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Transformator mit einer Sekundärwicklung aus spiralförmig aufgewickelten
bandförmigen Leitern, deren Windungen durch isolierende Zwischenlagen voneinander
getrennt sind. Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Transformator,
der zur Verbesserung des Leistungsfaktors in Wechselstromanlagen dient.
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Es ist bekannt, daß ein an eine Wechselspannung angeschlossener Kondensator
nacheilende Blindströme kompensiert. Im allgemeinen werden mit Ölpapier als Dielektrikum
versehene Kondensatoren zu diesem Zweck benutzt und innerhalb gewisser Grenzen für
verschiedene Spannungen gebaut. Es ist weiterhin bekannt, daß ein Kondensator sich
für Niederspannung schlecht eignet, weil die dielektrischen Elemente nur ungenügend
ausgenutzt werden und flberspannungserscheinungen und Durchschlagsgefahr sein Anwendungsgebiet
auf nur mäßig hohe Spannungen beschränken. Die Kondensatoren werden meist für Spannungen
zwischen iooo und i5oo Volt gebaut, und es ist deshalb in der Regel notwendig, mit
dem Kondensator zusammen einen Transformator zu verwenden, um die richtige Spannung
an den Kondensatorklemmen zu erhalten.
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Die Erfindung betrifft nun eine Vorrichtung, die gleichzeitig die
Funktionen der Spannungsreglung ausübt und die phasenverschiebende Wirkung im Sinne
einer Voreilung ergibt und deren Vorteile vor allem darin bestehen, daß sie ein
einheitliches Ganzes bildet, wenig Raum beansprucht, mit gutem Wirkungsgrad arbeitet,
einfach herzustellen ist und wohlfeiler wird als die bisher hierfür verwendeten
Einrichtungen.
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Von den bisherigen ruhenden Vorrichtungen
zur Phasenverbesserung
unterscheidet sich der Erfindungsgegenstand besonders dadurch, daß der negative
Blindwiderstand zur Leistungsfaktorverbesserung jeder Betriebsspannung angepaßt
werden kann und den sekundären Teil eines normalen Verteilungstransformators bildet.
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DerTransformator, der den Gegenstand der Erfindung bildet, besteht
in bekannter Weise aus einem lamellierten Eisenkern mit irgendeiner Primärwicklung.
Seine Sekundärwicklung ist als Kondensator ausgebildet. Erfindungsgemäß ist die
Sekundärwicklung aus wenigstens zwei mit ihren Breitseiten aufeinanderliegenden
und durch je eineIsolierschicht getrennten, parallel gewickelten Bändern hergestellt,
von denen das Wicklungsende des einen Bandes jeweils mit dem Wicklungsanfang des
anliegenden Bandes verbunden ist.
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Die Zeichnung zeigt einige Ausführungsbeispiele der Erfindung.
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Abb. i ist die Draufsicht eines Transformators.
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Abb. 2 ist eine Seitenansicht und Abb.3 eine schematische Darstellung
der Anordnung der Primär- und Sekundärwicklung.
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Abb.4 und 5 veranschaulichen Kondensatorelemente, während Abb.6 ein
Wicklungsschema der Abb..1 und 5 mit einer Ausführungsart der Verbindung zeigt,
um den gewünschten Spannungsgradienten Tiber die Isolation zu erhalten.
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Abb.7 ist das Wicklungsschema eines Transformators mit in Reihe mit
der Sekundärwicklung verbundenem Kondensator.
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Abb.8 veranschaulicht den Querschnitt einer abgeänderten Ausführungsform
des Transformators und Abb.9 ein Wicklungsschema des Transformators nach Abb. B.
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Eine :Mehrzahl übereinandergeschichteter und durch Bolzen .a. zusammengehaltener
Bleche 2 und 3 bildet den Eisenkern i, dessen Primärwicklung 5 mit Klemmen 8 und
9 um den einen Schenkel des Kernes i angeordnet ist. Eine Sekundärwicklung io, welche
aus einer Mehrzahl von Leitungsstreifen i i und 12 mit Dielektrikum dazwischen besteht,
ist spiralig um den Kern i in geeigneter Entfernung von der Primärwicklung 5 gewunden.
Ein Ende 1q. des Streifens i i ist mit dem entgegengesetzten Ende 15 des
Streifens 12 verbunden, um die Spannung über das Dielektrikum zu vergrößern und
damit die Kondenswirkung zu verstärken.
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Für die Ausbildung des Apparates sind folgende Gesichtspunkte maßgebend:
Die Spannung hängt ab von der Anzahl der Windungen innerhalb des gegebenen Raumes.
Die elektrostatische Kapazität hängt ab von der Höhe und der Durchschnittslänge
je Windung. Die Stromkapazität des Kondensatorelementes hängt ab von der Dicke des
Metallstreifens, und der Wirkungsgrad des Ganzen hängt bei gegebener Frequenz ab
von der Spannung, die für die Beeinflussung des Dielektrikums verfügbar ist.
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Es ist offensichtlich, daß bei Annahme eine:. gegebenen Eisenkernes
zur Erzielung einer gegebenen Blindleistung in einem begrenzten Raum es zuweilen
schwierig ist, genug Windungen zu bekommen, um das Dielektrikum kräftig genug zu
beeinflussen. In solchen Fällen werden die Wicklungen so ausgebildet und verbunden,
wie die Abb. q., 5 und 6 zeigen, in denen zwischen den Leitungsstreife-i 18 und
21 bzw. 22 und 25 ein Dielektrikum 26 angeordnet ist und die Wicklung aus mehreren
übereinanderliegenden gleichartige-i Spulen besteht.
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Je zwei übereinanderliegende Kondensatorspulen werden dann so geschaltet,
daß die Enden i9 und 22, 23 und 21 sowie 20 und 23 in Reihe über das Dielektrikum
26 verbunden sind. Die Spannung über das Dielektrikum ist alsdann gleich der Summe
der Spannungen in den Wicklungen 18 und 22. Angenommen, die Spannung in jedem Wicklungsteil
ist 5o0 Volt, dann ist die Spannung über die Isolation oder das Dielektrikum 26
iooo Volt, und die Summe der in jeder Parallelwindung fließenden Ströme ist in jedem
Punkt des Kondensators gleich dem Strom in der Verbindung zwischen den Wicklungen
23 und 21.
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Eine beliebige Anzahl von Elementen kann auf diese Weise zusammengeschaltet
werden, um die wirksamste Vorrichtung für den beabsichtigten Zweck zu erhalten.
Das Leitungsmaterial kann aus Zinnfolie, Kupfer oder anderem geeigneten Material
bestehen, während das Dielektrikum gewöhnliches Wachspapier, Mikablätter oder anderes
geeignetes Material mit dielektrischen Eigenschaften sein kann.
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Kondensatoren dieser Art sind insbesondere geeignet für die Leistungsfaktorverbesserung
bei Niederspannung, wo es unerwünscht ist, Kondensatoren für Netzspannung zu bauen.
Die Einrichtung gewährt weiterhin den Vorteil eines veränderlichen negativen Blindwiderstandes
insofern, als ein Windungsschalter in der Primärwicklung vorgesehen sein kann, um
die Änderungen der Netzspannung zu berücksichtigen oder um -wechselnde Ladungen
für die Verbesserung verschiedener Leistungsfaktoren zu geben, wenn im Netz oder
in der Belastung Schwankungen auftreten. Kondensatoren dieser Art können in einem
mit Isolieröl gefüllten gewöhnlichen Transformatorbehälter untergebracht werden.
Im Falle einer Leistungsfaktorverbesserung
für Niederspannungswicklungen,
beispielsweise im .Telephonwesen und wo das angewendete Potential nur etwa 3o Volt
beträgt, kann eine solche Vorrichtung die üblichen Transformator- und Kondensatoreinheiten
ersetzen, wie sie beispielsweise in Abb. 7 schematisch dargestellt sind, in der
ein normaler Transformator mit Eisenkern 27, Primärwicklung 28 und Sekundärwicklung
29 in Reihe mit einem Kondensator 30 verbunden ist.
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Gemäß der Erfindung wird die Vorrichtung für diesen besonderen Zweck
vorteilhaft nach A'bb.8 ausgebildet. In einem zylindrischen Eisenbehälter 31 mit
Stahlrippen 32 oder sonstigen äußeren Kühlmitteln, wie Kühlschlange für Wasser oder
Öl, ist ein Eisenkern 33 in der Mitte angeordnet. Eine Primärwicklung 34 aus Kupferdraht
umgibt den Eisenkern 33. Um eine konzentrische Isolierhülse 35 ist die Kondensatorwicklung
36 gewickelt, welche aus einer Mehrzahl Metallstreifen mit dazwischengebettetem
Dielektrikum besteht und die Sekundärwicklung bildet.
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Die Primärwicklung 34 ist mit einem Paar Klemmen 38 am Deckel 39 versehen,
der mittels Schrauben d.o am Behälter 31 befestigt ist. Durch die für gewöhnlich
mittels Verschlußstopfen -.i im Deckel verschlossene Öffnung kann eine Verbindung
des Behälterinnern mit einer Luftpumpe o. dgl. hergestellt werden. Wenn die Elemente
im Behälter zusammengesetzt sind und der Deckel geschlossen ist, wird die Luft aus
der Kammer .I2 abgesaugt und diese dann mit Isolieröl gefüllt.
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Die Verbindung der Primär- und Sekundärwicklung ist aus dem Schema
Abb. 9 ersichtlich, in dem 43 die Primärwicklung darstellt und -..I die Sekundärwicklung,
bestehend aus zwei Leiterstreifen mit dazwischengebettetem Dielektrikum. Diese Ausführungsform
gestattet eine leichte Zugänglichkeit zu den Wicklungen im Falle einer Störung,
da es nur nötig ist, den Deckel zu öffnen und die Wicklungen herauszuheben.
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Werden Vorrichtungen dei- beschriebenen Art ausschließlich zur Leistungsfaktorverbesserung
herangezogen, so sind die Primärwicklungen an die Netzleitung angeschlossen, während
die Enden 45 und .46 der Kondensatorwicklungen .44 (Abb. 9) frei bleiben.
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Aus der vorstehenden Bes-_hreibung ist zu ersehen, daß ein derartig
au_,1ebildeter Transformator ein vorteilhaftes Mittel für die Leistungsfaktorverbesserung
von Starkstrom bildet, weil er leicht jeder beliebigen Spannun- innerhalb weitester
Grenzen angepaßt werden kann. Die gezeigte Ausführungsform ist billig herzustellen,
die Kompaktheit der Vorrichtung, die ein vollständiges Ganzes darstellt, verringert
die Herstellungskosten erheblich gegenüber der Vereinigung der bisberigen Apparate.
Die dargestellten Ausführungsformen sind lediglich Beispiele, die in Einzelheiten
mannigfacher Abänderungen fähig sind. Die Sekundärwicklungen können in verschiedener
Kombination verbunden sein. Das Dielektrikum kann aus jedem geeigneten Material
bestehen. Statt des imprägnierenden Öls könnte auch Paraffin, Wachs o. dgl. angewendet
werden.