Regeltransformator zur stufenlosen Spannungsregelung. Die Erfindung bezieht sich auf einen Re geltransformator zur praktisch stufenlosen Spannungsregelung mit einem Transformator- kern und einer Stro-mabnehmerbürste, von welchen Teilen einer um die Achse des, Trans- formatorkerns drehbar ist.
Bei .den bekannten Transformatoren dieser Art wird die Spannung bei jeder vollen Dre hung der Bürste um den Kern jeweils um eine ganze Windungsspannung im wesentlichen sprungweise geändert. Um diesen Spannungs sprung zu vermeiden und eine wenigstens an nähernd kontinuierliche Spannungsregelung zu erhalten, hat man deshalb in Verbindung mit der drehbaren Bürste auch schon einen Spannungsteiler vorgesehen, an welchem dann die geregelte Spannung abgenommen wird.
Gegenstand der Erfindung ist ein Regel transformator, mittels welchem sich eine an nähernd kontinuierliche Zunahme der gere gelten Spannung erzielen lässt, ohne dass be sondere Spannungsteiler vorgesehen zu wer den brauchen.
Gemäss der Erfindung ist der Transformator als Manteltransformator aus gebildet, dessen Mantel in mehrere Teilrück schlüsse unterteilt ist. Die den Kern umge bende -Regelwicklung ist mit Anzapfungen versehen; welche zwischen den Teilrück schlüssen an den Umfang des Transformators geführt und dort zu einer den ;Kern schrauben- linienförmig umgebenden Kontaktbahn aus gebildet sind.
Die einzelnen Regelwindungen nebst An zapfungen können aus ringförmigen, ge schlitzten Scheiben bestehen, die an dem Schlitz mit den benachbarten Scheiben ver bunden sind.
In der Zeichnung sind einige Ausführungs- beispiele des Gegenstandes der Erfindung dargestellt.
In Fig. 1 bedeutet 1,den Kern des Regel transformators welcher hier von zwölf Rück schlüssen 3 umgeben ist. Der geblätterte gern 1 besitzt die Form eines Hohlzylinders und ist aus einzelnen (zwölf) Sektoren zusammen gesetzt (Fig. <B>1</B> b). Die ;Verbindung mit den ebenfalls in Richtung des Radius geblätter ten Rückschlüssen wird durch Jochplatten vermittelt, die gegebenenfalls auch lamelliert sein können. Die Jochplatten dienen gleich zeitig zum Zusammenhalten des gesamten Eisenkernes und werden durch eine Spindel 8 zusammengepresst.
Die Erregerwicklung 5 umgibt den Kern 1 und wird ihrerseits von der Sekundämvick- lung (Regelwicklung) umfasst. Letztere be steht aus Blechscheiben 4, die bei 4" geschlitzt und hier jeweils -mit dem folgenden Blech durch Schweissen (vorzugsweise durch Stumpfschweissen) oder Verlöten oder auch auf andere Weise elektrisch gut leitend ver bunden sind. Die Bleche selbst sind mit An zapfungen 4' versehen, welche sich nach aussen verbreitern und von denen je zwei einen der Rückschlüsse 3 umfassen.
Die ring förmigen Blechscheiben 4 nebst den Anzap- fungen werden zweckmässig in einem Arbeits gang aus ein und demselben Blech, vorzugs veise Kupfer- oder Messingblech, gestanzt.
Die Bolzen 6 und die Distanzstücke 7 die nen zur Abstützung und zur Halterung der einzelnen, insgesamt schraubenlinienförmig um den Kern laufenden Ringbleche. Zwischen den einzelnen Windungen ist ein verhältnis mässig grosser Zwischenraum, durch den Luft hindurchstreiehen kann, so da.ss eine gute Kühlung des Transformators gewährleistet ist.
Die ausserhalb des Kernsystems liegenden Verbreiterungen der einzelnen Anzapfungen 4' ergeben eine um den Manteltransformator spiralig herumlaufende, praktisch ununter brochene Kontaktbahn, an welcher die Bürste 9, die vorzugsweise als Rolle ausgebildet ist, entlanggleitet.
Die Primärwicklung ä ist bei dem Aus führungsheispiel nach Fig. 1., um eine zu grosse Streuung bei nur teilweise eingeschal teter Wicklung zu vermeiden, in einzelne pa rallel geschaltete Spulen aufgeteilt (Fig. la). Besonders vorteilhaft ist diese Anordnung bei Transformatoren mit verhältnismässig langen Kernen.
Die Spulen sind zweckmässig derart angeordnet, dass sich immer in unmittelbarer Nähe einer Schaltwindung der Sekundärwick lung eine Primärspule befindet. Der Trans formator verhält sich dann so, als ob er aus einer Anzahl Teiltransformatoren bestünde, deren Primärwicklungen alle parallel geschal- tet und dadurch von dem Belastungszustand der Sekundärwicklung gegenseitig unabhän gig sind.
Die Unterteilung der primären Zylinder wicklung in einzelne Scheibenspulen ist nicht nurvorteilha.ft zurHerabsetzung der Streuung auf ein 3Linimum, sondern auch dann, wenn es sich darum handelt, je nach den gegebenen Verhältnissen beliebige Werte der Streuung einzustellen, insbesondere für Schweisstrans formatoren. Es bietet in diesem Fall beson dere Vorteile, sämtliche Spulenenden der Pri märwicklung an ein Klemmbrett oder an einen geeigneten Schalter zu führen, um die Spulen der Primärwicklung je nach Bedarf abwechselnd gruppenweise in Reihe oder pa rallel zu schalten.
Der beschriebene Transformator ist über aus kurzschlusssicher, und während des Re gelvorganges können ohne weiteres einzelne Anzapfungen kurzgeschlossen werden. Bei der in Fig. 1b dargestellten Anordnung ent spricht jeder Kontakt 4' dem zwölften Teil der Windungsspannung. Geht die Rolle ge rade von einer Anzapfung zur andern über. so muss hier ein Kurzschlussstrom auftreten. Dieser Strom ist nun an sich schon gering.
da er ja nur von einem Zwölftel der Bin dungsspannung erzeugt werden kann, und wird im übrigen auch dadurch noch weiter verringert, dass der von ihm erzeugte Fluss den Erregerfluss aus dem umfassten Teilschen kel in die übrigen Teilschenkel abdrängt. Die Flussabdrängung wird durch entsprechende. Bemessung des Transformators zweckmässig nur soweit zugelassen, dass eine störende Er höhung des Spannungsabfalls der gesamten Regelwicklung durch den Laststrom auch bei ungleichmässiger Belastung des Tra.usforiua- tors praktisch vermieden wird.
Eine etwaige geringe Erhöhung des belastungsabhängigen Spannungsabfalls wirkt sich hier im übrigen auf die gesamte Regelspannungskurve schon deshalb nicht störend aus, weil der Gesamt transformator aus einer grossen Zahl von den Erregerfluss umgebenden Regelwindungen be steht, die nacheinander ausgeregelt werden und dabei immer dann, wenn die Bürste ein mal den Transformator umkreist hat, eine symmetrische Belastung der Teilkerne wieder hergestellt ist.
Vorteilhaft ist die Ermöglichung der Flussabdrängung dann, wenn der Erreger fluss nur in wenige, zum Beispiel in zwei Teilflüsse aufgeteilt ist. Eine derartige An ordnung ist in Fig. 2 dargestellt. Der Trans formator ist in diesem Fall als Spartrans formator ausgebildet. Die Erregerwicklung besteht wieder aus scheibenförmigen, über den Kern 1 und die Rückschlüsse 3 gesteck ten Blechen 4, die an ihren Schlitzen 4" an einander geschweisst sind und den Eisenkern spiralig umgeben (Fix. 2a).
Die Bleche be sitzen an ihrem Rand bis zu den Rück schlüssen 3 durchgehende Aussparungen 10 (Fix. 2b), zwischen welchen jeweils die halbe Windungsspannung besteht. Überdrückt hier die Stromabnehmerbürste 9 den Spalt 10 un mittelbar,
so wird die halbe Windungsspan- nung in dem den einen der Teilrückschlüsse 3 umgebenden Kurzschlusskreis einen Strom hervorrufen. Da aber durch den Kurzschluss- lireis der betreffende Schenkel 3 für den Erregerfluss gesperrt wird, kann der Kurz schlussstrom eine unzulässige Grösse nicht annehmen. Es kann unter Umständen dabei auch zweckmässig sein, die Rolle 9 aus Wi derstandsmaterial auszubilden, um auf diese Weise den Kurzschlussstrom zu begrenzen.
Besonders vorteilhaft ist das dann, wenn einer Abdrängung des Flusses aus dem einen der Rückschlüsse in die andern ein Wider stand entgegengesetzt werden soll und der Kurzschlussstrom infolgedessen auf andere Weise herabgesetzt werden muss.
Auch bei der Anordnung nach Fig. 2 tritt ein belastungsabhängiger Spannungs abfall an den Enden der Regelwicklung stö rend nicht in Erscheinung, da die Belastung der Teilschenkel und damit auch die Ver teilung des Erregerflusses nach einer vollen Umdrehung der Bürste stets wieder gleich mässig ist.
Der Regelvorgang selbst erfolgt bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel in der Weise, dass der gesamte Transformator etwa durch eine an der Achse 13 angreifende Kraft auf der Grundplatte 14 gedreht wird. Über die Zahnkränze 11 und Zahnräder 12 wird die Drehbewegung auf die Rollenbürste 9 übertragen, die daraufhin, sich in axialer Richtung verschiebend, auf den Anzapfun- gen der Sekundärwicklung 4 abrollt.
Beson ders vorteilhaft ist es, den Transformator im ganzen fest angeordnet zu lassen und nur die Bürste 9 zu bewegen, indem diese etwa an einem galgenartigen Träger befestigt um den Transformatorkern herum bewegt wird und sich dabei axial verschiebt. Als Füh rung für die Bürste können unmittelbar die entsprechend ausgebildete Regelwicklung bezw. deren Anzapfungen dienen.
Eine ähnliche Ausführung, ebenfalls in Sparschaltung, zeigt Fig. 3. Die Windungs- spannung ist hier in acht Stufen aufgeteilt, der Kern 1 besitzt acht Rückschlüsse 3. Der Kern selbst ist aus gegeneinander abgesetzten Blechpaketen zusammengesetzt und hat .im wesentlichen die Formt eines Kreuzes. Die einzelnen Rückschlüsse sind kreisförmig um den Kern herum angeordnet und besitzen Einzeljoche 2, mit welchen sie über den Kern 1 geschoben sind (Fix. 3a). Die Bleche der Rückschlüsse 3 besitzen rechtwinklige, die Joche 2 bildende Ansätze.
Bei Ausbil dung des Transformators als Zweiwick- lungstransformatoren kann ähnlich wie in Fig. 1 um den Kern eine besondere Primär wicklung angeordnet werden.
Die zu einer Spirale zusammengesetzten Ringbleche 4 sind hier, wie in Fig. 3a ge zeichnet, an ihrem innern Rande in Rich tung des Kernes 1 aufgebogen. Die Anzap- fungen 4' und gegebenenfalls auch noch ein grösserer oder kleinerer ringförmiger Rand der Bleche verlaufen im wesentlichen waag recht und rechtwinklig zu den aufgebogenen Blechteilen.
Diese Anordnung hat den Vor teil, dass die Verteilung der Wicklung inner- halb des Transformators erleichtert wird und dass ferner die Wirkung des Skineffektes in günstiger Weise unterdrückt werden kann.
Um bei dieser Anordnung bei ungleich mässiger Belastung der einzelnen Flussleiter eine unzulässige Erhöhung des von der Be lastung abhängigen Spannungsabfalls an der Regelwicklung zu vermeiden, kann es zweck mässig sein, Ausgleichswicklungen auf den Rückschlüssen anzuordnen, welche einer Ab- drängung des Erregerflusses aus den belaste ten Teilschenkeln nach den unbelasteten einen Widerstand entgegensetzen.
Besonders vorteilhaft, insbesondere bei Transformatoren für grössere Leistung, kann es sein, die Aus gleichswicklungen so aufzubringen, dass wohl eine Flussverschiebung innerhalb einzelner Gruppen von mindestens zwei Teilschenkeln möglich ist, eine Flussa.bdrängung aus die sen Gruppen nach den übrigen aber unter bunden ist.
In Fig. 3b ist die Anordnung von. Aus- gleichswicl#:lungen mehr schematisch darge stellt. Der Übersichtlichkeit halber sind die einzelnen Spulen 15 nur auf vier Rück- schlüssen gezeichnet (in Fig. 3a sind sie über haupt fortgelassen). Je zwei der Ausgleichs spulen 15 sind in Reihe geschaltet, diese Gruppen von Spulen jedoch sämtlich parallel.
Die Ausgleichswicklungen haben die Wir kung, dass sich der Erregerfluss auf sämt liche Gruppen (von je zwei Teilschenkeln) stets gleichmässig verteilen muss. Innerhalb der Gruppen kann der Fluss jedoch beliebig verschoben werden. Zum Beispiel wird bei der gezeichneten Stellung der Rollenbürste 9 der Fluss aus dem Rückschluss 3' auf den Rückschluss 3" abgedrängt.
Der diesen Schenkel 3' umfliessende Kurzschlussstrom wird somit begrenzt. Umgekehrt wird bei Kurzsehluss der Anzapfungen an dem Rück schluss 3" durch die Rollenbürste 9 der Fluss aus diesem Rückschluss nach dem Riick- schluss 3' abgedrängt. Das Entsprechende gilt, wenn die Rollenbürste die Anza.pfungen an den andern Rückschlüssen kurzschliesst. Im Falle eines Kurzschlusses ist also stets eine Flussabdrängung möglich.
Andernteils wird aber auch bei ungleichmässiger Be lastung des Regeltransformators der Last strom den Erregerfluss jeweils höchstens aus einem der Rückschlüsse 3 verdrängen kön nen, so dass ein störendes Ansteigen des be lastungsabhängigen Spannungsabfalls an den Enden der Regelwicklung nicht in Erschei nung tritt.
Die Ausgleichswicklungen brauchen nicht unbedingt auf den Jochen 2 angeordnet zu sein. Sie können vielmehr auch unmittelbar auf den Rückschlüssen selbst liegen. Sowohl die Lage als auch die Anzahl der Windungen der Ausgleichswicklungen ist ein geeignetes Mittel, um die Grösse der Flussverdrängung einstellen züi können. Beispielsweise werden die Ausgleichswicklungen auf den Jochen 2 die Flussverschiebung weniger behindern, als wenn die Wicklungen auf den Rückschlüssen 3 angeordnet sind.
Wird die Windungsspannung so fein un terteilt, dass bei l--,urzscliliiss einzelner Anzap- fungen schädliche Ströme nicht mehr auftre ten können, so kann von der Ermöglichung einer Flussverdrängung unter Umständen ilberhaupt abgesehen werden.
Vielfach bie ten die Transformatoren dieser Art besondere Vorteile. da sich hier eine unbedingt linear ansteigende, nahezu vollkommen kontinuier lich verlaufende Regelspannungskurve ergibt. Ein Ausführungsbeispiel dieser Art. ist in Fig. 4 dargestellt. Der Kern 1 besitzt hier 24 Rückschlüsse 3, die Windungsspannung ist also in 24 Stufen unterteilt. Jeder Riick- scbluss 3 besitzt ein eigenes Joch \?. Joche und Rückschlüsse sind zweckmässig aus ein Lind den selben Blech gestanzt.
An Stelle der ein zelnen Jodie 2 können unter Umständen auch zusammenhängende kreisscheibenför- mige Jochplatten verwendet werden.
Der geblätterte Kern 1 ist als Hohlzylin der ausgebildet, und zwar besitzen die Bleche vorzugsweise Evolventenform (Fig. 4b ). Um den Kern ist die Regelwicklung 4 angeordnet. Die Primärwicklung 5 ist wieder in parallel geschaltete Scheibenspulen aufgeteilt, von denen je eine zwischen den Blechen 4 liegt (Fig. 4a). Es ergibt sich dadurch ein beson- Jers gedrängter Aufbau des Transformators.
Gegebenenfalls können auch hier auf den Rückschlüssen bezw. auf deren Jochen Aus gleichwicklungen vorgesehen sein, und zwar werden dann vorteilhaft sämtliche Spulen dieser Wicklung parallel geschaltet, so. dass eine Abdrängung des Erregerflusses von einem Rückschluss zum andern praktisch überhaupt nicht möglich ist.
Die Führung der Rollenbürste 9 erfolgt durch zwei Arme 16, die an der zentralen Achse 13 des Transformators gelagert sind. Bei kleineren Ausführungen des Transforma tors kann dabei einer der Arme unter Umstän den in Fortfall kommen. Vorteilhaft kann es sein, zwei Stromabnehmerbürsten zu verwen den und diese von der Mitte der Regelwick lung gegensinnig zu verschieben. Bei Trans formatoren, bei denen die Primärwicklung als Zylinderwicklung (aus nicht parallel geschal teten Spulen) ausgebildet ist, oder auch bei Spartransformatoren ergibt sich dabei der Vorteil, dass die Streuung des Transformators wesentlich verringert wird.
Der Regeltransformator kann mit beson deren Vorteilen auch als Drehstromtransfor- mator ausgebildet sein, wie dies mehr schema tisch in Fig. 5 dargestellt ist. Dort besitzt jeder Teil 20 einen Transformatorkern gemäss Fig. 1 bis 4 für je eine Phase des Drehstromes. Der Sternpunkt dieses Drehstromtransforma- tors wird" durch,die Kontaktrollen 19 gebildet.
Die Spannungsregelung erfolgt durch Drehen der Transformatorkerne 20 in Richtung der Pfeile (bezw. in entgegengesetzter Richtung). Als Stromzuführung ist nur je eine primäre und eine sekundäre Zuführung zu jedem der Transformatorkerne 20 erforderlich. Die Zu führungen werden über Schleifringe ange schlossen. Zuführungen zu den sich ,längs der Wicklungsachse verschiebenden Kontaktrol len 19 können gespart werden. Dadurch er gibt sich ein besonders vorteilhafter, ein facher Aufbau.