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Durch Gleichstromvormagnetisierung regelbarer Transformator Es ist
ein durch Gleichstromvormagnetisierung regelbarer Transformator bekannt, bei welchem
die Gleichstromwicklung vom Wechselfluß praktisch unbeeinflußt und der Primärwicklung
ein Reihenwiderstand vorgeschaltet ist. Dieser Reihenwiderstand ist ein Scheinwiderstand.
Wird in Verbindung mit der regelbaren Gleichstromvormagnetisierung des Transformatorkernes
im Kreis der Primärwicklung ein besonders bemessener Reihenwiderstand benutzt, so
gelingt es, durch Änderung der Gleichstromvormagnetisierung die von der Sekundärwicklung
des Transformators gelieferte Spannung zu regeln. Man braucht dann nur eine verhältnismäß
ig kleine Gleichstrommagneti s ierungsquelle, um auf einfache Weise die übersetzte
Spannung des Transformators, insbesondere durch eine Fernsteuerung, regeln zu können,
was einen bedeutenden technischen Fortschritt darstellt, Gemäß der Erfindung wird
dieser Fortschritt dadurch erreicht, daß als Reihenwiderstand eine luftspaltlose
Drossel und/oder ein Scheinwiderstand mit positivem Temperaturkoeffizienten verwendet
wird und daß der Transformator derart bemessen ist, daß er unterhalb der Grenzfrequenz
arbeitet.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung einer Ausführungsform des Gegenstandes der Erfindung, die in Fig. z
dargestellt ist.
Die Wechselspannungsquelle U - speist über den
Reihenwiderstand R die Primärwicklung I des Transformators. Die Primärwicklung besteht
aus zwei gleichen Teilwicklungen I a und I b. Jede Teil-. wicklung umfaßt einen
äußeren Schenkel des dreischenkligen Transformatorkernes z. Die Sekundärwicklung
II ist ebenfalls in zwei gleiche Teilwicklungen II a und II b aufgeteilt,
die auf den äußeren Schenkeln angeordnet sind. Sie speist den Verbraucher 2. Auf
dem mittleren Schenkel sitzt die Gleichstromvormagnetisierungswicklung III, der
ein regelbarer Gleichstrom aus der Gleichspannungsquelle U= zugeführt wird. Wird
die Gleichstromvormagnetisierung des Kernes z erhöht, so verkleinert sich die Induktivität
und damit der Scheinwiderstand der Primärwicklung. Die Folge davon ist, daß der
durch die Primärwicklung fließende Strom zunimmt. Damit wird aber die Sekundärspannung
ebenfalls kleiner.
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Die mögliche Regelung der Sekundärspannung des Transformators läßt
sich dadurch in erheblichem Maße steigern, daß für den Reihenwiderstand eine luftspaltlose
Drossel verwendet wird. Die Drossel ermöglicht eine selbsttätige Verstärkung des
Regeleffekts.
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Damit nun an den Klemmen der Drossel eine Vergrößerung ihres Scheinwiderstandes
entsteht, muß z. B. gemäß Kurve a der Fig. 2 der Zeichnung, welche für den Kern
der Drossel die Permeabilität ,u in Abhängigkeit von der magnetischen Induktion
B veranschaulicht, zwecks Erreichung des gewünschten Regeleffekts nur auf dem Teil
der Kurve gearbeitet werden, der in Richtung anwachsender Induktion B vor dem Höchstwert
.P der Kurve a liegt. Wird nämlich dieser Höchstwert überschritten, so daß man auf
den anschließenden abfallenden Teil der Kurve gelangt, so fällt mit größer werdender
Durchflutung der Scheinwiderstand der Drossel, welcher der -Permeabilität des Eisens
der Drossel direkt proportional ist, und die Sekundärspannung ändert sich nicht
mehr proportional mit der Gleichstromvormagnetisierung. Für gewisse Zwecke kann
es erwünscht sein, auch auf dem Teil der Kurve a zu arbeiten, der hinter dem Kurvenhöchstwert
liegt. Wie aus der Fig. 2 an Hand der Kurve a für das Arbeiten auf dem Anfangsteil
der Kurve vor ihrem Höchstwert hervorgeht, ist die Ausnutzung des Anlaufgebietes
nicht empfehlenswert.
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In Fig. 2 ist außer der Kurve a noch eine Kurve b eingetragen. Die
Kurve a gilt für eine nickelhaltige magnetisier-bare Legierung des Drosselkernes,
während die Kurve b für ein siliciumhaltiges Eisenblech gilt. Es ist zu erkennen,
däß die Kerne aus höherpermeablem Eisen gemäß der Kurve ca eine weit größere Belastungsabhängigkeit
aufweisen. Durch Drossel mit Kernen aus Blechen solchen höherpermeablen Eisens kann
also die durch die Drossel verstärkte Wirkung des Regelvorganges erheblich gesteigert
werden.
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Wird eine gewisse Verzögerung des Regelvorganges gefordert, so kann
mit der Eisenkerndrossel allein nicht mehr gearbeitet werden. In diesem Fall muß
gemäß der weiteren Erfindung als Reihenwiderstand ein Scheinwiderstand mit positivem
Temperaturkoeffizienten und eine luftspaltlose Drossel oder nur ein Scheinwiderstand
mit positivem Temperaturkoeffizienten verwendet werden.-Solche Widerstände haben
einen bestimmten Zeitwert für die stromwärmeabhängige Änderung ihres Widerstandswertes.
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Hinsichtlich des Transformators ist noch zu erwähnen, daß die Induktivität
seiner Primärwicklung derart bemessen sein muß, daß eine Änderung des Scheinwiderstandes
dieser Primärwicklung durch die Vormagnetisierung eintreten kann. Für den Scheinwiderstandswert
R der Primärwicklung des belasteten Transformators besteht abhängig von der Induktivität
L der Primärwicklung nämlich eine Funktion, wie sie die Fig. 3 veranschaulicht.
Aus dieser Kurve ist zu entnehmen, daß der Scheinwiderstand R für eine bestimmte
Frequenz f. für die die Kurve gezeichnet ist, sich erst unterhalb eines ganz bestimmten
Wertes der Induktivität L ändert, während er sonst praktisch konstant bleibt. Die
Induktivität der Primärwicklung muß also derart bemessen werden, daß für den Regelvorgang
der Teil der Kurve ausgenutzt wird, auf welchem der Scheinwiderstand in Abhängigkeit
von der Induktivität sich ändert. Aus der Kurve nach Fig.3 läßt sich noch eine weitere
Maßnahme ableiten, durch die die Regelwirkung gesteigert werden kann. Sorgt man
nämlich dafür, daß die Neigung des abfallenden Kurventeiles steiler wird, so bedeutet
das, daß mit zunehmender Gleichstromvormagnetisierung ein stärkerer Abfall des Scheinwiderstandes
der Primärwicklung für .die gleichen Werte der Induktivität der Primärwicklung stattfindet.
Es ergibt sich somit bei der gleichen Änderung der Gleichstromvormagnetisierung
eine stärker ausgeprägte Spannungsaufteilung zwischen dem Scheinwiderstand der Primärwicklung
des Transformators und dem Reihenwiderstand und damit eine erhöhte Regelwirkung.
Ein geeignetes Mittel, diesen steileren Abfall der Kurve zu erreichen, besteht darin,
als Werkstoff für den magnetisierbaren Kern des Transformators einen solchen von
hoher Permeabilität zu benutzen. Mittelwerte hierfür können dadurch erreicht werden,
daß man z. B. einen Transformatorkern wählt, der aus Blechen von Werkstoffen verschiedener
Permeabilität besteht.
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Auch durch entsprechende gegenseitige Abstimmung der magnetisierbaren
Stoffe der Kerne von Transformator und . luftspaltloser Drossel lassen sich beliebige
Kennlinien für die Regelung erreichen.
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In manchen Fällen ist es erwünscht, daß mit Einsetzen der Gleichstromvormagnetisierung
des Transformatorkernes nicht unmittelbar auch eine Regelung des Transformators
stattfindet. Das läßt sich, wie aus der Fig. 3 entnommen werden kann, in einfacher
Weise dadurch erreichen, daß die Induktivität der Primärwicklung des Transformators
derart bemesssen ist, daß .die Wirkung der Gleichstromvormagnetisierung auf dem
horizontalen
Teil der Kurve einsetzt, so daß sich also zunächst
keine Änderung des Scheinwiderstandes trotz der Änderung der Induktivität ergibt.