DE221490C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

- JVl 221490 -KLASSE 2\g. GRUPPE

in LONDON. ■

Patentiert im Deutschen Reiche vom 31. Dezember 1908 ab.

Gegenstand der Erfindung" ist ein Transformator für elektrische Dampfapparate, der so konstruiert und in seinen Teilen angeordnet ist, daß alle übrigen Vorrichtungen zur Regelung in Fortfall kommen können.

Will, man einen gleichgerichteten Strom einem elektrischen Dampfapparat entnehmen, so ist es in der Regel notwendig", in dem Gleichstromkreis einen entsprechenden Betrag

ίο an Induktanz zu verlegen, und es ist weiter notwendig, um kleine Spannungsschwankungen zu verhüten, die beträchtliche Stromschwankungen hervorrufen können, einen passenden Betrag ohmischen Widerstandes in den Gleichstromkreis oder Induktanz in den Wechselstromkreis einzuschalten.

Die eben erwähnten Ziele hat man in der Regel versucht durch gesonderte Apparate zu erreichen. Es ist dagegen bereits vorgeschlagen, die Teile eines Transformators so anzuordnen, daß Hilfsvorrichtungen in Fortfall kommen, indessen eignet sich jener Transformator in dem Falle nicht besonders, wo das. gewünschte Verhältnis der primären zur sekundären Spannung annähernd gleich eins ist, weil alsdann in jedem Falle keine bestimmten und getrennten Wege für die primären und sekundären Streufelder vorhanden sein würden. Der vorliegende Transformator eignet sich dagegen auch für diesen Fall.

Die Erfindung ist auf der Zeichnung in Fig. ι mit einem Gleichrichter dargestellt, während Fig. 2 ein vereinfachtes Schema erkennen läßt.

In Fig. ι und 2 wird die Sammelbatterie 1 mittels einer Quecksilberlampe oder eines ähnlichen Gleichrichters vom Transformator 3 aus, welcher sechs Spulen 4, 5, 6, 7, 8, 9 (wobei 4, 6, 7 und 9 sekundär sind) enthält, gespeist. Diese Spulen liegen in Reihenschaltung von den Klemmen der Gleichrichtungsvorrichtung aus gerechnet. Der neutrale oder sonst geeignete Zwischenpunkt der sekundären Wicklung liegt an einem Pol der Batterie 1, während der andere Pol der Batterie mit der negativen oder Gleichstromklemme des Gleichrichters verbunden ist. Die Spulen 5 und 8 sind an die Verbindungspunkte zwischen den Spulen 4 und 6 und den Spulen 7 und 9 geschaltet und durch eine Anzahl Stufenleiter, die tu den festen Kontakten 13 bis 24 der Regelvorrichtung 25 führen, unterteilt. Die Regelvorrichtung 25 besitzt einen beweglichen Arm 26 mit den Kontaktschneiden 29 und 30. Sie verbinden die Kontaktstücke 13 bis 24 mit den Segmenten 29 und 30, die ihrerseits mit den Hauptleitungen 31 und 32 in Verbindung-Stehen, mithin bilden die Spulen 5, 6, 7, 8 die Primärwicklung des Transformators; ihre λνίι-ksame Länge wird aber durch, die Stellung des Armes 26 bestimmt.

Der magnetisierbare Kern des Transformators 3 hat einen rechtwinkligen Teil 34, auf dessen entgegengesetzten Seiten oder Sehen-

kein die Spulen 4 bis 9 angebracht sind, indem immer drei Spulen einen Schenkel umgeben. Ein weiterer zentraler Teil oder Schenkel 35 des Transformators erstreckt sich zwischen diesen Spulen von oben nach unten. An diesem Teile sind Luftspalte vorgesehen zwischen den Enden des Mittelkernes und den äußeren Schenkeln. Der Hilfskern 35 schafft zwischen den Spulen Streuwege von verhältnismäßig geringer und passender Reluktanz, und zwar so, daß die Primärwicklung oder ein Teil von ihr von einer Streuströmung umgeben ist, welche die Sekundärwicklung nicht umgibt, und ebenso wieder die Sekundärwicklung oder ein Teil von ihr von einer Streuströmung, welche die Primärwicklung nicht umgibt. Die Wirkung der' ersten Strömung ist, den gewünschten Potentialabfall hervorzurufen, und die der zweiten ist, den gleichgerichteten Strom aufrecht zu erhalten.

Die Anordnung der Spulen und Kernteile zueinander ist überdies so getroffen, daß bei einer Veränderung der wirksamen Länge der Primärwicklung, d. h. also bei der Veränderung der Spannung, die dem Gleichstromkreise zugeführt wird, die Verteilung und die Beträge der Streuströmungen in der Weise beeinflußt werden, daß die Streuvolts pro Windungsumgang (primär) im wesentlichen in demselben Verhältnis sich . ändern, wie die primären und sekundären Volts pro Windung. Hieraus ergibt sich, daß der Leistungsfaktor des Gleichrichters im wesentlichen unter allen Verhältnissen der gleiche bleibt.

Damit die Strombeträge, die der Batterie zugeführt werden, sich gleichmäßig für jede Stufe des Reglers ändern, ist es wünschenswert, daß der Potentialabfall im System einen annähernd konstanten Prozentsatz der Sekundärspannung ausmacht und damit der Minimalgrenzwert des Gleichstromes, bei dem der Gleichrichter noch arbeitet, für jede Stufe des Reglers annähernd derselbe ist, mit anderen Worten, damit die stromerhaltende Wirkung annähernd konstant bleibt, ist es wünschenswert, daß die Streuströmung, die dazu dient, den Gleichstrom aufrecht zu erhalten, an-, nähernd im Verhältnis zu den Schwankungen in der Sekundärspannung des Transformators sich ändert. Die Konstruktion und die Anordnung der Teile des Transformators, welcher dargestellt ist, sind derart, daß diese Ergebnisse gewährleistet werden.

Beim Beginn der Ladung der Sammelbatterie muß die Schaltung so sein, daß diese eine niedrige sekundäre Spannung erzeugt, da auch die Spannung der ungeladenen Batterie niedrig ist. Der Regulatorarm 24 kann also die bezeichnete Stellung einnehmen, vorausgesetzt, daß die Batterie die Mindestzahl von Zellen, welche die Vorrichtung besitzen kann, hat. Die Primärwicklung besteht somit aus allen Wicklungen in den Spulen 5, 6, 7 und 8. Als Ausführungsbeispiel ist angenommen, daß die 65 ■ Windungen primär und sekundär gleich seien. Die Hauptströmung, welche die primäre Wicklung erzeugt, findet ihren Weg gemäß der gestrichelten Linie 37; ihre Richtung während einer halben Periode zeigen die Pfeile 38 an. Die Sekundärströmung" arbeitet der Primärströmung entgegen, und wegen der verhältnismäßig geringen Reluktanzen der Streuwege, die der Kernteil 35 schafft, also auch wegen des Umstandes, daß ein Teil der Primärwicklung nicht an den Sekundärkreis angeschlossen ist, werden die Primärstreuströmungen, die nicht die gesamten Sekundärwicklungen umgeben, gezwungen, die Wege einzuschlagen, welche durch die Linien 39 und 40 bezeichnet sind. Diese Streuströmungen haben dieselbe Wirkung, als ob induktive Widerstände zwischen die Transformatoren und den Speisestromkreis eingeschaltet wären, oder als ob ein ohmischer Widerstand in den Gleichstromkreis eingeschaltet wäre, um einen Spannungsabfall zu erzeugen. Die Streuströmungen haben aber keinen Einfluß auf die Aufrechterhaltung des gleichgerichteten Stromes, da sie nur einfach dazu dienen, die Phase des Wechselstromes in bezug auf seine Spannung zu verschieben.

Weil Primär- und Sekundärströmung einander entgegengerichtet sind, und weil weiter Primär- und .Sekundärströme nicht vollständig übereinstimmen, müssen die Sekundärströme die Wege verhältnismäßig niedriger Reluktanz, die der Kernteil 35 schafft, durchsetzen. Diese Wege sind für . eine halbe Periode des Wechselstromes mit den Linien 41 und 42, für die andere halbe Periode aber mit den Linien 43 und 44 bezeichnet. Die Sekundärstreuströmungen durchfließen den Zentralteil des Kernes 35 für jede Halbperiode des Wechselstromes in gleicher Richtung. Es braucht deshalb der Magnetismus nicht unsicher zu werden oder der genannte Teil des magnetischen Stromkreises nicht wieder magnetisiert zu werden. Es wird nur das Anwachsen des Stromes in jeder Hälfte der Sekundärwicklung ein wenig verzögert. Weiter ist die Stromabnähme in jeder Hälfte der Sekundärwicklung . durch die Energie verzögert, welche früher in Teilen des magnetischen Stromkreises, die durch sekundäre Streuströme durchströmt wurde, aufgespeichert wurde. Das ergibt, daß die gleichgerichteten Ströme, die von den bezüglichen Hälften der Sekundärwicklung während zweier Halbperioden herrühren, einander übergreifen. Die Sekundärstreuströmung hat daher dieselbe Wirkung wie die Gegenwart eines induktiven Widerstandes im Gleichstromkreise, d. h. den Gleichstrom oder

gleichgerichteten Strom zu erhalten oder zu verhüten, daß er unter einen vorher bestimmten Wert sinkt. Die Streuströmungen, welche durch die Linien 41 bis 44 bezeichnet sind, haben keinen Einfluß auf den Spannungsabfall im System, weil die Richtung der genannten Strömungen im Kern 35 sich nicht ändert.

Primäre und sekundäre Streuströmungen werden verwendet, weil ein Teil der Spulen des Transformators dem primären und sekundären Stromkreise gemeinsam ist, die übrigen Spulen aber dem einen oder dem anderen der genannten Kreise angehören. Auf diese Weise erzielt man, daß der Transformatorstrom aufrechterhaltend wirkt, während das Übersetzunggsverhältnis eins zu eins ist.

Ladet sich die Batterie, so steigt ihre Spannung, während die Stromstärke der Ladung entsprechend fällt. Wenn der Strom, der an die Batterie abgegeben wird, bis zu einem vorher bestimmten Wert abgenommen hat, so wird die stromerhaltende Wirkung seitens der Streuströmungen, welche durch die Linien 41 bis 44 angegeben sind, ungenügend und der Gleichrichteprozeß hört auf. Wenn nun zu dieser Zeit nicht etwa die Batterie voll geladen ist, so muß man den Regelarm 26 eine Stufe weiter im Sinne des Uhrzeigers bewegen, um Teile der Spulen 5 und 8 aus dem Primärkreise des Transformators auszuschalten, was eine Spannungserhöhung für den Sekundärkreis bedeuten würde. Im allgemeinen bleibt die Arbeitsweise wie im vorhergehenden beschrieben, obwohl beim Entfernen von Teilen der Spulen 5 und 8 aus dem Primärkreise des Transformators ein größerer Betrag an primärer Streuströmung veranlaßt wird, den Weg einzuschlagen, den die Linie 39 angibt, und einen geringeren Betrag den Weg längs der Linie 40, während der Totalbetrag an Streuung gewachsen ist.

Die Veränderungen im Betrage und in der Verteilung der Streuströme sind derart, daß die Streuvolts pro Umfang der Wicklung, die die Primärstreuströmung umgibt, sich im wesentlichen proportional mit der Änderung zwischen Primär- und Sekundärwicklung pro Umgang ändern. Hierbei sind die Verhältnisse so gewählt, daß die Änderung in der stromerhaltenden Wirkung seitens der Strömungen längs der Linien 41 bis 44 im wesentlichen der Änderung der Sekundärspannung proportional ist. Der Hauptfaktor der Vorrichtung bleibt deshalb im wesentlichen derselbe wir vor der Bewegung des Regelarmes, und die gleichrichtende Wirkung dauert an, bis der gleichgerichtete Strom auf den nämlichen Wert gefallen ist wie der, bei dem die Wirkungsweise vor Bewegung des Regelarmes aufhörte, da der Spannungsabfall im System den Produkten der Primärstreuströmung und der Windungszahl der Wicklung, welche die Streuströmung umgibt, proportional ist. Dieses Ergebnis würde nicht erzielt werden, wenn nicht die Verteilung der Streuströmung gleichzeitig mit der Änderung in ihrem Betrage geändert würde. ·

Wenn die Batterie durch die Kontaktstücke und 28 in Eingriff mit den Kontaktstücken und 23 nicht völlig geladen werden kann, so muß der Regelarm Stufe für Stufe im Sinne des Uhrzeigers bewegt werden, bis die gewünschte Ladung erreicht ist; bei der Fortsetzung der Bewegung des Regelarmes in dieser Richtung wächst der Gesamtbetrag an primärer Streuung, und gleichzeitig wird immer mehr von der Strömung, die die Linie 40 angibt, auf dem Wege, der mit Linie 39 bezeichnet ist, abgeleitet, so daß die Verhältnisse konstant bleiben. Der Bereich der Gleichstrom-Spannungen, die sich aus der Vorrichtung ergeben, ist in der Praxis so, daß die Batterie völlig geladen werden kann, oder auch so, daß Batterien verschiedener Zellenzahl sich laden lassen.

Die Erfindung ist für das Laden von Batterien als Beispiel dargestellt, aber hierdurch nicht begrenzt.

Claims (2)

Patent-Ansprüche:

1. Transformator für elektrische Dampfapparate mit teilweise gemeinschaftlicher Wicklung für die primären und sekundären Stromkreise des Transformators, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die primären als auch die sekundären Kreise Wicklungen enthalten, welche nicht beiden Kreisen gemeinsam sind, und daß für diese Wicklungen magnetische Streuwege vorgesehen sind, zu dem Zweck, die Regelung und Stromaufrechterhaltung für den Gleichrichter durch den Transformator allein zu bewirken.

2. Ausführungsform des Transforma- .105 tors nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Teil* der Primärwicklung, welcher nicht den primären und sekundären Wicklungen gemeinsam ist, mit Stufen ausgestattet ist und so auf dem Transformator angebracht ist, daß die Streuströmung, die von dem unterteilten Teile des Transformators herrührt, sowohl die Streuströmung, die von der Primärwicklung herrührt, als auch diejenige, die von der Sekundärwicklung herrührt, beeinflußt wird, zum Zweck, den Leistungsfaktor und die stromaufrechterhaltende Wirkung der Vorrichtung zu erhalten, und zwar unabhängig von den Spannungsänderungen, die iao durch die Benutzung der Stufen des Transformators hervorgebracht werden.

3· Ausführungsform des Transformators nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Transformatorwicklung eine Mehrzahl von Spulen (5, 6, 7, 8) primär und (4, 6, 7, 9) sekundär besitzt, und daß die Spulen der Primärwicklung (5 und 8), welche mit unterteilten Stufenleitern ausgestattet sind, zwischen die Sekundärspulen (4, 6 bzw. 7, 9) gelegt sind, wobei die magnetische Masse so verteilt ist, Streuwege für jede einzelne Spule entstehen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.