DE214579C

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Publication number: DE214579C
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Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

KLASSE 21 d. GRUPPE

EDUARD REEB in BREMEN, HENRY METCALF HOBART in LONDON und EVELYN COAD in LÜTTICH, Belg.

Teilspannungen.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 30. Dezember 1908 ab.

Sollen mehrere in Serie geschaltete, von einer Wechselstromquelle entsprechend höherer Spannung zu speisende Stromverbraucher unabhängig voneinander sein, so wendet man entweder einen einspuligen Transformator (Spannungsteiler) an, oder man legt jeden Stromverbraucher an einen besonderen Teil der Sekundärwicklung eines gewöhnlichen Transformators. Beide Anordnungen haben den

ίο Nachteil, daß beim Ausschalten oder bei Belastungsänderungen eines Stromverbrauchers die Spannungen der übrigen Verbrauchsstellen beeinflußt werden und eine Änderung erfahren. Der Gegenstand vorliegender Erfindung ist eine unter geeigneter Kombination von Transformator und Spannungsteiler auszuführende Schaltung für mehrere, an eine gemeinsame Wechselstromquelle zu legende, in Unabhängigkeit voneinander stehende Stromverbraucher derart, daß Belastungsänderungen einer Verbrauchsstelle ohne jeden Einfluß auf die Spannungen der übrigen Verbrauchsstellen sind.

Fig. ι zeigt die Verbindung zweier Stromverbraucher mit Transformator und Spannungsteiler entsprechend der Anordnung vorliegender Erfindung.

Fig. 2 läßt die bekannte Verbindung zweier Verbrauchsstellen mit einem gewöhnlichen Transformator erkennen.

Fig. 3 zeigt die bekannte Verbindung zweier Stromverbraucher unter Anwendung eines Spannungsteilers.

Fig. 4, 5 und 6 lassen verschiedene Kombinationen der Schaltungsweise gemäß vorliegender Erfindung erkennen.

Zwischen den mit der Wechselstromleitung verbundenen Punkten α und b der Fig. 1 liegen in Serie: die Primärwicklung c eines gewöhnlichen Transformators und der aus zwei gleichen Teilen d und β bestehende Spannungsteiler; die Windungszahl des letzteren ist gleich derjenigen der Primärwicklung c des Transformators; die Spannung des letzteren ist gleich der Spannung des Spannungsteilers, d. h. gleich der Hälfte der Spannung zwischen α und δ. Die Sekundärwicklung des Transformators besteht aus zwei gleichen Teilen f und g, deren Gesamtwindungszahl gleich der der Primärwicklung c ist. Je ein Ende der Sekundärwicklung / und g ist in der aus der Fig. 1 ersichtlichen Weise mit dem Spannungsteiler verbunden, während die beiden freien Enden in h und i nach den Verbrauchsstellen geführt sind. Zwischen den Leitungen h und k sowie i und Γ (Fig. 1) herrscht bei dieser An-Ordnung eine Spannung, welche gleich der halben Spannung zwischen α und b ist, und zwar ist die Spannung zwischen h und k unabhängig von der Belastung zwischen i und I und umgekehrt.

Um letzteres einzusehen, ist es am richtigsten, die Spannungsverhältnisse eines gewöhnlichen Transformators getrennt von denen eines Spannungsteilers zu betrachten und die

Ergebnisse auf den Gegenstand vorliegender Erfindung anzuwenden.

Fig. 2 zeigt die bekannte Schaltung eines

■ gewöhnlichen Transformators; m ist die Primärwicklung; jede Windungszahl der beiden gleichen Sekundärwicklungen η und ο ist gleich der Hälfte der Windungszahl der Primärwicklung m, d. h. die Windungsverhältnisse sind die gleichen wie die des Transformators in Fig. i. Die

ίο Ohmschen Widerstände von η und ο sind gleich groß, jeder ist gleich der Hälfte des Ohmschen Widerstandes R der Primärwicklung m.. Wir nehmen an, der Sekundärkreis π sei mit einem Strom / belastet und der Kreis ο sei offen, so wird in der Primärwicklung ein

Strom gleich — fließen. (Der Einfachheit

halber wollen wir die Eisen Verluste des Transformators nicht berücksichtigen.) Der Spannungsabfall an den Klemmen der Wicklung η setzt sich dann zusammen aus dem Spannungsabfall / —, hervorgerufen durch den Widerstand der Wicklung n, und aus dem Spannungsabfall in der Primärwicklung m, welcher auf

R ι
die Wicklung η reduziert gleich / — · 7—, d. h.

gleich ^x/₄ JR ist. Der Spannungsabfall an • den Klemmen der Wicklung η beträgt demnach gleich ³/₄/i?. Nehmen wir jetzt an, die Sekundärwicklung 0 sei auch mit einem Strom / belastet, dann wird der Strom in der Primärwicklung m auf den Wert / ansteigen, der Spannungsabfall durch den Wider-.

stand der Wicklung η wird derselbe, nämlich

7?

gleich /— bleiben, während der Spannungsabfall, hervorgerufen durch den Widerstand der Primärwicklung m, reduziert auf den Sekundärkreis n, den Wert J — annehmen wird.

Durch die Belastung des Sekundärkreises 0 ist demnach der Spannungsabfall an den' Klemmen der Wicklung η von ³/₄/J? auf JR,

d. h. um 33^x/₃ Prozent gestiegen.

Der Ohmsche Widerstand des in Fig. 3 dargestellten Spannungsteilers ist R und besteht aus zwei gleichen Teilen φ und*q. Wenn die der Hälfte p angehörenden Verbrauchsstellen mit · einem Gesamtström gleich / belastet sind und die Leitungen der Hälfte q unbelastet sind, so fließt in jeder Hälfte des Spannungsteilers der Strom —, und der Spannungsabfall

an den Klemmen der Hälfte p ist gleich — · —,

,-> 2 2

d. h. gleich Y₄ / R. Sind dagegen beide Hälften gleich stark belastet, so wird der Spannungsabfall, an den Klemmen beider Lei-6p tungen gleich Null, d. h. durch die, Belastung der Leitung der Hälfte q ist der Spannungsabfall an den Klemmen p von ^x/₄ / R auf Null gefallen. ,

Nach vorstehendem wird also bei dem Transformator der Fig. 2 die Klemmenspannung der einen Hälfte durch die Belastung der anderen Hälfte um ¹J₁J R vermindert, bei dem Spannungsteiler der Fig. 3 dagegen um ¹^JR erhöht. .

Sind die beiden Anordnungen der Fig. 2 und 3 nun der Fig. !entsprechend vereinigt, so wird vorstehender Erklärung gemäß die Spannung an den Klemmen h und k durch die Belastung der Leitung i I keine Änderung erfahren, da der durch die Belastung der Leitung i I in der Primärwicklung c hervorgerufene Spannungsabfall durch die Spannungserhöhung zwischen b und k wieder aufgehoben wird. Natürlich ändert sich die Spannung jeder Teilleitung mit der eigenen Belastungsänderung, doch ist letztere ohne Einfluß auf die übrigen Spannungen.

Es ist klar, daß die dem vorstehend beschriebenen Prinzip entsprechende Kombination und Schaltung von Transformatoren und Spannungsteiler auch auf mehr als wie zwei Stromkreise angewendet werden kann und auch weitere Variationen möglich sind. So besteht die Anordnung nach Fig. 4 aus acht gleichen Kreisen; in jedem Kreis ist ein Teil der Spannungsteilerwicklungen in Serie mit einem Teil der Sekundärwicklung des Transformators geschaltet.

Die Abstufung von Spannungsteiler und Sekundärwicklung braucht natürlich nicht in der Weise zu erfolgen, daß die Stufen alle untereinander gleich sind. So sind z. B. bei der Anordnung nach Fig. 5 die einzelnen Abteilungen von Sekundärwicklung und Spannungsteiler verschieden groß, nur müssen, um die Spannungsverhältnisse möglichst günstig zu gestalten, die Abstufungen der Sekundärwicklung und der Spannungsteiler in gleichen Verhältnissen erfolgen; doch sind selbst bei Abweichung in den Abstufungsverhältnissen bei Belastungsänderungen die Spannungsschwankungen in den einzelnen Stromkreisen immer noch viel geringer als bei Anwendung eines Transformators oder Spannungsteilers allein.

Auf diese Weise kann eine einzige Wechsel-Stromquelle in mehrere Stromkreise von verschiedenen Spannungen unterteilt werden, wobei jede der letzteren durch Belastungsänderungen in den übrigen Kreisen nicht beeinflußt wird.

Natürlich ist es im Prinzip gleichgültig, ob die Primärwicklung des Transformators mit dem Spannungsteiler in Serie, wie in Fig. 1, oder parallel, wie in den übrigen Figuren, an der Hauptspannung liegt.

Sollen zwei Stromkreise zu einem Dreileitersystem vereinigt werden, so ist die in Fig. 6

dargestellte Schaltung anzuwenden, bei welcher zwei Klemmen der Sekundärwicklung r und s des Transformators mit den entsprechenden Enden des Spannungsteilers verbunden sind, zwei Leiter gehen von den beiden freien Enden der beiden Sekundärwicklungen r und s aus, während der Mittelleiter mit einem Punkte des Spannungsteilers verbunden ist. Natürlich müssen die Verbindungen so angeordnet sein, Ίο daß die einzelnen Wicklungen eines Stromkreises nicht in Gegenschaltung sind. Ähnliche Verbindungen können auch gemacht werden, wenn es sich um mehrere gleiche Stromkreise handelt, wie z. B. bei einem Fünfleitersystem usw. Die Primärwicklung des Transformators und des Spannungsteilers können dabei sowohl in Serie als auch parallel geschaltet sein.

Die mechanische Ausführung dieses Erfindungsgegenstandes braucht von der gebräuchlichen Bauart eines Transformators und Spannungsteilers nicht abzuweichen. Es ist vorteilhaft, Transformator und Spannungsteiler auf einen gemeinsamen Eisenkern zu vereinigen, da hierdurch die Reaktanzspannung und der Spannungsabfall bei induktiver Belastung reduziert wird. Es empfiehlt sich,- die Unterteilungen von Transformator und Spannungsteiler in abwechselnder Reihenfolge unterzubringen und je nach der Beanspruchung die stärker belasteten Teile abwechselnd mit den weniger belasteten Stufen anzuordnen, da hierdurch eine bessere Abkühlung erzielt wird.
Die Anwendungsarten des Erfindungsgegen-Standes können natürlich ganz verschieden sein, er ist stets dort anzuwenden, wo eine Wechselstromquelle in mehrere Teilkreise unterteilt werden soll und verlangt wird, daß die Spannung eines jeden Einzelkreises unabhängig von der Belastung der übrigen Kreise sein soll, z. B. wenn mehrere Metallfadenlamperi niedriger Spannung in Serie an eine Wechselstromleitung höherer Spannung anzuschließen sind usw.

Claims

Patent-Ansprüche:

1. Schaltung zur Unterteilung einer Wechselstromspannung in zwei oder mehrere Teilspannungen, derart, daß die Spannung eines jeden Teilkreises unabhängig von dem Belastungszustande der übrigen Teilkreise ist, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem Teilkreis mit den nach den Verbrauchssteilen führenden beiden Leitungen eine Stufe eines Spannungsteilers und ein Teil der Sekundärwicklung eines Transformators in Serie geschaltet ist, wobei die Primärwicklung mit dem Spannungsteiler in Serie oder parallel an der gemeinsamen Wechselstromquelle liegt.

2. Schaltung nach Anspruch 1 für zwei Teilkreise mit gemeinsamem Mittelleiter, dadurch gekennzeichnet, daß letzterer nach einem Punkt des Spannungsteilers führt, während die beiden Außenleiter mit den entsprechenden Enden der aus zwei Teilen bestehenden Sekundärwicklung des Transformators verbunden sind.

3. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß alle Windüngen des Transformators und des Spannungsteilers einen gemeinsamen magnetischen Kreis haben.

4. Schaltung nach Anspruch 1 und 3 oder 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Stufen der verschiedenen Wicklungsarten räumlich in abwechselnder Reihenfolge zusammengesetzt sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.