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Einphasentransformator Es ist -bekannt, Wechselstromgeräte, z. B.
Transformatoren, bei welchen Wicklungen mit in Eisen verlaufenden magnetischen Flüssen
verkettet sind, dadurch zu regeln, daß man die magnetischen Pfade durch Gleichstrom
vormagnetisiert.
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Beispielsweise zeigt Fig. i der Zeichnung einen derartigen Transformator.
Der Aufbau des Transformators ähnelt einem Manteltransformator. Der mittlere Schenkel
P trägt die Primärwicklung mit den Klemmen R und .S,0
Der rechte Schenkel
B trägt die Sekundärwicklung mit den Klemmen U und V. Der linke Schenkel A ist mit
einer Gleichstromwicklung mit den Klemmen -'I- und - versehen, welche jedoch nicht
um den ganzen Schenkel herumgewickelt, sondern durch einen Längsschlitz in der Mittellinie
geführt ist. Dadurch kommt der Gleichfluß 0 ä wie in Fig. i angedeutet, im Bereich
des Schenkels A in sich zum Schluß" ohne durch die Wechselstromwicklungen auf den
anderen Schenkeln hindurchzugreifen. Die Anordnung arbeitet in folgender Weise:
Ist die Gleichstromwicklung unerregt, so teilt sich unter der Annahme, daß der Querschnitt
des Schenkels A durch den Schlitz nur unwesentlich vermindert wird urid somit etwa
:ebenso groß ist wie derjenige des Schenkels B, der von der Primärwicklung R, S
erzeugte Wechselfluß in zwei etwa gleich große Teilflüsse Ow_4 und OwB. In diesem
Zustand durchsetzt also die Sekundärwicklung, U" V nur die Hälfte des von der Primärwicklung
R, S erzeugten Wechselflus,ses,. Wird nun die Gleichstromwicklung in zunehmendem
Maße erregt, so wird die Ausbildung des Teilflusses 0wA in ents'prechend'em Maße
unterdrückt und der Teilfluß. OwB entsprechend verstärkt, bis im Grenzfall OWA praktisch
gleich Null wird und annähernd der gesamte Wechselfluß von R, S (wenn man der Einfachheit
halber von den Streuflüssen der Wicklungen absieht) gleich OwB wird.
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- Eine derartige Anordnung besitzt den Nachteil, daß der über den
Schenkel A sich schließende Wechselfluß der Primärwickhing mit der Sekundärwicklung
nicht gekoppelt ist. Das hat aber zur Folge, daß in dem Regelungszustand, in dem
über den Schenkel .A ein erheblicher Fluß sich schließt, eine starke Abhängigkeit
der geregelten Sekundärspannung von der Belastung des, Transformators besteht. Der
magnetische Pfad des Schenkels
A «"lt-kt dann als vorgeschaltete
Drosselspule, durch die der ins Primäre übersetzte Belastungsstrom des Transformators
hindurch muß. Die Sekundärspannung des Transformators wird also beim Ansteigen der
Belastung sich stark ändern.
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Die Erfindung betrifft einen Transformator, der diese Nachteile vermeidet
und der außerdem gegenüber der bekannten Anordnung noch den Vorteil aufweist, daß
die Sekundärspannung in noch weiteren Grenzen geändert «erden kann. Für die im Eisen
verlaufenden Kraftlinien des Wechselflusses sind dabei wieder mehrere mindestens
teilweise getrennt verlaufende Wege vorgesehen, und für die Regelung des Verlaufs
der Kraftlinien «erden durch . Gleichstrom erregte, im wesentlichen außerhalb des
Bereichs der Wechselstromwicklungen sich schließende magnetische Felder (Flußsperren)
verwendet. Diese Flußsperren setzen durch Erhöhung der magnetischen Sättigung des
Eisens der Ausbildung des Wechselflusses einen erhöhten magnetischen Widerstand
entgegen. Erfindungsgemäß ist ein dreischenkeliges, einphasig gespeistes Transformatoreisen
vorgesehen, auf dessen mittlerem Schenkel sich die in der Spannung nicht geregelten
Wicklungen befinden, während auf den beiden äußeren Schenkeln sich je eine durch
eine an diesem äußeren Schenkel oder an dem anschließenden Jochstück untergebrachte
Flußsperre, deren Gleichfeld noch in demselben Schenkel schließt, geregelte Wicklung
befindet. Diese beiden Regelwicklungen sind bezüglich der in ihnen induzierten Spannungen
außerdemgegensinnig in Reihe geschaltet. Bei dieser Anordnung kann bei konstantem,
den mittleren Schenkel durchsetzendem Fluß die Spannung in weiten Grenzen geändert
werden, da bei der Verschiebung des Flusses von dem einen äußeren Schenkel auf den
anderen die Regelspannung von einem positiven Wert in einen negativen Wert geändert
wird. Außerdem sind die einzelnen mindestens teilweise getrennt verlaufenden Wechselflüsse
sowohl mit der Primär- als auch mit Teilen der Sekundärwicklung gekuppelt. Die oben
geschilderte drosselspulenartigeWirkung eines der magnetischen Pfade der bekannten
Anordnung kann also hier nicht auftreten.
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Es ist bereits ein regelbarer Einphasentransformator bekannt, bei
Ziem zwei getrennte einphasige Transformatoreisen vorgesehen sind. Auf dem einen
Schenkel beider Transformatoreisen befinden sich die beiden in Reihe geschalteten
Primärwicklungen, während an dem anderen Schenkel beider Transfortnatoreisen durch
Gleichstrom erregte, im wesentlichen außerhalb des Bereichs der Wechselstromwicklungen
sich schließende magnetische Felder (Flußsperren) vorgesehen sind. Auf einem Jochstück
beider Transformatoreisen sind zwei bezüglich der in ihnen induzierten Spannungen
gegensinnig in Reihe geschaltete Sekundärwicklungen der Transformatoranordnung vorgesehen.
Die Anordnung nach der Erfindung hat demgegenüber den Vorteil, daß man ein normales,
dreischenkliges Transformatoreisen verwendet, wobei auch sämtliche Wechselstromwicklunge,n
in der üblichen Weise auf diesen drei Schenkeln untergebracht sind. Bei der bekannten
Anordnung befinden sich die beiden Sekundär«#icklungen hingegen auf den Jochstücken,
was zu einem abnormal großen Transformatorfenster führen muß, da die an eine Ecke
des Fensters anschließenden Wicklungen sich räumlich gegenseitig stark behindern
(vor allem auch mit Rücksicht auf die erforderlichen - Isolations- und Haltestücke).
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Fig. z der Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Es handelt sich wieder um einen einphasigen Regeltransformator. Der mittlere Schenkel
P trägt die an das speisende Netz angeschlossene Primärwicklung mit den Klemmen
R, S und darunter die nicht näher bezeichnete Hauptsekundärwicklung. Auf den Schenkeln
A und B sind weitere Wicklungen angeordnet, welche mit der Hauptsekundärwicklung
auf P in Reihe geschaltet sind. Die eine Wicklung Z derselben ist so angeschlossen,
daß sie die von der Hauptsekundärwicklung erzeugte Spannung erhöht, also eine Zusatzspannung
liefert; die andere Wicklung G ist so angeschlossen, daß ihre Spannung der der Hauptsekundärwicklung
entgegenwirkt, daß siealso eine Gegenspannung liefert. Sind die Flußsperren auf
den Schenkeln A und B, welche über den Flußregler KR beeinflußt werden,
unerregt, so verteilt sich unter der Voraussetzung geometrisch gleicher Bemessung
der Schenkel A und B
der Wechselüuß auf beide Schenkel gleichmäßig;
die Zusatzspannung von Z wird bei gleicher Bemessung der Wicklungen auf den Schenkeln
A und B genau so groß wie die Gegenspannung von G, so daß sich beide Spannungen
aufheben und als Spannung an den Klemmen U und V diejenige der Hauptsekundärwicklung
übrigbleibt. Wird nun der Kontakthebel des Flußreglers KR nach links bewegt und
dadurch ein zunächst durch Vorschaltwiderstände geschwächter und dann immer stärker
werdender Gleichstrom auf die Flußsperre des Schenkels A gegeben, so wird die Zusatzspannung
der WicklungZ geschwächt und die Gegenspannung der Wicklung G verstärkt, so daß
die Spannung an den Klemmen U, V sinkt. Das Umgekehrte tritt ein, wenn der Kontakt
des Flußreglers I(R nach
rechts bewegt wird; die Spannung an den
Klemmen U, V steigt dann. Diese Anordnung gestattet also die Ausbildung von Regeltransformatoren,
welche einerseits die lästigen Starkstromkontakte der Stufentransformatoren und
andererseits: die verwickelten mechanischen Verstelleinrichtungen der Dreh- und
Schubtransformatoren vermeidet; die Regelbetätigung ist vielmehr in die viel kleinere
Ströme führende und deshalb baulich viel leichter beherrschbare Gleichstromapparatur
verlegt.
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Fig.3 der Zeichnung zeigt einen Transformator, bei dem für die im
Eisen verlaufenden Kraftlinien des Wechselflusses wiederum mehrere mindest teilweise
getrennt verlaufende Wege vorgesehen sind und für die Regelung des Verlaufs der
Kraftlinien wiederum durch Gleichstrom erregte, in derselben Weise wie bei Fig.
a wirkende Flußsperren verwendet werden. Erfindungsgemäß. ist für einen Drehstromtransformator
ein dreischenkliges Transformatoreisen vorgesehen, an dem außer den normalen Jochstücken
die beiden Fenster bzw. die drei Schenkel in je drei Teile unterteilende Hilfsjoche
vorgesehen sind, wobei sowohl die Jochstücke als auch die Hilfsjochstücke Flußsperren
aufweisen und die in der Spannung nicht geregelten Wicklungen auf .den mittleren
Teilen der drei Schenkel untergebracht sind, während die mit Hilfe der Flußsperren
geregelten Wicklungen auf den äußeren, zwischen je einem Jochstück und einem Hilfsjochstück
befindlichen Schenkelteilen untergebracht sind. In Fig.3 trägt der mittlere Teil
der Schenkel SCH die Ob-erspannungswicklungen O und die Unterspannungshauptwicklungen
UH. An den oberen Enden der Schenkel sind die mit den Unterspannungshauptwicklungen
UTI in Reihe geschalteten Zusatz- und Gegenspannungswickhuigen Z und G angeordnet.
Außer den Jochen J1 und J4, welche die oberen und unteren Enden der Schenkel miteinander
verbinden, sind noch Zwischenjoche 12_ und J3 eingefügt, welche einen magnetischen
Schluß zwischen den Schenkeln unter Umgehung der Zusatz- bzw. Gegenspannungswicklungen
ermöglichen. Die Flußsp.erren 1(S, welche in diesem Fall als flachliegende Wicklungen
in der Mittellinie der Joche ausgebildet -sind und einen Gleichfluß, erzeugen
können, wie im Joch J1 links oben durch strichpunktierte Linien angedeutet, sind
in sämtlichen Eisenivegen eingefügt, welche die Joche J1, J,, J3 und 1.1 bieten.
Die Wirkungsweise ist folgende Sind sämtliche Flußsperren unerregt,. so teilt sich
der Wechselfluß von Schenkel zu Schenkel oben in den Weg über J1 und den den Weg
über J2, unten entsprechend über J3 und J4. Hierbei werden die magnetischen Sättigungen
so niedrig wie möglich; die Wicklungen für die Zusatz- und Gegenspannungen werden
nur schwach induziert und heben sich in ihrer Wirkung gegenseitig auf, so daß als
Spannung diejenige der Unterspannungshauptwicklungen UH verbleibt. Werden
nun die Flußsperren in den Jochen J1 und J3 erregt, so verläuft der Wechselfluß:
oben nur über das Joch J2, unten nur über das Joch J4; die Zusatzspannungswicklung
Z wird also außer Wirkung gesetzt, und die Gegenspannungswicklung G kommt voll zur
Wirkung. Werden umgekehrt die Fluß:sperren in den Jochen J2 und 14 erregt, so kommt
die Zusatzspannungswicklung Z zur vollen Wirkung, während die Gegenspannungswicklung
G außer Wirkung gesetzt wird. Wenn die Leiterzahl der Zusatz- und der Gegenspannungswicklung
Z und CG je die Hälfte der Leiterzahl der U nterspannungshauptwicklungen
UH ist, so ergibt sich die Möglichkeit, Zusatz- bzw. Gegenspannungen von
etwa der Hälfte der Spannung der Unterspannungshauptwicklungen UH
zu erreichen,
also eine Regelmöglichkeit im Bereich von etwa r5o bis 500(o der mittleren Spannung,
also im Verhältnis von 3: r. Selbstverständlich können nach Bedarf auch beliebig
andere Verhältnisse gewählt werden, und es kann auch, was namentlich aus Einfachheitsgründen
bei kleineren Regelbereichen zweckmäßig sein wird, nur mit Zusatzspannungen gearbeitet
werden.
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Durch Parallelschaltung einer Anzahl magnetischer Pfade, von denen
jeder für sich durch Flußsperren beeinflußt wird, läßt sich eine getrennte Regelung
der Spannungen einer Anzahl von Abzweigen, z. B. bei Verteilungen für elektrische
Öfen oder sonstige Verbraucher, erreichen.
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Es bereitet natürlich keine Schwierigkeiten, die Regelung des eine
Flußsp,erre beeinflussenden Gleichstromes auch motorisch oder selbsttätig erfolgen
zu lassen. Ebenso kann man in an sich bekannter Weise eine Kompoundierung, Überkompoundierung
oder Gegenkompoundierung der Sekundärspannung bewirken, indem man beispielsweise
in Abhängigkeit von den Sekundärgrößen von Spannungs- und bzw. oder Stromwandlern,
welche auf der Primär- oder Sekundärseite des Regeltransformators eingeschaltet
werden, auf dem Wege :über kleine Gleichrichter irgendwelcher Art Zusatz- oder Gegenspannungen
in dem die Flußsperre speisenden Gleichstromkreis hervorrufen läßt.
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Läßt man bei der in Fig. a dargestellten 1lnordnung die Hauptsekundärwicklung
auf dem Schenkel P fort, so ist bei ausgeschaltetem Gleichstrom die Spannung an
den Klemmen U, V Null und je nachdem ob der Regler
1(R nach rechts
oder links verstellt wird, ändert die Wechselspannung an den Klemmen U, V ihr Vorzeichen.