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Transduktor, insbesondere für Kraftnetze, Die Erfindung bezieht sich
auf einen Transduktor, d.h. auf ein statisches Gerät, das aus einem oder mehreren
ferromagnetischen Kernen mit Wicklungen, den Transduktorelementen, besteht und das
dazu dient, eine Wechselspannung oder einen Wechselstrom unter Ausnutzung der Sättigungserscheinung
in den Kernen durch eine Steuerspannung oder einen Steuerstrom zu verändern.
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Bei Verwendung für hohe Spannungen ist der gewöhnliche Reihentransduktor
in Einphasenausführung oder in spargeschalteter Dreiphasenschaltung mit dem Nachteil
verbunden, da.ß von zwei in Gegenphase arbeitenden Transduktorelementen das eine
die ganze Spannung aufnimmt, während das andere spannungslos ist, und umgekehrt.
Aus diesem Grunde ergeben sich einmal Isolationsschwierigkeiten bei sehr hohen Spannungen
und zum anderen der Nachteil, daß es schwierig ist, die Wechselstromseite des Transduktors
in an und für sich erwünschter Weise als Transformator ,verwenden zu können. In
diesem Fall müßte nämlich jede Transformatorwicklung auf jedem der zu den genannten
Transduktorelementen zugehörigen Kerne angeordnet werden. Bereits aus diesem Grund
wäre es also ein großer Vorteil, die zwei auf getrennten Transduktorelementen reihengeschalteten
Wechselstromwicklungen zu einer Wicklung zusammensetzen zu können bzw. zu mehreren
Wicklungen auf einem gemeinsamen Kern, wenn eine Transformatorwirkung zwischen den
Wicklungen gewünscht wird. Es wäre dies an sich möglich durch die Verwendung einer
Schaltung, die die Flüsse der Kerne magnetisch parallel schaltet, statt die Spannungen,
die
auf den Kernen angebracht sind, galvanisch in Reihe zu schalten. Man muß aber immer
noch auf der Gleichstromseite zwei getrennte Kerne vorsehen oder wenigstens zwei
verschiedene Flußwege, die beide von einer oder mehreren Wechselstromwicklungen
umschlossen sind.
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Eine seit langem wohlbekannte Anordnung, die diese Förderungen erfüllt,
ist die aus einem dreischenkligen Kern aufgebaute, der auf einem der Schenkel eine
Wechselstromwicklung und auf den übrigen Schenkeln Gleichstromwicklungen hat. Diese
Schaltung erfüllt also im Prinzip die aufgestellten Forderungen, sie hat aber erhebliche
Nachteile in ihrer Wirkungsweise wegen der großen Streureaktanzen zwischen den drei
Wicklungen und eines damit bedingten großen äußeren Streufeldes und eignet sich
nicht für die für die Erfindung in Betracht kommenden hohen Spannungen und großen
Leistungen.
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Die Erfindung bringt eine andere Lösung der Aufgabe, indem innerhalb
jeder Wechselstromwicklung Gleichstromwicklungen angebracht werden, die getrennte
Flußwege in dem Eisenkern umschließen. Das die Erfindung Kennzeichnende ist dabei,
daß entlang des Eisenkerns, innerhalb jeder Wechselstromwicklung, durch die Kernachse
gehende Aussparungen (Fenster) angeordnet und hierin und auf zwischen den Aussparungen
verbleibenden Kernteilen Gleichstromwicklungen mit zur Kernachse senkrechter Spulenachse
angebracht und auf dem Kern eine oder mehrere mit der erstgenannten Wechselstromwicklung
konzentrische Wechselstromwicklungen angeordnet sind, so daß der Transduktor auch
wie ein Transformator wirkt. In der Zeichnung ist in Fig. i eine Ausführungsform
der Erfindung für eine Phase gezeigt, bei der der Transduktorkern mit einer Anzahl
Fenster versehen ist, zwischen denen Gleichstromwicklungen angeordnet sind; Fig.
2a bis 2e zeigen schematisch die Verhältnisse in einem Kern bei angelegter Gleichspannung,
aber bei verschiedener Größe des Wechselstromflusses.
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In Fig. i ist der mittlere Schenkel i des Eisenkerns mit einer Anzahl
Aussparungen (Fenster) z versehen, in welchen Gleichstromwicklungen 3 angebracht
sind; deren Spulenachsen winkelrecht zu denen der umschließenden Wechselstromwicklungen
sind. Von den letzteren ist der Deutlichkeit halber nur eine, 4. in der Figur, gezeigt
mit ihren Anschlüssen 5 und 6. Die Gleichstromspulen 3 sind untereinander reihengeschaltet
und an eine nicht gezeigte Gleichstromquelle bei 7 und 8 geschaltet. Sie haben solchen
Wicklungssinn, daß die Gleichstromflüsse von zwei nebeneinanderliegenden Spulen
durch die zwischen den Fenstern liegenden Kernteile zusammenwirken. Um einen geschlossenen
Weg für den Wechselstromfluß zu bilden, ist der Eisenkern mit unbewickelten Schenkeln
9, i o versehen.
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Durch die gezeigte Anordnung wird eine so fest wie mögliche Kopplung
zwischen den Gleichstrom-und den Wechselstromwicklungen erhalten, wobei gleichzeitig
die Streuflüsse begrenzt und bedeutende Vorteile im Hinblick auf die Isolation erreicht
werden.
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Aus den schematischen Fig. 2a bis 2e geht die Wirkungsweise der Anordnung
hervor. Die mit Pfeilen versehenen Linien stellen Flußlinien dar, die kreuzgestrichelten
Teile der Kerne zeigen Teile, die für die gezeigte Flußverteilung gesättigt sind.
Es ist angenommen, daß jede Flußlinie einen so großen Fluß bezeichnet, daß gemäß
Fig.2a, wenn nur Gleichstromfluß vorhanden ist, die zwischen den Fenstern der Kerne
befindlichen Teile von einem Fluß gesättigt werden, der mit vier Flußlinien bezeichnet
ist. Es wird weiter angenommen, daß die vertikalen Teile auf jeder Seite der Fensterreihe
von je vier Flußlinien gesättigt werden. Von dieser Bemessungsannahme ausgehend
soll näher beschrieben werden, wie ein wachsender axialer Fluß sich dem Fluß der
Gleichstrommagnetisierung überlagert. Gemäß Fig.2b sind zwei und gemäß Fig. 2 c
vier axiale Flußlinien überlagert. Bis zur Größe des axialen Flusses nach Fig.2b
sind keine Veränderungen in den Sättigungsverhältnissen des Kernes eingetreten;
wenn aber, wie in Fig. 2 c gezeigt ist, vier axiale Flußlinien auf einer Seite eines
jeden Fensters auftreten, wird der entsprechende Teil des Kernes gesättigt. Jede
Steigerung des axialen Flusses führt dann eine Änderung des Flusses in den Teilen
zwischen den Fenstern mit sich, wie Fig. 2 d zeigt. Dieser Vorgang kann sich fortsetzen,
bis das Gebiet auf jeder Seite der Fenster gemäß Fig. 2 e gesättigt ist.
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Fig.2 illustriert die Verhältnisse während des ersten Viertels der
Flußperiode. Eine entsprechende Reihe von Flußbildern tritt auf, wenn der Fluß danach
von 2e bis 2a vermindert wird. Dann wird eine entsprechende Entwicklung durchlaufen
mit entgegengesetzter axialer Flußrichtung.
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Während der Intervalle, wo das Flußbild, wie in den Fig. 2a bis 2c
gezeigt, ist, hat die Gleichstromwicklung offenbar keine Einwirkung auf die Wicklungen,
die den Wechselstromfluß hervorrufen, sondern in den letzteren herrscht Stromgleichgewicht
wie in einem gewöhnlichen Transformator. Für jede Steigerung des Wechselstromflusses
über den Zustand hinaus, der in Fig. 2 c gezeigt ist, muß der Fluß in den Teilen
zwischen, den Fenstern ebensoviel geändert werden, wie sich der axiale Fluß ändert.
Das erfordert, daß unter diesen Umständen auch die Gleichstromwicklung in das Stromgleichgewicht
.einbegriffen werden muß. Wir haben also dann kein Stromgleichgewicht mehr zwischen
den Wechselstromwicklungen, es tritt ein Differenzstrom auf, der von dem Strom in
der Gleichstromwicklung ganz bestimmt wird. Der Charakter dieses Differenzstromes
wird ganz derselbe wie der Strom in einer zu den Wechselstromwicklungen parallel
geschalteten Drosselspule. Die erfindungsgemäße Anordnung kann also wie eine variable
Drossel verwendet werden.
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Wäre dieselbe- Anordnung so bemessen, daß die Sättigung in den Teilen
neben der Fensterreihe schon in einem Intervall gemäß Fig.2a aufträte,
so
wäre ein doppelt so großer Eisenquerschnitt zwischen den Fenstern wie an den Seiten
der Fensterreihe erforderlich. Dann erhält man eine Anordnung mit Transduktorwirkung
schon bei einer beliebig kleinen aufgedrückten Wechselspannung, ganz wie bei einem
normalen Transduktor. In diesem Fall muß aber für einen gewissen aufgenommenen Strom
eine größere Amperewindungszahl in jeder Gleichstromspule verwendet werden. Dies
wäre im Verhältnis zu der beschriebenen Anordnung unwirtschaftlich, bei der die
Transduktorwirkung nicht vor einer gewissen Größe der Wechselspannung eintritt,
beispielsweise vor der Hälfte oder vor zwei Dritteln der normalen Spannung.