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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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Device on transformers with a secondary load current having a direct current component.
The invention relates to a device on transformers with a secondary current having a direct current component, for example on transformers in which a rectifier is located in the secondary circuit. A current which has a direct current component is generally to be understood as a current whose mean value differs from zero during a period.
It has now been found that with such a load on a transformer, the apparent power primarily consumed is excessively great in relation to the energy consumed in the secondary circuit. The iron losses can also be considerably higher than with normal stress.
The invention aims to remedy these disadvantages. It is based on the knowledge that the extraordinary increase in the apparent power primarily absorbed is due to the large magnetizing current that occurs as a result of the magnetic induction of the iron by the direct current component, whereby the increase in iron losses is also a consequence of this magnetic induction.
For this purpose, according to the invention, means are provided in a device of the specified type which compensate for or at least significantly reduce the magnetic induction caused by the direct current component.
According to the invention, to achieve this reduction in the magnetic induction, DC ampere turns can be provided which compensate for or at least substantially reduce the magnetization occurring as a result of the direct current component. For this purpose, a direct current source is preferably placed in the primary circuit of the transformer.
According to the invention, the transformer can also be constructed in such a way that the ratio between the load current and the no-load current is small and that the maximum induction of the iron remains low even when the load is idle.
When building transformers, one is used to choosing a large ratio between the load current and no-load current, e.g. B. in transformers of not too small power, this ratio is approximately obtained the value 20, whereby the maximum induction of iron is measured approximately at 12 .. 000 to 13,000. In contrast, one seeks according to the invention, this ratio low, z. B. approximately to hold the value 3 to 5, whereby the maximum induction is much lower than usual, z. B. chooses under 10,000.
A small ratio between load current and no-load current can be obtained by choosing a particular type of iron.
According to the invention, a series connection of iron cores and parts or sections which consist of a medium whose permeability is significantly lower than that of iron (air gaps, pieces of insulating material) can also be used in the magnetic circuit.
In the drawing, some exemplary embodiments of devices according to the invention are shown schematically, at the same time some current curves are also shown to explain the invention.
Fig. 1 shows a device according to the invention, in which a direct current source is in the primary circuit. Figure 2 illustrates a particular transformer suitable for practicing the invention
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is shown in a transformer which is secondarily loaded with a current having a direct current component. In FIG. 5, magnetization curves for explaining the mode of operation of the transformer according to FIG. 2 are shown.
The device shown in Fig. 1 is provided with a transformer 1, in the secondary circuit of which there is a rectifier. The rectifier has, for example, an anode 3 and a hot cathode 4, which is brought to the desired temperature by the current of a battery 5. The vessel 2 of the rectifier can be vented, but it can also be provided with a suitable gas filling.
In the primary circuit of the transformer 1 there is a battery 6, the voltage of which can advantageously be regulated. Instead of a battery, of course, any other DC power source, e.g. B. find a DC generator use.
In FIG. 3, in which the lateral profile of the currents is plotted, curve 12 represents the secondary current, which, as can be seen, has a direct current component. This direct current component causes a magnetic induction of the iron, as a result of which the primary magnetizing current and also the entire primary current grow extremely rapidly. The primary current has the course of curve 11 in FIG. 3 if no special measures are taken to limit the magnitude of the magnetizing current.
The harmful influence of this magnetization by the secondary direct current component is now eliminated or at least substantially reduced in the embodiment according to FIG. 1 by the direct current ampere turns resulting from the battery current. Although this solution is the simplest in practice, one can of course generate the required DC ampere turns in other ways, e.g. B, in such a way that the transformer is provided with a special winding through which direct current is sent.
The improvement achieved with the device according to FIG. 1 is obtained by comparing FIGS. 3 and 4. In FIG. 4, curve 12 again represents the secondary current; this curve therefore has approximately the same course as in FIG. 3.
The curve 11 in FIG. 4 represents the course of the primary current in a device in which a direct current source is located in the primary circuit. It can be seen that the primary current now also has a direct current component and is much more regular than in FIG. 3.
It should also be noted that the curves 1 in FIGS. 3 and 4 are shown on different scales and that the difference between the two cases is actually even greater than is evident from the figures. The following numerical values result in both cases for a specific transformer. In the case shown in Fig. 3, the secondary direct current is 0'12 Amp., The effective value of the primary current is 17 Amp., In the case shown in Fig. 4, the secondary
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The gear ratio in both cases is approximately 52.
As already noted, the purpose of the invention can also be achieved by a special design of the transformer itself. Such a transformer is shown schematically in FIG.
The iron core of the transformer consists of parts 7, 8, 9 and 10. Around parts 7 and 9
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The leg 8 of the iron core is separated from the parts 7 and 9 by pieces of glossy cardboard or other suitable insulating material, which means that the ratio between the load current and no-load current is small. In a practical embodiment this ratio can e.g. B. be approximately -3'5. In addition, the maximum induction of iron at idle is kept low.
That with such a new design, i. H. That is to say, an improvement can be achieved by making air slots in the iron circle and keeping the maximum induction low, as explained with reference to FIG.
In this figure, the course of curves 1 and 11 indicates the dependence of the magnetic induction B on the magnetizing current i. The curve 1 is z. B. obtained if no air slots are attached in the iron circle; curve 11 will be measured on the same transformer if one or more louvers are fitted.
In both cases, let DA be the value of the direct current component of the secondary current multiplied by the transformation ratio, whereby the equivalent primary value of the current is obtained.
This current, if it is effective alone, will result in the magnetic induction BI in case 1 and the smaller induction B2 in case 11.
Let B3 be the maximum induction of iron that will occur in case 1 under normal conditions. It is evident that when the magnetization is due to the direct current component DA. also asserts its influence, the maximum of the induction increases strongly and the magnetizing current in the primary circuit in case 1 has to be kept an extremely high value.
In case 11, the maximum induction B4, which will occur under usual conditions, is deliberately chosen to be lower than the maximum induction B. (e.g. instead of about 13,000 as usual, about 7,000). Since, in addition, curve 11 has a less steep course due to the presence of the air slots
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grow less and therefore the increase in the magnetizing current in the primary circuit will be far less significant than in case 1.
In the case of the design according to FIG. 2, the disadvantage of a greater no-load current is taken into account (OD is greater than OC).
In practice, of course, the size of the air slots will be chosen so that the improvement achieved on the one hand outweighs the disadvantages that arise.
Also in other ways than by attaching air slots, e.g. B. by choosing a special type of iron, the magnetization curve of which does not have a steep course and again keeping the maximum induction of the iron low, the purpose of the invention can be achieved by a special design of the transformer. Generally speaking, it can be said that the purpose of the invention can be achieved by taking care that the self-induction coefficient is small, while in normal operation the maximum induction of the iron remains low.
PATENT CLAIMS:
1. Device on transformers, with a secondary load current having a direct current component, characterized in that the magnetic induction in the iron of the transformer caused by the direct current component is compensated or at least substantially reduced.
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