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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.