DE2648546A1

DE2648546A1 - Transformatorschaltung

Info

Publication number: DE2648546A1
Application number: DE19762648546
Authority: DE
Inventors: Walter Jordan
Original assignee: Eldon AB
Current assignee: POLYAMP SOLLENTUNA SE AB
Priority date: 1975-11-20
Filing date: 1976-10-27
Publication date: 1977-06-23
Also published as: FR2332602A1; BE847816A; NL7612424A; SE398280B; CH610436A5; GB1569188A; SE7513081L; DE2648546C2; FR2332602B1

Description

DIPL-ING. H. STEHMANN DIPL-PHYS. DR. K. SCHWEINZER DIPL-ING. DR. M. RAU

D-850& Nürnberg essenweinstrasse 4-6 teiefon 0911 /203727 telex 06/23135

Nürnberg, 26.10.76 Eldon AB, Box 201,.-S- - 571 00 Nässjö

Transformatorschaltung

Vorliegende Erfindung betrifft eine unbegrenzt kurzschlußsichere elektrische Transformatorschaltung, die wenigstens eine Wicklung umfaßt.

Die Bezeichnung "unbegrenzt kurzschlußsicher" wurde . früher im Zusammenhang mit Transformatoren angewendet, ohne daß diese jene Forderungen erfüllen, die man an derartige Transformatoren stellen sollte. Der Grund dafür, daß man diese Bezeichnung dennoch angewandt hat und von verschiedenen Prüfanstalten die Transformatoren als unbegrenzt kurzschlußsicher genehmigt bekommen hat, liegt darin, daß es keine technischen Lösungen gab, die man "absolut" unbegrenzt kurzschlußsichere Transformatoren nennen hätte können. So wurden bisher bekannte Transformatoren dieser Art allgemein als Streufeldtransformatoren ausgebildet. Bei Kurzschluß werden die bekannten Transformatoren stark erhitzt und können aufgrund des hohen eigenen Energieverbrauchs des Transformators eine unzulässig hohe Temperatur erreichen. Eine derartige Erwärmung sollte eigentlich nach den geltenden Normen nicht zulässig sein, doch lagen wie oben erwähnt keine technischen Lösungen des Problems vor und die jeweiligen Behörden haben Ausnahmeregeln gestattet.

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■ Ein weiterer Nachteil der bisher bekannten Transformatoren eier oben angegebenen Art ist deren großes Volumen pro Le i stun-_;s einheit sowie das Verhältnis zwischen deren Le erlaui'spannung und der bei Belestung gemäß dem Nennstrom herrschenden Spannung. Dies hatte zur Folge, daß lediglich Transfürm.-toren für niedrigere Leistungen von ungefähr 8 VA als praktisch anwendbar angesehen wurden.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen Transformator zu schaffen, der tatsächlich "unbegrenzt kurzschlußsicher" ist. iliebei wurde eine Lösung des oben erwähnten Problems angestrebt, so daß die Erwärmung des Transformators sowie dessen Volumen pro Leistungseinheit niedrig gehalten werden.

Die genannten Voraussetzungen werden gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch erfüllt, daß der Wicklungskreis des Transformators an eine strombegrenzende Einheit angeschlossen ist.

Durch Ausführung des Transformators mit einer strombegrenzenden Einheit gemäß der Erfindung konnte man sämtliche Forderungen erfüllen, die an einen kurzschlußsicheren Transformator gestellt werden, ohne daß die oben genannten Nachteile auftreten. Man hat somit eine technische Lösung jener Probleme erreicht, die bisher als unlösbar angesehen wurden und daher verschiedene Prüfanstalten gezwungen haben, für derartige Transformatoren, welche die erwähnten Forderungen nicht erfüllen konnten, besondere Prüfnormen anzuwenden. Der Trans-

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formator nach der Erfindung hat ein Leerlauf-/Belastungs-ibyanriungsverhältnis, das sich von normalen Bchutztransformatoren nicht unterscheidet, weiters konnte mit der vorliegenden Erfindung eine wesentliche Verringerung des Transformutorvoiumens erreicht werden, wobei man im selben Volumen, v«elches fraher für einen 'Transformator mit δ VA Leistung erforderlich war, aurch die Erfindung einen 'i'ransformator mit 55 VA leistung unterbringt.

Bei einer Ausführun_c:.sform des Transformators nacn der Erfindung wird als strombegrenzende Einheit ein PTC-widerstand von an sich bekannter Art angewendet. Der Transformator wird hiebei zweckmaßigerweise mit einer thermischen Verbindung zwischen dem PTC-Widerstand und den übrigen zugenö'rigen Teilen ausgeführt, so daß die positive l'emperaturabhangigkeit des PTG-Widerstandes, d.h. daß dessen Resistanz mit zunehmender Temperatur zunimmt, direkt an warmeerzeugende und wärmeabgebende Teile angeschlossen wird.

Die thermische Verbindung kann mechanische, elektronische oder elektromechanische Komponenten oder eine Gießmasse mit vorherbestimmtem Wärmeleitungsvermögen umfassen.

Der Transformator nach der Erfindung wird nachstehend anhand der beiliegenden Zeichnung beschrieben, in der

Jig. 1 ein Prinzipschema für eine Ausführung form des Transformators und

Fig. 2 ein vergleichendes Stromdiagramm für den Transformator nach der Erfindung und einen bekannten "unbegrenzt kurzschlußsicheren¹¹ Transformator zeigt.

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In ii'iij·. Γ ist das .triiizip für den unbe^renzc kiir-zs ch Iu LiK ic he re η 'I'ransformabor nach der icfindung dargestellt. Der Transformator umfaßt einen j^ririüa-wicklun^skreis 1 und · einen .•.•.ekund.-.rwicklungskreis 2. Der iriiiK~.wicKiun,;skreis 1 wir-d liiit der Spannung; U veisox*£t, während eine .^pan vom oekundärwicklun^skreis 2 entnommen wird. Im o wickiun-:skreis 2 ist ja it der ^ekimdlrwickliin;· des '^rKnsfor— mat or s ein i-'i'C-.jide-L-atand -j in Serie ge:-cn;vJ oet. ...-ov/oiu. die Wicklungen"des. Transformators cd.s auch aessen .^i'G-.riaöi-Gc-inö befinden sich innerhalb des selben uehöu^ea 4 und sind von einer Gießmasse 5. umgeben, deren wkrmeleitkoeifisieiib vorherbestimmt ϊβέ und die in der ji'igur dui-ch öcbrL.ffisrunu: angeaeutet wurde.

Bei Kurzschluli des iekundärwicklun skreises 2 wird, diircti. den Lurzschlulistrom in erster Linie dec !f-TO-.viderctund ox— wärmt. Da die Resistanz des Widerstandes 3 niit aunelimendsr Temperatur zunimmt, nimmt der Strom im üekunc . rv/ickiun,;skreis 2 ab und es wir,d dadurch die wä^rmeentv/icklunt; in den wicklungen des Transformators begrenzt, v/jrm keine thoriuische Verbindung zwischen dem Widerstand 3 und den übrigen jjeiien defs Transformators vorliegt, also wenn die Gießmasse 5 i^Rl vorliegenden i'all ausgescnlossen wird, wird die iiauer des Kurzschiulistroms im wesentlichen vom Widerstand 3 bestimmt. Da der Widerstand 3 innerhalb des Gehäuses ^L\- des Transformators liegt, wird über die Gießmasse zwischen dem widerstand 3 undden übrigen Teilen des Transformators eine thermische Verbindung erhalten. Das warmeleitungsvermogen ergibt somit die thermische Verbindung, welche die Erwärmung des Widerstandes 3 und damit den Charakter des Widerstandes als

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£■ η, rom be; ;renzer ' in der Schaltung bestimmt.

- hin Vorteil-" der vorliegenden-Erfindung lie,.t darin, dato der hwtfciciilu .otoni auf einen „-ert begrenzt wird, der bei weni^ur als der -iälfte. doo normal entnommenen Stromwertes J.ie;.;t, wie aies aus ü'ig. 2-hervorgeht, in welcher die ivui'vc T- devi btrora in einem Transformator nach der Erfindung un._:_ibt. v&-. normalerweise entnommene ütrom entspricht einom .vert 1 (uennstrom) auf der Priin^rseite des Transformators, bei we:icne.L· ciie in ij'ig. \i angegebenen Werte gemessen sind. £ium Zeitpunkt t-, findet ein Kurzschluß statt, der eine Stromspitae von relativ kurzer Dauer verursacht. Durch den PTC-Widerstand 3 U^f'i{3· 1) sinkt der i-rimärsurom T- bis unter die .'.■!fc-J.i'te von 1 . Dies beaeutet, dab der Strom bei einem wert .. stabilisiert wird, der für die Wicklung des Transformators unschädlich ist. Sobald der Kurzschluß beseitigt ist, geht die Transformatorfunktion unmittelbar oder mit vorherbestimmter Verzögerung auf den nox'malen Stromwert I zurück.

•Zum Vergleich wurde in Pig. 2 die entsprechende Stromkurve Ί¹, fur einen bekannten, sogenannten "unbegrenzt kurzschluiaaicheren" Transformator eingezeichnet. Der zum Zeitpunkt/ t-, entstandene Kurzschluß bringt eine starke Stromerliöhun£ bis ungefähr zum doppelten Wert im Vergleich mit dem normalen Stromwert I_n mit sich. Wie aus der Kurve T, hervor- _ejit, wird dieser hohe Kruzschlußwert so lange beibehalten bis der Kurzschluß beseitigt ist. Selbstverständlich wird hiebei in den Wicklungen des Transformators viel Wärme erzeugt, was bei dem bekannten Transformator zu stark erhöhten Temperaturen führt, so daß am Transformator und bei in der η AiQ befind]ichen Gegenständen Schaden entstehen können.

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Die oben im Zusammenhang mit der Zeichnung beschriebene Ausführungsform eines Transformators nach der Erfindung kann im Rahmen der Erfindung auf verschiedene Weise modifiziert werden. Wie bereits oben angegeben, kann der thermischen Verbindung verschiedenes Wärmeleitungsvermögen gegeben werden, was das Aussehen der Kurve T. sowohl im Hinblick auf das Eintreten der Stromspitze nach dem Zeitpunkt t, als auch im Hinblick auf die Neigungen der Kurve vor und nach dem Spitzenwert beeinflußt. Die thermische Verbindung kann auch mechanische Organe umfassen, z.B. metallische Wärmeleiter, wenn der PTC-Widerstand in oder außerhalb des Gehäuses K verlegt ist. Eine andere denkbare Lösung sind elektronische Schaltkreise oder elektromechanische Vorrichtungen.

Bei der beschriebenen Ausführungsform ist die strombegrenzende Einheit mit der Sekundärwicklung in Serie geschaltet. Sie könnte ebensogut mit der Primärwicklung in Serie geschaltet sein. Bei Transformatoren mit mehreren Sekundärwicklungen kann jede von diesen mit einer strombegrenzenden Einheit versehen sein. Es ist auch denkbar, daß lediglich eine oder einige der Sekundärwicklungen mit einer strombegrenzenden Einheit in Serie geschaltet sind, wobei auch die Primärwicklung mit einer strombegrenzenden Einheit in Serie geschaltet wird.

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Claims

Patentansprüche :

1. Unbegrenzt kurzschlufesichere elektrische TransforinatorBchaltung, die mindestens eine vi/icklung umfabt, gekennzeichnet durch eine in den Kreis der Wicklung eingeschaltete sbrombegrenzende Einheit.

2. ochaltun.2 nach Patentanspruch 1, dc.aurch gekennzeichnet;, dais die strombegrenzende Einheit, die vorzugsweise von einem jr'1'C.-Widerstand gebildet ist, mit dem ,vicklungskreis in derie geschaltet ist.

3. Schaltung nach Patentanspruch 2, 5ekennzeichnet durch wenigstens eine thermische Verbindung zwischen dem Pl'G-Widerstand und diesen umgebenden !'eilen, wie Apparabgehause und/oder Kreiskomponenten.

4. uCiiultung nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dab die thermische Verbindung mechanische, elektronische oder eiektromechanxsche Komponenten umfaßt.

5· ochaltuns nach Patentanspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnoö, dab der Pl'O-iViderstand und ueniga lens jener

skreis, an den dieser ingescii ι onsen ist, im selbem \uu use an, eordne L sind, wobei die thermische Verb iruiuiig von einer Giebmasse gebildet isb, in welche der P'l'Ü-;idec^Ji;barid und jögebeneril'alls der Wicklungskreis eingegossen sind.

6. ocnalbung n-,ch ratentanspruch ^LY oder 5? dadurcli gekennzeichnet,, daL die Empfindlichkeit des PTC-Widersbandes diu'ca eine der bhermisciion Verbindungen einstellbar isb.

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ORIGINAL INSPECTED

'/· uchulbung n-ucti i-'abeiibans ruch 5 ^un<J- <5, Ur.-.durctL ^^f--

kennzcictuiet, dai-j die ..-iinpfindlichkeit; des I¹I¹G-..iüßr&b;. ϊκιο.. durcii dec Gießmasse zu^e^eüates wt-rmeleitendes hu-.eiäc 1 tjesbeuert ist.

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