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Transformator Die Erfindung betrifft einen Transformator alt einen
mindestens drei Schenkel aufweisenden Kern und getrennt schaltbaren Wicklungen.
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Bekannte Transformatoren dieser Art weisen insbesondere in ihren kleinen
Bauformen Nachteile auf, die die Leistung und zu geringen Werten hin die Bauhöhe
begrenzen. Mit der Entwicklung der gedruckten Schaltungen werden jedoch insbesondere
Transformatoren relativ geringer Leistung erforderlich, die sich durch geringe Verluste,
verbunden mit geringer Bauhöhe, auszeichnen. Der gegenwärtig erhältliche kleinste
Transformator, der für eine Primärspannung von 220 Volt bei 50 Hz ausgelegt ist,
hat eine Bauhöhe von 26 mm.
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Ein Unterschreiten dieser Bauhöhe wird unwirtschaftlich, denn zur
Verwiklichung einer ausreichenden Windungszahl müssen dann Drahtdurchmesser unter
0,05 mm verwendet werden.
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Gleichzeitig tritt infolge des insbesondere durch genormte Transformatorkernbleche
vorgegebenen und begrenzten Wickelraumes eine erhöhte Überschlagsgefahr auf, denn
eine besonder. Isolation zwischen der Primärwicklung und der Sekundärwicklung, die
spannungsfest bis zu Werten von etwa 2500 Volt
ist, kann nicht sehr
vorgesehen werden. Die maximale entnehmbare Lesitung eines solchen Kleintransformators
mit einem Kern EI30a beträgt ca. 1,2 VA bei einem Wirkungsgrad von ca. 42%.
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Die bekannten Transformatren haben eine schlechte Wärmeableitung,
die durch ihre ohnehin schon gedrungege Bauform und die Übereinanderwicklung von
Primär- und Sekundärwicklung bedingt ist. Die durch die eine Wicklung erzeugte Wärme
wird direkt auf die andere Wicklung übertragen. Ferner ist infolge des durch die
Kernbleche begrenzten Wicklraumes die Stromdichte, d.h. die Stromstärke, bezogen
auf eine Einheit des Wickelquerschnitts, begrenzt, so daß sich die Temperaturverhältnisse
bei Erhöhung der Lesitung mit einem vorgegebenen Kern rasch verschlechtern.
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Insbesonere bei kleinen Transformatoren, die sich für den Einba auf
gedruckte Schaltungen eignen sollen, ist ein Vergießen eines Transformators in einem
Bechergehäuse erwünscht.
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Auf Leiterplatten aufgelötete und befestigte Transformatoren verursachen
bei einer leistung ab ca. 10 VA eine starke mechanische Belastung und benötigen
besondere Befestigungselemente. Außerdem sind Bauhöhen solcher Transformatoren,
die bei 40 bis 60 mm liegen, sehr unerwünscht, da für gedruckte Schaltungen Normbauhöhen
vorgeschrieben sind. Solche Bauhöhen sind beispielsweise 12, 15, 18 und 22 mm. Die
bischerigen Transformatoren sind bei annehmbaren Wirkungsgrad mit solchen Bauhöhen
nicht zu verwirklichen. Außerdem verursacht die gedrungene Bauform der Transformatoren
ein ma hohes Gewicht pro belasteter Flächeneinheit. Das Gewicht kann allerdings
geringrusig reduziert werden, wenn die Transformatoren nicht vergossen werden. Damit
sind ihre Wicklungen jedoch allen äußeren Einflüssen wie Feuchtigkeit, Säuredämpfen,
Oxydation usw. ausgesetzt. Außerdem ist die Berührungsgefahr erhöht, da leicht ein
Berühren spannungsführender Elemente möglich ist.
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Die Gründe iUr die vorstehend aufgezeigten Nachteile liegen im wesentlichen
darin, daß die Primärwiddung und die Sekundärwicklung der üblichen Dreischenkeltransformatoren
auf dem mittleren Schenkel übereinander angeordnet sind. Durch diese Anordnung besteht
ferner eine hohe direkte kapazitive und induktive Wirkung zwischen Primär- und Sekundärwicklung,
Die kapazitive Kopplung kann mit einer zwischen beide Wicklungen eingebrauchten
leitenden Folie verhindert werden. Ist ein solcher Schiri vorgesehen, so ist jedoch
diejeweilige Kapazität zwischen Primärwicklung und Folie und zwischen Sekundärwickung
und Folie groß. Gleichzeitig tritt der Nachteil auf. daß be Durchbrennen einer Wicklung
relativ hohe Kriechströme über die Folie erzeugt werden können.
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Durch die übereinander angeordneten und direkt auf einander koppelnden
Primär- und Sekundärwicklungen der bekannten Dreischenkelransformatoren kann eingestreute
Hochfrequenz zwischen beiden Wicklungen übertragen werden, was an sich unmöglich
wäre, wenn die Kopplung zwischen beiden Wicklungen lediglich über den Eisenkern
verlaufen n Wurde. Dieser ut fUr eine durch hochfrequente Ströme verursachte Ummagnetisierung
nicht geeignet. Um die übertragene Hochfrequenz auf der Sekundärseite beispielsweise
an Gleichrichtern unschädlich zu machen, müssen zusätzliche Bauelemente vorgesehen
werden, beispielsweise ein den jeweiligen Gleichrichter überbrückender Kondensator.
Dadurch wird die Störanfälligkeit von Netzgeräten erhöht.
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Der Einschaltstromstoß kann je nach Einschaltzeitpunkt und dabei auftretender
Phase des Primärstromes ein Vielfaches des Nennstromes sein. Die an der Primärwicklung
vorgesehennen Sicherungen sind daher nur schlecht zu bemessen, ferner müssen sie
so stark sein, daß ihre Sicherungswirkung an sich sehr schleicht ist. Bei sekundärer
Gleichrichtung ist gleichzeitig der Gleichrichter durch eSnen Serienwiderstand eu
schützen,
wodurch wiederum die Anzahl der störanfälligen Bauteile erhöht ist.
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Eine weitere nachteilige Eingeschaft bekannter Transformatoren zeigt
sich bei Kurzschluß. Ist ein Transformator nicht kurzschlußfest, zo brennt er bei
Kurzschlußbelasung durch, Um ihn kurzschlußfest zu machen, müssen, entweder störanfällige
Sicherungen, Thermoschalter, nichtlineare Widerstände usw. vorgesehen sein oder
es müssen entsprechend leistungsfeste Transformatoren größerer Bauhöhe und höheren
Gewichts verwendet werden.
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Eine Spannungsregelung ist bei den herkömmlichen Transformatoren bezöglich
der Sekundarspannung möglich, wenn die Primärspannung geändert wird. Hierzu müssen
hochbelastbare Regelwiderstände oder aufwendige mechanische Vorrichtungen vorgesehen
sein, die die Primärspannung verändern bzw. einzelne Teile der Primärwicklung wirksam
schalten.
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Die Aufgebe der Erfindung besteht darin, einen Transformator zu schaffen,
der die vorstehend beschreibenen Nachteile vermeidet und sich durch eine erhöhte
Leistung bei geringeren Gewicht als bekannte Transformatoren auszeihnet.
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Ein Transformator der eingangs genannten Art ist zur Lösung dieser
Aufgabe erfindungsgemäß derart ausgebilet, daß die Primärwicklung in mindestens
zwei jeweils auf, einem besonderen ist Schenkel angeordnete Teilwicklungen aufgeteilt
/ und daß mindestens eine Sekkundärwieklung auf einem weiteren Schenkel angeordnet
ist.
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Ein nach der Erfindung ausgebildeter Transformator benötigt einen
Kern mit mindestens drei Schenkeln, webei jeder Schenkel mit einer Wieklung versehen
ist. Dadurch, daß die Primärwicklung im mindestens zwei jeweils auf einem besonderen
Schenkel
angeordnete Teilwicklungen aufgeteilt ist, ist ihr Wickelraum in zwei Teilwickelräume
geteilt, die sich nicht mehr auf einem mit der Sekundärwicklung gemeinsamen Schenkel
befinden. Aus diesem Grunde ergibt sich eine wesentlich bessere Raumausnutzung eines
Dreischenkeökernz, denn die bei bisherigen Transformatoren freien äußeren Schenkel
sind nun gleicfalls mit Wicklungen esetzt. Die Primärwicklungen können in Reihe
oder parallel zueinander geschaltet werden und erzeugen für sich jeweils einen Magnetfluß,
der in der auf einem weiteren Schenkel vorgesehenen Sekundärwicklung die Sekundärspannung
induziert. Somit ist z.B. ein einfaches Umschalten auf halbe bzw. doppelte Primärspannung
bei gleichbleibender Lesitung möglich. Ordnet man die Wicklungen in geeigneter Weise
auf den Schenkel an und wählt man geeignete Schenkelquerschnitte, so läßt sich eine
sehr günstige Magnetflußverteilung in dem Schenkel der Sekundärwicklung erreichen,
die eine optimale Ausnutzung des Kerneisens ermöglicht, wis noch beschrieben wird.
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Dadurch, daß die Wicklungen getrennt auf jeweils einem Schenkel angeordnet
sind, ist ein Übereinanderwickeln von Primär-und Sekundärwicklungen nicht iehr erforderlich,
womit eine wesentlich höhere Durchschlagsfestigkeit erreicht ist, denn zur Erzeugung
eines Überschlages zwischen den nun nebeneinander angeordneten Wicklungen sind wesentlich
höhere Spannungen erforderlich. Außerdem ergibt sich durch die getrennte Anordnung
der Wicklungen nebeneinander eine äußerst geringe Kapazität zwischen Primär- uns
Sekundärwicklung, so daß auch keine unmittelbare Kopplung der Spulen mehr gegeben
ist. Die induktive Kopplung der Wicklungen erfolgt zu einen s wesentlich größeren
Anteil als bei bekannten Dreishenkeltransformatoren über den Eisenkern, so daß auch
die Übertragung von Hochfrequenzenergie nicht mehr möglich ist. Dadurch werden besondere
Sehaltelemente zur Überbrückung von Gleichrichtern der Sekundärseite vermieden.
Da die induktive
Kopplung lediglich Uber den Eisenkern des Transforaators
erfolgt, ergibt sich ein höherer Innenwiderstand des Transformators als bei bekannten
Transformatoren. Damit ist wiederum eine Kurzschluß-Strombegrenzung verbunden, die
bei Kurzschluß automatisch zur Wirkung kommt und den Transformator gegen Zerstörung
schützt.
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Ein wesentlicher Vorteil eines Transformators nach der Erfindung besteht
ferner darin, daB tor alle Wicklungen wesentlich weniger tupfer erforderlich ist
als bei bekannten Dreischenkeltransformatoren. Die Primärwicklungen sind auf zwei
besondere Schenkel verteilt, so daß ihre Wicklungsdicke und damit ihre Mittlere
Windungslänge geringer sind. Gleiches gilt auch für die Skundärwicklung, denn diese
ist unmittelbar auf einen weiteren Schenkel gewickelt und nicht auf eine bereits
vorhandene Primärwicklung. Dadurch ist auch deren mittlere Windungslänge geringer.
Für jeweils einen Schenkel wird daher ein geringerer Wickelraum beansprucht, so
daß in Abwichung von genor@ten Kernblechen Wickelquerschnitte verwirklicht werden
können, die eine günstigere Gestaltung des Eisen-Kupfer-Verhältnisses erlauben.
Außerdem kann aber auch die Bauhöhe des frfornators Verringert werden.
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FUr einen Transformator nach der Erfindung sind unterschiedliche Bauformen
denkbar. Die Schenkel müssen nicht in einer gemeinsamen Ebene liegen, sondern sie
können hinsichtlich ihrer räumlichen Zuordnung beliebig angeordnet sein. Auch ihre
Anzahl ist nicht auf drei Schenkel begrenzt. Des Prinzip der Aufteilung der Primärwicklung
läßt sich auch für mehr Schenkel verwirklichen, wenn diese in für einen Transformator
bekannter Veise durch Joch. iit dem Schenkel der Sekundärwicklung verbunden sind.
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Eine Veiterbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die
Mittlere Ung. der von einer ersten Primärteilwicklung erzeugten und eine Sekundärwicklung
durchsetzenden
Kraftlinien des Magnetflusses im wesentlichen gleich
ist der mittleren änge der von der bzw. den weiteren Primärteilwicklungen erzeugten,
dieselbe Sekundärwicklung durchsetzenden Kraftlinien.
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Die Anordnung kann insbesondere so getroffen sein, daß ein Kern lit
drei in einer Ebene liegenden parallelen Schenkeln vorgesehen ist, auf dessen Außenschenkeln
die Primärwicklungen angeordnet sind. Dadurch ist es möglich, den erfindungsgemäßen
Transformator in sehr vorteilhafter Weise als Kleintransformator mit geringer Bauhöhe
zu verwirklichen. Verwendet an für einen solchen Transformator einen Xern mit üblichen
EI-Schnitt, so haben bei üblicher Kernhöhe die Außenschenkel einen rechteckförmigen,
der Innenschenkel einen quadratischen Querschnitt. Durch den günstier verteilten
Wickelraum läßt sich insbesondere für die Primärwicklung eine höhere Lesitung bei
günstigerer Temperaturverteilung erreichen. Hierbei hat der von dem Magnetfluß für
die Sekundärwiklung durchsetzte Teil des Kerns einen Querschnitt, dessen Größe die
Summe der Querschnittsgrößen der mit den Primärwicklungen versehen Schenkel ist.
Die höhere Leistung tritt auch auf der Sekundärseite auf, weil infolge des günstigeren
Wickelraumes eine bessere Ausnutzung des Eisens durch den erhöhten Magnetfluß gegeben
ist. Die bekannten Transformatorkerne erlauben nämlich stärkere Belastungen, als
sie durch den bei ihnen möglichen Wicklequerschnitt bei zulässiger Temperaturverteilung
verwirklicht werden können.
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Eine weitere Ausführungsform eines Transformators nach der Erfindung
zeichnet sich dadurch aus, daß die mit den Primärwicklungen versehenen Schenkel
des Kerns quadratischen Querschnitt haben. Dieser Querschnitt kommt dem idealen
kreisförmigen Querschnitt sehr nahe, so daß eine optimale Umsetzung der der Primärwicklung
zugeführten elektrischen Leistung in magnetische Leistung möglich ist. Der mit der
Sekundärwicklung versehene Schenkel des Kerns kann dann
einen Querschnitt
haben, der entsprechend einer optimalen Verteilung des Wickelraumes des gesamten
Transformators gestaltet ist. Gleichzeitig ist jedoch zu beachten, daß der Querschnitt
des Schenkels der Sekundärwicklung so größ ist, daß er der Belastung der durch die
Primärwicklung erzeugten Teilflüsse gewachsen ist.
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Ein Transformator in der zuletzt genannten Ausführungsform der Erfindung
kann sehr gut als Kleintransformator für gedruckte Schaltungen ausgeführt werden,
die eine besonders geringe Bauhöhe vorschreiben. Hierzu ist der Trasformator mit
quadratischen Außenschenkeln vorteilhaft derart weiter ausgebilet, daß der mit der
Sekundärwicklung versehene Schenkel des Kerns rechteckförmigen Querschnitt hat,
dessen Höhe mit der Höhe der quadratischen Querschnitte der Primärwicklungsschenkel
übereinstimmt. Wird ein solcher Transformator mit hondelsüblichen M- oder EI-Transformatorblechen
aufgebaut, so ergibt sich ein Kernquerschnitt, bei dem die @ußenschenkel Quadrate
und der Inneschenkel zwei nebenein-@nderliegende Quadrate bilden. Unter Verwendung
eines derart geschichteten Kerns, dessen Bauhöhe den halben Wert eines in üblicher
Weise geschichteten Kerns hat, kann nun unter Verwendung von Blechen normaler Qualität
ein Transformator verwirklicht werden, dessen Bauhöhe einschließlich der Wicklungen
bei ca. @2 @m liegt, wobei eine Leistungsabgabe von 5 VA möglich ist.
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Ein Transformatot nach der Erfindung kann also mit unterschiedlichen
@ielsetzungen verwirklicht werden. Einmal kann unter Verwendung von Kernen üblicher
Größe durch günstigeren Wicklungsraum, geringere mittlere Windungslänge, höheren
Drahtdurchmesser und günstigere Temperaturverteilung ein Transformator gleicher
Größe wie bekannte Transformatoren, jedoch mit höherer Leistung verwirklicht werden,
andererseits ist es möglich, auf den Leistungsgewinn zu verzichten
und
dafür die Schichthöhe des verwendeten Kerns zu verringern, so daß die Bauhöhe noch
weiter verringert wird, als es bei Verwendung üblicher Kerne ohnehin schon möglich
ist. Die Erfindung bietet somit für Transformatoren jeglicher Art und Größe wesentliche
Verbesserungen.
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Ein Transformator nach der Erfindung ist zweckmäßig derart ausgeführt,
daß einander benachbarte Wicklungen zueinander entgegengesetzten Wickelsinn haben.
Dadurch werden evtl. eingestreute Hochfrequenzstörungen, die durch die geringe direkte
induktive Wirkung der Wicklungen aufeinander ohnehin schon in nur geringem Maße
übertragen werden, so weit komponsiert, daß sie auf der Sekundärseite keinerlei
schädliche Auswirkungen mehr zeigen.
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Ein nach der Erfindung aufgebauter Transformator kann ferner sehr
vorteilhaft mit einer Spannungsregelung versehen werden.
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Dies kann dank der Aufteilung der Primärwicklungen in Einzelwicklungen
auf unterschiedliche Weise verwirklicht werden.
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So ist es z.B. möglich, die Primärwicklungen durch einen Phasenschieber
miteinander zu verbinden. Ein solcher Phasenschieber kann beispielsweise ein induktives
oder kapazitives Element, eine elektrische Phasenschieberschaltung oder auch ein
ohmsches Widerstandsmetzwerk sein. Werden infolge der Phasensechiebereigenschaften
einer solchen Anordnung die primären Teilwicklungen mit Teilspannungen unterschiedlicher
Phase gespesit, so tritt im Schenkel der Sekundärwieklung ein Magnetfluß auf, der
infolge der Summenbildung der durch die Primärwicklungen erzeugten Teilflüsse bei
unterschiedlicher Phase der primären Teilspannungen einen entsprechend geänderten
Summerwert hat. In gleicher Weise ändert sich dann die Sekundärspannung. Somit ist
eine Möglichkeit zur verlustfreien Spannungsregelung der Sekundärspannung eines
Transformators nach der Erfindung geschaffen.
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Eine andere Art der Spannungsregelung bei einem Transformator nach
der Erfindung ist dann möglich, wenn die Sekundärwicklung mit einer Anordnung zur
Gleichstromvormagnetisierung verbunden ist. Dadurch wird dem in dem Schenkel der
Sekundärwicklung vorhanden Magnetfluß ein konstanter Magnetfluß überlagert, der
die Eisensättigung des Schenkels der Sekundärwicklung in höheren Maße beeinflußt
als die Eisensättigung der Schenkel der primären Teilwicklungen, da er sich auf
diese Schenkel verteilt. Eine entsprechende Auswirkung zeigt sich auch bei dieser
Anordnung durch unterschiedliche Höhe der Sekundärspannung bei unterschiedlich starker
Gleichstromvormagnetisierung. Die Anordnung zur Gleichstromvormagnetisierung kann
in weiterer Ausbildung der vorstehend beschriebenen Ausführeungsform eines Transformators
aus passiven Schaltelementen gebildet sein, die einen Teil des sekundären Veohselstroms
gleichrichten. Hierbei ist dann keine besondere aktive Stromquelle an der Sekundärwicklung
erforderlich, sondern es wird Jeweils ein Teil des sekundären Wechselstromes gleichgerichtet,
wodurch in der Sekundärwicklung ein Gleichstromanteil fließt, der eine entsprechende
Gleichstromvormagnetisierung des Schenkels der Sekundärwicklung zur Folge hat.
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Eine weitere vorteilhafte Eigenschaft des erfindungsgemäßen fransforiators
besteht darin, daß er in einfacher Weise als Phasenschreiber ausgebildet werden
kann. Hierzu ist auf einem mit einer Primärwicklung versehenen Schenkel des Kerns
eine weitere Sekundärwicklung angeordnet, wobei die erste Sekundärwicklung durch
einen veränderbaren Widerstand belastet ist. 1. ist dann beispielsweise möglich,
die beiden primären Teilwicklungen so zu bemessen, daß die unterschiedliche starke
Magnetflüsse erzeugen. Wird nun die erste Sekundärwickbmg durch einen veränderbaren
Widerstand belastet, so kann ihre Belastung zwischen dem Kurzschluß- und dem Leerlaufzustand
geändert werden. Entsprechen wird eine Flußverteilung im gesamten Transformatorkern
erzeugt, die sich durch unterschiedliche
Flußanteile des Schenkels
der ersten Sekundärwicklung auszeichnet. Der mit der einen Primärwicklung erzeugte
agnetfluß wird ddann unterschiedlich stark über den mit der ersten Sekundärwicklung
versehenen Schenkel gel tet, so daß der jeweilige restliche Anteil dieses Magnetflusses
den weiteren Schenkel durchfließt, auf dem die zweite Primärwicklung angeordnet
ist. Diese erzeugt von sich aus einen Magnetfluß, der zweckmäßig geringer bemessen
ist, als derjenige der ersten primären Teilwicklung. In ihrem Schenkel entsteht
damit eine Flußüberlagerung der beiden Primärwicklungen, die sich bei entsprechendem
Wickelsinn bzw. geeignetem Anschluß der vorhandenen Primär- und Sekundärspule aus
zueinander entgegengesetzten Teilflüssen zusammensetzt. Entsprechend der Einstellung
des Widerstandes an der ersten Sekundärwicklung überwiegt dabei der eine oder andere
Teilfluß, so daß sich an der zweiten Sekundärwicklung eine Spannung abgreifen läßt,
deren Phase in analoger Weise geändert ist. Überraschenderweise zeigt sich dabei,
daß bei einer Phasenverschiebung von 90° die Amplitude der an der zweiten Sekundärwicklung
entnommenen Spannung auf nur 2/3 des Amplitudenwertes bei einer hasenverschiebung
von 0° oder 180° abfällt.
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Es ist ferner möglich, einen Transformator nach der Erfindung auch
als Frequenzmischer zu betrieben, wobei die zu mischenden Frequenzen an den Primärwicklungen
eingespeist werden und das Mischprodukt der Sekundärwicklung entommen wird.
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Ausschlaggebend hierfür ist die äußerst geringe gegenseitige Beeinflussung
der Primärwicklungen, die durch die günstige Verteilung des mit ihnen erzeugten
Magnetflusses erreicht 11 folgenden wird die Irfinung anhnd von Ansungsbeispielen
und Vergleichen mit den Eigenschaften bekannter Transformatoren unter Bezugnahme
auf die Figuren beschrieben.
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Es zeigen: Fig. 1 eine grafische Darstellung der entnehmbaren Leistung
in Abhängigkeit von dem Gewicht bei Kleintransformatoren mit M- und El-Kern sowie
bei einem nach der Erfindung aufgebauten Kleintransformator, Fig. 2 den Schnitt
eines in bekannter Weise gewickelten Dreischenkeltransformators, Fig. 3 den Schnitt
eines aaoh der Erfindung ausgebildeten Dreischenkeltransformators und Fig. 4 die
Wicklungsanordnung eines nach der Erfindung ausgebildeten Dreischenkeltransformators,
der als Phasenschieber arbeitet.
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In Fig. 1 ist die Abhängigkeit der entnehmbaren Leistung von dem Gesamtgewicht
eines Transformators dargestellt, wobei ein Leistungsbereich von O bis 20 TA bei
einem Gewicht von bis zu 0,5 kg berücksichtigt ist. Es sind drei Kurven dargestellt,
von denen die beiden unteren für einen in herkömmlicher Weise gewickelten Dreischenkeltransformator
mit M- bzw. EI-Kern gelten. Die obere Kurve M/EI gilt für einen nach der Erfindung
ausgebildeten Transformator. Aus der Darstellung in Fig. 1 ist zu erkennen, daß
eine Leistungserhöhnung von nahezu 100% im unteren Leistungsbereich möglich ist.
Beispielsweise lassen sich bei einem Transformatorgewicht von 150 g bei herkömmlider
Anordnung lediglich 3 VA verwirklichen, während bei einer Anordnung nach der Erfindung
ca. 6 VÄ entnehibar sind. Mit höherer Leistung bzw. höherem Transformatorgewicht
verbessern sich die Eigenschaften des M-Kernes gegenüber denen des EI-Kernes, jedoch
ist bei einer Anordnung nach der Erfindung mit beiden Kernen stets eine höhere Leistungsentnahme
möglich. Diese wird zwar relativ kleiner mit zunehmender
Transformatorgröße,
denn bekanntlich wird bei zunehmendem Kernquerschnitt der prozentuale Anteil der
Verluste eines Transformators immer geringer. Der dargestellte Zusammenhang zeigt
jedoch, daß die Erfindung insbesondere für Transformatoren geringer Leistung wesentliche
Vorteile bringt, die in einer geringeren Bauhöhe oder in einer höheren Leistungsentnahme
genutzt werden können.
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In Fig. 2 ist ein in herkömmlicher Weise gewickelter Dreischenkeltransformator
mit M- oder EI-Kern dargestellt. Der Transformator ist in einem Seitenschnitt gezeigt,
seine Außenschenkel 11 und 13 haben rechteckförmigen Querschnitt, sein Inneschenkel
12 hat quadratischen Querschnitt, da die Quadratform von allen Wickelquerschnitten
der idealen Kreisform am nächsten kommt. Mischen den Schenkeln ist der Wickelraum
gebildet, er ist durch die Jeweils vorgegebene Fenstergröße der Transformatorenbleche
vorgegeben. Auf dem Innenschenkel befinden sich die Priwärwicklung 14 und die Sekundärwicklung
15, sie sind übereinander gewickelt und weisen demzufolge die oben beschriebenen
Nachteile auf. Die gesamte Bauhöhe des Transformators ist durch die Wicklungsdicke
bestimmt, die sich wiederum nach der Höhe der Blachpackung des Kerns richtet.
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In Fig. 3 ist ein Transformator im Schnitt dargestellt, der gemäß
der Erfindung aufgebaut ist. Es handelt nich dabei um diejenige Ausführungsform,
bei der die durch die Erfindung erzielbaren Vorteile durch eine geringere Höhe der
Blechpackung des Transformatorkerns genutzt werden, wobei ein quadratischer Querschnitt
der Außenschenkel 21 und 23 verwirklicht ist. Bei Verwendung genormter Kernbleche
mit M-oder EI-Querschnitt entsteht somit ein Transformatorkern, der bei quadratischen
Außenschenkeln 21 und 23 einen rechthat eckförmigen Innenschenkel 22/, dessen Querschnitt
der Summe der Querschnitte der Außenschenkel 21 und 23 entspricht.
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Auf den Außenschenkeln ist die in Teilwicklungen 24a und 24b
aufgeteilte
Primärwicklung 24 vorgesehen, auf den Innenschenkel 22 befindet sich die Sekundärwicklung
25. Es ist ru erkennen, daß bei gleicher Wicklungshöhe wie bei des franaforsator
gemäß Fig.2 eine geringere Bauhöhe des geselten Transformators verwirklicht ist,
wobei der durch die Fenster der Transformatorenbleche gebildete Wickelraum gleichfalls
voll ausgenutzt ist. Die mittlere Windungslänge der Einzelwicklungen ist jedoch
gegenüber der mittleren Windungslänge der Wicklungen in Fig. 2 wesentlich verkUrst,
wodurch der Aufwand an Kupferdraht fUr die Wicklungen wesentlich herabgesetzt ist.
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Ein Transformator der in Fig. 3 gezeigten Art erzeugt iit seinen Primärwicklungen
24a und 24b magnetische Teilfüsse, die in mittleren Schenkel 22 zusammengeführt
werden und dort den Querschnitt der Sekundärwicklung 25 durchsetzen. Durch den symmetrischen
Aufbau des gesamten Transformators sind die Flußverhältnisse bei der in Fig. 3 gezeigten
Ausführungsform sehr gut überschauber. Ferner ist zu erkennen, daß die Sekundär-und
die Primärwicklungen einander in einem wesentlich kleineren Bereich gegenüberstehen,
als dies bei einem Transformator nach Fig. 2 der Fall ist. Demgemäß sind die direkten
kapazitiven und induktiven Einflüsse der Wicklungen aufeinander gegenüber bekannten
Transformatoren wesentlich verringert. Ferner ist die Überschlagsgefahr wesentlich
geringer, da die Primärwicklung in zwei Teilwicklungen unterteilt ist, von d nur
ein sehr geringer Teil der Sekundärwicklung unmittelbar gegenübersteht, der infolge
der Aufteilung der Wicklungen eine niedrige Teilspannung führt.
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Abweichend von der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
Transformators können auch andere Transformatorenbleche verwendet werden, die nicht
unbedingt den Normgrößen entsprechen müssen. Es sind daher weitere Verbesserungen
möglich, wenn berücksichtigt wird, daß das Verhältnis
zwischen
Kupfergewicht und Eisengewicht eines Transformators durch eine andere Aufteilung
des zur Verfügung stehend Wickelraumes noch wesentlich verbessert werden kann. Es
ist beispielsweise denkbar, auch die Außenschebkel mit einem rechteckförmigen Querschnitt
zu versehen, was z.B. durch eine weitere Verringerung der Höhe des Blechpaketes
erreicht werden könnte. Dadurch würde sich eine weitere Abänderung des Verhältnisses
der Einzelwickelräume zueinander ergeben, die zu einer weiteren Verbesserung des
Verhältnisses zwischen Verlust- und Nutzleistung führen kann.
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In Fig. 4 ist eine Ausführungsform eines Transformators nach der Erfindung
dargestellt, bei der eine weitere Sekundärwicklung 38 vorgesehen ist. Auf dem Außenschenkel
31 befindet sich die Primärwicklung 34a, auf des Außenschenkel 33 die Primärwicklung
34b. Beide Wicklungen sind einander parallel geschaltet, wobei in der einen Verbindungleitung
ein regelbarer Widerstand 37 vorgesehen ist. Auf dz Innennschenkel 32 befindet sich
die Sekundärwicklung 35, die durch einen veränderbaren Widerstand 36 belastet ist.
Dieser kann den Zustand der Sekundärwicklung zwischen Kurzschluß und Leerlauf kontinuierlich
ändern. Auf dem Außenschenkel 33 ist ferner eine zusätzliche Sekundärwicklung 38
vorgesehen, an deren Klemmen 39 eine hinsichtlich ihrer Phase gegenüber der Phase
der eing@peisten Primärspannung verschobene Spannung entnommen werden kann. Die
Primärwicklung 34b ist mit einer gegenüber der Primärwicklung 34a geringeren Windungszahl
dargestellt und erzeugt demzufolge im Schenkel 33 einen schwächeren magnetischen
Fluß als die Primärwicklung 34a im Schenkel 31.
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Beide Wicklungen sind so gepolt, daß ein durch die Primärwicklung
34b erzeugter magnetischer Fluß dem durch die Primärwicklung 34a erzeugten Fluß
entgegengesetzt gerichtet ist.
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Mit des regelbaren Widerstand 37 ist eine Feineinstellung des durch
die Primärwicklung 34b erzeugten magnetischen Flusses lich.
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Bei der in Fig. 4 gezeigten Anordnung tritt bei Regelung des Widerstandes
36 folgende Funktion ein. Befindet sich die Sekundärwicklung 35 im Leerlaufzustand,
so wird eine Flußverteilung ii Transformator erzeugt, die durch die durchgezogen
dargestellten Pfeillinien gezeigt ist. Der Transformator arbeitet dann in der Weise,
wie sie bereits für die Ausführungsform gemäß Fig. 3 beschrieben wurde. An der Sekundärwicklung
38 tritt eine Sekundärspannung auf, die im wesentlichen durch die Magnetizierung
des Schenkels 33 mit der Primärwicklung 34b bestimmt ist. Wird nun der Widerstand
36 an der Sekundärwicklung 35 zum Kurzschlußzustand hin verändert so wird der mittlere
Schenkel 32 des Transformators immer mehr in den Sättigungszustand gelangen, und
es ergibt sich eine Flußverteillung, die durch die gestrichelt dargestellten Pfeillinien
gezeigt ist. Die Primärwicklung 34a erzeugt einen magnetischen Fluß, der immer weniger
über den mittleren Schenkel 32 verläuft und daher über den Außenschenkel 33 geleitet
wird. Dieser Fluß ist jedoch so gerichtet, daß er dem durch die Primärwicklung 34b
erzeugten Magnetfluß entgegengesetzt ist. Dadurch wird die Spannung an der Sekundärwicklung
38 immer geringer und erhält eine Phase, die nicht mehr durch den mit der Primärwicklung
34b erzeugten Fluß, sondern durch den mit der Primärwicklung 34a erzeugten Fluß
bestimmt ist. Es ist zu erkennen, daß durch eine Regelung des Widerstandes 36 zwischen
dem Leerlaufzustand und dem Kurzschlußzustand der Sekundärwicklung 35 eine kontinuierliche
Änderung der Phase der an der Sekundärwicklung 38 auftretenden Ausgangsspannung
zwischen 0° und 180° möglich ist. Wie bereits ausgführt wurde, zeigt sich, daß die
Amplitudenänderung der an den Klemmen 39 abgegriffenen Sekundärspannung relativ
gering ist und im ungünstigsten Falle, d.h. bei einer Phasenverschiebung von 90°,
auf ungeführ 2/3 der Amplitude bei Phasenverschiebung 0° bzw. 180° abfällt.
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Es sei bemerkt, daß die Phasenschieberwirkung auch durch eine an den
Klemmen 40 der Primärwirklung 34b eingespeist. besondere Spannung beeinflußt werden
kann, die entweder eine Wechselspannung oder eine Gleichspannung ist. Hierbei lassen
sich weitere Wirkungen hinsichtlich des an den Klemmen 39 auftretenden Wertes der
Spannungsamplitude erreichen.