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Dreischenkliger lamellierter Eisenkern für Regeltransformatoren von
Triebfahrzeugen Transformatoren für Wechselstrom-Triebfahrzeuge lassen sich in zwei
grundsätzlich verschiedenen Bauformen herstellen. Bei der einen Bauform hat der
Transformator zwei Wicklungen, eine an den Fahrdraht angeschlossene Hochspannungswicklung
und eine Niederspannungswicklung, die mehrfach angezapft ist. C'fier einen an diese
Anzapfungen angeschlossenen Stufenschalter werden den Fahrmotoren die zur Geschwindigkeits-
und Zugkraftbeeinflussung erforderlichen Spannungen abgegriffen (Niederspannungssteuerung).
Bei der anderen Bauform sind zwei Transformatoren auf einem dreischenkligen Kern
zu einer Einheit vereinigt, nämlich ein an die Fahrleitung angeschlossener, in Sparschaltung
ausgeführter Stufentransformator und ein Haupttransformator mit zwei getrennten
Wicklungen, deren eine für die Motorspannung und deren andere für die höchste vom
Stufentransformator über den Stufenschalter abgegriffene Spannung ausgelegt ist
(Hochspannungssteuerung).
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die letztere Bauform, bei
der der dreischenklige, lamellierte Eisenkern einen Vollschenkel größeren Querschnitts
und zwei Schenkel schwächeren-Ouerschnitts aufweist und der Vollschenkel die Wicklungen
des Haupttransformators und ein Schenkel schwächeren Ouerschnitts die Wicklung des
Stufentransformators
trägt. Diese beiden bewickelten Schenkel weisen
etwa runden Querschnitt auf. Der zweite Schenkel schwächeren Querschnitts dient
als Rückschluß für den Kraftfluß. Die Querschnittsform der bewickelten Schenkel
ist vorgegeben durch den Wunsch, die Wicklungen mit runden, in sich kurzschlußfesten
Spulen auszuführen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine früher für einen derartigen Transformator
vorgeschlagene Lösung, nach der die Windungszahl des Stufentransformators so gewählt
ist, da.ß sein Magnetfluß den Mittelwert des Magnetflusses im Haupttransformator,
bei der geforderten Aussteuerung zwischen Null und maximaler Motorspannung, also
etwa der Hälfte des Magnetflusses im Haupttransformator, entspricht, hinsichtlich
des erforderlichen Gewichtsaufwandes erheblich zu verbessern, d. h. dem Aufwand
für die erstgenannte Bauform (Niederspannungssteuerung) möglichst zu nähern. Erfindungsgemäß
wird dieses Ziel in erster Linie dadurch erreicht, daß jeweils der Schenkel verringerten
Querschnitts samt angrenzenden Jochteilen bei an sich bekannter Verschmälerung der
Lamellenbreite durchweg etwa gleichen Querschnitt aufweist, wobei sich dieser Querschnitt
zum Vollschenkelquerschnitt wie 5 : 9 bis 7 : 9 verhält.
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Die Erfindung geht hierbei davon aus, daß wohl die Fahrleitungsspannung
starken Schwankungen unterworfen ist, die Motorspannung und somit die Spannung des
Haupttransformators aber einen vorgegebenen Wert nicht überschreitet, da bei hoher
Fahrdrahtspannung der Stufenschalter nicht bis zum Ende der Stufenwicklung ausgefahren
wird. Es ist also nur erforderlich, den Flußpfad des Stufentransformators, das sind
Schenkel, Joche und Rückschluß, im Querschnitt so reichlich zu bemessen, daß auch
bei der höchsten vorkommenden Fahrdrahtspannung die zugelassene Flußdichte nicht
überschritten wird. Der OOuerschnitt des Vollschenkels dagegen braucht nur für eine
Spannung, die etwa der niedrigsten Fahrdrahtspannung entspricht, ausgelegt zu werden.
Dazu kommt, daß sich die Flußdichte für den Vollschenkel höher ansetzen läßt, da
die Motoren jeweils nur kurzzeitig mit ihrer höchsten vorgesehenen Spannung in Betrieb
sind. Beide Umstände zusammen ermöglichen das Ouerschnittsverhältnis zwischen dem
Schenkel für die Wicklung des Stufentransformators (mit den übrigen querschnittsverminderten
Kern- und Jochteilen) und dem Vollschenkel auf die Werte 5 :9 bis 7:9 zu bringen
und somit den Kern wesentlich leichter zu bauen als bei dem Quersehnittsverhältnis
1 : 2 bzw. 4,5 : g. Die Erfindung geht weiterhin von der Erkenntnis aus, daß, um
eine optimale Lösung zu erhalten, die übliche Kernbauforin weitgehend verlassen
werden muß. Zu diesem Zweck lassen sich verschiedene Wege einschlagen. Die Schenkel
können in einer Ebene oder auch unter einem Winkel gegeneinander versetzt angeordnet
sein. Der letztere Fall hat besondere Bedeutung, falls die Raumverhältnisse auf
dem Triebfahrzeug beschränkt sind. Die Schenkel weisen mit Rücksicht auf den zweckmäßigsten
Kernaufbau vorteilhaft verschiedene Längen auf. Die ungleiche Länge ergibt sich
erfindungsgemäß dadurch, daß der Übergang vom Vollschenkelquerschnitt zum Schenkel
kleineren Querschnitts zur Erzielung gleichmäßiger Flußverteilung fließend, also
durch allmähliche Vergrößerung der Lamellenbreite bei allmählicher Verringerung
der Stapelhöhe der Jochbleche hergestellt wird. Sie ergibt sich aber auch, falls
die Joche, die den Vollschenkel mit den beiden Schenkeln schwächeren Querschnitts
verbinden, übereinandergelegt sind.
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An Hand der Zeichnung, die in den Fig. i bis 5 zwei verschiedene Ausführungsbeispiele
des Erfindungsgegenstandes zeigt, soll die Erfindung näher erläutert werden. Die
Fig, i gibt einen dreischenkligen lamellierten Eisenkern wieder, bei dem der Vollschenkel
in der Mitte zwischen den beiden Schenkeln schwächeren Querschnitts angeordnet ist.
Der Vollschenkel i, der etwa runden Querschnitt aufweist, trägt die Wicklungen.
des Haupttransformators, die nicht angezapft sind. Auf den gegenüber dem Vollschenkel
i mit verringertem und gleichfalls etwa runde Ouerschnittsform aufweisenden Schenkel
2 ist die den Haupttransformator speisende, vielfach angezapfte Wicklung 5 des Stufentransformators
aufgebracht. Der Rückschlußschenkel 3, der unbewickelt ist, wird nur von der Differenz
der Magnetflüsse der beiden Transformatoren durchflossen. Die Kernbauform nach Fig.
i, die von einer bekannten Kernausführung mit dem Ouerschnittsverhältnis 1:2 ausgeht,
bringt erhebliche Gewichtseinsparung dadurch, daß das OOuerschnittsverhältnis zwischen
dem Schenkel 2 für die Wicklung des Stufentransformators samt den übrigen querschnittsverminderten
Kern-und Jochteilen und dem Vollschenkel 5 : 9 bis 7 : 9 beträgt. Eine weitere Gewichtseinsparung
ist durch die Gestaltung der Joche erzielt, die den verminderten Querschnitt des
Schenkels für den Stufentransformator und des Rückschlußschenkels in fließendem
Übergang herstellen, und zwar dadurch, daß bei allmählicher Verringerung der Stapelhöhe
eine entsprechende Zunahme der Lamellenbreite gegen den querschnittsverminderten.
Schenkel zu vorgesehen ist. Dadurch ergibt sich eine größere Schenkellänge für den
Haupttransformator, eine geringere Schenkellänge für den Stufentransformator. Die
Fig. 2 zeigt, wie bei der soeben beschriebenen Ausführung nach Fig. i die Jochbleche
ioo von beiden Seiten in den Vollschenkel i einmünden. Die Fig. 3 zeigt eine andere
Möglichkeit, bei der die Jochbleche 5o, .4o übereinanderliegend nur von einer Seite
in den Vollschenkel eintreten. Ein Ausführungsbeispiel, das diese Möglichkeit verwertet,
ist in der Fig. q. dargestellt. Um eine geringe Grundfläche des Transformators zu
erzielen, sind hierbei die Schenkel nicht in einer Ebene, sondern unter einem Winkel
zueinander angeordnet. Mit i ist wieder der Vollschenkel angedeutet, während die
Schenkel mit vermindertem Querschnitt mit 2o und 3o bezeichnet sind. Die Schenkel
2o und 30 sind in diesem Falle durch gekrümmte Jochteile 40 und 5o mit dem Vollschenkel
verbunden. Die Fig. 5
zeigt in schematischer Darstellung den Transformatorkern
der Fig. ,4 nach beiden Seiten aufgeklappt. Daraus ersieht man, wie die Jochteile6oo
die Jochteile 5oo zwischen sich einschließen. Die Fig. 5,läßt auch erkennen, daß
die Gesamtbauhöhe des Vollschenkels um zweimal die Höhe y vergrößert ist. Es ist
in diesem Falle die Länge des Schenkels 30 gegenüber der Länge des Schenkels
2o beträchtlich vergrößert. Wenn auf dem Transformatorkern außer den üblichen Wicklungen
noch zusätzliche Wicklungen, z. B. Eigenverbrauchswicklungen oder Heizwicklungen
angebracht werden müssen, wird man in einem solchen Falle den längeren Schenkel
30 mit rundem Querschnitt ausführen und auf diesen Schenkel dann die Wicklung
5 des Stufentransformators und die zusätzlichen Wicklungen aufbringen, weil auf
dieseWeise dann der verfügbare Wickelraum sich besonders günstig ausnutzen läßt.
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Nach der Erfindung lassen sich, wie gezeigt, verschiedene Wege einschlagen,
um eine vorteilhafte Kernbauweise zu erzielen., die den Bedarf an Gewicht und eventuell
an Grundfläche vermindern. Die hervorstechenden Merkmale der erfindungsgemäßen Bauformen
sind dabei ein Querschnittsverhältnis von 5 : 9 bis 7 :9 zwischen den Schenkeln
mit vermindertem Querschnitt und dem Vollschenkel, verschiedene Schenkellänge für
den querschnittsverminderten Schenkel für den Stufentransformator und den Vollschenkel
für den Haupttransformator sowie die zwar an sich bekannte verringerte Lamellenstapelhöhe
in den Jochen und Schenkeln verminderten Querschnitts.