Doppelte Regulierdrosselspule mit verschiebbarem Eisenrückschluß Es
ist bekannt, für Stufentransformatoren zum stetigen Ändern der Spannung und nahezu
stromlosen Umschalten der Stufen doppelte Regulierdrosselspulen anzuwenden. Hierbei
wird die Änderung des induktiven Widerstandes der beiden Drosselspulenhälften durch
Verschieben eines Eisenkerns oder eines umgebenden Eisenmantels erzielt. Ein Ausführungsbeispiel
dieser bekannten Anordnung 'ist in Abb. r dargestellt. Hierin ist K1 ein feststehender
Eisenzylinder mit zwei übereinanderliegenden gleich großen Spulen S1 und S2 von
gleicher Windungszahl. Es ist ferner ein beweglicher Eisenkern K2 vorhanden, der
etwa gleich der halben Drossellänge ist und aus der einen Spule heraus und in die
andere in einem der Stromverschiebung entgegengesetzten Sinne hineinbewegt wird.
Wie ä.us dem Schaltungsschema Abb. ra hervorgeht, sind die Spulen S1 und S. in Serie
an eine feste Spannung E" gelegt. Es bedeuten ferner E2 die zu steuernde Spannung
zwischen der Verbindung der Spulen und einem äußeren Spulenende. Im allgemeinen
ist E2 nur ein Teil der zu regulierenden Gesamtspannung Ex, wobei die Spannungen
E, und E" z. B. durch einen Transformator a fest miteinander gekoppelt sind. Der
Belastungsstrom TB fließt in den Endstellungen des Eisenkerns größtenteils
über den jeweils eisenoffenen Teil der Drossel (S1 in Abb. r). Da nun die Wicklung
S1 trotz der Abwesenheit des Eisenrückschlusses noch eine erhebliche Induktivität
besitzt, so ruft der Belastungsstrom TB in ihr einen hohen induktiven Spannungsabfall
Ei hervor, welcher, da ES - Ep - Ei ist, den Regulierbereich von E2
verkleinert sowie bei Stufenumschaltung von Reguliertransformatoren eine verhältnismäßig
hohe Schaltleistung übrigläßt und schließlich auch eine unter Umständen beträchtliche
Phasenverschiebung zwischen Ei und E2 erzeugt. Die Tatsache, daß der Strom IB
in
jeder Eisenkernendstellung nur durch eine Drosselspule fließt; macht einen
großen Kupferaufwand ,erforderlich.Double regulating choke coil with displaceable iron yoke It is known to use double regulating chokes for step transformers to continuously change the voltage and to switch between the stages with virtually no current. The change in the inductive resistance of the two halves of the choke coil is achieved by moving an iron core or a surrounding iron jacket. An embodiment of this known arrangement is shown in Fig. R. Here, K1 is a fixed iron cylinder with two superimposed coils S1 and S2 of the same size and the same number of turns. There is also a movable iron core K2 which is approximately equal to half the throttle length and which is moved out of one coil and into the other in a direction opposite to the current displacement. As can be seen from the circuit diagram in Fig. Ra, the coils S1 and S are connected in series to a fixed voltage E ". E2 also denotes the voltage to be controlled between the connection of the coils and an outer coil end. In general, E2 only part of the total voltage Ex to be regulated, the voltages E, and E "z. B. are firmly coupled to each other by a transformer a. The load current TB flows in the end positions of the iron core for the most part via the respective iron-open part of the throttle (S1 in Fig. R). Since the winding S1 still has a considerable inductance despite the absence of the iron back yoke, the load current TB causes a high inductive voltage drop Ei in it, which, since ES - Ep - Ei , reduces the regulation range of E2 and when regulating transformers are stepped leaves a relatively high switching capacity and ultimately also produces a phase shift between Ei and E2, which may be considerable. The fact that the current IB flows in each iron core end position only through one choke coil; requires a large amount of copper.
Die genannten Mängel der bekannten Anordnung, wozu unter Umständen
auch noch eine unsymmetrische Stromverteilung in den Endstellungen kommt, werden
erfindungsgemäß durch eine auf dem verschiebbaren Eisenrückschluß vorgesehene Steuerwicklung
vermieden, welche an derselben Spannung E" wie die beiden Drosselwicklungen oder
an einer mit dieser Spannung fest gekoppelten Spannung liegt.The mentioned shortcomings of the known arrangement, including under certain circumstances
there will also be an asymmetrical current distribution in the end positions
according to the invention by a control winding provided on the movable iron yoke
avoided which at the same voltage E "as the two inductor windings or
is due to a voltage that is firmly coupled to this voltage.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sowie Schaltbilder zur Erläuterung
der damit erzielten Wirkung sind in den Abb. a bis 7 dargestellt. In Abb. a ist
die auf dem Kern K2 befindliche Steuerwicklung finit S3 bezeichnet. Sie ist beispielsweise
gemäß dem- den Abb. 3a
bis 3.c zugrunde liegenden Schaltungsschema
an die gleiche Spannung Ep wie die, Hauptwicklungen S1 und S2 gelegt, wobei ie auch
die gleiche Windungszahl wie S1 bzw. S2 besitzen muß. Hierdurch bleibt der Fluß
in K2 in allen Schieberstellungen derselbe und steuert die Spannungen in den Doppelwicklungen
zwangsläufig im Verhältnis der mit ihm dort verketteten Wicklungszahlen. Unter der
Voraussetzung, daß Sg in den Endstellungen mit S1 bzw. S2 streuungslos gekoppelt
ist und unter Vernachlässigung der sich überlagernden Leerlaufströme besitzt die
Strom-und Spannungsverteilung die für die Endstellungen in Abb. 3 a und 3 c sowie
für die Mittelstellung in Abb. 3 b gezeigte Form. Im letzten Fall wird sie dieselbe
wie bei der elektrisch nicht gesteuerten Drossel der Abb. i, da S3 stromlos ist.
In den Endstellungen hingegen wird der Belastungsstrom TB von der Steuerwicklung
aufgenommen und sodann der dieser gegenüberliegenden Spule zugeleitet, schafft sich
also seinen eigenen Gegenstrom; der Spannungsabfall in der unbelasteten Spule verschwindet.
E2 ist im Gegensatz zu den bekannten Anordnungen im vollen Bereiche von dem Wert
Null bis En regelbar.Embodiments of the invention and circuit diagrams for explanation
the effect achieved in this way are shown in Figs. a to 7. In fig a is
the control winding located on the core K2 is called finite S3. She is for example
according to Fig. 3a
to 3.c underlying circuit diagram
applied to the same voltage Ep as the main windings S1 and S2, ie also
must have the same number of turns as S1 or S2. This keeps the river flowing
in K2 the same in all slide positions and controls the voltages in the double windings
necessarily in the ratio of the number of windings linked to it there. Under the
The prerequisite is that Sg is coupled to S1 or S2 without scatter in the end positions
is and, neglecting the overlapping no-load currents, has the
Current and voltage distribution for the end positions in Fig. 3 a and 3 c as well
for the middle position shown in Fig. 3b. In the latter case it becomes the same
as with the electrically non-controlled throttle in Fig. i, since S3 is de-energized.
In the end positions, however, the load current TB is taken from the control winding
taken up and then fed to this opposite coil, creates itself
thus its own countercurrent; the voltage drop in the unloaded coil disappears.
In contrast to the known arrangements, E2 is in the full range of the value
Zero to En adjustable.
Vorstehendes gilt unter Voraussetzung, daß S3 in den Endstellungen
mit S1 bzw. S2 streuungslos gekoppelt ist. Nun läßt sich aber das Auftreten einer
Streuspannung Es zwischen S3 und. S1 bzw. S2 in den Endstellungen nie ganz vermeiden.
In diesen Stellungen werden daher nach Abb. 4a und 4b die Spannungen El bzw. E2
nicht gleich Null, sondern gleich ES, und die Stromverteilung zeigt unter Außerachtlassung
der Leerlaufströme den gezeichneten veränderten Verlauf. TB verzweigt sich hier
in den durch die Steuerwicklung S, und die ihr gegenüberliegende Spule S1 bzw. S2
fließenden Strom 1" und den durch die andere Spule fließenden Strom Jb. Diese Verteilung
der Ströme auf S1 und S2 vermindert die dem Strom 1" proportionale Spannung ES sowie
gleichzeitig die Kupferverluste und das Kupfeggewicht. Bezeichnet man mit L die
Selbstinduktion einer ungeschlossenen Spule S1 bzw. S2 und mit LS die Streuinduktivität
zwischen S3 und der gegenüberliegenden Spule S2 bzw. S1, so werden die Kupferverluste
am geringsten, wenn L halb so groß ist wie LS. Die Kupferverluste sinken dann allmählich
auf 1/3 ihres ursprünglichen Wertes. Es ist demnach von Vorteil, die Induktivität
L auf den Wert LS/2 herabzudrücken, zumal da hierdurch auch Es reduziert
wird.The above applies under the precondition that S3 is coupled in the end positions with S1 or S2 without scatter. However, the occurrence of a stray voltage Es between S3 and. Never completely avoid S1 or S2 in the end positions. In these positions, the voltages E1 and E2 are therefore not equal to zero, as shown in FIGS. 4a and 4b, but equal to ES, and the current distribution shows the changed course drawn, ignoring the no-load currents. TB branches here into the current 1 ″ flowing through the control winding S and the coil S1 or S2 opposite it and the current Jb flowing through the other coil. This distribution of the currents to S1 and S2 reduces the voltage proportional to the current 1 ″ ES and at the same time the copper losses and the copper weight. If L denotes the self-induction of an unclosed coil S1 or S2 and LS denotes the leakage inductance between S3 and the opposite coil S2 or S1, the copper losses are lowest when L is half the size of LS. The copper losses then gradually decrease to 1/3 of their original value. It is therefore advantageous to reduce the inductance L to the value LS / 2, especially since this also reduces Es.
Soweit sich dieser Effekt nicht bereits durch reine Formgebung der
Apparatur erreichen läßt, ist es zweckmäßig, hierfür auf jeder Seite des Schiebers
etwa in der in Abb. 5 gezeigten Form eine Kurzschlußwicklung Sk mitzuführen, welche
auch aus einem oder mehreren Kurzschlußringen bestehen kann. Bei dieser Ausführungsform
werden die Kupferverluste ein Minimum, wenn L - LS gemacht wird, wobei jetzt
L die Kurzschlußinduktivität der offenen Eisendrossel S1 bzw. S2 gegenüber
Sk bedeutet. Die Kupferverluste werden bei dieser Bemessung durch die Kurzschlußwicklungen
auf die Hälfte der Verluste bei stromfreier offener Eisendrossel verringert. Bei
unvollständiger Kopplung ergeben sich entsprechende mittlere Werte.If this effect cannot be achieved by simply shaping the apparatus, it is advisable to carry a short-circuit winding Sk, which can also consist of one or more short-circuit rings, on each side of the slide approximately in the form shown in Fig. 5. In this embodiment, the copper losses are a minimum when L - LS is made, where L now means the short-circuit inductance of the open iron choke S1 or S2 with respect to Sk. With this dimensioning, the copper losses are reduced by the short-circuit windings to half the losses with a current-free open iron choke. If the coupling is incomplete, corresponding mean values result.
Im allgemeinen wird man, um Ausgleichströme zu vermeiden, das Verhältnis
der Windungszahl n, einer Drosselwicklung S1 bzw. S2 zu der Windungszahl n2 der
Steuerwicklung S3 gleich dem Verhältnis, der der Drosselspule zugeführten Spannung
zu der der Steuerwicklung zugeführten Spannung machen, d. h. wenn sowohl die Doppeldrosselspule
als auch die Steuerwicklung S3 an der gleichen Spannung liegen, ist n,= n2 zu wählen.
Man kann jedoch auch, um den Regulierbereich der Doppeldrosselspule über den Wert
der Spannung Ep hinaus zu vergrößern, die Windungszahl w1 größer wählen, als der
vorerwähnten Bedingung entspricht. In diesem Fall braucht man nur, um die an der
offenen Eisendrossel in den Endstellungen entstehende Spannung
Ep zu decken, die in Abb. 6 a bis 6 c und 7 dargestellte Schaltung zu wählen. Hierbei
sind Gegenwicklungen G1 bzw. G2 vorgesehen, die eine Windungszahl n,-n, besitzen
und jeweils im Stromkreis der einen Drosselspule in Gegenschaltung liegen und mit
der anderen Drosselspule magnetisch gekoppelt sind. So liegt beispielsweise die
Wicklung G1 im Stromkreis der Drosselwicklung S1 und ist ihr gegengeschaltet sowie
mit der anderen Drosselwicklung S2 magnetisch gekoppelt. In der Mittelstellung ist
alsdann die Stromverteilung dieselbe wie bei den einfachen Regulierdrosseln nach
Abb. i und 2 ohne bzw. mit Steuerwicklung S3. In den Endstellungen hingegen überlagert
sich bei Vernachlässigung der Streuspannungen und Leerlaufströme über die Verteilung
nach Abb. 3 a bzw. 3 c in S1, G1 und S2, G2 nach Abb. 6 a und 6 c ein Strom J;i
und in S3 ein Strom 2 Jü und schafft so überall den Amperewindungsausgleich. Der
Regulierbereich wird von En auf E" erhöht. Der -Belastungsstrom bleibt
IB. Bei Berücksichtigung der Streuspannengen zwischen den einzelnen Wicklungen verändert
sich die Strom- und Spannungsverteilung
ebenso wie in Abb. q.a
und q.b bei der Drossel ohne Gegenwicklung. Deshalb ist entsprechend Abb. 6 a bis
6 c die Mitführung von Kurzschlußwicklungen oder Kurzschlu8r ringen auf den beiden
Seiten des Schiebers unter Umständen zu empfehlen. ' Die genannten Regulierschaltungen
in Abb.3 bis 6 sind konstruktiv nicht an die Schaltbilder z, 5 und 7 gebunden, sondern
es kann auch jede andere, für doppelte Regulierdrosseln bekannte Ausführungsform
zugrunde gelegt werden. Beispielsweise ließen sich die festen Spulen auch auf einen
Zylinder wickeln und der Schieber K2 außen als Mantel führen.In general, in order to avoid equalizing currents, the ratio of the number of turns n of a choke winding S1 or S2 to the number of turns n2 of the control winding S3 is made equal to the ratio of the voltage fed to the choke coil to the voltage fed to the control winding, ie if both the If the double choke coil and the control winding S3 are at the same voltage, then n, = n2 should be selected. However, in order to enlarge the regulating range of the double inductor beyond the value of the voltage Ep, the number of turns w1 can also be selected to be greater than the aforementioned condition. In this case you only need to relieve the tension that arises at the open iron choke in the end positions To cover Ep, choose the circuit shown in Fig. 6 a to 6 c and 7. In this case, counter-windings G1 and G2 are provided, which have a number of turns n, -n, and are each connected in the circuit of one choke coil in a counter-circuit and are magnetically coupled to the other choke coil. For example, the winding G1 is in the circuit of the inductor winding S1 and is connected to it and magnetically coupled to the other inductor winding S2. In the middle position, the current distribution is then the same as with the simple regulating throttles according to Figs. I and 2 without or with control winding S3. In the end positions, on the other hand, if the stray voltages and no-load currents are neglected, a current J; i and a current in S3 are superimposed over the distribution according to Fig. 3 a and 3 c in S1, G1 and S2, G2 according to Fig. 6 a and 6 c 2 Jü and creates the ampere turn compensation everywhere. The regulation range is increased from En to E ". The load current remains IB. If the stray voltage between the individual windings is taken into account, the current and voltage distribution changes, as in Fig.qa and qb for the choke without counter-winding. Therefore, as shown in Fig. 6 a to 6 c, it may be advisable to carry short-circuit windings or short-circuit rings on both sides of the slide. The mentioned regulating circuits in Fig. 3 to 6 are structurally not tied to the circuit diagrams z, 5 and 7, but any other embodiment known for double regulating throttles can also be used as a basis. For example, the fixed coils could also be wound on a cylinder and the slide K2 could be guided as a jacket on the outside.
Schließlich sind die Schaltungen Abb.3 bis 6 sowohl in ihrer Regulierung
als auch in ihrer Belastung umkehrbar; d. h. man kann, wenn E, veränderlich ist,
auch Ex konstant halten sowie die Belastung wahlweise an Er oder auf die
Seite von E, legen. Im letzteren Falle sind alle Ströme und Streuspannungsabfälle
in Abb. 3 bis 6 umzukehren.Finally, the circuits Fig.3 to 6 are reversible both in their regulation and in their load; that is, if E, is variable, Ex can also be kept constant and the load can be placed either on Er or on the side of E. In the latter case, all currents and voltage drops in Fig. 3 to 6 are to be reversed.