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Gleichstromtransformator Die Erfindung betrifft einen Gleichstromtransformator
derjenigen Art, bei der zwei oder mehrere ruhende Transformatoren mit Hilfe einer
periodisch arbeitenden Kontaktvorrichtung naacheinander an die primären. und sekundären
Klemmen des Gleichstromtransformators in solcher Weise angeschlossen werden, daß
zu jeder Zeit wenigstens ein ruhender Transfärmator zwischen den genannten Klemmen
enthalten ist, und bei welchem stets ein Kondensator in Nebenschluß mit je einem
der ruhenden Transformatoren geschaltet ist, um das elektromagnetischeFeld in diesem
letzteren periodisch zu kommutieren.
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Bei einem Gleichstromtransformator dieser Art sind schon sämtliche
bekannten Ursachen einer kontaktzerstörenden Funkenbildung beseitigt wo@lAden. Auf
Grund des Vorhandenseins der Kondensatoren wird im Augenblick der Kontaktöffnung
kein Erregungsstrom unterbrochen, da ja der geladene Kondensator unmittelbar die
Rodle der Gleichstromquelle als, Quelle ödes Erregungsstromes für den ruhenden Transformator
übernimmt. Der Belastungsstrom m.uß zwar von den Kontakten unterbrochen werden,
hat aber im Augenblick der Unterbrechung nur einen Bruchteil seines gewöhnlichen
Wertes. Der innere Spannungsabfall in demjenigen ruhenden Transformator, der am
längsten eingeschaltet war und gerade abgeschaltet werden soll, ist nämlich bedeutend
größer als der innere Spannungsabfall in demjenigen ruhenden Transformator, der
eben eingeschaltet- ist, so daß letzterer schon im Augenblick der Einschaltung selbsttätig
den größeren Teil der Last übernimmt.
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Obwohl man also bei einem Gleichstromtransformqtor der angegebenen
Schaltung ein einwandfreies Arbeiten der Arbeitskontakte erwarten könnte, hat es
sich in der Praxis herausgestellt, daß die Kontakte schnell. zerstört werden können,
auch wenn keine Funken auftreten. Dies ist besonders dann der Fall, wenn es sich
um Gleichstromtransformatoren großer Leistung bei verhältnismäßig niedriger Spannung
handelt. Die Erfindung bezweckt in erster Linie, die Ursache dieser Kontaktzerstörung
zu beseitigen. , Sie stützt sich auf -die Erkenntnis, daß diese Kontaktzerstörung
durch periodisch auftretende Ladüngsstromstöße verursacht wird, was sich. folgendermaßen
erklären läßt. Im Augenblicke des Kontaktschlusses fließt ein kurzzeitiger, theoretisch
gesehen aber unendlich großer Ladungsstromstoß von der Gleichstromquelle zum Kondensator.
Dieser Stromstoß erhitzt
die Kontaktflächen auf Schweißtemperatur.
Die kurze Kontaktschließzeit nach Aufhören des Stromstoßes genügt; um,die erhitzten
Kontaktflächen wieder abzukühlen. Wenn die Kontakte dann geöffnet werden, sind sie
also nicht mehr glühend, und alles scheint in Ordnung zu sein: Die Kontaktflächen
werden je doch- allmählich oxydiert, die gebildeten Oxyde werden abgerissen, und
schließlich werden die Flächen so, raüh, daß sie nicht mehr den Belastungsstrom
ohne unzulässige Erhitzung tragen können.
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Gemäß der Erfindung werden nun die Ladungsstromstöße; welche die augenblickliche
Erhitzung der Kontaktflächen verursachen, dadurch vollständig vermieden, daß man
die von einem ruhendenTransformatorundeinem Kondensator bei der Kontaktöffnung gebildeten
freien Schwiügüngskreise auf eine von der Schwingungsfrequenz der Kontaktvorrichtung
abweichende Eigenfrequenz abstimmt, die so gewählt ist, daß am Ende der Ausschaltperiode
die Spannung zwischen den Primärklemmen des ruhenden Transformators gleich der Spannung
der an der Primärseite des Gleichstromtransformators angeschlossenen Gleichstro#rnquelle
ist. Bei genauer Abstimmung der freien Schwingungskreise gemäß der Erfindung wird
offenbar erreicht, daß, abgesehen von den Ladungsströmen in Zusammenhang mit dem
Anschluß der Gleichstromquelle an den Gleichstromtransformator;überhaupt keine Ladungsstromstoße
durch die Kontakte hindurchgehen.
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Die Erfindung soll nun an Hand der Zeichnungen näher beschrieben werden.
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Fig. i zeigt ein Schaltbild für einen Gleichstromtransformator gemäß
der Erfindung mit einseitig gespeisten Transformatoren und auf ihrer Primärseite
angeordneten Kondensatoren.
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Fig. a zeigt die Stromspannungsverhältnisse des einen Transformators
bei unMastetem Gleichstromtransformator.
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Fig. 3 a bis 3 e zeigen Spannungskurven in Abhängigkeit von, der Zeit
t, um die Wirkungsweise des Gleichstromtransformators gemäß Fig. i zu erläutern.
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Fig. 4 zeigt ein Schaltbild für einen Gleichstromtransformator mit
doppelseitiger Speisung der Transformatoren und transformatorischer Kondensatorkopplung.
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Fig. S a bis 5 e zeigen entsprechende erläuternde Spannungskurven.
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Fig. 6 zeigt ein Schaltbild für einen GleichstromtranSfoTmator mit
doppelseitiger Speisung der Transformatoren wie in F'ig. q. und vereinfachtem Kommutator,
bei dem dieKondensatoren auf der Sekundärseite angeordnet sind.
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In Fig. i bezeichnen io und i i die an eine Gleichstromquelle angeschlossenen
primären Klemmen des Gleichstromtransformators und 1z und 13 die sekundären Klemmen
desselben. Trl und Tr2 sind zwei Transformatoren mit den Pi#imärwicklungen P1 bzw.
P2 und- den Setundürwicklungen S1 bzw. S2. Cl und C2 bezeichnen Kondensatoren, die
parallel zu der Primärwicklung je eines ruhenden Transformators geschaltet sind.
Kp ist eine auf der Primärseite des Gleichstromtransformators angeordnete
periedischarbeitende eKontaktvorritclhtu;rng, @dne in an sich bekannter Wise die
Primärwicklungen P1 und P2 derart umschaltet, .daß !die letzbenen einseitig gespeist,
.d. h. stets in derselben Richtung von Gleichstrom durchflossen werden. In der gezeigten
Ausführungsform besteht die Kontaktvorrichtung Kp in an sich bekannter Weise
aus einem beweglichen Kontakt 1q., der zwischen zwei festen Kontakten 15 und 16
derart schwingt, daß der bewegliche Kontakt mit dem festen Kontakt 15 in Berührung
kämmt, ehe er den festen Kontakt 16 verläßt, und umgekehrt. Der bewegliche Kontakt
14 ist mit der positiven Primärklemme io des Gleichstromtransformators verbunden.
Der feste Kontakt 15 ist mit dem oberen Ende der Primärwicklung P1 verbunden, und
der feste Kontakt 16 ist mit dem oberen Ende der Primärwicklung P2 verbunden. Das-
andere Ende einer jeden Primärwicklung ist mit der negativen Primärklemme i i des
Gleichstromtransformators direkt verbünden. Ks ist eine auf der Sekundärseite des
Gleichstromtransformators. angeordnete periodisch arbeitende Kontaktvorrichtung,
die der Kontaktvorrichtung Kp auf der Primärseite entspricht und mit einem
beweglichen Kontakt 17 und festen Kontakten i8 und i9 versehen ist. Die Kontaktvorrichtungen
Kp
und Ks arbeiten synchron miteinander. Mit R ist eine zwischen den Sekundärklemmen
des Gleichstromtransformators eingeschaltete Belastung. bezeichnet.
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Der gezeigte Gleichstromtransformator arbeitet wie folgt: Wir gehen
davon aus, da.ß die beweglichen Kontakte 1q. und 17 sich in ihren-oberen Endlagen
in Berührung mit den festen Kontakten 15 und i8 befinden. In diesen Lagen der beweglichen
Kontakte ist der Transformator Trl eingeschaltet. Beim Anschließen der Primärklemmen
10; 11 an die Gleichstromquelle wird der Kondensator Cl auf die Spannung der Gleichstromquelle
durch einen kurzzeitigen Stromstoß aufgeladen. Gleichzeitig fließt ein zeitlich
linear ansteigender Strom durch die Primärwicklung P1 und erzeugt in dieser ein
zeitlich linear wachsendes Feld, das in der Primärwicklung eine gegenelektromotorische
Kraft erzeugt, die im wesentlichen von gleicher Größe wie die Spannung der Gleichstromquelle
ist. --In der
Sekundärwicklung S1 wird voll dem wachsenden Feld
eine entsprechende konstante Gleichstromspannung induziert, die einen kcqnstanten
Gleichstrom durch die Belastung R hervorruft. Das von dem Belastungsstrom in der
Sekundärwicklung erzeugte Feld wird in bekannter Weise durch eine entsprechende
Be lastungsstromkomponente in der Primärwicklung P1 aufgehoben Sobald der Kondensator
C1 vollgeladen ist, was beinahe augenblicklich geschieht, ist also der von der Gleichstromquelle
gelieferte Strom aus einer konstanten Belastungsstromkomponente und einer linear
ansteigenden Erregungsstromkomponente zusammengesetzt. Wenn diese letztere auf einen
solchen Wert gestiegen ist, daß das Feld im Eisenkern des ruhenden Transformators
Tri sich der Sättigungsgrenze zu nähern beginnt, werden -die beweglichen Kontakte
14 und 17 von den oberen Kontakten 15 bzw. iS auf die unteren. Kontakte 16 bzw.
i9 umgeschaltet, wobei während der Umschaltung sowohl der Transforinator Tri als
auch der Transformator Ty2 eingeschaltet sind. In demselben Augenblick, wo der bewegliche
Kontakt 14 mit dem festen Kontakt 16 in Berührung koanmt, wird der Kondensator C2
auf die Spannung der Gleichstromquelle aufgeladen. In derselben Weise, wie es oben
bei dem. Transformato@r Tri beschrieben worden ist, wird dann eine linear ansteigende
Erregungsstromkomponente durch die Primärwicklung P2 geschickt. Aus Gründen. die
später näher erklärt werden sollen, wird ein Teil des der Belastung R zugeführten
Belastungsstromes durch den Transformator Tr, hindurchgehen, wodurch der Transform.ator
Tri teilweise entlastet wird. Nach einem kurzen Augenblick verlassen die beweglichen
Kontakte 14. und 17 die festen Kontakte 15 und 18, wodurch der Stromkreis über den
Transformator Tri unterbrochen wird, usid der ganze Belastungsstrom wird nun gezwungen,
durch den zuletzt eingeschalteten Transformator Tr, zu gehen.
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Nach dem Öffnen der Kontaktstelle 1q., 15 bildet die Primärwicklung
P, zusammen mit dem Kondensator-Ci einen freien .Schwingungskreis. Der Erregerstrom
durch . die PrimärwicklungFl nimmt folglich noch zu bei gleichzeitiger Entladung
des Kondensators C1, die Zunahme erfolgt jedoch langsamer und langsamer. Wenn die
Kondensatorspannung bis Null gesunken ist, hört die Zunahme des Erregerstromes auf.
Die magnetische Energie in dem Transformator Tri hat zu diesem Zeitpunkt ein Maximum
erreicht; da die im Ausschaltaugenblick im Kondensator C1 aufgespeicherte Energie
jetzt ganz auf den Transformator Tri übergegangen ist und Sich zu der im letzteren
aufgespeicherten Energie addiert hat. Der Erregerstrom fließt darauf in derselben
Richtung, aber mit abnehmender Stärke fort, da gleichzeitig der Kondensator Cl allmählich
auf eine gegenüber der ursprünglichen entgegengesetzt gerichtete Spannung aufgeladen
wird. Wenn der Erregerstrom und damit das Feld im Transformator Tri auf Null gesunken
ist, ist die ganze im Ausschaltaugenblick im Schwingungskreis aufgespeicherte Energie
auf den Kondensator C1 übergegangen. Dieser ist folglich jetzt auf eine Spannung
aufgeladen, die die Spannung im Ausschaltaugenblick übersteigt, aber entgegengesetztes
Vorzeichen hat. Der Kondensator Cl entlädt sich darauf in entgegengesetzter Richtung
über die Primärwicklung des Transfo@rmators Tr, Das magnetische Feld ,in. der neuen
Richtung erreicht sein Maximum in dem Augenblick,, wo die Spannung des Kondensators
durch Null geht. Das Feld nimmt darauf wieder ab, weil gleichzeitig der Kondensator
umgeladen wird. Schließlich ist die ganze Energie im Transformato@r wieder auf den
Kondensator übergegangen. Die Spannung des Kondensators hat in diesem Augenblick
einen Höchstwert erreicht, der gleich dem vorhergehenden Höchstwert, aber von entgegengesetztem
Vorzeichen ist. Um auf den genannten die Spannung der Gleichstromquelle übersteigenden
Höchstwert zu steigen, muß natürlich die Spannung des Kondensators einen Wert durchschreiten,
der gleich der Spannung der Gleichstromquelle ist, wobei gleichzeitig das Feld im
Transformator @dieselbe Stärke hat wie im Ausschaltaugenblick, aber von entgegengesetzter
Richtung ist.
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Während der Zeit, in der der oben beschriebene Schwingungsverlauf
sich in dem ausgeschalteten Transformator Tri und dem zugehörigen Kondensator C1
abgespielt, ist der durch den eingeschalteten Transformator Tr2 hindurchgehende
Erregerstrom fortwährend gestiegen. Wenn das Feld im Eisenkern des Transformators
Tr, sich der Sättigungsgrenze zu nähern beginnt, muß dieser Transformator ausgeschaltet
werden, und es werden deshalb die beweglichen Kontakte 14 und 17 wieder mit den-oberen
Kontakten 15 und 18
verbunden, wobei jedoch der Transformator Tri schon
dann wieder eingeschaltet wird, wenn die beweglichen Kontakte eine Zwischen-Jage
passieren, in der der Transformator Tr2 noch eingeschaltet ist. Durch zweckmäßige
Abstimmung des von der Primärwicklung F1 des erstgenannten Transformators und dem
Kondensator C1 gebildeten Schwingungskreises im Verhältnis zu der Zeit, die von
dem Augenblick,. wenn -der Schwingungskreis von dem Gleichstramtransformator frevgaschaltet
wurde, bis zu dem Augenblick vergangen ist,
wenn er wieder eingeschaltet
werden soll, kann man offensichtlich erreichen, daß die Schließung der Kontakte
i4, 15 genau dann erfolgt, wenn die Spannung des Kotidensators C,. gleich der Spannung
der Gleichstromquelle ist. Wenn die Kontaktschließung in diesem Augenblicke geschieht,
wird offensichtlich kein Ladestrom durch die Kontakte zum Kondensator gehen; wodurch
eine zusätzliche Erwärtn.ung der Kontakte vermieden wird.
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Sobald die Kontakte 14 und 15 geschlossen sind, hört der Schwingungskreis
CI PI auf, frei zu sein; die Spannung des Kondensators C, verbleibt auf dem Spannungswert
der Glencbstro:lnquelle, und der Erregerstrom von Tri schließt sich anstatt über
den Kondensator nunmehr über die Gleichstromquelle. Unter der Einwirkung der Spannung
dieser letzteren nimmt der Erregerstrom zuerst linear bis Null ab und nimmt darauf
linear in der entgegengesetzten Richtung zu, wobei gleichzeitig das Feld im Transformator
zuerst bis Null abnimmt und darauf bis zum ursprünglichen Wert, aber in entgegmgesetzter
Richtung wieder zunimmt. Es soll angenommen werden, daß in diesem Augenblicke die
beweglichen Kontakte 14 und 17 den Transformator Tri wieder ausschalten, nachdem
sie vorher den Transformator Tr2 eingeschaltet haben.
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Die Kondensatoren C, und C2 haben in der oben beschriebenen Ausführungsform
der Erfindung eine doppelte Aufgabe, nämlich einerseits eine Unterbrechung des Erregerstromes
zu verhindern, wenn die betreffenden Transformatoren ausgeschaltet werden, und andererseits
eine Umkehrung des Feldes durch die ruhenden Transformatoren während der Ausschaltungsperiode
zu bewirken, so daß während der Einsehaltungsperioden die Transformatoren stets
in derselben Richtung gespeist werden können. Bei richtiger Abstimmung -der Schwingungskreise
werden die Ladestromstöße für die Kondensatoren bei der Umschaltung unterbleiben.
Nachdem. stationäre Verhältnisse eingetreten sind, geschieht somit der ganze Energieaustausch
zwischen der Primär- und der Sekundärseite des Gleichstromtransformators über die
Transformatoren. Mit anderen Worten: der Kondensatornebenschluß kann bei richtiger
Abstimmung während der Energieüberführungsperioden als unwirksam angesehen werden.
Erst wenn der Transformator ausgeschaltet ist, wird der Kondensatornebenschluß wirksam
und kehrt das Feld im. Transformator um; @so daß bei der nächstenEinschaltung desselbeneineErregerstromkompo:nente
wieder ein wachsendes Feld in der ursprünglichen Richtung aufbauen kann. Die Strom-
und Spannungsverhältnisse in dem Transformator Tri und dem zugehörigem Kondensator
C, sind für den unbelasteten Gleichstromtransformator in Fig. 2 in zeitlicher Abhängigkeit
:dargestellt. In dieser Figur gibt die dicke Linie die Spannung des Kondensators
Ci bzw. die Spannung am. - den. Endpunkten der Primärwicklung PI an, wobei die ausgezogenen
Teile die Spannung während der Einschaltungsperioden und die punktierten Teile die
Spannung während der Ausschaltungspernoden angeben: Die dünne Linie, gibt den durch
die Primärwicklung PI hindurchgehenden Strom an, und zwar die ausgezogenen Teile
während der Einschältperioden und die punktierten Teile während der Ausschaltungsperioden.
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Eine Übersicht über die Arbeitsweise des Gleichstromtransformators
gemäß Fig. i erhält man beim Studium der in den Fig. 3 a bis 3 e dargestellten Diagramme.
Im Diagramm der Fig. 3 a, das teilweise dem Diagramm der Fig. 2 entspricht, ist
in verkleinertem Maßstäbe die Spannung zwischen den Punkten ii und 15 bzw. 13 und
18 der Fig. i als Funktion der Zeit t angegeben. Fig. 3 b zeigt, ebenfalls als Funktion
der Zeit t, die Spannung zwischen den Punkten ii und 16 bzw. 13 und i g. Fig. 3
c gibt die Spannung zwischen den Sekundärklemanen 12 und 13 des Gleichstromtransformators
wieder, und zwar unter der Annahme, daß der feste Kontakt i9 weggelassen ist. Fig.
3 d zeigt die Spannötig zwischen den Sekundärklemmen unter der Voraussetzung, daß
der feste Kontakt 18 weggelassen ist. In Fig. 3 e ist schließlich die aus den Spannungen
der Fig. 3 c und 3 d zusammengesetzte wirkliche Spannung zwischen den Sekundärklemmen
12 und 13 dargestellt. -Bei den Fig: 3 a bis 3 e ist angenommen, daß die beiden
Transformatoren nur so lange gleichzeitig eingeschaltet sind, wie erforderlich ist,
um unter allen Umständen eine Unterbrechung des Stromkreises zwischen den Primär-
und Sekundärklemmen des Gleichstromtransformaters zu verhindern. Es ist jedoch offensichtlich,
däß die Gesamtverluste in den Wicklungen. der -Transformatoren kleiner würden, wenn
man die Zeiten t2, während der die Transformatoren an der Energieübertragung nicht
teilnehmen, zugunsten der Einschaltungszeiten t, (vgl. Fig. 3 ä) vermindern könnte.
Beim Studium der Kurve der Fig. 2 findet man nun, daß schon im Punkte a die Spannung
des Kondensators C, gleich der Batteriespannung, aber negativ ist, weil der Erregerstrom
denselben Wert und dieselbe Richtung wie im Ausschaltungsaugenblick hat. Dadurch,
daß man nach Ausschaltung des Transformators diesele im Verhältnis zur
Gleichstromquelle
wendet, könnte man also den Transformator schon nach der Zeit r, anstatt erst nach
der Zeit z2 wieder einschalten.
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Ein Gleichstromtransformator, der in dieser Weise arbeitet, ist in
Fig. q. gezeigt. Hier bezeichnen wie vorher Tri und TY2 zwei Transformatoren mit
den Primärwicklungen F1 bzw. i'2 und den Sekundärwicklungen S1 bzw. S2. Die Kondensatoren
G1 und C2 sind mit Hilfe besonderer Hilfswicklungen H1 b:zw. H2 mit dem zugehörigen
Transformator in Nebenschluß geschaltet. Die schwingende Kontaktvorrichtung
Kp ist durch Primärkommutatoren Kpi, Kp2 ersetzt worden, die in an sich bekannter
Weise die ruhenden Transformatoren doppelseitig speisen, d. h. diese derart umschalten,
daß sie in. verschiedenen Richtungen von Gleichstrom durchflossen werden. Die schwingende
Kontaktvorrichtung Ks ist durch Sekundärkomrnutatoren Ksi und Ks2 ersetzt worden.
Die primären und sekundären Klemmen des Gleichstromtransformators sind, wie in Fig.
i, mit.io und ii bzw. i2 und 13 bezeichnet. Die an die Primärwicklung des Transformators
Tri angeschlossenen Bürsten des Kommutators Kpi sind mit 2o und 21 bezeichnet, die
an die Sekundärwicklung angeschlossenen Bürsten des Ko:mmuta,tors Ksi mit 22 und
23. Mit 2q., 25 und 26, 27 sind die entsprechenden, an den Transformator Tr2 angeschlossenen
Bürsten der Kommutato:ren Kp2@und Ks2 bezeichnet.
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Die Wirkungsweise des Gleichstromtransformators gemäß, Fig.
q. geht aus den in den Fig. 5 a bis 5 e gezeigten Diagrammen hervor. Fig. 5 a zeigt
die Spannung zwischen den Bürsten 2o und 2 i bzw. 22 und- 23 bzw. die Spannung des
Kondensators C1 als Funktion der Zeit t. t1 und t2 hab-en die gleiche Bedeutung
wie in Fig. 3 a. Fig. 5 b gibt die Spannung zwischen den Bürsten 24 und 25 bzw.
26 und 27 bzw. die Spannung des Kondensators C2 als Funktion der Zeit t im gleichen
Maßstab wieder. Fig.5c zeigt die Spannung zwischen den Sekundärkleinmein 12 und
13, wenn die Bürsten 26 und 27 weggelassen sind. Fig. S d_ stellt die Spannung zwischen
den Sekundärklemmen 12 und 13 dar unter der Voraussetzung, daß die Bürsten 22 und
23 weggelassen sind. Fig. 5 c zeigt die aus den Spannungen der Fig. 5 c und 5 d
zusanlrnengesetzte wirkliche Spannung zwischen den Sekundärklemmen 12 und 13.
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Für den Gleichstromtransformator mit doppeilseitiger Speisung erhält
man einen einfacheren Kommutato,r, wenn man in bekannter #ATeise Primär- und Sekundärwicklungen
mit der ddppelten Anzahl von Windungen und mit Mittelanzapfungen versieht. Ein Gleichstromtransformator
dieser Art ist in Fig. 6 wiedergegeben. Die Kondensatoren Cl und C2 sind bei der
gezeigten Ausführungsform zwischen die Endanzapfungen der betreffenden Sekundärwicklungen
S1 und S2 geschaltet und sind also der doppelten.Sekundarspann.ung ausgesetzt. Die
Mittelanzapfungen der Primärwicklungen sind mit 21' bzw. 25' bezeichnet, die Mittelanzapfungen
der Sekundärwicklungen mit 23' b:zw. 27'. Die übrigen, Bezugszeichen :entsprechen
denen der Fig. q..
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Für die obenerwähnte Ausführungsform gelten die in den Fig. 5 a bis
5 e gezeigten Spamnupgskarvem, mit der Ausnahme jedoch, daß die in den Fig. 5a und
Sb dargestellten Spannungsamplituden doppelt so groß werden müssen wie die in den
Fig. 5 c bis 5 e dargestellten Spannungen. Die in den Fig. 5 a und Sb gezeigten
Kurven geben nämlich jeweils die Spannungen an sämtlichen Windungen eines Transformators
wieder, während die Kurven der Fig. 5 c bis 5 e die Spannung zwischen der Mittelanzapfung
und je einem Endpunkt, also nur die Spannung der halben Anzahl der Windungen angeben.
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Wie schon hervorgehoben worden ist, verhindern die Kondensatoren eine
Unterbrechung des Erregerstromkreises und eine hierdurch verursachte Funkenbildung
an dem schwingenden -Kontakt oder dem Kommutator. Durch eine zweckmäßige Bemessung
der Kondensatoren im Verhältnis zu den Transformatoren kann man dabei für eine bestimmte
Kontaktvorrichtung verhindern, daß Ladüngsströme in den Kontakten entstehen, 'wenn
nach Inbetriebnahme des Gleichstramtransfarmators stationäre Verhältnisse entstanden
sind. Dies gilt jedoch nur unter der Voraussetzung, daß die Transformatoren ideell
sind, d: h. weder primäre oder sekundäre Streufelder besitzen. In der Praxis ist
jedoch ein Transformator nie ideell. Bei Gleichstromtransformatoren für größere
Leistungen dürfte es deshalb zweckmäßig sein, die für jeden Transformator erforderliche
Kapazität auf zwei Kondensatoren zu verteilen, von denen._ der eine der primären,
der andere der sekundären Transformatorwicklung unmittelbar parallelgeschaltet ist.
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Auf Grund des Vorhandenseins von Streufeldern ist es ferner von Bedeutung,
daß der Belastungsstrom im auszuschaltenden Transformator im Ausschaltungsaugenblick
ein Minimum ist. Eine automatische übertragung der Belastung'von dem Transformator,
der in Begriff steht, ausgeschaltet zu werden, auf die übrigen, später einzuschaltenden
Transformatoren kann in folgender Weise erreicht werden Wenn wir das Diagramm der
Fig.2 betrachten, finden wir, däß die Erregerstromkompo:nente des durch einen Transformator
hindurchgehenden
Gesamtstromes nach der Einschaltung zuerst bis Null sinkt und dann auf den Anfangswert,
aber in entgegengesetzter Richtung, ansteigt. Folglich wird der Gesamtstrom, der
sich aus der konstanten Belastungsstromkomponente und der genannten variablen Erregerstromkomponente
zusammensetzt; vom Einschaltungsaugenblick an stets steigen. Dies bedeutet; daß
der vom Ohmschen Widerstand und der Streureaktanz verursachte innere Spannungsabfall
ebenfalls stets steigt. Ein eben eingeschalteter Transformator hat also einen kleineren
scheinbaren inneren Widerstand als ein Transformator, der vor dem Ausschalten steht,
und der erstgenannte Transformator hat deshalb eine natürliche Neigung, einen größeren
Teil der Belastung zu übernehmen. als der letztere.
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Im vorherstehenden sind Gleichstromtransformato,ren beschrieben worden;
die nur zwei Transformatoren enthalten. Es kann jedoch; und zwar besonders, wenn
es sich um größere Leistungen handelt, zweckmäßig sein, eine größere Anzahl von
Transfo.nnatoren vorzusehen, die periodisch und in bestimmter Reihenfolge ein- und
ausgeschaltet werden.
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Als Gleichstromquelle kann jede Quelle mit kleiner innerer Reaktanz
gewählt werden. Besonders zweckmäßig ist eine Sammlerbatterie. Wenn die Quelle aus
einein gewöhnliehen Gleichstromgenerator besteht, der eine verhältnismäßig große
innere Reaktanz be-
sitzt, kann der veränderliche Erregerstrom einer parallel
mit dem Gleichstromgenerator geschalteten kleineren Sammlerbatterie entnommen werden,
oder es kann auch parallel zu den Klemmen des Gleichstromgenerators ein Kondensator
mit großer Kapazität geschaltet werden, der -dazu dient, den Generator von den periodischen
Belastungsstößen zu entlasten.
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Durch mathematische Analyse der elektrischen Verhältnisse bei einem
Gleichstromtransformator gemäß der Erfindung mit einsei#ti.g gespeisten Tran.sformataren
und richtig abgestimmten Schwingungskreisen findet tnan den folgenden Zusammenhang
zwischen der Länge der Einschaltungsperiode t1, der Länge der Ausschaltungsperiode
t2 und der Kreisfrequenz c) des Schwingungskreises, wenn t - z ,s t und f die Frequenz
der freien: Schwingung ist:
Für Gleichstromtransformatoren mit doppelseitig gespeisten, ruhenden Transfarmatoren
gilt unter Beibehaltung der obenerwähnten Bezeichnungen der Zusammenhang: .