DE734015C - Einphasiger Spannungsausgleichstransformator mit dreischenkligem Eisenkern - Google Patents

Description

• Einphasiger Spannungsausgleichstransformator mit dreischenkligem Eisenkern Es ist ein Spannungsausgleichstransformator vorgeschlagen worden, der bei schwankender Widerstandsbelastung die Gleichspannung praktisch unverändert hält und beim Anschluß an eine Akkumulatorenbatterie die Ladestromstärke in Abhängigkeit von dem Ladezustand der Batterie innerhalb enger Grenzen selbsttätig zwischen Null und der höchsten Ladestromstärke regelt.
• Der vorgeschlagene Sp:annungsausgleichstransformator trägt eine Vormagnetisierungszvicklung, die in Abhängigkeit von. dem im Verbraucherkreis fließenden Gleichstrom den einen Schenkel des Transformators bei steigender Belastung vormagnetisiert, so daß ein Teil des magnetischen Wechselflusses aus diesein Schenkel in einen unbewickelten Transforinatorschenkel abgedrängt wird. Die Verringerung des magnetischen Flusses in dem ersten Transformatorschenkel bewirkt, daß die in der auf diesem Schenkel außer der Vorrnagnetisierungswicklung noch angeordneten Sekundärwicklung induzierte EMK sinkt. Die in dieser Sekundärwicklung induzierte EMK arbeitet der EMK einer H.auptsekundärwicklung, die mit der Primärwicklung auf einem drittenTransformatorschenkel angeordnet ist, entgegen. Infolge des Absinkens der Wechsel-EMK in der zuerst genannten Sekundärwicklung wird die Differenz der Wechsel-EMKK der beiden Sekundärivicklungen größer. Die erhöhte Wechselspannung an der Gleichrichteranordnung deckt den infolge des ansteigenden Verbraucherstromes erhöhten Spannungsabfall, so daß die Gleichspannung am Verbraucher auch bei steigender Belastung unverändert bleibt.
• Gemäß der Erfindung sollen auf dem mittleren Schenkel eines dreischenkligen Transformators die Primärwicklung und der Hauptteil der Sekundärwicklung und .auf .dem einen Außenschenkel der restliche Teil der Sekundärwicklung und eine von dem gleichgerichteten Sekundärstrom durchflosseneVormagnetisierungswicklung angeordnet sein, während der andere Außenschenkel eine mit der Vormagnetisierungswicklung in Reihe geschaltete, von dem gleichgerichteten Sekundärstrom durchflossene Vormagnetisierungswicklung und eine von der gleichgerichteten Sekundärspannung gegensinnig beeinflußte Vormagnetisierungshilfswicklung trägt.
• In der Zeichnung ist ein dreischenkliger Eisenkern dargestellt, wie er bei Drehstromtransforinatoren verwendet wird. Auf dein Schenkel II befindet sich die Primärwicklung pr, die mit verschiedenen nicht näher dargestellten Anzapfungen zum Anschluß an mehrere Netzspannungen versehen. sein kann. Auf dem gleichen Schenkel II befindet sich auch die Teilwicklung s1 der Sekundärwick-

  hing. Die zweite Teilwicklung s.., der Sekun-

  -1<in#-icldung liegt auf dein Außenschenkel I.

  Die beiden @@'ichlungen s1 und s_ sind gegen-

  einandergeschaltet, und zwar ist st di-,

  I-Iauptwicldting. In ihr wird eine höhe:-@#

  I-_MIs als in der Wicklung ,s. induziert.

  Auf dem Transformatorschenkel III be-

  :?i?det sich eine Hilfswicklung Ir mit vielen

  Windungen dünnen Drahtes, die an die

  Gleichspannungsseite der Gleichrichteranord-

  nung GI angeschlossen ist und der auf dem

  gleichen Schenkel aufgebrachten Vormagne-

  tisierungswicl,zlun- ml entgegenwirkt. Eine

  zweite Vorrnagnetisierungswicklung in_ ist

  zusatninrr mit der Sekundärwicklung s= auf

  (!ein Schenkel I aufgebracht. Wird nun bei

  ;.geöffnetem Gleichstromkreis die Primärwick-

  lung des Ausgleichstransformators an ein

  Wechselstromnetz gelegt, so wird je eine

  \@-echsel-E@IIw in den beiden Sekundärwick-

  Iungen s1 und s. induziert. Die Differenz der

  beiden EZIKK in s1 und s. liegt an der Gleich-

  richteranordnung (;l und wird in dieser gleich-

  gerichtet. Die Leerlaufgleichspannung speist

  die Hilfswicklung lc auf dem Transformator-

  schenkel III. Durch diese wird der Schenkel

  111 magnetisch gesättigt und dadurch der von

  der Primärwicklung pr erzeugte magnetische

  Fluß aus diesem Schenkel in den Schenkel I.

  der die Selzundärwicl#:lutig s. trägt, abge-

  drängt. Entsprechend dein größeren magne-

  tischen Fluf in diesem Schenkel steigt die

  MIK in der Wicklung s.; die Differenz der

  h1-IKIK in den Wicklungen s, und s., die an

  der Gleichrichteranordnung Gl liegt, ist also

  klein. Wird die Gleichstromseite belastet, so

  fließt der Gleichstrom auch über die beiden

  Vormagnetisieruwgswicklungen ziil und 311_.

  Die Wicklung ntl hebt bei Vollast die vor-

  ;nagnetisierende Wirkung der Hilfswick-

  lung h, der sie ja, wie bereits erwähnt, ent-

  gegenwirl;t. auf. Die Wicklung m= dagegen

  niagiietisiert den Transforinatorschenkel I

  vor. Der durch die Primärwicklung pr er-

  zutigte niagneti.sclie Fluh durchsetzt daher

  vorwiegend den Transformatorschenke1 III

  Mit den Wicklungen itcl und lt. Der niagne-

  tische Flur itn Schenkel I mit den. Wicklun-

  ;°en JH.' und ,s_ wird kleiner. Damit verringert

  eich auch die EMIL in der Sekundärwick-

  hing s_. Die sich aus den beiden gegenein-

  andcrgesclialteten EMKK in den Wichhtn-

  gen s1 und s_ ergebende Differenz an der

  Gleichrichteranordnung Gl steigt daher an.

  Die elektrischen Verhältnisse am Trans-

  fot-tiiator und an der Gleichricht:ranordnun-

  werden nun so abgeglichen, daß bei Wider-

  standsbelastung die erhöhte Wechselspannung

  an der (@leichrich@erattor@Inun g Gl den bei B,#-

  iastung steigen.clen Spannungsabfall in dieser

  deckt, so (Ial) ;liv Gleichspannung am Ver-

  braucher unVeriindt:rt bl:ibt. Bei Batterieladung tritt das bekannte Kippen des Ladestrotnes ein, so daß beim Ansteigen der l')atteriespannung über einen bestimmten \Vert der Ladestrom plötzlich auf \u11 herabsinkt und beim Abfallen der Batteriespannung unter einen bestimmten Wert ebenso plötzlich wieder auf die normale Stärke ansteigt.
• Bei einer mittleren Gleichstrombelastung ist die Vorniagnetisierung der beiden äußeren Transformatorschenkel I und III durch die beiden Wicklungen in, und »r.= annähernd :Teich, so daß beide Schenkel etwa von dem gleichen magnetischen Fluß durchsetzt werden. I?s sind deshalb auch die Wechsel-EMKK, die in den beiden VorniagnetisierungswicIclungen induziert «-erden. gleich groß. Die Wicklungen fit, und ins sind nun so ;;eschaltet, daß sich die in ihnen induzierten Wechsel-EMKK gegeneinander aufheben und im Gleichstromkreis nicht wirksam «-erden können. Ist die Gleichstrombelastung der Anordnung kleiner oder größer als die mittlere Belastung, so wird infolge der Verschiedenlieit der magnetischen Flüsse in den beiden äußeren Transformatorschenkeln I und III eine kleinere oder größereWechselkomponente iin Gleichstromkreis auftreten. Stört diese, insbesondere bei einer Ladeschaltung, so kann sie durch entsprechende Reihenschaltung der einzelnen Wicklungen zweier Spannungsausgleichstransfortnatoren Vollkommen utin-irl;-sani gemacht werden.
• Der Spannungsausgleichstransformator getaäß der Erfindung kann in Zusammenschaltung tnit einerTrockengleichrichteranordnung ebenfalls zur Aufladung von Akkumulatorenl,atteri#-n Verwendet «-erden, die bis gegen Ende der Ladung mit der vollen Ladestronis # t; ärl ze auf.1-eladen -werden sollen. Bei einer solchen Verwendung des Spannungsausgleichstransformators ist die Spannungswicklung h zusammen mit der Vormagnetisierungswicklung in, und der Sekundärwickiung ,s= auf einen Transfortnatorschenkel, z. B. auf den Schenkel I, aufzuwickeln. Die Vormagnetisierungswicklung in, liegt dann allein auf dein anderen äußeren Schenkel 11I. Fließt tun z. B. über eine angeschlossene Akkumulatorenhatterie der höchsteLadestroni, so sind die Verhältnisse in der Weise abgeglichen, rlal. die vormagnetisierende Wirkung der Gleichstromwicklung h, durch die Gegenwickhing fit= im Transformatorschenkel I aufhoben, dafür aber der Transformator-:chenkel III durch die Vormagnetisierungswicklung titl stark vormagnetisiert wird. Der durch die Primärwicklung pr erzeugte magnetische Fluß wird hierdurch aus dein Transforinatorschenkel III in den Schenkel I verdrängt. Die «@echsel-EIIh in der Sekundärwicklung s._ steigt dadurch gegenüber derjenigen in der Hauptwicklung s, an. Die resultierende Wechsel-EMK an der Gleichrichteranordnung GL ist klein.
• Steigt nun mit zunehmender Ladung die Gegenspannung der Batterie an, so will der Ladestrom zunächst sinken. Der sinkende Ladestrom und die steigend Batteriespannung bewirken, daß die vormagnetisierende Wirkung der Wicklung lt wieder überwiegt und auf dem Transforinatorschenkel III die Vormagnetisierung durch die Wicklung nt.l zurückgeht. Der magnetische Fluß wird dadurch teilweise wieder aus dem linken in den rechten Transformatorschenkel verdrängt. Die Wechsel-EMK in der Wicklung s., sinkt, und die resultierende Wechsel-EMK an der Gleichrichteranordnung GI steigt. Der steigenden Spannung an der Batterie steht also eine steigende Ladespannung .auf der Wechsel-und Gleichstromseite der Gleichrichteranordnung gegenüber.
• Die Wicklungen. auf dem Spannungsäusgleichstransformator sind nun so bemessen, daß die steigende Batteriespannung durch die steigende Gleichrichterspan.nung ausgeglichen wird, der Ladestrom also konstant bleibt.
• Gegenüber der erwähnten vorgeschlagenen Anordnung hat der liier beschriebene Spannungsausgleichstransformator den technischen und wirtschaftlichen Vorteil kleinerer Abinessungen bei .gleicher Leistung. Der Grund hierfür ist in der Steuerung des magnetischen Flusses gemäß der Erfindung durch zwei Vormagnetisierungswicklungen in, und m@ und eine Hilfswicklung h zu suchen.
• Nährend z. B. bei Leerlauf bei der vorrieschlagenen Schaltung die Wicklung s. nur von der Hälfte des primär erzeugten magnetischen Flusses durchsetzt wird, da die andere Hälfte den unbewickelten Transformatorschenkel durchsetzt, durchsetzt bei der Anordnung gemäß der Erfindung praktisch der ganze magnetische Fluß die Sekundärwicklung s=, da der Schenkel III durch die Hilfs-«-icklung 1a gesättigt ist. Bei doppeltem magnetischen Fuß durch die Wicklung s.'ist unter sonst gleichen Spannungsverhältnissen aber nur die halbe Windungszahl für diese Wicklung erforderlich. Bei schwankender Belastung ist @Iie Änderung des magnetischen Flusses bei der Anordnung gemäß der Erfindung also wesentlich größer als bei dein vorgeschlagenen Ausgleichstransformator.

Claims (3)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Einphasiger Spannungsausgleichstransformator mit dreischenkligem Eisenkern zur Speisung eines Gleichrichters und zur selbsttätigen Regelung der Gleichspannung bei Widerstands- oder Batteriebelastung in Abhängigkeit von der sich ändernden Belastung, mit einer Primärwicklung und zwei gegeneinandergeschalteten. Sekundärwicklungen, von denen die eine mit der Primärwicklung auf dein gleichen Schenkel, die andere auf einem der beiden anderen Schenkel aufgebracht ist, und mit je einer vom gleichgerichteten Verbraucherstrom bzw. von der Verbraucherspannung erregten gegensinnig wirkenden Magnetisierungswicklung, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem mittleren Schenkel (1I) die Primär"vicklung (p, r) und der Hauptteil (s,) der Sekundärwicklung (Hauptwicklung) und auf dem einen Außenschenkel (.I) der restliche Teil (s2) der Sekundärwicklung (Nebenwicklung) und eine von dem gleichgerichteten Sekundärstrom durchflossene Vorinagnetisierungswicklung (»a.) angeordnet ist, während der andere Außenschenkel (III) eine finit der Vormagnetisierungswicklung (m,) in Reihe geschaltete, von dem gleichgerichteten Sekundärstrom durchflossene Vormagnetisierungswicklung (na,) und eine von der gleichgerichteten Sekundärspannung gegensinnig beeinflußte Vorinagnetisierungshilfswicklung (la) trägt.
2. 2. Spannungsausgleichstransformator nach Anspruch i zur Speisung eines Gleichrichters und zur selbsttätigen Regelung des Ladestromes einer Batterie, dadurch gekennzeichnet, daß zur Konstanthaltung des Ladestromes bei steigender Batteriegegenspannung die Vormagnetisierungshilfswicklung (k) statt auf dem einen Außenschenkel (III) auf dem anderen Außenschenkel (I) angeordnet ist.
3. 3. Spannungsausgleichstransformator nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei der beschriebenen Ausgleichstransformatoren so zusammengeschaltet sind, daß keine Wechselkomponente auf der Gleichstromseite wirksam wird, die beiden Ausgleichstransformatoren, im übrigen aber wie ein einziger Ausgleichstransformator arbeiten.