DE616880C

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Publication number: DE616880C
Application number: DENDAT616880D
Authority: DE

Description

DEUTSCHES REICHGERMAN EMPIRE

AUSGEGEBEN AM
8. AUGUST 1935ISSUED ON
AUGUST 8, 1935

REICHSPATENTAMTREICH PATENT OFFICE

PATENTSCHRIFTPATENT LETTERING

JVl 616880 KLASSE 21 d² GRUPPE JVl 616880 CLASS 21 d ² GROUP

S 102993 VIIIb)2id² Tag der Bekanntmachung über die Erteilung des Patents: ii.Juli 1935S 102993 VIIIb) 2id ² Day of the announcement of the grant of the patent: July ii, 1935

Siemens-Schuckertwerke Akt.-Ges. in Berlin-Siemensstadt*)Siemens-Schuckertwerke Akt.-Ges. in Berlin-Siemensstadt *)

Ein- oder Mehrphasentransformator zum stufenlosen Regeln der Spannung bzw. des StromesSingle or multi-phase transformer for stepless regulation of voltage or current

Patentiert im Deutschen Reiche vom 29. Januar 1932 abPatented in the German Empire on January 29, 1932

Die Erfindung bezieht sich auf einen Transformator, der die Bauart eines Kerntransformators mit konzentrisch angeordneten Wicklungen besitzt und durch relative Verschiebung der Sekundärwicklung gegenüber der Primärwicklung in der Spannung bzw. im Strom regelbar ist. Bei derartigen sog. Schubtransformatoren ist es von sehr wesentlicher Bedeutung, daß in jeder Regelstellung die vom Belastungsstrom in den Wicklungen hervorgerufenen Streuspannungsabfälle so klein wie möglich gehalten werden. Dies ist nur dann möglich, wenn der sekundäre Strombelag an jeder Stelle durch einen gleich großen primären Strombelag aufgehoben wird, wenn also an jeder Stelle völlige Kompensation der Amperewindungen der beiden Wicklungen stattfindet. Ohne besondere Mittel ist dies im allgemeinen nur dann der Fall, wenn die Sekundärwicklung auf ihrer ganzen Länge von der Primärwicklung umgeben ist, d. h. wenn in der Sekundärwicklung die volle Spannung erzeugt wird. Die Erfindung bezweckt nun, die Streuung in derartigen Schubtransformatoren nach Möglichkeit zu vermeiden, und zwar ohne Anwendung besonderer Ausgleichswicklungen.The invention relates to a transformer which is of the core transformer type with concentrically arranged windings and by relative displacement the voltage or current of the secondary winding can be regulated in relation to the primary winding. With such so-called With thrust transformers it is very essential that in every control position the voltage drops caused by the load current in the windings are as follows be kept as small as possible. This is only possible if the secondary Electricity load at every point is canceled out by a primary current load of the same size becomes, if so at every point complete compensation of the ampere turns of the two Windings takes place. Without special means, this is generally only the case if the secondary winding is surrounded by the primary winding along its entire length, d. H. when full voltage is generated in the secondary winding. The invention aims Well, to avoid the scattering in such thrust transformers as far as possible, without applying special Compensation windings.

Nach der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß die Primärwicklung nicht aus fortlaufend in Reihe geschalteten Windungen besteht, wie es normalerweise der Fall ist, sondern aus einzelnen parallel geschalteten Teilwicklungen. Ganz besonders vorteilhaft ist es, diese Teilwicklungen nicht nur in dem eigentlichen Kernbereich anzuordnen, wo sie stets den gesamten Fluß umfassen, sondern auch in dem Bereich des Joches, wo sie in Nuten eingebettet werden können und nur von abnehmenden Teilfiüssen des Gesamtflusses durchsetzt sind. An diesen Stellen, wo der magnetische Fluß aus dem Kern in die Joche eintritt, ist die Beseitigung der Streuung von besonderer Bedeutung, weil an diesen Steilen das Streufeld der in dem verschiebbaren Kern untergebrachten Sekundärwicklung einen geschlossenen Eisenweg finden kann und infolgedessen besonders groß ist.According to the invention, this is achieved in that the primary winding is not off continuously series-connected turns, as is normally the case, but from individual partial windings connected in parallel. Particularly advantageous is to arrange these partial windings not only in the actual core area where they are always encompass the entire river, but also in the area of the yoke where it is in Grooves can be embedded and only from decreasing part of the total flow are interspersed. In these places where the magnetic flux from the core into the yokes occurs, the elimination of the scattering is of particular importance because at these slopes the stray field of the secondary winding housed in the movable core is closed Eisenweg can find and is therefore particularly large.

Solange die verschiebbare Sekundärwicklung sich im Kernbereich und im Jochbereich befindet, werden die einzelnen Teilwicklungen der Primärwicklung, die infolge der Parallelschaltung völlige Selbständigkeit hinsichtlich der Stromaufnahme haben, nur solche Ströme aufnehmen, daß dadurch die ihnen gegenüberliegenden Amperewindungen der Sekundärwicklung aufgehoben werden. Wird beim Regeln der Kern mit der Sekundärwicklung verschoben, so geht der Strom in den parallel geschalteten Primärteilwicklungen, denen nun keine Teile der Sekundärwicklung :nehr gegenüberliegen, auf den Leerlaufstrom zurück, während er in den Teilen, in deren Be-As long as the movable secondary winding is in the core area and in the yoke area is located, the individual partial windings of the primary winding, which are due to the parallel connection have complete independence with regard to current consumption, only such currents record that thereby the opposite ampere turns of the secondary winding To get picked up. If the core with the secondary winding is shifted during regulation, the current goes into the parallel switched primary part windings, which now have no parts of the secondary winding: nehr opposite, back to the no-load current, while in the parts where

*) Von den Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:*) The patent seeker indicated as the inventor:

Dipl.-Ing. Hermann Harz in Berlin-Siemensstadt.Dipl.-Ing. Hermann Harz in Berlin-Siemensstadt.

reich die Sekundärwicklung kommt, auf den Belastungsstrom ansteigt. Befindet sich die Sekundärwicklung teilweise oder völlig außerhalb des magnetischen Kreises, so wird sie in an sich bekannter Weise von Kur/.-schlußwicklungcn umgeben, welche die Streuwirkung ebenfalls auf ein Minimum herabsetzen. An sich ist die Streuwirkung der Sekundärwicklung, wenn diese durch Ver-Schiebung aus dem Bereich des Joches kommt, bereits klein, weil das umgebende Medium Luft ist, bei dem zur Bildung nennenswerter Streuflüsse erhebliche Durchflutungen notwendig sind. Umgibt man nun die Sekundärwicklung in diesem Bereich mit Kurzschlußwicklungen (Kurzschlußbereich), so entstehen in diesen Ströme, die dem Strom in der Sekundärwicklung entgegengerichtet sind und seine streufelderregende Wirkung nahezu vollständig aufheben.the secondary winding comes rich, the load current increases. Is the Secondary winding partially or completely outside the magnetic circuit, so will they are surrounded by short-circuit windings in a manner known per se, which cause the scattering effect also reduce it to a minimum. In itself, the scattering effect is the Secondary winding, if it comes out of the area of the yoke due to displacement, already small, because the surrounding medium is air, where formation is worth mentioning Stray flux significant flooding is necessary. Now surrounds the secondary winding In this area with short-circuit windings (short-circuit area), currents arise in these that correspond to the current in the secondary winding are opposite and its stray field-exciting effect is almost cancel completely.

Ein Ausführungsbeispiel soll zur näheren Erläuterung des Erfindungsgedankens dienen. In den Fig. 1, 2 und 3 ist ein Einphasenschubtransformator der Kerntype in verschiedenen Regelstellungen dargestellt. 1 bedeutet den verschiebbaren Kern mit der in Nuten untergebrachten Sekundärwicklung 2, deren Windungen alle in Reihe geschaltet sind und zu den beiden Sekundärklemmen 3 und 4 geführt sind. Der magnetische Kreis des Transformators wird vervollständigt durch den wicklungslosen Kern 5 und die beiden Joche 6 und 7, die miteinander in üblicher Weise verbunden sind. Die Primärwicklung besteht aus sieben Teilwicklungen 8 bis 14, die in Parallelschaltung an die Primärklemmen 15 und 16 angeschlossen sind. Sie umfassen alle konzentrisch den Kern 1 mit der Sekundärwicklung. Die Teilwicklungen 8 bis 12, die zwisehen den Jochen 6 und 7 liegen, werden vom \ ollen Fluß, der durch drei Kraftlinien dargestellt ist, durchsetzt. Die Teilwicklungen 13 und 14 liegen im Bereich des Joches 6 und sind nur noch mit Teilflüssen verkettet, Beide Wicklungen liegen zum Teil in Nuten des Joches 6 eingebettet. Um die angegebene Flußverteilung zu erzwingen, muß die Wicklung 13 die i,5fache und Wicklung 14 die dreifache Windungszahl von jeder der Teilwicklungen auf dem Kernbereich haben. Natürlich könnte man auch jede der Wicklungen 13 und 14 mit gleicher Windungszahl wie die Wicklungen 8 bis 12 ausführen. Man müßte sie aber dann an ²/_s bzw. ¹J₃ der Primärspannung anschließen; entsprechende Primärspannungen können leicht durch besondere Transformatoren erzeugt werden. Außerhalb des magnetischen Kreises sind fünf Kurzschlußwicklungen 17 bis 21 angeordnet. Die beiden gegeneinander verschiebbaren Teile des Transformators bestehen einerseits aus dem beweglichen Kern 1 mit der Sekundärwicklung 2 und andererseits aus den beiden Jochen 6 und 7, dem Kern 5, der Primärwicklung 8 bis 14 und den Kurzschlußwicklungen 17 bis 21, welche fest angeordnet sind.An exemplary embodiment is intended to serve to explain the concept of the invention in more detail. In Figs. 1, 2 and 3, a single-phase boost transformer of the core type is shown in various control positions. 1 means the displaceable core with the secondary winding 2 accommodated in slots, the windings of which are all connected in series and lead to the two secondary terminals 3 and 4. The magnetic circuit of the transformer is completed by the winding-free core 5 and the two yokes 6 and 7, which are connected to one another in the usual way. The primary winding consists of seven partial windings 8 to 14 which are connected in parallel to the primary terminals 15 and 16. They all encompass concentrically the core 1 with the secondary winding. The partial windings 8 to 12, which lie between the yokes 6 and 7, are penetrated by the ollen flux, which is represented by three lines of force. The partial windings 13 and 14 are in the area of the yoke 6 and are only linked with partial fluxes. Both windings are partly embedded in grooves in the yoke 6. In order to enforce the specified flux distribution, the winding 13 must have 1.5 times and winding 14 three times the number of turns of each of the partial windings on the core area. Of course, each of the windings 13 and 14 could also have the same number of turns as the windings 8 to 12. You would then have to ^{connect it to 2} / _s or ¹ J _{3 of} the primary voltage; corresponding primary voltages can easily be generated by special transformers. Outside the magnetic circuit five short-circuit windings 17 to 21 are arranged. The two mutually displaceable parts of the transformer consist on the one hand of the movable core 1 with the secondary winding 2 and on the other hand of the two yokes 6 and 7, the core 5, the primary winding 8 to 14 and the short-circuit windings 17 to 21, which are fixed.

In Fig. ι befindet sich der Kern 1 in der Stellung, wo sämtliche Sekundärwindungen vom vollen Fluß durchsetzt werden, also die in der Sekundärwicklung erzeugte Spannung am größten ist. Die vom Belastungsstrom herrührende Durchflutung der Sekundärwicklung ist durch Kreuze und Punkte angedeutet und wird durch eine entgegengesetzte Durchflutung in den Teil wicklungen 8 bis 12 der Primärwicklung im angedeuteten Sinn aufgehoben. In Fig. 2 ist eine Stellung der gegeneinander verschiebbaren Teile angedeutet, in der ein Teil der Sekundärwicklung 2 bereits aus dem magnetischen Kreis herausgeschoben ist. Entsprechend ist die Sekundärspannung zurückgegangen und die zur Aufhebung der sekundären Durchflutung erforderliche Primärdurchflutung mit der Sekundärwicklung weitergewandert. Die Teilwicklungen 8 bis 10 sind bis auf den Erregerstrom stromlos geworden, während die Wicklungen 13 und 14 im Jochgebiet und auch die Kurzschlußwicklung 17 nunmehr Strom führen. Bei der in Fig. 3 dargestellten Stellung des Kernes 1 befindet sich die Sekundärwicklung völlig außerhalb des magnetischen Kreises, und zwar im Bereich der Kurzschlußwicklungen, so daß die Sekundärspannung Null ist. Die Aufhebung der sekundären Durchflutung wird hier durch die Kurzschlußwicklungen 17 bis 21 bewirkt.In Fig. Ι the core 1 is in the Position where all secondary windings are penetrated by full flow, so the voltage generated in the secondary winding is greatest. The one from the load current The resulting flow through the secondary winding is indicated by crosses and dots and is through an opposite flow in the part windings 8 to 12 of the Primary winding canceled in the indicated sense. In Fig. 2 a position of the mutually displaceable parts is indicated, in which part of the secondary winding 2 has already been pushed out of the magnetic circuit is. The secondary voltage has decreased accordingly and that required to cancel the secondary flow Primary flow with the secondary winding migrated on. The partial windings 8 to 10 are except for the excitation current become de-energized, while the windings 13 and 14 in the yoke area and also the Short-circuit winding 17 now carry current. In the position shown in FIG of core 1, the secondary winding is completely outside the magnetic circuit, namely in the area of the short-circuit windings, so that the secondary voltage is zero. The lifting of the secondary Flux is caused here by the short-circuit windings 17 to 21.

Einzelheiten des beschriebenen Transformators können nach Bedarf abgeändert werden. Z. B. kann das Joch 6, auf dem sich die Wicklungen 13 und 14 in Nuten befinden, zwecks Materialersparnis hinter den Nuten einen verjüngten Querschnitt erhalten, desgleichen das Joch 7 und die Kerne 5 und 1. In Fig. 3 ist diese Querschnittsverjüngung durch gestrichelte Linien angedeutet.Details of the transformer described can be modified as required. For example, the yoke 6, on which the windings 13 and 14 are located in slots, To save material, get a tapered cross-section behind the grooves, likewise the yoke 7 and the cores 5 and 1. In Fig. 3, this cross-sectional tapering indicated by dashed lines.

In Fig. 4 ist ein Transformator gemäß der Erfindung für Drehstrom dargestellt. Wie bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 bis 3 sind die drei Kerne 1 mit den Sekundärwicklungen 2 gegenüber den Primärteilwicklungen 8 bis 14, den Kurzschlußwicklungen 17 bis 21 und den Jochen 6, 7 verschiebbar. Primär- und Sekundärwicklungen sind in der angedeuteten Weise in Stern geschaltet. 4 shows a transformer according to the invention for three-phase current. As in the embodiment according to FIGS. 1 to 3, the three cores 1 with the secondary windings 2 compared to the primary partial windings 8 to 14, the short-circuit windings 17 to 21 and the yokes 6, 7 can be moved. Primary and secondary windings are connected in the indicated manner in star.

Mit den angegebenen Anordnungen läßt sich eine Spannungsregelung von Null bis zum Maximum in einer Richtung durchführen. Zur Umkehrung der Spannung wird zweckmäßigerweise in an sich bekannterWith the specified arrangements, a voltage regulation from zero to perform to the maximum in one direction. In order to reverse the voltage, it is expedient to use a method known per se

Weise eine der Wicklungen umgeschaltet. Am zweckmäßigsten ist die Umschaltung der Sekundärwicklung, wenn sich diese im Kurzschlußbereich befindet, weil sie in dieser Stellung bereits induktiv kurzgeschlossen ist, so daß beim Umschalten kein Schaltfunken auftreten kann.Way switched one of the windings. The most useful is to switch over Secondary winding, if this is in the short-circuit area, because it is in this position is already inductively short-circuited, so that no switching sparks occur when switching over can.

Man kann die Erfindung auch anwenden bei Doppeltransformatoren, bei denen zweiThe invention can also be applied to double transformers in which two

ίο gegeneinander geschaltete Sekundärwicklungen auf dem Kern ι angeordnet sind. In diesem Fall müssen Primärteilwicklungen auch in dem Joch 7 und darüber hinaus noch besondere Kurzschlußwicklungen auf der unteren Seite des Transformatorkernes 1 angeordnet werden. Bei diesem Transformator kann man einfach durch Verschieben des die Sekundärwicklungen tragenden Kernes eine Regelung der Spannung von Null aus nach beiden Seiten erhalten, ohne daß eine Umschaltung erforderlich ist.ίο counter-connected secondary windings are arranged on the core ι. In this case, primary part windings must be used also in the yoke 7 and also special short-circuit windings on the lower side of the transformer core 1 are arranged. With this transformer you can simply by moving the core carrying the secondary windings a Regulation of the voltage from zero to both sides is obtained without switching is required.

Die Erfindung kann übrigens auch bei Manteltransformatoren angewendet werden, die pro Phase zwei getrennte magnetische Kreise besitzen.Incidentally, the invention can also be applied to jacket transformers, which have two separate magnetic circuits per phase.

Claims

Patent claims:

I. Single or multi-phase transformer for stepless regulation of the voltage or the current with concentrically arranged primary and secondary windings in the direction of the winding axis are mutually displaceable, the secondary winding from being connected in series Part windings consists, characterized in that for the complete mutual cancellation of the primary and secondary current load in every control position the primary winding from several parallel-connected, in the same Meaning effective partial windings.

2. Transformer according to claim 1, characterized in that individual primary partial windings lie in grooves in the yoke area.

3. Transformer according to claim 2, characterized in that the in the Primary part windings lying in the yoke area corresponding to the reduction of the magnetic flux with which they are linked, have an increased number of turns compared to the other primary partial windings.

4. Transformer according to claim 2, characterized in that in the yoke area lying primary part windings via special auxiliary transformers to a corresponding to the reduction of the with them linked magnetic flux reduced voltage are connected.

5. Transformer according to claim 1 to 4 with two mutually connected, in secondary windings lying one behind the other in the axial direction.

For this purpose ι sheet of drawings