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Transformator Die Steilheit der abfallenden Spannungsstromkennlinie
eines Transformators bei Ohmscher und induktiver Last hängt im wesentlichen von
der Streuung des Transformators ab. -Man kann infolgedessen die Steilheit der Kennlinie
vergrößern, indem man die magnetische Leitfähigkeit für die Wege der Streukraftlinien
erhöht. Transformatoren mit steil abfallender Kennlinie werden für viele Zwecke,
z.13. als Schweißtransformator oder für die Speisung von Ladegleichrichtern, benötigt.
Dabei ist es meist erforderlich, die Steilheit der Kennlinie beeinflussen zu können,
was nach dem Vorhergesagten auf die Aufgabe hinausläuft, die magnetische Leitfähigkeit
der Streuwege regelbar zu machen. Transformatoren, bei denen dies möglich ist, werden
beispielsweise für Schweißzwecke ausgeführt. Diese Schweißtransformatoren besitzen
ein sogenanntes Streujoch, welches mechanisch dem Hauptkern mehr oder weniger genähert
werden kann oder an einer anderen Stelle einen einstellbaren Luftspalt besitzt.
Die mechanische Verstellbarkeit des Streujoches bedingt aber eine wesentliche Verteuerung
des Transformators und ist insbesondere dann ungeeignet, wenn es darauf ankommt,
die Regelung der Streuung in Abhängigkeit von irgendwelchen Betriebsgrößen selbständig
durchzuführen. Dies wäre nur mit Hilfe eines besonderen Verstellmotors möglich,
der eine recht erhebliche Leistung haben m.üßte und zu dessen Steuerung ein großer
Aufwand an Relais und Schützen erforderlich wäre. Außerdem verläuft eine solche
Regelung naturgemäß sehr träge. In Fällen, wo es auf eine automatische und rasche
Regelung der Kemiliniensteilheit ankommt, z. B. bei der selbsttätigen Batterieladung,
zieht man es aus diesem Grund vor, einen gewöhnlichen Transformator zu verwenden
und statt dessen in den Speisestromkreis des Ladegleichrichters besondere Drosselspuletz
zu
schalten, deren Induktiv ität durch Vorlnagnetisierung veränderbar ist. Auch diese
Drosseln bedingen einen beachtlichen zusätzlichen Aufwand.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung besonderer
Regeldrosseln in dem geregelten Stromkreis den Transformator so auszubilden, daß
seine Streuung auf rein elektrischem Weg, d. h. ohne mechanisch verstellbare Glieder,
beeinflußt werden kann. Gemäß der Erfindung wird die genannte Aufgabe in der Weise
gelöst, daß in den Streuwegen des Transformators Eisenteile liegen, deren Permeabilität
durch eine zusätzliche Erregung verändert wird. Die Erfindung nutzt also die Tatsache
aus, daß die Permeabilität von Eisen tnit wachsender Erregung abnimmt.
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Die Anordnung nach der Erfindung wird zweckmäßig so getroffen, daß
das Feld der zusätzlichen Lrregung in den Eisenteilen, die in den Streuwegen liegen,
auf der Richtung der Streukraftlinien senkrecht steht. Da bei einer Vormagnetisierung
der genannten Eisenteile die Molekularmagnete in ihnen bereits sämtlich oder zum
Teil ausgerichtet sind, nimmt die magnetische Leitfähigkeit des Eisens quer zu der
Richtung der llolekularmagnete ab. Durch die Querstellung des zusätzlichen Erregerfeldes
zu dem Streufeld wird neben einem äußerst einfachen Aufbau erreicht, daß die zur
Erzeugung des zusätzlichen Erregerfeldes dienenden Wicklungen mit den Arbeitswicklungen
des Transformators nicht verkettet sind und somit in diesen keine Wechselspannung
induziert werden kann;- das erlaubt eine Steuerung der Transformatorstreuutig mit
einer sehr geringen Steuerleistung.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Fig. i a und i b
der Zeichnung dargestellt, und zwar zeigt Fig. i a einen Transformator gemäß der
Erfindung in Vorderansicht und Fig. i b im Grundriß. Es handelt sich dabei um einen
dreiphasigen Transformator der sogenannten Kerntype. Sein Lisenkern i, in der Folge
als Hauptkern bezeichnet, besteht in der üblichen Weise aus drei parallel angeordneten;
nicht näher bezeichneten Schenkeln, die auf den Stirnseiten durch Schlußjoche untereinander
verbunden sind. Jeder dieser Schenkel trägt eine primäre Wicklutrg 2 und eine sekundäre
Wicklulig 3. Diese beiden Wicklungen sind jedoch licht, wie sonst bei streuungsarmen
Transformatoren üblich, konzentrisch angeordnet; sie bestehen vielmehr aus je einer
besonderen Spule, und diese beiden Spulen sind in der Längsrichtung des betreffenden
Schenkels übereinander so angeordnet, (laß zwischen ihnen ein unbewickelter Schenkelteil
übrigbleibt. Zur Verdeutlichung der Schaltung der Spulen, die hier beiderseitig
als Sternschaltung ausgeführt ist, ist in die Zeichnung auch noch das schematische
Schaltbild eingetragen, worin UVW (las speisende Drehstromnetz und 4 den in Dreieck
geschalteten Verbraucher bedeutet.
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Senkrecht zu der Ebene des Hauptkerns ist nun hoch ein Hilfskern 5,
ebenfalls aus geblättertem Lisen, angeordnet, der hier die Form eines gewöhnliehen
Zweischenkelkerns besitzt. Die beiden Schenkel sind durch die Fenster des Hauptkerns
i hindurchgeführt, und zwar an den Stellen, die in der Schenkelmitte des Hauptkerns
von den Transformatorwicklungen 2 und 3 frei sind. Die Schenkel des Hilfskerns füllen
dabei die volle Fensterbreite des 'Hauptkerns aus, was aber nicht unbedingt erforderlich
ist. Auf den Jochen des Hilfskerns 5 sind die beiden Teilspulen 8 und 8' der zusätzlichen
Erregerwicklung angeordnet. Die beiden Spulen 8 und 8' liegen in Hintereinanderschaltung
an einer regelbaren Gleichspannungsquelle.
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Um das Verständnis der @'N irkungsweise zu erläutern, sind die Hauptrichtungen
der verschiedenen Magnetflüsse- durch besondere Pfeile in den Figuren angedeutet.
Die Pfeile 6 liegen in der Richtung des Hauptflusses, der die primäre und die sekundäre
Wicklung des Transformators miteinander verkettet. Die Pfeile 9 geben die Richturig
des Erregerfelds in dem Hilfskern 5 und die Pfeile 7 die Richtung des fiktiven Streuflusses
des Transformators an. Man erkennt, daß sich der Streufluß quer zu der Richtung
des zusätzlichen Erregerfelds des Hilfskerns 5 hindurch schließt, so daß dessen
magnetische Leitfähigkeit die Größe des Streuflusses und damit bei gegebener Belastung
die Größe des induktiven Spannungsabfalls bestimmt.
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Fig. 2 zeigt eine Schar von Kennlinien, wie sie mittels eines Transformators
gemäß der Erfindung erreicht werden können. Als Abszisse ist der Belastungsstrom
i und als Ordinate die sekundäre Klemmenspannung j aufgetragen. Die primäre Klemmenspannung
ist als konstant vorausgesetzt. Die Kurven beginnen sämtlich bei der Leerlaufspamiung
Uo, um dann etwa längs eines Bogens mit wachsendem Belastungsstrom abzufallen. Die
verschiedenen Kurven a bis f entsprechen verschiedenen, jeweils konstan @ gehaltenen
Erregerströmen für den Hilfskern, und zwar gehört die Kurve a zu dein höchsten,
die Kurve f zu dem niedrigsten Erregerstrom. Der schraffierte Bereich zwischen den
beiden Grenzkurven a und f ist der ausnutzbare Regelbereich.
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Es ist zweckmäßig, den Hilfskern außerhalb der Kreuzungsstelle mit
dem Hauptkern im Querschnitt zu vergrößern, weil dann die Erregeraniperewindungen
klein gehalten werden können.
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Ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung mit Scheibenspulen zeigen
die Fig. 3a, 31 und 3c. F ig. 3 a zeigt den Hauptkern in Ansicht und den Hilfskern
im Schnitt. Fig. 3 b zeigt die Seitenansicht, Fig. 3c den Grundriß. Soweit die Teile
mit denen der Fig. i a und i b übereinstimmen, sind die gleichen Bezugszeichen verwendet.
An Stelle von Zylinderspulen sind Scheibenspulen 2 (Primärwicklung) und 3 (Sekundärwicklung)
vorgesehen. Mit j ist wieder der Hilfskern bezeichnet. Ein Vergleich mit Fig. i
zeigt, daß die Zuordnung des Hilfskerns zu der Primär- und Sekundärwicklung entsprechend
der 'Mehrzahl von einzelnen Spulen mehrfach angewendet ist. Außerdem zeigt Fig.
3b,
(iaß außerhalb der Kreuzungsstelle der Querschnitt
des
Hilfskerns vergrößert ist. Die Erregerspule des Hilfskerns trägt wieder das Bezugszeichen
B.
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Die Anwendbarkeit der Erfindung ist nicht auf die in den Figuren dargestellten
Transformatorausführungen beschränkt. Die 1?rfindung kann auch bei Manteltransformatoren
angewendet werden. Sie ist auch nicht nur bei Mehrphasentransformatoren anwendbar,
sondern auch bei Einphasentransforntatoren. Da ein einphasiger Transformator der
Kerntype, bei dem entweder beide Schenkel oder nur ein Schenkel bewickelt ist, nur
ein Fenster besitzt, wird man in diesem Fall den Hilfskern zweckmäßig entsprechend
der sogenannten Zlantelbattart, cl. lt. mit einem Hauptschenkel und zwei rechts
und links von diesen liegenden Außenschenkeln ausführen. Der Mittelschenkel, auf
dem zweckmäßig auch die Erregerwicklung angeordnet ist, durchdringt dann das Fenster
des Hauptkerns, während die beiden Augenschenkel entweder um die Schenkel oder die
Joche des Hauptkerns herumgeführt sind.