DE756373C

DE756373C - transformer

Info

Publication number: DE756373C
Application number: DEA82061D
Authority: DE
Inventors: Almon J Corson; Harold T Faus
Original assignee: AEG AG
Current assignee: AEG AG
Priority date: 1936-02-18
Filing date: 1937-02-19
Publication date: 1953-04-09

Description

Transformator Es. ist bereits ein Transformator bekannt, dessen Eisenkern, vier Schenkel aufweist, von denen die beiden mittleren verschiedene magnetische Eigenschaften haben und je von einem Wicklungsteil der aus zwei Wicklungsteilen bestehenden Sekundärwicklung umgeben sind, während die Primärwicklung beide mittlere Schenkel oder die sie durchsetzenden Flüsse umfaßt. Bei diesem bekannten Transformator liegt der Arbeitspunkt des, einen mittleren Schenkeds@ unterhalb des! in der Magnetisierungskurve auftretenden Knickes, und zwar in dessen Nähe, und der Arbeitspunkt des anderen mittleren Schenkels ebenfalls unterhalb des Knickes, aber noch in dem linearen Teil der Magnetisierungskurve. Der Regelbereich eines solchen Transformators ist also verhältnismäßig eng. Aufgabe der Erfindung ist es nun, dem Transformator einen größeren Regelbereich zu geben. Das wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, däß die beiden Sekundärwicklungsteile gegensinnig in Reihe geschaltet und die zugehörigen Schenkel so gesättigt sind, daß die Magne -tinduktion B""" des einen im geraden Teil der Magnetisierungskurve unterhalb und die des anderen oberhalb des Knickes liegt.Transformer it. a transformer is already known whose iron core, has four legs, of which the two middle ones are different magnetic Have properties and each of one winding part of two winding parts existing secondary winding are surrounded, while the primary winding is both middle Thighs or the rivers that pass through them. In this known transformer is the working point of the, a middle Schenkeds @ below the! in the magnetization curve occurring kink, namely in its vicinity, and the working point of the other middle leg also below the kink, but still in the linear part the magnetization curve. So the control range of such a transformer is relatively tight. The object of the invention is now to give the transformer a larger one To give control range. This is achieved according to the invention in that the two Secondary winding parts connected in series in opposite directions and the associated legs are so saturated that the magnetic induction B "" "of the one is in the straight part of the Magnetization curve below and those of the other above the Kink lies.

Auf diese Weise ergibt sich, daß schon die in dem sekundären Wicklungsteil des einen mittleren Schenkels auftretende Spannung bei Spannungsschwankungen auf der Primärseite fast konstant ist, so daß der im anderen mittleren Schenkel auf dem geradlinigen Teil der Magnetisierungskurve unterhalb des Knickes gemessene Regelbereich für praktisch das gesamte Sättigungsgebiet, also für ein sehr viel weiteres Gebiet als bei der bekannten Anordnung, zur Verfügung steht.In this way it results that already in the secondary winding part of a middle leg occurring voltage in the event of voltage fluctuations the primary side is almost constant, so that in the other middle leg up control range measured from the straight part of the magnetization curve below the bend for practically the entire saturation area, i.e. for a much wider area than in the known arrangement, is available.

Das Wesen der Erfindung wird am besten an Hand der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels klar.The essence of the invention is best understood from the description of a Embodiment clear.

In Abb. i der Zeichnung ist ein Transformator gemäß der Erfindung in Verbindung mit einem Generator und einem Anzeigegerät zur Anzeige der F'requcnz. bzw. der Geschwindigkeit des Generators dargestellt.In Fig. I of the drawing is a transformer according to the invention in connection with a generator and a display device for displaying the frequency. or the speed of the generator.

Abb.2 zeigt einen Kern für den Transformator gemäß der Erfindung; Abb.3 erläutert an Kennlinien die Wirkungsweise des Transformators gemäß der Erfindung, und Abb. 4 zeigt eine andere Ausführungsform des Erfindungsgegenstands.Fig.2 shows a core for the transformer according to the invention; Fig.3 explains the mode of operation of the transformer according to the invention using characteristic curves, and Fig. 4 shows another embodiment of the subject invention.

Der Transformator io gemäß Abb. i besteht aus einem magnetischen Kern: i i mit zwei inneren bewickelten Schenkeln 12 und 13, die gemeinsam von der Primärwicklung 14 umgeben sind, während die Sekundärwicklungen i5 und 16 auf je einem der Schenkel 1-2 und 13 angeordnet sind. Der Transformator ist mi,t äußeren Schenkeln 17 und i8 versehen, die einen Rückschluß für den magnetischen Fluß in den Schenkeln 12 und 13 und der sie umgebenden Primärwicklung 14 und den Sekundärwicklungen 15 und 16 bilden. Die Sekundärwicklungen 15 und 16 sind in bezug auf die in ihnen erzeugten EMKK gegensinnig in Reihe geschaltet. Die Primärwicklung 14 ist mit den Wicklungen ig des Generators 2o verbunden. Durch Drehung-des-Polrades 21 wird in den Wicklungen i9 eine Wechsel-EMK erzeugt.The transformer io according to fig. I consists of a magnetic core: i i with two inner wound legs 12 and 13, which are shared by the primary winding 14 are surrounded, while the secondary windings i5 and 16 each on one of the legs 1-2 and 13 are arranged. The transformer is mi, t outer legs 17 and i8 provided, which provides a conclusion for the magnetic flux in the legs 12 and 13 and the surrounding primary winding 14 and the secondary windings 15 and 16 form. The secondary windings 15 and 16 are relative to those generated in them EMKK connected in series in opposite directions. The primary winding 14 is with the windings ig of the generator 2o connected. By turning-the-pole wheel 21 is in the windings i9 generates an alternating emf.

Die Sekundärwicklungen 15 und 16 des Transformators sind über einen hohen: Widerstand 22 und einen Voll-,veggleichrichter 23 mit einem Anzeigegerät 24 verbunden. Der Vollweggleichrichter 23 ermöglicht die Verwendung eines Gleichstromgerätes, welches wegen der gleichmäßigeren Skalenteilung ein der Gleichrichterkennlinie angepaßtes Gleichstrom-Wechselstrom-Meßgerät sein kann. Die Widerstände der Sekundärwicklungen 15 und 16 des Transformators io und des Anzeigegerätes 24 verändern sich gleichmäßig mit auftretenden Temperaturänderungen, während sich der Widerstand des Vollweggleichrichters 23 umgekehrt mit der Temperatur verändert. Die Widerstandsänderung des Vollweggleichrichters 23 ist gewöhnlich größer als die Gesamtwiderstandsänderungen der Wicklungen 15 und 16 und des Meßgerätes 2.4. Der Widerstand 22 kann daher einen geringfügig negativen Temperaturkoeffizienten erhalten, um die Unterschiede zi-ischen den Widerstandsänderungen der Wicklungen, des Vollweggleichrichters und des Meßgerätes auszugleichen. Außerdem soll sein Widerstand möglichst groß sein, damit der Widerstand des gesamten Stromkreises gegenüber dem Blindwiderstand groß ist. Parallel zum Meßgerät 2.4 kann außerdem ein Widerstand 25 angeordnet sein, der Temperaturfehler des Meßgerätes ausgleicht.The secondary windings 15 and 16 of the transformer are via a high: resistor 22 and a full, veg rectifier 23 with a display device 24 connected. The full wave rectifier 23 enables the use of a direct current device, which, because of the more even scale division, is adapted to the rectifier characteristic DC-AC current measuring device can be. The resistances of the secondary windings 15 and 16 of the transformer io and the display device 24 change evenly with temperature changes occurring while the resistance of the full-wave rectifier changes 23 changes inversely with temperature. The change in resistance of the full wave rectifier 23 is usually greater than the total changes in resistance of windings 15 and 15 16 and the measuring device 2.4. The resistor 22 can therefore be a slightly negative Temperature coefficients are obtained to show the differences between the changes in resistance the windings, the full wave rectifier and the measuring device. aside from that its resistance should be as large as possible, so that the resistance of the entire circuit is large compared to the reactance. Parallel to the measuring device 2.4 can also a resistor 25 can be arranged, which compensates for temperature errors of the measuring device.

Die Wechsel-EMK der Generatorwicklungen i9 erzeugt in der Primärwicklung 14 des Transformators io einen Wechselstrom, der seinerseits im Transformatorenkern i i einen Wechselfluß erzeugt. Dieser Fluß steigt oder fällt entsprechend der Generatorgeschwindigkeit. Die resultierende Spannung an der Reihenschaltung der Sekundärwicklungen 15 und 16 ist gleich der Differenz der Spannungen an den einzelnen Wicklungen, die gegeneinandergeschaltet sind.The alternating EMF of the generator windings i9 generated in the primary winding 14 of the transformer io an alternating current, which in turn is in the transformer core i i generates an alternating flow. This flow increases or decreases according to the generator speed. The resulting voltage across the series connection of the secondary windings 15 and 16 is equal to the difference in the voltages on the individual windings that are connected to one another are.

Abb@.3 zeigt die Beziehung zwischen der magnetomotorischen Kraft des Transformators und dein magnetischen Fluß im Kern. Der Transformatorschenkel 12 besteht vorzugsweise aus einem Magnetmaterial hoher Permeabilität, beispielsweise einer bekannten Nickel-Eisen-Legierung. Der Schenkel 13 besteht aus zwei schmalen Teilen mit kleinem Querschnitt, die durch die Sekundärwicklung i-6 am Kern i i festgehalten werden.Fig @ .3 shows the relationship between the magnetomotive force of the Transformer and your magnetic flux in the core. The transformer leg 12 preferably consists of a magnetic material of high permeability, for example a well-known nickel-iron alloy. The leg 13 consists of two narrow ones Small cross-section parts held by the secondary winding i-6 on the core i i will.

Die durch den Strom in der Primärwicklung 14 erzeugte magnetomotorische Kraft erzeugt im Schenkel 12 einen magnetischen F.luß, der sich über die äußeren Schenkel 17 und 18 des Kernes ii schließt. Dieser magnetische Fluß wird durch die Linie A in Abb. 3 dargestellt. Die durch den Strom in der Primärwicklung 14 erzeugte magnetomotorische Kraft erzeugt im Schenkel 13 einen magnetischen Fluß, der in Abb. 3 durch die Linie B dargestellt wäre, wenn der magnetische Widerstand des Schenkels 13 der gleiche wie der von Luft wäre. Da jedoch wenigstens einer der Schenkelteile 13 aus magnetischem Material besteht, so daß sein magnetischer Widerstand etwas geringer ist als der von Luft und ein entsprechend größerer magnetischer Fluß in ihm erzeugt werden kann, so verläuft die entsprechende Kurve in Abb.3 gemäß der Linie C. Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, den einen der Teile des Schenkels 13 aus Weicheisen und den anderen aus einer Kupferlegierung zu machen; die im wesentlichen die gleiche Permeabilität wie Luft hat. Die Anordnung eines schmalen magnetischen Schenkelteils bewirkt, daß die Linien A und C im wesentlichen genau parallel verlaufen für alle Flußwerte innerhalb eines großen Bereiches der magnetomotorischen Kraft oberhalb der Sättigung des Schenkels 12. Es ist hierbei vorausgesetzt, daß bei einem Transformator dieser Art der magnetische Widerstand im wesentlichen dem der Luft entspricht für einen Wert der magnetomo-torischen Kraft, der eine starke Sättigung im Eisen hervorruft. Dies ist angenähert der Fall, jedoch hat sich gezeigt, daß im* Zusammenhang mit der. Erfindung bei Änderungen der magnetischen Flüsse in den beiden Schenkeln 12 und 13 für eine gegebene Änderung der magnetomotorischen Kraft diese Änderungen weit genauer einander gleich sind, wenn der magnetische Widerstand des Schenkels 13 etwas abfällt, was dadurch erreicht wird, daß ein Magnetstreifen vorgesehen wird, der nur einen sehr kleinen Querschnitt besitzt.The magnetomotive generated by the current in the primary winding 14 Force generates a magnetic flux in the leg 12, which spreads over the outer Legs 17 and 18 of the core ii closes. This magnetic flux is caused by the Line A shown in Fig. 3. The one generated by the current in the primary winding 14 Magnetomotive force generates a magnetic flux in leg 13, which is shown in Fig. 3 would be represented by line B if the reluctance of the leg 13 would be the same as that of air. However, there is at least one of the leg parts 13 is made of magnetic material, so that its magnetic resistance somewhat is less than that of air and a correspondingly greater magnetic flux in can be generated for him, the corresponding curve in Fig. 3 runs according to the Line C. It has been found convenient to use one of the parts of the leg 13 to make of soft iron and the others of a copper alloy; the in essential has the same permeability as air. The arrangement of a narrow magnetic Part of the leg causes the lines A and C to run essentially exactly parallel for all flux values within a wide range of magnetomotive force above the saturation of the leg 12. It is assumed here that in one Transformer of this type the magnetic resistance is essentially that of the air corresponds for a value of the magneto-toric force to a strong saturation in iron. This is approximately the case, but it has been shown that in connection with the. Invention for changes in the magnetic fluxes in the two legs 12 and 13 for a given change in the magnetomotive force these changes are far more exactly equal to each other if the magnetic resistance of the leg 13 drops slightly, which is achieved by the fact that a magnetic strip is provided, which has only a very small cross section.

Die resultierende Spannung an den beiden Sekundärwicklungen 15 und 16 ist gleich der Differenz der beiden Spannungen an den. Einzelwicklungen. Die in der Sekundärwicklung 15 induzierte EMK ist gleich 4 f n' 01 a., 10-8, worin f die Frequenz, 0imax den Scheitelwert des magnetischen Flusses im Schenkel 12 und n' die Zahl der Windungen der Wicklung 15 darstellt. Die in der Sekundärwicklung 16 induzierte EMK ist gleich 4 f zz " 02 max 1 o-$, wobei f die Frequenz, 02."x den Scheitelwert des magnetischen Flusses im Schenkel 13 und d" die Windungszahl der Sekundärwicklung 16 darstellt. Da die Frequenz für beide Wicklungen, die gleiche ist, ist bei gleicher Windungszahl ?i = ni'= ?z beider Wicklungen die resultierende Spannung an den Wicklungen 15 und 16 gleich 4 f Ia 1o-8 (01 Max- 02 max) Aus Abb.3 ist zu ersehen, daß für alle Werte des magnetischen Flusses oberhalb der Sättigung des Schenkels 12 die Differenz Ozatax-11)2max zwischen: den Werten der magnetischen Flüsse in den beiden Schenkeln konstant, und zwar etwa gleich h ist und durch die Linie L dargestellt wird. Die resultierende Spannung an den beiden Wicklungen 15 und 16. ist daher gleich ¢ f n h 1o-8 für alle Werte der magnetomotorischen Kraft oberhalb der Sättigung des Schenkels 12 und entspricht daher auch trotz erheblicher Änderungen der magnetomotorischen Kraft jeweils der Frequenz bzw. Geschwindigkeit des Generators 2o. Sofern die Werte von ia und k konstant sind, ergibt sich, daß die Spannung an den Sekundärwicklungen: 15 und 16 genau proportional der Frequenz der Spannring bzw. der Geschwindigkeit des Generators 2o ist. Die Sekundärspannung des Transformators 1o ist also unmittelbar proportional der Frequenz der Primärspannung und unabhängig v an Änderungen der Primärspannung über einen größeren Bereich. Das Anzeigegerät 24 kann daher unmittelbar in Frequenz-,verten des Primärkreises des Transformators 1o geeicht werden, oder es kann unmittelbar die Geschwindigkeit des Generators anzeigen.The resulting voltage on the two secondary windings 15 and 16 is equal to the difference between the two voltages on the. Single windings. The EMF induced in the secondary winding 15 is equal to 4 f n '01 a., 10-8, where f is the frequency, 0imax is the peak value of the magnetic flux in the leg 12 and n' is the number of turns of the winding 15. The EMF induced in the secondary winding 16 is equal to 4 f zz "02 max 1 o- $, where f is the frequency, 02." x is the peak value of the magnetic flux in the limb 13 and d "is the number of turns of the secondary winding 16. Since the frequency for both windings, which is the same, with the same number of turns? i = ni '=? z of both windings, the resulting voltage on windings 15 and 16 is equal to 4 f Ia 1o-8 (01 Max-02 max) from Fig.3 It can be seen that for all values of the magnetic flux above the saturation of the leg 12 the difference Ozatax-11) 2max between: the values of the magnetic fluxes in the two legs is constant, approximately equal to h and is represented by the line L. The resulting voltage on the two windings 15 and 16 is therefore equal to ¢ f nh 1o-8 for all values of the magnetomotive force above the saturation of the leg 12 and therefore corresponds to the frequency or respectively despite considerable changes in the magnetomotive force Generator speed 2o. If the values of ia and k are constant, the result is that the voltage on the secondary windings: 15 and 16 is exactly proportional to the frequency of the clamping ring or the speed of the generator 2o. The secondary voltage of the transformer 1o is therefore directly proportional to the frequency of the primary voltage and independent of changes in the primary voltage over a larger range. The display device 24 can therefore be calibrated directly in terms of frequency, verts of the primary circuit of the transformer 1o, or it can directly display the speed of the generator.

Die Ausführungsform des Transformators gemäß Abh.4 unterscheidet sich von der gemäß den Abb. 1 und 2 lediglich durch die ohne weiteres ersichtliche Anordnung der beiden Schenkel 12 und 13. Bei beiden Ausführungsformeen des Transformators 1o sind die Wicklungen von den äußeren Schenkeln 17 und 18 und den Jochen 26 umgeben, welche die Enden der äußeren Schenkel und der bewickelten Schenkel verbinden. Die äußeren Schenkel 17 und 18 und die Joche 26 schützen die Wicklungen vor äußeren Einflüssen, welche durch Störfelder eine Ungenauigkeit in der Anzeige des Meßgerätes 24 hervorrufen würden.The embodiment of the transformer according to dep. 4 differs from that according to FIGS. 1 and 2 only by the arrangement which is readily apparent of the two legs 12 and 13. In both embodiments of the transformer 1o the windings are surrounded by the outer legs 17 and 18 and the yokes 26, which connect the ends of the outer legs and the wrapped legs. the outer legs 17 and 18 and the yokes 26 protect the windings from outside Influences which cause an inaccuracy in the display of the measuring device due to interference fields 24 would cause.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Transformer, whose. Iron core four legs has, of which the two middle ones have different magnetic properties have and each from one winding part of the secondary winding consisting of: two winding parts are surrounded, while the primary winding both middle legs or those penetrating them Includes rivers, characterized in that for the purpose. Taking one of the voltage fluctuations the primary side independent and the primary side: frequency proportional secondary voltage the two secondary21 (15 and 16) are connected in series in opposite directions and the associated legs are so saturated that the magnetic induction Bmax of the one im straight part of the magnetization curve below and that of the other above the Kink lies.

2. Transformer according to claim 1, characterized in that the one (12) of the middle legs made of a nickel-iron alloy and the other (13) consists of soft iron with a very small cross-section.

3. Transformer according to claim 1, characterized in that one (12) of the middle leg made of a nickel-iron alloy and the other (13) consists of two parts adjacent to the yokes, of which at least one part is made of magnetic material is made with a very small cross-section. To distinguish the subject matter of the invention from the state of the art, the following documents have been considered in the granting procedure: German patent specifications No. 574 542, hol 296; Swiss patents No. 9 4 935). 180 783; U.S. Patent Nos. J 599 570, j 910 172; British patent specification No. 484 vr 19j5.