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Einrichtung an Transformatoren mit einem eine Gleichstromkomponente aufweisenden sekundären Belastungsstrom.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung an Transformatoren mit einem, eine Gleichstromkomponente aufweisenden Sekundärstrom, beispielsweise auf Transformatoren, bei denen im Sekundärkreis ein Gleichrichter liegt. Unter einem Strom, der eine Gleichstromkomponente hat, soll im allgemeinen ein Strom verstanden werden, dessen Mittelwert während einer Periode von Null verschieden ist.
Es ist nun gefunden worden, dass bei einer solchen Belastung eines Transformators die primär aufgenommene scheinbare Leistung im Verhältnis zu der in dem Sekundärkreis verbrauchten Energie übermässig gross ist. Auch können die Eisenverluste wesentlich höher sein als bei der iiblichen Belastung.
Die Erfindung bezweckt, diese Nachteile zu beheben. Sie geht hiebei von der Erkenntnis aus, dass das aussergewöhnliche Anwachsen der primär aufgenommenen scheinbaren Leistung auf den grossen Magnetisierungsstrom zurückzufuhren ist, der infolge der magnetischen Induktion des Eisens durch die Gleichstromkomponente auftritt, wobei auch die Zunahme der Eisenverluste eine Folge dieser magnetischen Induktion ist.
Zu diesem Zwecke werden erfindungsgemäss bei einer Einrichtung der angegebenen Art Mittel vorgesehen, die die durch die Gleichstromkomponente verursachte magnetische Induktion ausgleichen oder wenigstens wesentlich verringern.
Der Erfindung gemäss können zur Erzielung dieser Verringerung der magnetischen Induktion Gleiehstromamperewindungen vorgesehen sein, die die als Folge der Gleichstromkomponente auftretende Magnetisierung ausgleichen oder wenigstens wesentlich herabmindern. Vorzugsweise wird zu diesem Zwecke eine Gleichstromquelle in den Primärkreis des Transformators gelegt.
Auch kann erfindungsgemäss der Transformator derart gebaut werden, dass das Verhältnis zwischen Belastungsstrom und Leerlaufstrom klein ist und dass auch bei Leerlauf die maximale Induktion des Eisens niedrig bleibt.
Bei dem Bau der Transformatoren ist man gewohnt, das Verhältnis zwischen Belastungsstrom und Leerlaufstrom gross zu wählen, z. B. wird bei Transformatoren von nicht zu kleiner Leistung, dieses Verhältnis annähernd den Wert 20 erhalten, wobei man die maximale Induktion des Eisens annähernd mit 12.. 000 bis 13.000 bemisst. Im Gegensatz hiezu sucht man erfindungsgemäss, dieses Verhältnis niedrig, z. B. annähernd auf den Wert 3 bis 5 zu halten, wobei man auch die maximale Induktion wesentlich niedriger als üblich, z. B. unter 10.000 wählt.
Ein kleines Verhältnis zwischen Belastungsstrom und Leerlaufstrom kann man durch die Wahl einer besonderen Eisenart erhalten.
Erfindungsgemäss kann man ferner im magnetischen Kreis eine Reihenschaltung von Eisenkernen und von Teilen oder Strecken verwenden, die aus einem Medium bestehen, dessen Permeabilität wesentlich niedriger als die des Eisens ist (Luftspalte, Stückchen Isoliermaterial).
In der Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele vonvorrichtungen nach der Erfindung schematisch dargestellt, gleichzeitig werden auch einige Stromkurven zur Erläuterung der Erfindung dargestellt.
Fig. 1 stellt eine Vorrichtung nach der Erfindung dar, bei der eine Gleichstromquelle im Primärkreis liegt. Fig. 2 stellt einen zur Durchführung der Erfindung geeigneten Transformator von besonderer
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bei einem Transformator dargestellt ist, der sekundär mit einem, eine Gleichstromkomponente aufweisenden Strom belastet ist. In Fig. 5 sind Magnetisierungskurven zur Erläuterung der Wirkungsweise des Transformators nach Fig. 2 dargestellt.
Die in Fig. 1 dargestellte Einrichtung ist mit einem Transformator 1 versehen, in dessen Sekundärkreis ein Gleichrichter liegt. Der Gleichrichter weist beispielsweise eine Anode 3 und eine Glühkathode 4 auf, die durch den Strom einer Batterie 5 auf die gewünschte Temperatur gebracht wird. Das'Gefäss 2 des Gleichrichters kann entlüftet sein, es kann aber-auch mit einer geeigneten Gasfüllung versehen sein.
In dem Primärkreis des Transformators 1 liegt eine Batterie 6, deren Spannung vorteilhaft regelbar ist. Statt einer Batterie kann natürlich jede andere Gleichstromquelle, z. B. ein Gleichstromgenerator Verwendung finden.
In Fig. 3, in der der seitliche Verlauf der Ströme aufgetragen ist, stellt die Kurve 12 den Sekundärstrom dar, welcher, wie ersichtlich, eine Gleichstromkomponente hat. Diese Gleichstromkomponente verursacht eine magnetische Induktion des Eisens, wodurch der primäre Magnetisierungsstrom und auch der gesamte Primärstrom ausserordentlich stark wächst. Der Primärstrom hat den Verlauf der Kurve 11 in Fig. 3, wenn keine besonderen Massregeln zur Beschränkung der Grösse des Magnetisierungsstromes getroffen werden.
Der schädliche Einfluss dieser Magnetisierung durch die Sekundärgleichstromkomponente wird nun bei der Ausführungsform nach Fig. 1 durch die von Batteriestrom herrührenden Gleichstromampèrewindungen behoben oder wenigstens wesentlich verringert. Obwohl diese Lösung für die Praxis die einfachste ist, kann man die erforderliche Gleichstromampèrewindungszahl natürlich auf andere Weise erzeugen, z. B, in der Weise, dass man den Transformator mit einer besonderen Wicklung versieht, durch die Gleichstrom geschickt wird.
Die mit der Einrichtung nach Fig. 1 erzielte Verbesserung ergibt sich durch Vergleich der Fig. 3 und 4. In Fig. 4 stellt die Kurve 12 wieder den Sekundärstrom dar ; diese Kurve hat also annähernd denselben Verlauf wie in Fig. 3.
Die Kurve 11 in Fig. 4 stellt den Verlauf des Primärstromes bei einer Einrichtung dar, bei der im Primärkreis eine Gleichstromquelle liegt. Es ist ersichtlich, dass der Primärstrom nun ebenfalls eine Gleichstromkomponente hat, und weit regelmässiger verläuft als in Fig. 3.
Es ist noch zu bemerken, dass die Kurven 1 in den Fig. 3 und 4 in verschiedenem Massstabe dargestellt sind und dass tatsächlich der Unterschied zwischen den beiden Fällen noch grösser ist, als sich aus den Figuren ergibt. Die folgenden Zahlenwerte ergeben sich in beiden Fällen für einen bestimmten Transformator. In dem in Fig. 3 dargestellten Fall beträgt der Sekundärgleichstrom 0'12 Amp., der Effektivwert des Primärstromes ist 17 Amp., in dem in Fig. 4 dargestellten Fall beträgt der Sekundär-
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Das Übersetzungsverhältnis in beiden Fällen ist annähernd 52.
Wie bereits bemerkt wurde, kann der Zweck der Erfindung auch durch eine besondere Bauart des Transformators selbst erreicht werden. In Fig. 2 ist ein solcher Transformator schematisch dargestellt.
Der Eisenkern des Transformators besteht aus den Teilen 7, 8, 9 und 10. Um die Teile 7 und 9 herum
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Der Schenkel 8 des Eisenkerns ist von den Teilen 7 und 9 durch Glanzpappenstucke oder anderes geeignetes Isoliermaterial getrennt, wodurch erzielt wird, dass das Verhältnis zwischen Belastungsstrom und Leerlaufstrom klein ist. Bei einer praktischen Ausführungsform kann dieses Verhältnis z. B. annähernd- 3'5 betragen. Überdies wird die maximale Induktion des Eisens beim Leerlauf niedrig gehalten.
Dass mit einer solchen neuen Bauart, d. h. also durch Anbringen von Luftschlitze in dem Eisenkreis und Niedrighalten der maximalen Induktion, eine Verbesserung erzielt werden kann, sei an Hand der Fig. 5 erläutert.
In dieser Figur bezeichnet der Verlauf der Kurven 1 und 11 die Abhängigkeit der magnetischen Induktion B von den Magnetisierungsstrom i. Die Kurve 1 wird z. B. erhalten, wenn keine Luftschlitze im Eisenkreis angebracht sind ; die Kurve 11 wird bei demselben Transformator gemessen werden, wenn ein oder mehrere Luftschlitze angebracht sind.
In beiden Fällen sei DA der Wert der Gleichstromkomponente des Sekundärstromes multipliziert mit dem Transformationsverhältnis, wodurch der äquivalente Primärwert des Stromes erhalten wird.
Dieser Strom wird, wenn er allein wirksam ist, im Falle 1 die magnetische Induktion BI, im Falle 11 die kleinere Induktion B2 ergeben.
B3 sei die maximale Induktion des Eisens, die unter üblichen Bedingungen in dem Fall 1 auftreten wird. Es ist einleuchtend, dass, wenn die Magnetisierung durch die Gleichstromkomponente DA. ebenfalls ihren Einfluss geltend macht, das Maximum der Induktion stark wächst und der Magnetisierungsstrom im Primärkreis im Falle 1 einen überaus hohen Wert erhalten werden muss.
Im Falle 11 wird absichtlich die maximale Induktion B4, die unter üblichen Bedingungen auftreten wird, niedriger als die maximale Induktion B., gewählt (z. B. statt etwa 13.000 wie üblich, etwa 7.000). Da nun ausserdem die Kurve 11 infolge des Vorhandenseins der Luftschlitze einen weniger steilen Verlauf
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weniger wachsen und also auch die Vergrösserung des Magnetisierungsstromes im Primärkreis weit weniger erheblich sein als im Falle 1.
Bei der Bauart nach Fig. 2 nimmt man den Nachteil eines grösseren Leerlaufstromes mit in den Kauf (OD ist grösser als OC).
In der Praxis wird man selbstverständlich die Grösse der Luftschlitze derart wählen, dass die einerseits erzielte Verbesserung die auftretenden Nachteile reichlich aufwiegt.
Auch auf andere Weise als durch Anbringen von Luftschlitzen, z. B. durch die Wahl einer besonderen Eisenart, deren Magnetisierungskurve keinen steilen Verlauf hat und wobei wieder die maximale Induktion des Eisens niedrig gehalten wird, kann durch eine besondere Bauart des Transformators der Zweck der Erfindung erreicht werden. Allgemein ausgedrückt, kann man sagen, dass der Zweck der Erfindung dadurch erreicht werden kann, dass dafür Sorge getragen wird, dass der Selbstinduktionskoeffizient klein ist, während im Normalbetrieb die maximale Induktion des Eisens niedrig bleibt.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Einrichtung an Transformatoren, mit einem, eine Gleichstromkomponente aufweisenden, sekundären Belastungsstrom, dadurch gekennzeichnet, dass die durch die Gleichstromkomponente verursache magnetische Induktion im Eisen des Transformators kompensiert, oder wenigstens wesentlich verringert wird.
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