DE8717063U1

DE8717063U1 - Stelltransformator

Info

Publication number: DE8717063U1
Application number: DE8717063U
Authority: DE
Original assignee: MWB Messwandler Bau AG
Current assignee: Trench Germany GmbH
Priority date: 1987-12-29
Filing date: 1987-12-29
Publication date: 1989-04-20

Description

MWB MESSWANDLER-BAU AG
8600 Bamberg

Stelltransformator

Die Neuerung betrifft einen Stelltransformator nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Insbesondere im Labor- und Prüffeldbetrieb sind derartige kleine preiswerte Aggregate erwünscht. Verluste und Wirkungsgrad spielen da eine untergeordnete Rolle im Gegensatz zum Preis- Leistungsverhältnis und zur zulässigen Leistung im Kurzzeitbetrieb.

Stelltransformatoren zur Einspeisung von Wechsel^pannungs-Prüfanlagen werden fast immer kapazitiv belastet. Zur Einspeisung großer Hochspannungs-Prüftransformatoren sind Thoma-Regler üblich. Der im Vergleich zu luftspaltlosen Stelltransformatoren große Leerlaufstrom des Thoma-Reglers ist bei dieser Verwendung kein Nachteil. Man kann den Magnetisierungsstrom als Teil des induktiven Stromes auffassen, der zwecks Kompensation erwünscht ist, d.h. der Luftspalt des Thoma-Reglers hat hinsichtlich Entlastung der Netzeinspeisung für die gesamte Prüfanlage die gleiche vorteilhafte Wirkung wie eine entsprechend dimensionierte Primärkompensations-Drossel. Diese Drossel kann beispielsweise ein Kurzschlußring sein, der im Stelltransformator eingebaut ist. Obwohl also die elektrische Wirkung des Luftspaltes bei der Verwendung des Thöma-Regiers als

2B Stelltransformator für Wectiselspanriungs-Prufanlagen wegen

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des großen Magnetisierungstromes und auch wegen der Oberwellenfreiheit infolge geringer Flußdichte meist vorteilhaft ist, hat der Luftspalt auch hier schwerwiegende Nachteile . Es wird hier beispielsweise verwiesen auf Seifert: "Stelltransformatoren", Dr. K. Hüthig Verlag, Heidelberg, 1971.

Diese Nachteile sind:

- komplizierter und damit teuerer Kern;

- Magnetkräfte und Geräuschbildung bei Unsymmetrien des Luftspaltes;

- trotz Verwendung von Polschuhen, d.h. trotz Vergrößerung des Eisenquerschnittes in der Nähe des Luftspaltes weist dieser Abschnitt des Magnetkreises einen so großen magnetischen Widerstand auf, daß der Einsatz hochpermeabler Kernwerkstoffe für den gesamten Magnetkern nicht lohnt;

- wegen des Luftspaltes wird der Kern als Manteltyp

&Ggr; ausgeführt, d.h. bei Drehstrom müssen drei Einphasen-

Transformatoren verwendet werden.

Diese Nachteile sollen mit der vorliegenden Neuerung vermieden werden. Dies wird durch die im Kennzeichen des Anspruches 1 angegebenen Merkmale erreicht.

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&igr; Der Kurzschlußring mit Stromabnehmer ersetzt hierbei den

Luftspalt und den außerhalb des Magnotkreises angeordneten Schleifring des Thofna-Roglers.

Weitere Merkmale der vorliegenden Neuerung sirtd in den Unteransprüchen beansprucht.

, Weitere vorteilhafte Einzelheiten der Neuerung ergeben sich aus der Zeichnung.

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1 zeigt das KöristrUktibrisprinzip der Vorliegenden Neuerung.·

Die den Schenkel 1 eines Trärisförniatörkern 2 Umgebende Stellwicklung 3 ist an einem Ende mit dem Kurzschlußring 4 verbunden und relativ zu den Stromabnehmern 5 und 6 drehbar, Primärwicklung und vollständiger Magnetkreis des erfindungsgemäßen Stelltransformators sind zeichnerisch

Der kleine Durchmesser d der Stellwicklung 3 und der große Durchmesser D des Kurzschlußringes 4 deutet die angestrebte enge bzw, löse Kopplung mit der Primärwicklung an. Die Darstellung des Kurzschlußringes 4 als dünnwandiger, zylinderförmiger Abschnitt soll neigen, daß der Kurzschlußring 4 eine große Induktivität besitzt. Die Stellwicklung 3 ist im Gegensatz zum flachen Kurzschlußring 4 (zylinderförmiger Abschnitt), aus hochkant gewickeltem blanken Leitermaterial j beispielsweise auf Kupferprofil hergestellt und kann insbesondere - wie beim Thoma-Regler- auf einem drehbaren Isolierzylinder angeordnet sein. Das Ende der Stellwicklung 3 ist jedoch nicht wie beim Thoma-Regler zusammen mit dem Isolierzylinder durch einen Luftspalt aus dem Magnetkreis geführt, sondern mit dem Kurzschlußring 4 verbunden, der den Hauptfluß des Magnetkreises, nämlich den Schenkel 1, umfaßt. Ein Stromabnehmer 5 schleift-v/ie beim Thoma-Regler-vorzugsweise auf der Außenseite der blanken Steil-•;icklung 3 und wird von der Schraubenlinie der Stellwicklung 3 geführt. Ein weiterer Stromabnehmer 6 schleift am blanken Umfang (außen, innen, oben oder unten) des Kurzschlußringes 4.

In einem Kreisabschnitt des Kurzschlußringes 4 fließt die (geometrische) Summe , im anderen die (geometrische)

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Differenz zwischen Kr§isstfom und Nutzström, Wobei mit Kreisstföm der Ström bezeichnet sei, der gemäß Windungsspannung und Impedanz des KUTZschlußririges 4 im Kurzschlußfing 4 fließt und mit Mutzström der Strom in der Stellwicklung 3, Die Länge dieser beiden Abschnitte richtet sich nach der Stellung des Stromabnehmers 6 relativ zum Anschluß der Stellwicklung 3 am Kurzschlußring 4. Der Querschnitt des Kurzschlußringes 4 ist entsprechend der Strombelastung für e?.n Mehrfaches des Nennstromes der Stellwicklung 3 dimensioniert und die Impedanz des Kurzschlußringes 4 so gewählt* daß die Scheinleistung des Kurzschlußringes 4 einerseits und der Spannungsabfall im Nutzstrompfad auf dem Abschnitt des Kurzschlußringes 4 andererseits nicht zu groß wird.

Beim Thoma-^Regler wäre die Spannungsänderung als Funktion des Drehwinkels bei kreisförmigem Kernquerschnitt konstant, Bei der Stromabnahme mittels des Kurzschlußringes 4 ändert sich dagegen die Leerlaufspannung beim Durchlaufen einer Windung prinzipiell "verschliffen" - treppenfÖrmig, d.h. die abgegriffene Spannung ist nur im Mittel dem Dreh^ winkel proportional. Dies stört in den meisten Anwendungsfällen nicht, weil ^sich die Abweichungen in der Praxis mühelos ausregeln lassen.

Prinzipiell sind alle Schaltungen, wie bei anderen Stelltransformatoren, ausführbar. Bei der Sparschaltung und drehbarer Stellwicklung 3 sind mindestens 2 Kurzschlußringe erforderlich, was zeichnerisch nicht dargestellt ^ist·

Im Gegensatz zum Thoma-Regler der - wie erwähnt - als Hanteltyp ausgeführt wird, kann bei dem luftspaltlosen erfindungsgemäßen Stelltransformator jede übliche Kernform verwendet werden, beispielsweise Kern- oder Mantel-

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ty,;? bei Einphasentransfdrmatoren öder Dreischenkelkerri trol Dreiphasentransferfflatöfen.

Wenn eine besonders größe Kürzschlußfestigkeit gefördert wird, sind feststehende Stellwicklung 3 mit Kürzschlußring 4 und umlaufende Stromäbnehffierkontäkte 5 bzw. 6 vorteilhaft, die üblicherweise so konstruiert sind, daß sich der Anpreßdruck infolge des Kurzschlußstromes Verstärkt .

Diese Variante ist außerdem vorteilhaft für die Sparschaltung zu verwenden. Bei feststehender Stellwicklung kommt man auch bei Sparschaltung mit einem Kurzschlußring 4 aus,

Die Übertragung der Drehbewegung auf die Stellwicklung und den Kurzschlußring 4 oder auf die Stromabnehmer 5 bzw. 6 erfolgt zweckmäßig mittels Kunststoff-Zahnkränzen.

Zum Ausgleich der bei Stelltransformatoren prinzipiell auftretenden Amperewindungs-Unsymmetrie, d.h. zur Verkleinerung des Streuflusses und seiner Nachteile (Kurzschlußspannung, also Unterschied zwischen Leerlauf- und Lastspannung, Wirbelströme, d.h. Erwärmung leitfähiger Konstruktionsteile, Kraftwirkungen im Kurzschlußfall) sind die üblichen Maßnahmen anwendbar, wie Schubwicklungen, wobei als Sonderfall der geschlitzte Schubwicklungszylinder erwähnt sei, der außerdem die Funktion elektromagnetischer Abschirmung und mechanischer Ver-Stärkung des Isolierrohres der Stellwicklung übernehmen kann.

Das Kernstück des Stelltransformators gemäß der vorliegenden Erfindung ist neben der vom Thoma-Regler bekannten Stellwicklung der Kurzschlußring 4.

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Der Kurzschlußring 4 tritt praktisch an die .Stelle des Luftspaltes, d.h₄ der Stelltransformator gemäß der Vorliegenden Neuerung hat das BetfiebsVefhalten des THömä-Regiers*

Dies soll im folgenden anhand des hier zweckmäßigen Vierpol-Ersatzschaltbildes näher erläutert werden:

Erie Impedanz des Kurzschlußringes 4 liegt parallel zur iÖ wesentlich größeren Mägnetisierungsimpedanz und bestimmt daher den Leerlaufstrom d.h. sie stellt die Leerlauf impedanz dar₄ Die Begriffs "Kurzschlußimp.edanz" und "Streufluß¹¹ werden bei der Beschreibung des Kurzschlußringes 4 vermieden, um Verwechslungen mit der Streuimpedanz des Ersatzschaltbildes auszuschließen, die das Last- und Kurzschlußverhälten des Transformators bestimmt * Das Magnetfeld des Kurzschlußringes 4 bringt zwar die konstruktiven Probleme eines Streufeldes (Wirbelströme, Erwärmung und Krafteinwirkungen in leitfähigen Konstruktionsteilen) mit sich und der vom Drehwinkel abhängige Teil der Impedanz des Kurzschlußringes 4,der von den beiden ebenfalls drehwinkelabhängigen Teilen des Sekundärstromes durchflossen wird, ist auch ein Teil iier Streuimpedanz des Stelltransformator.

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Zum Verständnis des Betriebsverhaltens ist es jedoch ausreichend und zweckmäßig, den !'.jrzschlußring 4 - wie gewohnt - als Drossel zwischen den Primärklemmen aufzufassen, denn der Luftspalt des Thoma-Reglers wird in gleicher Weise durch überschlagsmäßige Berücksichtigung des Magnetisierungsstromes als Teil des Primärstromes berücksichtigt.

Entsprechend der Windungsspannung (beim Thoma-Regler beispielsweise in der Größenordnung 10 V, hier beim

luftspaltlosen Transformatorkern 2 entsprechend größer), muß die Impedanz des KurzschluBringes 4 groß genug gemacht werden, um das Magnetfeld und die Verlustleistung des Kurzschlußringes 4 in erträglichen Grenzen zu halten, was entweder durch die Ausbildung des Kurzschlußringes 4 als Resistanzring mit Kühlrippen bei kleiner oder als Reaktanzring mit Kern bei großen Ausführungen erreicht werden kann.

Eine Kombination dieser Maßnahmen ist nur dann sinnvoll, wenn es gelingt, die Reaktanz und die Resistanz in die gleiche Größenordnung zu bringen. Dies ist im Sonderfall rcöglich, beispielsweise durch Verwendung ferromagnetischem Widerstandsmaterials, das entweder selbst für die Kontaktbahn des Stromabnehmers eingesetzt wird oder aber mit Kontaktv/erkstoff verbunden ist.

Die Figuren 2 bis 4 zeigen Ausführungsvarianten von Kurzschlußringen 4 als Reaktanzringe. Da die Induktivität des Kurzschlußringes 4 durch Wahl der Abmessungen allein nicht groß genug gemacht werden kann (Platzbedarf des möglichst großen, dünnwandigen und hohen Ringes im Kernfenster), wird beispielsweise gemäß Fig. 2 der Kupferleiter 4' des Kurzschlußringes 4 so mit einem Magnetkern 7 umgeben, daß nur ein umlaufender Spalt 13 für die schmale Schleifbahn des Stromabnehmers 6 freibleibt. Der Magnetkern 7 kann gemäß dem weiteren Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 beispielsweise aus einzelnen, mit einem Schlitz 8 versehenen Ferritformstücken 9 bestehen, die auf den Kurzschlußring 4 gesteckt und beispielsweise mittels elastischer Beilagen (zeichnerisch nicht dargestellt) verklemmt werden. Verwendet man gemäß Fig. 4 noch einen zweiten ringförmigen, mit dem Stromabnehmer 6 verbundenen Magnetkernteil 12 zur Abdeckung der Schleifbahn des Stromabnehmers G, so wird

3g del" Magnetfluß deß Kurzsöhlußfinges 4 bis auf den

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Luftspalt 10 in einem Magnetkern 7 aus hochpermeablem Material geführt. Dieser Luftspalt 10 ^.nöglicht die Relativbewegung zwischen Kurzschlußring 4 und Stromabnehmer 6, nämlich zwischen den Magnetkernteilen 11 und 12, die beispielsweise aus einzelnen Ferritformstücken - gemäß Fig. 3 - bestehen können.

Wie bereits angedeutet,ist es grundsätzlich möglich und bei bestimmten Ausführungsbeispielen auch notwendig, mehr als einen Kurzschlußring 4 vorzusehen. Wie bereits erwähnt, sind bei Verwendung der Sparschaltung und drehbarer Stellwicklung 3 zumindest zwei Kurzschlußringe 4 erforderlich.

Auch wenn der neuerungsgemaße Stelltransformator bevorzugt für Prüfanlagen, vorzugsweise zur Einspeisung von Wechselspannungs-Prüfanlagen zum Einsatz kommt, so ist dessen Verwendung jedoch auf dieses Einsatzgebiet nicht beschränkt.

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Claims

MWB MESSWANDLER-BAU AG
8600 Bamberg

Schutzanspreche

X. Stelltransformator, insbesondere für Prüfanlagen, mit einem Transformatorkern, einer Primärwicklung und einer einlagigen kontaktierbaren Stellwicklung, längs welcher wenigstens ein Stromabnehmer relativ zur Stellwicklung, diese kontaktierend, verstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Ende der Stellwicklung (3) mit mindestens einem Kurzschlußring (4) verbunden ist und ein weiterer Stromabnehmer i6) vorgesehen ist, der relativ zum Kurzschlußring (4) bewegbar ist und diesen kontaktiert. 10

2. Stelltransformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kurzschlußring (4) von einem einen umlaufenden Spalt (13) für den weiteren Stromabnehmer (6) aufweisenden ringförmigen Magnetkern .(7) umgeben ist.

3. Stelltransformator nach Anspruch. 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetkern (7) aus einzelnen, aneinandergereihten einen Schlitz (8) aufweisenden Ferritformstücken (S) besteht und die Schlitze (8) in aneinandergereihtem Zustand den umlaufenden Spalt (13) bilden.

4. Stelltransformator nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetkern (7) einen Luftspalt (10) aufweist, indem ein ring- oder scheibenförmiger Teil (12) desselben vom übrigen Kerrsteil (11) dureh den Luftspalt (10) getrennt ist«

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5. Stelltranformator nach einem der Ansprüche 2 his 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Stromabnahme freie Bahn des Kurzschlußrings (4) über einen Luftspalt (10) von einem ringförmigen Magnetkernteil (12) bedeckt ist, wobei der weitere Stromabnehmer (6) den Luftspalt (10) und den ringförmigen Magnetkernteil (12) durchdringt.

6. Stelltransformator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kurzschlußring (4) aus Widerstandsmaterial besteht und mit Kühlripoen versehen ist.

7. Steiltransformator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kurzschlußring (4) rechteckigen Querschnitt besitzt und einen zylinderförmigen Abschnitt bildet.

8. Stelltransformator nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Windungsabstand (Durchmesser D) des Kurzschlußrings (4) vom Schenkel (1) des Transformatorkerns (2) groß ist im Verhältnis zum Windungsabstand (Durchmesser J) der Stellwicklung (3) vom Schenkel (1) des Transformatorkerns (2).

9. Stelltransformator nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellwicklung (3) und der Kurzschlußring (4) am Transformatorkern (2) fest angeordnet sind und daß der die Stellwicklung (3) kontaktierende Stromabnehmer (5) auf einer der Steigung der Stellwicklung (3) entsprechende/i ucnraubenlinie und der den Kurzschlußring (4) kontaktxei'ende weitere Stromabnehmer (6) auf einer Kreisbahn bewegbar sind.

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IU. Stelltransformator nach einem der Ansprüche 1 bis 8j dadurch gekennzeichnet j daß die Stellwicklühg (3) und dar Kurzschlußfing (4) gemeinsam um einen Schenkel (i) des Transförmatörkerns (2) drehbaf sind Und die zügeordneten Stromabnehmer starr (6) oder nur in Achsrichtung der Steliwickiung (3) beweglich (S) angebracht

11* Stelltransformator nach einem der Ansprüche 1 bis

10, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellwicklung (3) aus einem hochkant gewickelten Leiter besteht.

12. Stelltransformator nach einem der Ansprüche 1 bis

11, dadurch gekennzeichnet, daß der Tränsformätorkern (2) iuftspaltlos ausgebildet ist*