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Dokumentenidentifikation DE10148040B4 12.01.2006
Titel Regelbarer Induktionsformator mit elektronischer Steuerung
Anmelder Clinton Instrument Co., Clinton, Conn., US
Erfinder Clinton, Henry H., Clinton, Conn., US
Vertreter Richter, Werdermann, Gerbaulet & Hofmann, 20354 Hamburg
DE-Anmeldedatum 28.09.2001
DE-Aktenzeichen 10148040
Offenlegungstag 25.07.2002
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 12.01.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 12.01.2006
IPC-Hauptklasse H01F 29/10(2006.01)A, F, I, ,  ,  ,   
IPC-Nebenklasse H02P 13/10(2006.01)A, L, I, ,  ,  ,      

Beschreibung[de]
GEBIET DER ERFINDUNG

Diese Erfindung betrifft allgemein einen Transformator und insbesondere einen regelbaren Induktionstransformator für Hochspannungsanwendungen.

AUSGANGSSITUATION DER ERFINDUNG

Regelbare Induktionstransformatoren sind bekannte Geräte für die Induktionseinstellung über die Sekundärwicklung des Transformators. Regelbare Induktionstransformatoren sind besonders nützlich für Hochspannungsanwendungen wie beispielsweise Funkenprüfer, bei denen Hochspannung an isolierte Leiter angelegt wird, um Mängel in der Isolierung festzustellen, z. B. Nadellöcher in der Isolierung oder andere Arten von Defekten an dem Isolator. Die Größe der Induktion über die Sekundärwicklung zur Beibehaltung einer bestimmten Ausgangsspannung ist teilweise eine Funktion der Kapazitanz und Dicke des Isolators. Bei herkömmlichen regelbaren Induktionstransformatoren wird gewöhnlich ein verstellbarer Luftspalt in dem Kern verwendet, um die Induktion über die Sekundärwicklung des Transformators einzustellen und die Ausgangsspannung beizubehalten. Die Größe des Luftspalts wird beispielsweise verändert, indem Zwischenlagen in den Spalt eingefügt werden oder indem der Spalt auf andere Weise mechanisch verändert wird. Ein Nachteil bei diesen Transformatoren besteht darin, dass Hochspannung über die Sekundärwicklung des Transformators unter einen gewünschten Wert abfallen kann, wenn sich die Kapazitanz des zu prüfenden Objektes verändert. Weiterhin kann der bei der Sekundärwicklung erzeugte Strom auf einen solchen Wert ansteigen, dass ein zufällig mit der Ausgangsklemme des Transformators in Berührung kommender Bediener einen elektrischen Schlag erleiden könnte.

Die DE 16 28 318 U offenbart einen Transformator mit einem E-förmigen Kern 2 mit einer Primärwicklung 3 und einer Sekundärwicklung 5, die auf dem Kern 2 angebracht sind. Ein magnetischer Shunt 9 ist mit einer Schlitteneinheit 10 an einem Spalt zwischen den Schenkeln des Kerns 2 zwischen verschiedenen Positionen bewegbar, 1. Zwischen den Schenkeln des Kerns 2 ist Luft als magnetischer Isolator vorhanden.

Die FR 917 704 offenbart in 1 einen im wesentlichen durchgehenden Kern 1 eines Transformators mit einem Spalt &egr; zwischen zwei Enden des Kerns. Der Kern kann in Gedanken aus zwei C-förmigen Hälften zusammengesetzt sein. Der Spalt &egr; ist hier mit Luft gefüllt, einem magnetischen Isolator.

Die EP 0 072 451 A1 beschreibt einen Transformator mit einem Kern, der aus zwei C-förmigen Hälften 1, 2 besteht, 1. Der Querschnittsdarstellung in 2 ist entnehmbar, dass die beiden Hälften 1, 2 mit Federn 11, 12 und Bügeln 9, 10 zusammengehalten sind. Die beiden Hälften 1, 2, bzw. der dazwischen gebildete Spalt 15, werden derart entgegen den Federkräften zueinander ausgerichtet, dass der gewünschte Kennwert des Transformators erhalten wird. Anschließend werden die Hälften 1, 2 verklebt, so dass ihr gegenseitiger Abstand gewahrt bleibt; S. 7, Z. 19 bis S. 8, Z. 13. Über das Verschieben eines Shunts über den Spalt 15 zur Veränderung des Kennwerts des Transformators entgegen einer Federkraft ist hier nichts offenbart.

Die DE 1 280 400 AS offenbart eine induktive Stellvorrichtung mit einem Kern K und einem Schieber Sch und Primär- St 1,2 und Sekundärwicklungen St 7,8. Entsprechend 1618 sind Hilfswicklungen H1 vorgesehen, wobei die in den Hilfswicklungen induzierte Spannung zur Steuerung der Stellvorrichtung verwendet werden, Sp. 9, Z. 51–61.

Die DE 690 27 236 T2 offenbart ein Verfahren und eine Einrichtung zur Steuerung der Position eines bewegbaren Teils, wobei eine Steuerungseinrichtung eine Position eines von einer Antriebseinrichtung bewegbaren Bauteils erfasst und die Antriebseinrichtung dann in entgegengesetzter Antriebsrichtung ansteuert, wenn eine Berührung des Bauteils mit einem Werkstück erfasst wird.

In Anbetracht der obigen Ausführungen liegt der Erfindung die allgemeine Aufgabe zugrunde, einen regelbaren Induktionstransformator zu schaffen, bei dem die Änderung der Induktivität der Sekundärwicklung zuverlässig durch das Bewegen des Shunts entlang dem Kern über den Spalt gewährleistet ist.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Als ein Wesensmerkmal der vorliegenden Erfindung schließt ein regelbarer Induktionstransformator einen Kern ein, der einen Spalt zwischen einander gegenüberliegenden ersten und zweiten Enden definiert. Eine Primärwicklung und mindestens eine Sekundärwicklung sind an dem Kern angeschlossen. Die Sekundärwicklung dient zum Aufwärtstransformieren der Spannung über die Primärwicklung. Eine Schlitteneinheit schließt einen magnetischen Shunt ein, der an dem Kern entlang beweglich ist und über dem Spalt verstellbar ist. Die Breite des magnetischen Shunts ist mindestens so groß wie der Spalt, so daß der Shunt entlang dem Kern in eine bestimmte Position bewegt werden kann, im Bereich von einer nicht abdeckenden Position, in welcher der Spalt nicht überdeckt ist, über Zwischenpositionen, bei denen der Spalt überdeckt wird, bis hin zu einer abgedeckten Position, in welcher der Shunt den Spalt überbrückt, um die Induktion der Sekundärwicklung so einzustellen, dass sie sich mit einer Belastungskapazität in Resonanz befindet.

Als weiteres Wesensmerkmal der vorliegenden Erfindung schließt ein regelbares Induktionstransformatorsystem einen regelbaren Induktionstransformator ein, der einen Kern aufweist, der einen Spalt zwischen einander gegenüberliegenden ersten und zweiten Enden definiert. Der Transformator schließt eine Primärspannungseingangswicklung, eine Sekundärspannungsausgangswicklung und eine Tertiärspannungsprüfwicklung ein. Die Sekundärwicklung dient zum Erzeugen eines Ausgangssignals mit aufwärtstransformierter Spannung in Bezug auf die Spannung, die bei der Primärwicklung ankommt, und die Tertiärwicklung dient zum Erzeugen eines Signals mit reduzierter und proportionaler Spannung in Bezug auf die Spannung, die durch die Sekundärwicklung erzeugt wird. Eine Schlitteneinheit schließt einen magnetischen Shunt ein, der an dem Kern entlang beweglich ist und über dem Spalt verstellbar ist. Der magnetische Shunt weist eine Breite auf, die mindestens der Breite des Spalts entspricht, so daß der Shunt entlang dem Kern in eine bestimmte Position bewegt werden kann, im Bereich von einer nicht abdeckenden Position, in welcher der Spalt nicht überdeckt ist, über Zwischenpositionen, bei denen der Spalt überdeckt wird, bis hin zu einer abgedeckten Position, in welcher der Shunt den Spalt überbrückt, um die Induktion der Sekundärwicklung so einzustellen, dass sie sich mit einer Belastungskapazität in Resonanz befindet. Es sind Vorrichtungen zum Bewegen der Schlitteneinheit vorgesehen, um den magnetischen Shunt gegenüber dem Kern zu positionieren.

Vorzugsweise schließt die Bewegungsvorrichtung einen Motor ein, der eine Antriebswelle aufweist, die mit einem Gewinde in die Schlitteneinheit eingreift. Die Antriebswelle ist in Uhrzeigerrichtung und entgegen der Uhrzeigerrichtung drehbar, um den magnetischen Shunt, der von der Schlitteneinheit getragen wird, entlang dem Kern in zwei Richtungen in eine gewünschte Position zu bewegen. Weiterhin wird eine Kontaktfläche des magnetischen Shunts gegenüber dem Kern vorzugsweise durch eine Kante begrenzt, die sich in einem schrägen Winkel von einem ersten Ende zu einem zweiten Ende in Bezug die Längsrichtung des Spalts erstreckt, wobei der Spalt von seinem ersten Ende zu seinem zweiten Ende hin zunehmend von dem magnetischen Shunt überbrückt wird, wenn der magnetische Shunt über den Spalt bewegt wird. Die zunehmende Überbrückung des Spalts dient dazu, plötzliche Veränderungen der Induktion der Sekundärwicklung zu vermeiden.

Die Bewegungsvorrichtung schließt vorzugsweise auch einen Phasendetektor ein, der Eingänge aufweist, die mit den Eingangs- und Ausgangsseiten des Transformators kommunizieren, sowie einen Servoverstärker mit einem Eingang, der mit einem Ausgang des Phasendetektors verbunden ist, und einem Ausgang, der mit einem Steuerungseingang des Abstimmmotors verbunden ist, für die geregelte Stromversorgung des Abstimmmotors, um den magnetischen Shunt entlang dem Kern in eine Position zu bewegen, so dass sich die Spannungssignale an den Eingangs- und Ausgangsseiten des Transformators in einem bestimmten Phasenverhältnis zueinander befinden. Bei der bevorzugten Ausführungsform sind die Spannungssignale an den Eingangs- und Ausgangsseiten des Transformators miteinander phasenrichtig, und ein Widerstandselement wie beispielsweise eine Glühlampe ist in Reihe mit der Primärwicklung des Transformators geschaltet, um den Strom über die Sekundärwicklung zu begrenzen, falls an der Sekundärwicklung ein Kurzschluss auftreten sollte.

Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die Ausgangsspannung trotz Schwankungen der Eingangsspannung auf einem bestimmten Wert beibehalten wird.

Noch ein weiterer Vorteil besteht darin, dass der Strom an der Sekundärwicklung im Fall eines Kurzschlusses begrenzt wird, um einen Stromschlag zu vermeiden.

Diese und andere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden noch sichtbarer angesichts der folgenden ausführlichen Beschreibung und der beigefügten Figuren.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 ist eine Teilexplosivdarstellung eines regelbaren Induktionstransformators, der die vorliegende Erfindung verkörpert.

2 ist eine weitere Teilexplosivdarstellung des regelbaren Induktionstransformators aus 1 und zeigt die Schlitteneinheit sowie den magnetischen Shunt.

3 zeigt einen Querschnitt des Transformators in Draufsicht entlang den Linien 3-3 aus 1.

4 ist eine Perspektivansicht eines magnetischen Shunts gemäß der vorliegenden Erfindung.

5 ist eine perspektivische Explosivdarstellung des Kerns und der magnetischen Schlitteneinheit gemäß der vorliegenden Erfindung.

6 ist ein Blockdiagramm der Hochspannungs-Steuerschaltung zum Einstellen der Induktion des Transformators aus 1.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM

In Bezug auf 13 ist ein regelbarer Induktionstransformator, der die vorliegende Erfindung verkörpert, allgemein durch das Bezugszeichen 10 bezeichnet. Der Transformator 10 ist ein Aufspanntransformator mit einer Hochspannungs-Sekundärwicklung, der in Hochspannungsanwendungen eingesetzt wird wie beispielsweise bei Erzeugnisprüfung. Die Sekundärwicklung des Transformators 10 erzeugt vorzugsweise eine Sinuskurve von 0 bis 30 kV im Frequenzbereich von ca. 50 Hz bis ca. 60 Hz. Als Beispiel wird der Transformator, der die vorliegende Erfindung verkörpert, in Verbindung mit Funkenprüfern erklärt, bei denen Hochspannung an einen isolierten Leiter angelegt wird, der durch eine Elektrode verläuft, um zu bestimmen, ob Nadellöcher oder andere Defekte in dem Isolator vorhanden sind. Der Leiter ist an Erde gelegt, so dass ein durchgehendes Loch in dem Isolator einen Schwachstrom-Lichtbogen erzeugt, der über den Leiter von der Elektrode zur Erde verläuft. Obgleich die vorliegende Erfindung in Bezug auf Funkenprüfer beschrieben wird, sollte beachtet werden, dass der Transformator, der die vorliegende Erfindung verkörpert, in anderen Anwendungen eingesetzt werden kann, bei denen Hochspannung erforderlich ist, ohne von den allgemeinen Wesensmerkmalen der vorliegenden Erfindung abzuweichen.

Der Transformator 10 schließt ein: einen magnetisch permeablen Kern 12, eine Wicklungseinheit 14 mit einer isolierten Abdeckung, die eine Primär-, Sekundär- und Tertiärwicklung umschließt (siehe 6) und auf dem Kern angebracht sind, eine Schlitteneinheit 16, die einen magnetischen Shunt 18, bestehend aus magnetisch permeablen Material, gegenüber dem Kern trägt, und einen Abstimmmotor 20, der eine Gewindeantriebswelle 22 in zwei Richtungen in Uhrzeigerrichtung bzw. entgegen der Uhrzeigerrichtung dreht, um die Schlitteneinheit in Bezug auf den Kern zu bewegen und zu positionieren. Wie sehr deutlich in 5 dargestellt ist, kann der Kern 12 aus zwei C-förmigen Kernteilen bestehen. Ein erstes Kernteil 24 weist erste und zweite Längsenden 26, 28 auf, die sich gegenüber zugehörigen ersten und zweiten Enden 30, 32 eines zweiten Kernteils 34 befinden. Die ersten Enden 26, 30 der entsprechenden Kernteile 24, 34 stoßen mit einer stumpfen Verbindung 36 aneinander, und die zweiten Enden 28, 32 der Kernteile liegen einander gegenüber und sind etwas voneinander entfernt, um zwischen sich einen Spalt 38 zu definieren. Wie in 5 dargestellt ist, sind die oberen und unteren Schenkel des ersten Kernteils 24 länger als die oberen und unteren Schenkel des zweiten Kernteils 34, so dass die Wicklungseinheit 14 an dem oberen Schenkel des ersten Kernteils angebracht werden kann, bevor die Kernteile miteinander verbunden werden, ohne daß sie die Stoßverbindung 36 abdeckt oder anderweitig beeinträchtigt. Vorzugsweise ist in dem Spalt 38 ein magnetischer Isolator angebracht, um dem Kern 12 teilweise Festigkeit zu verleihen.

Die isolierte Abdeckung der Wicklungseinheit 14 umschließt eine Primärwicklung zum Anlegen eines Netzstroms, beispielsweise 120 V Wechselspannung, eine Sekundärwicklung für die Bereitstellung einer hohen Ausgangsspannung, beispielsweise bis zu 30 kV, und eine Tertiärwicklung für die Bereitstellung einer proportionalen, jedoch reduzierten Feedback-Spannung zum Einstellen der Sekundärwicklung des Transformators wie nachfolgend unter Bezug auf 6 ausführlicher dargelegt wird.

Wie eindeutig in 3 dargestellt ist, schließt die Schlitteneinheit 16 Vorspannungsvorrichtungen 40, beispielsweise Spiralfedern, ein, die den magnetischen Shunt 18, der von der Schlitteneinheit beweglich getragen wird, an einer gegenüberliegenden oder ersten Fläche 42 des Kerns 12 halten. Die Lager 44, beispielsweise Kugellager, greifen in eine zweite Seite 46 des Kerns 12 ein, die in eine entgegengesetzte Richtung weist, in Bezug auf die erste Seite 42, um zu gestatten, dass die Schlitteneinheit 16 und der von ihr getragene magnetische Shunt 18 entlang den unteren Schenkeln der ersten und zweiten C-förmigen Teile 24, 34 bewegt und positioniert werden können sowie über dem Spalt 38 des Kerns 12 verstellbar sind, um die Induktivität der Sekundärwicklung des Transformators 10 zu verändern, wie nachfolgend ausführlicher dargelegt wird.

Der Abstimmmotor 20 schließt eine Wellenkupplung 48 zum Befestigen eines ersten Endes der Antriebswelle 22 ein. Ein zweites Ende der Antriebswelle 22 greift mittels Gewinde in eine Endplatte 50 der Schlitteneinheit 16 ein, um den magnetischen Shunt 18, der von der Schlitteneinheit getragen wird, in einer Richtung von dem Motor 20 weg zu bewegen, entlang der ersten Fläche 42 der unteren Schenkel der C-förmigen Teile 24, 34 und zum Verstellen über dem Spalt 38, wenn sich die Antriebswelle 22 in einer ersten Richtung dreht. In gleicher Weise bewegt die Antriebswelle 22 den magnetischen Shunt 18 in einer Richtung zu dem Motor hin und entlang der ersten Fläche 42 der unteren Schenkel der C-förmigen Teile 24, 34 und zum Verstellen über dem Spalt 38, wenn sich die Antriebswelle in eine zweite Richtung dreht, die der ersten Richtung entgegengesetzt ist.

Wie in 4 dargestellt, weist der magnetische Shunt 18 eine Kontaktfläche 52 zum Eingriff und zum Gleiten entlang der gegenüberliegenden oder ersten Fläche 42 der C-förmigen Teile 24, 34 und zum Verstellen über dem Spalt 38 auf. Vorzugsweise wird die Kontaktfläche 52 durch die Kante 54 abgeschlossen, die sich in einem schrägen Winkel von einem oberen Ende 56 zu einem unteren Ende 58 des magnetischen Shunts 18 in Bezug auf die Längsrichtung des Spalts 38 erstreckt, so dass der magnetische Shunt den Spalt zunehmend überbrückt, wenn er über ihn bewegt wird, um plötzliche Veränderungen der Induktion der Sekundärwicklung des Transformators 10 zu vermeiden.

Anhand der 6 wird nun eine Ausführungsform einer Steuerschaltung 100 für die automatische Einstellung der Induktion des Transformators 10 beschrieben. Eine Netzspannung von 120 V Wechselspannung liegt an der Steuerschaltung 100 an einem Stromeingangsteil 102 an und fließt durch einen LC-Filter (nicht dargestellt), eine Isolation und einen Spannungswandler 104 und ein Leistungssteuerungsrelais 106 zur Versorgung von Niederspannungsnetzteilen 108, die Gleichspannung erzeugen, um die elektronische Schalttechnik mit Strom zu versorgen. Das Stromeingangsteil 102 schließt auch ein Prozesssteuerrelais und zugehörige Treiberschaltungen ein.

Der Isolationstransformator 104 beinhaltet eine Primärwicklung, die mit Netzspannung versorgt wird, und eine Sekundärwicklung, die 120 V Wechselspannung erzeugt. Die Sekundärwicklung des Isolationstransformators 104 liefert Strom für einen Regeltransformator 110 über ein Hochspannungs-Steuerrelais 111 und einen Sicherheits-Verriegelungsschalter 113, der an einer für Bediener zugänglichen Abdeckung angebracht sein kann (nicht dargestellt).

Von einem Ausgang im Bereich von 0 bis 120 V Wechselspannung des Regeltransformators 110 wird eine Primärwicklung 112 des regelbaren Induktionstransformators oder Aufspanntransformators 10 mit Strom versorgt, um über eine Sekundärwicklung 114 ein Potential von beispielsweise 0 bis 30 kV Wechselspannung zu erzeugen. Eine Lichtquelle wie beispielsweise eine Glühlampe 116 von 200 W wird in Reihe mit der Primärwicklung 112 des regelbaren Induktionstransformators 10 angeschlossen, um einen Kurzschlussstrom von der Sekundärwicklung auf ungefähr 6 Milliampere zu verringern und dadurch einen elektrischen Schlag zu verhindern. Ein Hochspannungsanschluss 118 der Sekundärwicklung 114 ist an die Elektrode (nicht dargestellt) eines Funkenprüfers anzuschließen, durch den ein zu prüfendes Gerät geleitet wird.

Eine Tertiärwicklung 120 des Transformators 10 erzeugt eine reduzierte Spannung, die proportional zu der Hochspannung ist, die über die Sekundärwicklung 114 erzeugt wird. Ein Vollweggleichrichter 122, bei dem vorzugsweise Operationsverstärker eingesetzt werden, erzeugt eine Gleichspannung, die proportional zu dem durchschnittlichen Wechselspannungswert ist, der an der Tertiärwicklung 120 erzeugt wird. Im kalibrierten Zustand wird an dem Gleichrichter 122 ein Ausgangswert im Bereich von beispielsweise 0 bis 10 V Gleichspannung erzeugt und stellt den RMS-Wert des Hochspannungs-Ausgangswerts dar, der an der Sekundärwicklung 114 des Transformators 10 erzeugt wird.

Ein Regler 124, der eine herkömmliche Vergleichsschaltung einschließt, vergleicht die von dem Gleichrichter 122 erzeugte Spannung mit einem festen Bezugsspannungspotential, beispielsweise im Bereich von 0 bis etwa 10 V Gleichstrom. Das feste Bezugspotential kann durch Einstellung an einem Bedienfeld an der Vorderseite des Reglers oder durch eine externe Quelle (nicht dargestellt) ausgewählt werden, so dass es dem gewünschten Hochspannungsausgangswert über die Sekundärwicklung 114 entspricht. Mit einem Spannungsreglungs-Servogerät 126 wird ein Spannungsregelungsmotor 128 betrieben, um eine Eingangsspannung an den regelbaren Induktionstransformator 10 anzupassen, bis die von dem Gleichrichter 122 erzeugte Spannung ungefähr der vorbestimmten festen Bezugsspannung entspricht. Das Spannungsreglungs-Servogerät 126 sichert somit, dass die Hochspannung über die Sekundärwicklung 114 des Transformators 10 zu dem bestimmten festen Bezugsspannungspotential proportional gemacht und dabei auf dem vorbestimmten Wert gehalten wird. Diese Regelungsschleife hält auch die Wechselspannung, die an der Sekundärwicklung 114 des Transformators 10 erzeugt wird, während Fluktuationen der Netzspannung und Änderungen des Belastungsstroms konstant.

Ein Phasendetektor 130 hat einen ersten Eingang, der an der Tertiärwicklung 120 des Transformators 10 angeschlossen ist, und einen zweiten Eingang, der an der Eingangsseite des Transformators 10 angeschlossen ist. Ein Ausgang des Phasendetektors 130 ist mit einem Eingang eines Servoverstärkers 132 verbunden. Durch Anpassung der Induktion des Transformators 10, hält der Servoverstärker 132 in Reaktion auf den Ausgang des Phasendetektors 130 das Hochspannungsausgangssignal über der Sekundärwicklung 114 des Transformators 10 in Phase mit dem Spannungssignal über der Primärwicklung 112. Genauer gesagt dreht der Servoverstärker 132 die Antriebswelle 22 in geregelter Weise in der entsprechenden Richtung und Entfernung, um die Schlitteneinheit 16 und den magnetischen Shunt darauf in die entsprechende Position in Bezug auf den Spalt 38 des Kerns zu bewegen, um die gewünschte Induktion zu erzeugen. Die ordnungsgemäße Position entlang dem Kern 12 kann in einem Bereich von einer nicht abgedeckten Position, bei welcher der Spalt 38 nicht überdeckt wird, über Zwischenpositionen, bei denen der Spalt überdeckt wird, bis hin zu einer abgedeckten, in welcher der magnetische Shunt den Spalt überbrückt, liegen.

Wenn von dem Transformator 10 Strom zu einem Funkenprüfer fließt, ist das zu prüfenden Produkt kapazitiv, so dass der Leistungsfaktor Eins durch Einstellen der Induktion des Transformators 10 erreicht werden kann. Dieses Ergebnis ist eine Verbesserung der Wellenform der Netzspannung und eine höhere Prüfspannung über dem Produkt bei einem gegebenen Wirkversorgungsstrom.

Ein Fehleranzeiger 134 entdeckt einen Lichtbogen in dem Hochspannungsausgang des Transformators 10 an dem Niederspannungsanschluss der Sekundärwicklung 114. Ein blanker Draht wird beispielsweise erkannt, wenn ein Stromschwellenwert überschritten wird und die Ausgangsspannung des Transformators 10 z.B. für eine Zeit von mindestens 60 ms auf Null fällt. Das Wechselspannungssignal an der Tertiärwicklung 120 des Transformators 10 wird durch den Gleichrichter 122 zu einer negativen Gleichspannungsvormagnetisierung gleichgerichtet, die an dem Fehleranzeiger 134 angeschlossen ist, um den Schwellenwert für die Anzeige zu erhöhen, wenn der Hochspannungsausgangswert über der Sekundärwicklung 114 des Transformators 10 erhöht wird. Der Fehleranzeiger 134 wird an dem Regler 124 angeschlossen, um einem Anwender darauf aufmerksam zu machen, dass bei dem zu prüfenden Produkt ein Fehler aufgetreten ist.

Im Betrieb wird die Ausgangsspannung über der Sekundärwicklung 114 des Transformators 10 automatisch von dem Regler 100 eingestellt, um die Spannung über der Sekundärwicklung für einen gegebenen Wirkversorgungsstrom auf einem hohen Spannungsniveau zu halten. Bei einem Funkenprüfer beispielsweise wird das Hochspannungsteil der Sekundärwicklung 114 des Transformators 10 an der Elektrode des Funkenprüfers angeschlossen. Wird ein isolierter Leiter zu einer gewissen Länge in Kontakt mit der Elektrode gebracht und fortlaufend an der Elektrode vorbeigeführt, kann der Isolator, der als Last dient, eine veränderte Kapazitanz aufweisen, welche die Ausgangsspannung über der Sekundärwicklung 114 des Transformators 10 unter den Vorgabewert verringert. Die Kapazitanz ist zum Teil eine Funktion der Dicke des Isolators. Mit veränderter Kapazitanz des Isolators neigt die Ausgangsspannung über der Sekundärwicklung 114 dazu, von dem vorgegebenen Hochspannungswert abzuweichen. Die Phasendifferenz zwischen den Spannungssignalen der Primärwicklung und der Sekundärwicklung wird durch den Regler 124 angezeigt, der den Servoverstärker 132 veranlasst, den Abstimmmotor 20 in geregelter Weise mit Strom zu versorgen, um die Induktivität über der Sekundärwicklung 114 so einzustellen, dass das Hochspannungsausgangssignal an der Sekundärwicklung 114 mit dem Spannungssignal an der Primärwicklung 112 in Phase gebracht oder gehalten wird. Indem das Eingangsspannungssignal und das Ausgangsspannungssignal in Phase gebracht oder gehalten werden, wird für einen gegebenen Wirkversorgungsstrom ein Hochspannungsausgangssignal beibehalten.

Gemäß 3 ist beispielsweise die Antriebswelle 22 des Abstimmmotors 20 in geregelter Weise in einer ersten Richtung zum Abstimmmotor 20 hin oder in einer zweiten Richtung von dem Motor fort drehbar, um die Schlitteneinheit 16 und den darauf befindlichen magnetischen Shunt 18 in eine geeignete Position entlang dem Kern 12 in Bezug auf den Spalt 18 zu bringen.

Genauer gesagt kann der magnetische Shunt 18 gegenüber dem Kern so positioniert werden, dass der Spalt nicht abgedeckt wird, so positioniert werden, dass er den Spalt zunehmend überdeckt, oder so positioniert werden, daß er den Spalt überbrückt oder vollständig abdeckt. Der Grad, in dem der magnetische Shunt 18 den Spalt abdeckt, ist der Grad, in dem die Induktion der Sekundärwicklung geändert werden muss, um die Spannungssignale an den Primär- und Sekundärwicklungen 110, 114 des Transformators 10 in Phase zu bringen oder zu halten.


Anspruch[de]
  1. Regelbarer Induktionstransformator (10) mit

    einem Kern (12) zur Definition eines Spalts (38) zwischen einander gegenüberliegenden zweiten Enden (28, 32) des Kerns (12);

    einer Primärwicklung (112) und mindestens einer Sekundärwicklung (114), die auf dem Kern angebracht sind, wobei die Sekundärwicklung zum Aufwärtstransformieren der Spannung über der Primärwicklung dient;

    einem magnetischen Shunt (18), der an dem Kern (12) entlang beweglich und über den Spalt (38) verstellbar ist; wobei sich ein magnetischen Isolator in dem Spalt (38) befindet;

    einer Schlitteneinheit (16), um den Shunt (18) an dem Kern (12) entlang zu bewegen, in einem Bereich von einer nicht abgedeckten Position, in welcher der Shunt den Spalt (38) nicht überdeckt, über Zwischenpositionen, in denen sich der Shunt unterschiedlich weit über dem Spalt befindet, bis zu einer abdeckenden Position, in welcher der Shunt den Spalt vollkommen überbrückt, um die Induktion der Sekundärwicklung (114) einzustellen; gekennzeichnet durch

    – einen Kern (12) mit zwei C-förmigen Teilen (24, 34), die jeweils erste und zweite Enden (26, 28) gegenüber einem zugehörigen Ende (30, 32) des anderen C-förmigen Teils aufweisen, wobei ein Paar (26, 30) der gegenüberliegenden Enden an einem stumpfen Stoß (36) miteinander verbunden ist und das andere Paar (28, 32) gegenüberliegender Enden den Spalt (38) dazwischen definiert, und

    – eine Schlitteneinheit (16), die Vorrichtungen (40) zur Vorspannung des magnetischen Shunts (18) an den Kern (12) aufweist.
  2. Regelbarer Induktionstransformator (10) nach Anspruch 1, wobei die Vorspannungsvorrichtungen (40) mindestens eine Spiralfeder beinhalten.
  3. Regelbarer Induktionstransformator (10) nach Anspruch 1, weiterhin gekennzeichnet durch Vorrichtungen zum Bewegen der Schlitteneinheit (16), um den magnetischen Shunt (18) an dem Kern (12) zu positionieren.
  4. Regelbarer Induktionstransformator (10) nach Anspruch 3, wobei die Bewegungsvorrichtung durch einen Motor (20) gekennzeichnet ist, der eine Antriebswelle (22) einschließt, die mit einem Gewinde in die Schlitteneinheit (16) eingreift, wobei die Antriebswelle in Uhrzeigerrichtung und entgegen der Uhrzeigerrichtung drehbar ist, um den magnetischen Shunt (18), der sich auf der Schlitteneinheit befindet, den Kern (12) entlang in eine gewünschte Position zu bewegen.
  5. Regelbarer Induktionstransformator (10) nach Anspruch 1, wobei eine Kontaktfläche (52) des magnetischen Shunts (18) gegenüber dem Kern (12) an einer Kante (54) abschließt, die in einem schrägen Winkel von einem ersten Ende (56) zu einem zweiten Ende (58) verläuft, bezogen auf die Längsrichtung des Spalts (38), wobei der Spalt von seinem ersten Ende zu seinem zweiten Ende hin fortschreitend durch den magnetischen Shunt überbrückt wird, wenn der magnetische Shunt über den Spalt bewegt wird, um plötzliche Schwankungen der Induktion der Sekundärwicklung (114) zu vermeiden.
  6. Regelbarer Induktionstransformator (10) nach Anspruch 1, weiterhin gekennzeichnet durch eine Tertiärwicklung (120) zur Erzeugung eines Signals mit einer reduzierten und proportionalen Spannung, bezogen auf die Spannung bei der Sekundärwicklung (114).
  7. Regelbares Induktionstransformatorsystem mit

    einem regelbaren Induktionstransformator (10) mit einem Kern (12) zur Definition eines Spalts (38) zwischen einander gegenüberliegenden zweiten Enden (28, 32), wobei der Transformator eine Primärspannungseingangswicklung (112), eine Sekundärspannungsausgangswicklung (114) und eine Tertiärspannungsprüfungswicklung (120) aufweist, wobei die Sekundärwicklung zum Erzeugen eines Ausgangssignals eine erhöhte Spannung aufweist, bezogen auf die Spannung, die von der Primärwicklung empfangen wird, und wobei die Tertiärwicklung zum Erzeugen eines Signals eine reduzierte und proportionale Spannung aufweist, bezogen auf diejenige, die von der Sekundärwicklung erzeugt wird;

    einer Schlitteneinheit (16), die einen magnetischen Shunt (18) einschließt, der an dem Kern (12) entlang und variabel über den Spalt (38) beweglich ist, wobei der magnetische Shunt (18) eine Breite aufweist, die mindestens so groß ist wie der Spalt (38), um den Shunt (18) an dem Kern (12) entlang in eine bestimmte Position zu bewegen, die in einem Bereich von einer nicht abdeckenden Position, in welcher er den Spalt (38) nicht überdeckt, über Zwischenpositionen, in denen der Spalt (38) überdeckt wird, bis zu einer abdeckenden Position, in welcher der Shunt (18) den Spalt (38) überbrückt, liegt, um die Induktion der Sekundärwicklung (114) in geregelter Weise zu verändern, wobei sich ein magnetischer Isolator in dem Spalt (38) befindet; und

    Vorrichtungen zum Bewegen der Schlitteneinheit (16), um den magnetischen Shunt (18) an dem Kern (12) zu positionieren,

    gekennzeichnet durch

    – einen Kern (12) mit zwei C-förmigen Teilen (24, 34), die jeweils erste und zweite Enden (26, 28) gegenüber einem zugehörigen Ende (30, 32) des anderen C-förmigen Teils aufweisen, wobei ein Paar (26, 30) der gegenüberliegenden Enden an einem stumpfen Stoß (36) miteinander verbunden ist und das andere Paar (28, 32) gegenüberliegender Enden den Spalt (38) dazwischen definiert, und

    – eine Schlitteneinheit (16), die Vorrichtungen (40) zur Vorspannung des magnetischen Shunts (18) an den Kern (12) aufweist.
  8. Regelbares Induktionstransformatorsystem nach Anspruch 7, wobei die Bewegungsvorrichtung gekennzeichnet ist durch:

    einen Motor (20) mit einer Antriebswelle (22), die mit einem Gewinde in die Schlitteneinheit (16) eingreift, wobei die Antriebswelle in Uhrzeigerrichtung oder entgegen der Uhrzeigerrichtung drehbar ist, um den magnetischen Shunt (18), der von der Schlitteneinheit getragen wird, entlang dem Kern (12) in zwei Richtungen in eine gewünschte Position zu bewegen; und

    einen Regler (100) zur geregelten Stromversorgung des Motors (20).
  9. Regelbarer Induktionstransformator nach Anspruch 8, wobei der Regler (100) weiterhin gekennzeichnet ist durch:

    einen Phasendetektor (130) mit Eingängen, die mit den Eingangs- und Ausgangsseiten des Transformator (10) kommunizieren; und

    einen Servoverstärker (132) mit einem Eingang, der an einem Ausgang des Phasendetektors (130) angeschlossen ist, und einem Ausgang, der an einem Regelungseingang des Abstimmmotors (20) angeschlossen ist, um den Abstimmmotor in geregelter Weise mit Strom zu versorgen, so dass der magnetische Shunt (18) in eine Position entlang dem Kern (12) bewegt wird, so dass die Spannungssignale an den Eingangs- und Ausgangsseiten des Transformators sich in einem bestimmten Phasenverhältnis zueinander befinden.
  10. Regelbarer Induktionstransformator nach Anspruch 9, wobei der Servoverstärker (132) den Abstimmmotor in geregelter Weise mit Strom versorgt, so dass der magnetische Shunt (18) in eine Position entlang dem Kern (12) bewegt wird, so dass die Spannungssignale an den Eingangs- und Ausgangsseiten des Transformators sich miteinander in Phase befinden.
  11. Regelbarer Induktionstransformator nach Anspruch 9, wobei der Regler (100) weiterhin gekennzeichnet ist durch:

    einen zweiten Regeltransformator (110) mit einem Ausgang, der mit der Primärwicklung (112) des regelbaren Induktionstransformators (10) kommuniziert;

    einen Spannungsregelungsmotor (128) zum Einstellen der Ausgangsspannung des zweiten Regeltransformators (110);

    einen Gleichrichter (122) mit einem Eingang, der an der Tertiärwicklung (120) des regelbaren Induktionstransformators (10) angeschlossen ist; und

    ein Spannungsregelungs-Servogerät (126) mit einem ersten Eingang, der an einem Ausgang des Gleichrichters (122) angeschlossen ist, einem zweiten Eingang zum Empfang einer festen Referenzspannung, und einem Ausgang, der an einem Regelungseingang des Spannungsregelungsmotors (128) angeschlossen ist, wobei das Spannungsregelungs-Servogerät den Spannungsregelungsmotor mit Strom versorgt, um die Ausgangsspannung des zweiten Regeltransformators (110) so einzustellen, dass der Hochspannungsausgangswert des regelbaren Induktionstransformators (10) auf einem bestimmten Wert gehalten wird.
Es folgen 5 Blatt Zeichnungen






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