ABTEILUNG: GETRIEBE BAU
UND
ELEKTROTECHNIK MASCHINENBAU
G lasfäd en als Iso lie rsto ff fü r e le k tris c h e M aschinen. Von W . B ü s s i n g . S. 377.
V ih ra tio n s rc g lc r m it S tro m to re n a n S te lle von Z vvischcnrclals z u r E rz ie lu n g g r o ß e r R e g e lb e re ic h e u n d g r o ß e r R e g e lg e s c h w in d ig k e it. Von A . L e o n h a r d un d A. L a n g. S. 380.
Die E r s a tz s e h a ltu n g e n d es T r a n s fo r m a to rs. Von II. P i t s c h . S. 384.
Z u r k ü rz en -U iR errich tu n g T -fO b erw ellen erS S liein u n g en bei In d u k tio n s m o to ren .) Von H . S e q u e n z . S. 390.
PATENTBERICHT. S. 392.
R U N D S C H A U :
U ber d as vo llstü n d ig a F lu ß - u n d Stro m d iag ram m des m e h rp h asig en A syn
ch ro n m o to rs. S. 393.
U b er den S c h w in g a n k erm o to r. S. 393.
“"D er S tro m sto ß tra n sfo rm a to r a ls n eu ze itlich e s H ilfsm ittel bei d e r M agnethcr- s te llu n g . S. 393.
F e rn g e s te u e rte un d se lb s ttä tig e S tro m ric h te ra n la g en . S. 395.
D ie 4400 P S -D iesel-elek trisch e L okom otive d e r R u m än isch en S ta a ts b a h n e n . S. 395.
E xperim en telle G ru n d lag en des D ip o l-In d u k tio n sv erfo h re n s. S. 39G.
R eg en eratio n von g eb ra u cb tQ n .ö le n m jt.A lu m in iu m o x y d .ß . 396.
" V e rg le ic h e n d e U n te rs u c h u n g e n von M etall- und K u n sth arzp reß sto ff-L o g e rn . S. 397.
CHRONIK. S. 398.
BUCHBESPRECHUNGEN. S. 399.
HEISST
WIRTSCHAFTLICH
A R B E I T E N
S T U F E N L O S i
R E G E L B A R E S
H S M N E L -
E und M ■ 57. Jahrg. • H eft 2 9 /3 0 > Seite 3 7 7 — 4 0 0 • B erlin, 21 . 7. 1 9 3 9
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29/30— 1939377
Elektrotechnik und Maschinenbau
H erausgegeben vom Verband Deutscher Elektrotechniker
Z eitschrift d e s E lek trotech n isch en V erein es in W ien von 1883 bis 1938
57. Jahrgang Wien, 21. Juli 1989 Heft 29/30
Glasfäden als Isolierstoff für elektrische Maschinen/0
Von W. Büssing, Stuttgart.
DK b z l.d ld .b iz .ö : o z i.j io
Übersicht. Aus amerikanischen Mitteilungen scheint die Brauchbarkeit von Glasfäden als Isolierstoff für elektrische Maschinen nebst besseren Eigenschaften verglichen mit Baum w olle oder A sbest hervorzugehen.
Da diese Veröffentlichungen in Deutschland noch w enig bekannt sind, werden die Eigenschaften mit Rücksicht auf den Elektromaschinenbau beschrieben. Zum Schluß wird der Einfluß der Überlastung einer M aschine auf ihren W irkungsgrad überschlägig untersucht.
Die G re n z e n d er A u sn u tzu n g e lek trisch er M aschinen sind sow ohl durch die W ä rm e e m p fin d - lichkeit als auch durch die W ä rm e le itfä h ig k e it d e r üblichen Isolierstoffe g egeben. Die zulässigen T e m p e r a tu r e n , d enen sie d a u e rn d a u s g e s e tz t w e r den dürfen, sind in den B e stim m u n g e n VDE 0530,
§ 38 festgelegt. Es w ä r e ein F o rtsc h ritt, w en n ein b r a u c h b a r e r u n d nicht zu te u r e r Isolierstoff g e funden w ürde, d e r h ö h e re n T e m p e r a t u r e n d auernd s ta n d h a lte n k a n n ; dam it w ü r d e zu n äch st einmal eine b e s s e re A u sn u tzu n g und demzufolge eine G e
w ic h ts v e rm in d e ru n g d e r M aschine erreich t. W e ite r k o n n te die L e b e n s d a u e r der M aschine e rh ö h t w e r den; denn es e rsch ein t vorteilhaft, a u c h für die W ä r m e b e a n s p r u c h u n g d e r Isolation mit einem g ew isse n S ic h e rh e itsfa k to r zu rechnen, da die wirklich a u ftre te n d e T e m p e r a tu r und ihre V er
teilung ü b e r die W icklung, in sb e so n d e re bei auf
tre te n d e n L a ststö ß e n , doch reichlich un b estim m t sind.
Nachdem es gelang, A sb est zu verspinnen, h a tte m an einen Isolierstoff, d e s s e n h ö chstzulässige T e m p e r a t u r nu r durch den n o tw e n d ig e n T r ä n k la c k b e g re n z t ist. Doch h a t A sb est n eb en seiner Eigen
schaft, ^F euchtigkeit leicht aufzunehm en, den N ach
teil s ta r k e n Is o latio n sau ftrag es; a b e r v o r allem ist es ein d e v is e n b e la s te te r Rohstoff.
E s w ä r e im R a h m e n des V ierjah resp lan es sehr e rw ü n sc h t, könnte m a n einen heim ischen Rohstoff mit ähnlichen od er b e s s e re n Eigenschaften finden;
es scheint a b e r nach B e ric h te n ausländischer, in sb e so n d e re a m e rik a n is c h e r Zeitschriften, daß G lasgespinst diese Rolle zu ü b e rn e h m e n in der L ag e ist.
Die H erstellung (s. S ch rifttu m sv e rz e ich n is S 380 [ 1J) v o n G lasfäden k an n nach drei M eth o d en erfolgen. Bei dem Z u g v e rfa h re n w ir d g e sc h m o l
zenes Glas in eine W a n n e g e b ra c h t, die auf der U n terseite eine P l a t t e mit e t w a 40 feinen D üsen
*) D iese Zusam m enstellung ergab sich im Rahmen einer größeren U ntersuchung über die A nwendung heimischer Baustoffe für elektrische Maschinen, die zur Zeit am Lehrstuhl für Elektrom aschinenbau der Techni
schen Hochschule Stuttgart durchgeführt wird.
hat, durch die das Glas in dünnen F ä d e n d u r c h läuft und auf eine schnell r o tie re n d e T ro m m e l auf
gew ickelt w ird. Mail erhält hierbei endlose F äd en bis h e ra b zu 3 bis 5 / 1 D u rc h m e sse r. Je d ü n n er der Faden, um so g e rin g e r ist a b e r die stündlich h e r gestellte M enge Gespinst, so daß dann dieses V e r
fahren u nw irtschaftlich w ird. Die Stundenleistung b e tr ä g t e t w a 1 kg.
Eine w irtschaftlich g ü n stig e re H erstellungsart, die e t w a 20 bis 60 kg Glasw olle je S tu n d e liefert, ist das s o g e n a n n te S c h le u d e rv e rfah re n . S ta tt einer zie h en d en T ro m m e l w ir d hier die Z entrifugalkraft zu r F ad en b ild u n g h e ran g ezo g en . Bei F a d e n s tä r k e n von 4 bis 10 ¡i e rh ä lt m an e t w a 10 kg/lt.
D as d ritte V erfahren, d as eine noch grö ß ere S tu n d e n le istu n g ergibt, b e n ü tz t einen D am pfstrom , de r d as g esch m o lzen e Glas durch seine G e sc h w in digkeit aus D üsen zu feinen F ad en zieht. Man be k o m m t F a d e n s tä r k e n bis h e ra b zu 5//.
Die beiden letzten V erfah ren g e s ta tte n sowohl endlose F ä d e n w ie die s o g e n a n n te S tap elfaser in Län g en v o n 5 bis 40 cm h erzustellen. Als Rohstoff hat sich b e so n d e rs alkalifreies Glas b ew ä h rt.
Die m echanischen E igenschaften |2] der Glas
fäden h ä n g e n w e sen tlich v o n ih rer Dicke ab. Je d ü n n er d er F a d e n ist, desto g ü n stig e r w e r d e n die V erarb eitu n g seig en sch aften . Um die F äd en v e r spinnen zu können,
ist neben einer a u s reichenden Zugfestig
keit eine g e w isse D e h n u n g nötig; denn von
ihr h ä n g t die Knot- b a rk e it des F a d e n s w e sentlich ab. Bild 1 zeigt die Z erreißfestigkeit und D ehnung eines G lasfadens in A b h än gigkeit v o m F a d e n d u rc h m e sse r. Die D e h nung ist im w e s e n t
lichen d e r Zerreißfestigkeit proportional, ln Bild 2 ist ein Maß für die K notbarkeit gegeben. F s be
deu ten Ü den kleinstmöglichen D u rc h m e s s e r einer Schlinge, d den F a d e n d u rc h m e s s e r in //.. D a ra u s folgt, daß zum Beispiel für einen F a d e n d u r c h m e s s e r von 22 fi d e r kleinstm ögliche Schlingen- d u rc h m e s s e r 800 /t ist. W ie m a n aus dieser Zahlen
an g a b e ersieht, w ä r e es vorteilhaft, die F äd en noch d ü n n er als 5 fi herzustellen, da dann die D eh n u n g s ta r k zun eh m en w ü rd e.
Fadenstärke Bild 1. Z erreißfestigkeit und D ehnung in Abhän
gigkeit vom Fadendurch
m esser [2].
D er F a d e n w ird zu G arn en , B ä n d e r n und Schläuchen v e ra rb e ite t. Die u n a n g e n e h m e Eigen
schaft d e r s tä r k e r e n Fäden, die bei d er V er
arb eitu n g in die Haut eindringen und d o rt J u c k reiz und E n tzü n d u n gen h e rv o rru fe n , tritt bei den hier in Frag e k o m m e n d e n F äd en der S tä r k e 5 bis 8 // nicht m e h r auf.
Die F estig k eit von B ä n d e r n und ihre Ab
n ahm e in A bhängig
keit v o n d er T e m p e ra tu r v e ra n s c h a u lic h t Bild 3. Als Vergleich ist die F e stig k e it eines B a u m w o ll- und As
b e s tb a n d e s an gegeben.
Aus diesem Bilde folgt klar die g ro ß e Ü b e r
legenheit der G lasb än d er. Ein Nachteil d e r G la s
g e w e b e ist die nicht se h r hohe S cheuerfestigkeit.
D as liegt w ohl an d er g erin g en D ehnung d e r Fäden.
Mit d ü n n e re n F ä d e n könnte m an in d ieser Hinsicht Bild 2. Knotbarkeit in Ab
hängigkeit vom Faden
durchm esser [2].
Temperatur
Bild 3. Z erreißfestigkeit von Bändern in A bhängigkeit von der Tem peratur [6J.
b e sse re E rg e b n isse erzielen. Eine g r ö ß e re G e
schm eidigkeit b e k o m m t m an auch durch T r ä n k u n g de r B ä n d e r in b e s o n d e r e n L acken.
Die W ä rm e le itfä h ig k e it d e r G lasisolation ist, wie sich aus den A ngaben ü b e r einen a usgeführten M o to r s c h ä tz e n läßt, e t w a d as Vierfache d e r von Baum wolle. Diese T a ts a c h e steh t nicht in W i d e r spruch dam it, daß Glaswolle z u r W ärm eiso latio n ben ü tzt wird, da es hierbei im w esen tlich en auf die Dichte des M a terials a n k o m m t; diese b e tr ä g t für Glaswolle, die z u r W ä rm e is o la to n v e r w e n d e t w ird, 50 bis 170 k g /m 3, für G e w e b e rund 2000 k g /m 3.
G la sg e w e b e ist nicht hyg ro sk o p isch , u n e m p findlich g eg en B a s e n und S ä u r e n mit A usnahm e d e r Flußsäure, kann also als Isolation auch d o rt v e r w e n d e t w e rd e n , w o sch w ierig e A rbeitsbedin
gungen vorliegen, w ie in ch em ischen Fab rik en . Die D u rch sch lag feld stärk e u n g e tr ä n k te r und
g e t r ä n k t e r B ä n d e r ist in Bild 4 und 5 g e z e ig t; der Is o la tio n sw id e rsta n d von B ä n d e r n d er A bm essung 25 X 0,38 m m ist in Bild 6 a n g e g e b e n ; dazu sei noch b e m e rk t, daß die B ä n d e r vo r der M essung 72 S tu n d e n den v e rs c h ie d e n e n Luftfeuchtigkeiten a u s g e s e tz t w a r e n .
Über den Isolationsauftrag sind einheitliche A n g ab en nicht v o rh a n d e n . Eine a m erik an isch e F irm a gibt für die S t ä r k e einer einlagigen G las
isolation dieselbe Z u n ah m e m an w ie bei z w eim alig er kV/mm
kV/mm5
Bild 4. M ittlere D urch- Bild 5. M ittlere Durch
schlagfeldstärken unge- schlagfeldstärke getränk- tränkter Bänder. ter Bänder.
F irm e n g eb en Z unahm en Asbest an. D as w ä r e n bei
M&
100000
10000
1000
100
—-ungetre
■geträm inkt
t in Gtyptallack
v
\ v . N,<JTtas
\ \
\ AsbesT
\-Bour
\ \w o !i - \ \ Y \ V \
X
Asbest
N
k\'S i Seideisolation. D eutsche
w ie bei B au m w o lle und 1 m m D ra h td u r c h m e s - s e r G e s a m tz u n a h m e n von 0,08 bis 0,22 mm.
Die V erschiedenheit der A ngaben r ü h rt wohl daher, daß die E n tw ic k lu n g d er G las
isolation noch in den Anfängen steht.
S c h w ie rig k e ite n be
re ite t es noch, die Iso
lation haftfest auf den L eiter zu bringen, da die G lasfäden se h r glatt sind und sich in sb e so n d e re an B ie g e stellen des D ra h te s versch ieb en . Es gibt zw e i M öglichkeiten, diese S ch w ierig k eiten zu ü b e rw in d e n :
1. Man üb erzieh t den D ra h t mit einem Isolier
schlauch o d e r um klöppelt ihn,
2. m a n klebt die Isolation mit einem L ack, der gleichzeitig als T rä n k m itte l dient, auf den D r a h t fest.
Bei der e r s te n Art erhält m an einen s ta rk e n Isolationsauftrag, bei d er z w e ite n Art erhebt sich die F r a g e n a c h einem g eeigneten Lack, denn der L a c k sollte, um die hohe W ä r m e b e s tä n d ig k e it des Glases nicht w ie d e r rü ck g än g ig zu machen, selbst hoch w ä rm e b e s tä n d ig sein und dabei gut kleben.
30 W SO BO 70 BO SO 100 % Luftfeuchtigkeit Bild 6. Isolationsw ider
stand von Bändern 25 X 0,38 mm in Abhängigkeit von der Luftfeuchtigkeit,
nach 72 Stunden.
21. J u l i 1939 Elektrotechnik und M aschinenbau, 57. Jahr«., 1939, Heft 29/30 379
In A m erik a b e n u tz t m an d a z u G lyptalharz-H olzöl- L a c k (G ly p talh arz ist ein K u n sth a rz auf d er B asis G ly z e rin -P h th a lsä u re). M an erreich t d a m it W ä r m e b estän d ig k eiten bis e t w a 250°. E iner a m e r ik a nischen F irm a soll es g e lungen sein, L ack mit einer T e m p e ra tu r b e s tä n d ig k e it von 450° h e r z u stellen; sie h a t einen M o to r mit Glasisolation gebaut, d e r schon ein J a h r ohne A n stä n d e bei 400° in B etrieb sein soll.
G lasfäden mit d er für die V ersp in n u n g nötigen Feinheit und e n ts p re c h e n d e G ew eb e sind im H an
del b e re its zu beziehen, jedoch kann über den P re is noch nichts Endgültiges g e s a g t w e rd e n . S c h ä tz u n gen ergeben, daß der P reis d er glasisoliertcn D rä h te v oraussichtlich g e rin g e r sein w i r d als der für asb estiso lie rte D rähte.
Bei diesen B e tr a c h tu n g e n liegt die B e fü rc h tung nahe, daß durch die s ta r k e H e ra u fse tz u n g der zulässigen T e m p e r a tu r , also auch der Verluste, d e r W i r k u n g s g r a d d e r M aschine beträchtlich g e rin g e r w e r d e n kann. Es w ä r e d enkbar, daß unter U m s tä n d e n d e r Gewinn, d e r durch die h öhere A u snützung bezüglich der Baustoffe zu erzielen ist, w irtschaftlich g e se h e n durch die hohen V e r
luste w ie d e r aufgehoben wird.
Mit v e re in fa ch e n d e n A nnahm en erhält m an folgende V e rh ältn isse: Die Ü b e r te m p e r a tu r der W ick lu n g sei in zw ei T e m p e r a tu r s p r ü n g e au fg e
teilt u n d diese an Isolation und Außenoberfläche v e rle g t; die e n ts p re c h e n d en W ä r m e w i d e r s t ä n d e seien R i und Rh; die e rz e u g te W ä rm e m e n g e , die dem Q u a d r a t des S tro m e s p roportional a n g e n o m men w ird, sei Q und die g e s a m te Ü b e r te m p e r a tur d-; die e n ts p re c h e n d e n G rößen bei h öheren T e m p e r a t u r e n und v e r ä n d e r t e r W ä rm e le itfä h ig k e it w e r d e n mit einem S trich gekennzeichnet. Dann gilt:
,T R ‘Q ‘ i> ~ R Q ’
R = R i - \ - Ra. R ‘ = R i ‘ + R a ‘.
Da bei d e r B e tr a c h tu n g die A b m essu n g en der M aschine nicht g e ä n d e r t w e rd e n sollen, ist
Ra ~~ Ra-
Die b e s s e r e W ärm e le itfä h ig k e it d er Isolation sei d urch einen F a k to r m < l gek en n zeich n et
R i — ui R i
und d as Verhältnis d e r W ä r m e w i d e r s t ä n d e sei Ra
Ri = n;
dann gilt
R — Ri -f- R a = R i ( \ -{ -« ), R ‘ = Ri‘ ± R a‘ = Ri (m + n),
fl R i( m - \- n > Q' Ri (1 -|- n) ( + ’ Q ‘ _ V‘ _ 1 + « &
Q Vt ui — n il
w o Vt die s tro m a b h ä n g ig e n Verluste sind. Bei k o n s ta n te r S p a n n u n g ist
£ _ J
w o N die L e is tu n g darstellt. Es gilt R_ = K = \ ! + L
J N ) Vi
\r_
v
v k‘ + Vi Vk + V i ’
hierbei sind Vk die s tro m u n a b h ä n g ig e n Verluste.
Es sei ferner
- ± - q Vk und Vk‘ = Vk . . . . ( 3 ) ;
dann gilt
r _ = q V i - ' r V i = _ 1 q + p V q Vi -j- Vi q -f- 1 Vi q - \ - 1 q + \ Ist ?/ d e r W ir k u n g s g ra d , so w ird
V
V ‘ V
1 — 1 4 - — N ‘
l — l - l Tr _V
N
V N p + q
1 1 (1 4- 9) )
_
p + qv N
> f = n + ( 1 p + q Vp (1 4- 9)
( i
V p O + q ) ’
v) • • (4).
p + q Für rftZ i] muß gelten I gi - ,
[ p ( \ + q ) f p ( q + ' - ) ^ p + q , q i p ^ p + q _ — Vp, q Vp — c/+ p — /p, q + p — 0 ^ Vp (V p —
1
),also
q M f p ... (5) D em Sinn d e r A ufgabenstellung nach i s t p > l also auch V p > L also muß, w e n n d er W ir k u n g s g r a d d er M aschine e rh alten bleiben soll, nach (5)
< 7 > 1 , d as heißt, die s tro m u n a b h ä n g ig e n Verluste m üssen g rö ß e r sein als die s tro m ab h än g ig en .
F ü r eine g r ö ß e re M aschine sei ein Beispiel
Rm 3
Ri RC = n _
R i m 4 ’
bei G lasgespinst gegenüber Baumwolle entsprechen wird, so ist bei einer Temperaturerhöhung auf das doppelte nach (1)
g e re c h n e t. F ür sie gilt I
nimmt man
einen Wert, der den Verhältnissen
' + !
20 1 + 14 r 2
2,86,
[ 1 = 1,69.
(I),
Für —r- — q — 1, ein Verhältnis, w ie es bei üblichen Vi
M aschinen vorkommt, wird der Wirkungsgrad der M aschine nach (5) kleiner werden. Man erhält bei 17 = 90 vH nach (4)
V = 0 , 94 - f l 0 , 1 = 0 , 886 ,
• (2),
1 ,6 9 .2 77' = 88,6 vH.
Das ist eine V erm in d eru n g des W ir k u n g s g r a d e s um 1,5 vH. Will m an keine A bnahm e des W irk u n g s g r a d e s bekom m en, muß m an d as V er
hältnis d e r s tro m a b h ä n g ig e n zu den s tro m u n a b hängigen V erlusten ä n d ern , das heißt die M aschine
a n d e rs auslegen, w ie au s Bild 7 h e rv o rg e h t. Dabei bezieht sich q auf die A usgangsbelastung. Man sieht a b e r auch, daß d er W ir k u n g s g r a d die z u lässigen T o le ra n z en k au m überschreitet.
j l
V
0,0 Oß Oß 1,0 1,2 1,0 Iß Iß 2,0 Zß
<7 —
Bild 7. Abhängigkeit d es W irkungsgrades jj' bei ver
schiedenen Überlastungen und A usgangsw irkungsgraden . , , s t r omunabhängi ge Verluste v in A bhängigkeit von q = — - r r ; — ~— r.—; — ••
b b strom abhängige Verluste
Z u sam m en fassen d kann g e sa g t w e rd e n , daß dem G lasgespinst als Isolierstoff im E le k tro m aschinenbau für die Zukunft hohe B e d eu tu n g
z u k o m m e n dürfte. Nach den b ish e r v orliegenden Veröffentlichungen scheint es, daß A m erika in d er A nw endung, b e so n d e rs in der H erstellung eines h itz eb estän d ig en Kleblackes, den üb rig en L ä n d e rn v o r a u s ist, und es w ä r e zu w ü n sch en , daß in D eu tsch lan d die V ersu c h sa rb e iten in dieser Hin
sicht g e fö rd e rt w ü rd e n . Schrifttum:
1. L. v. R e i s , Herstellung und Verwendung von G lasgespinst, Glastechn. Ber. 15 (1937) S. 219 bis 228.
2. E i t e l und O b e r l i e s , Einige Eigenschaften des Glasfadens, Glastechn. Ber. 15 (1937) S. 228 bis 231.
3. P. K r ü g e r, Textiltechnische Erfahrungen mit Erzeugnissen aus Glasfasern, Glastechn. Ber. 15 (1937) S. 461 bis 463.
4. R. H a g n e r, G lass as Electrical Insulation, Electr. J. May 1938, S. 177.
5. K. N. M a t h e s, Fiberglass — a new Insulation for electric apparatus, Gen. Electr. Rev. (1938) S. 218.
6. R. E. F e r r i s und G. E. M o s e s, Fibrous Glass für Electrical Insulation, Electr. E ngng. (1938) S. 480 bis 483.
7. Glasfaser als elektrische Isolation, Rev. gen.
Electr. (1939) S. 83.
Vibrationsregler mit Stromtoren an Stelle von Zwischenrelais zur Erzielung großer Regelbereiche und großer Regelgeschwindigkeit.
(M itteilung aus dem Institut für elektrische Anlagen an der Technischen Hochschule Stuttgart.) Von A. Leonhard und A. Lang, Stuttgart.
DK 621.316.722.1.077.65 Übersicht. Es wird die W irkungsweise des Vibra
tionsreglers erläutert und auf die Vor- und Nachteile der bisher üblichen Schaltung hingew iesen. Dann wird eine neue Schaltung beschrieben, bei der die Zw ischen
relais durch Stromtore ersetzt werden, wodurch eine V erbesserung der R egeleigenschaften des Reglers erzielt wird.
A. A llgem eines über den Vibrationsregler in der bisher üblichen Schaltung.
D e r V ib ra tio n sre g le r g e h ö r t mit zu den ältesten R eglern für die K o n stan th altu n g d er S p an n u n g v o n G e n e ra to re n und w ir d dank seiner v e r s c h ie denen g u te n Eigenschaften, w ie einfacher Aufbau, w ir k s a m e Ü b e rw in d u n g d er F e ld z e itk o n sta n te der E r r e g e rm as ch in e usw . auch heute noch in se h r g roßem U m fang v e r w e n d e t. T ro tz d e m kann e r in sein er u rsp rü n g lich en B a u w e ise mit d ire k te r B re m s e d es M e ß w e r k k e r n e s nicht als „Sclmell- reg ler“ im Sinne d e r neuzeitlichen R egeltechnik b ezeichnet w e rd e n , da die D ä m p fu n g sz e itk o n sta n te des R e g e lv o rg a n g e s beim A rbeiten mit einem solchen R eg ler u n a b h ä n g ig von den R e g le rk o n s ta n te n nur durch die F eld z e itk o n sta n te des g e reg elten G e n e r a to r s geg eb en ist. W ie an a n d e r e r Stelle g ezeigt w u r d e 1), kann a b e r durch v e r h ä lt
nismäßig einfache Mittel, nämlich durch Einbau eines elastischen Z w ischengliedes z w isc h e n Meß
w e r k s k e r n u n d D äm pfungspum pe, d e r R egler, d er
*) A. L ä n g , Arch. Elektrotechn. 32 (1938) S. 675.
d am it eine v o r ü b e r g e h e n d e S ta tik erhält, zum S chnellregier g e m a c h t w e r d e n . L eider tritt a b e r bei dieser A usführung leicht eine R ü c k w irk u n g des nun sc h w ingungsfähigen S y s te m s , b estehend a u s M e ß w e r k s k e r n m a s s e und F ed er, auf das Z itte rs c h ü tz s y s te m ein, so daß d ad u rch bei s ch w ach eingestellter F e d e r das gute gleichm äßige A rbeiten des Z itte rk o n ta k te s u n te r U m stän d en g e s tö r t w ird (mit R ücksicht auf die Schnelligkeit der R egelung m a c h t m an die F e d e rk o n s ta n te m ö g lichst klein).
Als Nachteil des V ib ra tio n sre g le rs g a n z allge
mein kann auch d e r U m sta n d bezeich n et w e rd e n , daß d e r E r r e g e r s tr o m durch Relais, also d urch m e c h a nische K o n tak te g e s te u e rt w ird, bei d enen se lb st
v erstä n d lic h mit einem g e w isse n A bbrand, also Verschleiß, g e re c h n e t w e r d e n muß, d e r bei nicht s e h r sorgfältiger W a r t u n g der K ontakte sehr häufig zu B e trie b s s tö ru n g e n Anlaß gibt. Bei g rö ß e re n M aschinen ist m a n g e z w u n g e n m e h re re Relais parallel zu schalten, und bei g a n z großen muß m an schließlich noch eine b e so n d e re Hilfs- e r re g e rm a s c lü n e für die H a u p te rre g erm a s c h in e v o r s e h e n und den V ib ratio n sreg ler dann auf diese Hilfsmaschine arb e ite n lassen. Die R e g e lv e rh ä lt
nisse w e r d e n s e lb stv erstän d lich durch Z w isch en s c h a ltu n g einer b e so n d e re n M aschine mit einer im R e g e lv o rg a n g z u r W ir k u n g k o m m e n d e n Zeit- k o n s ta n te w esen tlich v ersc h le c h tert.
‘21. J u l i 1959 Elektrotechnik und M aschinenbau, 57. Jahrg., 1939, Heft 29/30
O hne b e so n d e re Z u satzein rich tu n g en läßt sich beim no rm alen V ib ratlo n sreg ler mit R ücksicht auf b r a u c h b a r e Z itterfrequenz
E r re g e rm a s c h in e n s p a n n u n g h ö ch sten s 1 : 3 e r r e ic h e n 2), erforderliche Regelbereich w esen tlich höher, so daß
ein R egelbereich der von e tw a 1 :2,5 bis D er für den B etrieb liegt a b e r se h r oft man mit d e r einfachen Sch altu n g des V ib ratio n sreg lers nicht a uskom m t.
Man ken n t z w a r v e rs c h ie d e n e Mittel, durch die eine V erg rö ß e ru n g des R egelbereiches e rre ic h t w ird und w e n d e t sie auch a n :!). D e r R egler verliert a b e r dam it seine sonst doch se h r b e s tech en d e Einfachheit.
Sch altu n g für den einfachsten Fall, w e n n e n tw e d e r R egelung von H and (R eg elw id erstan d R) zum H ochfähren — U m sc h a lte r auf Stellung I — , oder Schnellregelung mit V ib ratio n sreg ler und S t r o m toren — U m s c h a lte r auf Stellung II — v e rla n g t w ird. D e r Z itterk o n tak t, d er in d er no rm alen V ibra
tionsschaltung die Z w ischenrelais s te u e r t und dabei S t r ö m e bis e t w a 1 A schaltet, s te u e r t hier lediglich die Gitter, führt also auch bei schon re c h t g roßen S tro m to r e n n u r S tr ö m e in d er G rö ß e n o rd n u n g von e tw a 20 mA. Als G itte rsp a n n u n g d er S tr o m to r e w ird die E r r e g e rm a s c h in e n s p a n n u n g E v e r w e n d e t, w a s ohne w e ite r e s möglich ist, solange diese nicht
A, B, C Strom tore, M Meßwerk d es R eglers, Z Zitterm agnet, ZK Zitterkontakte, R R egelw iderstand, US U m schalter.
B. Ersatz der m echanischen Kontakte der Zw ischenrelais durch Strom tore.
All diese v ersc h ie d e n en Nachteile lassen sich nun in einfacher W e ise verm eid en , w enn man z w a r das M e ß w e rk und Z itte rs c h ü tz s y s te m des V ib ratio n sreg lers beibehält, a b e r den E r r e g e r s tr o m nicht durch m ech an isch e Kontakte, so ndern durch S t r o m t o r e schaltet. Bild 1 zeigt die e n ts p re c h e n d e
Die Größe des Erregerspannungsbereiches ist durch die A rbeitsw eise der Zwischenrelais, die an der Erregerm aschinenspannung liegen, beschränkt.
:') Sie zielen alle darauf hin, bei höherer Erreger
maschinenspannung entw eder einen zusätzlichen Wider
stand in den Zwischenrelais-Kreis einzuschalten, oder einen W iderstand im Erregerkreis der Erregermaschine zu überbrücken.
u n te r d er für die S te u e ru n g erforderlichen M in d est
sp a n n u n g von e t w a 30 V liegt.
Die W irk u n g sw e ise der Sch altu n g sei ku rz an Bild 1 e rläu tert. Ist d e r Z itte rk o n ia k t ZK geöffnet, so liegt am G itter der R ohre A und B, die in Voll weggleich richterschal tung von einem T r a n s f o rm a to r gespeist w e r d e n , n e g a tiv e s Po ten tial g e g e n ü b e r der Kathode. Die R ohre sind also g e sp e rrt. D e r E r r e g e r s tr o m kann a b e r über R o h r C noch fließen, v e r s c h w in d e t jedoch infolge Fehlens einer tre ib en d en S p an n u n g e n ts p re c h e n d d e r Zeit- ko n sta n te 2'e des E rre g e rk reis e s . Mit ab n e h m e n dem E r r e g e r s tr o m nimmt die S p a n n u n g d e r E r re g e rm a sc h in e und dam it die Z ugkraft des Z itte r
sc h ü tz e s Z ab, so lange, bis die d er Zitterspule
e n tg e g e n w irk e n d e F e d e r den Z itte rk o n ta k t schließt.
Dam it w e rd e n jetzt die G itter positiv beaufschlagt, die R ohre A und B zünden, der E r r e g e rs tro m , dam it die E r r e g e rm as ch in e n s p a n n u n g und die Zug
kraft des Z itte rsc h ü tz e s steigen, d e r Z itte rk o n ta k t w ird geöffnet und das Spiel beginnt von neuem.
Je nach d er Stellung des M e ß w e r k k e r n e s und d a mit des u n te re n Z itte rk o n ta k te s w ird eine v e r schiedene m ittlere E r r e g e rm a s c h in e n s p a n n u n g ein
gestellt, genau wie beim no rm alen V ibrationsregler.
C. Vorteile der neuen Schaltung.
W ird d as M e ß w e r k s y s te m astatisch ausge- fiihrt, so erhält m an rein a sta tisc h e Regelung. Im G e g e n sa tz hierzu e rh ä lt m an bei reiner R ö h r e n regelung, also bei E rs a tz des M e ß w e rk e s durch eine empfindliche R ö hrenschaltung, im m er nur
Vorteil g e g e n ü b e r d e r R ö h re n re g e lu n g sind p r a k tisch alle Nachteile des norm alen V ib ratio n sreg lers beseitigt. Die m ech an isch en K ontakte d e r Z w i
schenrelais fallen w eg. D e r Z itte rk o n ta k t ist w esentlich w e n ig e r beansprucht, ein A b b ran d ist nicht zu e r w a r te n , som it k an n am m echanischen Teil ein Verschleiß p ra k tis c h nicht auftreten. In
folge d er g erin g e re n Schaltleistung des Z itte r
k o n ta k te s tritt kein K ontaktfeuer auf, so daß zum S chalten nur ein se h r g e rin g e r S c h a ltw e g erfo r
derlich ist. D a der S c h a ltw e g die Z itterfrequenz m aßgeblich beeinflußt und kleiner W e g hohe Z itterfreq u en z bedingt, ist die Z itterfreq u en z w e sentlich höh er als beim n o rm a le n V ibrationsregler.
Die Z itterfrequenz liegt d a h e r jetzt w e it üb er der Eigenfrequenz des K e r n - F e d e r s y s te m s und eine R ü c k w irk u n g dieses S y s te m s auf die Z itter-
Bild 2. Schaltbild der selbsttätigen Spannungsregelung durch einen Vibrationsregler mit Strom toren. U m schaltm öglich
keit auf V ibrationsreglerbetrieb mit Z w ischenrelais.
Z R Z w ischenrelais, HR H ilfsrelais, V W V orwiderstand.
statisch e Regelung, d as heißt m an muß im m er eine A bhängigkeit d e r S p a n n u n g v o n der B e lastung in Kauf nehm en. G ru n d sä tz lic h könnte diese S tatik z w a r bei e n t s p r e c h e n d e r B e m e ssu n g des R ö h r e n v e r s t ä r k e r s beliebig klein g e m ach t w e rd e n , mit R ücksicht auf stabile R egelung ist m an hier a b e r doch an g e w isse G re n z e n gebunden.
A ußerdem e rfo rd e rt eine solche R öhren reg elu n g einen ziemlichen Schaltu n g sau fw an d , da die W e c h s e ls p a n n u n g des G e n e r a to r s e rst gleich
gerich tet und dann mit einer N orm algleichspan
nung v erglichen w e r d e n muß. Bei d e r v o rlie g e n den Sch altu n g w ird nun im G e g e n s a tz z u r reinen R ö h re n re g e lu n g tro tz a s ta tis c h e r R eg elu n g die Stabilität d urch die v o r g e s e h e n e v o rü b e rg e h e n d e S tatik — F e d e r z w isc h e n Kern und B r e m s e am M e ß w e rk /II — sicher erreicht. N eben diesem
frequenz, wie sie eingangs e r w ä h n t w u rd e, tritt nicht m e h r auf. Schließlich fällt die Z w isch en re la is v e rz ö g e ru n g w eg, die g e ra d e bei h ö h e re r E rre g e rm a s c h in e n s p a n n u n g ein Absinken d er Zit
terfrequenz mit v e r u r s a c h t. A ußerdem w ird der ohne Z u satzein rich tu n g e rre ic h b a r e R egelbereich beträchtlich erhöht, eine E r r e g e r m a s c h in e n s p a n nungsregelung im Verhältnis 1 : 5 läßt sich mühelos erreichen.
D. Nachteile bzw . Besonderheiten der neuen Schaltung.
Da S tr o m to r e eine z w a r hohe, a b e r im m erhin be s c h rä n k te L e b e n s d a u e r haben, muß mit einem gelegentlichen Ausfall eines T o re s g e re c h n e t w e r den. Bei d e r S c h a ltu n g n ach Bild 1 g eh t bei A us
fall von Rohr A o d e r B d e r m axim al e rre ic h b are
21. J u li 1939 Elektrotechnik und Alaschinenbau, 57. Jahrs., 1939, Heit 29/30 383
E r re g e rs tro m d e r E rreg erm ascliin e e t w a auf den halben W e rt, bei Ausfall von Rohr C ü b e rh a u p t nicht zurück. Aus S ic h e rh e itsg rü n d e n w ird m an also e n tw e d e r den R egelbereich von v o rn h e re in e n tsp rech en d hoch w äh len o d e r Rohr A und B doppelt bestücken.
D er G le ic h ric h te rtra n sfo rm a to r w ird von den Klemmen des G e n e r a to r s gespeist. Da d e r G e n e rato r — von kleinen Leistungen ab g e se h e n — im m er H o ch sp an n u n g liefert, muß e n t w e d e r ein b e so n d e re r H o c h s p a n n u n g s tra n s fo rm a to r v o r g e sehen w e rd e n , od er der G leic h ric h te rtra n sfo rm a to r w ird an einem meist ohnedies v o rh a n d e n e n S ta tio n s tra n s fo rm a to r angeschlossen. Im Fall des K lem m enkurzschlusses v e r s c h w in d e t die G eu era- to rsp a n n u n g U, dam it die E rregung, also schließ
lich auch der K urzschlußstrom . Die M aschine v e r hält sich also w ie ein s e l b s te r r e g te r G e n e ra to r.
Bei K lem m enkurzschluß kann dieses V erhalten als d u rch au s günstig bezeich n et w e rd e n . A nders liegen die V erhältnisse a b e r bei einem e ntfernten K urz
schluß im Netz. Mit R ücksicht auf die Stabilität von parallel a r b e ite n d e n G e n e ra to re n ist hier eine möglichst s ta r k e E r r e g u n g e rw ü n sc h t. Infolge der mit dem Kurzschluß n o tw e n d ig v e rk n ü p fte n S p a n n u n g sa b se n k u n g kann a b e r nach d er Sch altu n g Bild 1 die m axim ale E rre g u n g nicht m e h r auf- treten. Man kann sich jedoch hier e rfo rd e rlich e n falls durch Z u satzein rich tu n g en helfen, w ie zum Beispiel eine solche in d er S c h a ltu n g Bild 2, auf die noch eingegangen w ird, a n g e d e u te t ist. Im E r r e g e r k r e is der E r re g e rm a s c h in e liegt n o rm a le r
w eise ein V o rs c h a ltw id e rs ta n d V W , d er bei s t a r k e r S p a n n u n g s a b s e n k u n g durch das Hilfs
relais H R k u rzg esch lo ssen w ird. Eine an d e re Möglichkeit, die a b e r hier nicht n ä h e r u n te rsu c h t w e r d e n soll, die E r r e g u n g u n a b h ä n g ig v o n der K lem m enspannung des G e n e r a to r s zu bekom m en, ist auch die, die S t r o m t o r e v o n d er E r r e g e r m aschine h er zu speisen, die zu diesem Z w e c k nur noch zwei Schleifringe z u r A bnahm e von W e c h s e ls tr o m erhalten muß. Auf die E m issions
fähigkeit d er K athoden der S tro m to re , deren H eizung in d e r Sch altu n g nach Bild 1 auch von d er K lem m en sp an n u n g des G e n e r a to r s h e r gespeist w ird, hat, w ie V ersu ch e zeigen, eine v o r ü b e r gehende, auch m e h re re S ek u n d en w ä h r e n d e S p a n n u n g sa b se n k u n g o d e r auch ein ku rzzeitig es voll
k o m m en es V ersch w in d en d er S p a n n u n g keinen Einfluß. Infolge d er W ä r m e k a p a z i t ä t der K athode b re n n t das R o h r u n g e s tö rt w eiter.
E. Ergänzung von vorhandenen Vibrationsregler- Anlagen durch die Strom torschaltung.
Bild 2 zeigt, w ie ein v o r h a n d e n e r V ibrations
regler zur E rh ö h u n g des R eg elb ereich es od er auch d er B e trie b ssic h e rh e it in e in f a c h e r W e i s e durch die S tr o m to r s c h a ltu n g e r g ä n z t w e r d e n kann. Die E r höhung des E rre g e rs p a n n u n g s b e re ic h e s h at a u ß e r dem in V erb in d u n g m it d e r v o rü b e rg e h e n d e n S tatik auch eine w esen tlic h e V erkleinerung der R egelzeit zu r Folge. S te h t d e r U m sc h a lte r U S auf I, so h aben w ir norm alen V ibrationsbetrieb, steht U S auf II, so arbeiten die S tro m to re . D as H och
fahren erfolgt in d er Stellung I.
F. Versuche.
V ersuche, die mit d er S tro m to rs c h a ltu n g g e m a c h t w u rd e n , b e s tä tig e n d u rc h a u s die g esc h ild e r
ten Vorteile g e g e n ü b e r norm alem Vibrationsbetrieb.
Die V ersu ch e w u r d e n an einer E rs a tz s c h a ltu n g
Bild 3. R egelkurven: H auptfeldzeitkonstante d es D reh strom generators Tm = 4 s , \F eldzeltkonstante der E r-
rcgerm asch in e/T c = 0,4 s.
a N orm aler V ibrationsregler mit reiner D äm pfung, ohne vorübergehendeStatik,¿norm aler V ibrationsreglerm it vor
übergehender Statik, c V ibrationsregler mit Strom toren.
durchgeführt, m ittels d e r G e n e r a to r e n beliebiger Größe, also auch G e n e r a to r e n mit s e h r g roßen F eld zeitk o n stan ten , nach g eb ild et w e r d e n k ö n n e n 1).
(Fußnote auf S. 380.) Ais H auptfeldzeitkonstante T m des D r e h s tr o m g e n e r a to r s w u r d e n 4 s, als Feld
z e itk o n sta n te T e d e r E r re g e rm a s c h in e 0,4 s g e wählt. Die W e r t e e n ts p re c h e n schon s e h r großen Maschinen. Bild 3 zeigt den S p a n n u n g sv e rla u f (A bw eichung U, vom S o llw ert U0) bei plötzlicher E n tlastu n g für drei v e rs c h ie d e n e R e g le ra rte n . D er augenblickliche S p annungsanstieg, der durch die
Bild 4. R egelung mit einem Vibralionsreglerm it'Strom toren.
Verlauf der G eneratorspannung U und der Erreger
m aschinenspannung E bei Entlastung des G enerators.
Streuspannung 20 vH, Ankerrtickwirkung 50 vH.
Tm — 4 s, Tc ~ 0,4 s.
S tre u s p a n n u n g b ed in g t ist und unabhängig von der Regelung im m er gleich groß sein muß, w u r d e mit 8 vH der N orm alspannung, d e r S p a n n u n g sa n stie g durch die A n k e rrü c k w irk u n g mit 24 vH gew ählt, d e r g e s a m te S p a n n u n g s a n s tie g w ü r d e som it ohne R eg elu n g 32 vH b etragen. K u rv e a stellt den S p a n n u n g sv e rla u f ohne v o rü b e rg e h e n d e S tatik des M e ß w e rk e s dar, also ohne F e d e r zw isch en M eß
w e r k s k e r n und B re m se , und z w a r mit einer B rem seinstellung, die aperio d isch en R egelverlauf ergibt. Die m axim ale S p a n n u n g s a b w e ic h u n g be
tr ä g t hier e tw a 20 vH, die G esa m tre g e lze it ist g rö ß e r als 16 s, also g rö ß e r als d er vierfach en H a ü p tz e itk o n s ta n te entsp rich t. Die R eg e lk u rv e n bei v o r ü b e r g e h e n d e r S ta tik — b und e — verlaufen im G e g e n sa tz hierzu w esentlich günstiger. Schon nach 1 bzw . 2 s ist d e r R e g e lv o rg a n g praktisch beendet. Die R eg elu n g nach K urve c mit S tr o m to rsch altu n g ist noch e tw a s besser, als die nach Kurve b bei norm alem V ibrationsbetrieb. Dies rührt
g rö ß e r als die S tre u s p a n n u n g ist. Die Regelzeit b e tr ä g t w ie d e r e tw a s üb er eine Sekunde.
Bild 5 zeigt noch die Z itterfreq u en z in Ab
hängigkeit von der m ittleren E rrc g e rm as ch in e n - s p a n n u n g E für die zw ei u n tersu c h te n Schaltungen.
'M a n sieht auch hier den g ro ß en Vorteil d er S tro m to rsc h a ltu n g g e g e n ü b e r d e r n orm alen V ibrations
schaltung hinsichtlich Z itterfrequenz und Regel-
Bild 5. Zitterfrequenz F in Abhängigkeit von der mittleren Erreger n asch in en sp in n u n g E beim V ibrationsregler mit
Z w ischenrelais bzw . mit Strom toren.
daher, daß bei d er S tro m to rs c h a ltu n g infolge der höheren Z itterfrequenz die F e d e r s c h w ä c h e r ein
gestellt w e r d e n konnte, als bei der norm alen V ibrationsschaltung. D u rch E rh ö h u n g d er W e c h s e l
sp a n n u n g an den S tro m to r e n kann d e r Bereich d er E rre g e rs p a m iu n g d er E rre g e rm a s c h in e leicht v e r g r ö ß e r t w e rd e n , w o m it eine w e ite re w e s e n t liche V erkleinerung d e r R egelzeit möglich ist. '
F ü r den Fall d er R eg elu n g mit S tro m to re n zeigt Bild 4 den Verlauf d er S p a n n u n g des D re h s tr o m g e n e r a to r s U und der S p a n n u n g d er F r r e g e r - m aschine /: bei den gleichen W e r t e n d er Zeit
k o n stan ten T c und T m wie in Bild 3 für den Fall der E ntlastung. Die m o m e n ta n e S p a n n u n g s a b w eich u n g b e tru g 20 vH und d er S p a n n u n g sa n stie g infolge A n k e rrü c k w irk u n g 50 vH. D er g e sa m te S p an n u n g sa n stie g ohne R egelung w a r somit 70 vH.
Man ersieht aus dein O szillogram m , daß die g rö ß te A bw eichung d er G e n e ra to rs p a n n u n g U nicht
E = 20UV
E = 150V
E = 100V
£ = 50V
Bild 6. Verlauf der pulsierenden E rregerm aschinenspan- nung E beim V ibrationsregler mit Strom toren bei ver
schiedenen mittleren E rregerm aschinenspannungsw erten.
bereich. Aus ■ Bild 6 ist' das ’ se h r gleichm äßige A rbeiten des Z itte rk o n ta k te s bei v e rs c h ie d e n er H rregermrrschinonspannung, . also v e rs c h ie d e n e r F req u en z ersichtlich.
Zusam m enfassung:
F s w ird . gezeigt, wie v e r s c h ie d e n e Nachteile des n orm alen V ibrationsreglers, w ie v e rh ä ltn is mäßig kleiner Regelbereich, K ontaktverschleiß von Z w isc h e n re la is,. R ü c k w irk u n g des M e ß w e rk - , Systems auf die Z itterfrequenz beim M e ß w c rk mit v o rü b e r g e h e n d e r Statik, beseitigt w e r d e n können, w e n n d er E r r e g e r s tr o m d er E r r e g e rm as ch in e nicht von m echanischen K ontakten, s o n d e rn von S tr o m to ren g e s ch altet w ird. Die S tr o m to r s c h a ltu n g kann ohne S ch w ierig k eiten auch bei v o r h a n d e n e n V ib ra
tionsreglern eingebaut w e rd e n .
Die Ersatzschaltungen des Transformators.
Von H. Pitsch, Berlin.
DK 621.314.21.012.8 auch heute noch nicht so allgemein, w ie m an bei der g roßen B ed eu tu n g des T r a n s f o r m a to r s in der E lektrotechnik a n n eh m en müßte. M an findet in L e h rb ü ch ern und Zeitschriften häufig nur das sy m m e tris c h e T -E rsa tz sc h aitb ild und dieses so g a r in d e r neu eren L ite ra tu r zuw eilen noch mit falschen G rö ß e n a n g a b e n .
Einteilung der Ersatzschaltbilder.
T h eo re tisc h sind unendlich viele E rs a tz s c h a l
tungen des T r a n s f o r m a to r s möglich, jedoch k o m men für den p ra k tisc h e n G eb rau ch nu r einige grundsätzliche, in sb eso n d ere v ie r g en au e E rsatz- Ubersicht. Der Aufsatz bringt eine Zusam m enstel
lung der verschiedenen möglichen Ersatzschaltungen des Transform ators mit Größenangaben für die Schalt
elem ente der Ersatzschaltungen und zeigt, daß die Ersatzschaltungen vollkommen gleichw ertig und allgemein anwendbar sind.
Von B a ' r k h a u s e n w u r d e d arau f hinge- w i e s e n 1), daß d as E rsatzsch altb ild des T r a n s f o r m a to rs viel m e h r als bish er a n g e w e n d e t w e rd e n sollte. Die g en au e Kenntnis d e r v e rsc h ie d e n en E rsa tz sc h a ltu n g en des T ra n s f o r m a to r s ist jedoch
') H. B a r k h a u s e n , Zur Theorie des Transfer mators, ETZ 52 (1931) S. 1463.
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29/30 — 1939
7
SIEM EN S & HALS KE AG.
W i e n e r w e r k , Wien III. A p o s t e l g a s s e 12.
29/30— 1939
2 i. J u l i i m Elektrotechnik und Maschinenbau, 57. Jahrg., 1939, H eit 29/30 385
Schaltungen in B e tra c h t, nämlich das s y m m e trische T - und ^ -E rs a tz s c h a ltb ild (Bild 1 und 2) und z w e i ¿ - E r s a tz s c h a ltb ild e r (Bild 3 und 4), sowie zw ei v ere in fa ch te E rsa tz sc h a ltb ild e r (Bild 5 und 6).
Von diesen ist d as sy m m e tris c h e 7'- E rsatzschalt- bild am b e k a n n te ste n , da es das ä lteste ist2). Die beiden ¿ - E r s a tz s c h a ltb ild e r 3) h aben jedoch den Vorteil d e r b e s s e r e n Übersichtlichkeit und sind im m er dann an g e b ra c h t, w e n n m an nicht im f a l l e der Ü b e rtra g u n g eines g rö ß e re n F re q u e n z b e re i
ches die v ereinfachten E rsa tz sc h a ltb ild e r (Bild 5 und 6) h e ra n z ie h t4).
A l l e ü b e r h a u p t m ö g l i c h e n E r s a t z s c h a l t b i l d e r d e s T r a n s f o r m a t o r s k a n n m a n i n z w e i G r u p p e n e i n t e i 1 e n, nämlich die G ru p p e der ¿ - E r s a tz s c h a ltb ild e r und die G ru p p e der T i-E rsa tz sc h altb ild er’). Die ein
zelnen ¿ - E r s a tz s c h a ltb ild e r unterscheiden sich vo n ein a n d e r d u rc h die v e r s c h ie d e n e Aufteilung d e r X ä rigsindukti v itä te n (Streu in d u k tiv itäten ) und die d e m e n ts p re c h e n d e BemeäsünsTcIer Q u erinduk- tivität, und die einzelnen ^ -E rs a tz s c h a ltb ild e r untersch eid en sich durch die v e rsc h ie d e n en G rößen der Q u erin d u k tiv itä te n und die d e m e n t
s p re c h e n d e B e m e s s u n g d er L ängsinduktivität. Als G re n z e n für beide G ruppen e rg eb en sich die beiden ¿ - E rs a tz s c h a ltb ild e r, bei denen die eine L än g sin d u k tiv itä t im ¿ - E r s a tz s c h a ltb ild gleich Null g e w o r d e n 'i s t , bzw . bei denen die eine Q u erin d u k tivität im ^ -E rs a tz s c h a ltb ild gleich unendlich ist.
Je d e m E rsa tz sc h a ltb ild d e r einen G ru p p e e n t
sp ric h t ein E rsatzsch altb ild d er a n d e re n G ruppe nach dem b ek a n n te n S atz, daß sich eine S t e r n schaltung ( ¿ -E rs a tz s c h a ltb ild ) in eine gleich
w e r tig e D reie c k sc h altu n g (n -E rs a tz s c h a ltu n g ) um w andeln läßt. Außerhalb d e r beiden G ren zen für -') C. H e i n k e, Über A uffassung und Darstellung der V orgänge im W echselstrom transform ator, ETZ 20 (1899) S. 205. — A. E. K e n n e 11 y, On the Prede- termination of the Regulation in Älternating-Current Transformers, Electrical World and Engineer (1899) S. 343. — Ch. Pr. S t e i n m e t z , Theorie und Berech
nung der W echselstrom erscheinungen, Berlin 1900, S. 203.
:i) D as ¿-Ersatzschaltbild nach Bild 3 wurde von H e m m e t e r in seinem Aufsatz „Zur Klärung des Streuungsbegriffes“ im Arch. Elektrotechn. 18 (1927) S. 32 und 167 angegeben. S. ferner W. K a u t t e r , Die A npassung der Rundfunkgeräte an die Antenne, Elektr.
Nachr.-Techn. 6 (1931) S. 245. — W. K a u t t e r , . D e r elektrische Schw ingkreis in der Schaltung, Funktechn. Mh.
10 (1936) S. 403. — H. B a r k h a u s e n , Lehrbuch der Elektronenröhren, 1. Bd. (1931) S. 155 und 2. Bd. (1933) S. 177, 180, 202. — H. B a r k h a u s e n , Zur Theorie des Transform ators, ETZ 52 (1931) S. 1463. —- D. R. P.
Nr. 662 826 Telefunken (Z epler).
4) S. zum Beispiel H. B a r k h a u s e n , Lehrbuch der Elektronenröhren, 2. Bd. (1933) S. 168. — K. K ü p f- m ii 1 1 e r, Schw achstrom technik (1931) S. 340 ff.
*) A ngegeben von K. K ü p f m ü 11 e r in dem Aufsatz: Über einen U m w andlungssatz zur Theorie der linearen N etze. W iss. Veröff. Siem ens-W erken, 111. Bd.
(19 2 3 ), H. 1, S. 130 bis 138, insbesondere S. 138.
Die dort angegebenen Größen des ^-Ersatzschaltbildes sind allerdings nur dann gültig, w enn man als Be
lastungsw iderstand nicht den um gerechneten, sondern den tatsächlichen Belastungsw iderstand R einsetzt, also das „Ü bersetzungsverhältnis“ (U m rechnungsfaktor) zu ü — 1 definiert. D as rr-Ersatzschaltbild ist in diesem Falle nur dann sym m etrisch, wenn ¿ t — L3 ist.
die E rsa tz sc h a ltb ild e r w ird eine L än g s- bzw . Q u erin d u k tiv ität negativ, so daß diese E r s a t z schaltbilder w e g e n ihrer U nübersichtlichkeit nicht in B e tr a c h t kom m en.
Die v e rsc h ie d e n en E rsa tz sc h a ltb ild e r inner
halb einer d er beid en G ru p p en kom m en durch eine v e rsc h ie d e n e Definition des Begriffes
„ Ü b e rs e tz u n g s v e rh ä ltn is “ zu stan d e. Z u j e d e m E r s a t z s c h a l t b i l d g e h ö r t e i n e b e s t i m m t e D e f i n i t i o n d e s „ Ü b e r s e t z u n g s v e r h ä l t n i s s e s , w ie n ach ste h e n d noch g ezeigt w ird. D as „ Ü b e rs e tz u n g s v e rh ä ltn is “ ist nämlich nicht, wie häufig an g e n o m m e n w ird, eine eindeutig definierte G röße eines T ra n s fo rm a to rs . Dies trifft nur für den streu u n g slo se n T r a n s f o r m a to r zu, bei dem d as Ü b e rse tz u n g sv e rh ältn is gleich dem Verhältnis d er W in d u n g szah len ist, w e lc h e s dann auch gleich dem Verhältnis der W u rz e ln aus den In d u k tiv itäten ¿ x und ¿ 2 der P r i m ä r - u n d S e k u n d ä rw ic k lu n g ist. ÄÜe E r s a t z schaltbilder schm elzen dann zu einem einzigen zusam m en , w e lc h e s lediglich au s einer Q uerinduk- tivität b este h t und gleich d er P r im ä rin d u k tiv itä t
¿ 1 ist, w e n n m an d a s E rsatzschaltbild auf die P r i m ä r s e i t e bezieht. D as Ü b e rse tz u n g sv e rh ältn is gibt beim streu u n g slo sen T r a n s f o r m a to r die S pan- nungs- u n d S tro m ü b e r s e tz u n g v o n d er P r im ä r s e ite auf die S e k u n d ä rs e ite o d e r u m g e k e h rt an. Sobald jedoch eine S tre u u n g auftritt, ist dies nicht m ehr der Fall, denn die S tre u in d u k tiv itä te n (Längs- in duktivitäten in den ¿ -E rs a tz s c h a ltb ild e rn ) w i r ken als V o rs c h a ltw id e rs ta n d und v e r u r s a c h e n d e s halb einen S o a nnungs- und S t r o m v e r lu s t (also einen B lindleistungsverlust), d er von d er Größe des B e la s tu n g s w id e rs ta n d e s R (zum Beispiel ein O h m s c h e r W id e rsta n d ) a bhängig ist. Die B ezeich
nung „ Ü b e rs e tz u n g s v e rh ä ltn is “ hat dann also eigentlich ihren Sinn v e rlo ren . M an sollte deshalb vielm eh r von einem „ U m r e c h n u n g s f a k t o r“
sprechen, w a s im folgenden g e sc h e h e n soll, denn das „ Ü b e rs e tz u n g s v e rh ä ltn is “ ist im E rs a tz s c h a lt
bild tatsächlich nu r ein U m rech n u n g sfak to r für den B e la s tu n g s s tro m und die B e la stu n g ssp a n n u n g und deshalb im Q u a d ra t ein U m rech n u n g sfak to r für den B e la s tu n g s w id e rs ta n d selbst. Je nachdem, w ie m a n nun den U m rech n u n g sfak to r wählt, en t
steh t ein a n d e r e s Ersatzschaltbild innerhalb einer d er beiden e rw ä h n te n G ruppen. Diese freie W ä h l
b a r k e it d es U m re c h n u n g sfa k to rs h a t seine U rsa c h e darin, daß ein v e rlu s tlo s e r T r a n s f o r m a to r durch drei B e stim m u n g sstü c k e g eg eb en ist, nämlich d urch die P r im ä r in d u k tiv itä t L u die S e k u n d ä r ind u k tiv ität ¿ 2 und den Kopplungsfaktor k (oder die G e g e n in d u k tiv ität M od er den S tre u fa k to r a ), w ä h re n d in einem E rsatzschaltbild vier B e stim m u n g sstü c k e Vorkommen, nämlich drei In
d u k tiv itä te n und d e r U m rechnungsfaktor. Deshalb ist eines d ieser vier B estim m u n g sstü c k e frei w ä h l
bar. H ierzu g e h ö re n dann drei e n ts p re c h e n d fest
liegende G rößen für die drei a n d e re n B e s tim m ungsstücke.
I n a l l e n ¿ - E r s a t z s c h a l t b i l d e r n ist die Q u e rin d u k tiv itä t O, die linke S treu in d u k tiv i
tä t Si und die rechte S tre u in d u k tiv itä t S r, w e n n ii2 der U m re c h n u n g sfa k to r für den B e la s tu n g s w id e r-
.stand ist, gleich:
Q = M ii = k ii % ¿0, Si = Li — M ii — L x — k ii % U ,
S r .== Li ii- — M ii Li.ii'1 — k ii VE. L-i. i n a l l e n ¡rc-E r s a t z s c;h a 11 b i 1 d e r n ist die linke Q u e rin d u k tiv itä t R-, die rech te Q u erin d u k tivität l , und die L ä n g sin d u k tiv itä t l- gleich:
1 ~ k 2 h = L t
1
L — 7-2 ä 2
/s = VL, Li ü
1 — A2 1 — * ii ]l U /L i ' - 1 — k 2
i-j • (i~R)
° 05ÜÜÜSMP-
Lr(l-k)=L2-üf ■ (l-k) r räföJöüüüöx
A/-Ü,
=k-L1
L
W icklutigen v e rh a lte n . Diese B edingung ist bei einem T r a n s f o r m a to r mit E ise n k e rn im allge
m einen n ä h e ru n g s w e is e erfüllt, da d er m a g n e tische W id e r s t a n d des m a g n e tisc h e n Kreises, der bek an n tlich au ß e r d e r W indungszahl für die In
d u k tiv itä t m a ß g e b e n d ist, für beide W icklungen im w e se n tlic h e n durch den g em ein sam en E isen kern g e g e b e n ist. W e n n das Verhältnis d e r W in d ungszahlen eines E is e n tra n s fo rm a to rs b e k an n t
I 1~k*
' ' K
L,-(i+k) : Lr (n-k) \
-Lz -ü2-(nk)
R-ü2,
_n
¿7Die in den Bildern 1 bis 4 ein g e tra g e n en W e r te e rg eb en sich, w e n n m a n die für die b etreffenden Bildern gültigen U m rechriungsfäktoren ält ii., oder m. einsetzt.
D e r U m re c h n ü n g sfa k to r ii dient in allen dar- gestelltcn E rs atzsch altb ild ern z u r U m rechnung der S e k u n d ä rs e ite auf die P rim ä rs e ite , jedoch kann m an e b en so g u t die P r i m ä r s e i t e auf die S e k u n d ä r seite um rech n en . D iese E rsa tz sc h a ltb ild e r w u r d e n nicht beso n d ers aufgezeichnet, da sie sich von se lb st ergeben, w e n n m a n in den Bildern die rech te Seite als P r im ä r s e ite m it d e r P r im ä r in d u k tivität L., und dem inneren W id e rs ta n d R der S trom quelle und die linke Seite als S e k u n d ä rse ite m it d er S e k u n d ä riu d u k tiv itä t L, b e trach tet.
D as T - und ^ -E rsatzschaltbild.
, D as T - und yr-Ersatzsclialtbild5) (Bild 1 und 2) sind nu r dann sy m m etrisch , das heißt die beiden L än g sin d u k tiv itäten im 7'-Ersatzschaltbild
Bild 2. Sym m etrisches 77-Ersatzsclialtbild (D reieck- Ersatzschaltung), gültig für ein „Ü bersetzungsverhältnis"
Bild 1. Sym m etrisches 7-Ersatzscjialtbild (Stern- E rsatzschaltung), gültig für ein „Ü bersetzungsverhältnis“
üi = \U IL „
bzw . die beiden Q u erin d u k tiv itä te n im ^ - E r s a t z schaltbild ein an d er gleich, w e n n als U m rech
n u n gsfaktor ii
Ui =
g e w ä h lt ist. H ierauf hat d er Aufbau des T r a n s form ators, also die G estalt und die gegenseitige L a g e der Spulen, keinen Einfluß.
M an erhält u n te r Z u grundelegung des V er
hältnisses der W i n d u n g s z a h l e n als U m rech n u n g sfak to r die s y m m e tris c h e n E rs a tz s c h a lt
bilder n u r dann, w e n n sich die W u rz e ln der In d u k tiv itäten w ie die W in d u n g szah len der beiden
ist, e rsch ein t es also am einfachsten, dieses als U m rech n u n g sfak to r z u g ru n d e zu legen und d e s halb die s y m m e tris c h e n E rsa tz sc h a ltb ild e r zu v e r w en d en . H ieraus e r k lä r t sich, daß d as s y m m e trische T -E rsa tz sc h altb ild am b e k a n n te s te n ist.
I
,
Bei Luft- und M a s s e k e rn tra n s fo rm a to re n , wie sie in der H ochfreq u en ztech n ik Vorkommen, e r hält m an u n te r Z u g ru n d eleg u n g des V erhältnisses d er W in d u n g sz a h le n und W 2 als U m rech nu n g sfak to r d a g e g e n nicht im m er sy m m e tris c h e E rsatzsch altb ild er, s o n d e rn bei Nichterfüllung der B edingung W x : W 2 = |/Li : l/Z-2 sind die beiden L ä n g sin d u k iv itä te n (S treu in d u k tiv itäten ) in Bild 1 b zw . die beiden Q u erin d u k tiv itä te n in Bild 2 v e r schieden groß (und u n te r U m stä n d e n s o g a r eine d ieser In d u k tiv itäten negativ). Dies ist leicht zu v e rs te h e n , w e n n m a n folgendes anschauliches B eispiel0) b e tra c h te t. Ein L u fttra n s fo rm a to r m öge aus z w e i ineinander g e s te c k te n Z ylinderspulen v e rsc h ie d e n e n D u rc h m e sse rs, je doch gleicher W indungszahl bestehen. W e n n m an als U m re c h nu n gsfaktor d as V erhältnis d e r W in d u n g szah len v e r w e n d e t, so ist dieser in diesem Beispiel gleich 1, also iiw ~ 1. D am it w ir d im T -E rsa tz sc h altb ild die Q u e rin d u k tiv itä t gleich d er G e g en in d u k tiv ität M. Da nun offensichtlich die P rim ä rin d u k tiv itä t w e g e n der v e rsc h ie d e n en D u rc h m e s s e r v e r s c h ie den v o n der S e k u n d ä rin d u k tiv itä t L., ist, muß also in Bild 1 die linke S tre u in d u k tiv itä t ~L, — Al g rö ß e r o d e r kleiner sein als die re c h te S tre u in d u k tiv itä t¿2— Al, je n a c h d e m ob als P rim ä r in d u k tiv itä t die Spule g rö ß e re n od er kleineren D u rc h m e sse rs dient. L egt m an dag eg en als U m rech n ü n g sfak to r
— VT-i: | ¿ 2 zugrunde, so w e r d e n die beiden S tre u in d u k tiv itä te n gleich groß, da dann die P r im ä rin d u k tiv itä t L v gleich d e r u m g e re c h n e ten S e k u n d ä rin d u k tiv itä t i i ^ . L 2 ist und von beiden dieselbe Q u e rin d u k tiv itä t a b z u zieh en ist.
") F. B e r g t o 1 d, Grundbegriffe der Elektro
technik. Verlag F. Enke, Stuttgart, 2. Bd., 1931, S. 122, 127 bis 129.
