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Spannungsausgleichstransformator Bei Gleichrichteranordnungen, insbesondere
solchen, bei denen die Gleichrichtung des Wechselstroms durch Metalltrockengleichrichter
erfolgt, wird häufig. die Forderung gestellt, daß sich die Werte der Gleichspannung
bei schwankender Belastung nur in verhältnismäßig engen -Grenzen ändern dürfen.
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. Werden bei Gleichrichtergeräten keine besonderen Anordnungen zur
Spannungsregelung verwendet, so fällt die Gleichspannung mit steigender Belastung
infolge des Spannungsabfalles in ,der Gleichrichtetanordnung stark ab.
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Es sind verschiedene Anordnungen und Schaltungen bekanntgeworden,
durch die eine selbsttätige Spannungsregelung in Abhängigkeit von .der Belastung
des Gleichrichters erreicht wird. Bekannt sind für diesen Zweck z. B. gleichs.tromvorm.agnetisierte
Regeldrosselspulen, die mit ihrer Wechs.elstromwicklung in Reihe mit der Primär-
oder Sekundärwicklung .des die Gleichrichteranordnung speisenden Transformators
geschaltet sind, und deren Vormagnetisierungswicklung vom Verbraucherstrom durchflossen
wird. Mit steigendem Verbraucherstrom werden diese Drosselspulen mehr und mehr gesättigt.
Es sinlet infolgedessen der Spannungsabfall an der Wechselstromwicklung der Regeldrosselspule,
. und um den gleichen Betrag steigt die Spannung am Transformator und deckt den
erhöhten Spannungsabfall an der Gleichrichteranordnung. Bei richtiger Bemessung
der Regeldrosselspule .kann die Anordnung .so abgeglichen werden, daß die Gleichspannung
am Verbraucher bei steigender und fallender Belastung unverändert bleibt.
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Es ist auch eine Anordnung bekanntgeworden, bei der der Spannungsausgleich
am Transformator selbst erfolgt. Bei diesem Transformator mit drei « Schenkeln befinden
sich die Primär- und ein Teil der Sekundärwicklung auf einem Schenkel, der Rest
der Sekundärwicklung .auf einem zweiten und die Gleichstromwicklung auf einem dritten
Schenkel. Da sich die Gleichstromwicklung und der von ihr beednflußte Teil der Sekundärwicklung
auf verschiedenen Schenkeln befinden, ist die Streuung zwischen beiden groß, so
daß keine Proportionalität zwischen dem Gleichstrom und der Sekundärspannung besteht.
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Durch Gegeneinanderschaltung zweier Vormagnetisierungswicklungen ist
es bekanntlich sowohl bei den Regeldrosselspulen als auch bei den Regeltransformatoren
möglich, zu verhindern, daß eine Wechs:elstromkomponente in den Verbraucherkreis
übertritt, ohne daß hierdurch die vormagnetisierende Wirkung dieser Wicklungen aufgehoben
wird.
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Die beschriebenen bekannten Anordnungen zur Spannungsregelung bei
Gleichrichterschaltungen haben aber verschiedene Nachteile, die durch die Anordnung
gemäß der Erfindung beseitigt werden.
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Die !Nachteile bestehen bei der Regeldrosselspule darin, daß außer
dem Transformator noch eine Drosselspule für .die Spannungsregelung vorgesehen werden
muß, die den
Preis solcher Gleichrichtergeräte nicht unerheblich
verteuert. Außerdem können -Gleichrichteranordnungen mit Regeldrosselspule infolge
der verwickelten vektoriellen Sl}annungabhängigkeit von Transformator und Regeldrosselspule
immer nur für eine bestimmte Netzspannung bemessen werden. Es ist in der Praxis
aber nicht möglich, durch einfaches Umschalten von Wicklungsanzapfungen am Transformator
und an der Regeldrosselspule ein solches Gerät für an verschiedene Netzspannungen
anschließbar herzustellen.
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Auch ist es nicht möglich, die Wicklungen dieser bekannten Regeldrosselspulen
vorher genau zu berechnen. Jede Drosselspule muß vielmehr nach dem Zusammenschalten
mit dem zugehörigen Transformator und, der Gle:ichrichteranordnung besonders abgeglichen
«-erden.
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Auch ist ein Spannungsgleichhalter mit dreischenkeligem Eisenkern
bekanntgeworden, welcher eine Primär- und zwei gegeneinandergeschaltete Sekundärwicklungen
besitzt, von denen die eine Sekundärwicklung mit der Primärwicklung auf dem gleichen
Transformatorschenkel aufgewickelt ist, während der dritte Schenkel nicht bewickelt
ist. Durch diesen Spannungsgleichhalter, der sich auch in seiner Schaltung vom Erfindungsgegenstand
unterscheidet, soll in erster Linie ein Ausgleich von Schwankungen der Netzspannung
vorgenommen werden.
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Gemäß der Erfindung soll die Primärwicklung pr mit der Hauptsekundärwicklung
si auf einen Transformatorschenkel, die Hilfssekundärwicklung s. zusammen nlit einer
vom Verbraucherstrom oder einem Teil desselben durchflossenen GleichstromWicklunig
in auf dem zweiten Transformatorschenlcel aufgewickelt sein, während der dritte
nicht bewickelte T1 ansformatorschenkel ohne Luftspalt mit den beiden anderen Schenkeln
verbunden ist.
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Im unbelasteten Zustand der Gleichrichteranord.nung Gl ist die Gleichstromwicklung
va, die in den Verbraucherstromkreis eingeschaltet ist. stromlos. Ein Teil des durch
die Primärwicklung erzeugten Wechselflusses durchsetzt die Gegensekundärwicklung
s. und verringert die wirksame, an der Gleichrichteranordnung Gl liegende Sekundärspannung
entsprechend. Im vollbelasteten Zustand der Gleichrichteranordnung Gl ist der die
Gleichätrom@vicklung in tragende Transformatorschenkel magnetisch gesättigt oder
stark vormagnetisiert. Der diesen Schenkel durchsetzende Teilwechselfluß wird dadurch
vollständig oder fast vollständig in den unbewickelten Schenkel abgedrängt. Die
zuvor in der Gegenwicklung s_ induzierte Wechsel-E\IK verschwindet, und die Gesamtwechselspannung
an der Gleichrichteranordnung steigt an. Innerhalb der Grenzen der bei Leerlauf
und Vollast an der Gleichrichteranordnung auftretenden Wechselspannungen kann jede
;Zwischenspannung, je nach der Vormagneti-" ,i 'tttincr b des 1 nittleren
Transformators- c henkels, uil zwar in Abhängigkeit ngiglseit von der jeweiligen
Belastung auftreten. Durch die Wicklung nt kann der ganze Verbraucheerstrom oder
ein Teil fließen.
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Der Spannungsausgleichätransforrnator gemäß der Erfindung fäßt sich
mit dem gleichen Erfolge sowohl für eine Gleichrichteranordnung mit Widerstandsbelastung
als auch für B-atteriepufferung verwenden. Eingehende Versuche haben gezeigt, daß
sich bei Widerstandsbelastung selbst unter ungünstigen Bedingungen eine höchste
Spannungsschwankung von -f- 2'1, mühelos erreichen läßt.
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Es ergab sich bei den Versuchen, daß über einen weiten Bereich die
Gleich- und die Wechselspannungszunahme annähernd proportional blieben.
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Bei Batteriepufferurg läßt sich das Einsetzen und Wiederaussetzen
des Ladestromes in sehr engen Grenzen der Batteriespannung erreichen, z. B. zwischen
den Zellenspannungen 2,2 und 2,4 Volt.
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Auch ist mit dein Spannungsausgleichstransformator gemäß der Erfindung
eine zeitweise Schnelladung einer Pufferbatterie möglich. Hierfür «erden die Gleichstromwicklung
ni oder die Gegenwicklung s. oder Teile dieser Wicklungen kurzgeschlossen.
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Bei _ der Ausführung des Spannungsausgleichstransformators, wie sie
in der Zeichnung dargestellt und so; ben beschrieben worden ist, wird, da die Gleichstromwicklung
in
ebenfalls von einem Wechselfluß durchsetzt ist, eine Wechsel-EMK in ihr
induziert. In allen Fällen, in denen dies unerwünscht ist, sind zwei Spannungsausgleichstransforniatoren
der halben Leistung erforderlich. Die Gleichstromwicklungen der beiden Transfornlatoren
sind dann so- in Reihe zu schalten, claß sich die in ihnen induzierten Grundwellen
der Wechsel-EMKK nach außen hin aufheben. Auf die Arbeitsweise des Ausgleichstransformators
gemäß der Erfindung hat diese Zusammenschaltung von zwei Transformatoren keinen
Einfluß. Durch verschiedene An.zapfungen an der Priniärwicklung kann der Spannungsausgleichstransformator
im Gegensatz zu den Anordnungen mit Spannungsregeldrosselspule leicht zum Anschluß
an mehrere Netzspannungen eingerichtet werden. Durch wahlweise Parallel- oder Reihenschaltung
der Primärwicklungen zweier Transformatoren können diese, ohne daß besondere Anzapfungen
vorgesehen werden müssen und ohne Mehraufwand an Kupfer, an zwei verschiedene Netzspannungen
angeschlossen
werden. Da bei dem Spannungsaus:gleichstransformator gemäß der Erfindung-die Beziehungen
der einzelnen W echselstr omgrößen zueinander nicht v ektorieller Natur sind, äst
es verhältnismäßig einfach, die einzelnen Transformatörwicklungen vorher zu berechnen,
so daß :das umständliche nachträgliche Abgleichen, wie es bei den bekannten Regeldrosselspulen
notwendig ist, wegfällt. Gegenüber den bereits bekannten Regeltransformatoren hat
die Anordnung gemäß der Erfindung noch den ganz wesentlichen Vorteil, daß durch
die Gegenschaltung der beiden Sekundärwicklungen s1 und s2 die Anordnung der Hauptwicklung
s1 auf dem gleichen Transformatorschenkel wie die Primärwicklung pr und durch das
Vorhandensein des unbewickelten Schenkels; der dem durch die Vormagnetisierung abgedrängten
magnetischen Fluß einen Weg bietet, eine fast einwandfreie Proportionalität zwischen
der Gleichspannung am Verbraucher -und der sekundären Wechselspannung besteht,
wie sie mit den bekannten Anordnungen nicht erreicht werden kann. Die Ursache hierfür
ist darin zu sehen, daß bei der Anordnung des Transformators gemäß der Erfindung
praktisch jeder Streufluß der magnetischen Kraftlinien vermieden wird und dadurch
die gesamte durch die Gleichstromwicklung hervorgerufene Flußänderung für die Änderung
der Sekundärspannung nutzbar gemacht wird.
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Der Spannungsausgleichstransformator gemäß der Erfindung kann auch
für AkkÜmulatorenlad-eeinrichtungen, bei denen bis zum Ende der Ladung mit voller
Stromstärke geladen werden soll, verwendet werden.' Bei einer solchen Anordnung
sind auf dem mittlere-nTransformatorschenkelzwei Vorma:gnetisierungswicklungen nzl
und m2 angeordnet, von denen die Wicklung ml an der Ladespannung und die Wicklung
in, im Ladestromkreis liegt. Diese beiden Vormagnetisierungsw-icklungen sind gegeneinandergeschialtet.
Bei Leerlauf der Anordnung ist nur die an der Ladespannung liegende Wicklung in,
stromdurchflossen. Der mittlere Transformatorschenkel ist durch die Vormagnetisierung
dieser -Wicklung gesätbigt, so daß in der Sekundärwicklung s2 keine 'Wechsel-EMK
induziert werden kann. An der Gleichrichteranordnung liegt demnach die unverminderte
Spannung der Sekundärwicklung s1. Beim Anschluß der Batterie wird die Wicklung nie
vom Ladestrom durchflossen und hebt die magnetisierende Wirkung der Wicklung nzl
auf. Der Wechselfluß durchsetzt nun auch teilweise den mittleren Schenkel. Die Spannung
an der Gleichrichteranordnung sinkt, da ja,die Wicklungen s1 und s2 einander entgegenarbeiten.
Die einzelnen Schaltelemente sind so aufeinander abgeglichen, daß beim Einschalten
der Batterie die höchste Ladestromstärke vorhanden ist. Fällt man im Verlauf der
Ladung die Ladestromstärke infolge der steigenden Batteriegegenspannung ab, so überwiegt
die an der Ladespannung liegende Vormagnetisierungswicklung ml. Es tritt hierdurch
eine Vormagnetisierung des mittleren Transformatorschenkels ein, und damit sinkt
die in der Wicklung s2 induzierte EMK: Entsprechend steigt die Spannung an der Gleichrichteranordnung
und hebt die Ladestromstärke wieder auf ihren ursprünglichen Wert.