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Ein- und lnehrphasendrehtransformator, bei dem sowohl der Ständer
als auch der Läufer erregt werden Bei den für Drehstrom vielfach verwendeten Drehtransformatoren
weicht die Phase der sekundär induzierten Spannung im allgemeinen von derjenigen
der speisenden Spannung ab. Sollen zu bestimmten Zwecken Sekundärspannungen erzeugt
werden, die mit den primären Phasen gleich sind, so war man bisher gezwungen, zwei
miteinander gekuppelte Drehregler mit entgegengerichteten Drehfeldern zu verwenden.
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Die Erfindung löst nun die Aufgabe der Erzeugung phasengleicher Sekundärspannungen
mit nur einem Regler dadurch, daß die sekundäre Wicklung aus Teilen der Ständerwicklung
besteht, die gegen die primäre Ständerwicklung um einen bestimmten Winkel räumlich
versetzt sind, und aus Teilen der Läuferwicklung, die gegen die primäre Läuferwicklung
um den gleichen, jedoch negativen Winkel versetzt sind. An Hand der Abb. z, 3 und
5, welche sich nur durch die Lage des Rotors des Drehreglers unterscheiden, möge
die neue' Anordnung und Wirkungsweise der Drehtransformatoren erläutert werden.
Die Abb. z, q. und 6 entsprechen den Abb. z, 3 und 5 und stellen die zugehörigen
zeitlichen Vektordiagramme dar.
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In den Ausführungsbeispielen der Abbildungen enthält der Ständer die
primären Wicklungen Ui, V1, W1 und die in Phase hiermit liegenden sekundären Wicklungen
U2, v2, W2. Der Läufer trägt die drei über bewegliche Kabel oder Schleifringe gespeisten
Wicklungen U", Tlo, Wo. Die Schleifringe sind in den Abbildungen durch kleine
Kreise angedeutet. Die Wicklungen U., Vo, Wo
werden für die gewählte einfache
Sparschaltung gleichzeitig als Primär- und Sekundärwicklungen benutzt. Die primäre
Phasenspannung ei speist Ui und Up, die sekundäre Phasenspannung e2 wird aus V2
und Wo entnommen. In den Abb. 3 und q. schließen die primären Vektoren Ui, U" einen
gestreckten Winkel ein, wie das zeitliche Spannungsdiagramm (Abb. q.) zeigt. Hierin
sind die Vektoren für die Ständerspannungen ausgezogen, die für die Läuferspannungen
punktiert gezeichnet.
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Die primäre Spannung e1 hält der resultierenden Spannung aus U1 +
U" das Gleichgewicht. Die Sekundärspannungen V2 und Wo setzen sich zur resultierenden
Spannung e2 zusammen, die stets phasengleich mit ei ist. Durch Drehung des
zweipoligen Läufers um 6o° im Uhrzeigersinne (vgl. Abb. r) wird die Sekundärspannung
aus V2 und Wo zu Null und ist auch hier in der Nähe von Null phasengleich der primären
Spannung ei (vgl. Abb.2). Wird der Läufer weitergedreht, so nimmt die Sekundärspannung
negative
Werte an. Die primär gespeisten Wicklungen U1 und U" sind
in den Reglerstellungen, (Abb. 2 und 6) gegeneinander verschoben, so daß also bei
konstant bleibender Primärspannung eine Steigerung des Flusses stattfindet, weil
nur eine Komponente der erregenden Ampereivindungen zur Wirkung kommt. Daher sind
die Kreise, auf denen die Endpunkte der Spannungsvektoren liegen, in Abb. 2 und
6 größer als in Abb. q. gezeichnet. Abb. 5 und 6 entsprechen einer Drehung des Läufers
nach links um etwa 6o0 und einer mit Rücksicht auf den Fluß noch zulässigen höchsten
Sekundärspannung e2.
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Die Schaltung der Abb. 5 enthält noch eine von den Abb. i und 3 abweichende
Anordnung, in der die Verkettung der sekundären Spannung mit der betreffenden Ständerphase
nicht durch eine zweite Ständerwicklung, sondern durch drei Einphasentransformatoren,
wie durch die punktierte Umrandung ersichtlich gemacht, oder besser durch einen
Dreiphasentransformator vorgenommen wird, so daß der Drehtransformator selbst seine
einfachste Form behält. Der Eilfstransformator ist nur für die halbe Regulierleistung
zu bemessen.
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Wesentlich für die Phasengleichheit der primären und sekundären Spannungen
ist, daß die in Reihe liegenden Ständer- und Läuferwicklungen bezüglich ihrer Spannungen
gleichwertig sind und die zu einer Phase benutzten Ständerwicklungsteile U1 und
V, räumlich um den gleichen Winkel wie die Läuferwicklungsteile U, und Wo (jedoch
in entgegengesetzter Richtung aufgetragen) gegeneinander versetzt sind. Werden beispielsweise
die zu einer Phase gehörigen Ständerwicklungsteile nicht, wie in den Abb. i bis
6 dargestellt, um + 12o0 (Abb. 3), sondern um -f- go° räumlich gegeneinander versetzt,
so müssen die Läuferwicklungsteile, die dann als Doppelwicklung mit sechs Schleifringen
auszuführen sind, um - 9o° versetzt angeordnet werden. Auf diese Weise - wird beispielsweise
bei Primärvektoren, die in die gleiche Richtung fallen, die Sekundärspannung e.
zu Null, und es ergibt sich die Möglichkeit einer symmetrischen positiven und negativen
Spannungsregelung bei symmetrischer Änderung des Flusses. Um eine Phase einer Dreiphasenwicklung
zu erhalten, die zu einer anderen Phase einer Dreiphasenwicklung senkrecht steht
(beispielsweise zur U-Phase), kann man bekanntlich die Wicklungsteile der beiden
anderen Phasen (also der h- und W-Phase) entsprechend miteinander verbinden.
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Wenn die neue Anordnung auch nicht in allen Lagen volle Ausnutzung
der primären Amperewindungen gestattet, so besitzt dieselbe jedoch andere große
Vorteile. Während bei den Reglern der bisher üblichen Bauart zwischen der primären
und sekundären Wicklung bei Last eine große Streuung, d. h. ein großer Spannungsabfall
stattfindet, weil die Wicklungen auf verschiedenen Seiten des Luftspaltes liegen,
ist dies bei der neuen Anordnung nicht der Fall, denn die primären und sekundären
Wicklungsteile sind in gemeinsamen Nuten gebettet. Für den Läufer liegen die Verhältnisse
bei der Sparschaltung (Abb. i, 3 und 5) besonders günstig, weil die gleichen Wicklungsteile
vom primären und sekundären Strom durchflossen sind. Hierdurch ergibt sich auch
eine Ouerschnittsverminderung der Läuferwicklung, da sich die primären und sekundären
Läuferströme geometrisch zusammensetzen.
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Das Drehmoment eines solchen Reglers besitzt bei unbelastetem Sekundärkreis,
bei nicht gestreckter Lage der primären Vektoren einen gewissen, von den Leerlaufströmen
herrührenden kleineren Wert. Bei induktionsfreier Last nimmt dieses Drehmoment nicht
zu, weil die zeitlich in Phase mit dem Fluß befindlichen Komponenten der sekundären
Ströme denen der primären entgegengesetzt sind. Bei induktiver Belastung nimmt dieses
Drehmoment allerdings zu, ähnlich wie bei den eingangs erwähnten Doppelreglern.
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Ein großer praktischer Vorteil liegt ferner in der Möglichkeit der
Vereinigung der beiden Regler zu einem einzigen.
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Die primären- Windungszahlen bzw. -spannungen im Ständer sollen mit
denen im Läufer im allgemeinen übereinstimmen. Dasselbe kann für die sekundären
Windungszahlen im- Ständer. und Läufer gesagt werden. Dagegen brauchen die primären
Windungen nicht immer gleich den sekundären Windungen zu sein, wie es im Interesse
der Sparschaltung angenommen wurde. o Durch Verschiedenheit der Windungszahlen in
den hintereinanderliegenden Stator-und Rotorwicklungen können nämlich absichtlich
Phasenungleichheiten erzeugt werden, beispielsweise zum Zwecke der Phasenkompensierung
von Drehstromkollektormotoren.
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Das neue Prinzip der gleichzeitigen Verteilung der primären und sekundären
Wicklungsteile auf Ständer und Läufer läßt sich auch auf den Einphasendrehtransformator
übertragen. Die Abb. 7 stellt ein Ausführungsbeispiel dar, bei dem sowohl der Ständer
als auch der Läufer je zwei um go° gegeneinander verkettete Wicklungen trägt. Während
die primären Wicklungsteile S1, R1 so hintereinandergeschaltet sind, daß sich ihre
Amperewindungen in der gestreckten
Lage unterstützen, sind die sekundären
Wicklungsteile S2, R2 so miteinander verbunden, daß sie einander entgegenarbeiten.
Das räumliche Diagramm Abb. 8 weist eine Erregerachse e-e' auf, entsprechend der
Richtung des resultierenden primären Flusses, sowie eine Querachse q-q'. Besitzen
die primären Ständer- und Läuferwindungen die gezeichnete Lage S1, R1, so ist zur
Erzeugung der primären EMK die Komponente a wirksam. Bei Leerlauf wird dann in den
sekundären Ständer- und Läuferwindungen S2, R2 eine Spannung induziert, die sich
zur primären verhält wie b : a. Bei Last heben sich in der Querachse q-q'
einerseits die Stromkomponenten c und d der primären Wicklungsteile von Ständer
und Läufer und andererseits die Komponenten der sekundären Wicklungsteile auf. Die
Spannungen werden nur in der Erregerachse induziert, die sich bei Verdrehung des
Läufers um die Hälfte des Verdrehungswinkels dreht. Da sich alle Querkomponenten
der Ströme aufheben, ist eine besondere Kompensationswicklung, wie sie bisher in
Einphasendrehtransformatoren unentbehrlich war, überflüssig.