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Vorrichtung zum selbsttätigen Regeln der Klemmenspannung eines Transformators
für Wechsel- oder Mehrphasenstrom in Abhängigkeit von Änderungen der Netzspannung
durch Änderung des magnetischen Kraftflusses. Die Klemmenspannung eines Transformationsgerätes,
z. B. eines Wechsel- oder Drehstromtransformators, ist bestimmt durch die Höhe der
angelegten Netzspannung, durch das L'bersetzungsverhältnis, durch die Ohmschen,
induktiven, kapazitiven Widerstandskomponenten der Wicklung des Transformations.gerätes
und durch die Ohmschen, induktiven und kapazitiven Widerstandskomponenten der Regelvorrichtung.
Da die Netzspannung, das Über- . setzungsverhältnis und die Dimensionen der Wicklungen
gegebene Größen sind, so dienen in der Regel nur die Widerstandskomponenten der
Regelvorrichtung in bekannter Weise zur Steuerung der Klemmenspannung eines Transformationsgerätes.
Transformationsgeräte, deren Wicklungen zur Regelung der Klemmenspannung mehrere
Anzapfungen besitzen, können als Transformatoren angesehen werden, die verschiedene
wohldefinierte übersetzungsverhältnisse und Ohmsche, induktive und kapaäitive Widerstandskomponenten
haben. Ihre Klemmenspannungen werden prinzipiell in der gleichen Weise wie beim
einfachen
Transformationsgerät gesteuert. Es sind für gewisse Zwecke auch Anordnungen bekannt
geworden, wo die induktive Widerstandskomponente des Transformationsgerätes selbst
zur Regelung Verwendung fand, indem man in den Kraftlinienweg einenmagnetischen
Widerstand in Form eines zweckmäßig veränderlichen Luftspaltes anbrachte.
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Gemäß der Erfindung wird nun von außen her, ohne an der Wicklung des
Trarisformationsgerätes, ohne an den geometrischen Dimensionen des Eisenkernes und
etwaiger Luftspalte, also ohne an den inneren Bedingungen des magnetischen Widerstandes
etwas zu ändern, die induktive Widerstandskomponente der Wicklung des Transformationsgerätes
dadurch beeinflußt, daß ein mehr oder weniger großer Teil des, Kraftlinienflusses
einer Drosselspule oder eines zweiten Transformators gezwungen wird, auf das Trans.
formationsgerät überzugreifen und sich zum Kraftlinienfluß des Transformationsgerätes
mit seinem Vorzeichen zu addieren.
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In Abb. i stellt T einen Wechsels,tromtransformator dar mit einer
Primärwicklung P und einer Sekundärwicklung S. D ist eine Drossel mit U-förmigem
Joch, dessen Öffnung nach dem Eisenjoch des Transformators T gerichtet ist. Wird
D, mit Strom beschickt, so verläuft ein Teil des. Kraftlinienweges zwischen den
beiden offenen Enden des U-förmigen Joches nach überbrückung des kurzen Luftweges
L 'im Eisenkern des. Transformationsgerätes T. Ist durch die Art der Schaltung z.
B. dafür gesorgt, daß in einem bestimmten Augenblick der Kraftlinienfluß im Eisen
entsprechend den in der Abb. i eingezeichneten Pfeilen gerichtet ist, dann hebt
sich der Kraftlinienfluß im gemeinsamen Eisenweg gegenseitig zum Teil auf, und es
schließt sich der Kraftlinienfluß über den äußeren Eisenweg, in dem die Pfeile alle
gleichgerichtet sind. Die Drosselspule und der Transformator sind miteinander gekoppelt,
und eine größere Sättigung des Eisens der Drosselspule bedingt im Transformationsgerät,
sofern seinen Primärklemmen nicht eine unveränderliche Klemmenspannung aufgedrückt
ist, eine Änderung der Klemmenspannungen. Eine Drehung der Drosselspule um i8o°
würde die entgegengesetzte Änderung der Klemmenspannungen bedingen.
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In Abb. 2 sind die geschlossenen Eisenkerne zweier Drehstromtransformatoren
dargestellt. Der Einfachheit halber sind hier die Wicklungen fortgelassen. Im Gegensatz
zu Abb. i ist in diesem Fall anstatt einer Drosselspule mit offenem U-förmigen Eisenkern
ein Transformator T2 mit geschlossenem Eisenkern verwendet. Die Beeinflussung der
Klemmenspannungen des Transformators T, durch den Transformator T2 erfolgt analog,
wie für Abb. i beschrieben, durch den Streufluß des Transformators T2. Denn bei
größerer Sättigung des Eisenkernes von T2 tritt eine größere Anzahl Kraftlinien
aus dem Eisenweg von T2 heraus und wird bei genügender Annäherung an denEisenweg
von T, gezwungen, auf ,diesen überzugreifen. Die Beeinflussung kann nach Abb. z
dadurch verändert werden, daß die räumliche Lage von T1 und T2 zueinander, d. h.
die Weite des Spaltes D, der die beiden benachbarten Joche voneinander trennt, geändert
wird.
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In Abb. a ist beispielsweise ein Spindelantrieb V schematisch dargestellt,
durch den der Transformator T, an T2 genähert oder von T2 entfernt werden kann.
Im Grenzfall größter Annäherung ist die Vereinigung der beiden Joche zu einem einzigen
denkbar. Die Änderung des die beiden Joche koppelnden Streulinienflusses kann durch
jedes andere Mittel, wie z. B. Drehung der Transformatoren, derart, daß ihre Eisenjoche
die Lage zueinander ändern, wie z. B. die Anbringung von Nebenschlußjochen u. dgl.,
erreicht werden.
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Diese Vorrichtung zur Änderung der Klemmenspannung eines Transformationsgerätes
eignet sich besonders zu einer selbsttätigen Beeinflussung zweier Transformatoren.
Sind beispielsweise die Transformatoren T, und T2 an das, gleiche Netz angeschlossen,
und fällt die Netzspannung bei Belastung des Transformators T2 ab, dann ist dadurch
auch ein Abfall der Sekundärspannung am Transformator T1 bedingt. Gemäß der Erfindung
sind nun die beiden Transformatoren derart gestaltet und aufgestellt, daß durch
die Veränderung -der Streulinienzahl des Transformators, T2 beim Übergang von geringer
zu stärkerer Belastung die Klemmenspannung des Transformators T1 im gewünschten
Sinne sich ändert, z. B. noch stärker abfällt, als dem Spannungsabfall entspricht,
oder konstant bleibt trotz des Netzabfalles oder gar trotz des Netzabfalles ansteigt.
Man kann beispielsweise durch Hintereinanderschaltung der Sekundärspulen der beiden
Transformatoren auf diese Weise einen Teil der Wirkung des. Netzabfalles kompensieren.
Läßt man den Transformator T, auf einen gesonderten Stromkreis wirken, der beispielsweise
unabhängig sein soll von dem Netzabfall, der durch Belastung des Transformators
T2 bedingt ist, so können die Dimensionen der Eisenquerschnitte, der Windungsquerschnitte,
der Windungszahlen der beiden Transformatoren und ihre Lage zueinander sowohl wie
der Weg der Streulinien derart gewählt werden, daß der Spannungsabfall für einen
gewissen Belastungsbereich
praktisch vollkommen ausgeglichen wird,
also die Klemmenspannung des Transformationsgerätes T,. konstant bleibt.
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Die Vorrichtung wird besonders dort in Anwendung kommen, wo es wesentlich
darauf ankommt, in einem bestimmten Stromkreis trotz der infolge wechselnder Belastungen
eintretenden Netzabfälle konstante Klemmenspannungen zu erhalten. Eine Trans,formatorenanordnung
zur Entnahme von Wechselstrom konstanter Spannung aus einem Netz veränderlicher
Spannung, bei der Transformatoren mit verschiedenem Sättigungsgrad verwendet werden,
ist bereits bekannt. Der verschiedene Sättigungsgrad der beiden in dieser Anordnung
verwendeten Transformatoren dient dazu, ihren Arbeitsbereich auf die zwei Teile
der Magnetisierungskurve vor und nach dem Knick zu beschränken und nicht, wie im
Falle vorliegender Erfindung, Energie aus dem einen Transformator auf dem Wege des
Streulinienflusses auf den anderen Transformator übergreifen zu lassen. Während
bei der bekannten Anordnung die gewünschte Kompensation nur dadurch zustande kommt,
daß die Sekundärwicklungen der beiden Transformatoren gegeneinander geschaltet sind,
besteht das Neue der vorliegenden Erfindung darin, daß der Streufluß nicht ungenutzt
bleibt, sondern Energie, die aus dem einen Transformator stammt, gezwungen wird,
auf den anderen Transformator überzugreifen und auch in einem getrennten Stromkreis
die gewünschte Kompensation einer durch Belastung des ersten Transformators. bedingten
Spannungsänderung hervorzurufen. Dieser Fall ist beispielsweise oft beim Betrieb
von Glühkathodenröhren, insbesondere Röntgenröhren, gegeben, wo es darauf ankommt,
die Temperatur der Glühkathode konstant zu erhalten, obwohl die Belastung der Glühkathodenröhre
Änderungen unterworfen ist, die Änderungen der Netzspannung bedingen. Man wird in
solchen Fällen ein Transformationsgerät zur Beheizung des Glühdrahtes verwenden,
dessen Klemmenspannung erfindungsgemäß durch den Streulluß des Belastungstransformators
beeinflußt wird.
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1n Abb. 3 ,ist schematisch eine derartige Schaltung angegeben. G ist
die Glühkathode der Röntgenröhre R, A eine gegenüber der Glühkathode als Anode wirkende
Elektrode; T, ist der Transformator, der die Anodenspannung liefert, T= der Transformator,
der den Glühstrom liefert, W1 die Reguliervorrichtung für den Transformator T1,
z. B. ein Stufentransformator, W2.Regler für den TransformatorT2, z.B. ein Schiebewiderstand.
Verändert man die aus, dem Netze N entnommene Leistung, so ist dadurch eine Spannungss.chwankung
bedingt, die sich auf den Transformator T, überträgt und damit die Heizstromstärke
verändert. Erfindungsgemäß können die Transformatoren T1 und T2 derart gestaltet
und ihre Lage zueinander so gewählt -werden, daß mit Hilfe der Streulinienkopplung
eine gewünschte Wirkung im Transformator T, erzielt, z. B. daß die Wirkung des Netzabfalles,
der durch hohe Belastung mit dem Transformator TZ entsteht, aufgehoben und dadurch
die Glühtemperatur konstant gehalten wird. Die Kompensation kann bei festem Zusammenbau
für bestimmte Belastungsbereiche praktisch ausreichend eingestellt werden und läßt
sich durch Veränderung der Lage der Transformatoren zueinander für jede bestimmte
Belastung genau einstellen.