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Transformator zum stetigen Regeln der Spannung bzw. des Stromes 1:s
sind Schubtransformatoren bekanntgeworden, bei denen eine Regelung der Spannung
dadurch erzielt wird, daß die Sekundärwicklung gegenüber der Primärwicklung in Richtung
der gemeinsamen Wicklungsachse verschoben wird, wobei sich beide Wicklungen in der
Hauptsache konzentrisch umgeben. Da jedoch beim Verschieben unerwünschte Streuflüsse
auftreten, sind bei derartigen Transformatoren besondere Ausgleich- und Kurzschlußwicklungen
zur Unterdrückung der Streuflüsse nötig. Diese Wicklungen bedeuten eine unerwünschte
Beigabe.
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Andererseits sind auch Transformatoren bekannt, bei denen eine Spannungsregelung
dadurch erzielt wird, daß die Wicklungen gegeneinander in einer senkrechten Ebene
ziz ihrer Wicklungsachse verschoben werden. Auch derartige Transformatoren erfordern
besondere Maßnahmen, um die Streuung beim Verschieben zu .beseitigen, z. B. durch
besondere Kompensationswicklungen. Abgesehen davon, daß diese Wicklungen ebenfalls
den Transformator verteuern, wirken sie in der bisher bekannten Form nur unvollständig.
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Die Erfindung betrifft einenTransformator, bei dem ebenfalls eine
Verschiebung der Wicklungen gegeneinander in einer senkrechten Ebene zu ihrer Wicklungsachse
stattfindet, bei dem jedoch keine besonderen Ausgleichwicklungen vorgesehen sind
und trotzdem eine völlige Kompensierung der sekundären Amperewindungen durch die
primären an jeder Stelle auch beire Verschieben stattfindet.
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Erfindungsgemäß besteht die Primärwicklung aus einzelnen parallel
geschalteten Spulen gleichen Wicklungsschrittes, die senkrecht zu ihrer"Wicklungsachse,
jedoch in der gleichen Ebene gegeneinander verschoben sind und nicht nur das Transformätorjoch
umfassen, sondern zum Teil auch in Nuten desselben liegen. Die Sekundärwicklung,
die in Nuten eines verschiebbaren Schenkels liegt, besteht ebenfalls aus verschiedenen
Spulen, die jedoch alle in Reihe geschaltet sind. Beim Verschieben der Sekundärwicklung
gegenüber der Primärwicklung wandert der primäre Belastungsstromibelag mit dem sekundären,
so daß an keiner Stelle außer der normalen Nuten- und Zahnkopfstreuung zusätzliche
Streuung auftreten kann. In der einen Endstellung befindet sich die Sekundärwicklung
vor -dem einen, in der anderen vor dem anderen Joch des magnetischen Kreises. Die
Spannung in der Sekundärwicklung hat dann in beiden Stellungen entgegengesetzte
Richtung. Es ist daher eine stetige Spannungsregelung von Null bis zum vollen Wert
nach beiden Richtungen möglich.
An einigen Ausführungsbeispielen
soll das Wesen der Erfindung näher erläutert werden.
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In Fig. i ist ein derartiger Transformator angedeutet. Er setzt sich
aus zwei gegeneinander verschiebbaren Systemen zusammen. Das eine besteht aus dem
einen Schenkel i und den beiden Jochen 2 und 3 des Transformatoreisens mit der Primärwicklung,
das andere aus dem zweiten Schenkel mit der Sekundärwicklung. Die Primärwicklung
soll aus zehn parallel geschalteten Spulen 5 bis 14 bestehen, die alle gleichen
Wicklungsschritt besitzen und senkrecht zu ihrer Wicklungsachse gegeneinander verschoben
sind. Die drei Spulen 5 bis 7 umschlingen das Joch 2 völlig, die Spulen 8 und 9
nur teilweise, ebenso die Spulen 12 bis 14 bzw. io und i i hinsichtlich des Joches
3. Die Spulen 8, 9, io und ii sind mit einer Spulenseite in Nuten der Joche 2 bzw.
3 untergebracht. Auf dem Schenkel ist die Sekundärwicklung in Nuten angeordnet,
die aus fünf Spulen 15 bis i9 bestehen soll. Die Spulen sind alle in Reihe geschaltet
und sind in dem Beispiel als Spulen gleichen Wicklungsschrittes ausgebildet. Doch
können sie ebensogut auch als Spulen verschiedenen Wicklungsschrittes ausgeführt
sein. Die Primärspulen 5 bis 7 und 12 ,bis 14 erzeugen im Transformatoreisen einen
Fluß in der angedeuteten Weise, der durch drei Kraftlinien dargestellt sein soll.
Haben beide Systeme die gegenseitige Stellung nach Fig. i, so werden die Spulen
15 bis 17 der Sekundärwicklung vom Fluß voll durchsetzt, die Spule 18 zu 2[3 und
die Spule i9 zu %. Ist die Sekundärwicklung stromdurchflossen, was durch Kreuze
und Punkte angedeutet ist, so stellt sich in den Spulen der Primärwicklung die angegebene
entgegengesetzte Durchflutung ein. Dadurch wird jede Streufeldbildung unterdrückt.
Denn an welcher Stelle man auch. eine gemeinsame Kraftlinie um eine Primär- und
Sekundärspulenseite zieht, ergibt sich als resultierende Erregung Null (vgl. die
Kraftlinie 2o um die Spulenseiten 6 und 16). Die Spulen io bis 14 sind bei dieser
Stellung der beiden Systeme bis auf den Erregerstrom stromlos. Von den Primärspulen
umfassen auch nicht alle Spulen den vollen Fluß, die Spulen 8, 9, io und i i nur
=/3 bzw. %. Demgemäß müssen sie beim Anschluß an die gleiche Primärspannung entsprechend
höhere Windungszahlen haben oder bei gleicher Windun:gszahl an eine entsprechend
kleinere Spannung angeschlossen sein. Aus Fig.2a geht die Schaltung der Primärwicklung
und aus Fig.2b die der Sekundärwicklung hervor. Die einzelnen Spulen sind durch
die gleichen Ziffern wie in Fig. i bezeichnet. In Fig. 3 sind beide Systeme um zwei
Sekundärnutteilungen verschoben. Die Sekundärspulen 15, 16, 17 werden noch von positiven
Flüssen, die Spulen 18 und z9 dagegen schon von negativen Flüssen durchsetzt. Demgemäß
ist die Sekundärspannung wesentlich kleiner geworden; sie erreicht bei weiterer
Verschiebung um eine halbe Nutteilung den Wert Null. Die primäre Stromdurchflutung
ist mit der Sekundärwicklung weitergewandert, die Spulen 5 und 6 sind bis auf den
Erregerstrom stromlos, dafür sind die Spulen io und ii nunmehr stromdurchflossen.
Bei der gegenseitigen Stellung der beiden Systeme nach Fig.4 ist die Sekundärwicklung
völlig im Bereich des negativen Flusses, und demgemäß hat auch die Sekundärspannung
ihren negativen Höchstwert erreicht. Der sekundäre Strombelag wird daher bei allen
Stellungen durch einen gleich großen primären Strombelag kompensiert, so daß die
Streuung auf ein Minimum beschränkt ist.
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Zur Verkleinerung der Zahnkopfstreuung, die sich ausbilden kann, wenn
eine Nut des Sekundärteiles einem Zahn des Primärteiles gegenübersteht, kann man
in an sich bekannter Weise die Bleche der Joche 2 und 3 senkrecht zu den Blechen
der Schenkel i und schichten. Dies bedeutet eine wesentliche Vergrößerung des magnetischen
Widerstandes für den Zahnkopfstreufluß, während der magnetische Widerstand für den
Hauptfluß nicht beeinlußt wird.
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Das in Fig. i bis 4 beschriebene Ausführungsbeispiel des Transformators
ist nur für Einphasen-Wechselstrom verwendbar. Für Drehstrom wären ,drei derartige
Transformatoren erforderlich, die in üblicher Weise geschaltet und gemeinsam verschoben
werden. Man kann sie jedoch zum Teil auch magnetisch verketten, wie es in Fig. 5
angedeutet ist. Die drei Primärwicklungen sind mit 21, 22, '3 bezeichnet, die drei
Sekundärwicklungen mit 24, 25, 26. Es sind jedoch nur zwei verschiebbare Schenkel
27 und 28 notwendig, von denen 27 zwei Sekundärwicklungen besitzt. Die magnetischen
Kreise sind in der angegebenen Weise durch die Joche 29 bis 34 und die Schenkel
35 und 36 vervollständigt. Die Schenkel 27 und 28 sind hierbei nur für die geometrische
Summe zweier Flüsse zu bemessen.
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Man kann auch einen Transformator für Einphasenstrom nach der in Fig.5
angegebenen Weise bauen. Man erreicht dadurch für eine gegebene Leistung kleinere
Baulänge gegenüber der Ausführung nach Fig. i. Es werden in diesem Falle alle Primärwicklungen
in Parallelschaltung ans Netz gelegt, die Sekundärwicklungen alle in Reihe geschaltet.
Man
wird in diesem Fall auch dem Schenkel 28 auf der der Wicklung 22 zugekehrten Seite
eine zweite Sekundärwicklung geben. Fig. 6 zeigt diese Anordnung. 37 bezeichnet
die Primärwicklung, die in vier Ebenen angeordnet ist, 3:8 die Sekundärwicklung,
die sich ebenfalls über vier Ebenen erstreckt, 39 und 4o sind die beiden beweglichen
Schenkel, 41 und 42 die festen Schenkel, die mit den genuteten Jochen in der dargestellten
Weise den magnetischenKreis vervollständigen. Der magnetische Fluß hat den eingezeichneten
Verlauf, er durchsetzt also die beweglichen Schenkel quer zu ihrer Verschiebungsrichtung.
Dies ermöglicht eine sehr einfache Herstellung dieser Schenkel. Die einzelnen Spulen
der in jedem Schenkel liegenden Sekundärwicklung werden durch kleine Blechpakete
voneinander getrennt und das Ganze kon= struktiv zusammengehalten. In dieser Weise
können noch beliebig viele bewegliche Schenkel mit zugehörigen Primär- und Sekundärwicklungen
eingeschoben werden. Ebenso kann natürlich umgekehrt die Konstruktion mit einem
einzigen Schenkel, 'z. B. 40, ausgeführt werden.
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Für Mehrphasenstrom werden mehrere derartige Transformatoren in entsprechender
Schaltung zusammengefaßt. MagnetischeVerkettung bringt hierbei keine nennenswerten
Ersparnisse.
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Vorteilhaft bei dem neuen Schubtransformator ist die Möglichkeit,
die Zu- und Ableitungen bequem an die Wicklungen anschließen zu können. Bei den
bekannten Schubtransformatoren mit konzentrisch zueinander angeordneten Wicklungen
bereiten die Zuleitungen zu der innenliegenden Wicklung erhebliche Schwierigkeiten,
da man, um zu der Sekundärwicklung zu gelangen, mit den Zuleitungen zu dieser Wicklung
durch die Primärwicklung hindurchfahren muß.
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Ein Nachteil der bekannten Schubtransformatoren besteht auch darin,
daß für Spannungsregelung nach beiden Seiten entweder zwei Primärwicklungen mit
zwei magnetischen Kreisen oder zwei Sekundärwicklungen erforderlich sind. Es ist
also immer eine Wicklung in einer der Endstellungen nicht ausgenutzt. Dieser Nachteil
besteht zunächst auch .bei den vorstehend gebrachten Ausführungsformen des neuen
Transformators. Eine Ausführungsform, die diesen Nachteil verineidet, ist in Fig.
7 angedeutet. Es bedeuten 43 und 44 die Primärwicklungen auf den festen Jochen 45
bis 48. Die Sekundärwicklung zerfällt in vier Teile 49 bis 52, die in der dargestellten
Weise in Reihe geschaltet und auf den beweglichen Schenkeln 53 bis 55 angeordnet
sind. Die Schenkel 53 und 55 werden in der gleichen Richtung verschoben, der Schenkel
54 in entgegengesetzter. In der Stellung der Schenkel nach Fig.7 hat die Spannung
in der Sekundärwicklung ihren vollen Wert in der einen Richtung. Wie man sieht,
sind hier alle Primärwicklungen stromdurchflossen und heben den Strombelag der Sekundärwicklung
auf. In der äußersten Stellung der beiden Schenkel 53 und 55 links und des Schenkels
54 rechts hat die Sekundärspannung ihren vollen Wert nach der entgegengesetzten
Richtung erreicht, und dabei stellt sich die Stromdurchlutung in der Primärwicklung
so ein, daß der sekundäre Strombelag aufgehoben wird. Es gibt also bei einer derartigen
Ausführung des Transformators keine unausgenutzten Wicklungen in einer der beiden
Endstellungen, wodurch sich eine erhebliche Kupferersparnis ergibt.
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Die beiden Sekundärwicklungen 5o und 51 kann man auch zu einer vereinigen,
wobei man zweckmäßig die Nuten durchgehend macht.
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Statt in Reihe kann man auch die Sekundärwicklungen 49, 50,
51, 52 parallel schalten, wenn sich die Spannung in jeder dieser Wicklungen
beim Verschieben in gleicher Weise ändert. Dies gilt auch sinngemäß für die früher
behandelten Ausführungsbeispiele.