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Anordnung zur Regelung der Induktivität von Prüftransformatoren Bei
Prüftransformatoren überwiegt insbesondere bei höheren Frequenzen und hohen Spannungen
der kapazitive Verbrauch, der durch die innere Kapazität der Wicklung und die Kapazität
der Prüflinge und der Schaltung bedingt ist, die induktive Leistungsaufnahme des
Kernes; d. h. aber, daß der Transformator eine große Blindleistung aufnimmt und
daher die zur Speisung des Transformators dienenden Regler oder Generatoren verhältnismäßig
groß bemessen werden müssen. Um nun mit kleineren Reglern bzw. Generatoren auszukommen,
kompensiert man den überschießenden kapazitiven Energieverbrauch, indem man zunächst
die Induktivität des Transformators erhöht, beispielsweise durch Einfügung eines
Luftspaltes in den Kern. Diese Maßnahme allein reicht jedoch nicht aus; es ist vielmehr
infolge der fabrikationsmäßigen Verschiedenheit der Luftspalte, der Verschiedenheit
der Prüflinge und der für die kapazitive Leistungsaufnahme maßgebenden Verschiedenheit
und Abweichungen der Frequenzen auch nötig, die Induktivität des Transformators
regelbar zu machen: Eine bekannte Anordnung zur regulierbaren Kompensation des kapazitiven
Energieverbrauches besteht darin, daß man parallel zur Primärwicklung des Transformators
eine regelbare Hilfsdrossel legt, welche aber den Nachteil hat, daß die Primärwicklung
des Transformators den vollen kapazitiven Blindstrom führt und daher groß dimensioniert
werden muß. Es ist weiterhin schon bekannt, die Induktivität von Drosseln oder Transformatoren
dadurch regelbar zu machen, daß
man den zur Vergrößerung der Induktivität
vorgesehenen Luftspalt des Kernes veränderlich macht. Solche Anordnungen sind aber
deshalb ungünstig, weil die zwecks Verringerung der Streuung in der Regel im Innern
der den Kern umgebenden Wicklungen liegenden Luftspalte nur schwer zugänglich sind.
Außerdem sind bei solchen Anordnungen infolge der großen magnetischen Kräfte im
Luftspalt große mechanische Kräfte und dementsprechend kräftige Konstruktionen für
die Regeleinrichtungen erforderlich. An sich wäre aber eine Regelung der Induktivität
im Kern sehr erwünscht, da die Kompensation sich dann schon auf die Primärwicklung
auswirkt und diese daher klein gehalten werden kann. Eine in dieser Richtung gehende
bekannte Lösung verwendet Hilfskerne, welche beweglich oder fest parallel zum Luftspalt
des Hauptkernes angeordnet und mit kurzschließbaren Hilfswicklungen versehen sind.
Diese Anordnung hat aber den Nachteil, daß, abgesehen von dem Aufwand an mechanischer
Arbeit, für die Bewegung der Hilfskerne eine stetige Regelung nur mit einem sehr
komplizierten Aufbau der Kerne und einem großen Aufwand an Schaltmitteln möglich
ist. Für diesen Zweck müßte der Hauptkern mit vielen Luftspalten und die Hilfskerne
mit vielen Hilfswicklungen versehen sein, außerdem wäre eine große Anzahl von Leitungen
und Schaltern zum Kurzschließen der Hilfswicklungen nötig. Ein weiterer Nachteil
dieser bekannten Anordnung ist, da.ß infolge der Parallelschaltung von Eisenkern
mit Luftspalt und einem solchen ohne Luftspalt eine genaue Kompensation der kapazitiven
Leistungsaufnahme nicht bei allen Spannungen möglich ist.
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Die Erfindung zeigt nun einen Weg, um diese Nachteile zu vermeiden.
Dieser besteht darin, daß der Eisenkern parallel zum Kraftlinienweg in zwei oder
mehrere Teilkerne aufgeteilt ist und die Teilkerne jeweils mit Kopplungswicklungen
versehen sind, die untereinander hinsichtlich ihrer Windungszahl regelbar parallel
geschaltet sind.
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Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Fig. r
zeigt eine perspektivische Darstellung, nach welcher der Eisenkern in zwei Teilkerne
I und II von verschiedenem Querschnitt aufgeteilt ist. Zweckmäßig wird man die beiden
Teilkerne von gleichem Querschnitt wählen. Es können auch, ohne vom Erfindungsgedanken
abzuweichen, mehrere Teilkerne vorgesehen werden. Jeder Teilkern ist mit einem festen
Luftspalt r und 2 versehen. Auf jedem der beiden Teilkerne befindet sich eine Kopplungswicklung
a und b, die unter sich parallel geschaltet sind, und zwar, wie Fig. z zeigt, derart,
daß die auf dem Teilkern II befindliche Wicklung mittels eines Abgriffes c über
die auf dem Kern I befindliche Kopplungswicklung allmählich kurzgeschlossen werden
kann. Dabei werden die Windungen der auf dem Teilkern I angeordneten Kopplungswicklungen
allmählich vom Anfang bis zum Ende abnehmend ausgeschaltet. Bei einem Prüftransformator
sind über den beiden Kopplungswicklungen a und b noch die primäre und sekundäre
Wicklung des Transformators aufgewickelt, welche in Fig. 2 der Einfachheit halber
nur durch eine einzige Wicklung P, S dargestellt sind. Durch die Parallelschaltung
der beiden Kopplungswicklungen wird diesen die gleiche EMK aufgezwungen. Dies hat
zur Folge, daß der in den beiden Teilkernen normalerweise vorhandene Gesamtfiuß
sich in einem bestimmten Verhältnis auf die beiden Teilkerne verteilt. Dieses Verhältnis
ist abhängig von dem Verhältnis der Querschnitte der beiden Teilkerne und dem Verhältnis
der Windungszahlen der beiden Kopplungswicklungen.
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Aus der Bedingung, daß die EMKe der beiden parallel geschalteten Kopplungswicklungen
gleich sind, ergibt sich folgende allgemeine Beziehung: B1. Q1. zell ` B2,
Q2, zPJ2 1 (I) wobei Bi bzw. B2 die Induktionen im Teilkern I bzw. Teilkern
II, Q1 bzw. Q2 der Querschnitt der Teilkerne I bzw. II und w1 bzw. w2 die Windungszahlen
der Kopplungswicklungen a und b sind. Unter der Annahme, daß die Querschnitte
der beiden Teilkerne gleich sind, ergibt sich sodann die Beziehung: B1 ' w1 - B2
' w2 (2) und daraus
Für den allgemeinen Fall, daß die Querschnitte der beiden Teilkerne verschieden
sind, d. h. Q2 = k - Q1 ist, wobei k ein beliebiger Proportionalitätsfaktor
ist, ergibt sich folgende Beziehung:
Die obigen Beziehungen zeigen, daß durch eine Änderung des Verhältnisses der Windungszahl
der Kopplungswicklungen mittels des Abgriffes c die Induktion in den beiden Kernen
stetig verändert werden kann, d. h., es gelingt auf diese Weise, den magnetischen
Fluß mehr oder weniger in den Teilkern I zu verdrängen. Dabei gibt es zwei Grenzfälle.
Unter der Voraussetzung, daß die Querschnitte der beiden Teilkerne gleich sind,
ergeben sich für den Fall, daß die Windungszahlen der beiden Kopplungswicklungen
gleich sind, auch gleiche Flüsse und gleiche Induktion in den beiden Teilkernen.
Wird die Windungszahl der Kopplungswicklung r mittels des Abgriffes c verringert,
so wird der Fluß immer mehr in den Teilkern I gedrängt. Dadurch steigt dessen Induktion,
was bekanntlich einer Verringerung der Induktivität gleichkommt. Im extremen Fall
wird die Kopplungswicklung über den Abgriff c vollkommen ausgeschaltet und die Kopplungswicklung
2 vollkommen kurzgeschlossen. In diesem Falle ist der Fluß vollständig in den Kern
I verdrängt. Es ist also durch die Veränderung der Windungszahlen der beiden Kopplungswicklungen
auf einfache Weise möglich, die Induktivität des Prüftransformators in weiten Grenzen
zu regeln.
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Bei einer Verschiedenheit der Querschnitte der beiden Teilkerne wird,
wie sich ohne weiteres aus der Formel (q.) ergibt, die Verteilung der Flüsse auf
die beiden Teilkerne und damit die Änderung der
Induktivität außerdem
noch durch das Verhältnis der Querschnitte der beiden Teilkerne bestimmt.
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Bei der in Fig. 2 dargestellten Anordnung ist die Regelung des Verhältnisses
der Windungszahlen der beiden Kopplungswicklungen schwierig durchzuführen, da die
Wicklungen im Innern der eigentlichen Transformatorwicklungen liegen und daher die
verschiedenen Anzapfungen der zweiten Wicklung herausgeführt werden müssen. Aus
diesem Grunde läßt sich mit Vorteil die in Fig. 3 dargestellte Lösung verwenden,
welche aber auf dem gleichen Erfindungsgedanken beruht. Hier sind die beiden Kopplungswicklungen
a und b über einen zweckmäßig regelbaren Transformator, beispielsweise Ringkernregler,
parallel geschaltet. Die eine Wicklung b liegt dabei fest an den Enden der Ringkernspule,
während die zweite Wicklung a über einem beweglichen Abgriff parallel zu der ersten
Spule geschaltet ist. Bei dieser Anordnung wird nicht das Verhältnis der Windungszahlen
geändert, sondern das Verhältnis der an den beiden Wicklungen auftretenden EMKe.
Wird die Wicklung a auf dem Teilkern I über den beweglichen Abgriff vollkommen kurzgeschlossen,
so wird der magnetische Fluß vollständig in den Kern II verdrängt, während sich,
wenn sich die beiden Anschlüsse der beiden Wicklungen decken, die magnetischen Flüsse
gleichmäßig auf die beiden Kernteile verteilen, vorausgesetzt, daß diese gleichen
Querschnitt haben. Auch diese Anordnung bewirkt somit je nach dem Verhältnis der
Spannungen der beiden Kopplungswicklungen zueinander eine Verdrängung des magnetischen
Flusses mehr oder weniger in den einen oder anderen Kernteil. Dies hat wiederum
eine Änderung der Induktion und damit des induktiven Widerstandes im Primärkreis
des Prüftransformators zur Folge. Zur besseren Anpassung können die Teilkerne mit
verschieden großen Luftspalten versehen sein. Es ist selbstverständlich auch möglich,
bei der Anordnung nach Fig. 2 den Fluß dadurch zu verdrängen, daß einzelne Wicklungen
über Wirk- oder Scheinwiderstände geschlossen werden.
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Die Erfindung läßt sich natürlich nicht nur für die Regelung der Induktivität
von Transformatoren, sondern auch von Drosselspulen verwenden.