DE943140C

DE943140C - Transformator mit den Belastungsverhaeltnissen angepasster Induktion

Info

Publication number: DE943140C
Application number: DEA9525D
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Koechling; Dr-Ing Wilhelm Schaefe
Original assignee: AEG AG
Current assignee: AEG AG
Priority date: 1945-04-19
Filing date: 1945-04-19
Publication date: 1956-05-09

Description

Transformator mit den Belastungsverhältnissen angepaßter Induktion Die Bemessung eines Transformators erfolgt im allgemeinen unter Zugrundelegung einer bestimmten Belastung. Im tatsächlichen Betriebe wird jedoch der Transformator häufig, und zwar auch über längere Zeiträume hinweg, in ganz anderer Weise beansprucht, und die gewählten Abmessungen ergeben dann auch nicht annähernd mehr die gewünschten optimalen Verhältnisse.
Insbesondere zwei Betriebszustände sind indiesem Zusammenhang von besonderer Bedeutung. Einmal der Fall, daß der Transformator längere Zeit nur mit Teillast betrieben wird. Die Leerlaufverluste, die im wesentlichen nur von der Kernsättigung, d. h. also von der Induktion des Transformators, abhängig sind und daher in unveränderter Größe auch bei Teillast des Transformators erhalten bleiben, stehen dann in einem derartigen Mißverhältnis zur Nutzlast des Transformators, daß dieser mit einem schlechten Wirkungsgrad arbeitet. Andererseits verbietet es aber die Rücksichtnahme auf eine wirtschaftliche Herstellung des Transformators, diesen von vornherein mit einer geringen Induktion auszulegen, um auf diesem Wege die Leerlaufverluste klein zu halten.
Der andere Betriebsfall, bei dem die hohe Kernsättigung des Transformators sich unvorteilhaft erweist, ist dem vorbeschriebenen gerade entgegengesetzt und liegt dann vor, wenn der Transformator sehr stark überlastet ist, insbesondere wenn in dem betreffenden Netz ein Ku@rzschlußstrom fließt. Hier wäre .eine große, durch den Transformator dargebotene Induktivität erwünscht, um den Kurzschlußstrom in der Anlage klein zu halben. Aus diesem Grund wurde zur Verminderung der Leerlaufarbeit bei Minderbelastung eines Transformators schon vorgeschlagen, bei Dreiphasen--transformatoren von der Dreieckschaltung bei Vollbetrieb zur Sternschaltung bei Minderbetrieb überzugehen. Diese Umschaltung von Dreieck auf Stern muß dann sowohl primärseitig als auch sekundärseitig erfolgen. Eine derartig vorgenommene Umschaltung läßt aber -nur eine ungenaue Anpassung an die augenblickliche Belastung zu, da hierbei insbesondere der unterhalb der Halblast liegende Betriebsbereich unberücksichtigt bleibt.
Aufgabe derErfindung ist esdaher, durch gleichzeitige und in gleichem Verhältnis geänderte primäre und sekundäre Windungszahl die Induktion den Belastungsverhältnissen anzupassen. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die zusätzlich erforderlichen Windungen den anderen Zwecken dienenden Wicklungen entnommen werden. Dies läßt sich beispielsweise dadurch verwirklichen, daß die Primärwicklung und die Sekundärwicklung aus mehreren Teilwicklungen bestehen, die in Reihe und parallel geschaltet werden können.' Wenn der betreffende Transformator voll belastet ist, sind auf der Primär- und der Sekundärseite die Wicklungen sämtlich parallel geschaltet. Bei Teillast dagegen werden gleichmäßig primär- und sekundärseitig mehr oder weniger Wicklungen in Reihe geschaltet. Naturgemäß so, daß das Übersetzungsverhältnis des Transformators gewahrt bleibt. Die gleiche Umschaltung =wird bei Überstrom vorgenommen, da mit der Herabsetzung der Induktion sich zwangläufig die Reaktanz des Transformators erhöht. Die Kurzschlußspannung bleibt praktisch die gleiche, was im Hinblick auf das Parallelschalten mit anderen Transformatoren von Bedeutung ist. Die Kurzschlußleistung jedoch, die durch den Transformator mit bei Teillast abgelenkter Induktion übertragen wird, beläuft sich nur auf einen Bruchteil der Kurzschlußle.istung bei Vollast. Infolgedessen sind auch die gefürchteten Kurzschlußkräfte in diesem Fall nur ein Bruchteil der ohne diese Induktionsabsenkung auftretenden Kräfte.
Schließlich hat der Erfindungsgegenstand auch noch im Hinblick auf die Oberwellenfreiheit des Magnetisierungsstromes Vorteile. Wenn nämlich bei Teillast die Induktion beispielsweise von 15 000 auf io ooo Gauß gesenkt wird, so ist die Kernsättigung derart gering, daß die Oberwellen keine Bedeutung mehr besitzen. Eine besondere Oberur.ellenkompensation erübrigt: s4dh dann bei diesen Transformatoren.
Zweckmäßigerweise wird man so vorgehen, daß die Induktion des Transformators seinem jeweiligen Belastungszustand derart angepaßt wird, daß seine Leerlauf- und Kurzschlußverluste einander gleich sind. Das heißt mit anderen Worten, daß der Transformator bei Vollast (Nennbetrieb) seine volle Induktion (normgemäß etwa 15 ooo Gauß) besitzen soll, während er bei Teillast eine entsprechend kleinere Induktion (z. B. io ooo Gauß) aufweist. Die bei Teillast erforderliche größere Windungszahl auf der Primär- und Sekundärseite -das Übersetzungsverhältnis muß unveränderlich erhalten bleiben - wird dabei durch Reihenschaltung von bei Vollast parallel liegenden Wicklungsteilen erhalten. Unter Umständen können hierfür auch andere sonst brachliegende Wicklungsteile, wie etwa eine Ausgleichswicklung, Vorratswicklung oder dritte Wicklung, zur Windungszahlvergrößerung mit herangezogen «erden. Mehraufwendungen werden in der Regel nicht erforderlich sein.
Um nun das Verhältnis der Verluste, das bei Nennlast etwa 1/1 betragen dürfte, auch bei Teillast aufrechtzuerhalten, ist es theoretisch notwendig, die Induktion mit der Wurzel aus der Belastung zu senken. Hat also ein Transformator Halblast, so ist seine Vollastinduktion 15 ooo Gauß durch Reihenschaltung eines 41 % großen Wicklungsteiles (primär und sekundär) auf io 6oo Gauß zu senken. Bei Viertellast wird die Induktion durch Verdoppelung der Windungszahl (halber Querschnitt) mvttels Reihenschakung der Wicklungshälfte auf 7 5oo Gauß gesenkt. Dabei ergeben sich genau ein Viertel der Eisen- und Wicklungsvbllastverluste. Waren letztere z. B. ioo + Zoo = 20o kW, so sind bei Viertellast mit Umschaltung 25 -f- 25 = 50 kW. Ohne Umschaltung aber ioo -I- 6,6 = =o6,6 kW.
Zur Induktionsänderung werden zweckmäßig die für die Spannungsänderung vorgesehenen Umschaltmöglichkeiten der sogenannten Umschalttransformatoren herangezogen. Dabei kann die Umschaltung selbst unter Last erfolgen. So wird beispielsweise bei Vorhandensein einer Stufenregeleinrichtung die Grobstufe zweifach unterteilt und zur Induktionsänderung herangezogen. Besonders bei einem Durchgangsregler in Sperrschaltung mit Netzvertauschung ist die Schaltung so eingerichtet, daß bei Teillast, also bei der Übersetzung um 1/1, sämtliche Regelwindungen eingeschaltet sind. Im übrigen kann aber die Umschaltung auch außer Last, und zwar bei kurzen Belastungsperioden . von Stunden oder Tagen durch Umsteller, bei länger dauernden Belastungsperioden von Monaten und Jahren auch durch Umlöten durchgeführt werden. Auch wird man sich praktisch mit einer -Annäherung an die theoretischen Werte begnügen können und zwischen Volllast und Leerlauf nur ein- bis zweimal ausschalten. Bei Leerlauf mit doppelter Windungszahl nur noch den vierten Teil der Leerlaufverluste erzielt zu haben, dürfte in den meisten Fällen genügen.
Selbstverständlich kann die Umschaltung zwecks Änderung der Induktion auch automatisch erfolgen, vorzugsweise dadurch, daß der Transformator zunächst durch ein stromabhängiges Relais abgeschaltet, dann stromlos umgeschaltet und dann wieder eingeschaltet wird.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: -i. Transformator mit durch gleichzeitige und in gleichem Verhältnis geänderte primäre und sekundäre Windungszahl den Belastungsverhältnissen angepaßter Induktion, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzlich erforderlichen Windungen den anderen Zwecken dienenden Wicklungen entnommen werden.
2. Transformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Induktionsänderung die für die Spannungsänderung vorgesehenen Umschaltmöglichkeiten der sogenannten Umschalttransformatoren herangezogen werden.
3. Transformator nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Vorhandensein einer Stufenregeleinrichtung die Grobstufe zweifach unterteilt ist und zur Induktionsänderung herangezogen wird.
4. Transformator nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Durchgangsregler in Sparschaltung mit Netzvertauschung die Schaltung so eingerichtet ist, daß bei Teillast, also bei der Übersetzung um 1/1, sämtliche Regelwindungen eingeschaltet sind.
5. Transformator .nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschaltung automatisch erfolgt, vorzugsweise dadurch, daß der Transformator zunächst durch ein stromabhängiges Relais abgeschaltet, dann stromlos umgeschaltet und dann wieder eingeschaltet wird. Angezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 646 755, 430 o83; Arnold und la Cour: Die Transformatoren, 1910, S. 396, 397.