DE638430C - Transformator mit einer Hilfswicklung, die lediglich mit dem Streufluss der Arbeitswicklungen verkettet ist - Google Patents

Description

Es ist bekannt, in Wechselstromnetzen zur Messung der Belastung oder zum Anschluß von Apparaten, die in Abhängigkeit von der Stromstärke arbeiten, besondere Stromwandler zu verwenden, die einerseits die Stromstärke auf einen für die angeschlossenen Apparate passenden Wert herabsetzen, andererseits den Sekundärkreis gegen den gewöhnlich Hochspannung führenden Primärkreis isolieren. Die Stromwandler werden groß und teuer, insbesondere bei hohen Spannungen oder großen Strömen im Primärkreise.

Soweit es sich um die Messung der Belastung von Transformatoren handelt oder um den Anschluß stromabhängiger Apparate an diese, hat man bereits vorgeschlagen, den Einbau besonderer Stromwandler dadurch entbehrlich zu machen, daß man den Transformator selbst mit einer Hilfswicklung versieht, die nur mit dem magnetischen Streunuß der Arbeitswicklungen, dagegen nicht mit dem Hauptfluß.des Transformators verkettet ist. Da der Streufluß proportional dem in den Arbeitswicklungen fließenden Strom ist, so wird bei dieser Schaltung in der Hilfswicklung eine Spannung induziert, deren Größe ein Maß für die in den Arbeitswicklungen fließenden Ströme bildet.

Bei der vorgeschlagenen Anordnung wird die gewünschte Verkettung der Hüfswicklung mit dem Streufluß dadurch erzielt, daß die Hilfswicklung in den Luftspalt zwischen den Arbeitswicklungen gelegt wird. Dies ist jedoch insofern nachteilig, als hierdurch der Isolationsabstand zwischen den Arbeitswicklungen verringert wird.

Die Erfindung vermeidet diese Nachteile dadurch, daß die Hüfswicklung aus mehreren auf verschiedenen Teilen des Eisenkerns liegenden und in bezug auf den magnetischen Hauptfluß einander entgegengeschalteten Teilen besteht. Die Hüfswicklung befindet sich also hier im. Gegensatz zu den früheren Vorschlägen unmittelbar auf dem. Eisenkern, was sowohl isolationstechnisch als auch fabrikatorisch eine wesentliche Verbesserung darstellt, und trotzdem wird dank der besonderen Schaltung erreicht, daß die Hüfswicklung die Anordnung besonderer Stromwandler entbehrlich macht. -

In der Zeichnung sind verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Abb. ι zeigt die erfindungsgemäße Anordnung bei einem Manteltransformator mit konzentrischen Zylinderspulen, Abb. 2 bei einem Manteltransformator mit Scheibenwicklungen. Die Abb. 3 und 4 zeigen die Anordnung der

erfindungsgemäßen Einrichtung bei Kerntransformatoren. ■ Abb. 5 veranschaulicht · den Verlauf der magnetischen Flüsse, die durch die HauptwicMungen- eines -Transformators ,gemäß, Abb. ι erzeugt werden. Abb. 6 ist ein Vektor^ diagramm der magnetischen Flüsse. '$

Gleiche Teile sind in den verschiedener* Abbildungen mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet./ ρί¹·
ίο Der in Abb. ι dargestellte Transformator der Manteltype hat ein Magnetgestell mit einem mittleren, die Wicklung tragenden Schenkel io und zwei äußeren Schenkeln ii und 12. Die Schenkel io, ii und 12 sind an ihren Enden durch Joche verbunden. Der Schenkel 10 ist von konzentrischen Zylinderwicklungen 13 und . 14 umgeben. Die Ströme in den Hauptwicklungen 13 und 14 haben einen magnetischen Fluß zur Folge, der sich auf verschiedenen Pfaden, wie aus Abb. 5 hervorgeht, schließt. In Abb. 5 sind die Kraftlinienwege nur auf der einen Seite des Eisenkernes dargestellt; eine ähnliche Verteilung des Flusses ist auf der anderen Seite des Kernes vorhanden, wenn die beiden Hälften des Transformators symmetrisch ausgebildet sind, wie es normalerweise der Fall ist.

Aus der Abb. 5 geht hervor, daß zwei magnetische Flüsse vorhanden sind. Der Magnetisierungsström hat einen Fluß Φμ zur Folge, welcher durch eine gestrichelte Linie in Abb. 5 angedeutet ist. Dieser Fluß Φ μ fließt ausschließlich in dem Eisengesten und umschließt die beiden Hauptwicklungen 13 und 14. Die beiden'Belastungssfröme in den Wicklungen 13 und 14 haben einen anderen magnetischen ■ . Fluß Φζ. zur Folge, welcher, durch eine stark© Linie in Abb. 5. angedeutet ist. Der Fluß Φ^ der im allgemeinen als Streufluß bezeichnet wird, verläuft durch den Luftspalt zwischen den Wicklungen 13 und 14 und schließt.sich. z. B, ^;.: durch die vier Teilflüsse Φα, Φτ, Φβ und Φε· Wie in Abb. 5 angedeutet ist, ist der Fluß Φα mit der Wicklung 13 verkettet und fließt aus-⁴S schließlich" im Eisen, der Fluß Φτ ist ebenfalls mit der Wicklung 13 verkettet. Er fließt durch >: den'Luftspalt zwischen der Wicklung 13 und dem bewickelten Schenkel 10 des Eisenkernes. Der Fluß Φβ ist mit der Wicklung 14 verkettet und fließt vollständig im Eisen, während der ebenfalls mit der Wicklung 14 verkettete Fluß Φ5 außerhalb des Eisens verläuft. Die Phasenverschiebungen der einzelnen Flüsse sind nicht bei allen Belastungsverhältnissen die gleichen, sondern sind durch den Leistungsfaktor der Belastung bedingt. Das Vektor-• diagramm in Abb. 6 zeigt für einen bestimmten Belastungsfall die gegenseitige Phasenverschiebung der einzelnen Flüsse.

..Eine wichtige Eigenschaft des Streuflusses oder eines. Teiles von ihm ist es, daß sein Wert proportional der Belastung des Transformators ist. Irgendeiner der vorerwähnten Streuflüsse kann deshalb als Maß für diese Belastung ^enutzt werden. Zu diesem Zwecke sind Hilfs-

•^jcklüngen vorgesehen, die mit einem ge-

Plten Instrument, z. B. einem Strommesser, unden sind_%

Bei der Anordnung gemäß Abb. 1 umschließt eine Hilfswicklung 15 den bewickelten Eisenschenkel 10 und eine Hilfswicklung 16 jeden der beiden äußeren Schenkel 11 und 12. Diese Hilfswicklungen brauchen nur wenige Windungen zu haben, so daß die in ihnen induzierten Spannungen niedrig sind. Die Hufswicklungen sind in der Nähe des Eisenkernes angeordnet, so daß sie leicht von den Hauptwicklungen 13 und 14 isoliert werden können. Die Gefahr des Übertritts der Hochspannung auf die Hilfswicklungen bzw. auf die an diese angeschlossenen Meßkreise ist bei der getroffenen Anordnung nicht vorhanden. Die Hilfswicklungen 15 und 16 sind in Reihe geschaltet und dienen zur Speisung eines geeigneten Instrumentes, z. B. des in Einheiten der Stromstärke geeichten Instrumentes 17.

Aus Abb. 5 ist zu erkennen, daß die Hilfswicklung 15 den Hauptfluß Φμ und den Teilstreufluß Φα umschließt. Jeder Teil der Wicklung 16 umschließt eine Hälfte des Hauptflusses Φμ und einen der Teilstreuflüsse Φβ-Die Wicklungen 15 und 16 sind so geschaltet und ihre Windungszahlen sind so gewählt, daß. die Spannung in der Wicklung 15, die vom Hauptfluß Φμ erzeugt wird, gleich und entgegengesetzt ist der durch den Hauptfluß Φμ in der Wicklung 16 erzeugten Spannung. Eine vom Hauptfluß Φμ herrührende Spannung wird also dem Instrument 17 nicht zugeführt. Der Gesamtfluß Φ₁₃ der Wicklung 13 stellt sich als vektorielle Summe der Flüsse Φ₁₅ und Φγ dar. Der Gesamtfluß Φ₁₄ in der Wicklung 14 ist gleich der vektoriellen Summe der Flüsse Φ₁₆ und Φ5. Die in den Wicklungen 15 und 16 von den Teilstreuflüssen. Φα und Φβ erzeugten Spannungen addieren sich, wie dies aus einer Betrachtung der Richtung der Haupt- und Streuflüsse, die durch Pfeile in Abb. 5 dargestellt sind, hervorgeht. Dem Instrument 17 wird infolgedessen eine Spannung zugeführt, no die dem Streufluß und daher der Leistung des Transformators proportional ist.

In Abb. 2 ist ein Transformator der Manteltype mit Scheibenwicklungen 13 und 14 dargestellt. Die Hilfswicklungen 15 und 16 entsprechen den Hilfswicklungen 15 und 16 der Abb. ι und sind entsprechend geschaltet. Die Wicklung 16 ist jedoch auf dem oberen Joch ;u beiden Seiten des mittleren bewickelten Schenkels angeordnet statt auf den äußeren Schenkeln des Kernes. Der Hauptfluß Φμ erzeugt gleiche und entgegengesetzte Spannungen

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in den Hilfswicklungen, so daß die vom Hauptfluß herrührende Spannung an den Klemmen der Hilfswicklungen Null ist. Die Ströme in den beiden Hauptwicklungen. 13 und 14 haben einen Streufluß in den Luftspalten zwischen diesen Wicklungen zur Folge, welcher die Hilfswicklung 15, nicht aber die Hilfswicklung 16 umschließt. Diese Streuflüsse haben infolgedessen in den Hilfswicklungen 15 und 16 Spannungen zur Folge, welche nicht gleich und entgegengesetzt sind, so daß an den Klemmen der Hilfswicklungen eine Spannung zur Verfugung steht, die dem Streufluß und damit der Belastung des Transformators proportional ist und einem entsprechend geeichten Instrument zugeführt werden kann. Bei den beiden in Abb. ι und 2 dargestellten Anordnungen ist die Hilfswicklung 16 symmetrisch auf die entgegengesetzten Seiten des Eisenkernes verteilt; es ist jedoch auch möglich, eine einzige Wicklung 16 auf einer Seite des Eisenkernes anzuordnen. Die dargestellte Anordnung mit unterteilter Wicklung 16 ist jedoch von Vorteil, wenn Ungleichheiten in den beiden sich über die äußeren Schenkel schließenden Magnetkreisen möglich sind.

Der Transformator der Abb. 3 ist ein Kerntransformator mit den konzentrischen Zylinderwicklungen 13 und 14. Außer diesen Hauptwicklungen sind eine Hilfswicklung 15 und eine Hilfswicklung 16 vorhanden. Die Hilfswicklung 15 ist auf einem der bewickelten Schenkel des Eisenkernes angeordnet, während eine Wicklung 16 das obere Eisenjoch umschließt. Die beiden Wicklungen 15 und 16 haben die gleiche Anzahl von Windungen. Jede umschließt den Hauptfluß Φ4/, so daß die von dem Hauptfluß in den Wicklungen 15 und 16 erzeugten Spannungen gleich und entgegengesetzt gerichtet sind. Die mit den beiden Wicklungen 15 und 16 verketteten Streuflüsse sind dagegen nicht gleich und entgegengesetzt, so daß an den Klemmen der beiden Hilfswicklungen 15 und 16 eine für die Betätigung eines Instrumentes geeignete Spannung entsteht, die dem Streufluß und damit der Belastung des Transformators proportional ist. In Abb. 4 ist eine Abänderung der Anordnung nach Abb. 3 dargestellt, bei der die Hilfswicklungen 15 und 16 so angeordnet und geschaltet sind, daß sie eine Spannung geben, die proportional der Spannung einer der beiden Hauptwicklungen 13 und 14 ist. Ein geeignetes und entsprechend geeichtes Instrument, z. B. ein Voltmeter, kann dann mit der Hilfswicklung verbunden werden. Dies hat gegenüber der Verbindung des Instrumentes mit der einen oder anderen der Hauptwicklungen den Vorteil, daß geringere Isolationsschwierigkeiten vorhanden sind. Selbstverständlich lassen sich auch bei den Ausführungsbeispielen nach Abb. 1 und 2 entsprechende Anordnungen treffen. Bei der Anordnung. nach Abb. 4 sind die Hilfswicklungen in Reihe _ geschaltet und so angeordnet, daß ihre Spannungen entgegengesetzt sind. Um dabei eine Spannung zu erhalten, die proportional der Spannung einer der Hauptwicklungen ist, ist die relative Windungszahl in den Hilfswicklungen. verschieden von der obenerwähnten Windungszahl, die erforderlich ist, um eine der Belastung des Transformators entsprechende. Spannung zu geben. Die Haupt- und Streuflüsse gemäß Abb. 5 sind in dem Vektordiagramm der Abb. 6 dargestellt. Außer den die Haupt- und Streuflüsse darstellenden Vektoren enthält das Diagramm der Abb. 6 eine Linie S-R, die parallel zu dem Vektor Φ₁₆ ist und die die Verlängerung des Vektors Φ₁₅ in dem Punkte R schneidet. Die Linie U-T, welche parallel zu dem Vektor Φ₁₅ ist, schneidet die Verlängerung des Vektors Φ₁₆ in T.

Um eine Spannung zu erhalten, die der Spannung der Hauptwicklung 13 proportional ist, sind die Windungszahlen N₁₅ und N₁₆ der Hilfswicklungen 15 bzw. 16 so gewählt, daß das Verhältnis von Φ₁₈ · AT₁₅ zu Φ₁₆ · N₁₆ gleich ist dem Verhältnis von OR zu Si?. Die beiden Wicklungen 15 und 16 sind dabei so geschaltet, daß ihre Spannungen entgegengesetzt sind. Dies ergibt sich aus dem Vektordiagramstn der Abb. 6, weil die Spannung einer Wicklung proportional ist dem Produkt aus der Windungszahl und dem mit der Windung verketteten Fluß. In gleicher Weise kann man eine Spannung erhalten, die proportional der Spannung der Hauptwicklung 14 ist, wenn man die Windungszahlen IV₁₅ und N₁₆ in den Hilfswicklungen 15 und 16 so wählt, daß das Verhältnis Φ₁₅ · iV₁₅ zu Φ₁₆ · N₁₆ gleich ist dem Verhältnis von UT zu OT, wobei die Wicklungen 15 und 16 wieder entgegengesetzt geschaltet sind.

Es ist gewöhnlich schwierig, rechnerisch genau die Verteilung des Streuflusses eines Transformators zu ermitteln und die genauen Verhältnisse zwischen der Windungszahl der beiden Hilfswicklungen 15 und 16 festzulegen um das gewünschte Ergebnis zu erhalten. Aus der Beschreibung ergibt sich · aber, daß das gewünschte Ergebnis von der Wicklungszahl der beiden Hilfswicklungen abhängt, und es kann jeweils durch Versuch die genaue Bemessung vorgenommen werden.

Claims (4)

1. Patentansprüche:

   i. Transformator mit einer Hilfswicklung, die lediglich mit dem Streufluß der Arbeitswicklungen verkettet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfswicklung aus mehreren auf verschiedenen Teilen des Eisenkerns .liegenden und in bezug auf den

   magnetischen Hauptfluß einander entgegengeschalteten Teilen besteht.
2. 2. Transformator nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil (15) der Hilfswicklung auf einem mit Hauptwicklungen (13 und 14) versehenen Schenkel und der übrige Teil (16) der Hilfswicklung auf dem Joch oder einem unbewickelten Schenkel angeordnet ist.
3. 3. Transformator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der auf einem bewickelten Schenkel sitzende Teil (15) der Hilfswicklung innerhalb der Hauptwicklungen (13 und 14), und zwar vorzugsweise in der Mitte des Schenkels, angeordnet ist.
4. 4. Transformator nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der auf dem unbewickelten Teil des Kerns sitzende Teil (16) der Hilfswicklung aus zwei symmetrisch zu dem anderen Teil (15) der Hilfswicklung angeordneten Hälften besteht (Abb. 1, 2 und 4).

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen