DE901660C - Transduktor, insbesondere fuer Kraftnetze - Google Patents

Description

• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.

Claims (1)

1. PATENTANSPRLI CHE: i. Transduktor mit innerhalb seiner Wechselstromwicklung angebrachten Gleichstromwicklungen, die getrennte Flußwege im Eisenkern umschließen, dadurch gekennzeichnet, daß entlang des Eisenkerns, innerhalb jeder Wechselstromwicklung, durch die Kernachse gehende Aussparungen (Fenster) angeordnet und hierin und auf den zwischen den Aussparungen verbleibenden Kernteilen Gleichstromwicklungen mit zur Kernachse senkrechter Spulenachse angebracht sind, wobei auf dem Kern eine oder mehrere mit der erstgenannten Wechselstromwicklung konzentrische Wechselstromwicklungen angeordnet sind, so daß der Transduktor auch wie ein Transformator wirken kann. z. Transduktor nach Einspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß drei oder mehrere solche Eisenkerne durch angeschlossene Joche zu einem mehrschenkligen Kern verbunden sind. 3. Elektrische Anlage mit einer oder mehreren Wechselstromleitungen, besonders Fernleitungen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Transduktor gemäß Anspruch i oder z an den Leitungen angeschlossen ist.