Regelbarer Transformator. Die Änderung des Übersetzungsverhält nisses von Transformatoren mit Anzapfungen oder von Zusatztransformatoren erfordert, wenn es sich um Änderungen unter Span nung oder unter Last handelt, kostspielige und komplizierte Schaltapparate.
Erfindungsgemäss wird dieser Nachteil dadurch behoben, dass zur Änderung des Übersetzungsverhältnisses eines Transforma tors dessen Kerne in mindestens zwei Teil kerne aufgeteilt und ferner Steuerwicklungen vorgesehen sind, welche den Nutzfluss auf diese Teilkerne beliebig zu verteilen ge statten. Der Regelungseingriff ist demnach hier aus der Primär- oder Sekundärwicklung in die Steuerwicklungen verlegt. Infolgedessen ergibt sich der grosse Fortschritt, dass nur niedrige Spannungen oder niedrige Ströme zu steuern sind.
Die schematische Zeichnung stellt Teil stücke verschiedener Beispiele des Erfindungs gegenstandes dar.
Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbei spiel. Der Schenkel oder gern eines Ein- oder Mehrphasentransformators wird in die beiden Teilkerne ai und a2 aufgeteilt. Die Primärwicklung, welche beide Teilkerne ge meinsam umfasst, ist durch c, die Sekundär wicklung durch di. und da angedeutet. f1 und f 2 sind die Steuerwicklungen.
Die beiden Hälften der Sekundärwicklung di und d2 sind gegeneinander geschaltet; die beiden Steuerwicklungen fi und f2 können sowohl in Serie gegeneinander, wie in Fig. 1 gezeichnet, als auch in Serie hintereinander geschaltet werden.
Bei konstanter, an der Primärwicklung e herrschender Spannung ist der gesamte, die Teilkerne passierende Fluss N konstant. Be kanntlich lässt sich im Falle von Wechsel strom der magnetische Fluss durch folgende .
Gleichung ausdrücken:
EMI0001.0016
worin'n die Periodenzahl und s die Windungs- zahl bedeutet. Daraus ergibt sich allgemein die Spannung E=N.4,44.n.s.10-s. Für die Windungszahl ssi der Steuerwicklung fi auf dem Teilkern ai mit dem Teilfluss Ni ist die Spannung F,1= Ni <I>.4,44.n</I> .
ssi .10-s. Für die Windungszahl sag der Wicklung f2 auf dem Teilkern a2 mit dem Teilfluss N2 ergibt sich die Spannung E'2= <I>N2</I> . 4,44 n .sag .10-8. Unter der Voraussetzung, dass der ohmsche Widerstand und die Streureaktanz der Wick lungen fi, f2 vernachlässigt werden, was füglich zulässig ist, kann die Spannung Ei = E2 gesetzt werden.
Daraus ergibt sich Ni <I>. 4,44 n.</I> s31 .10-$ = N2 . 4,44.n .sag .10-\ . oder Ni. sai.=N2.ss2.
Aus dieser Gleichung folgt, dass sich der ge samte Fluss A' in die zwei Teilflüsse Ni und <I>N2</I> im - umgekehrten Verhältnis der Win- dungszahlen s31 und s32 der Steuerwicklungen f i und f 2 auf die Teilkerne ai und a2 ver teilt, also:
EMI0002.0021
Bezeichnet man mit <I>E = k N</I> s22 = konstant (4) die fiktive EMK, die vom Gesamtfluss <I>N</I> in der Windungszahl <I>s22</I> der Sekundärwicklung <I>d2</I> des Kernes a2 induziert wurde,
weiterhin mit E2i <I>= k</I> Ni sei die vom Teilfluss Ni in der Sekundärwick lung d1 mit der Windungszahl sei und mit E22 <I>= k</I> 372 S22 die vom Teilfluss N2 in der Sekundärwick lung d2 mit der Windungszahl s22 induzierte Spannung, so wird unter Berücksichtigung von Gleichungen (2) und (3)
EMI0002.0036
An der Gegenschaltung- von di und d2 erscheint als Sekundärspannung
EMI0002.0038
Werden die Windungszahlen der beiden Sekundär-Teilwicklungen einander gleich ge macht s21 -- s22, so nimmt Gleichung (7) die vereinfachte Form
EMI0002.0042
an. Die nachstehende Tabelle zeigt, beispiels weise für den Fall der Gleichung (8), in welcher Weise die Änderung der 1Vindungs- zahlen ssi und s32 die Sekundärspannung be einflusst.
EMI0002.0047
<I>Tabelle</I>
<tb> Gesamtspannung <SEP> Teilspannung
<tb> ssi <SEP> s9- <SEP> L@: <SEP> E22 <SEP> - <SEP> <B><I>E'</I></B> <SEP> 21
<tb> 1) <SEP> -3 <SEP> 1 <SEP> 2,0 <SEP> E <SEP> 1,50 <SEP> E <SEP> -0,50 <SEP> E
<tb> 2) <SEP> -5 <SEP> 1 <SEP> 1,5 <SEP> E <SEP> 1,25 <SEP> E' <SEP> -0,25 <SEP> E
<tb> 3) <SEP> - <SEP> 1 <SEP> 1,0 <SEP> E <SEP> 1,00 <SEP> E <SEP> 0
<tb> 4) <SEP> 3 <SEP> 1 <SEP> 0,5 <SEP> E <SEP> 0,75 <SEP> E <SEP> -r0,25 <SEP> .E
<tb> 5) <SEP> 1 <SEP> 1 <SEP> 0 <SEP> 0,50 <SEP> E <SEP> -r0,50 <SEP> E
<tb> g) <SEP> 1 <SEP> 3 <SEP> _.0,5 <SEP> E <SEP> 0,25 <SEP> E <SEP> -f-0,75 <SEP> E
<tb> 7) <SEP> 1 <SEP> <B>--x)</B> <SEP> ---1,0 <SEP> L' <SEP> 0 <SEP> -+-1,00 <SEP> E
<tb> 8) <SEP> 1 <SEP> -5 <SEP> --1,5 <SEP> E <SEP> -0,25 <SEP> E <SEP> -f-1,25 <SEP> E
<tb> 9) <SEP> 1 <SEP> -3 <SEP> -2,0.E <SEP> -0,50 <SEP> E <SEP> -f-1,
50 <SEP> .E Auf Stufe 5 des Beispiels sind die Flüsse in beiden Teilkernen gleich. Auf Stufe 3 ist die Steuerwicklung<I>f</I> i kurzgeschlossen,<I>f 2</I> offen. Auf Stufe 1, 2 und 8, 9 ist die Serie- Gegenschaltung von f, und j'2 in eine nor male Reihenschaltung übergegangen. Eigen artig ist hierbei der Verlauf des Flusses, der sich in einem der Teilkerne umkehrt.
Auf Stufe 2 zum Beispiel führt der Teilkern ai den Fluss Ni = -0,25 1V, der Teilkern a2 den Fluss 11$ _ -f- 1,25 N; der Gesamt fluss ist nach wie vor IV.
Die durch Gleichung (7) beschriebene grosse Regulierfähigkeit lässt sich dadurch er weitern, dass die beiden Steuerwicklungen nicht direkt, sondern über einen gewöhn lichen Transformator oder einen Spartrans formator mit veränderlichem Übersetzungs verhältnis gekoppelt werden. Dieses Über setzungsverhältnis werde definiert durch die Gleichung Es2 <I>=</I> ct <I>.</I> 1':31 Hierin ist E,92 die Spannung der an<B>f:"</B> Esi die Spannung der an fi angeschlossenen geite cl-;
?wiselieiitrausformators. Der Faktor a kann jeden beliebigen positiven und negativen Wert erhalten.
Die Spannung der Sekundärwicklung wird i n dieser Schaltung für den Fall, dass s2i=s22 ist,
EMI0003.0003
Beide Möglichkeiten der Regelung, näm lich Veränderung von ssi und s32 oder Ver änderung von a können getrennt oder gemein sam Anwendung finden. Das Gleiche gilt für die folgende Schaltung. Die Einführung einer Zusatzspannung E7 in den Steuerkreis gibt nämlich weitere Regelungsmöglichkeiten, die durch folgende Gleichung
EMI0003.0007
für den Fall, dass s22 = sei ist, beschrieben, werden.
Dieser Fall kommt beispielsweise' auch dann zur Geltung, wenn die Steuer wicklungen eines Mehrphasentransformators untereinander verkettet werden. In Glei chung (10) kann EZ jede beliebige vektorielle Lage erhalten.
Es sei noch erwähnt; dass Widerstände, Drosselspulen oder Kapazitäten, die sowohl in den Verbindungen zwischen fi und<B>f2,</B> als auch parallel zu fi und f2, oder zu Teilen beider liegen, zur Regelung herangezogen werden können.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel zeigt Fig. 2. Hierin ist die Sekundär-Teilwicklung di weggelassen worden; im übrigen zeigt sie mit den Teilkernen ai und a2, der Primär wicklung c, den Steuerwicklungen fi und f ä die gleichen Bestandteile wie Fig. 1. b, b sind die Joche des Ein- oder Mehrphasen transformators.
Das Verfahren der Regelung ist das gleiche wie vorher. Mit Hilfe der Steuer wicklungen wird der gesamte Fluss N, der konstant bleibt, in willkürlichem Verhältnis auf die beiden Teilkerne ai und a2 aufgeteilt.
Der Gleichung(8) entspricht die Gleichung
EMI0003.0028
der Gleichung (9)
EMI0003.0029
der Gleichung (10)
EMI0003.0030
dieser vereinfachten Schaltung.
Über den Gang der Regelung bei diesem Ausführungsbeispiel unter der Annahme des Beispiels der obigen Tabelle gibt die Spalte "E22" derselben Aufschluss. E2 nach Glei chung (11) ist identisch mit der Teilspannung .L22 der Wicklung d2 des Teilkernes a2 in der Anordnung gemäss Fig. 1.
In den weiteren Ausführungsbeispielen nach Fig. 3 und 4 ist der gern in zwei Teil kerne ai und a2 (Fig. 3) beziehungsweise in drei Teilkerne ai, a2, as (Fig. 4) zerlegt, die durch magnetische Brücken hi, h2 verbunden sind. In dem einfachsten Beispiel nach Fig. 3 trägt nur der eine gern, a2, die Spulen di, d2, d3 der Sekundärwicklung.
Die Steuer wicklungen werden durch fi und f'2, ,gi und g2, 1i und 12 angedeutet. c ist die Primär wicklung, b das Joch.
In diesen Ausführungsbeispielen kann der Fluss, welcher die Sekundärspulen induziert, in jeder Teilspule völlig unabhängig von den anderen Teilspulen verändert werden. Im Nachfolgenden zu Fig. 3 sei stets g2, 12 kurz geschlossen. Ist nun z. B. f2 kurzgeschlossen, fi offen, so passiert der Fluss ausschliesslich den Kernteil ai.
Durch Serie-Gegenschaltung von fi und f 2 wird der Fluss, wie bei Fig. 1 und Fig. 2, beide Kernteile ai und a2 des obersten Ab schnittes durchsetzen. Wird-, schliesslich f i kurzgeschlossen und f2 geöffnet, so passiert der gesamte Nutzfluss die Spule di (Fig. 3) und nimmt über die Brücke hi den in Fig. 3 eingezeichneten Weg.
In sinngemässer Weise kann der Fluss, der die Spulen d2, da durch setzt, in beliebigen Sprüngen von ai auf a2 verschoben werden.
In dem weiteren Ausführungsbeispiel nach Fig. 0' sind b, b die Joche eines Ein- oder Mehrphasentransformators, ai, a2 die Teil kerne des aufgelösten Schenkels, h eine Ver bindungsbrücke zwischen diesen- Teilkernen c die Primärwicklung des Schenkels, d die auf der Verbindungsbrücke h sitzende Se kundärwicklung,<I>e, f, i</I> und k die Steuer wicklungen.
Im spannungslosen Zustande der Sekun därwicklung d sind die Steuerwicklungen e und f, sowie i und k mit gleichen Windungs- zahlen gegeneinander geschaltet. Der Nutz floss passiert die Teilkerne ai und a2, die Brücke<I>da.</I> ist flossfrei. Soll d in voller Höhe durch den Nutzfloss induziert werden, so müssen e und<I>k</I> kurzgeschlossen,<I>f</I> und i dagegen gegeneinander geschaltet werden. Der Fluss nimmt seinen Weg durch f' über h und durch i.
Werden dagegen<I>f</I> und i kurzgeschlossen und e und k gegeneinander geschaltet, so verläuft der Fluss in entgegen gesetzter Richtung wie vorher durch h.
Die annähernd stetige oder stufenweise Regelung der Spannung an d erfolgt sinn gemäss wie bei den Ausführungsbeispielen von Fig. 1 oder 2. Die Steuerwicklungen e und k einerseits und<I>f</I> und<I>i</I> anderseits haben hierbei korrespondierende Eigenschaf ten, sie können deshalb unter sich, nämlich e und 1c einerseits und<I>f</I> und<I>i</I> anderseits zu je einer Wicklung entsprechend fi und FL in Fig. 1 und 2 zusammengeschlossen werden.
Bei der Anwendung der Erfindung auf die Drosselspule, die ja ein leerlaufender Transformator (ohne Sekundärwicklung) ist, fällt z. B. in der Ausführung nach Fig. 1 und 2 die Sekundärwicklung di, dz fort.
Die Teilkerne ai, a2 müssen in diesem Falle mit verschiedenen magnetischen Wider ständen ausgeführt werden. Hat beispielsweise ai einen geringen mag netischen Widerstand, während a2 einen hohen magnetischen Widerstand aufweist, so wird die Primärwicklung, wenn die Steuer wicklung den Fluss auf ai geschoben hat, eine grosse Reaktanz besitzen. Wird umge kehrt durch die Steuerwicklung der Fluss auf a:, verschoben, so sinkt die Reaktanz der Primärwicklung.
Wie jeder Transformator ist auch der vor liegende reversibel. Primär- und Sekundär wicklungen sind vertauschbar. So kann er beispielsweise auch zur Transformation von konstantem Strom (in der Wicklung dl, d2) auf konstante Spannung an der Wicklung c dienen.