DE639443C

DE639443C - Regeltransformator

Info

Publication number: DE639443C
Application number: DES103560D
Authority: DE
Inventors: Georg Mohr; Paul Paschen; Max Schwaiger
Original assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens AG
Current assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens AG
Priority date: 1932-03-04
Filing date: 1932-03-04
Publication date: 1936-12-05

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Regeltransformatoren, bei denen wenigstens eine Wicklung und ein Gleitkontakt während der Regelbewegung gegeneinander verschraubt S werden, wodurch die wirksame Windungszahl verändert wird.

Bei derartigen Transformatoren sind, um die Stromzuführung zu ermöglichen, Schleifringe erforderlich, die konzentrisch zur Trans-

to formatorwickluBg angeordnet sind und infolgedessen notwendigerweise mit dem Kraftfluß der Transformatorwicklung verkettet sein müssen. Um das Auftreten von Kurzschlußströmen in den Schleifringen zu vermeiden, könnte man diese geschlitzt ausführen und den Schlitz mit einer isolierenden Zwischenlage ausfüllen. Praktisch kommt jedoch eine derartige Maßnahme nicht in Frage, weil durch die über den Schlitz zu

ao führende Bürste doch ein vorübergehendes Kurzschließen der geschlitzten Schleifringe erfolgt, das zu Schaltfeuer und Betriebsstörungen Veranlassung gibt.

Es ist bereits ein Vorschlag bekanntgeworden, die schädliche Wirkung der Schleifringe _tals Kurzschlußwindungen, die sogar unter Umständen die Charakteristik des Transformators erheblich beeinflußt, dadurch zu verringern, daß die Schleifringe aus einem Material mit einem hohen elektrischen Widerstand hergestellt werden. Diese Anordnung besitzt aber den Nachteil, daß innerhalb der Schleifringe sehr erhebliche Verluste entstehen, die zu einer Erwärmung der Schleifringe und zu einer Erhöhung der gesamten Verluste des Transformators führen.

Gemäß der Erfindung wird die ungünstige Wirkung der notwendigerweise Kurzschlußwindungen darstellenden Schleifringe dadurch wesentlich herabgesetzt, daß entweder durch künstliche Mittel die Selbstinduktion der Schleifringe stark erhöht wird oder durch Gegeninduktion mit Hilfe eines Gegenfeldes die Wirkung des Transformatorflusses in bezug auf die Schleifringe aufgehoben wird.

Die Erhöhung der Selbstinduktion erfolgt durch Anordnung von die Schleifringe umgebenden Eisenteilen (Streujoche). Soll ein Gegenfluß die Induktionswirkung des Transformatorflusses aufheben, so werden die die Schleifringe unigebenden Eisenteile durch fremdgespeiste Erregerwicklungen erregt, die an eine beliebige Spannung des Transformators oder an die Netzspannung angeschlossen werden können.

Die zur Erhöhung der Selbstinduktion der

*) Von dem Patentsucher sind als die Erfinder angegeben worden: Paul Paschen, Georg Mohr und Max Schwaiger in Nürnberg.

ringförmigen Schleifringe bzw. zur Führung des Gegenflusses vorgesehenen Eisenteile werden am vorteilhaftesten geblättert, aus Draht oder Blech aufgewickelt oder aus einzeh Kernteilen zuisammengeschachtelt. Am gf stigsten ist es, diese Eisenteile wenigste^ annähernd gleichmäßig auf den Umfang c¹'^' Schleifringe zu verteilen.

Im folgenden soll die Erfindung an Hand ίο von zwei Ausführungsbeispielen näher erläur tert werden, die in den Figuren der Zeichnung dargestellt sind.

Auf dem mittleren Schenkel ι des Transformatoreisenkerns 2 (Fig. i) ist die Regulierwicklung 3 aufgebracht. Sie besteht aus Profilkupfer 4 (Fig. 2) mit rinnenförmigem Querschnitt. Sie wird von der Isolierhülse 5 getragen. Die einzelnen Windungsgänge sind durch schraubenartig angeordnete Isolierrippen 6 voneinander getrennt. In den Rinnen 7 der Wicklung schleift die Kontaktspirale 8, die in Fig. 1 der Deutlichkeit halber schraffiert ist. Sie ist an vier Stellen ihres Umfangs in Stapel 9 von Isolierklötzen eingeklemmt. Die Isolierklötze werden durch den Bolzen 10 zusammengehalten und auf dem Tragring 11 festgeklemmt. Zur Vermeidung von Kurzschluß strömen ist der Tragring in zwei voneinander isolierte Hälften unterteilt, die durch Flansche 12 miteinander verbunden sind-

Auf dem Tragring 11 ist isoliert das Paket 13 von ringförmigen Blechlamellen aufgebracht, das durch den Ring 14 versteift wird. Die Lamellenringe werden zwecks Vermeidung von Kurzschlußströmen in bekannter Weise geschlitzt. Auf dem ringförmigen Blechpaket 13 ist isoliert der Schleifring 15 befestigt. Auf dem Ring 15 schleift der ebenfalls eine Kurzschlußwindung darstellende Kontaktring 16, der die von ihm isolierten U-förmigen Streublechpakete 17 trägt. Die Zinken der Blechpakete 17 umklammern die Ringe 15, 16. Die- Zwischenräume zwischen den Blechpaketen 17 können durch Zwickel aus magnetisch schlecht leitendem Material ausgefüllt werden. Der Blechlamellenring 13 bildet den magnetischen Rückschluß zwischen den Zinken. Der Schleifring 15 ist durch den Bolzen 18 und den Anschlußleiter 19 mit der Mitte der ■ Kontaktspirale 8 verbunden. An den Kontaktring 16 ist mittels des Bolzens 20 das Kabel 21 angeschlossen.

Die Teile 9 bis 15 werden durch die Kontaktspirale 8 mutterartig in dem Gewinde der Wicklung 3 geführt. Die Drehung des Tragringes 11 erfolgt durch die Kurbel 22, die genutete Welle 23 und das Ritzel 24, das in Zähne am Rande des Tragringes 11 eingreift.. Das Ritzel 24 kann sich längs der Welle 23 verschieben und -wir.d durch die Führungsringe 25 (Fig. 2) in axialer Richtung vom Tragring 11 mitgenommen. Der Kontaktring 16 liegt auf dem Schleifring 15 auf und wird Hclagegen durch den magnetischen Zug, den die '"!eile 13 und 17 aufeinander ausüben, gepreßt. In ein Mitdrehen des Kontaktringes 16 beim ehen des Schleifringes 15 zu verhüten, ist an dem Kontaktring eine Gabel 26 angebracht (Fig. 1), die mit ihren Zinken die Führungsschiene 27 umgreift. Die Stromabnahme erfolgt durch das Kabel 21 und durch das unmittelbar mit der Wicklung verbundene Kabel 28 (Fig. 1). Die Erregerwicklung des Transformators ist der Einfachheit halber weggelassen. · -

Die Erfindung ermöglicht eine Vergrößerung der Kontaktfläche zwischen der Wicklung und dem darauf schleifenden Stromabnehmer auf ein Vielfaches des Wicklungsschenkelumfanges, ohne daß dabei Kurzschlußwindungen entstehen. Die Kontaktspirale 8 hat an allen Punkten im wesentlichen dasselbe Potential wie die Wicklung 3. Man kann der Kontaktspirale bei der Her-Stellung zunächst einen kleineren Durchmesser oder eine größere oder kleinere Ganghöhe geben, und sie dann mit einer gewissen Vorspannung in die Wicklung einschrauben.

In den Fig. 3 bis 6 ist eine andere Ausführungsform des Transformators nach der Erfindung dargestellt.

Auf dem mittleren Schenkel 30 des dreischenkeligen Eisenkerns 31 sitzt die nicht regelbare Wicklung 32 und die Schraubwicklung 33. Diese ist mittels des aus Isolierpreßringen 34 und den Wälzkörpern 35 bestehenden Wälzlagers drehbar auf dem Eisenkern gelagert. Ein zweites Wälzlager 36, das ebenso beschaffen ist, ist in der Nähe des oberen Joches angeordnet. Mit dem Isolierkörper der Wicklung 33 ist der Zahnkranz 37 verbunden, der über das Ritzel 38, das Schneckengetriebe 39 vom Motor 40 angetrie₇ ben wird. Der Motor 40 wird entweder von Hand, beispielsweise mittels Druckknöpfen, bedarfsweise geschaltet; er kann aber statt dessen auch durch ein Relais zur Überwachung der Reguliergrößen gesteuert werden.

Fest mit dem Isolierkörper der Schraubenwicklung 33 ist der Schleifring 41 verbunden, von dem in Fig. 4 ein Teil im Schnitt dargestellt ist. Der Schleifring 41 hat in bestimmten Abständen Lamellen 42 bildende Verdickungen. Zwischen den Lamellen sind ringförmige, den Teil 41 umschließende Eisenwickel 43 angeordnet, die die Träger des, Gegenfeldes zur Herabminderung des Kurzschlußstromes bilden. Die Kerne 43 können statt aus Blechstreifen auch aus Draht gewickelt sein, auch können sie aus Schachtelkernen bestehen. Die Lamellen 42 stehen

wenigstens auf der Schleifseite der Bürsten 44, 45 über die'Eisenkerne 43 vor und übergreifen diese unter Belassung von Spalten 46. Um die Bürsten 44, 45 zu schonen, kann man die Spalte 46 schräg zur Spulenachse oder zum Spulenradius anordnen. Die Querschnitte der Eisenkerne 43 werden derart gewählt, daß der Kurzschlußstrom im Ring 41 gleich oder größer ist als der normale Laststrom. Eine weitere Herabdrückung des Kurzschlußstromes wäre in der Regel unzweckmäßig, weil sonst die lineare Abhängigkeit der Regelspannung vom Verschraubungswinkel verlorengeht.

is Die Bürsten 44, 45 sind diametral angeordnet und durch die äußeren Schenkel des Eisenkerns 31 einfach (ausgezogene Linie) oder mehrfach (punktierte Linie) umschließende Leiter 47 (Fig. 5) verbunden. Diese Verbindungsart ergibt eine für die Regelung günstige Stromverteilung für den Schleifring 41. Der Schleifring 41 (Fig. 3) ist bei 48 mittels des Leiters 49 etwa mit der Mitte 50 der Schraubenwicklung 33 verbunden, um die Spannung im positiven oder negativen Sinne regulieren zu können. Der Leiter der Wicklung 33 ist nur mit einem Teil seines Querschnittes in den Isolierkörper der Wicklung eingesenkt.

In die Gänge dieses Gewindes greift eine Mutter, die aus einer bei 51 (Fig. 6) geschlitzten ringförmigen Hartpapierscheibe 52 besteht, deren Enden entsprechend der Ganghöhe des Wicklungsgewindes auseinandergezogen und mit einem Zwischenstück 53 verbunden sind. Das Stück 53 ist mittels einer Nut an dem fest mit dem Eisenkern verbundenen Teil 54 geführt und dadurch gegen Drehung gesichert. An der Mutter 52 ist die Bürste 55 angebracht, die sich bei der Drehung der Wicklung 33 gegen die Wicklung unter Axialverschiebung der Mutter 52 verschraubt. Die Bürste 55 bildet den einen Pol, die Bürsten 44, 45 den zweiten Pol für die abgenommene Regelspannung. Durch 56 und 57 sind Endausschalter für den Antriebsmotor 40 angedeutet, die den Motor abschalten bzw. reversieren, wenn die Mutter 52 die eine oder die andere Endlage erreicht.

Unterhalb des Eisenkerns 31 ist ein zweiter Eisenkern 58 eines Zusatztransformators angebracht. Dieser Kern hat zwei Wicklungen mit verschiedenen Windungszahlen. Die Wicklung mit der größeren Windungszahl ist in den Zug des einen Netzleiters eingeschaltet, die Wicklung mit der kleineren Windungszahl ist an die Bürsten 44, 45 mit dem einen, an die Bürste 55 mit dem anderen Pol angeschlossen. Die Wicklung 32 liegt an der Netzspannung. Diese Schaltung gestattet es, den Regelbereich zu vergrößern, ohne daß dabei die Zahl der Gewindegänge der Schraubenwicklung 33 vergrößert werden muß.

Besonders beachtenswert ist die Lagerung ■der Schraubenwicklung 33 durch Wälzlager. • Die Laufringe 34 (Fig. 3) dieser Lager sind mit dem Nutzfluß verkettet und würden deshalb wie Kurzschlußwindungen wirken. Um dies zu verhüten, sind sie aus Isolierpreßmasse hergestellt. Dies bietet auch den Vorteil, daß diese Wälzlager fast geräuschlos laufen und daß eine gute Schmierung für die Wälzkörper 35 gesichert ist.

Will man keine Laufringe aus Isolierpreßmasse verwenden, sondern Metallringe, so verlegt man diese innerhalb der den Schleifring 41 umschließenden Eisenkörper 43 oder legt um die Laufringe besondere Eisenkörper herum. Man kann aber auch die Laufringe schlitzen und durch Isolierschichten voneinander trennen, indem man beispielsweise die Wälzkörper aus Isoliermaterial herstellt.

Zweckmäßig wird der Transformator mit einer Vorrichtung zur Überwachung des Energiedurchganges versehen, die den Transformator abschaltet bzw. die Erregerwicklung für den in Zusatzschaltung liegenden Teil kurzschließt, sobald keine elektrische Arbeit verbraucht wird. Man verhütet dadurch unnötigen Energieverbrauch bei Leerlauf. Diese Maßnahme ist besonders für Kleintransformatoren, zur Regelung der Spannung in Hausanlagen, für Radio- oder Laboratoriumszwecke von Bedeutung·.

Claims

Patentansprüche:

ι. Regeltransformator mit drehbarer Regelwicklung oder drehbaren Anschlußkontakten, die sich wahrend der Regelbewegung gegeneinander verschrauben, und mit einem entweder mit der Wicklung oder mit den Anschlußkontakten elektrisch verbundenen, den Nutzfluß des Transformators umschließenden, eine Kurzschlußwindung darstellenden Schleifring, von dem der Strom durch Schleifkontakte abgenommen wird,, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirkung des Schleifringes als Kurzschluß windung entweder durch künstliche Erhöhung der Selbstinduktion oder durch Gegeninduktion mit Hilfe eines nur mit dem Schleifring verketteten Gegenflusses vermindert oder aufgehoben wird. -
2. Transformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Erhöhung der Selbstinduktion bzw. die Führung des Gegenflusses Eisenteile (13, 17 bzw. 43) vorgesehen sind, welche den eine Kurzschlußwindung bildenden Schleifring (15, 41) ringförmig umschließen. ■
3. Transformator nach Anspruch 2, da-

durch gekennzeichnet, daß die zur Er höhung der Selbstinduktion bzw. Führung des Gegenflusses vorgesehenen Eisenteile (13, 17 bzw. 43) über den Umfang des Schleifringes (15, 41) verteilt sind.
4. Transformator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die den Schleifring (15, 41) ringförmig umschließenden Eisenkörper (13, 17 bzw. 43) unterteilt sind, z. B. aus Blechwickeln, Drahtwickeln, Schachtelkernen o. dgl. bestehen.
5. Transformator nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß von dem Schleifring (41) an zwei diametral gegenüberliegenden Stellen (44, 45) oder an mehreren Stellen des Umfanges der Strom abgenommen wird.
6. Transformator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schleifring wenigstens auf der den Schleifkontakten zugekehrten Seite über die Eisenringe (43) vorstehende Lamellen (42) hat (Fig. 4)·
7. Transformator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die über die Eisenringe (43) vorstehenden Lamellen (42) auf der den Schleifkontakten (44,45) zugekehrten Seite des Schleifringes (41) verbreitert sind (Fig. 4).
8. Transformator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Lamellenränder schräg zur Wicklungsachse des Transformators verlaufen.
9. Transformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schleifring (15) durch eine mutterartig in die Wicklungsgänge eingreifende Kontaktspirale (S) getragen ist (Fig. 1 und 2).
10. Transformator nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktspirale (8) in .Isolierklötzen (9) eingeklemmt und mit dem Schleifring (15) verbunden ist.
11. Transformator nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierklötze (9) der Kontaktspirale (8) und der Schleifring (15) auf einem zweiteiligen oder geschlitzten, den Wicklungsschenkel

' (1) umschließenden Tragring (11) befestigt sind.
12. Transformator nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Schleifring zwischen den Zinken von U-förmigen Blechpaketen (17) eingebettet ist, und daß zwischen dem Tragring (11) und dem Schleifring (15) ein Blechlamellenring (13) liegt, welcher den magnetischen Kreis um den Schleifring schließt.
13. Transformator nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des zusammengesetzten ringförmigen Eisenkörpers (13, 17) neben dem Schleifring (15) noch ein Kontaktrkfg (16) angeordnet ist.
14. Transformator nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Schleifring (15) ungefähr an die Mitte der Kontaktspirale (8) angeschlossen ist.
15. Transformator nach Anspruch 3, dadurch !gekennzeichnet, daß die Zwischenräume zwischen den Eisenteilen (17) durch Zwickel aus magnetisch^ schlecht leitendem Material, wie Messing, ausgefüllt sind.
16. Transformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelwicklung des Transformators als Zusatzwicklung arbeitet.
17. Transformator nach Anspruch 1 mit drehbarer Regelwicklung, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Anschlußteil (49) fest mit der Mitte (50) der Regelwicklung (33) verbunden ist.
18. Transformator nach Anspruch 1 mit drehbarer Regelwicklung, dadurch gekennzeichnet, daß der bewegliche Anschlußkontakt (55) vorzugsweise durch einen Isolierteil (52) längs der Regelwicklung (33) geführt ist.
19. Transformator nach Anspruch 18, go dadurch gekennzeichnet, daß zur Führung des Anschlußkontaktes (55) eine geschlitzte, ringförmige und mit den Enden entsprechend der Wicklungsganghöhe auseinandergezogene Isolierscheibe (52) dient.
20. Transformator nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsführung der Isolierscheibe (52) durch einen parallel zur Wicklungsachse verlaufenden Führungsteil (54) erfolgt.
21. Transformator'mit drehbarer Re-, gel wicklung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelwicklung (33) und der mit ihr verbundene Schleifring (41) am Transformator durch Wälzlager, geführt sind.
22. Transformator nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufringe der Wälzlager (34, 35) aus Isoliermaterial, insbesondere aus Isolierpreß- no masse, bestehen.
23. Transformator nach Anspruch 21 mit Wälzlagern, deren Laufringe aus Metall bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß die Lauf ringe der Wälzlager innerhalb n₅ der geschlitzten, den Schleifring umschließenden Eisenkörper angeordnet sind oder von besonderen geschlitzten Eisenteilen umgeben sind. '
24. Transformator nach Anspruch 21 mit metallischen'Laufringen für die Wälzlager, dadurch gekennzeichnet, daß die

Laufringe geschlitzt und voneinander isoliert sind.
25. Transformator nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Wälzkörper (35) der Wälzlager (34, 35) aus Isoliermaterial bestehen.
26. Transformator nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine solche Abstimmung des Gegenflusses in bezug auf den Nutzfluß, daß der Kurzschluß strom im Schleifring (41) gleich oder größer ist als der normale Laststrom.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen