CH202628A - Transformer arrangement with adjustable translation. - Google Patents

Transformer arrangement with adjustable translation.

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CH202628A
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Description

  

      Transformatoranordnung    mit regelbarer Übersetzung.    Zum Kuppeln     von.    Netzen oder eines  Netzes     mit    einem Verbraucher verwendete  man bisher entweder Transformatoren mit  unveränderlicher Übersetzung oder aber  solche, deren Übersetzung durch Stufen  schalter oder andere mechanische Einrich  tungen (Drehtransformatoren) nur verhält  nismässig langsam verändert werden' konnte.  Die Erfindung gibt einen Weg an, wie zwei       gleichfrequente    oder zumindest annähernd       gleichfrequente    Netze, deren     Spannungs-          phasenlage    nicht übereinzustimmen braucht,       miteinander    gekuppelt werden können.

   Man  verwendet hierzu gemäss der     Erfindung    eine       Transformatoranordnung    mit regelbarer  Übersetzung, bei der Mittel vorgesehen sind;  um das     Übersetzungsverhältnis        wenigstens     eines Teils der     Transformatoranordnung     periodisch im Takte der doppelten Netz  frequenz von     positiven    zu     negativen    Werten  zu ändern.

   Das - Übersetzungsverhältnis     ü       muss also, zumindest in erster     Annäherung,     der Gleichung         Ü        =cl   <I>.</I>     sin   <I>(2</I>     0o        t-8)   <I>(1)</I>    genügen. Darin bedeuten     cl    und     ö        beliebige     Konstanten und     a)    die Kreisfrequenz des       speisenden    Netzes. Ein Ausführungsbeispiel  des     Erfindungsgegenstandes    ist schematisch  in     Fig.    1 der Zeichnung dargestellt.

   Ein bei  spielsweise einphasiges Wechselstromnetz 1  speist die     Transformatoranordnung    2 mit  der     Sekündärwicklung    3, von deren Mitten  anzapfung eine Leitung zu dem nicht näher  dargestellten Verbraucher 5 geführt ist. Das  Übersetzungsverhältnis zwischen der     Primär-          und    der Sekundärwicklung des Transforma  tors 2 wird im Takt der doppelten Netz  frequenz mit     Hilfe    des     Gleitkontaktes    4 zwi  schen positiven und negativen Werten ge  ändert und eine     Leitung    von dem     Gleitkon-          takt    4 zu dem andern Pol des nicht darge  stellten Verbrauchers 5 geführt.

   Der     Antrieb         des Gleitkontaktes 4 kann zum Beispiel von  einem Motor aus, der eine der doppelten  Netzfrequenz     entsprechende    Drehzahl be  sitzt, über ein     Schubkurbelgetriebe    erfolgen.  



  In     Fig.    2 sind die Spannungsverhältnisse  für eine Anordnung gemäss     Fig.    1 graphisch  dargestellt. U bezeichnet die Spannung des  Netzes 1,     ü    das Übersetzungsverhältnis,  das im Takt der doppelten Netzfrequenz  schwankt, und zwar ebenfalls     sinusförmig.     Die Schwankungen erfolgen zwar synchron  mit der Spannung     U,,    jedoch mit einer       gegenseitigen    Phasenverschiebung, die voll  kommen beliebig sein kann und mit dem  Winkel     d    bezeichnet wurde.

   Die Folge einer  solchen     Übersetzungsschwankung    auf der  Sekundärseite ist zwar die, dass ein solcher  Transformator eine     urspünglich    rein     sinus-          förmige    Primärspannung (U,) in eine Se  kundärspannung mit überlagerter dritter  Harmonischer     (UJ    verwandelt; daher wird  auch der ursprünglich rein     sinusförmige     Sekundärstrom im Primärstrom ebenfalls  eine dritte Harmonische erzeugen.

   Bei den in       Fig.    2 dargestellten Verhältnissen ist an  genommen worden, dass im Scheitelwert der  zeitlich     sinusförmigen    veränderlichen Über  setzung die Übersetzung 1 : 1, bezogen auf  den Mittelpunkt und ein Ende der Wick  lung 3, besteht.

   Wie der     Fig.    2, Kurve     U,     zu     entnehmen    ist, besitzt die (nicht mass  üblich gezeichnete) Grundwelle     U"    der Ver  braucherspannung     U,    gegenüber der Primär  spannung     U,    eine mit     cp    bezeichnete Phasen  verschiebung, die abhängig von der Phasen  lage der     Sinuskurve    für die     Übersetzung    in  bezug auf die Primärspannung ist.

   Die aus       dritten    Harmonischen bestehenden Ober  wellen der Sekundärspannung     U,    lassen sich  bei geeigneten     Mehrphasenschaltungen,    zum  Beispiel bei     Dreieck-Sternschaltungen,    sehr  leicht schon im Transformator selbst kom  pensieren, so dass die zu kuppelnden Netze  praktisch     oberwellenfrei    bleiben.

   Handelt es  sich hingegen, wie in dem Ausführungsbei  spiel gemäss     Fig.    1 um     Einphasentransforma-          toren,    so     können    entsprechende     Glättungs-          kreise    angewendet werden (Siebkreise), die    die Sekundärspannung bis zu dem gewünsch  ten Mass glätten. Gemäss der Erfindung wird  also mit vollem Bewusstsein eine von der       Sinusform    abweichende Spannungskurve auf  der Sekundärseite erzeugt, und zwar ergibt  sich dabei der Vorteil, dass sich die Sekun  därspannung in ihrer Phasenlage stufenlos  verschieben lässt.

   Bei einer derartigen über  synchronen Änderung des Übersetzungsver  hältnisses wird, wie leicht nachweisbar ist,  ein Leistungsfaktor des Sekundärnetzes, in  einem beispielsweise induktiven Sinne,     in     einen solchen in anderem Sinne, beispiels  weise     kapazitiven    Sinne, im Primärnetz ver  wandelt. Die gewünschte     Sinusform    der Aus  gangsspannung ergibt sich, wie bereits ge  sagt, entweder aus geeigneter Zusammen  setzung von einzelnen Phasenspannungen bei       Mehrphasenbetrieb    oder mit Hilfe von     Glät-          tungseinriohtungen.     



  Gemäss einem weiteren Ausführungsbei  spiel der     Erfindung    kann die Transformator  anordnung aus einem solchen Transformator  mit periodisch geänderter Übersetzung zu  sammen mit einem bekannten     normalen     Transformator mit unveränderlicher Über  setzung bestehen.

   Da der normale Transfor  mator nacheilende Blindlast der Grösse und  dem Vorzeichen nach unverändert auf die  Primärseite überträgt, der     Transformator    ge  mäss der Erfindung, wie bereits gesagt,  nacheilende Blindlast in voreilende umwan  delt, so heisst. das, dass ein sekundärseitig aus  den beiden Transformatoren zusammenge  setzte     Transformatoranordnung        primärseitig     gewissermassen zugleich vor- und nacheilende  Blindlast aufweisen kann, die sich bei geeig  neter Auslegung der einzelnen Komponenten  gerade aufheben (vergleiche hierzu auch       Fig.    5).

   Die zusammengesetzte     Transforma-          toranordnung    ist somit imstande, von sich  aus Blindleistung an das Sekundärnetz ab  zugeben und dabei das Primärnetz mit einem  Leistungsfaktor von 1 zu belasten, unab  hängig von der sekundären Phasenverschie  bung.

   Lässt man gewisse     Unvollkommen-          heiten    in der gegenseitigen     Kompensation    zu,  das heisst also, dass sich die     beiden    Teiltrans-           formatoren    in ihrer     Blindlastlieferung    im  vor-     bezw.    nacheilenden Sinn nicht immer  genau ausgleichen, so ist diese zusammen  gesetzte     Transformatoranordnung    imstande,

    durch     Verändern    der Phasenlage der vom  Teiltransformator mit veränderlichem Über  setzungsverhältnis erzeugten Sekundärspan  nung im gespeisten     Sekundärnetz    auch eine       Wirklastregelung    durchzuführen, da dann  gleichzeitig mit der Summe der Blindleis  tungen, die nicht Null wird, eine entspre  chende andere     Wirklastsumme    auftritt.  



  Zur Durchführung der     Erfindung    sind  alle Anordnungen geeignet, die     gestatten,    die       Übersetzung        ü    zwischen Primär- und Sekun  därseite periodisch so zu ändern, dass sie der  bereits     genannten    Gleichung 1 entsprechen.

    Handelt es sich um eine     Zusammensetzung     eines Transformators mit unveränderlichem  Übersetzungsverhältnis und eines Transfor  mators mit veränderlichem Übersetzungsver  hältnis, so nimmt die Gleichung unter der  Voraussetzung gleicher Primärspannungen  beider Transformatoren, die bei einer ge  meinsamen     Primärwicklung    wie in dem Aus  führungsbeispiel gemäss     Fig:    5 gegeben ist,  die Form an:

           ü   <I>=</I>     cl        +        c_    .     sin   <I>(2</I>     a)   <I>t -</I>     d).   <I>(2)</I>    mit     cl-    ist also das unveränderliche Über  setzungsverhältnis des normalen Transfor  mators bezeichnet worden.

   Die Richtigkeit  dieser Überlegungen sowie die Tatsache, dass  der Transformator     gemäss    der Erfindung tat  sächlich in der Lage ist, die eine Art der       Blindleistung    auf der     Sekundärseite    in die  andere Art der     Blindleistung    für die Primär  seite umzuwandeln, können leicht aus den  folgenden     Überlegungen    und Umformungen  der     Gleichung    erhalten werden.

   Bekanntlich  ist die     Sekundärspannung        u3    gleich         25B   <I>-</I>     26   <I>'</I>     24p,       wobei     24I,    den Augenblickswert der Primär  spannung bedeuten soll.

   Es ist aus der       Wechselstromfheorie    her bekannt, dass diese  Primärspannung durch folgenden Ausdruck  ersetzt werden kann:         24p    - Up     #        sin        (co   <I>t</I>     -J        a,,).   <I>(4)</I>    Dabei     bedeuten    Up die Amplitude und     a,    die  Phasenverschiebung der     Primärspannung     gegenüber einem beliebig wählbaren     Bezugs-          zeitpunkt.    Setzt man den Wert dieser Glei  chung in diejenige für den Augenblickswert  der Sekundärspannung ein und multipliziert  ihn aus, so erhält man:

    
EMI0003.0049     
  
    24S <SEP> = <SEP> [cl <SEP> + <SEP> c_ <SEP> . <SEP> sin <SEP> <I>(2a) <SEP> t <SEP> - <SEP> ö)] <SEP> . <SEP> Up</I> <SEP> sin <SEP> <I>(co <SEP> t <SEP> - <SEP> a,)</I>
<tb>  = <SEP> cl <SEP> . <SEP> Up <SEP> sin <SEP> <I>(co <SEP> t <SEP> - <SEP> cep)</I> <SEP> -f- <SEP> Ui, <SEP> . <SEP> c;

   <SEP> sin <SEP> <I>(2 <SEP> co <SEP> t <SEP> - <SEP> 8)</I> <SEP> sin <SEP> <I>(co <SEP> t <SEP> -</I> <SEP> az,)
<tb>  cl <SEP> U <SEP> sin <SEP> <I>(c) <SEP> t</I> <SEP> - <SEP> ap) <SEP> <U>UP <SEP> C <SEP> z</U>
<tb>  = <SEP> . <SEP> p <SEP> -I- <SEP> <U>2</U> <SEP> [cos <SEP> <I>(co <SEP> t</I> <SEP> -I- <SEP> ap <SEP> - <SEP> IS) <SEP> - <SEP> cos <SEP> <I>(3 <SEP> c</I><B>)</B> <SEP> <I>t</I> <SEP> (5)
<tb>  <I>- <SEP> ap <SEP> - <SEP> d)]</I>
<tb>  1 <SEP> 2       und zwar     unter    der Voraussetzung, dass man  noch die bekannte Umformung  
EMI0003.0051     
    durchführt.

   Aus dieser Gleichung ist     nun    zu       erkennen,    dass der Ausdruck 1 für den be  kannten normalen Transformator mit unver  änderlichem     Übersetzungsverhältnis    gilt,     und     dass dieser Transformator die Blindleistung  mit gleichem Vorzeichen von der Sekundär  auf die Primärseite überträgt. Der Aus-    druck 2 jedoch, der für den Transformator  gemäss der Erfindung Gültigkeit hat, weist  unter anderem das Glied         cos        (U)        t        +,a,    -     ö)       auf.

   Daraus ist zu ersehen, dass gegenüber  der     Primärspannung,    in der das Glied         sin        (a)   <I>t -</I>     a,)   <I>(8)</I>    auftritt, eine     Phasenverschiebung    von  2     ap    -     ö        +   <B>90'</B> auftritt. Ferner kann dem  Teil 2 der Gleichung     entnommen    - werden,      dass eine dritte Harmonische wegen des  Gliedes       cos   <I>(3</I>     w   <I>t -</I>     a,,   <I>- d)</I> (9)    auftreten wird.  



  Die Erfindung kann beispielsweise auch  dadurch verwirklicht werden, dass man zwei  Drehregler, die in bekannter Weise mecha  nisch so miteinander gekuppelt sind, dass sich  ihre Drehmomente gerade aufheben, mit  Hilfe eines zusätzlichen kleinen Motors so  betreibt, dass sich das Übersetzungsverhält  nis in der gewünschten Weise ändert. Dieser  Gedanke kann so durchgeführt werden, dass  ein Antriebsmotor verwendet wird, dessen       Polpaarzahl    gleich der Hälfte der Polpaar  zahl der Drehregler ist. Dadurch wird er  reicht, dass ohne jedes     Übersetzungsgetriebe     das Übersetzungsverhältnis stets mit der  doppelten Netzfrequenz zwischen positiven  und negativen Werten schwankt.  



  Es sind ferner Anordnungen bekannt ge  worden, bei denen das Übersetzungsverhält  nis eines Transformators zum Zwecke der       Konstauthaltung    der sekundär abgegebenen       Spannung    auch bei steigender Belastung mit  Hilfe einer zusätzlichen     Gleichstromvormag-          netisierung    geändert werden kann. Dabei  muss, damit keine gegenseitige Steuerung der  verschiedenen Flüsse eintritt, dafür gesorgt  werden, dass die     Wechselstromwicklungen     und die Gleichstromwicklung keine gegen  seitige Kopplung aufweisen.

   Der Erfin  dungsgedanke kann nun so verwirklicht wer  den, dass an Stelle der bisher     verwendeten     Gleichstromwicklung, die, beispielsweise in  Abhängigkeit von der Belastung, allmählich  das Übersetzungsverhältnis ändert, eine       Wechselstromwicklung    vorgesehen wird, die  von einem     Magnetisierungsstrom    der doppel  ten Netzfrequenz erregt wird, der beispiels  weise einer Hilfsmaschine entnommen wird.  



  Legt man auf die Möglichkeit, die  Phasenlage der Sekundärspannung verschie  ben zu können, keinen Wert, so 'kann man es  so einrichten, dass jedem Augenblickswert  der konstanten Primärspannung ein ganz be  stimmter Wert der zeitlich     sinusförmig    ver-         änderlichen    Übersetzung entspricht. Man  kann also. auch Anordnungen zur Durchfüh  rung des Erfindungsgedankens verwenden,  bei denen der Scheitelwert des zeitlich     sinus-          förmig    veränderlichen Übersetzungsverhält  nisses von der Grösse der zugeführten im  Effektivwert schwankenden Primärspan  nung abhängt, und trotzdem eine konstante  Sekundärspannung geliefert wird.

   Dies sind  insbesondere Transformatoren, die leicht zu  sättigende Kernteile enthalten, so dass sich je  nach Grösse des primär erzeugten Flusses die       Flussverteilung    und damit die     Verkettung     zwischen Primär- und     Sekundärwicklung     ändert. Um diese Änderung besonders stark  werden zu lassen, kann man in bekannter  Weise den ganzen     Transformatorkern    oder  auch Teile desselben aus Speziallegierungen,  insbesondere Eisen- und Nickellegierungen  (zum Beispiel     Mu-Metall)    herstellen.  



  Das Übersetzungsverhältnis kann ferner  auch durch Schaltvorgänge geändert werden.       lTrn    die Zahl der Schaltstellen nicht zu gross  zu erhalten, wird man sich im allgemeinen  damit begnügen, den gewünschten zeitlichen  Verlauf der Übersetzung stufenweise anzu  nähern, und wird die hierbei entstehende,  meist geringe Verzerrungsleistung in Kauf  nehmen.

   Die einfachste dieser Schaltanord  nungen dürfte ein Transformator sein, so wie  er auch in     Fig.    1 dargestellt ist, der eine  aussenliegende, eine blanke     Kontaktbahn    auf  weisende Sekundärwicklung erhält, auf der  ein Rollkontakt nach Massgabe der gewünsch  ten Frequenz (doppelte Netzfrequenz)     auf-          und        abbewegt    wird. Von diesem einfachen  Beispiel bis zum     Anzapftransformator,    des  sen     Anzapfungen    in gegenseitiger Reihen  folge zu- und abgeschaltet werden können,  lassen sich alle der vielen bekannten Schalt  anordnungen zur Durchführung des Erfin  dungsgedankens benutzen.  



       Fig.    3 zeigt eine einfache, einphasige An  ordnung, die mit einem     Anzapfungstransfor-          mator    und mit zu beliebig wählbaren Zeit  punkten in beliebig wählbarer Richtung  durchlässigen Entladungsstrecken arbeitet.  (Es können hierzu beispielsweise auch je      Schaltstelle zwei gegensinnig parallel ge  schaltete, gittergesteuerte Entladungsstrecken  angewendet werden). An den Enden und An  zapfungen der Sekundärwicklung 3 des  Transformators 2     befinden    sich die Ent  ladungsstrecken 11', 12', 11", 12" und 13.  Die Entladungsstrecke 13 entspricht dem       Übersetzungsverhältnis    Null.

   Es sei beispiels  weise angenommen, dass die Entladungs  strecken 11' und 11" dem     Übersetzungsver-          hältnis      1, die Entladungsstrecken 12' und  12" dem     Übersetzungsverhältnis      2 entspre  chen. Die Übersetzungskurve ist, wie     Fig.    4  zeigt, eine Treppenkurve. Von der Steuerung  der Entladungsstrecken ist die. Phasenlage  der Übersetzungskurve der     Fig.    4 abhängig.  Durch Verändern der Phasenlage, das heisst  durch Verändern der     Zündzeitpunkte    der ein  zelnen Entladungsstrecken, kann die über  tragene Scheinleistung des Transformators  im gewünschten     Sinn    geändert werden.

   Be  züglich des Aufbaues der Steuerung, der  Steuer-     und        Kommutierungsverhältnisse,    gel  ten die gleichen Bedingungen,     wie    für eine  der     bekannten        Umrichtersteuerungen.    Zweck  mässigerweise wird die Brenndauer der ein  zelnen Entladungsstrecken von dem Augen  blickswert der zeitlichen Änderung der     Se-          kundärspannung    beeinflusst;

   soll die An  näherung der Übersetzung     utats    der     Fig.    4 an  die gewünschte     Sinusform        üia    möglichst er  reicht     werden,    so kann dies durch entspre  ahende Vergrösserung der Zahl der Aaszapf  stellen unter Anwendung weiterer Entla  dungsstrecken erreicht werden. Bei einer  solchen     Spannungserzeugung    treten wegen  der unstetigen Änderung des Übersetzungs  verhältnisses     ausser    der dritten noch weitere  Harmonische in der Ausgangsspannung auf.  



  Soll, wie     bereits    weiter oben angegeben,  eine Kompensation der sekundären Blindlast  auf der Primärseite durch geeignete Zusam  mensetzung eines normalen und eines Trans  formators mit gemäss der Erfindung ver  änderlicher     Übersetzung    erreicht werden, so  genügt es, wie     Fig.    5 zeigt, eine weitere  Sekundärwicklung 6 in den Sekundärstrom  kreis einzufügen.

      Soll die im Netz     auftretende        bezw.    die  dem Transformator zugeführte Schein  leistung geregelt werden, so     können    Grösse       und    Phasenlage der in     Fig.    2 mit     ü    be  zeichneten Übersetzungsschwankung geän  dert werden. Es ist bereits ausgeführt wor  den, dass damit die Grösse und die Phasen  lage der erzeugten     Spannung    geändert wer  den kann.

   Bei geeigneter, gleichzeitiger An  wendung     eines    Transformators mit unver  änderlichem- und eines Transformators mit  veränderlichem Übersetzungsverhältnis wird  es also     dann        gelingen,    die Scheinleistung dem  gewünschten Wert vollständig auszugleichen.



      Transformer arrangement with adjustable translation. For coupling. Networks or a network with a consumer have so far been used either transformers with an unchangeable translation or those whose translation by tap changers or other mechanical devices (rotary transformers) could only be changed relatively slowly. The invention specifies a way in which two networks with the same frequency or at least approximately with the same frequency, the voltage phase positions of which do not need to match, can be coupled to one another.

   For this purpose, according to the invention, a transformer arrangement with an adjustable translation is used, in which means are provided; in order to change the transformation ratio of at least part of the transformer arrangement periodically in the cycle of twice the network frequency from positive to negative values.

   The transmission ratio ü must therefore, at least as a first approximation, the equation Ü = cl <I>. </I> sin <I> (2 </I> 0o t-8) <I> (1) </I> suffice. Here cl and ö mean any constants and a) the angular frequency of the feeding network. An embodiment of the subject matter of the invention is shown schematically in FIG. 1 of the drawing.

   For example, a single-phase alternating current network 1 feeds the transformer arrangement 2 with the secondary winding 3, from the center tapping a line to the consumer 5, not shown in detail. The transformation ratio between the primary and the secondary winding of the transformer 2 is changed in the cycle of double the network frequency with the help of the sliding contact 4 between positive and negative values and a line from the sliding contact 4 to the other pole of the not shown Consumer 5 led.

   The sliding contact 4 can be driven, for example, by a motor that is seated at a speed corresponding to twice the mains frequency, via a slider crank mechanism.



  In FIG. 2 the voltage ratios for an arrangement according to FIG. 1 are shown graphically. U denotes the voltage of the network 1, ü the transmission ratio, which fluctuates in the cycle of twice the network frequency, also sinusoidally. The fluctuations occur synchronously with the voltage U ,, but with a mutual phase shift, which can be completely arbitrary and has been designated by the angle d.

   The consequence of such a translation fluctuation on the secondary side is that such a transformer converts an originally purely sinusoidal primary voltage (U,) into a secondary voltage with a superimposed third harmonic (UJ; therefore the originally purely sinusoidal secondary current is also in the primary current generate a third harmonic.

   In the relationships shown in Fig. 2 it has been assumed that the ratio 1: 1, based on the center and one end of the winding 3, exists in the peak value of the temporally sinusoidal variable ratio.

   As shown in Fig. 2, curve U, has the (not customary drawn) fundamental wave U "of the consumer voltage U, compared to the primary voltage U, a phase shift designated cp, which depends on the phase position of the sine curve for the translation with respect to the primary voltage.

   The harmonics of the secondary voltage U, consisting of third harmonics, can be compensated very easily in the transformer itself with suitable multi-phase connections, for example with delta-star connections, so that the networks to be coupled remain practically harmonic-free.

   If, on the other hand, it is a question of single-phase transformers, as in the exemplary embodiment according to FIG. 1, corresponding smoothing circles can be used (filter circles) which smooth the secondary voltage up to the desired level. According to the invention, a voltage curve deviating from the sinusoidal shape is generated on the secondary side with full awareness, and this results in the advantage that the phase position of the secondary voltage can be continuously shifted.

   With such a synchronous change in the transmission ratio, as can easily be demonstrated, a power factor of the secondary network, in an inductive sense, for example, in another sense, e.g. capacitive sense, is converted in the primary network. As already mentioned, the desired sinusoidal shape of the output voltage results either from a suitable combination of individual phase voltages in multi-phase operation or with the help of smoothing devices.



  According to a further Ausführungsbei game of the invention, the transformer arrangement can consist of such a transformer with periodically changed translation to together with a known normal transformer with invariable translation.

   Since the normal transformer transmits lagging reactive load unchanged in terms of size and sign to the primary side, the transformer according to the invention, as already said, converts lagging reactive load into leading one, so called. the fact that a transformer arrangement composed of the two transformers on the secondary side can, to a certain extent, have leading and lagging reactive load on the primary side, which with a suitable design of the individual components cancel each other out (see also FIG. 5).

   The assembled transformer arrangement is thus able to supply reactive power to the secondary network of its own accord and thereby load the primary network with a power factor of 1, regardless of the secondary phase shift.

   If one allows certain imperfections in the mutual compensation, that means that the two partial transformers in their reactive load delivery in the pre- or. not always exactly compensate for the lagging sense, this composite transformer arrangement is capable of

    by changing the phase position of the secondary voltage generated by the sub-transformer with a variable transmission ratio in the powered secondary network, an active load control can also be carried out, since then, at the same time as the sum of the reactive powers, which does not become zero, a corresponding other active load sum occurs.



  To carry out the invention, all arrangements are suitable that allow the translation ü between the primary and secondary side to change periodically so that they correspond to Equation 1 already mentioned.

    If it is a combination of a transformer with an invariable transformation ratio and a transformer with a variable transformation ratio, the equation assumes the same primary voltages of both transformers, which is given with a common primary winding as in the exemplary embodiment according to FIG. the shape to:

           ü <I> = </I> cl + c_. sin <I> (2 </I> a) <I> t - </I> d). <I> (2) </I> with cl- is the unchangeable transmission ratio of the normal transformer.

   The correctness of these considerations and the fact that the transformer according to the invention is actually capable of converting one type of reactive power on the secondary side into the other type of reactive power for the primary side can easily be derived from the following considerations and conversions Equation can be obtained.

   As is known, the secondary voltage u3 is equal to 25B <I> - </I> 26 <I> '</I> 24p, where 24I is intended to mean the instantaneous value of the primary voltage.

   It is known from AC theory that this primary voltage can be replaced by the following expression: 24p - Up # sin (co <I> t </I> -J a ,,). <I> (4) </I> Here, Up denotes the amplitude and a, the phase shift of the primary voltage with respect to an arbitrarily selectable reference point in time. If you insert the value of this equation into that for the instantaneous value of the secondary voltage and multiply it, you get:

    
EMI0003.0049
  
    24S <SEP> = <SEP> [cl <SEP> + <SEP> c_ <SEP>. <SEP> sin <SEP> <I> (2a) <SEP> t <SEP> - <SEP> ö)] <SEP>. <SEP> Up </I> <SEP> sin <SEP> <I> (co <SEP> t <SEP> - <SEP> a,) </I>
<tb> = <SEP> cl <SEP>. <SEP> Up <SEP> sin <SEP> <I> (co <SEP> t <SEP> - <SEP> cep) </I> <SEP> -f- <SEP> Ui, <SEP>. <SEP> c;

   <SEP> sin <SEP> <I> (2 <SEP> co <SEP> t <SEP> - <SEP> 8) </I> <SEP> sin <SEP> <I> (co <SEP> t < SEP> - </I> <SEP> az,)
<tb> cl <SEP> U <SEP> sin <SEP> <I> (c) <SEP> t </I> <SEP> - <SEP> ap) <SEP> <U> UP <SEP> C < SEP> z </U>
<tb> = <SEP>. <SEP> p <SEP> -I- <SEP> <U> 2 </U> <SEP> [cos <SEP> <I> (co <SEP> t </I> <SEP> -I- <SEP > ap <SEP> - <SEP> IS) <SEP> - <SEP> cos <SEP> <I> (3 <SEP> c </I> <B>) </B> <SEP> <I> t </I> <SEP> (5)
<tb> <I> - <SEP> ap <SEP> - <SEP> d)] </I>
<tb> 1 <SEP> 2 on the condition that one still uses the known forming
EMI0003.0051
    performs.

   From this equation it can now be seen that expression 1 applies to the known normal transformer with an unchangeable transformation ratio, and that this transformer transfers the reactive power with the same sign from the secondary to the primary side. Expression 2, however, which is valid for the transformer according to the invention, has, inter alia, the term cos (U) t +, a, - δ).

   It can be seen from this that, compared to the primary voltage in which the term sin (a) <I> t - </I> a,) <I> (8) </I> occurs, there is a phase shift of 2 ap - ö + <B> 90 '</B> occurs. It can also be seen from part 2 of the equation - that a third harmonic due to the term cos <I> (3 </I> w <I> t - </I> a ,, <I> - d) </ I > (9) will occur.



  The invention can also be implemented, for example, by operating two rotary controls, which are mechanically coupled in a known manner so that their torques just cancel each other out, with the help of an additional small motor so that the gear ratio is in the desired manner changes. This idea can be carried out in such a way that a drive motor is used whose number of pole pairs is equal to half the number of pole pairs of the rotary control. This means that without any transmission gear, the transmission ratio always fluctuates between positive and negative values at twice the mains frequency.



  Arrangements have also become known in which the transformation ratio of a transformer can be changed with the aid of additional direct current pre-magnetization for the purpose of maintaining the secondary voltage output constant, even with increasing load. In this case, so that no mutual control of the various flows occurs, it must be ensured that the alternating current windings and the direct current winding do not have any mutual coupling.

   The concept of the invention can now be realized in such a way that instead of the previously used direct current winding, which, for example, depending on the load, gradually changes the transmission ratio, an alternating current winding is provided which is excited by a magnetizing current of twice the mains frequency, the example is taken from an auxiliary machine.



  If no value is placed on the possibility of being able to shift the phase position of the secondary voltage, it can be set up in such a way that every instantaneous value of the constant primary voltage corresponds to a very specific value of the temporally sinusoidally variable translation. So you can. also use arrangements for the implementation of the inventive concept in which the peak value of the temporally sinusoidal variable transmission ratio depends on the size of the supplied primary voltage, which fluctuates in the rms value, and a constant secondary voltage is still supplied.

   These are in particular transformers that contain core parts that are easy to saturate, so that, depending on the size of the primarily generated flux, the flux distribution and thus the linkage between the primary and secondary winding changes. In order to make this change particularly strong, the entire transformer core or parts of it can be produced in a known manner from special alloys, in particular iron and nickel alloys (for example mu-metal).



  The transmission ratio can also be changed by shifting. If the number of switching points is not too large, one will generally be content with gradually approaching the desired time course of the translation, and will accept the mostly low distortion power that this creates.

   The simplest of these Schaltanord voltages should be a transformer, as shown in Fig. 1, which receives an external, a bare contact track pointing secondary winding on which a rolling contact according to the desired frequency (double the network frequency) and is moved away. From this simple example to the tap transformer, the sen taps can be switched on and off in mutual order, all of the many known switching arrangements can be used to carry out the inven tion.



       3 shows a simple, single-phase arrangement that works with a tapping transformer and with discharge paths that are permeable in any direction that can be selected at any time. (For this purpose, for example, two grid-controlled discharge paths connected in parallel in opposite directions can be used for each switching point). At the ends and taps of the secondary winding 3 of the transformer 2 are the Ent charge paths 11 ', 12', 11 ", 12" and 13. The discharge path 13 corresponds to the transformation ratio zero.

   It is assumed, for example, that the discharge paths 11 ′ and 11 ″ correspond to the transmission ratio 1, and the discharge paths 12 ′ and 12 ″ correspond to the transmission ratio 2. As shown in FIG. 4, the translation curve is a step curve. The control of the discharge paths is the. Phase position of the translation curve of FIG. 4 depends. By changing the phase position, that is to say by changing the ignition times of the individual discharge paths, the apparent power transmitted by the transformer can be changed in the desired sense.

   Regarding the structure of the control, the control and commutation ratios, the same conditions apply as for one of the known converter controls. Appropriately, the burning time of the individual discharge paths is influenced by the instantaneous value of the change in the secondary voltage over time;

   If the approximation of the translation utats of FIG. 4 to the desired sinusoidal shape is as much as possible, this can be achieved by appropriately increasing the number of tapping points using further discharge routes. With such a voltage generation, due to the discontinuous change in the translation ratio, other harmonics in the output voltage occur in addition to the third.



  If, as already stated above, a compensation of the secondary reactive load on the primary side is to be achieved by suitable composition of a normal and a transformer with a variable ratio according to the invention, a further secondary winding 6 is sufficient, as FIG. 5 shows to be inserted into the secondary circuit.

      Should the respectively occurring in the network. the apparent power supplied to the transformer can be regulated, so the size and phase position of the translation fluctuation marked with ü in FIG. 2 can be changed. It has already been stated that the size and the phase position of the voltage generated can thus be changed.

   With a suitable, simultaneous use of a transformer with an unchangeable and a transformer with a variable transformation ratio, it will then be possible to fully compensate the apparent power to the desired value.

 

Claims (1)

PATENTANSPRUCH: Transformatoranordnung mit. regelbarer Übersetzung, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorgesehen sind, um das Übersetzungs verhältnis wenigstens eines Teils der Trans formatoranordnung periodisch im Takte der doppelten Netzfrequenz von positiven zu negativen Werten zu ändern. PATENT CLAIM: Transformer arrangement with. adjustable translation, characterized in that means are provided to change the translation ratio of at least part of the transformer arrangement periodically in the cycle of twice the network frequency from positive to negative values. UNTERANSPRÜCHE: 1. Transformatoranordnung nach Patentan spruch, dadurch gekennzeichnet, dass zur Änderung des Übersetzungsverhältnisses ein nach Massgabe der doppelten Netz frequenz umlaufender Motor dient, der über ein Schubkurbelgetriebe einen Gleit- kontakt zwischen den freien Enden einer Transformatorwicklung hin und her be wegt. SUBClaims: 1. Transformer arrangement according to patent claim, characterized in that a motor rotating according to twice the network frequency is used to change the transmission ratio, which moves a sliding contact between the free ends of a transformer winding back and forth via a crank mechanism. 2. Transformatoranordnung nach Patentan spruch, zur vollständigen oder angenäher ten Kompensation der Blindleistung auf der Seite des speisenden Netzes, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus einem Trans formator mit unveränderlichem Über setzungsverhältnis und einem Transfor mator mit periodisch veränderlichem Über- setzungsverhältnis besteht. 2. Transformer arrangement according to patent claim, for full or approximate th compensation of the reactive power on the side of the feeding network, characterized in that it consists of a transformer with an unchangeable transmission ratio and a transformer with a periodically variable transmission ratio. 3. Transformatoranordnung nach Patentan spruch, dadurch gekennzeichnet, dass der mit veränderlichem Übersetzungsverhält nis versehene Transformator aus zwei derart mechanisch miteinander gekuppel- ten Drehreglern besteht, da.ss sich ihre Drehmomente gerade aufheben, und dass die Änderung des Übersetzungsverhält nisses durch einen mit der halben Pol paarzahl der Drehregler ausgerüsteten Motor erfolgt. 4. Transformatoranordnung nach Patent anspruch, gekennzeichnet durch eine mit der doppelten Netzfrequenz schwankende Vormagnetisierung zur Durchführung der Änderung des Übersetzungsverhältnisses. 3. Transformer arrangement according to patent claim, characterized in that the transformer provided with a variable transmission ratio consists of two rotary controls mechanically coupled to one another in such a way that their torques just cancel each other out, and that the change in the transmission ratio by one with half Pole pair number of the rotary controller-equipped motor takes place. 4. Transformer arrangement according to patent claim, characterized by a bias magnetization which fluctuates with twice the line frequency to carry out the change in the transmission ratio. 5. Transformatoranordnung nach Patentan spruch, gekennzeichnet durch Transfor matoren mit leicht sättigbaren Eisenker- nen, bei denen die Änderung des Über setzungsverhältnisses durch eine Ände rung der Verkettung zwischen Primär- und Sekundärwicklung im Takte der dop pelten Netzfrequenz erfolgt. 6. Transformatoranordnung nach Patentan spruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenlage und der Scheitelwert des zeit lich im Takte der doppelten Netzfrequenz schwankenden Übersetzungsverhältnisses regelbar sind. 5. Transformer arrangement according to patent claim, characterized by transformers with easily saturable iron cores, in which the change in the transmission ratio takes place by changing the linkage between the primary and secondary winding at twice the line frequency. 6. Transformer arrangement according to patent claim, characterized in that the phase position and the peak value of the transmission ratio, which fluctuates in time Lich in cycles of twice the mains frequency, can be regulated.
CH202628D 1936-12-22 1937-12-22 Transformer arrangement with adjustable translation. CH202628A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1244946B (en) * 1961-05-15 1967-07-20 Brentford Electric Ltd Step switching and control device for transformers

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE1244946B (en) * 1961-05-15 1967-07-20 Brentford Electric Ltd Step switching and control device for transformers

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