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Stromwandler zum Anschluß von Uberwachungs-und Steuerungsorganen an
Hochstromleitungen oder an sehr starke Ströme führende Maschinen oder Apparate,
wie Widerstandsschweiß-und Erhitzungsmaschinen Im allgemeinen werden nicht nur elektrische
Meßgeräte, sondern auch Überwachungs- und Steuerorgane für Wechselstromanlagen,
Maschinen und Apparate über Stromwandler angeschlossen, insbesondere dann, wenn
die betreffende Anlage oder Maschine, wie beispielsweise elektrische Widerstandsschweiß-
und Erhitzungsmaschinen, mit hoben Strömen arbeitet. Der außerordentlich hohen Primäramperewindungszahl
eines derartigen Wandlers für sehr hohe Ströme, z. B. 5ooo bis iooooo Ampere, wie
sie etwa im Schweißstromkreis von elektrischen Widerstandsschweißmaschinen auftreten,
muß eine entsprechend zroße sekundäre Windungszahl zugeordnet werden., insbesondere
dann, wenn der Wandlersekundärstrom auf den Normalwert von 5 Ampere zu bringen ist.
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Bisher hat man bei Normalwandlern und auch bei den sogenannten kurzschlußfesten
Relaiswandlern die zur Herbeiführung des Amperewindungsgleichgewichts notwendigen
sekundären. Amperewind,ungen durch Leiteramperewindungen aufge,-bracht. Der Werkstoffaufwand
und der Platzbedarf für den Wandler bleiben dabei bis zu Strömen von etwa iooo bis
aooo Ampere .noch in erträglichen Grenzen, obwohl der Kupferaufwand und damit der
Platzbedarf mehr als im Verhältnis der Stromstärke
ansteigt. Sobald
jedoch der Wandler für noch höhere Ströme bestimmt ist, wird der Kupfer-und Eisenaufwand
und der Platzbedarf derart groß, daß der Wandler in den seltensten Fällen ohne Schwierigkeiten.
untergebracht werden kann. So hat z. B. e-in Stabswandler für iooooo/5 Ampere 2oooo
Windungen und bei einer Stromdichte von 2,5 Ampere/mm2 auf der Niederstromseite
einen Gesamtkupferquerschnitt von g.0000 mm2. Zusammen mit der Isolation ist infolgedessen
ungefähr ein Wickelraum für 6oooo bis 7000o mm2 vorzusehen. Hinzu kommt, daß bei
derartigen Wandlern bei offenem Niederstromkreis - normale Eisenquersthn:itte vorausgesetzt
- bei normaler Netzfrequenz Klemmenspannungen zwischen iooo bis ioooo Volt auftreten.
Der Wandler kann. also zu einem höchst gefährlichen Hochspannungsgerät werden, das
entsprechend zu sichern. ist.
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Bisher ging man bei Stromwandlern regelmäßig darauf aus, den oder
die Leiter so eng als möglich mit dem Eisenkern zu verketten. Bei Einleiterwandle-rn
ließ man regelmäßig den Eisenkern den Leiter vollkommen umschließen, und zwar auch
dann, wenn der Wandler ausbaubar sein sollte, wie z. B. der sogenannte Dietze-Anleger,
dessen Eisenkern zu diesem Zweck zangenartig beweglich ausgeführt wurde, so daß
er sich nach dem Anlegen des Leiters schließt. Bei einer anderen, bekannten Ausführungsform
für den Stromwandler, die allerdings nicht Eingang in die Praxis gefunden hat, ist
in dem Eisenkreis des Wandlers nur ein schmaler Spalt für das Einschieben des Leiters
frei gelassen. Der Spalt bildet, auf die Leiterachse bezogen, einen Öffnungswinkel
von etwa nur io bis 12°. Es ist also auch hier das Bestreben, den Eisenkern möglichst
vollständig zu schließen, unverkennbar.
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Die Erfindung löst sich bewußt von dieser bisherigen Übung des Wandlerbaus.
Soweit es sich nämlich um den Ansch,luß von Übe:rwachungs- und Steuerungsorganen
an Hochstromleitungen oder an sehr starke Ströme führende Maschinen und Apparate
handelt, kommt es in den meisten Fällen gar nicht darauf an, daß der Wandler mit
der gleichen Genauigkeit arbeitet wie bei dem Anschluß von Meßgeräten. Es genügt,
wenn der Wandler auf der Sekundärseite einen Strom bzw. eine Spannung liefert, die
dem Primärstrom ungefähr verhältnisgleich ist.
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Die Erfindung geht daher beim Bau derartiger Wandler zur Einsparung
von Werkstoff -und Kosten und auch zur Verringerung der Wandierabmessungen von den
bekannten Stromwandlern aus, bei denen der Magnetkern den oder die Primärleiter
unvollständig, d. h. unter Belassung eines Öffnungswinkels umschließt.
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Erfindungsgemäß ist jedoch dieser öffnungswinkel im Gegensatz zu den
bekannten Wandlern größer als
vorzugsweise Die Sekundär-
wicklung des Wandlers erhält nur so viele Windungen als zur Erzeugung der Betriebsspannung
für das anzuschließende Überwachungs- oder Steuerorgan nötig sind. Im einzelnen
kann die angegebene Größe des Öffnungswinkels bzw. die einem derartigen Öffnungswinkel
entsprechende Wirkungsweise auf verschiedene Weise erreicht werden. So kann man
z. B. den Kern aus den üb-
lichen Wandler- oder Transformatorblechen unter
Belassung eines einzigen. Öffnungswinkels der angegebenen Größe aufbauen. Statt
dessen kann man aber auch den Kern zwei- oder mehrfach quer zur Flußrichtung durch
Spalte unterteilen, deren, resultierender Zentriwinkel dem angegebenen Öffnungswinkel
entspricht. Die Spalte brauchen dabei nicht ausgesprochene Luftspalte zu sein, sondern
sie können. auch durch unmagnetischeis Material ausgefüllt werden. Ferner kann man
an Stelle des durch Spalte unterbrochenen' Eisenkerns auch einen geschlossenen Magnetkern
aus einem Magnetmaterial entsprechend höheren magnetischen Widerstandes verwenden,
dessen Permeabilität bei den betriebsmäßig auftretenden Belastungen des Wandlers
möglichst gleich bleibt. So, kann man beispielsweise den Wandlerkern nach Art der
an sich bekannten Pupinspulenkerne aus einem Gemisch magnetisch leitender und magnetisch
nicht oder schlecht leitender, pulverförmiger Stoffe zusammensetzen. Die angegebenen
Maßnahmen führen sämtlich dazu, daß die primären Amperewindungen des Wandlers in
Luft- und Leiteramperewindungen aufgeteilt werden, von denen der weitaus größte
Anteil auf die Luftamperewindungen entfällt. Die Spannung an den Sekundärklemmen
kann daher selbst bei offenem Sekundärkreis stets nur sehr gering sein.
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Als Anwendungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. i der Stromkreis
einer elektrischen Punktschweißmaschine schematisch. dargestellt. 1lit i ist der
Transformator der Maschine bezeichnet, an dessen Sekundärwicklung io über die Elektrodenarme
2, 3 die Punktelektroden ,I, 5 angeschlossen sind. 6 ist das zu verschweißende Werkstück.
Um den Elektrodenarm 2 ist der Kern 7 des Wandlers gelegt, an dessen Sekundärwicklung
8 ein 17berwachungs- oder Steuerungsorgan, beispielsweise ein stromabhängiger Schweißbegrenzer
angeschlossen ist, der die Maschine abschaltet, sobald die Schweißung beendet ist.
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Der Wandler selbst kann dabei entsprechend den Fig. 2 bis 3 der Zeichnung
aufgebaut sein. Bei der einfachsten Ausführungsform nach Fig.2 enthält der Wandler
einen der Form des Primärleiters 9 angepaßten offenen Eisenkern i i, der die Sekundär-.
Wicklung 12 trägt. Der Kern i i umfaßt also den PrimärIcker 9 nur teilweise, so
da:ß ein großer Teil des Kraftlinienpfades in Luft verläuft. Diese Ausführungsform
bietet namentlich beim Anschluß an Leitungsschleifen, wie sie in Fig. i durch die
Sekundärwicklung io, die Schweißarme 2, 3 und die Schweißelektroden 4., 5 und das
Werkstück -6 gebildet wird, den Vorteil, daß eine sehr einfache Regelung des Sekundärstromes
bzw. der Sekundärspannung des Wandlers möglich wird; denn man braucht ja nur den
Kern ii verstellbar zum Kraftlinienpfad der Schleife zu lagern. Im Innern der Schleife
ist bekanntlich das Kraftlinienfeld viel dichter als außerhalb der Schleife, so
daß auch der
Sekundärstrom bzw. die Sekundärspannung des Wandlers
eine: andere wird, je nachdem ob der Kern innerhalb oder außerhalb der Schleife
liegt.
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Soll aus irgendeinem Grunde der Sekundärstrom oder die Sekundärspannung
des Wandlers unabhängig von der Feldverteilung der Hochstromleitung sein., dann
führt man den Kern am besten als einen die Hochvoltleitung umschließenden Ring oder
Rahmen aus, auf dessen Umfang unmagnetische und magnetische Teile des Kraftlinienpfades
gleichmäßig verteilt sind,. In Fig.3 ist ein derartiger Wandler dargestellt. Mit
13 ist der rahmenförmige Kern bezeichnet, der über den ganzen Umfang verteilte Luftspalte
oder unmagnetische Zwischenlagen 14 aufweist. 15 ist der Primärleiter, 16
diei auf dem Rahmen 13 sitzende Sekundärwicklung. Statt der groben Verteilung von,
magnetischen und unmagnetischen Teilen des Kraftlinienpfades auf den Gesamtumfang
kann auch eine feinere Verteilung treten. Am besten wird man sogar in diesem Falle
den Kern, wie erwähnt., nach Art der bekannten Pupinspulen ausbilden und die Eisenteile
mit geeigneten, nichtmagnetischen Füllstoffen zu einem geschlossenen Kern verpressen.