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Transformator mit stetig regelbarer Sekundärspannung Das deutsche
Patent 8602-33 bezieht sich auf einen Transformator mit stetig regelbarer Sekundärspannung
und dreischenkligem Eisenkern für jede '\?#'eclrselstromphase, dessen mittlerer
Schenkel (Hauptschenkel) eine Primärwicklung trägt und durch ein eine magnetische
Brücke bildendes verstellbares, vorzugsweise drehbares Regelorgan ständig mit. mindestens
einem der freien Enden der beiden: anderen. Schenkel (Nebenschenkel) mehr oder weniger
in magnetischer Verbindung steht, von denen mindestens einer eine Sekundärwicklung
trägt.
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Bei der Ausführungsform des Hauptpatentes ist nur eine Primärwicklung
auf dem mittleren Sehenkel (Hauptschenkel) und nur eine Sekundärwicklung auf einem
der Nebenschenkel vorgesehen, während -der andere Sehenkel( unbewickellt bleibt.
Bei der Tranisformierung großer Leistungen von hohen Spannungen herab auf geringe
Spannungen., d. h. für große Sekundärströme, hat sich gezeigt, daß die Streuungsverluste
prozentual verhältnismäßig stark ansteigen, wenn nicht unter verhältn-ismäßig großem
Aufwand von Material der Abstand der Schenkelenden voneinander und damit die Abmessung
des Regelorgans verhältnismäßig groß gewählt wird. Dieser kostspielige Aufwand wird
bei der weiteren Ausbilidung der Erfindung dadurch vermieden, daß mindestens einer
der Nebenschenkel gleichfalls eine Primärwicklung trägt. Vorzugsweise ist die Primärwicklung
auf dem Nebenschenkel mit der Primärwicklung auf dem Hauptschenkel in Reihe geschaltet,
und zwar
entweder mit Addition oder Subtraktion der Spannungen,
und zweckmäßig .ist gleichfalls in einer dieser Schaltungen auch auf dem anderen
Nebenschenkel eine weitere Primärwicklung angeordnet.
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Die erfindungsgemäße Anordnung der Primärwicklungen, ermöglichte zugleich
auch die Anordnung mehrerer -in Reihe geschalteter Sekundärwicklungen auf mehreren:
oder allen Schenkeln ,des Eisenkerns, so .daß durch die enge Kopplung zwischen einer
Primärwicklhng mit einer Sekundärwicklung die Streuung herabgesetzt wird.
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Für ehren Regeltransformator mit mindestens vier Schenkeln; des Eisenkerns
und mit längs verschiebbarem Regelorgan :ist es. bekannt, jedem Schenkel je :eine
Primärwicklung und je eine Sekundärwicklung zuzuordnen, wobei .die Primärwicklungen
sämtlich mit Addlition und die Sekundärwicklungern zum Teil mit Addition und zum
Teil mit Subtraktion, der Spannungen in Reihe geschaltet sind. Bei dem. bekannten
Transformator ist das, Regelongarr mit elektrisch gut leitenden Teilen aus Kupfer
oder Xurzschlußwicklungen versehen. Demgegenüber ist der Regeltransformator gemäß
der Erfindung wie beim Hauptpatent auf einer, Eisenkern, mit drei Schenkeln beschränkt,
so daß sich eine einfache Bauweise ergibt. Außerdem werden die verlustbringenden
leitenden Teile im Regelorgan, bei dem Regeltransformator nach -der Erfindung nicht
benötigt. .
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Bai der bevorzugten: Ausführung der Erfindung sind auch mehrere Sekundärwicklungen,
ebenso wie .die Primürwicklungen auf zwei oder drei Schenkel des Eisenkerns verteilt
vorgesehen,; dabei empfiehlt sich eine Reihenschaltung .der Sekundärw-icklungen,
bei der die auf dem einen Nebenschenkel sitzende Sekundärwicklung mit Addition und:
die auf dem anderen Nebenschenkeli sitzende Sekundärwicklung mit Subtraktion zu
der auf dem Mittelschenkel sitzenden Sekundärwicklung geschalte't@ ist.
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Diese zusätzlichen, nach der Erfindung bevorzugten Maßnahmen können
untereinander variiert werden und schaffen in jedem Fall die Möglichkeit, das Übersetzungsverhältnis
zwischen Primärwicklungen und Sekundärwicklungen und damit den Regelbereich nach
Bedarf zu ändern, insbesondere zu vergrößern. Zum gleichere Zweck kann gemäß der
Erfindung in: besonderen Fällen vorgesehen sein, d aß eine auf einem Nebenschenkel
liegende primäre oder sekundäre Wicklung ganz ausgeschaltet b:zw. überbrückt wind.
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Das Regelorgan .ist zweckmäßig ebenso: wie beim Hauptpatent ausgebildet.
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In der Zeichnung sind schematisch zwei Ausführungsformen der Erfindung
dargestellt, die den im Hauptpatent vorgesehenen, beiden Fällen eines drehbaren
oder eines verschiebbaren Regelorgans entsprechen. Die Ausführungs£onnen sind ,der
Einfachheit halber nur für die Transformierurng einer Phase bzw. von, Einphas-enwechselistrolm
.dargestellt und beschrieben. Für Drehstrom kann die Erfindung selbstverständlich
auf jede Phase gesondert angewendet werden, wobei ein einziges Steuerorgan für die
gleichzeitige Verstellung aller drei Regelorgane vorgesehen sein kann. Das Steuerorgan
kann in allen Fällen auch selbsttätig, z. B. abhängig von der Belastung, gesteuert
werde,,.
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In den Zeichnungen zeigt schematisch und beispielsweise Fi.g. i einen
lotrechten Schnitt durch einen: Regeltransformator mit drehbarem Regelorgan, Fig.
2 einen Schnitt nach der, Linie II-II der Eig. z, wobei .das Regelorgan in seiner
Mittelstellung gedacht ist und Fig.3 einen rotrechten Schnitt durch einen Regeltransformator,
bei dem das Regelbrgan ein in einer Ebene verschiebbar-es Joch bildet.
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Der Eisenkern des Transformators nach. Fig. i und 2 besitzt drei miteinander
verbundene Schenkel i, 2 und 3; der Haupitschenkel i ist kürzer als die Nebenschenkel
2 und 3 und: trägt, eine Primär-#Uviclelung .4 und eine Sekundärwicklung 5. Der
NebenschenkeL2 trägt eine weitere Primärwicklung 6, .die mit Addition der Spannungen
in Reihe finit der Wicklung 4 geschaltet ist. Eine um diesen Schenke .1 gewickelte
Sekundärwicklung 7 ist hingegen der Wicklung 5 (in Reihe) erntgeg#@engeschaltet,
so daß sich :die Spannungen subtrahieren. Bei dem Nebenschenkel 3 ist die Schaltung
umgekehrt gewählt, d. h. eine weitere Primärwicklung 8 ist: der Wicklung 4 (in,
Reihe) gegengeschaltet, während eine weitere Sekundärwicklung 9 mirt Addition der
Spannungen in Reihe mit der Wicklung 5 liegt. Der Eisenkern ,ist wie üblich lamelliert,
d. h. aus Eisenblechpaketen aufgebaut.
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Der ferromagnetische Teil des Regelorgans für die Sekundärspannung,
ist mit io bezeichnet und bildet im Querschnitt einen Kreisabschnitt von mehr als
der Hälfte eines Kreises; er besteht gleichfalls aus Eisenblechpaketen. Der zylindrische
Teil seiner Oberfläche ist ,reit kreisiörrn:ig verlaufenden Nuten i i versehen.
In diese Nuten greifen entsprechend kreisbogenföim.ig verlaufende Vorsprünge oder
Rippen 12 an den kreisbogenförmig ausgerundeten Enden 13, 14 und 15 der Schenkel
i, 2 und- 3. Die Form der Rippen 12 ist der .der Nuten i i angepaßt, so: daß der
Widerstand für den Übergang des. magnetischen Flusses vom Eisenkern auf denn Teil
io auf ein Mindestmaß herabgesetzt ist.
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Der ferromagnetische Teil io ist zwischen zwei Stirnscheiben 16 und
17 aus - nichiferromagnetischem Werkstoff, z. B. Messing, eingebracht und fest mit
diesem verbunden. Die Stirnscheiben haben den gleichere Radius und den gleichen
Mittelpunkt wie der zylindrische Teil des ferromagnetischen Körpers io. Sie bilden
daher in jeder Lage des durch sie und den, Teil io gebildeten Regelorgans eine Drehlagerung
für das Regelnrgan-indenEi,senkernenden 13, 14 und 15 und zentrieren diesen in bezug
auf diese Enden. Es erübrigt sich daher eine axiale Lagerung für das Regelorgan.
Seine Winkellage kann durch einen nicht gezeichneten Handgriff eingestellt werden,
der z. B. auf den Vierkantzapfen i8 des Regelorgans aufgesetzt werden kann.
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In Fig. i ist das Regelorgan in. seiner rechten Endstellung dargestellt,
in der die Wicklungen 8
und 9 aus dem magnetischen Fluß der Wicklung
4. praktisch ausgeschaltet sind. In dieser Endstellung ergibt sich die niedrigste
Sekundärspannung, weil sich die Primärspannungen der Wicklungen 4. und- 6 addieren,
die Sekundärspannungen der Wicklungen > und 7 aber subtrahieren.
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Die linke Endstellung des Regelorgans ist durch die strichpunktierte
Linie i9 angedeutet. In dieser Endstellung ist der Nebenschenkel! 2 aus dem magnetischen
Kreis der Wicklung q. praktisch ausg,-schaltet. Er erhält, daher in @dieser Stellung
die höchste Sekundärspannung, weil sich die Spannungen der Wicklungen 5 und 9 addieren
un:d und 8 subtrahieren. Die beiden Endstellungen des Rebmelorgans werden durch
nicht gezeichnete Anschläge begrenzt. An. Stelle der Handsteuerung kann eine auf
den Zapfen 18 wirkende selbsttätige Steuerung vorgesehen sein. Zwischen, den beiden!
Endstellungen findet ein praktisch stetiger Übergang von der niedrigsten bis zur
höchsten Sekundärspannung statt.
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Bei der Ausführungsform nach Fig.3 hat der Eisenkern des Transformators
drei miteinander verbundene Schenle#,e12o, 21 und 22. Der mittlere Hauptschenkel
2o trägt eine Primärwicklung 23 und eine Sekundärwicklung 2q.. Der Nebenschenkel
2 1 trägt eine Primärwicklung 25 und eine- Sekundärwicklung 26. Der Nebenschenkel
22 trägt eine Primärwicklung 27 und eine Sekundärwicklung :28. Für die Schaltung
dieser Wicklungen 23 bis 28 .gilt sinngemäß bzw. in der Reihenfolge das gleiche
wie für die Schaltung der Wicklungen 4 b,is 9 nach Fig. i.
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Auf den freien. Enden der Schenkel -des Eisenkerns ist ein Joch 29
aus. Eisen b@zw. Eisenpaketen verschiebbar gelagert. Seine Unterseite besitzt Nuten
30, in die Vorsprünge 3i, 32 und: 33 der Schenkel 20, 21 und 22 dicht passend eingreifen.
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In der in ausgezogenen Linien gezeichneten Stellung überbrückt das
Joch 29, das das Regelorgan darstellt, die Schenkel 20 und 21 und schließt den Schenkel
22 aus dem magnetischen: Kreis der Bewicklung des Hauptschenkels aus. Für die Sekundärspannung
gilt daher in dieser rechten Endstellung bei gleicher Schaltung der Wicklungen das
gleiche wie bei der in Fig. i gezeichneten Stellung des Regelorgans. Die andere
Endstellung des Joches 29 .ist in strichpunktierten Linien ,dargestellt und entspricht
hinsichtlich der Sekundärspannung der nicht gezeichneten Endstellung des Regelorgans
in Fig. i. Zwischen den beiden End-stellun!-en, die durch nicht gezeichnete Anschläge
hegrenzt sind, ergeben sich stetig veränderbare beliebige Werte der Sekundärspannung.
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Es hängt bei dieser Ausführungsform ebenso wie bei der nach Fig. i
lediglich von der Schaltung und dem Größenverhältnis der einzelnen Wicklungen ab,
welcher gegebenenfalls bis nahezu Null reichende Regelbereich erzielt wird.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 bildet das Joch 29 4m wesentlichen
eine ebene Platte. Aus Gründen der Platzersparnis kann es durch einen gebogenen
Körper mit beliebigem gleichbleibenden Krümmungsradius ausgebildet -werden. In.
diesem Fall werden die Enden der Schenkel des Eisenkerns mit dem gleichen Krümmungsradius
abgerundet bzw. ausgerun@det, um passende Lagerflächen für das Joch zu bildien.
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Die runde Ausführung des Regelorgans nach Fig. i und 2 und die plattenförmige
Ausführung nach Fig. 3 werden: nur als Grenzfälle der, möglichen Ausführungen dargestellt,
zwischen denen verschiedene Zwischenformen im Rahmen der Erfindung möglich sind.
Zum Beispiel kann: nach der Ausführung nach Fig. i und 2 der ferromagnetische Teil-rö
sögeformt sein, daß e r im Querschnitt einen, Kreissektor bildet, dessen. Bogenlänge
ausreichend. groß sein muß, damit der mit .der Primärwicklung des Hauptschenkels
verkettete Fluß stets einen geschlossenen Eisenkreis vorfindet und bei keiner möglichen
Einstellung des. Regelorgans eine Überlastung der Pr.imärw#icl;lungen eintreten
kann.