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Transformator Es. ist bereits ein Transformator bekannt, dessen Eisenkern,
vier Schenkel aufweist, von denen die beiden mittleren verschiedene magnetische
Eigenschaften haben und je von einem Wicklungsteil der aus zwei Wicklungsteilen
bestehenden Sekundärwicklung umgeben sind, während die Primärwicklung beide mittlere
Schenkel oder die sie durchsetzenden Flüsse umfaßt. Bei diesem bekannten Transformator
liegt der Arbeitspunkt des, einen mittleren Schenkeds@ unterhalb des! in der Magnetisierungskurve
auftretenden Knickes, und zwar in dessen Nähe, und der Arbeitspunkt des anderen
mittleren Schenkels ebenfalls unterhalb des Knickes, aber noch in dem linearen Teil
der Magnetisierungskurve. Der Regelbereich eines solchen Transformators ist also
verhältnismäßig eng. Aufgabe der Erfindung ist es nun, dem Transformator einen größeren
Regelbereich zu geben. Das wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, däß die beiden
Sekundärwicklungsteile gegensinnig in Reihe geschaltet und die zugehörigen Schenkel
so gesättigt sind, daß die Magne -tinduktion B""" des einen im geraden Teil der
Magnetisierungskurve unterhalb
und die des anderen oberhalb des
Knickes liegt.
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Auf diese Weise ergibt sich, daß schon die in dem sekundären Wicklungsteil
des einen mittleren Schenkels auftretende Spannung bei Spannungsschwankungen auf
der Primärseite fast konstant ist, so daß der im anderen mittleren Schenkel auf
dem geradlinigen Teil der Magnetisierungskurve unterhalb des Knickes gemessene Regelbereich
für praktisch das gesamte Sättigungsgebiet, also für ein sehr viel weiteres Gebiet
als bei der bekannten Anordnung, zur Verfügung steht.
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Das Wesen der Erfindung wird am besten an Hand der Beschreibung eines
Ausführungsbeispiels klar.
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In Abb. i der Zeichnung ist ein Transformator gemäß der Erfindung
in Verbindung mit einem Generator und einem Anzeigegerät zur Anzeige der F'requcnz.
bzw. der Geschwindigkeit des Generators dargestellt.
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Abb.2 zeigt einen Kern für den Transformator gemäß der Erfindung;
Abb.3 erläutert an Kennlinien die Wirkungsweise des Transformators gemäß der Erfindung,
und Abb. 4 zeigt eine andere Ausführungsform des Erfindungsgegenstands.
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Der Transformator io gemäß Abb. i besteht aus einem magnetischen Kern:
i i mit zwei inneren bewickelten Schenkeln 12 und 13, die gemeinsam von der Primärwicklung
14 umgeben sind, während die Sekundärwicklungen i5 und 16 auf je einem der Schenkel
1-2 und 13 angeordnet sind. Der Transformator ist mi,t äußeren Schenkeln 17 und
i8 versehen, die einen Rückschluß für den magnetischen Fluß in den Schenkeln 12
und 13 und der sie umgebenden Primärwicklung 14 und den Sekundärwicklungen 15 und
16 bilden. Die Sekundärwicklungen 15 und 16 sind in bezug auf die in ihnen erzeugten
EMKK gegensinnig in Reihe geschaltet. Die Primärwicklung 14 ist mit den Wicklungen
ig des Generators 2o verbunden. Durch Drehung-des-Polrades 21 wird in den Wicklungen
i9 eine Wechsel-EMK erzeugt.
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Die Sekundärwicklungen 15 und 16 des Transformators sind über einen
hohen: Widerstand 22 und einen Voll-,veggleichrichter 23 mit einem Anzeigegerät
24 verbunden. Der Vollweggleichrichter 23 ermöglicht die Verwendung eines Gleichstromgerätes,
welches wegen der gleichmäßigeren Skalenteilung ein der Gleichrichterkennlinie angepaßtes
Gleichstrom-Wechselstrom-Meßgerät sein kann. Die Widerstände der Sekundärwicklungen
15 und 16 des Transformators io und des Anzeigegerätes 24 verändern sich gleichmäßig
mit auftretenden Temperaturänderungen, während sich der Widerstand des Vollweggleichrichters
23 umgekehrt mit der Temperatur verändert. Die Widerstandsänderung des Vollweggleichrichters
23 ist gewöhnlich größer als die Gesamtwiderstandsänderungen der Wicklungen 15 und
16 und des Meßgerätes 2.4. Der Widerstand 22 kann daher einen geringfügig negativen
Temperaturkoeffizienten erhalten, um die Unterschiede zi-ischen den Widerstandsänderungen
der Wicklungen, des Vollweggleichrichters und des Meßgerätes auszugleichen. Außerdem
soll sein Widerstand möglichst groß sein, damit der Widerstand des gesamten Stromkreises
gegenüber dem Blindwiderstand groß ist. Parallel zum Meßgerät 2.4 kann außerdem
ein Widerstand 25 angeordnet sein, der Temperaturfehler des Meßgerätes ausgleicht.
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Die Wechsel-EMK der Generatorwicklungen i9 erzeugt in der Primärwicklung
14 des Transformators io einen Wechselstrom, der seinerseits im Transformatorenkern
i i einen Wechselfluß erzeugt. Dieser Fluß steigt oder fällt entsprechend der Generatorgeschwindigkeit.
Die resultierende Spannung an der Reihenschaltung der Sekundärwicklungen 15 und
16 ist gleich der Differenz der Spannungen an den einzelnen Wicklungen, die gegeneinandergeschaltet
sind.
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[email protected] zeigt die Beziehung zwischen der magnetomotorischen Kraft des
Transformators und dein magnetischen Fluß im Kern. Der Transformatorschenkel 12
besteht vorzugsweise aus einem Magnetmaterial hoher Permeabilität, beispielsweise
einer bekannten Nickel-Eisen-Legierung. Der Schenkel 13 besteht aus zwei schmalen
Teilen mit kleinem Querschnitt, die durch die Sekundärwicklung i-6 am Kern i i festgehalten
werden.
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Die durch den Strom in der Primärwicklung 14 erzeugte magnetomotorische
Kraft erzeugt im Schenkel 12 einen magnetischen F.luß, der sich über die äußeren
Schenkel 17 und 18 des Kernes ii schließt. Dieser magnetische Fluß wird durch die
Linie A in Abb. 3 dargestellt. Die durch den Strom in der Primärwicklung 14 erzeugte
magnetomotorische Kraft erzeugt im Schenkel 13 einen magnetischen Fluß, der in Abb.
3 durch die Linie B dargestellt wäre, wenn der magnetische Widerstand des Schenkels
13 der gleiche wie der von Luft wäre. Da jedoch wenigstens einer der Schenkelteile
13 aus magnetischem Material besteht, so daß sein magnetischer Widerstand etwas
geringer ist als der von Luft und ein entsprechend größerer magnetischer Fluß in
ihm erzeugt werden kann, so verläuft die entsprechende Kurve in Abb.3 gemäß der
Linie C. Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, den einen der Teile des Schenkels
13 aus Weicheisen und den anderen aus einer Kupferlegierung zu machen; die im
wesentlichen
die gleiche Permeabilität wie Luft hat. Die Anordnung eines schmalen magnetischen
Schenkelteils bewirkt, daß die Linien A und C im wesentlichen genau parallel verlaufen
für alle Flußwerte innerhalb eines großen Bereiches der magnetomotorischen Kraft
oberhalb der Sättigung des Schenkels 12. Es ist hierbei vorausgesetzt, daß bei einem
Transformator dieser Art der magnetische Widerstand im wesentlichen dem der Luft
entspricht für einen Wert der magnetomo-torischen Kraft, der eine starke Sättigung
im Eisen hervorruft. Dies ist angenähert der Fall, jedoch hat sich gezeigt, daß
im* Zusammenhang mit der. Erfindung bei Änderungen der magnetischen Flüsse in den
beiden Schenkeln 12 und 13 für eine gegebene Änderung der magnetomotorischen Kraft
diese Änderungen weit genauer einander gleich sind, wenn der magnetische Widerstand
des Schenkels 13 etwas abfällt, was dadurch erreicht wird, daß ein Magnetstreifen
vorgesehen wird, der nur einen sehr kleinen Querschnitt besitzt.
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Die resultierende Spannung an den beiden Sekundärwicklungen 15 und
16 ist gleich der Differenz der beiden Spannungen an den. Einzelwicklungen. Die
in der Sekundärwicklung 15 induzierte EMK ist gleich 4 f n' 01 a.,
10-8, worin f die Frequenz, 0imax den Scheitelwert des magnetischen Flusses
im Schenkel 12 und n' die Zahl der Windungen der Wicklung 15 darstellt. Die in der
Sekundärwicklung 16 induzierte EMK ist gleich 4 f zz " 02 max 1 o-$, wobei
f die Frequenz, 02."x den Scheitelwert des magnetischen Flusses im Schenkel
13 und d" die Windungszahl der Sekundärwicklung 16 darstellt. Da die Frequenz für
beide Wicklungen, die gleiche ist, ist bei gleicher Windungszahl ?i = ni'=
?z beider Wicklungen die resultierende Spannung an den Wicklungen 15 und 16 gleich
4 f Ia 1o-8 (01 Max- 02 max) Aus Abb.3 ist zu ersehen, daß für alle
Werte des magnetischen Flusses oberhalb der Sättigung des Schenkels 12 die Differenz
Ozatax-11)2max zwischen: den Werten der magnetischen Flüsse in den beiden Schenkeln
konstant, und zwar etwa gleich h ist und durch die Linie L dargestellt wird. Die
resultierende Spannung an den beiden Wicklungen 15 und 16. ist daher gleich ¢
f n h 1o-8 für alle Werte der magnetomotorischen Kraft oberhalb der Sättigung
des Schenkels 12 und entspricht daher auch trotz erheblicher Änderungen der magnetomotorischen
Kraft jeweils der Frequenz bzw. Geschwindigkeit des Generators 2o. Sofern die Werte
von ia und k
konstant sind, ergibt sich, daß die Spannung an den Sekundärwicklungen:
15 und 16 genau proportional der Frequenz der Spannring bzw. der Geschwindigkeit
des Generators 2o ist. Die Sekundärspannung des Transformators 1o ist also unmittelbar
proportional der Frequenz der Primärspannung und unabhängig v an Änderungen der
Primärspannung über einen größeren Bereich. Das Anzeigegerät 24 kann daher unmittelbar
in Frequenz-,verten des Primärkreises des Transformators 1o geeicht werden, oder
es kann unmittelbar die Geschwindigkeit des Generators anzeigen.
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Die Ausführungsform des Transformators gemäß Abh.4 unterscheidet sich
von der gemäß den Abb. 1 und 2 lediglich durch die ohne weiteres ersichtliche Anordnung
der beiden Schenkel 12 und 13. Bei beiden Ausführungsformeen des Transformators
1o sind die Wicklungen von den äußeren Schenkeln 17 und 18 und den Jochen 26 umgeben,
welche die Enden der äußeren Schenkel und der bewickelten Schenkel verbinden. Die
äußeren Schenkel 17 und 18 und die Joche 26 schützen die Wicklungen vor äußeren
Einflüssen, welche durch Störfelder eine Ungenauigkeit in der Anzeige des Meßgerätes
24 hervorrufen würden.