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Verfahren zur Regelung des Spannungsabfalles von Transformatoren mit
geschlossenem Eisenkern Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur Regelung des Spannungsabfalles von Transformatoren mit geschlossenem Eisenkern.
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Die in einem Transformator induzierte EMK ist bekanntlich um so größer,
je mehr Kraftlinien den sekundären Stromkreis durchsetzen, d. h. einen
je* größeren Teil des gesamten magnetischen Feldes das dem primären und dem
sekundären Stromkreis gemeinsame Feld bildet, oder mit anderen Worten, je kleiner
die Streufelder im Vergleich zum gemeinsamen Felde sind. Ferner ist die induzierte
EMK um so größer, je größer die Windungszahl der Sekundärwicklung im Vergleich zu
derjenigen der Primärwicklung ist.
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Zur Regelung des Spannungsabfalles von Transformatoren ist es allgemein
bekannt, die Windungszahl der Sekundärwicklung veränderlich zu machen und bei sinkender
Sekundärspannung Sekundärwindungen zuzuschalten; das Verhältnis der magnetischen
Streufelder zu dem gemeinsamen magnetischen-Feld bleibt jedoch hierbei praktisch
konstant.
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Es ist zum Zwecke der Regelung des Spannungsabfalles auch bereits
vorgeschlagen worden, unter Konstanthaltung des Windungszahlverhältnisses eine Änderung
des Verhältnisses Streufelder. gemeinsames Feld unter Verwendung eines veränderlichen
magnetischen Nebenschlusses herbeizuführen. Die Zahl der von dem gemeinsamen Feld
und dem von dem magnetischen Nebenschluß verursachten Streufeld durchsetzten Windungen
ist hierbei stets gleich groß.
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Die Regelung, die sich mit den bekannten Einrichtungen erzielen läßt,
ist nur eine verhältnismäßig grobe; der Zweck der Erfindung ist, ein Verfahren und
eine Einrichtung vorzusehen, die eine ganz allmählich verlaufende Spannungsregelung,
mit anderen Worten eine Feinregelung gestatten. Es wird dies erfindungsgemäß bei
Transformatoren mit geschlossenem Eisenkern in der Weise erreicht, daß das Verhältnis
Streufeld : gemeinsames Feld mit Hilfe beweglicher, magnetischer Nebenschlüsse unter
gleichzeitiger Änderung der Windungszahlen der von dem Streufeld und dem gemeinsamen
Feld durchsetzten Wicklungen geändert wird. Die Änderung der Windungszahlen kann
hierbei durch Verschieben des magnetischen Nebenschlusses längs .der ganz oder teilweise
nebeneinanderliegenden Primär- und Sekundärwicklungen bewirkt werden.
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In der Zeichnung sind Transformatoren gemäß der Erfindung in einigen
Ausführungsbeispielen dargestellt. Es zeigt: Abb. x einen Einphasentransformator
mit zwei bewickelten Kernen, Abb. 2 einen Einphasentransformator mit einem bewickelten
Kern, Abb. 3 einen Einphasentransformator, bei dem die Primärwicklung und ein Teil
der Sekundärwicklung übereinandergewickelt sind, Abb. 4 einen Drehstromtransformator,
Abb.
5 einen Einphasentransformator mit drehbarem; magnetischem Nebenschluß und auf einem
ringförmigen Kern untergebrachte Wicklungen.
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Abb. 6 bis 8 zeigen verschiedene Möglichkeiten für die Anbringung
der Wicklung in Nuten.
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In Abb. i - ist k-k der geschlossene Eisenkern des Transformators,
auf dessen Schenkeln zwischen den Klemmen i, 2 die- Primärwicklung P und zwischen
den Klemmen 3, 4 die Sekundärwicklung verteilt angeordnet ist. Ein magnetischer
Nebenschluß s ist längs der Sekundärwicklung in den gezeichneten Pfeilrichtungen
bewegbar.
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Die magnetischen Felder sind durch zwei strichpunktiert. gezeichnete
magnetische Kraftlinien c und d veranschaulicht, und zwar stellt die Kraftlinie
c das beiden Wicklungen gemeinsame magnetische Feld dar -und die Kraftlinie d das
durch den magnetischen Nebenschluß erzeugte Streufeld. Die sowohl von dem gemeinsamen
Feld c als auch von dem Streufeld d durchsetzten Windungen der Sekundärwicklung
sind mit a bezeichnet und im nachstehenden der Einfachheit halber der fest gekoppelte
Teil der Sekundärwicklung genannt. Die lediglich vom gemeinsamen Feld c durchsetzten
Windungen der Sekundärwicklung sind mit b bezeichnet und im nachstehenden der lose
gekoppelte Teil der Sekundärwicklung genannt. -Steigt die Sekundärspannung infolge
abnehmender Belastung, so kann durch Verschieben des magnetischen Nebenschlusses
nach links eine Verkleinerung der Windungszahl des fest gekoppelten Teils der Sekundärwicklung
auf Kosten der Windungszahl des lose gekoppelten Teils der Sekundärwicklung herbeigeführt
werden.. Mit anderen Worten, das Streufeld d wird im Verhältnis zum gemein--samen
Feld e. größer, die Sekundärspannung also kleiner. Bei sinkender Sekundärspannung
infolge der großen Belastung des Transformators wird umgekehrt der magnetische Nebenschlüß
nach rechts bewegt, wodurch das Verhältnis Streufeld ; gemeinsames Feld verkleinert
und damit die Sekundärspannung vergrößert wird.
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Unter der Annahme, daß der magnetische Nebenscliluß s nicht auch über
Teile. der Primärwicklung bewegt wird, ist die induzierte EMK am kleinsten, wenn
der magnetische Nebenschluß so weit nach links bewegt ist, daß sämtliche Windungen
der Sekündärwick-Jung- lose gekoppelt-sind,--dagegen am größten, wenn der magnetische
Nebenschlüß vollkommen - nach rechts bewegt -worden ist, d. h. sämtliche Windungen
der Sekundärwicklung fest gekoppelt sind. Zwischen der kleinsten -und der- größten
Sekundärspannung kann durch geeignete Einstellung des magnetischen Nebenschlusses
jede Zwischenspannung erzielt werden, und da für die Verschiebung des magnetischen
Nebenschlusses die gesamte Länge der Sekundärwicklung zur Verfügung steht, läßt
sich leicht eine äußerst genaue Einstellung der Sekundärspannung bewerkstelligen.
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In Abb. 2 liegen die Primär- und Sekundärwicklungen auf einem Schenkel
eines Manteltransformators, und zwei magnetische Nebenschlüsse s dienen zur Regelung
der Sekundärspannung. Die Wirkungsweise des in Abb. z dargestellten Transformators
ist gleich der oben beschriebenen. Transformatoren gemäß der Erfindung mit nur einem
bewickelten Schenkel brauchen nicht notwendigerweise Manteltransformatoren zu sein;
man kann sich beispielsweise auch einen der Schenkel des Transformators der Abb.
i unbewickelt denken.
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Bei den Ausführungen nach Abb. i und 2 kann der magnetische Nebenschluß
zwischen Primär- und Sekundärwicklung eingestellt werden, so daß die ganze Sekundärwicklung
lose gekoppelt ist. Hierbei erhält man eine große Streuung und somit einen großen
Spannungsabfall zwischen Leerlauf und Belastung. Zur Verringerung dieses Abfalles
kann ein Teil der Sekundärwicklung unter Beibehaltung des Wickelsinnes fest mit
der Primärwicklung gekoppelt werden, wie dies in Abb. 3 gezeigt ist. Zur ;Vergrößerung
des Abfalles kann die Anzahl der lose gekoppelten Sekundärwicklungen vergrößert
werden; hierbei steigt jedoch die Sekundärspannung bei Leerlauf. Um jetzt den Abfall
zu vergrößern, urfiter Beibehaltung der sekundären Leerlaufspannung; inuß ein Teil
der Sekundärwicklung mit entgegengesetztem Wicklungssinn fest mit der Primärwicklung
gekoppelt werden.
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Bei dem in Abb: q. dargestellten Drehstromtransformator liegen die
drei Phasen auf den Schenkeln x, y, z. Die Enden 1; 2 der Primärwicklung
. und die Eiiden 3, 4. der Sekundär-Wicklung der verschiedenen Phasen können in
jeder bekannten Transformatorenschaltung miteinander verbünden werden: Zwei magnetische
Nebenschlüsse s dienen - zur Regelung der Spannung.-- Abb. 5 zeigt eine Ausführung,
bei welcher das magnetische System- die Form eines Rin= ges hat. In dieser Abbildung
ist 'p wieder die Primärwicklung mit den Klemmen i und 2: Die Sekundärwicklung mit
dem fest gekoppelten Teil a und dem löse gekoppelten Teil b
-liegt zwischen
den Klemmen 3,4. Der magnetische Nebenschluß ist gegenüber der Sekundärwicklung
innerhalb des Ringes drehbar. Bei dieser Ausführung ist es notwendig, den beiden
Hälften der Primär- und der Sekundärwicklung eine diametrale Bahn für das Schließen
des Hauptkraftflusses zu geben. Diese
wird durch das Joch y gebildet.
Das Joch y dreht sich mit dem Nebenschluß s, ohne jedoch bei der Drehung seine Wirkung
zu ändern.
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Um den Luftspalt zwischen Nebenschluß und Kern so klein wie möglich
zu machen, wird nach den Abb. 6 bis 8 die Sekundärwicklung in Nuten des Kernes verlegt.
In Abb. 6 und 7 sind nur auf einer Seite des Kernes Nuten vorgesehen.
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Die Spulen werden nach der Ausführung der Abb. 6 direkt auf den Kern
gewickelt. Bei der Ausführung nach Abb. 7 werden die Spulen gesondert gewickelt,
über den Kern gebracht und in die Nuten geschoben.
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Bei der Ausführung nach Abb. 8 sind an beiden Seiten des Kernes Nuten
vorgesehen. Auch in diesem Fall müssen die Spulen auf den Kern gewickelt werden.
Die letztere Ausführung wird mit Vorteil dort angewendet, wo sich auf beiden Seiten
des Kernes Nebenschlüsse befinden, wie z. B. in Abb. 2, 3 und q..