DE344626C

DE344626C - Choke transformer, adjustable by step switching, in which a special inductive voltage drop is achieved through a magnetic stray field

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Publication number: DE344626C
Application number: DE1919344626D
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1919-10-07
Filing date: 1919-10-07
Publication date: 1921-11-26

Description

Durch Stufenschaltung regulierbarer Drosseltransformator, bei dem ein besonderer induktiver Spannungsabfall durch ein magnetisches Streufeld erzielt wird. Die vorliegende Erfindung betrifft einen regulierbaren Drosseltransformator, dessen primäre und sekundäre Bewickelung durch je einen Stufenschalter regulierbar sind, Geobei die beiden Schalterbürsten miteinander verkoppelt sind.Choke transformer, adjustable by step switching, in which a special inductive voltage drop is achieved by a magnetic stray field will. The present invention relates to an adjustable choke transformer, its primary and secondary winding can be regulated by a step switch each where the two switch brushes are coupled to each other.

Gewöhnliche ruhende Wechselstromtransformatoren, welche primär oder sekundär durch Stufenschalter nach Abb. r oder 2 regulierbar sind, sind bekannt. Durch Ab- oder Zuschalten von primären Windungen wird die Sekundärspannung vermehrt oder vermindert. Dagegen wird durch Ab- oder Zuschalten von sekundären Windungen die sekundäre Spannung vermindert oder vermehrt. Bei derartigen Transformatoren zwei Schalter anzubringen und diese zu verkoppeln hätte keinen Sinn, weil, wenn beispielsweise das Verhältnis der ab- und zugeschalteten Windtmgszahlen, wenn es mit gern Verhältnis der Gesamtwindungszahl übereinstimmt; gleichbleibt, sich an der Wirkungsweise eines solchenTransformators nichts ändert.Ordinary dormant AC transformers, which are primary or Secondary adjustable by step switch according to Fig. r or 2 are known. The secondary voltage is increased by switching primary windings on or off or diminished. On the other hand, by switching on or off secondary windings the secondary tension diminishes or increases. With such transformers Attaching two switches and coupling them would make no sense, because if For example, the ratio of the switched off and switched on wind tmgs, if it with gladly corresponds to the ratio of the total number of turns; remains the same, at the mode of operation of such a transformer does not change anything.

Anders liegt der Fall bei Drosseltransformatoren; das sind solche ruhende Wechselstromtransformatoren, bei denen die primäre und die sekundäre Bewickelung absichtlich derart verschoben auf den aufgebracht wird, daf3 bei sekundärer Strombelastung außer dem unvermeidlichen Spannungsabfall durch die Leitungswiderstände der Bewickelung zusätzlich noch ein besonderer induktiver Abfall durch ein magnetisches Streufeld entsteht. Die sekundäre Spannung wird dadurch tierabgedrosselt, so daß bei Anschluß von Bogenlampen an derartige Apparate besondere Vor schaltapparrate, wie Widerstände oder Drosselspulen, überflüssig werden.The case is different with reactor transformers; these are those static alternating current transformers, in which the primary and the secondary winding deliberately shifted to which is applied in such a way that in the event of a secondary current load apart from the inevitable voltage drop due to the line resistance of the wrapping In addition, there is a special inductive drop due to a magnetic stray field arises. The secondary voltage is thereby throttled, so that when connected from arc lamps to such devices special before switching apparatus, such as resistors or reactors, become superfluous.

Solche Apparate werden ebenfalls bereits mit = Regulierstufenschalter, welche nach Art der Abb. z in die Primärwickelung eingeschaltet werden, gebaut. Die sekundäre Stromstärke folgt der Gleichung wobei C eine Konstante bedeutet, die von der Frequenz und von magnetischen Verhältnissen des Apparates abhängt, deren Größen bei den vorliegenden Betrachtungen gleichgültig sind. und die als konstant angesehen werden, während % die primäre und n2 die sekundäre stromdurchflossene Windungszahl eines mit getrennter Schaltung ausgeführten Apparates ist. E ist die primäre Spannung, e2 ist die sekundäre Spannung nach geometrischem Abzug der induktiven Spannung von der Leerlaufspannung bei der sekundären Strombelastung f. Nimmt man n2, E und e2 konstant an und verändert %, so erkennt man aus obigerGleichung, daß der sekundäre Strom f, von beginnend, von Null, an mit abnehmender Windungszahl n1 beständig steigt.Such devices are also already built with = regulating step switches, which are switched into the primary winding as shown in Fig. Z. The secondary amperage follows the equation where C denotes a constant which depends on the frequency and on the magnetic conditions of the apparatus, the magnitudes of which are irrelevant in the present considerations. and which are regarded as constant, while% is the primary and n2 the secondary current-carrying number of turns of an apparatus designed with a separate circuit. E is the primary voltage, e2 is the secondary voltage after geometrically subtracting the inductive voltage from the open circuit voltage for the secondary current load f. If n2, E and e2 are assumed to be constant and changed%, then one recognizes from the above equation that the secondary current f , from starting from zero, steadily increasing with decreasing number of turns n1.

Nimmt man andererseits n1, E und e2 konstant und verändert n2, baut man also den Stufenschalter nach Art der Abb.2 in die sekundäre Bewickelung ein, so erkennt man aus obiger Gleichung ferner, daß der sekundäre Strom mit steigendem m2 von beginnend, von Null an steigt bis zu einem Maximum, welches bei liegt, um dann wieder abzunehmen und bei n2 = xo nochmals zu Null zu werden.On the other hand, if n1, E and e2 are taken constant and n2 is changed, i.e. if the tap changer is built into the secondary winding as shown in Fig starting from zero up to a maximum, which is at to then decrease again and to become zero again at n2 = xo.

Wenn man nun erfindungsgemäß sowohl in die Primärwickelung als auch in die Sekundärwickelung je einen Stufenschalter einbaut und koppelt beide Stufenschalter derart, daß sie etwa von Stufe zu Stufe immer Windungszahlen zu- oder abschalten, welche im gleichen Verhältnis stehen wie die Gesamtwindungszahlen der primären und der sekundären Spule, daß also das unter Strom verbleibende Windungsverhältnis konstant bleibt, so geht die obige Gleichung in die Form über wenn man für ?a, den Wert n2 # v setzt. Da außer n1 und zag alle Größen konstant sind, so verändert sich die sekundäre Stromstärke J umgekehrt mit dem Quadrat der unter Strom stehenden sekundären Windungszahlen oder auch umgekehrt mit dem Produkt aus den unter Strom stehenden primären und sekundären Windungszahlen.If, according to the invention, a tap changer is installed in both the primary winding and the secondary winding and both tap changers are coupled in such a way that they always switch on or off the number of turns from step to step, which are in the same ratio as the total number of turns of the primary and secondary Coil, that is, the turns ratio remaining under current remains constant, the above equation changes into the form if you set the value n2 # v for? a. Since all quantities except n1 and zag are constant, the secondary current intensity J changes inversely with the square of the energized secondary number of turns or vice versa with the product of the energized primary and secondary number of turns.

Die Anwendung der neuen, gekoppelten Stufenschaltung gewährt der * bekannten einseitigen primären Stufenschaltung gegenüber den großen Vorzug, daß bei ihr der Verbrauch an Wickelungs- und Kernmaterial bei gleicher Sekundärleistung wesentlich viel geringer ausfällt als bei der einseitigen Stufenschaltung. Nimmt man beispielsweise einen Transformator von gegebener Größe an, dessen Stromstärke durch Stufenschaltung um den i,66fachen Betrag ihres Minimalbetrages verstärkt werden soll, so bleibt bei der neuen verkoppelten Stufenschaltung der Aufwand an Bew ickelungsmaterial um den o,8fachen und die Induktion des Kernes um den o,gfachen des bei der bekannten einseitigen Schaltung vorliegenden Betrages zurück. Die Verhältnisse ändern sich aber noch viel mehr zuungunsten der bekannten Schaltung, wenn die sekundäre Stromstärke um noch größere Beträge verändert wird. Verstärkt man den sekundären Strom durch die gekoppelte Stufenschaltung beispielsweise um den 5fachen Betrag seines Minimalwertes, so bleibt bei der neuen Stufenschaltung der Aufwand an Bewickelungsmaterial um den o,5fachen und die Induktion des Kernes um den 0,55 fachen des bei der bekannten Schaltung vorliegenden Betrages zurück.The use of the new, coupled tap changer gives the * well-known one-sided primary tap changer the great advantage that with it the consumption of winding and core material is much lower with the same secondary power than with the one-sided tap changer. If one assumes, for example, a transformer of a given size, the current intensity of which is to be increased by 1.6x the amount of its minimum amount by step switching, the amount of wrapping material required for the new coupled step switching is 0.8 times and the induction of the core is around 0.8 times o, g-fold the amount present in the known one-sided switching. However, the conditions change even more to the disadvantage of the known circuit when the secondary current intensity is changed by even larger amounts. If the secondary current is amplified by the coupled step circuit, for example by 5 times its minimum value, the amount of wrapping material required for the new step circuit is 0.5 times and the induction of the core is 0.55 times the amount in the known circuit return.

Außerdem nimmt der Primärstrom, namentlich bei den höheren Stromstärken, bei der vorliegenden Stufenschaltung wesentlich viel kleinere Werte an, als bei der bekannten alten Schaltung, was sich, da die Sekundärleistung vergleichsweise als gleichbleibend angenommen wird, durch einen kleineren Leistungsfaktor bei der bekannten einseitigen Stufenschaltung äußert.In addition, the primary current, especially with the higher currents, in the case of the tap-change at hand, the values are much smaller than in the well-known old circuit, which is because the secondary power comparatively is assumed to be constant due to a smaller power factor in the known one-sided tap changer expresses itself.

Wenn die Windungszahlen der gleichzeitig ab- oder zugeschalteten Bewickelungsteile immer genau im gleichen Verhältnis zur Gesamtwindungszahl stehen, so bleibt das Spannungsverhältnis des unbelasteten Drosseltransformators beim Schalten bestehen und beim belasteten Transformator ist, wenn bei allen Schaltstufen die gleiche Spannung e2 gehalten wird, die Drosselspannung immer die gleiche. Es kann indessen wünschenswert sein, die Drosselspannung (gegebenenfalls auch die Spannung e2) mit zunehmendem Strom sanft ansteigen zu lassen, wie dies bei der bisherigen Schaltanordnung in übertriebener Weise geschieht, so wird man von der Regel: Windungsverhältnis der Schaltspulen gleich Windungsverhältnis der Vollspulen abgehen und wird die Schaltspulen der primären Seite im Vergleich zu den Schaltspulen der sekundären Seite etwas reichlicher bemessen.If the number of turns of the winding parts switched on or off at the same time always have exactly the same ratio to the total number of turns, that is how it remains There is a voltage ratio of the unloaded choke transformer when switching and with the loaded transformer it is when the same voltage is used for all switching stages e2 is held, the choke voltage is always the same. However, it can be desirable the choke voltage (possibly also the voltage e2) with increasing To let the current rise gently, as in the previous switching arrangement in If this happens in an exaggerated manner, the rule is: Turn ratio of the Switching coils come off equal to the turns ratio of the full coils and becomes the switching coils the primary side is somewhat more plentiful compared to the switching coils on the secondary side measured.

Auf beiliegender Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele schematisch dargestellt. Alle Stromzu- und -ableitungen sind punktiert gezeichnet.Some exemplary embodiments are shown schematically in the accompanying drawing shown. All power supply and discharge lines are drawn with dotted lines.

Abb. i zeigt einen Transformator mit getrennter Wickelung, bei welchem in bekannter Art ein Stufenschalter A in die Primärleitung 2 eingebaut ist.Fig. I shows a transformer with separate winding, in which a tap changer A is built into the primary line 2 in a known manner.

Abb. 2 zeigt einen gleichen Transformator, bei welchem in ebenfalls bekannter Art ein Stufenschalter 8 in die Sekundärwickelung 4 eingebaut ist.Fig. 2 shows the same transformer, in which in also known type a tap changer 8 is built into the secondary winding 4.

Die Abb. 3 bis 8 zeigen einige Beispiele von Ausführungsformen gemäß vorliegender Erfindung.Figs. 3 to 8 show some examples of embodiments according to of the present invention.

Abb. 3 zeigt einen Transformator mit getrennter Wickelung. a ist der gekoppelte Schalter mit den primärseitigen Stufenkontakten 5, 6 und 7 und mit den sekundärseitigen Stufenkontakten 8, g und io und mit der metallischen Bürste ii, welche jeweils zwei Kontakte, und zwar einen Kontakt der primären Seite und einen Kontakt der sekundären Seite leitend miteinander verbindet. An die Bürste ii ist sowohl der Schaltpol der primären wie auch der Schaltpol der sekundären Seite angeschlossen. Bei diesem Beispiel ist unter 12 der Wechselstromdynamo und unter 13 die Bogenlampe schematisch mit dargestellt. In gestrichelten Linien ist der nur mit iil verschlungene Streu luß und der mit n1 und n2 verschlungene wirksame Magnetfluß eingezeichnet.Fig. 3 shows a transformer with separate winding. a is the coupled switch with the primary-side tap contacts 5, 6 and 7 and with the secondary-side tap contacts 8, g and io and with the metallic brush ii, which each have two contacts, namely one contact on the primary side and one contact on the secondary side conductive connects with each other. Both the switching pole of the primary and the switching pole of the secondary side are connected to the brush ii. In this example, the alternating current dynamo is shown schematically under 12 and the arc lamp under 13. The leakage flux only intertwined with iil and the effective magnetic flux intertwined with n1 and n2 are shown in dashed lines.

Abb.4 zeigt einen gleichartigen Transformator wie Abb. 3, bei welchem aber die primäre und die sekundäre Bewickelung elektrisch voneinander getrennt ist. Daher ist die Bürste des Schalters b in die Teile 14 und 15 elektrisch getrennt, die aber beide mechanisch verkoppelt sind. Es sind die beiden Hilfsschleifringe 16 und 17 vorgesehen, die mit den Schaltpolen verbunden vermittels der Bürsten 14 und 15 den Strom auf die Stufenkontakte übertragen. Die magnetischen Felder sind wieder eingezeichnet, wie bei Abb. 3.Fig. 4 shows a transformer of the same type as Fig. 3, but in which the primary and secondary winding are electrically separated from each other. The brush of switch b is therefore electrically separated into parts 14 and 15, but both of which are mechanically coupled. The two auxiliary slip rings 16 and 17 are provided which, connected to the switching poles, transmit the current to the step contacts by means of the brushes 14 and 15. The magnetic fields are shown again, as in Fig. 3.

Abb. 5 zeigt einen Drosseltransformator mit sogenannter Sparschaltung. Der Primärstrom wird an den festen Enden der Primär- und Sekundärwickelung zugeführt. Der Schalter c ist an den anderen Enden der Wickelungen eingebaut. Der Schalter c hat gleiche Konstruktion wie Schalter a der Abb. 3, an seine Bürste 2,1 wird der zweite Pol 2o der sekundären Zuleitung angeschlossen. Die magnetischen Felder sind wieder eingezeichnet, wie bei Abb. 3.Fig. 5 shows a choke transformer with a so-called economy circuit. The primary current is fed to the fixed ends of the primary and secondary windings. The switch c is installed at the other ends of the windings. The desk c has the same construction as switch a of Fig. 3, on its brush 2.1 is the second pole 2o of the secondary supply line connected. The magnetic fields are drawn in again, as in Fig. 3.

Abb.6 zeigt einen Drehstromdrosseltransformator in Dreieckschaltung mit verkoppeltem Schalter für die drei Phasen sowie für die Primär- und Sekundärwickelungen derselben.Figure 6 shows a three-phase choke transformer in delta connection with coupled switch for the three phases as well as for the primary and secondary windings the same.

Die drei miteinander verkoppelten Schalter dl, d. und d3 haben im wesentlichen die gleiche Bauart wie der Schalter b unter Abb. 4. Die sechs elektrisch voneinander isolierten Schalterbürsten 22 bis 27 sind mechanisch verkoppelt. Bei 28, 29 und 30 wird die primäre Energie zugeführt und bei 3=, 3a und 33 wird die sekundäre Energie entnommen.The three interconnected switches dl, d. and d3 have essentially the same design as switch b in Fig. 4. The six switch brushes 22 to 27, which are electrically isolated from one another, are mechanically coupled. At 28, 29 and 30 the primary energy is supplied and at 3 =, 3a and 33 the secondary energy is withdrawn.

Abb. 7--zeigt einen Drehstromdrosseltransformator in Sternschaltung mit der kreuzförmigen metallischen Bürste 34 als Nullpunkt und als Schalter für die sekundäre Seite. Die Bürsten 35, 36 und 37 für die primäre Seite sind von 34 elektrisch getrennt aber mechanisch verkoppelt. Bei 38, 39 und 40 wird die primäre Energie zugeführt, bei 41, 42 und 43 wird die sekundäre Energie entnommen.Fig. 7 - shows a three-phase choke transformer in star connection with the cross-shaped metallic brush 34 as the zero point and as a switch for the secondary side. The brushes 35, 36 and 37 for the primary side are electrically separated from 34 but mechanically coupled. At 38, 39 and 40 the primary energy is supplied, at 41, 42 and 43 the secondary energy is withdrawn.

Abb.8 zeigt einen Einphasendrosseltransformator für zwei Spannungsbereiche. Die beiden primären Wickelungsteile 44 und 45, haben gleiche Windungszahl. Der Stufenschalter f dient als Windungsregler für die beiden primären Wickelungsteile 44 und 45 und für-die sekundäre Wickelung. Die Bürsten 47, 48 und 49 sind elektrisch voneinander getrennt aber mechanisch verkoppelt.Figure 8 shows a single-phase choke transformer for two voltage ranges. The two primary winding parts 44 and 45 have the same number of turns. The step switch f serves as a winding regulator for the two primary winding parts 44 and 45 and for-the secondary winding. The brushes 47, 48 and 49 are electrical from one another separated but mechanically coupled.

Der doppelpolige Umschalter g dient dazu, die beiden Windungsteile 44 und 45 beim Anlegen des Transformators an das höhere Spannungsbereich hintereinander und beim Anlegen des Transformators an das niedere Spannungsbereich parallel zu schalten. 61 und 62 sind die primären Anschlußklemmen für die beiden Spannungsbereiche; 61 und der Anfang von 44 wird mit dem Schaltkontakt 50, der andere Anschlußkontakt 62 sowie das Ende von 45 wird mit dem Schalterkontakt 53 leitend verbunden. Das Ende der Wickelung 44 wird an den Kontakt 52 und der Anfang von 45 wird an den Mittelkontakt 51 des Schalters g angeschlossen. Die beiden Kontakte 52 und 54 erhalten die leitende Verbindung 56. Legt man nun die Bürsten oder Zungen 57 und 59 ein, so werden damit die beiden primären Wickelungsteile 44 und 45 parallel, legt man indessen die Bürsten oder Zungen 58 und 6o ein, so werden damit die primären Wickelungsteile 44 und 45 hintereinander geschaltet. Die auf der Zeichnung dargestellten Schalter a, b, c, d, e und f (Abb. 3 bis 8) sind solche mit Unterbrechung. Es können aber auch Schalter ohne Unterbrechung angewendet werden. In diesem Falle müssen die auf den Schaltkontakten laufenden Bürstenteile elektrisch gespalten und nur durch einen Leiter von höherem Widerstand, der imstande ist, den beim Schalten sich bildenden Kurzschlußstrom abzufangen, verbunden werden, wie dies bei Zellenschaltern für Akkumulatoren üblich ist.The double-pole changeover switch g is used to connect the two winding parts 44 and 45 one behind the other when the transformer is applied to the higher voltage range and in parallel when the transformer is applied to the lower voltage range. 61 and 62 are the primary terminals for the two voltage ranges; 61 and the beginning of 44 is connected to the switch contact 50, the other connection contact 62 and the end of 45 is conductively connected to the switch contact 53. The end of the winding 44 is connected to the contact 52 and the beginning of 45 is connected to the center contact 51 of the switch g. The two contacts 52 and 54 receive the conductive connection 56. If you now insert the brushes or tongues 57 and 59 , the two primary winding parts 44 and 45 are parallel; however, if the brushes or tongues 58 and 6o are inserted so that the primary winding parts 44 and 45 are connected in series. The switches a, b, c, d, e and f shown in the drawing (Fig. 3 to 8) are those with an interruption. However, switches can also be used without interruption. In this case, the brush parts running on the switch contacts have to be electrically split and connected only by a conductor of higher resistance, which is able to intercept the short-circuit current that forms when switching, as is customary with cell switches for accumulators.

Als Beispiel ist in den Abb. 3 bis 8 ein Manteltransformator gewählt; der gekoppelte Schalter kann natürlich ebensogut auch in Verbindung mit einem Kerntransformator verwendet werden. In diesem Falle setzt man die primäre Bewickelung auf den einen Schenkel und die sekundäre Bewickelung auf den anderen Schenkel des Kerntransformators, wie dies jetzt schon bei einfacheren Bauarten üblich ist, und wodurch der erforderliche Streufluß sich ohne weiteres ergibt.As an example, a jacket transformer is selected in Figs. 3 to 8; the coupled switch can of course just as well be used in conjunction with a core transformer be used. In this case you put the primary wrapping on one Leg and the secondary winding on the other leg of the core transformer, as is already the case with simpler designs, and what makes the necessary Stray flux results easily.

Claims

PATENT CLAIM: Throttle transformer adjustable by step switching, in which a special inductive voltage drop is achieved by a magnetic stray field and in which both the primary winding and the secondary winding each have a step switch, characterized in that the step switch for the primary winding and the step switch for the secondary winding are mechanically coupled with each other, so that when switching always 6'4 ickelungsteile the primary and secondary winding are switched on or off at the same time, whose turns ratio is equal to or approximately equal to the ratio of the total number of turns of the primary and secondary coils of the transformer, while the stray field changes accordingly.