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Schubtransformator Bei den bisher bekannten Schubtransformatoren;
die einen beweglichen, die Sekundärwicklung tragenden Eisenkern besitzen, wird die
Änderung der Größe der Sekundärspannung und auch die Änderung ihrer Richtung dadurch
erzielt, daß die Sekundärwicklung innerhalb eines einzigen magnetischen Kreises
in den Bereich verschiedener Kraftlinienrichtungen gebracht öder auch innerhalb
zweier magnetischer Kreise, die in einem gemeinsamen' Wegteil. einander aufheben,
bewegt wird.
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Das Arbeitsprinzip der bisher bekannten Schubtransformatoren erfordert
es, daß zur Erzielung ausreichender Spannungsänderungen-_die Wege der Sekundärwicklung
groß sind- im. Verhältnis zur bewickelten Baulänge. Da; - nun bei ' Schubtransformatoren
. die Sekundärwicklung jeweils nur einem Teil der Primärwicklungen, die den ganzen
Verschiebungsweg erregen müssen, gegenübersteht, sind freie primäre Wicklungsteile
vorhanden, deren Flüsse zur Verringerung der Streuung durch zusätzliche Kompensationswicklungen
aufgehoben werden -müssen: Diese Kompensationswicklungenmachen einerseits den Aufbau
des- "Transformators komplizierter und kostspieliger und erhöhen andererseits auch
das-aktive Kupfergewicht und damit die Verluste.
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Erfindungsgemäß werden bei einem Schubtransformator, der primär *i6-auch
sekundär Eisenkerne und Wicklungen enthält, die Wicklungen längs des Luftspaltes
als Einzelspulen verschiedenen Wicklungsschrittes angeordnet.
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In den Figuren ist ein Schubtransformator mit Wicklungsanordnung nach
der Erfindung dargestellt. Die Wirkungsweise des neuen Schubtransformators sei an
Hand der Figuren geschildert. Der Kern i trägt die Primärwicklungen, der Kern :2
die Sekundärwicklungen. Die Primär- und Sekundärwicklung sind auf je io Spulen aufgeteilt,
und zwar besitzen jeweils zwei aufeinanderfolgende Spulen gleichen Wicklungsschritt.
Der Primärkern enthält die Spulen io bis i9; der Sekundärkern' die Spulen 2o bis
29.
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Die Spulen io bis ig sind parallel zweinander an das Netz 3 geschaltet.
Die Sekundärwicklungen 2o bis 29 liegen in Reihe miteinander in der Netzleitung,
so daß der Transformator als Zusatztransformator wirkt.
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Je zwei - aufeinanderfolgende Wicklungen sind auf der Primärseite
wie auf der Sekundärseite. des Transformators mit entgegengesetztem Wicklungssinn
gewickelt. Wie die Figur zeigt, erzeugen nun die Wicklungen io und i i wie auch
die Wicklungen i2 und 13, 14 und 15, 16 und 17, i8 und ig je einen gemeinsamen F1uß.
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Bei allen Stellungen von Primär- und Sekundärkern des Transformators
addieren sich die in den Sekundärwicklungen des
Transformators erzeugten
Spannungen. Bei der Darstellung der Fig. 2 sind die von der Primärwicklung erzeugten
Flüsse aufgetragen, und zwar für die Wicklungen des einen Wicklungssinnes nach oben,
die des anderen Wicklungssinnes nach unten. Aus der Flußverteilung der Fig. 2 ergibt
sich, wie in Fig. 3 dargestellt, daß in sämtlichen Spulen der Sekundärwicklung in
gleicher Richtung wirkende (positive) Spannungen induziert werden, da auch in der
Sekundärwicklung Spulen verschiedenen Wicklungssinnes abwechselnd aufeinanderfolgen.
Da die Sekundärwicklungen des Transformators in Reihe geschaltet sind, addieren
sich die in ihnen induzierten Spannungen.
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Bei Fig. 4. wurde vorausgesetzt, daß der Sekundärkern gegenüber dem
Primärkern um den Wicklungsschritt der kleinsten Sekundärspulengruppe nach rechts
verschoben wurde. Die Spule 2o der Sekundärwicklung befindet sich nun im Bereich
des negativen Flusses (Fig. 2), der in ihr jedoch infolge ihres positiven Wicklungssinnes
negative Spannung erzeugt. Die Spule 21 mit negativem Wicklungssinn befindet sich
im Bereich des positiven Flusses, erhält also ebenfalls eine negative Spannung,
wie in Fig. q. angedeutet ist.
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Die Wicklung 22 des Sekundärkerns befindet sich zum Teil im Bereich
des positiven Flusses, zum anderen Teil im Bereich des negativen Flusses (Kraftlinienrichtung),
so daß im Endergebnis eine Spannung in ihr nicht induziert wird. Das gleiche gilt
für Spule 23. In der gleichenArt wurden in Fig.4 die Spannungen für die übrigen
Sekundärspulen ermittelt. Durch Addition der positiven Spannungselemente und Subtraktion
der negativen Elemente ergibt sich eine Gesamtspannung der Sekundärwicklungen, die
kleiner ist als die Spannung nach Fig. 3.
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Ist die Sekundärwicklung gegenüber der Primärwicklung so weit verschoben
worden, wie dies in Fig. 5 angegeben ist, so erhält man im Gesamtergebnis in der
Sekundärwicklung bereits überwiegend negative Zusatzspannungen, die bei der weiteren
Bewegung des Sekundärkerns gemäß Fig.6 zunehmen. In Fig. 7 hat die Sekundärspannung
wieder abgenommen; in Fig. 8 erhält man eine positive Zusatzspannung im Netz 3 durch
Verschiebung des Sekundärkerns von der Normallage aus nach links.
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Bei dem in Fig. g dargestellten Zustand wurde der Sekundärkern so
weit nach links verschoben, daß sich wieder eine negative Zusatzspannung ergab.
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In Fig. io sind nun abhängig vom Verschiebungsweg der Sekundärwicklung
die in dieser induzierten Zusatzspannungen aufgetragen. Als Einheit für den Abszissenmaßstab
dient der Wicklungsschritt der kleinsten Spule. Man erkennt sofort, daß zur Erzielung
der maximalen Spannungsänderungen die Sekundärwicklung insgesamt und auch im Verhältnis
zum Wicklungsschritt der größten Spulen nur verhältnismäßig wenig verschoben zu
werden braucht. Dies hat den großen Vorteil, daß stets nur kleine Teile der gesamten
Primärwicklung und auch Sekundärwicklung Streuflüsse erzeugen können. Man kann daher
ohne Kompensationswicklungen auskommen bzw., falls man die Streuung ganz vermeiden
will, die Kompensationswicklung erheblich schwächer, als bisher notwendig, dimensionieren.
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Wie die Fig. i deutlich erkennen läßt, kann man auch bei der Konstruktion
nach der Erfindung den Strombelag pro Quadratzentimeter Flußübertrittsfläche im
Luftspalt innerhalb der verschiedenen Spulen annähernd konstant halten. Damit wird
nicht nur eine günstige Verteilung der Kupferverluste, sondern infolge der konstanten
Induktion auch eine gleichmäßige Verteilung der Eisenverluste erzielt.
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Die in Fig. io dargestellte Verschiebungscharakteristik des Transformators
ist in erster Linie durch das Verhältnis der Wicklungsschritte der verschiedenen
Spulen bestimmt. Durch Änderung der Wicklungsschritte läßt sich die Charakteristik
beeinflussen. Es ist nicht unter allen, Umständen erforderlich, den Strombelag pro
Quadratzentimeter Flußübertrittsfläche im Luftspalt innerhalb des gesamten Luftspaltes
konstant zu halten. Insbesondere kann es von Vorteil sein, in dem mittleren Luftspaltteil,
in dem die Ab-
kühlungsverhältnisse ungünstiger sind, einen geringeren Strombelag
zu wählen. Die Wicklung selbst wird man als Schablonenwicklung in der für große
Wechselstrommaschinen üblichen Weise vor dem Einlegen in die Nuten fertigstellen.
Die dynamischen Beanspruchungen der Spulenleiter lassen sich durch geeignete Bemessung
und Anordnung, insbesondere durch kurze Nuten, klein halten.
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Führt man den neuen Schubtransformator als Einphasentransformator
aus, so verwendet man zweckmäßig zwei einander gegenüberstehende, durch den Luftspalt
getrennte Platten. Bei Zweiphasentransformatoren wird man einen beweglichen Eisenkern,
der beispielsweise die beiden Sekundärwicklungen trägt, zwischen zwei festen, die
Primärwicklungen tragenden Eisenkernen verschieben. Drehstromschubtransformatoren
kann man in bekannter Weise derart aufbauen, daß man die Sekundärwicklungen auf
einem beweglichen dreiseitigen Prisma anbringt, das sich zwischen drei die Primärwicklungen
tragenden plattenförmigen Eisenkernen bewegt. Die
Kerne wird man
in der für Schubtransformatoren üblichen Weise federnd gegeneinanderpressen, insbesondere
auch, um das Wechselstromgeräusch herabzusetzen. Bei dem Drehstromtransformator
mit prismatischem Kern kann man eine die drei Primärkerne gegen das Sekundärprisma
pressende Tangentialfederung vorsehen. -