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Stufenlos regelbare, zum Einsatz in. Starkstromnetzen bestimmte Drosselspule
Die Erfindung betrifft eine Drosselspule mit stufenlos regelbarer Induktivität.
Die Regelbarkeit wird dadurch bewirkt, daß der Kern und die Wicklung der Drossel
relativ zueinander beweglich angeordnet sind und beim Regeln gegeneinander verschoben
werden. Diese Regelspulen finden insbesondere auch als Erdschlußspulen Verwendung.
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Die bekannten Anordnungen dieser Art sind insofern nachteilig, als
eine annähernd quadratische Abhängigkeit zwischen der Größe des Magnetisierungsstromes
und dem Regelhub besteht. Hierdurch gestaltet sich der Regelbereich der Drossel
ungünstig, und es ergibt sich eine hohe Kernsättigung in den Endstellungen der Drossel.
Diese bedingt aber entweder eine verhältnismäßig. niedrige mittlere Kerninduktion
oder aber eine verhältnismäßig hohe Stromabhängigkeit der Drossel bei kleinen Induktivitätswerten.
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Diese Nachteile werden - bei einer stufenlos regelbaren, zum Einsatz
in Starkstromnetzen bestimmten Drosselspule, insbesondere Erdschlußdrosselspule,
mit
gegenüber der in mehrere Teilspulen aufgelösten Wicklung verschiebbarem Kern erfindungsgemäß
dadurch vermieden, daß die in Achsrichtung übereinander angeordneten in gleichem
Wicklungssinn gewickelten Teilspulen in an sich bekannter Weise als Lagenwicklungen
ausgebildet und gleichsinnig parallel geschaltet sind, aus denen der vorzugsweise
als Doppelkern ausgebildete Kern zu beiden Seiten der Spulenanordnung herausgezogen
wird. Das hat die Wirkung, daß bei einer relativen Verschiebung von Kern und Wicklung
zuerst die unterste Stufe ihren Höchststrom erzielt, dann die darauffolgende Stufe,
bis schließlich z. B. beim völligen Herausziehen des Kernes auch die letzte Stufe
ihren Höchststrom führt. Auf diese Weise gelingt es, bei einer entsprechend weitgehenden
Unterteilung der Wicklung der Drosselspule ein praktisch lineares Ansteigen des
Gesamtstromes und damit einen großen Regelbereich der Drosselspule zu erzielen.
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Wenn die an die Drossel angelegte Spannung konstant ist, was z. B.
bei Erdschlußspulen .der Fall ist, bei welchen im Erdschluß die Phasenspannung an
der Wicklung der Drossel liegt, so wird durch die Parallelschaltung der Fluß über
die ganze Länge der Spule konstant gehalten. Infolgedessen kann z. B. beim Herausziehen
des Kernes aus der Spule keine Induktionserhöhung im Kern eintreten. Gleichzeitig
wird die auf den Kern ausgeübte Zugkraft über die ganze Spulenlänge konstant und
damit auch wesentlich kleiner als die bei der Einschaltung auftretende Kraft, die
von derAusgangsstellung bis zur Endstellung stark ansteigt.
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An sich ist e$ bei Ein- oder Mehrphasentransformatoren zum stufenlosen
Regeln der Spannung öder des Stromes mit gegeneinander verschiebbarer Primär- und
Sekundärwicklung bekannt, die Primärwicklung aus einzelnen parallel geschalteten
Teilwicklungen aufzubauen. Jedoch handelt es sich dort nicht um das erfindungsgemäße
Problem, bei einer Drosselspule der vorbeschriebenen Art ein praktisch lineares
Ansteigen des Gesamtstromes beim Regeln der Induktivität zu erzielen, sondern darum,
die Streuung, welche Spannungsabfälle erzeugt, bei den vorerwähnten Schubtransformatoren
ohne Anwendung von Ausgleichswicklungen möglichst gering zu halten. Einen Hinweis
auf die Erfindung vermögen diese bekannten Schubtransformatoren mit aus untereinander
parallel geschalteten Teilspulen bestehender Primärwicklung nicht zu geben.
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Es ist auch bereits bekannt, eine stufenlos veränderliche Drosselspule
in der Nachrichtentechnik, insbesondere für den Ultrakurzwellenbereich, zu verwenden.
Dabei handelt es sich ebenfalls um die Anwendung parallel geschalteter Teilspulen.
Für dieses Anwendungsgebiet sind jedoch ganz andere Gesichtspunkte bei der Konstruktion
einer solchen Drosselspule maßgebend, wie für die Konstruktion einer in Starkstromnetzen,
beispielsweise als Erdschlußdrosselspule, verwendbaren veränderlichen Induktivität,
die dem jeweiligen Schaltzustand des Starkstromnetzes angepaßt sein muß. So spielen
beispielsweise isolationstechnische Gesichtspunkte in der Nachrichtentechnik eine
völlig untergeordnete Rolle, während sie im Fall der Erfindung von ausschlaggebender
Bedeutung sind. Deshalb ist die Ausbildung der Wicklung als Lagenwicklung für den
Fall der Anwendung einer unterteilten Wicklung besonders wichtig, da hierdurch die
Isolation solcher Anordnungen einwandfrei beherrscht werden kann. Weiterhin ist
ein wesentlich unterschiedlicher Gesichtspunkt in den Kräfteverhältnissen zu sehen,
die auf den Kern ausgeübt werden. Bei der Ultrakurzwellendrossel sind solche Überlegungen
völlig unnötig, da die zu beherrschenden Kräfte nicht die geringste Rolle spielen.
Im Gegensatz dazu sind jedoch diese Überlegungen im Hinblick auf die anders ,gearteten
Kräfteverhältnisse bei Drosselspulen nach derErfindung ausschlaggebend, da die auf
den Kern wirkenden Zugkräfte im Kurzschlußfall erhebliche Größen annehmen können.
Deshalb ist auch die zweckmäßig mit gleichem Wicklungssinn erfolgende gleichsinnige
Parallelschaltung der Teilspulen im Zusammenhang mit dem Isolationsproblem von besonderer
Wichtigkeit, da hierdurch eine gleichmäßige Krafteinwirkung auf den Kern gewährleistet
ist, die außerdem wesentlich geringer als die maximale Zugkraft bei einer einteiligen
Wicklungsausführung ist. Im Fall der Ultrakurzwellendrosselspule interessiert insbesondere
,das Frequenzverhalten und der Induktivitätsverlauf bei verstellbarem Kern. Im Gegensatz
dazu war es Aufgabe der Erfindung, in erster Linie eine gleichmäßige Kraftverteilung
bei dem im Betrieb ständig seine Lage ändernden Kern herbeizuführen.
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In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes
dargestellt.
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Fig. i zeigt zunächst schematisch den Aufbau der bekannten Drosselspulen
mit relativ zueinander beweglichem Kern i und Wicklung z, während Fig. s das dazugehörige
Strom-Hub-Diagramm erkennen läßt. Der vorerwähnte wesentliche Nachteil der bekannten
Anordnungen, der in einer erheblichen Abhängigkeit .der Größe des Magnetisierungsstromes
vom Regelhub besteht, wird dabei aus dem Diagramm nach Fig. a erkenntlich.
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In Fig. 3 und q. sind die entsprechenden Verhältnisse für eine erfindungsgemäße
Ausführung dargestellt, bei welcher die mit dem Kern i zusammenarbeitende Wicklung
a aus einzelnen Teilspulen I, II, III ... N besteht, die axial aufeinandergeschichtet
und im wesentlichen parallel geschaltet sind. Dabei ist es, um die Parallelschaltung
mit geringem Isolationsaufwand der Teilspulen gegeneinander durchführen zu können,
zweckmäßig, die Teilspulen als Lagenwicklungen auszubilden. Dann liegt zwischen
zwei benachbarten Lagen zweier Teilspulen nur die Lagenspannung. Im Diagramm nach
Fig. 5 ist die Veränderung -des Stromes innerhalb einer Teilspule der Drossel während
des Regelns dargestellt.
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Bei fehlendem oder unvollständigem magnetischem Rückschluß müssen
die am Ende der Wicklung liegenden Teilspulen einen erhöhten Magnetisierungsstrom
aufnehmen,
da sie auch noch die Amperewindungen für den Rückschluß aufbringen müssen. Um nun
die gewünschte gleichmäßige Stromaufnahme zu erhalten, ist es daher zweckmäßig,
die Endspulen mit größerer Windungszahl zu versehen. Schließlich kann man natürlich
auch eine aus Reihen- und Parallelschaltung gemischte Schaltungsanordnung der Teilspulen
der Wicklung verwenden.
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Eine besonders zweckmäßige Ausführungsform dieser Art ist in Fig.
6 dargestellt. Bei dieser ist mit der Teilspule A eine Hilfsspule
A' in. Reihe geschaltet, die am anderen Ende der Wicklung liegt. Beim Herausziehen
des Kernes und der damit verbundenen erhöhten Stromaufnahme der Außenspule
A der Wicklung wird die Hilfsspule A' mit dem Kern eng verkettet und
wirkt dadurch in dem Sinne, daß der Strom der Außenspule nicht über den Strom der
innenliegenden Teilspulen ansteigt. Die in parallele Wicklungszweige aufgelöste
Wicklung kann man in bekannter Weise durch eine nicht unterteilte Wicklung mit zusätzlicher
Schubwicklung oder Schubzylinder ersetzen.
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Schließlich kann man zur gleichmäßigen Belastung der Teilspulen den
Kern auch als Doppelkern ausbilden und die beiden Kernhälften aus den beiden Spulenenden
herausziehen: