Regeltransformator zur Regelung von Wechselspannungen mit an Kollektorsegmente
angeschlossenen Windungen. Bei der Verwendung von Regeltransformatoren mit Kollektor
ist es zur Regelung von Wechselspannungen für hohe Stromstärken in der Regel notwendig,
mehrere parallele Kreise für die Transformatorwicklung anzuordnen. Nach der Erfindung
sollen nun die Windungen je zweier benachbarter paralleler Kreise in einander entgegengesetztem
Sinne gewunden sein, um Potentialsprünge am Umfang des Kollektors zu vermeiden.
Die Abb. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel für acht parallele Kreise. Ersichtlich
sind die Windungen jedes parallelen Kreises seinem benachbarten parallelen Kreis
entgegengesetzt gewunden. Die Amperewindungen sind natürlich .in allen Kreisen gleichgerichtet,
damit der von ihnen erregte magnetische Fluß auch im ganzen Eisenkern die gleiche
Richtung hat. Er ist in der Abb. 2 durch einen Pfeil im Eisenkern E angedeutet.
Die Punkte gleichen Potentials der parallelen Kreise sollen nach der Erfindung überdies
leitend miteinander verbunden sein, was in Abb. 2 durch @die Leiter A angedeutet
ist. Diese Leiter haben eine doppelte Funktion. Sie verhindern nicht nur die etwa
vorhandenen Potentialdifferenzen zwischen Punkten gleichen Potentials, wie Ausgleichsleitungen
in allen Kollektormaschinen, sondern sie sind, abhängig von der Bürstenstellung,
auch stromführend und entlasten <furch .den durch sie hindurchgehenden Arbeitsstrom
die Transformatorwindungen. In der Abl>. 2 ist überdies angedeutet, wie man clem
Kollektor große Stromstärken bei geringer Kollektorbreite abnehmen kann, und zwar
durch Verwendung sogenannter Vielfachspindeln; in der Abbildung eine Vierfach-Spindel,
:d. s. vier Bürsten in tangentialer Richtung nebeneinander, die durch Drosselspulen
miteinander verbunden sind, um den Kurzsohluß der Kollektorsegtnente zu vermeiden.
Es ist zugleich angedeutet, wie die Schaltung zweckmäßig anzuordnen ist, wenn (ler
Transformator zur Regelung von z. B. zwei Motoren dient. Die Abb. i zeigt einen
Bürstenhalter mit vier Bürsten in tangentialer Richtung, zugleich im Schnitt. Beide
Abbildungen zeigen die Verwendung eines runden Transformatoreisenkernes. In Abb.
2 ist ein besonderer, von den Transformatorwindungen getrennter Kollektor vorhanden.
In der Abb. i dient die Transformatorwindungsoberfläche selbst als Kollektor, und
zwar ist die Windung an der Oberfläche als Kollektorlamelle K ausgebildet, während
:der übrige Teil der Windung z. B. aus Litze L besteht.
Die in die Abb.2 eingezeichneten Pfeile deuten die Stromrichtung des
Speisestroms, also des primären Stromes an, unter der Voraussetzung, daß den Bürsten
B keine sekundären Ströme entnommen werden. Die Abbildung zeigt also den Regler
im Zustand der reinen Magnetisierung. Wenn den Bürsten B aber sekundäre Ströme abgenommen
«-erden, dann ändern sich die Stromrichtungen genau so wie in einem Autotransformator.
Die Abb. 3 zeigt z. B. die Stromverteilung im 12egler für den Fall, daß die dem
Regler abgenommene sekundäre Spannung gleich der halben primären Speisespannung
ist. Der besseren Übersicht wegen ist der Regler in A,bb. 3 nur mit zwei parallelen
Stromkreisen dargestellt. Wenn den Bürsten B, BB die halbe Speisespannung
e12 und der volle lZotorstrom J für den Motor 31 abgenommen wird, dann muß
also den Speisepunkten des Reglers von der Primärseite dieselbe Leistung
e J12 zufließen, was bei :der Speisespannung e einem Speisestrotn von J(2
entspricht. Die Ströme verteilen sich dann in (ien einzelnen Windungen, :so wie
es in der Abb. 3 angegeben ist. Man gelangt zu dieser Verteilung am besten, wenn
man den Regler als Transformatorwicklung aufzeichnet. Das ist in Abb. q. dargestellt,
wo .clie Reglerwicklung in eine Gerade abgerollt ist und vom Speisepunkt C zum Speisepunkt
D nach beiden Richtungen im entgegengesetzten Wicklungssinn gewunden ist.
B und BB sind wieler,die Stromabnahmestellen zur Speisung des
Motors
M. Man kann den links vom Speisepunkt C gelegenen Wicklungsteil in Abb. 4 auch um
i8o° drehen, so daß die beiden Wicklungsendpunkte D zusammenfallen, wie es in Abb.
5 dargestellt ist. Das gibt das Bild eines Autotransformators mit zwei parallelen
Wicklungen, die den parallelen Kreisen des Reglers entsprechen. Der Stromverlauf
ist nunmehr eindeutig durch die jeweilige Entfernung der Bürsten B ernd BB
voneinander bzw. durch die Spannu;sg zwischen ihnen festgelegt.- Er entspricht'@der
in Abb. 3 eiingezeichneten Stromverteilung für diesen Zustand der Belastung. Ersichtlich
isst jeder parallele Zweig der .beiden Wicklungen so wie jede Wicklung in jedem
Transformator für sich vollständig kompensiert, d. h., die Amperewsndungen jedes
parallelen Wicklungszweiges müssen sich aufheben, .ihre algebraische Summe also
gleich Null sein. Das ist tatsächlich der Fall.
der Windungen jedes Kreises werden vom Strom und
der Windungen in entgegengesetztem
Sinne .vom Strom durchflossen.
Die Summe der Amperewindungen jedes Kreises ist also
Die Abb.2, die die reine Ma.gnetisierung des Reglers darstellt, gibt auch Auskunft
über den Verlauf des von den magnetisierenden Erregeramperewindungen erzeugten magnetischen
Flusses im Eisenkern. Ersichtlich ist die Stromrichtung ,in benachbarten parallelen
Kreisen des Reglers entgegengesetzt gerichtet. Da aber auch,die Windungsrichtung
in ihnen entgegengesetzt ist, so magnetisieren alle Amperewindungen am Reglerumfang
im gleichen Sinne. Es wird deshalb von allen Erregeramperewindungen des Reglers
ein magnetischer Fluß im gleichen Sinne erzeugt, der im Eisenring verläuft, und
dessen Richtung durch den Pfeil in Abb. 2 angedeutet ist. Da dieser Fluß am ganzen
Umfang des Reglers iah Eisenring die gleiche Größe hat und - von -Streuung abgesehen
- von jeder Windung voll umschlossen wird, so wird nach dem Induktionsgesetz auch
in jeder Windung durch den magnetischen Fluß cD die gleiche Spannung induziert von
der Größe 4,44 cb c 1o-'9 Volt, wenn cD den Fluß und c,die Frequenz in der Sekunde
bedeutet. Deshalb ist die Spannungsdifferenz zwischen je zwei l#-,olektorsegmenten,
unabhängig von ihrer Lage, konstant.
Es ist nicht notwendig, daß jede Windung des Transformators an ein
Segment angeschlossen wird. Es können pro Kollektorsegment auch mehrere Windungen
verwendet werden, es kann aber auch nur %, '/s oder % Windung pro Segment genommen
werden, wie dies für Turtogeneratorenschon bekannt ist. Dies ist besonders dann
von Vorteil, wenn man mit der Windungsspannung des Transformators hoch gehen, mit
der Segmentspannung des Kollektors aber niedrig bleiben will. Man kann den Transformatorkern
natürlich auch als Kerrt eines Mehrphasentransforlnators auffassen und ihn so wie
jeden Mehrphasentransformator mehrphasig wickeln und: die Windungen nach der Erfindung
an Kollektorsegmente anschließen. Natürlich müssen dann die Bürsten der Phasenzahl
entsprechend aufgesetzt werden. Bei Bürstenverschiebung tritt dann neben einer Änderung
der Größe (der Spannung auch eine Änderung der Phase ein. Will man die Änderung
der Phase bei der Bürstenverschiebung vermeiden, dann kann man den n-Phasentransformator
aus n getrennten Einphasentransformatoren zusamlnerisetzen und sie in teliebiger
Weise einfach verketten. Verkettet man diese n-Transformatoren zugleich in einem
n-Eck anstatt in einem Punkt, dann kann man zugleich auch den Leistungsfaktor damit
verbessern.