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Durchführungsstromwandler Die bekannten Durchführungsstromwandler,
bei denen der Primärleiter von der Sekundärwicklung und dem Eisenkern durch einen
einteiligen, rohrförmigen, von einem Querdurchgang durchsetzten Isolierkörper isoliert
ist, können entweder mit einem einfenstrigen Eisenkern oder mit einem Mantelkern
ausgeführtwerden. DerErfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei Durchführungsstromwandlern
mit einem einteiligen, rohrförmigen, von einem Querdurchgang durchsetzten Isolierkörper
zur Isolierung des um den Querdurchgang geschlungenen Primärleiters gegenüber der
Sekundärwicklung und dem einfenstrig ausgebildeten Eisenkern die Ungleichmäßigkeit
der Erregung des Eisenkernes zu korrigieren, die dadurch hervorgerufen wird, daß
der (oder bei Drehstrom: die) Rückleiter je nach seiner (ihrer) räumlichen Lage
den Kern verschieden induziert (induzieren). Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß
dadurch gelöst, daß auf dem von dem Primärleiter nicht umschlungenen Eisenkernschenkel
eine Hilfswicklung angeordnet ist, die einem Teil der auf dem anderen, vom Primärleiter
umschlungenen Kernschenkel befindlichen Sekundärwicklung parallel geschaltet und
so bemessen ist, daß die durch den (die) Rückleiter hervorgerufene Ungleichmäßigkeit
der Erregung des Eisenkernes hinreichend aufgehoben wird.
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Wohl ist bereits ein sogenannter Unsymmetriestromwandler (deutsche
Patentschrift 456202),
d. h. ein Stromwandler, durch dessen Kernfenster
alle in Betracht kommenden Leiter, bei Drehstrom also die Dreiphasenleiter, hindurchgeführt
sind, bekanntgeworden, auf dessenEisenkerneineSchubwicklung aufgebracht ist, um
eine ungleichmäßige Kraftlinienverteilung im Eisenkern, hervorgerufen durch nicht
konzentrische Anordnung der Leiter im Kernfenster, zu vermeiden. Diese Schubwicklung
kann auch gleichzeitig als Arbeitswicklung (Sekundärwicklung) dienen. Durch diese
an sich bekannte Schubwicklung wird es bei diesem Unsymmetriestromwandler unmöglich
gemacht, daß fehlerhafterweise in seiner Sekundärwicklung ein Strom auftritt, solange
die Summe der Leiterströme gleich Null ist. Hier handelt es sich jedoch um eine
völlig andere Aufgabe als bei der Erfindung, die von einer solchen Schubwicklung
keinen Gebrauch macht. Eine Hilfswicklung, die bei dem Durchführungswandler gemäß
der Erfindung zu einem Teil der Sekundärwicklung parallel geschaltet und auf demjenigen
Schenkel des Kernes angeordnet ist, der von der primären Wicklung nicht umschlungen
ist, ist bei dem bekannten Unsymmetriestromwandler überhaupt nicht vorhanden. Der
Durchführungswandler gemäß der Erfindung hat den wesentlichen Vorteil, daß er weder
eine Schubwicklung benötigt, noch eine Umschaltung der Sekundärwicklung je nach
Verwendungsart des Wandlers erforderlich wird, daß der sekundäre Wicklungsraum also
besser ausgenutzt wird und daß die durch die Lage des (der) Rückleiters bedingten
örtlichen Sättigungserscheinungen im Eisenkern aufgehoben werden. Auch ist eine
sogenannte Kunstschaltung für Stromwandler mit einemRingkern bekannt, bei welcher
dieSekundärwicklung aus zwei parallel geschaltetenWicklungsteilen unterschiedlicher
Windungszahl besteht, die entweder auf denselben Kernteilen oder auf den einander
gegenüberliegenden Hälften des Ringkernes liegen (schwedische Patentschrift 70 878).
DieseKunstschaltung dient zumAbgleich desÜbersetzungsfehlers des Stromwandlers,
hat also mit der Erfindung keine Berührungspunkte. Eine Hilfswicklung im Sinne der
vorliegenden Erfindung ist bei diesen Stromwandlern nicht vorhanden. Im übrigen
handelt es sich bei allen diesen bekannten Stromwandlern mit einfenstrigem Eisenkern
nicht um Durchführungsstromwandler mit einem einteiligen, rohrförmigen, von einem
Querdurchgang durchsetzten Isolierkörper. Schließlich ist es auch bekannt, bei Transformatoren
mit abschaltbaren Wicklungsteilen sogenannte Schubwicklungen zur Verringerung der
Streuung anzuordnen (deutsche Patentschrift 360 772). Auch diese bekannte
Anordnung hat mit der Erfindung nichts gemeinsam.
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Die bekannten Durahführungsstromwandler mit Mantelkern kommen demErfindungsgedanken
noch weniger nahe. Bei ihnen durchsetzt der mittlere Schenkel, der die Sekundärwicklung
trägt, den Querdurchgang. Die Abb. i zeigt- beispielsweise schematisch diese Wandlerform.
Der rohrförmige Porzellankörper mit Querdurchgang ist mit i i, der Primärleiter
mit 12 und der Eisenkern mit 13 bezeichnet. Die auf dem Mittelschenkel im Querdurchgang
untergebrachte Sekundärwicklung ist der besseren Übersicht wegen nicht dargestellt.
Bekanntlich durchsetzt bei den Durchführungswandlern mit Mantelkern der Primärleiter
das eine Kernfenster (in Abb. i das rechte) einmal mehr als das andere Kernfenster.
Dies hat eine ungleichmäßige Sättigung des Eisenkernes zur Folge. Diesem Mangel
hat man durch sogenannte Schubwicklungen auf den Außenschenkeln abgeholfen. (Dr.
I. G o 1 d s t e i n : »Die Meßwandler«, Springer, Berlin, 1928, S. 72 bis 75, insbesondere
S. 74 unten sowie Abb. 66.) Hier liegen also sowohl ein anderes Problem als auch
ein anderer Lösungsweg vor als bei der Erfindung. Ferner ist es bei Durchführungswandlern
nicht selten der Fall, daß sie auch als Topfwandler verwendbar sein sollen, daß
also der eine Primäranschluß sowohl an dem einen wie auch an dem anderen Ende der
Durchführung vorgesehen werden muß. Das hat zur Folge, daß bei der Verwendung des
Wandlers mit Mantelkern als Topfwandler der Primärleiter beide Kernfenster gleich
oft durchsetzt und demgemäß die Sekundärwicklung entsprechend umschaltbar gemacht
werden muß, je nachdem ob der Wandler als Durchführungs- oder als Topfwandler benutzt
wird. Häufig sollen derartige Wandler auch noch primär umschaltbar sein, so daß
dann insgesamt vier Sekundärklemmen entsprechend den jeweils notwendigen Umschaltungen
der Sekundärwicklung erforderlich werden. Durch diese Maßnahmen geht sekundärer
Wicklungsraum verloren, und trotz Ausrüstung mit Schalthinweisen (Schaltbilder usw.)
ist eineFehlschaltungsmöglichkeit bei seinem Einbau nicht ausgeschlossen. Außerdem
ist sowohl dieFertigung als auch diePrüfung solcherWandler mit mehreren Sekundärklemmen
teurer.
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Demgegenüber hat ein gemäß derErfindung ausgebildeter Durchführungsstromwandler
mit einfenstrigemEisenkern den Vorteil, daß er ohne jede Umschaltung sowohl als
Durchführungsstromwandler als auch als Topfstromwandler verwendet werden kann, wenn
in an sich bekannter Weise der einfenstrigeEisenkern so angeordnet wird, daß der
einen Leiter mehr aufweisende Teil der Primärschleife das Kernfenster durchsetzt.
Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß bei gleicher primärer Windungszahl und Stromstärke
die Amperewindungszahl des einfenstrigen Durchführungsstromwandlers größer ist als
die einesDurchführurigswandlers mit Mantelkern, bei dem dieAnzahl der Windungsdurchgänge
in beiden Kernfenstern sich um eins unterscheiden. Dabei bildet der Mantelkern das
arithmetische Mittel beider Durchgangszahlen, also einen kleineren AW-Wert als beim
einfenstrigen Kern. Die beim Durchführungswandler mit Mantelkern notwendige Schubwicklung
dient zur exakten Bildung diese Mittelwertes und zur Vermeidung von Sättigungserscheinungen.
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Die Abb. 2 zeigt schematisch einen bekannten Einfensterkern-Durchführungsstromwandler,
der in Verbindung mit Abb. 3 zur Erläuterung der Erfindung
dient.
Der rohrförmige Porzellankörper ist mit 1q., der mit ihm aus einem Stück bestehende
Querdurchgang mit 15 bezeichnet. Um den Querdurchgang ist der Primärleiter 16 einmal
(gegebenenfalls auch mehrere Male) herumgeschlungen. Die primäre Zuleitung liegt
oben, die Ableitung unten. Der Eisenkern 17 ist einfenstrig ausgebildet; sein einer
Schenkel, der die in Abb.2 nicht dargestellte Sekundärwicklung trägt, durchsetzt
den Querdurchgang 15, ist also von dem Primärleiter 16 umschlungen. Der andereKernschenkel,
der entweder links oder rechts außen liegen könnte, wird so wie in Abb. 2 angeordnet,
d. h. so, daß der Teil derPrimärschleife, der einenLeiter mehr aufweist, das Kernfenster
durchsetzt. Dann ist die primäre Amperewindungszahl im Kernfenster stets die gleiche,
auch wenn der Durchführungswandler als Topfwandler mit beiden Primäranschlüssen
oben verwendbar bzw. primär umschaltbar sein soll. Der einfenstrige Eisenkern bringt
also den Vorteil, daß weder eine Schubwicklung benötigt, noch eine Umschaltung der
Sekundärwicklung je nach Verwendungsart des Wandlers erforderlich wird. Der sekundäre
Wicklungsraum wird also wesentlich besser als bei den bekannten Unsymmetriestromwandlern
ausgenutzt und seine Fertigung und Prüfung billiger.
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Die erst aus Abb. 3 ersichtliche Anordnung der gemäß der Erfindung
vorgesehenen Hilfswicklung 18 auf dem außenliegenden, vom Primärleiter nicht umschlungenen
Kernschenkel und ihre Parallelschaltung zu einem Teil der auf dem anderen Schenkel
befindlichen Sekundärwicklung ig ergibt sich auf Grund folgender Überlegung: Wenn
man in dem sekundärbewickelten Schenkel die volle AW-Zahl vorsieht, so wird das
primäre Feldbild nicht genau nachgebildet. Denn wie bei Einleiterstromwandlern ist
auch bei Durahführungsstromwandlern mit nur wenigen Windungen, insbesondere für
hohe Stromstärken, das Übersetzungsverhältnis von der Lage des (der) Rückleiters
mehr oder weniger abhängig. Die in der Nähe des (der) Rückleiters liegenden unbewickelten
Eisenkernteile werden stärker induziert als die anderen, so daß in ihnen eine höhere
Induktion auftritt. Um dabei auftretende örtlicheSättigungserscheinungenimEisenkern
aufzuheben, könnte man eine Schubwicklung auf beiden Kernschenkeln anordnen. Das
hätte aber den Nachteil, daß sekundärer Wicklungsraum verlorengeht. Bei Anordnung
der Hilfswicklung gemäß der Erfindung wird dagegen kein Sekundärwicklungsraum beansprucht
und trotzdem der gewünschte Effekt erzielt. Die Windungszahl der Hilfswicklung 18
wird gleich der Windungszahl des ihr parallel geschalteten Sekundärwicklungsteils
gewählt und so bemessen, daß die Ungleichmäßigkeit der Erregung des Kernes hinreichend
aufgehoben wird.
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Will man zur Erhöhung der Meßgenauigkeit des Durchführungsstromwandlers
gemäß Weiterbildung des Erfindungsgedankens eine Kunstschaltung mit Hilfskern anwenden,
so wird die Kunstschaltungswicklung vorzugsweise auf dem die Hilfswicklung 18 tragenden,
von dem Primärleiter nicht umschlungenen Kernschenkel untergebracht, wie dies Abb.
q. erkennen läßt: Der Hilfskern ist mit 2o bezeichnet. Sein einer im Querdurchgang
liegender Schenkel ist von dem Primärleiter 16 mit umschlungen, während sein anderer
Schenkel nur von der Kunstschaltungswicklung 21, nicht aber von der Hilfswicklung
18 umfaßt wird. Die Kunstschaltungswicklung 21 ist in bekannter Weise als sogenannte
Spaltwicklung ausgeführt und demgemäß der von der Hilfswicklung 18 umschlungene
Schenkel des Hauptkernes 17 entsprechend geteilt. Die Abb.5 zeigt schematisch, wie
die Spulenkörperanordnung auf dem Außenschenkel getroffen sein kann. Vorteilhaft
ist es, wenn ein gemeinsamer Spulenkörper 22 hergestellt wird, der mit seinem einen
Teil nur den Eisenkern 17 umfaßt und die Hilfswicklung 18 trägt, während sein anderer
Teil auch den Hilfskern 2o umgibt und mit Spalten zum Hindurchführen der Kunstschaltungswicklung
21 zwischen die beiden Teile des Außenschenkels des Hauptkernes 17 versehen ist.
Man kann diese Spulenkörperanordnung aber auch zweiteilig ausführen.
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Konstruktiv kann der Durchführungswandler gemäß der Erfindung im übrigen
sowie die bekannten ausgebildet sein, abgesehen von dem Flansch, der entweder äußerlich
wie bisher, aber im Innern mit einer z. B. aus Holz bestehenden Attrappe für den
fehlenden Außenschenkel versehen oder einseitig ausladend ausgeführt werden kann.