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Transformator mit regelbarer Sekundärspannung Die Erfindung bezieht
sich auf einen Transformator mit stetig regelbarer Sekundärspannung mit dreischenkeligem
Eisenkern für jede Wechselstromphase, dessen einer Schenkel (Hauptschenkel) eine
Primärwicklung trägt und durch ein, eine magnetische Brücke bildendes verstellbares
Regelorgan ständig mit mindestens einem der freien Enden der beiden anderen Schenkel
(Nebenschenkel) mehr oder weniger in Verbindung steht, von denen einer eine Sekundärwicklung
trägt.
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Die Regelmöglichkeit für die Sekundärspannung ergibt sich bei Transformatoren
dieser Bauart dadurch, daß der durch idie Primärwicklung im Hauptschenkel erzeugte
magnetische Fluß mit Hilfe des magnetischen Verstellorgans veränderbar auf die beiden
Nebenschenkel aufteilbar ist. Umeinen möglichst großen Regelbereich bei kleinster
Bemessung des Transformators zu erhalten, ist es wichtig, daß, in den beiden Endstellungen
des Regelorgans der magnetische Fluß möglichst vollständig, entweder (für die niedrigste
Spannungsstufe) über den wicklungsfreien Schenkeloder über den mit der Sekundärwicklung
versehenem Nebenschenkel geleitet werden kann.
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Die bekannten; Regeltransformatoren dieser Art lösen diese Aufgabe
nur unvollständig.
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Bei einem bekannten Regeltransformator bildet das Verstellorgan selbst
den wicklungsfreien Neben-
Schenkel und sitzen Primär- und Sekundärwicklung
auf einem gemeinsamen, völlig geschlossenen Eisenkern beiderseits dieses Nebenschenkels.
Bei diesem Transformator ist es grundsätzlich nicht möglich, den mit der Primärwicklung
verketteten magnetischen Fluß vollständig über den als Verstellörgan ausgebildeten
wicklungsfreien Nebenschenkel zu leiten, da auch bei engstem magnetischem Kontakt
des Verstellorgans mit dem übrigen Eisenteil des Eisenkerns stets ein wesentlicher
Teil des magnetischen Flusses über den mit der Sekundärwicklung versehenen Nebenschenkel
fließt. Dadurch kann bei diesem Regeltransformator die Sekundärspannung größenordnungsmäßig
nur auf die Hälfte ihres Maximalwertes herabgeregelt werden.
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Bei einem anderen Regeltransformator der eingangs genannten Art sitzen
die Primärwicklung und ein Teil der Sekundärwicklung auf einem der äußeren Schenkel
und der Rest der Sekundärwicklung (Zusatzwicklung) auf dem anderen äußeren Schenkel
des Eisenkerns, dessen Mittelschenkel un.bewickelt ist; dabei ist das Regelorgan
ungleichmäßig geformt und mit einer Aussparung vergehen, die einen magnetischen
Kraftfluß über den Mittelschenkel in der Stellung verhindern soll, in der die äußeren
Schenkel durch das Regelorgan verbunden werden. Dies gelingt jedoch nur unvollständig,
weil der Eisenweg von der primären Hauptwicklung zur sekundären Zusatzwicklung verhältnismäßig
groß ist und dadurch trotz des Luftspaltes zwischen dem Mittelschenkel und dem Regelorgan
ein verhältnismäßig großer Streufluß sich, über den Mittelschenkel schließen kann.
Tatsächlich soll bei diesem Regeltransformator der Streufluß über den Mittelschenkel
auch gar nicht unterdrückt werden, sondern bestimmungsgemäß nur ein Teil des mit
der Primärwicklung verketteten Flusses durch den Nebenschenkel fließen, der die
sekundäre Zusatzwicklung trägt. Es ist daher die Regelung der Sekundärspannung nur
in verhältnismäßig engen Grenzen möglich.
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Bei einem anderen Regeltransformator mit dreiscdhenkligem Eisenkern
und zwei drehbaren magnetischen Brücken sitzt die Primärwicklung auf dem einen und
die Sekundärwicklung auf dem anderen äußeren Schenkel.
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Abgesehen von der Umständlichkeit der Handhabung von zwei Brücken
zeigt sich auch bei dieser Bauart, wie bei der vorgenannten, die Schwierigkeit,
daß, insbesondere in der Regelstellung fürhohe Spannungen, bei Belastung ein großer
Streuspannungsabfall eintritt, weil das Verhältnis des magnetischen: Widerstandes
des Eisenweges durch die Sekundärwicklung hindurch zum magnetischen Widerstand des
Luftweges noch. zu groß ist.
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Dadurch muß der Regeltransformator für eine bestimmte Leistung größer
dimensioniert werden als dies bei Verminderung oder Verkleinerung dieser Streuverluste
nötig wäre.
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Erfindungsgemäß wird dieser 1\Tachteil der bisher bekannten: Konstruktionen
dadurch vermieden oder mindestens sehr verringert, daß der die Primärwicklung tragende
Hauptschenkel im Gegensatz zu den bekannten Anordnungen den Mittelschenkel des Eisenkerns
bildet.
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Hierdurch.erreicht der magnetische Widerstand der Eisenwege vom Hauptschenkel
zu den Nebenschenkeln'hin in den Endstellungen des Regelorgans seinen kleinsten
Wert. Der Eisenweg des magnetischen Flusses ist in diesem Falle um die halbe Länge
der Joche, die die drei Schenkel verbinden, kleiner. Damit wird auch die unerwünschte
Streuung bei der erfindungsgemäßen Ausführung wesentlich kleiner als bei den bekannten
Ausführungen, und die Abmessungen des Transformators für eine gegebene Leistung
erreichen ein Minimum. Außerdem ist der Magnetisierungsstrom kleiner, was sich günstig
auf den Wirkungsgrad auswirkt.
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Eine weitere Verkleinerung des magnetischen Widerstandes der Eisenwege
wird dadurch erreicht, daß, der ferromagnetische Teil des Regelorgans in seiner
Verstellrichtung verlaufende Nuten, aufweist, in die entsprechende Vorsprünge des
feststehenden Teiles des Eisenteiles eingreifen. Dadurch wird die Übertrittsfläche
vom Regelorgan zum feststehenden Kernteil für den magnetischen Fluß wesentlich vergrößert
und die magnetische Feldstärke an der ÜbertrIttsstelle verkleinert. Diese konstruktive
Ausführung des Regelteiles ergibt zugleich den wichtigen Vorteil, daß Brummgeräusche
infolge der gegenseitigen Verzahnung der Eisenteile praktisch vermieden werden.
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Dem Zweck der Erfindung, die Streuung beim Übergang des magnetischen
Flusses vom Hauptschenkel auf einen der Nebenschenkel herabzudrücken, entspricht
eine gemäß der Erfindung bevorzugte Ausbildung des ferromagnetischen Teils des Regelorgans
als Körper mit mindestens über einen Halbkreis zylindrischer, gegebenenfalls genuteter
Oberfläche, die zwischen entsprechend ausgerundeten Enden der drei Eisenkernschenkel
drehbar gelagert ist, wodurch im Gegensatz zu dem erwähnten bekannten Regelorgan.
ungleichmäßiger Form der Eisenweg des Flusses im Regelorgan verkürzt wird.
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--Der ferromagnetische bzw. aus Eisen bestehende Teil des Regelorgans
hat dabei zweckmäßig im Querschnitt die Form eines Kreisabschnittes. In vielen Fällen
wird z. B. im Hinblick auf die Fertigung ein halbkreisförmiger Querschnitt des ferromagnetischen
Teiles des Regelorgans erwünscht sein, da in diesem Fall bei der Fertigung kein
Abfall entsteht.
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Der unmagnetischey zweckmäßig aus Isolierstoff, z. B. aus Isolierpreßstoff,
besteh ende Teil des. Regelorgans kann in Form einer oder mehrerer Scheiben als
Drehlagerung des Regelorgans in. den kreisbogenförmigen Ausrundungen der drei Eisenkernschenkelenden
dienen.
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Indessen kann- das Regelorgan auch als Kreisring oder gerades- Joch
aus ferromagnetischem Werkstoff ausgebildet und verschiebbar auf den an seine Krümmung
angepaßten Schenkelenden gelagert sein, wobei es in der Mittelstellung alle
drei,
in jeder seiner Endstellungen nur zwei benachbarte Schenkel magnetisch miteinander
verbindet.
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In den Zeichnungen sind die beiden genannten Ausführungsformen der
Erfindung beispielsweise dargestellt, und zwar zeigt schematisch Fig. i einen lotrechten
Schnitt durch einen Regeltransformator mit drehbarem Regelorgan, Fig.2 einen Schnitt
nach der Linie II-II dier Fig. i, wobei das Regelorgan in: seiner Mittelstellung
gedacht ist, und Fig.3 einen lotrechten Schnitt durch einen Regeltransformator,
bei dem das Regelorgan ein in einer Ebene verschiebbares Joch bildet.
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Der Eisenkern des Transformators nach Fig. i und 2 besitzt drei miteinander
verbundene Schenkel 1, 2 und 3. Der Hauptschenkel 2 ist kürzer als die Nebenschenkel
i und 3 ausgebildet und trägt eine Primärwicklung ¢. Der Nebenschenkel i trägt eine
Sekundärwicklung 5. Der Nebenschenkel 3 bildet einen magnetischen Nebenschluß. Der
Eisenkern ist wie üblich lamelliert, d. h. aus Eisenblechpaketen aufgebaut.
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Der ferromagnetische Teil des Regelorgans für die Regelung der Sekundärspannung
ist mit 6 bezeichnet und bildet im Querschnitt einen Kreisabschnitt; er besteht
gleichfalls aus Eisenblechpaketen. Der zylindrische Teil seiner Oberfläche ist mit
im Kreis verlaufenden Nuten 7 versehen. In, diese Nuten greifen entsprechend kreis'bögenförrnig
verlaufende Vorsprünge oder Rippen an den kreisbogenförmig äusgerundeten Enden 9,
1o und ii der drei Schenkel 1, 2 und 3 des Eisenkerns. Die Form der Rippen 8 ist
der der Nuten 7 angepaßt, so daß der Widerstand für den Übergang des m:agnetisch:en
Flusses vom Eisenkern auf den Teil 6 auf ein Mindestmaß herabgesetzt ist.
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Der ferromagnetische Teil 6 ist zwischen zwei Stirnscheiben i2 und
13 aus nichtferromagnetischem Werkstoff, z. B. Messing, eingebracht und fest mit
diesen verbunden. Die Stirnscheiben haben den gleichen Radius und den gleichen Mittelpunkt
wie der zylindrische Teil des ferromagnetischen Körpers 6. Sie bilden daher in jeder
Lage des durch sie und den Teil 6 gebildeten Regelorgans eine Drehlagerung für das
Regelorgan in den Eisenkernenden 9, 1o und i i, d. h. sie zentrieren das Regelorgan
in bezug auf diese Enden. Es erübrigt sich daher eine axiale Lagerung für das Regelorgan.
Die Winkellage des Regelorgans kann durch einen nicht gezeichneten Handgriff eingestellt
werden, der z. B. auf den Vierkantzapfen 14 des Regelorgans aufgesetzt werden kann.
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In der in Fig. i gezeigten. Stellung überbrückt der ferromagnetische
Teil 6 des Regelorgans den Luftspalt zwischen den Eisenschenkeln i und 2 vollständig,
während der Nebenschluß 3 aus dem magnetischen Kreis ausgeschaltet ist. In dieser
Stellung ist also der Transformator auf seine höchste Sekundärspannung eingestellt,
weil der gesamte, mit der Primärspüle 2 verkettete Fluß auch durch die Sekundärwicklung
geht.
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Die andere Endstellung des Regelorgans ist mit der strichpunktiertenLinie
i5 angedeutet. In diesem Fall geht fast der gesamte reit der Primärwicklung, verkettete
FluS durch den magnetischen Nebenscnluß 3; durch den Eisenschenkel der Sekundärwicklung
5 geht nur ein zu vernachlässigender kleiner Streufluß. Bei dieser Endstellung ist
daher die Spannung der Sekundärwicklung nahezu Null.
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Die Endstellungen des Regelorgans sind durch nicht gezeichnete Anschläge
begrenzt, um zu gewährleisten, daß der mit der Primärwicklung verkettete Fluß stets,
einen, geschlossenen Magnetkreis vorfindet. Wie ersichtlich, sind, zwischen den
Endstellungen des Regelorgans stetig veränderliche Einstellungen möglich, in denen
ein entsprechend großer Teil des mit der Primärwicklung verketteten Flusses über
den Nebenschluß 3 geleitet wird. Dementsprechend ist die Sekundärspannung von nahezu
Null bis zu ihrem Höchstwert stetig regelbar.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 'hat der Eisenkern des Transformators:
drei miteinander verbundene Schenkel 16, 17 und 18, und zwar trägt der mittlere
Schenkel 17 die Primärwicklung i9 und der Schenkel 16 die Sekundärwicklung 2o. Auf
den freien Enden der Schenkel des Eisenkerns ist ein Joch. 21 aus Eisen verschiebbar
gelagert. Seine Unterseite besitzt Nuten 22, in; die Vorsprünge 2-3 dier Schenkel
16 bis i8 dicht passend eingreifen. In der in ausgezogenen Linien gezeichneten Stellung
überbrückt das Jochei, das das Regelorgan darstellt, die Schenikel-. 16 und 17 vollständig,
so daß die Sekundärspannung ihren Höchstwert erreicht. In; der in strichpunktierten
Linien gezeichneten Stellung überbrückt das Joch 2,i die Schenkel 17 und, 18, so
daß die Sekundärspannung nahezu auf den Wert Null kommt. Diese Endstellungen sind
durch nicht gezeichnete Anschläge für das Joch 21 begrenzt. Wie ersichtlich, sind
zwischen diesen Endstellungen: stetig. veränderbar beliebige Werte der Sekundärspannung
mittels des Joches 21, einstellbar.
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Das bei der Ausführungsform nach Fig.3 im wesentlichen eine ebene
Platte bildende Joch kann., z. B. aus Gründen der Platzersparnis, als ein mit einem.
beliebigen gleichbleibenden Krümmungsradius gebogener Körper ausgebildet werden.
In diesem Fall werden die Enden der Schenkel des Eisenkerns mit dem gleichen Krümmungsradlius
abgerundet bzw. ausgerundet, um passende Lagerflächen für das Joch zu bilden.
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Die runde Ausführung des Regelorgans nach Fig. i und 2 und die stabförmige
Ausführung nach Fig. 3 bilden somit nur Grenzfälle, zwischen denen verschiedene
Zwischenformen im Rahmen der Erfindung möglich sind. Auch kann z. B. bei der Ausführung
nach Fig. i und 2 der ferromagnetische Teil 6 so geformt sein, .daß der nicht ferromagnetische
Teil im Querschnitt lediglich einen Kreissektor bildet, dessen Bogen mindestens
die gleiche Länge wie der an den Enden der Schenkel des Eisenkerns vorgesehene Bogen
'haben muß.
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Soll abweichend von der hier bevorzugten" vorstehenden Ausführung
mit einem Regeltransformator gemäß der Erfindung nur ein Regelbereich
erreicht
werden, der einen 'Bruchteil der 'höchsten Sekundärspannung umfaßt, aber nicht bis
nahezu Null herabzugehen braucht, so kann eine zweite Sekundärwicklung in der an
sich bekannten Weiseauf dem. Hauptschenkel des Eisenkerns, zweckmäßig über der Primärwicklung,
angeordnet werden.
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Auch diese Ausführung bietet bei gedrängter Bauweise den Vorteil sehr
geringer unerwünschter Verluste.
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Mit dem Regeltransformator nach der Erfindung kann nur eine Phase
bzw. Einphasenwechselstrom umgespannt und geregelt werden; bei Drehstrom kann die
Erfindung auf jede Phase gesondert angewendet werden.
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Die Fertigung eines Regeltransformators nach der Erfindung ist außerordentlich
einfach; die Bleche des Regelorgans und der Schenkelenden des Eisenkerns können
einfach. in der gewünschten Umrißform ausgestanzt und zu Paketen vereinigt werden,
durch. deren Zusammensetzung sich die Nuten bzw. Vorsprünge ergeben. Bei der runden
Form des Regelorgans nach Fig. i und 2 können die zusammengehörigen Blechpakete
einfach mit den Stirnscheiben vernietet oder verschraubt werden. Im übrigen, kann
die Fertigung des Transformators im wesentlichen nach der herkömmlichen Bauweise
erfolgen.