Transformatoranordnung mit Spannnngsausgleicheinrichtung. Bei Gleichrichteranordnungen, insbeson dere solchen, in denen das Gleichrichten des Wechselstromes durch Metalltrockengleich- richter erfolgt, wird häufig die Forderung gestellt, dass die Gleichspannungswerte sich bei schwankender Belastung nur in verhält nismässig engen Grenzen ändern dürfen.
Werden bei Gleichrichtergeräten keine besonderen Anordnungen zur Spannungsregu lierung getroffen, so fällt die Gleichspannung mit steigender Belastung infolge des Span nungsabfalles an den Gleichrichterventilen stark ab.
Es sind verschiedene Anordnungen und Schaltungen bekannt geworden, durch die eine selbsttätige Spannungsregulierung in Abhängigkeit von der Belastung des Gleich richters erreicht wird. Bekannt sind für die sen Zweck zum Beispiel Regulierdrosseln, die mit ihrer Primärwicklung in Reihe mit der Primär- oder Sekundärwicklung des das Gleichrichterventil speisenden Transformators geschaltet sind und deren Sekundärwicklung vom Verbraucherstrom durchflossen wird. Mit steigendem Verbraucherstrom werden diese Drosseln mehr und mehr gesättigt. In folgedessen sinkt der Spannungsabfall an der Primärwicklung der Regulierdrossel.
Die Spannung am Transformator steigt um den gleichen Betrag und gleicht so den erhöhten Spannungsabfall am Gleichrichterventil aus. Durch richtiges Bemessen der Regulierdros sel kann die Anordnung so abgeglichen wer den, dass die Gleichspannung am Verbraucher bei steigender und fallender Belastung un verändert bleibt.
Es sind auch Anordnungen bekannt ge worden, in denen der Spannungsausgleich am Transformator selbst erfolgt. Bei denbekann- ten Ausgleichtransformatoren befinden sich Primär-, Sekundär- und Magnetisierwicklung auf getrennten Kernen des Transformators. Die Spannungsregulierung geschieht dort in der Weise, dass die vom Gleichstrom durch-
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flossene <SEP> Magnetisiertwieklung# <SEP> die <SEP> Spannung
<tb> der <SEP> '#Sekundärwieklung <SEP> beeinflusst.
<tb>
Durch <SEP> Gegeneinanderseha.lten <SEP> zweier <SEP> 111ag netisierwicl;lungen <SEP> ist <SEP> es <SEP> sowohl <SEP> bei <SEP> den <SEP> Re gulierdrosseln. <SEP> als <SEP> auch <SEP> hei <SEP> den <SEP> Regulier transformatoren <SEP> in <SEP> bekannter <SEP> Weise <SEP> möglich,
<tb> zu <SEP> verhindern, <SEP> dass <SEP> eine <SEP> Wccliselstrom1;orripo nente <SEP> in <SEP> den <SEP> Verbraucherkreis <SEP> übertritt, <SEP> und
<tb> z ar <SEP> ist <SEP> dies <SEP> erzielbar. <SEP> ohne <SEP> dass <SEP> die <SEP> niagne
<tb> tisierende <SEP> Wirkung <SEP> dieser <SEP> Wicklungen <SEP> auf gehoben <SEP> wird.
<tb>
Die <SEP> bekannten <SEP> Anordnungen <SEP> zur <SEP> Spart nnagsregulierung <SEP> hei <SEP> Gleie@ric@tcrsc@ra@iun gen <SEP> haben <SEP> a'ierverschiedene <SEP> Nachteile, <SEP> welche
<tb> durch <SEP> die <SEP> Erfindung <SEP> vermieden <SEP> werden.
<tb>
Die <SEP> Nachteil(- <SEP> bestehen <SEP> bei <SEP> der <SEP> Regulier drossel <SEP> darin. <SEP> dass <SEP> ausser <SEP> (lern <SEP> Tran.sforrnalor noch <SEP> eine <SEP> 1-irosselspule <SEP> für <SEP> die <SEP> Spannungs regulierung <SEP> vorsgosehe <SEP> n <SEP> -erden <SEP> muss, <SEP> die <SEP> den
<tb> Preis <SEP> solcher <SEP> (deichrichtergeräte <SEP> nicht <SEP> iiner lieblich <SEP> verteliert. <SEP> Ausserdem <SEP> können <SEP> Glcich ricliteranordnungen <SEP> mit <SEP> Regulierdrossel <SEP> in folge <SEP> der <SEP> nicht <SEP> einfachen <SEP> vektoriellen <SEP> Span nringsabhängig1,eii:
<SEP> von <SEP> Transformator <SEP> und
<tb> Regulierdrossel <SEP> immer <SEP> nur <SEP> für <SEP> eine <SEP> bestimmte
<tb> Netzspannung <SEP> bemessen <SEP> werden. <SEP> Es <SEP> ist <SEP> nicht
<tb> möglich, <SEP> durch <SEP> einf.tehes <SEP> I-niselralten <SEP> von
<tb> Wicklungsanzapfungen <SEP> au <SEP> Transformator <SEP> und
<tb> Regulierdrossel <SEP> ein <SEP> solches <SEP> Gerät <SEP> an <SEP> verschie dene <SEP> Netzspaiiriiingen <SEP> ansehaltbar <SEP> zu <SEP> machen.
<tb>
Auch <SEP> ist <SEP> es <SEP> nicht <SEP> nülgliclt. <SEP> die <SEP> Wicklun gen <SEP> dieser <SEP> bekannten <SEP> 1Tcgulif@rrlrosseln <SEP> genau
<tb> zii <SEP> berechnen. <SEP> Jede <SEP> L=rossel <SEP> rnuss <SEP> vielmehr
<tb> nach <SEP> dem <SEP> Zusammenschalten <SEP> mit <SEP> dem <SEP> zuge hörigen <SEP> Transformator <SEP> und <SEP> Gleichricliterven til <SEP> besonders <SEP> abgeglichen <SEP> werden.
<tb>
Auch <SEP> die <SEP> bisher <SEP> bekannten <SEP> Reguliertrans formatoren <SEP> Aralien <SEP> ihre <SEP> Nachteile. <SEP> Entweder
<tb> : < find <SEP> mehrere <SEP> Transformatoren <SEP> nötig, <SEP> oder <SEP> <B>(l</B>ie;
<tb> gewünschte <SEP> Spannungsregulierung <SEP> tritt <SEP> In folge <SEP> der <SEP> Streuung <SEP> der <SEP> Sekundärwicklung
<tb> nur <SEP> sehr <SEP> unvollkommen <SEP> und <SEP> bei <SEP> weitere <SEP> nicht
<tb> in <SEP> den <SEP> notwendigen <SEP> Grenzen <SEP> ein.
<tb>
Solche <SEP> Mängel <SEP> sind <SEP> durch <SEP> die <SEP> Erfindung
<tb> vermieden.
<tb>
Fig. <SEP> 1 <SEP> bis <SEP> 4 <SEP> sind <SEP> Schaltbilder <SEP> ,je <SEP> eines
<tb> Beispiels <SEP> der <SEP> neuen <SEP> Anordnung.
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Jede <SEP> der <SEP> in <SEP> Fig. <SEP> 1 <SEP> bis <SEP> 4 <SEP> dargestellten
<tb> Anordnungen <SEP> hat <SEP> einen <SEP> Transformator <SEP> finit
<tb> einem <SEP> dreischenkligen <SEP> Eisenkern. <SEP> Die <SEP> Sehen kel <SEP> dieses <SEP> Kernes <SEP> sind <SEP> mit <SEP> T, <SEP> 11, <SEP> 111 <SEP> hezeieh net, <SEP> 1) <SEP> bedeutet <SEP> die <SEP> Primärspule <SEP> des <SEP> Transfor niators.
<SEP> Scinc <SEP> @ckundärspuh@ <SEP> besteht <SEP> aus <SEP> einer
<tb> Ilauptwielaung <SEP> s, <SEP> und <SEP> einer <SEP> Hilfswicklung
<tb> .s- <SEP> Die <SEP> Wicklungen <SEP> s1, <SEP> s@ <SEP> sind <SEP> auf <SEP> verschie (lcrren <SEP> Schenkeln <SEP> angeordnet <SEP> und <SEP> gegenein ander <SEP> geschaltet. <SEP> Wicklung <SEP> s1 <SEP> befindet <SEP> sich
<tb> auf <SEP> lern <SEP> Schenkel, <SEP> der <SEP> die <SEP> Spule <SEP> <I>1i</I> <SEP> ir:igt. <SEP> G:
<tb> Itezcichriet <SEP> einen <SEP> Gleichrichter. <SEP> Mit <SEP> <I>ni, <SEP> iii,,</I>
<tb> <I>nr@, <SEP> h</I> <SEP> sind <SEP> Gleichstromspulen <SEP> der <SEP> iSchenkel
<tb> 1.-11. <SEP> <B>111</B> <SEP> bezeichnet.
<tb>
Diese <SEP> 'feile <SEP> sind <SEP> in <SEP> der <SEP> aus <SEP> der <SEP> Zeichnung
<tb> t#rsichllichen <SEP> Weise <SEP> zusammengeschaltet.
<tb>
Tn <SEP> der <SEP> .-Anordnung <SEP> nach <SEP> Fig. <SEP> 1 <SEP> sitzen <SEP> die
<tb> Spule <SEP> p <SEP> und <SEP> die <SEP> Wicklung <SEP> s, <SEP> auf <SEP> dein <SEP> Schen kel <SEP> I. <SEP> die <SEP> Wicklungen <SEP> <I>in, <SEP> s=</I> <SEP> auf <SEP> dem <SEP> Schen kel <SEP> 11. <SEP> 1)er <SEP> Schenkel <SEP> <B>111</B> <SEP> hat <SEP> keine <SEP> Wicklung.
<tb>
Iin <SEP> unbelasteten <SEP> Zustande <SEP> der <SEP> Vorriclitung ist <SEP> die <SEP> Spule <SEP> <I>ni,</I> <SEP> die <SEP> in <SEP> dem <SEP> Verbra-uelierkreise
<tb> liegt, <SEP> stromlos. <SEP> Ein <SEP> Teil <SEP> des <SEP> von <SEP> der <SEP> Spule <SEP> li
<tb> erzeugten <SEP> Wechselflusses <SEP> wirkt <SEP> auf <SEP> die <SEP> Ge @,cri@vicklung <SEP> s,. <SEP> Die <SEP> EMh. <SEP> die <SEP> so <SEP> in <SEP> der
<tb> Wicklung <SEP> s, <SEP> entsteht. <SEP> verringert <SEP> die <SEP> Sekun därspannung, <SEP> die <SEP> von <SEP> der <SEP> Wicklung <SEP> s, <SEP> allein
<tb> an <SEP> den <SEP> Gleichrichter <SEP> G <SEP> gelegt <SEP> würde. <SEP> wenn
<tb> sie <SEP> nicht <SEP> unter <SEP> (lern <SEP> Einfluss <SEP> der <SEP> MWicl;lting
<tb> .x., <SEP> stünde.
<tb>
Im <SEP> vollbelasteten <SEP> Zustande <SEP> des <SEP> Transfor rnators <SEP> ist <SEP> der <SEP> Schenkel <SEP> IT <SEP> dureli <SEP> die <SEP> Spule <SEP> <I>irr</I>
<tb> magnetisch <SEP> gesättigt <SEP> oder <SEP> stark <SEP> magnetisiert.
<tb> Hierdurch <SEP> wird <SEP> die <SEP> Weeliselflusskoniponente.
<tb> die <SEP> vorher <SEP> auf <SEP> die <SEP> Wicklung <SEP> s, <SEP> gewirkt <SEP> hat,
<tb> vollständig <SEP> oder <SEP> fast <SEP> vollständig <SEP> in <SEP> den
<tb> Schenkel <SEP> TIT <SEP> ver'di#ängt. <SEP> Die <SEP> vorher <SEP> in <SEP> der
<tb> Wicklung <SEP> s_ <SEP> induzierte <SEP> Gegenspannung <SEP> ver schwindet <SEP> also. <SEP> Die <SEP> am <SEP> Gleichrichter <SEP> G <SEP> wirk same <SEP> Wechselspannung <SEP> nimmt <SEP> mithin <SEP> zu.
<tb>
Auf <SEP> diese <SEP> Art <SEP> wird <SEP> die <SEP> Gegenwirkung <SEP> der
<tb> Wicklung <SEP> s., <SEP> von <SEP> dem <SEP> Verbraucherkreis <SEP> aus
<tb> so <SEP> mit <SEP> Hilfe <SEP> der <SEP> Spule <SEP> in <SEP> geregelt, <SEP> dass <SEP> inner halb <SEP> der <SEP> durch <SEP> Leerlauf <SEP> und <SEP> Vollast <SEP> bestimm ten <SEP> Grenzen <SEP> stets <SEP> diejenige <SEP> Spannung <SEP> an <SEP> dem
<tb> G-leichriehter <SEP> liegt, <SEP> die <SEP> nötig <SEP> ist, <SEP> um <SEP> Ände rungen <SEP> auszugleichen, <SEP> welche <SEP> in <SEP> dein <SEP> Ver braucherkreise <SEP> erfolgen. Da. die Spule in gleichfalls unter dem Ein fluss des Wechselflusses steht, gelangt eine Wechselstromkomponente auf die Gleich stromseite.
Wenn dies unerwünscht ist, kön nen zwei solche Transformatoren, und zwar Jeder der halben Leistung, miteinander ver bunden werden, nämlich dadurch, dass ihre Spulen<B>in</B> hintereinander geschaltet werden und daher die Wechselspannungskomponente einander aufheben.
Durch Anordnen von Anzapfungen an der Spule p kann der Transformator leicht an verschiedene Netzspannungen anschliess- bar gemacht werden. Dies ist bei Regulier drosseln nicht möglich. Durch wahlweises Parallel- oder Reiheschalten der Primärspulen zweier Transformatoren können diese an zwei verschiedene Netzspannungen angeschlossen werden, ohne dass Anzapfungen oder ein Mehraufwand an Kupfer erforderlich sind.
Da bei der neuen Anordnung die gegenseitige Beziehung der Wechselstromgrössen nicht vektorieller Art ist, ist es verhältnismässig leicht, die Transformatorwicklungen zu be rechnen und so das umständliche Abgleichen zu vermeiden, welches bei Regulierdrosseln nötig ist..
Die neue < Anordnung ist gleich gut ver wendbar für eine Gleichrichtereinrichtung mit Widerstandsbelastung und für Batterie pufferung wie auch zum Laden von Akku mulatoren. Versuche haben gezeigt, dass sich bei Widerstandsbelastung selbst unter ungün stigen Bedingungen eine Spannungskonstanz von 2 % mühelos erreichen lässt. Die Ver suche haben auch gezeigt, dass über einen weiten Bereich ein annähernd proportionales Verhältnis zwischen Gleichstrom- und Wech- selspannungszunahme besteht.
Bei Batterie- pufferung lässt sich das Einsetzen und Wie deraussetzen des Ladestromes in sehr engen Grenzen der Batteriespannung erreichen, z. B. zwischen den Zellenspannungen von 2,2 und 2,4 Volt.
Die Anordnung nach Fig. 1 ermöglicht auch, eine Pufferbatterie zeitweise schnell zu laden. Hierfür werden die Wicklung m oder die Wicklung s2 oder Teile dieser Wicklun gen kurzgeschlossen.
Die neue Anordnung kann auch zum Regeln von Wechselspannungen dienen. Die Wicklung m wird in diesem Falle von einem Wechselstrom durchflossen.
Wenn die Anordnung nach Fig. 1 zum Laden eines Akkumulators dienen soll, wer den gemäss Fig. 2 statt einer Spule m zwei Spulen m,, m2 auf dem Schenkel II vorge sehen. Spule m, liegt an der Ladespannung, Spule -m, im Ladestromkreise, Spule in, ent spricht in dieser Beziehung der in Fig. 1 gezeigten 'pule in. Die Spulen 1f22 sind gegeneinander geschaltet.
Bei Leerlauf der Anordnung, Fig. 2, ist nur die Spule m, von Gleichstrom durchflos sen. Schenkel II wird hierdurch so stark magnetisiert, dass in der Wicklung s2 keine Wechselspannung induziert werden kann. Am Gleichrichter G ist daher die unverminderte Spannung der Wicklung s, wirksam. Wenn dann aber die zu ladende Batterie angeschal tet wird; fliesst der Ladestrom auch durch die Spule in.. Die magnetisierende Wirkung der Spule m, wird hierdurch aufgehoben.
Der Wechselfluss fliesst nun auch durch den Schenkel II und induziert so in der Wicklung s2 eine Wechselspannung. Die Spannung am Gleichrichter G sinkt daher aus den angege benen Gründen. Die Anordnung ist solcher Art, dass beim Anschalten der Batterie die maximale Ladestromstärke vorhanden ist. Wenn dann während des Ladens die Lade stromstärke unter der Wirkung der steigen den Gegenspannung der Batterie abnimmt, kommt die Spule in, zu einem überwiegenden Einfluss. Der Schenkel II wird also magneti siert.
Die in der Wicklung s2 induzierte Spannung sinkt daher. Proportional hierzu steigt .die in :der Wicklung s, induzierte Spannung, so dass der Ladestrom seine frühere Stärke erreicht. Der Ladestrom wirkt auf diese Art bis zur Beendigung des Ladens mit voller Stärke.
In der Anordnung nach Fig. 3 sind die Spule p und Wicklung s, auf dem Schenkel II angebracht. Wicklung s2 und eine Gleich- stromspule w_ befinden sich auf dem ',chen- kel I. Der Schenkel III hat eine Gleichstrom spule iii, und eine Gleich,:t.romspule 1a. die aus vielen Windungen dünnen Drahtes be steht.
Die Spulen inl, h sind gegeneinander geschaltet.
Die '\Virlzixng der Spulen p, s1, s @ ist dieselbe, wie sie mit Bezug auf Fig. 1 und 2 beschrieben ist. Bei geöffnetem Gleichstrom kreise, also hei Leerlauf ist nur die Spule h von Gleichstrom durchflossen. Durch die Spule h ist der Schenkel III magnetisch ge sättigt. Der von der Spule p erzeugte Kraft linienfluss wird hierdurch verhindert:, in den Schenkel III einzudringen. Im Schenkel T ist deshalb eine Komponente dieses Kraft linienflusses wirksam.
Wenn dann aber atif der Gleichstromseite belastet. d.li. der Gleicb- stromkreis geschlossen wird. fliesst der Gleich strom auch durch die Spulen tit,, ni,. Die Spule nal hebt bei Vollast die magnetisie rende Wirkung der Hilfsspule h, auf. Die Spule<U>in.,</U> jedoch magnetisiert den iSchenkel T und veranlasst so den magnetischen Kraft fluss, den die Spule p erzeugt, in den Schen kel ITI zu fliessen.
Die Anzahl der Kraft linien im Sehenkel I und daher die Spannung in der Wicklung s_ nehmen hierdurch ab. Infolgedessen ,teigt die am Gleichrichter G wirksame Wechselspannung. da sie gleich dem Unterschiede der in den Wicklungen .st, s2 entstehenden Spannungen ist. Diese An ordnung wirkt also in ähnlicher Weise wie die Einrichtungen nach den Fig. 1 und Die in den Spulen )n,, 1)1 2 induzierten Wech selspannungen heben einander auf, weil diese Spulen gegeneinander geschaltet sind.
Die Anordnung nach Fig. 4 dient ähnlich wie die Einrichtung nach Fig. \3 zum Laden von Akkumulatoren. Hierfür ist die Spule h. nicht auf dem Schenkel III angebracht, wie es im Falle der Fig. 3 geschehen ist, sondern auf dem Sehenkel 1.
)Vene hier der maximale Ladestrom durch die Batterie fliesst, wird die magnetisierende Wirkung der Spule lt durch die Gegenspule in-. aufgehoben, während Spule 7n1 dem Schenkel III starb magnetisiert. Der primäre Wechselfluss wird so veranlasst. in den Schen kel I statt in den Schenkel III zii fliessen.
Die Wechselspannung der \'4 icklung s, ,steigt daher, so dass die aus dein Zusammenwirken von s1, s= entstehende, am Gleiehrichter G liegende Wechselspannung kleiner wird. Wenn jetzt die Gegenspannung der Batterie zunimmt., sucht der Ladestrom zu sinken.
Infolgedessen gewinnt die magnetisierende Wirkung der Spule h wieder Überwiegenden Einfluss. während im Schenkel III die mittel: der Spule -ni, bewirkte Magnetisierung ab nimmt. Die magnetischen Kraftlinien werden hierdurch in den Schenkel III statt in den Schenkel I gelenkt. Die in der Wicklung s:, erzeugte Wechselspannung sinkt mithin ab.
so dass aus den beschriebenen Gründen die am Gleichrichter G wirksame 'N#7echselspan- nung zunimmt. Die Wicklungen des Trans formators sind so bemessen. dass die steigende Batteriespannung durch die steigende Gleich- ricliterspannung ausgeglichen wird, der Ladestrom also konstant bleibt.