DE293834C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

Es sind Transformatoren mit zwei magnetischen Kreisen und drei Stegen bekannt, wobei die Primärwicklung auf dem für beide Kreise gemeinschaftlichen Steg angeordnet ist, während von den übrigen Stegen einer bereits bei normaler Speisespannung stark gesättigt ist und der ändere durch einen Luftspalt unterbrochen ist. Bei diesen Transformatoren ist um den stark gesättigten Steg eine sekundäre Wicklung angeordnet, so daß deren Spannung im wesentlichen gleichbleibt, selbst wenn die primäre Wicklung beträchtlichen Spannungsänderungen unterliegt.
.Die vorliegende Erfindung betrifft einen

!5 Transformator mit ähnlich gestaltetem Kern, wobei die Sekundärwicklung aber um den durch einen Luftspalt unterbrochenen Steg herum angeordnet ist. Weil der geschlossene magnetische Kreis ebenso wie bei den bekannten Transformatoren einen stark gesättigten Teil aufweist, werden Spannungsveränderungen in der Primärwicklung verhältnismäßig große Spannungsveränderungen in der Sek-üöT därwicklung hervorrufen. Bei einem entsprechend berechneten Transformator können diese beiden Änderungen (primäre und sekundäre) sich sogar zueinander verhalten wie 1: 10.

Der Transformator nach dieser Erfindung kann eine sehr verbreitete Anwendung finden.

Er kann z. B. dazu gebraucht werden, Relais zu betätigen, welche eine bestimmte Funktion verrichten- müssen, wenn im primären Stromkreise Spannungsveränderungen auftreten, oder er kann zum Anzeigen und Registrieren von geringen Spannungsschwankungen verwendet werden. Weiter kann der Transformator dazu dienen, die Spannung an einem beliebigen Punkte eines Leitungsnetzes, worin wegen der Länge der Leitungen beträchtliche Spannungsverluste auftreten, oder die Spannung im Beleuchtungsnetz von Fabriken mit stark wechselnder Kraftbelastung zu regeln bzw. konstant zu halten. Ganz besonders eignet sich der Transformator zur Regelung der Spannung von Wechselstrommaschinen in elektrischen Zentralen und zur Spannungsregelung beim Eichen von Wattstundenzählern und bei photometrischen Experimenten.

Die Erfindung betrifft weiter noch geeignete Schaltungen, welche in Verbindung mit dem neuen Transformator angewendet werden können. ,

Um die Erfindung vollständig klarzulegen, soll sie unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert werden^

Fig. ι zeigt den Transformator und eine Schaltungsanordnung zur Regelung der Spannung in einem beliebigen Punkte eines.Leitungsnetzes mittels der Spannungsänderung selbst. . ■ . .

Fig. 2 zeigt eine abgeänderte Schaltungsanordnung, welche verwendet wird, wenn die Vollastströme groß sind im Vergleich zu den Magnetisierungsströmen des Transformators, welcher in dem Punkte, wo die Spannung konstant gehalten werden soll, angeordnet ist.

Fig. 3 zeigt eine Schaltungsanordnung zur Regelung der Spannung von Wechselstromgeneratoren auf einen praktisch konstanten

ίο Wert mittels der Spannungsänderung selbst. Fig. 4 zeigt eine Schaltungsanordnung zum Konstanthalten; "der Spannung einer Lichtleitung in einer Fabrik mit stark wechselnder ■ Kraftbelastung.

Fig. 5 zeigt eine Schaltungsanordnung zur Regelung der Spannung auf einen konstanten Wert beim Eichen von Wattstundenzählern (sehr geringe Stromstärke), bei photometrischen Experimenten, oder bei der Speisung eines Lichtnetzes in Fabriken (konstante Stromstärke).

Unter Bezugnahme auf Fig. 1 sei eine weitere Erläuterung des Prinzips, worauf die Wirkung des Transformators nach der Erfindung beruht, gegeben. Der Kern für die primäre Wicklung 2 des Transformators 1 liegt in einem magnetischen Kreise, wovon der Teil 3 unter normalen Arbeitsverhältnissen des Transformators stärk gesättigt ist. Ein magnetischer Nebenschluß zu diesem Kreise wird durch einen Luftspalt 4 unterbrochen. Gemäß der Erfindung ist um diesen magnetischen Nebenschluß herum die Sekundärwicklung 5 angeordnet. Im Teil 3 nimmt die magnetische Leitungsfähigkeit unverhältnismäßig mit der Induktionszunahme ab, sobald die Induktion annähernd den Wert von 10 000 Kraftlinien pro Quadratzentimeter überschreitet. Für den magnetischen Luftspaltkreis dagegen nimmt die Induktion proportional der Anzahl der verfügbaren Amperewindungen zu. Das magnetische Feld, welches erforderlich ist, um der angelegten Spannung das Gleichgewicht zu halten, wird stets von einer Mindestanzahl Amperewindungen hervorgebracht werden. Die Größe des Luftspaltes und die Länge des Eisens im geschlossenen Kreise sind wichtige Faktoren des Transformators. Im allgemeinen wird der Luftspalt beim Erfmdungsgegenstand langer sein wie bei den bekannten Transformatoren mit ähnlichen magnetischen Kreisen. Wenn die höchste oder Leerlaufspannung an die Wicklung 2 gelegt wird, wird im Luftspaltkreis ein kräftiges Feld entstehen.

Wenn aber die Spannung z. B. um 10 Prozent fällt und dadurch die Induktion im mittleren Kern geringer wird, so wird bei einer entsprechenden Bemessung des Luftspaltes in dem einen Kreise und der Eisenlänge im andern Kreise nahezu der ganze Kraftfluß durch letzteren Kreis (den geschlossenen) hindurchgehen. Es sind also eine Mindestanzahl Amperewindungen erforderlich, um der angelegten Spannung das Gleichgewicht zu halten. In der Wicklung 5 wird bei hoher Primärspannung eine elektromotorische Kraft induziert; bei einer geeigneten Konstruktion des Transformators wird ein zehnprozentiger Spannungsabfall im Primärstromkreise diese E. M. K. um annähernd 100 Prozent ändern können.

Eine Schaltungsanordnung zur Spannungsregelung in einem beliebigen Punkte eines Leitungsnetzes durch die Spannungsänderung selbst ist in Fig. 1 dargestellt. Außer dem Spannungstransformator 1 umfaßt die Schaltung den Stromtransformator 6 und einen Apparat, welcher mittels Ouecksilberkontakte 8 die Sekundärwindungen 9 kurzschließen kann. Wenn die Spannung in der Hauptleitung 10 ihren Höchstwert erreicht (z. B. bei Leerlauf, wenn kein Spannungsverlust auftritt), wird in der Wicklung 5 eine E. M. K. induziert, welche in der Spule 11 ein magnetisches Feld hervorbringt. Demzufolge wird, der' Weicheisenkern mit dem Quecksilberbehälter 7 hinuntergezogen. Hierdurch werden die Sekundärwindungen 9, welche kurzgeschlossen waren, geöffnet, wodurch im Transformator 6 ein. kräftigeres Feld entsteht, so daß primär einer größeren Spannung das Gleichgewicht gehalten werden kann. Der Transformator 12 kann dadurch eine konstante Klemmenspannung erhalten. Bei Leerlauf wird der Magnetisierungsstrom des Transformators 12 benutzt, um in der Primärwicklung des Transformators 6 Spannung zu vernichten.

Diese Schaltungsanordnung hat den Vorteil, daß j ede Spannungsänderung unabhängig von der Belastung nachgeregelt wird, was mit einem Spannungsregler nicht möglich ist.

Wenn die Vollbelastungsströme im Ver-^l gleich zu den Magnetisierungsströmen des Transformators 12 groß sind, kann die Schaltung nach Fig. 2 angewendet werden. Hierbei ist außer der Spule 11 noch eine, ebenfalls auf deren Eisenkern einwirkende Spule 13 vorgesehen, welche der Spule 11 entgegenwirkt. Die Spule 13 ist an der Primärwicklung des Transformators 6 angeschlossen. Sollte bei geringeren Belastungen die vernichtete Spannung in der Primärwicklung zu groß werden, so wird dadurch das in der Spule 13 hervorgerufene Feld wachsen, und es werden Sekundärwindungen 9 kurzgeschlossen werden. Wenn der Transformator6 zugleichverhältnismäßig stark gesättigt ist, wird eine proportionale Spannungszunahme unmöglich.

Die Regelung der Spannung einer Wechselstrommaschine auf einen konstanten Wert geschieht nach ,dir Anordnung gemäß Fig. 3, in welcher nur die Anwendung des Spannungs-

transformators ι mit der Spule 11 und des einzelnen Kernes 19 neu ist. Die Wechselstrommaschine ist mit 14 und die Erregermaschine mit 15 angedeutet. In Hintereinanderschaltung mit dem Feldwiderstand dieser Erregermaschine ist ein regelbarer Widerstand 16 angebracht, welcher vom Kontakt 17 kurzgeschlossen werden kann. Dieser Kon-. takt wird von einem beweglichen Hebel 18 bewegt in der Weise wie bei dem bekannten Tirrillregler; die Bewegung des Hebels wird mittels des Weicheisenkernes 19 und der Spule 11 geregelt. Wenn nun die Spannung aus irgendeinem Grunde fällt, wird das Feld im Sekundärkreise des Spannungstransformators ι geschwächt werden, und die Spule 11 wird den Kern 19 freigeben, wodurch der Kontakt 17 geschlossen und der Feldstrom der Erregermaschine 15 erhöht wird. Die Klemmenspannung der Erregermaschine steigt, wodurch auch die Generatorspannung zunimmt. Letztere Spannung steigt, bis der Kern 19 wieder eingezogen und der Kontakt 17 unterbrochen wird. Der Hebel 18 kann eine große Anzahl Schwingungen pro Sekunde machen. Es ergibt sich also, daß die Spannungsregelung nur dadurch bis zu einem hohen Genauigkeitsgrad möglich ist, daß eine geringe Spannungsänderung in der Wicklung 2 eine viel größere Spannungsänderung in der Wicklung 5 hervorruft.

Zur Regelung auf konstante Spannung in einem Lichtnetz einer Fabrik mit stark wechselnder Kraftbelastung ist die Schaltung nach Fig. 4 besonders geeignet. Die Primärwicklung des Spannungstransfbrmators 1 ist auf die Lichtleitung 20 angeschlossen. Die Se-. kundärwicklung 5 ist wie bei der Schaltung nach Fig. 3 in Reihe geschaltet mit einer Spuk 11 mit Kern 19, Hebel 18 und Kontakt 17. Der Kontakt 17 kann die Sekundärwicklung des Transformators 21 kurzschließen. Wenn die Spannung in der Sekundärwicklung 22 des Transformators 23 fällt, wird der Kern 19

nicht langer von der Spule 11 angezogen werden, und es wird der Kontakt 17 geschlossen werden. Durch die Kurzschließung der Sekundärwicklung des Transformators 21 wird der Primärwicklung des' Transformators 23 eine höhere Spannung aufgedrückt werden. Die sekundäre Spannung des Transformators 23 wird "ebenfalls steigen, wodurch der Kern 19 wieder in die Spule 11 hineingezogen und der Kontakt 17 geöffnet wird. Indem man die Sekundärwicklung des Transformators 21 aus vielen Windungen zusammenstellt, kann der Öffnungsfunke beim Kontakt 17 unschädlich gemacht werden.

Bei der Schaltungsanordnung nach Fig. 5 ist in an sich bekannter Weise eine Spule 26 um den stark gesättigten Teil 3 des geschlossenen magnetischen Kreises gelegt; diese Spule ist in Reihe geschaltet mit der Spule 5 des Luftspaltkreises, doch in entgegengesetzter Richtung wie diese letzte gewickelt. Wenn nun die Anzahl Windungen der Spule 26 so , groß ist, daß z.B. bei 110 Volt in der Primärspule 2 eine Spannung von 140 Volt in 'der Spule 26 induziert wird, und wird unter diesen Umständen in der Spule 5 des Luftspaltkreises 30 Volt induziert, so wird die resultierende Sekundärspannung 110 Volt betragen. Wenn die Primärspannung um 10 Prozent fällt, wird in der Spule 26 z. B. 130 Volt und in der Spule 5 eine Spannung von 20 Volt induziert werden, was wieder eine resultierende Spannung von 110 Volt ergibt.

Weil bei dieser Schaltung der Sekundärstromkreis 25 unabhängig von Spannungsschwankungen im Primärstromkreise 24 ist, kann derselbe vorzüglich als Stromquelle für die Spannungsspulen von zu eichenden Wechselstromwattstundenzählern verwendet werden.

Der Transformator nach Fig. 5 ist . auch sehr geeignet zum Abgeben von starken Strömen, vorausgesetzt, daß der Widerstand im · Sekundärkreise konstant ist. In diesem Falle kann der Transformator für photometrische Zwecke und zum Speisen von Lichtleitungen in Fabriken, wo die Spannung in der Leitung 24 nicht konstant ist, verwendet werden.

Es ist selbstverständlich, daß der Luftspalt ersetzt werden kann durch irgendeinen schlechten magnetischen Leiter. Auch kann der Luftspalt regelbar sein, und es können andere konstruktive Änderungen vorgenommen werden, ohne vom Grundgedanken der Erfindung abzuweichen.

Die Verwendung des Transformators nach dieser Erfindung zur Betätigung von Relais ergibt den Vorteil, daß geringe Spannungsunterschiede im primären Stromkreise sich kräftig, äußern, so daß die Relais verhältnismäßig empfindlicher werden und mit mehr Sicherheit auf kleine (primäre) Spannungsunterschiede ansprechen,' wie bisher möglich war. Bei Verwendung dieses Transformators können die sog, Minimalausschalter derart konstruiert werden, daß sie bei 10 Prozent oder 20 Prozent Spannungsabfall ausschalten.

Bei der Verwendung des Transformators in Verbindung mit selbstregistrierenden Voltmetern wird die Empfindlichkeit (scheinbar) vervielfältigt, wodurch die Genauigkeit der Registrierung erhöht wird.

Claims (6)

1. Patent-Ansprüche:

   ι. Transformator mit zwei magnetischen Kreisen und drei, Stegen, wobei die primäre Wicklung auf dem für beide Kreise gemeinschaftlichen Steg angeordnet ist,

   während von den übrigen Stegen einer bereits bei normaler Speisespannung stark gesättigt ist und der andere durch einen Luftspalt unterbrochen ist, dadurch gekennzeichnet, daß um den durch einen Luftspalt unterbrochenen Steg eine sekundäre Wicklung (5) gelegt ist, so daß Spannungsänderungen im Primärstromkreise eine verhältnismäßig bedeutend größere Spannungsänderung im Stromkreise dieser sekundären Wicklung (5) hervorrufen.
2. 2. Schaltung zur Regelung der Wechselstromspannung mittels des Transformators nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß an der, um den durch einen Luftspalt unterbrochenen Steg gelegten Wicklung (5) eine Spule (11) angeschlossen ist, deren Kern Windungen der Sekundärspule (9) eines Transformators (6), dessen Primärspule vom primären Hauptstrom (10) durchflossen wird, einschaltet oder kurzschließt.
3. 3. Schaltung nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß außer der an die Wicklung (5), welche um den durch einen Luftspalt unterbrochenen Steg gelegt ist, angeschlossenen Spule (11) eine Spule (13) vorgesehen ist, welche an die Klemmenspannung der vom primären Hauptstrom durchflossenen Primärwicklung des Transformators (6) gelegt ist, und welche Spule (13) entgegengesetzt gewickelt ist ,wie die an die Wicklung (5) des Luftspaltkreises angeschlossene Spule (11).
4. 4..''- Schaltung zur Regelung der Spannung eines Generators mittels des Transformators nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit der, um den durch einen Luftspalt unterbrochenen Steg gelegten Wicklung (5) eine Spule (11) in Reihe geschaltet ist, deren Kern (19) ir. bekannter Weise mit einer Kurzschlie-.ßungsvorrichtung für einen Feldwiderstand (16) der Erregermaschine (15) verbunden ist.
5. 5. Schaltung zur Regelung bzw'. Kon-' stanthaltung der Spannung einer Lichtleitung mittels des Transformators nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärwicklung. (2) des Transformators (ι) an einer von einem Transformator (23) gespeisten Lichtleitung (20) angeschlossen ist und die um den durch einen Luftspalt unterbrochenen Steg gelegte Wicklung (5) in Reihe geschaltet ist mit einer Spule (11), welche die Sekundärwicklung eines Transformators (21), dessen Primärwicklung vom primären Hauptstrom durchflossen wird, schließt oder offnet. ·
6. 6. Schaltung zur Regelung der Spannung in einem sekundären Stromkreise mittels des Transformators nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß eine in entgegengesetzter Richtung wie die um den durch einen Luftspalt unterbrochenen Steg gelegte Spule (5) gewickelte und mit dieser Spule in Reihe geschaltete Spule (26) um den gesättigten Teil (3) des geschlossenen magnetischen Kreises gelegt ist, wobei die beiden Spulen (26, 5) gemeinschaftlich den sekundären Hauptstromkreis (25) speisen.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.