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"Frequenzsteigerungstransformator"
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Die Erfindung bezieht sich auf einen Transformator zur Umwandlung
von Dreiphasenstrom in Einphasenstrom unter Steigerung der Frequenz, insbesondere
zur Verwendung bei Elektroerosionsverfahren.
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Bei Elektroerosionsmaschinen wird bekanntlich eine Wechselstromquelle
mit hoher Stromstärke und geringer Spannung benötigt. Der Wechselstrom wird gewöhnlich
von einem Reduziertransformator geliefert, der Dreiphasenstrom in Einphasenstrom
umwandelt. Die normalerweise verwendete Frequenz ist die Frequenz des Industrienetzes,
gewöhnlich 50 Hz.
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Da die Leistung derartiger Maschinen jedoch um so höher ist, je höher
die Frequenz des Erosionsstroms ist, wurde bereits vorgeschlagen, höhere Frequenzen,
beispielsweise von 100 bis 400 Hz, zu verwenden. Bei Verwendung derart hoher Frequenzen
ist es jedoch erforderlich, in die Elektroerosionsmaschine eine Frequenzsteigerungsvorrichtung
einzubauen. Eine derartige Frequenzsteigerungsvorrichtung ist kostspielig und benötigt
viel Raum und ist ausserdem gewöhnlich verhältnismässig kompliziert, so dass
ihre
Wartung und Reparatur nur von Fachpersonal durchgeführt werden kann. Wegen der verwendeten
hohen Energie sind ausserdem Kühlungsgebläse od.dgl. erforderlich, wenn der Frequenzsteigerungstransformator
mit Hhlbleiter-Festkörpern arbeitet.
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Wegen dieser Nachteile konnten sich die frequenzsteigernden Elektroerosionsmaschinen
bisher nicht generell durchsetzen.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Dreiphasenstrom
in Einphasenstrom umwandelnden Spannungsreduziertransformator zu schaffen, der gleichzeitig
lediglich durch magnetische Induktion als Frequenzsteigerungstransformator dient
und somit durch Verringerung der Kosten und Gesamtabmessungen und eine Vereinfachung
der Wartungs- und Reparaturarbeiten die praktische Verwendung von frequenzsteigernden
Elektroerosionsmaschinen ermöglicht. Die der magnetischen Induktionsvorrichtung
eigene Unempfindlichkeit gewährleistet ausserdem eine lange Lebensdauer der Vorrichtung
ohne Wartung und ohne Notwendigkeit von Kühleinrichtungen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die Schaffung eines Frequenzsteigerungstransformators,
insbesondere zur Verwendung bei Elektroerosionsmaschinen u.dgl., gelost,
der
grkennzeichnet ist durch einen magnetischen Mantelkern mit fünf Armen und durch
je drei um die drei mittleren Arme gewickelte Primär- und Sekundärwicklungen, wobei
die drei Primärwicklungen zur Dreiphasenstromzutührung in Delta schaltung und die
drei Sekundärwicklungen zur Erzeugung des Einphasenausgangstroms in Serie geschaltet
sind, und der Magnetkern so bemessen ist, dass er während eines Teils des Arbeitszyklus
in magnetischer Sättigung arbeitet.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend
anhand der Zeichnung näher beschrieben.
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Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Draufsicht auf einen erfindungsgemässen
Frequenzsteigerungstransformator und Fig. 2 ein Schaltschema des Transformators
gemäss Fig. 1.
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Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, besteht der erfindungsgemässe Frequenzsteigerungstransformator
im wesentlichen aus einem magnetischen Mantelkern 10 aus einem Stapel vDn MagnetblechzuscKlitten
aus dem üblichen Material wie Siliziumstahl od. dgl. Der Mantelkern hat vier Oeffnungen
12, 14, 16 und 18 und dazwischen bzw. daneben fün Arme 20, 22, 24, 26 und 28. Um
die inneren Arme 22, 24 und 26 sind deltageschaltete Primärwicklungen 30, 32 bzw.
34
gewickelt und mit je einer Stromzuführungsklemme 36, 38 bzw.
40 verbunden, die an eine Dreiphasenstromquelle wie z.B. ein Stromnetz von 380 Volt,
50 Hz, angeschlossen wird.
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Um jede der Primärwicklungen )0, 32, 34 ist eine Sekundärwicklung
42, 44 bzw. 46 gewickelt, wobei diese Sekundärwicklungen in Serie an zwei Ausgangsklemmen
48, 50 geschaltet sind, um eine Einphasenspannungsquelle zu schaffen. Die gleiche
Anordnung ist in Fig. 2 als Schaltschema dargestellt.
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Wenn nun angenommen wird, dass die beschriebene Vcrrichtung linear
arbeitet, so sind bei Zuführung einer ausgeglichenen Dreiphasenspannung an die Primärwicklungen
des Transformators die an den Ausgangsklemmen der Wicklungen 42, 44, 46 entstehenden
drei Spannungen gleich, jedoch um 120 untereinander phasenverschoben. Daher ist
die wirksame Spannung an den Einphasen-Ausgangsklemmen 48, 50 praktisch gleich Null.
Erfindungsgemäss ist der Magnetkern 10 jedoch so bemessen, dass er während eines
Teils des Arbeitszyklus gesättigt ist. Unter diesen Bedingungen werden Harmonische
mit einer Grundfrequenz von mehr als 50 Hz erzeugt. Da das System jedoch symmetrisch
aufgebaut ist und mit Dreiphasenstrom gespeist wird, sind die erzeugten Harmonischen
nicht gleich und die erste Harmonische,
der eine gewisse Bedeutung
zukommt, ist die dritte mit einer Frequenz von etwa 150 Hz. Nun sind die dieser
dritten H>rmonischen zugeordneten, an den Sekundärwindungen 42, 44, 46 entstehenden
Spannungen natürlich nicht mehr symmetrisch phasenverschoben und erzeugen eine wirksame
Spannung an den Einphasenausgangsklemmen 48, 50.
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Daher ist die einzige wirksame Kraft, die beim Anschluss des Transformators
an eine last von den Primärwicklungen an die Sekundärwicklungen des Transformators
übertragen wird, im wesentlichen die Frequenz von 50 Hz, während niedrigere Frequenzen
fast vollständig fehlen und die höheren Frequenzen durch geeignete Bemessung des
Magnet kerns 10 in engen Grenzen gehalten werden.
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Obwohl die Wirkungsweise dieses Frequenzsteigerungstransformators
damit erläutert worden ist und der Anmelder glaubt, dass diese Erläuterung richtig
ist, möchte der Anmelder nicht behaupten, dass sie unbedingt richtig sein muss,
da er keinen Anspruch darauf erhebt, alle physikalischen und elektrischen Einflüsse,
die zum Zustandekommen der vorstehend beschriebenen Wirkungsweise beitragen, genau
zu kennen. Es ist daher durchaus möglich, dass 4ussr den beschriebenen Faktoren
noch andere unbekannte mitwirken. Es war daher nicht möglich, eine vollständige
theoretische
Analyse des Transformators nufzustellen, und es ist nicht ausgeschlossen, dqss bei
Durchführung einer derartigen Analyse womöglich andere Gesichtspunkte auftauchen
würden, die die Projektierung des Frequenzsteigerungstransformators u.U. erleichtern
könnten.
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In Ermangelung einer derartigen theoretischen Analyse hat der Anmelder
den vorliegenden Transformator auf emprischem Wege erbaut und folglich muss bei
gleichliegenden Fällen seine Bemessung auch weiterhin auf empirischem Wege ermittelt
werden, indem der Querschnitt des Magnetrnaterials je nach der verwendeten Spannung,
Frequenz, Leistung und Mnterialbeschaffenheit entsprechend ausgewählt wird. Die
beste dem Anmelder bekannte Art der Projektierung des beschriebenen Transformators
besteht darin, Versuche mit Magnetkernen von fortschreitend grösserem Querschnitt
durchzuführen und dann den Querschnitt zu wählen, der das beste Ergebnis liefert.
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