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Umformer, elektrischer

[707] Umformer, elektrischer (Transformator), Apparat, welcher eine Spannung oder Stromart in eine andre umwandelt. Man unterscheidet Transformatoren für Gleichstrom, Gleichstrom-Wechselstrom und Wechselstrom.

Ein Gleichstromtransformator [3] besteht aus zwei miteinander gekuppelten Dynamomaschinen, von denen die eine als Motor läuft und mit dem umzuwandelnden Strom gespeist wird, während die andre, als Dynamo wirkende Maschine, Strom von der gewünschten Spannung liefert. – Die Wechselstrom-Gleichstrom-Umformer bestehen in der Regel ebenfalls aus zwei miteinander verbundenen Maschinen, wovon die eine als Wechselstrommotor, die andre als Gleichstromdynamo läuft. – Der Wechselstrommotor kann ein synchroner oder auch ein asynchroner Motor sein und mit ein- oder mehrphasigem Wechselstrom gespeist werden. Rechnet man den Wirkungsgrad der Dynamo zu 0,92 und ebenso groß den des Motors, so ist der des Aggregats 0,92 ∙ 0,92 = 0,85. Wesentlich vorteilhafter in bezug auf den Wirkungsgrad arbeiten die Einankerumformer. Das sind gewöhnliche Gleichstrommaschinen mit Schleifringen (s. Drehstrom). Werden zwei Schleifringe auf die Achse gesetzt, die bei der zweipoligen [707] Maschine mit zwei um 180° voneinander entfernt liegenden Lamellen verbunden sind, so eignet sich diese Maschine zur Entnahme von einphasigem Wechselstrom; bringt man jedoch vier Schleifringe an und verbindet sie mit Punkten der Wicklung, die um je 90° voneinander entfernt sind, so erhält man zwischen je zwei Schleifringen, die mit gegenüberliegenden Punkten verbunden sind, zwei einphasige Wechselströme oder sogenannten zweiphasigen Wechselstrom. Entnimmt man dagegen den Strom von zwei Schleifringen, bei denen die Verbindungspunkte der Wicklungen nur um 90° voneinander entfernt sind, so hat man es mit vierphasigem Strom zu tun. Drei Schleifringe, mit drei um 120° voneinander entfernt liegenden Punkten der Wicklung verbunden, geben Drehstrom. Einer derartigen Maschine kann man, wenn sie mechanisch angetrieben wird, sowohl Gleich- als auch Wechselstrom entnehmen [6]. Man kann sie aber auch als Gleichstrommotor laufen lassen und ihr dann Wechselstrom entnehmen (Gleichstrom-Wechselstrom-Umformer). Schickt man dagegen zu den Schleifringen Wechselstrom hinein, so erhält man am Kollektor Gleichstrom. Da der Gleichstrom die Richtung der elektromotorischen Kraft des Ankers besitzt, der zugeführte Wechselstrom ihr aber entgegenwirkt, so fließt im größten Teile der Ankerwicklung nur die Differenz der Ströme, so daß der Stromwärmeverlust bei einem Drehstrom-Gleichstrom-Umformer wesentlich geringer ist, als wenn der mechanisch angetriebenen Gleichstrommaschine derselbe Strom entnommen würde. Der Wirkungsgrad eines solchen Einankerumformers ist infolgedessen sehr hoch. Zwischen der E.M.K. (elektromotorischen Kraft) des Gleichstromes und der des Wechselstromes besteht ein ganz bestimmtes Verhältnis, das von dem Quotienten Polbogen: Polteilung abhängt. Ist f_g dieses Verhältnis, so ist e' = f_g E, wo e' die E.M.K. des Wechselstromes und E die des Gleichstromes bezeichnet. Um daher dem Umformer die gewünschte Gleichstromspannung zu entnehmen, muß ihm der Wechselstrom mit einer bestimmten Spannung zugeführt werden, wozu noch ein Transformator erforderlich ist, der die gegebene Wechselstromspannung auf die verlangte Spannung reduziert. Immerhin bleibt der Wirkungsgrad des Umformeraggregats noch sehr hoch, etwa 0,92. Als ein weiterer Nachteil muß das unbequeme Ingangsetzen des Umformers von der Wechselstromseite aus angesehen werden, da der Umformer als Synchronmotor angelassen wird (s. Motor, elektrischer, Bd. 6, S. 500).

Den Vorzug beider Systeme ohne deren Nachteile vereinigt der Kaskadenumformer von Bragstad und La Cour. Derselbe besteht aus einem Drehstrommotor, der mit einer Gleichstrommaschine gekuppelt ist. Die Wicklung des Läufers ist mit der Wicklung des Gleichstrommotors in bestimmter Weise verbunden, so daß ein Teil des Wechselstromes direkt in Gleichstrom umgewandelt wird, während ein andrer Teil als mechanische Energie zum Antrieb der Gleichstrommaschine benutzt wird. – Das Prinzip wird durch die Fig. 1 erläutert. Es sind S die drei Phasen des Stators, denen der Drehstrom zugeführt wird. Die drei Läuserphasen L sind mit ihren Enden zu drei Schleifringen geführt, die ihrerseits mit einem gewöhnlichen dreiphasigen Anlasser in Verbindung stehen. Die Anfänge dagegen führen zu drei Punkten a, b, c des Gleichstromankers, denen an den Bürsten A und B Gleichstrom entnommen wird. Ist die Polzahl von Motor und Dynamo die gleiche, so läuft der Motor mit der halben Tourenzahl, die er als Drehstrommotor allein machen würde. Die Hälfte des eingeleiteten Drehstromessektes wird in mechanische Energie verwandelt und zum Treiben der Gleichstrommaschine benutzt, die andre Hälfte wird direkt in Gleichstrom umgeformt. Die Umformung auf die richtige Wechselanspannung geschieht im Drehstromläufer, so daß ein Transformator nicht erforderlich ist. Der Anlauf erfolgt, wie bei jedem Drehstrommotor, mit Hilfe des Anlassers R. Der Wirkungsgrad ist hoch, da gewöhnlich nur zwei Lager vorhanden sind, und der Stromwärmeverlust im Gleichstromanker ist klein wegen der entgegengesetzten Richtung der beiden Ströme.

Ein Wechselstromtransformator [1]–[3] besteht im wesentlichen aus zwei Wicklungen, die auf einem gemeinsamen Eisenkern angebracht sind. In die eine Wicklung, die primäre, wird Wechselstrom von der ungeeigneten Spannung eingeleitet und aus der andern Wicklung, der sekundären, Strom von geeigneter Spannung entnommen.

Fig. 2 stellt den einfachsten Fall eines solchen Transformators dar. Die Spule a erhält von der Wechselstrommaschine M Strom, und die entstehenden Kraftlinien durchdringen die Spule b. Die Anzahl der Kraftlinien ändert sich in derselben Weise wie der in die Spule a eingeleitete Strom und erzeugt hierdurch (s. Induktion) in den Windungen der Spule b elektromotorische Kräfte, deren Größe sich wie folgt berechnen läßt. – Es bezeichne E₂ die in der Spule b erzeugte mittlere elektromotorische Kraft, ξ₂ ihre Windungszahl, ~ die Anzahl der Perioden des Wechselstromes, N₀ die von der Spule a während einer halben Periode erzeugte maximale Kraftlinienzahl, so folgt E₂ aus der allgemeinen Formel E = (N₂ – N₁)/(T ∙ 10⁸) Volt. Hier ist zu setzen N₁ = N₀, N₂ = – N₀, ξ = ξ₂ und T, die Zeitdauer einer halben Periode, = 1/2~, mithin E₂ = – (2 N₀ ξ₂ 2~)/10⁸ Volt. Bei sinusförmigem Verlaufe des Wechselstromes hängt aber der mittlere Wert E mit dem durch Wechselstrominstrumente angezeigten sogenannten effektiven Wert e₂¹ zusammen durch die Formel

so daß der effektive Wert der[708] sekundären elektromotorischen Kraft e₂¹ = (4,44 N₀ ξ₂ ~)/10⁸ Volt wird. Dieselben Kraftlinien, welche durch die sekundäre Spule gehen, durchsetzen aber auch die primäre und bringen dort eine elektromotorische Kraft der Selbstinduktion hervor, deren Größe e₁¹ = (4,44 N⁰ ξ₁~)/10⁸ Volt ist. Durch Division beider Gleichungen erhält man e₁¹ : e₂¹ = ξ₁ : ξ₂, d.h. die elektromotorischen Kräfte verhalten sich wie die zugehörigen Windungszahlen. Ist z.B. e₁¹ = 2000 Volt, ξ₁ = 1000 Windungen und soll e₂¹ = 100 Volt werden, so muß ξ₂ = (100 ∙ 1000)/2000 = 50 Windungen sein. Bei dem in Fig. 2 dargestellten Transformator durchdringen jedoch nicht alle in der primären Spule erzeugten Kraftlinien die sekundären Windungen, sondern ein Teil derselben wird zwischen den beiden Spulen austreten, so daß für die Wirkung der sekundären Spule eine Anzahl Kraftlinien durch Streuung verloren gehen. Um die Streuung auf ein möglichst geringes Maß herabzudrücken, ordnet man die beiden Spulen in der Regel nicht neben, sondern übereinander an (Fig. 3) oder man teilt sowohl die primäre als auch die sekundäre Wicklung in eine Anzahl Abteilungen (Fig. 4); die mit p bezeichneten Spulen tragen die primäre Wicklung, die mit s bezeichneten die sekundäre. Der Eisenkern besteht bei allen Wechselstromtransformatoren zur Vermeidung von Wirbelströmen aus übereinander gelegten dünnen, durch Seidenpapier oder Lack voneinander isolierten Blechen von 0,3 bis 0,5 mm Stärke. – Die bisher besprochenen Formen besitzen einen sehr großen magnetischen Widerstand, weil ja die Kraftlinien den größten Teil des Weges in der Luft zurücklegen müssen, und brauchen deshalb zur Erzeugung der erforderlichen Kraftlinien einen verhältnismäßig starken Leerlaufstrom, welcher in den Zentralen den Betrieb großer Maschinen auch dann nötig macht, wenn die sekundäre Leistung der Transformatoren gleich Null ist. Außerdem wird hierdurch der Verlust durch Stromwärme in den Leitungen ein bedeutender, da er ja vom Quadrate der Stromstärke abhängt. Swineburne hat den Leerlaufstrom durch Parallelschalten eines Kondensators zum Transformator [2] verringert; doch ist dieses Verfahren wegen der geringen Haltbarkeit der Kondensatoren nicht nachgeahmt worden, und man baut statt dessen Transformatoren mit geschlossenem magnetischem Kreise, wodurch der genannte Uebelstand vermieden wird.

Je nach der Bauart unterscheidet man Kerntransformatoren (Fig. 5) und Manteltransformatoren (Fig. 6).

Die Herstellung der Kerntransformatoren erfolgt auf zweierlei Art. Entweder man legt die Bleche so übereinander, daß an den Enden eine Art Verzapfung entsteht (Fig. 7), oder man setzt auf die Spulenkerne (Fig. 5), deren Endflächen gut bearbeitet sind, nach Aufschieben der Spulen die für sich hergestellten Joche J auf. Das Zusammenpressen der Bleche sowie der Joche erfolgt durch isolierte Bolzen. Damit an den Preßstellen Wirbelströme vermieden werden, unterläßt man auch häufig die Bearbeitung der Preßstellen und legt ein Blatt Papier zwischen dieselben. Die Windungen werden sowohl primär als auch sekundär auf beide Kerne gleichmäßig verteilt.

Die Manteltransformatoren werden am besten in der Weise hergestellt, daß man Bleche von der in Fig. 9 dargestellten Form stanzt, dieselben bei e aufschneidet und dann die Ecken a umbiegt, wie Fig. 8 zeigt. Nachdem diese Bleche in die fertig gewickelten Spulen abwechselnd von rechts und links eingesetzt sind, werden die Ecken a wieder zurückgebogen. Man kann jedoch auch gegen den Kern, der die Wicklung trägt, zwei -förmig gestaltete Joche pressen. Die Fig. 10 stellt einen Manteltransformator für einphasigen Wechselstrom dar. Die Windungen werden, soweit sie nicht in das Eisen eingebettet sind, durch besondere Gehäuse G vor Begnadigungen geschützt. Bei Drehstromtransformatoren sind drei Kerne vorhanden, auf die die Wicklung der drei Phasen kommt. Die Kerne liegen meistens in einer Ebene, können aber auch nach Fig. 11 angeordnet werden. Fig. 12 zeigt einen Transformator der letzten Art. Wie aus der Figur zu erkennen ist, besteht die Hochspannungsspule aus drei einzelnen [709] Spulen, damit ein Durchschlagen von Drahtlage zu Drahtlage vermieden wird. Man geht davon aus, daß der Spannungsunterschied zweier übereinander liegender Drähte 100–150 Volt nicht überschreiten soll. Der Spannungsunterschied zweier Drähte ist der Quotient e'₁ : ξ₁; hieraus ergibt sich dann die Anzahl der Unterteilungen der Hochspannungsspüle.

Die Effektverluste eines Transformators setzen sich zusammen: a) Aus den Verlusten durch Stromwärme in den primären und sekundären Windungen. Dieselben sind i₁²w₁ und i₂²w₂, wenn i₁ und i₂ die effektiven Stromstärken, w₁ und w₂ die zugehörigen Widerstände bezeichnen, b) Aus dem Verluste durch Hysteresis. Dieser ist E = η₀ V B₀^1,6 ~ 10-⁷ Watt, wo V das Volumen in cm³ ~ die Periodenzahl, B₀ die maximale Induktion im Eisen und η einen Koeffizienten bezeichnet, der für gewöhnliche Transformatorenbleche 0,002–0,0012 und für legierte Bleche 0,0007 gesetzt werden kann. Um den Hysteresisverlust klein zu erhalten, muß B₀ klein, etwa zwischen 4000 und 7000 bei gewöhnlichen Blechen und bis 11000 bei legierten Blechen gewählt werden, c) Aus den Verlusten durch Wirbelströme. Dieselben können durch Verwendung dünner Bleche auf ein geringes Maß herabgedrückt werden. Für die Berechnung des Verlustes durch Wirbelströme kann man die Gleichung [3] E_w = (2 bis 2,5) (∆ ~ B₀)²/10¹⁰ V Watt benutzen, wo ∆ die verwendete Blechstärke in Millimetern und V das Eisenvolumen in Kubikdezimetern bezeichnet. Das Güteverhältnis oder der Wirkungsgrad ist dann: η = sekundärer Nutzeffekt: primär eingeleiteter Effekt. Bei großen Transformatoren steigt dieses Verhältnis bis 0,98 und erreicht auch bei kleinen den Wert 0,94.

Bei Zentralen bleiben die Transformatoren primär dauernd angeschlossen, so daß die Eisenverluste, das sind die Verluste durch Hysteresis und Wirbelströme, das ganze Jahr hindurch auftreten, während sekundär der Transformator nur einige hundert Stunden in Betrieb ist. Infolgedessen ist für die Zentrale der Jahreswirkungsgrad maßgebend, das ist das Verhältnis: sekundäre Nutzarbeit während eines Jahres dividiert durch primär aufgewendete Arbeit während eines Jahres. Dieses Verhältnis wird groß, wenn der Eisenverlust klein gemacht wird. Da aber in diesem Falle der Transformator aus wenig Eisen, aber vielen Windungen bestehen muß, so erhöht sich der Widerstand der primären und sekundären Wicklungen und somit auch der Spannungsabfall, so daß es erforderlich wird, solche Transformatoren bei wechselnder Belastung nachzuregulieren, um die sekundäre Spannung konstant zu halten. – Die unter a, b, c erwähnten Verluste setzen sich in Wärme um und erhöhen hierdurch die Temperatur des Transformators so lange, bis die zugeführte Wärme gleich der abgeführten wird. Da die letztere jedoch proportional der Temperaturerhöhung und proportional der ausstrahlenden Oberfläche wächst, so muß die Oberfläche des Transformators in einem bestimmten Verhältnis zu den Verlusten stehen, wenn nicht die Temperaturerhöhung eine so bedeutende werden soll, daß sie die Isolation der Drähte gefährdet. Nach den Vorschriften des Verbandes deutscher Elektrotechniker darf die Temperaturerhöhung 60° C. nicht überschreiten.

Nach Versuchen von G. Kapp [1] ergibt Fig. 13 den Zusammenhang zwischen Temperaturerhöhung und der Anzahl von Quadratzentimetern Oberfläche für 1 Watt Effektverlust, welches in Wärme umgesetzt wird. Sind z.B. für jedes Watt Effektverlust 20 cm 2 Oberfläche vorhanden, so ergibt die Figur eine Temperaturerhöhung von 75° C, wenn der Transformator in einem Kalten ohne besondere Kühlung steht; wird derselbe hingegen mit Oel gefüllt, so steigt die Temperatur nur noch auf 55° C. an. Da die Transformatoren jedoch nicht dauernd vollbelastet sind, so gestalten sich die Verhältnisse etwas günstiger, d.h. die maximalen Temperaturen erreichen nicht die in Fig. 13 angegebenen Werte. Berechnungen von Transformatoren findet man in [3] und eine hiervon abweichende in [7]. Die Eigenschaften eines Transformators ergeben sich am deutlichsten aus dem von G. Kapp aufgestellten Transformatordiagramm [1], aus dem die folgenden Sätze zu entnehmen sind:

1. Wird ein Transformator sekundär induktionsfrei belastet, so ist auch der primäre Leistungsfaktor ungefähr gleich Eins, es ist also der eingeleitete Effekt E₁ = e'k₁ i₁. Der sekundäre E₂ = e'k₂i₂, demnach ist der Wirkungsgrad η = e' k₂ i₂/e' k₁ i₁.

2. Die primäre Ampèrewindungszahl ist angenähert ebenso groß wie die sekundäre i₁ ξ₁ = i₂ ξ₂.

Zum Anlassen von Wechselstrommotoren verwendet man häufig einspulige oder Autotransformatoren, welche aus einer einzigen Spule mit Eisenkern bestehen, an deren Enden die Einleitung des primären Stromes stattfindet. Der sekundäre Strom wird abgeleitet an dem einen Ende der Spule und an einer Stelle, die von diesem Ende, je nach der gewünschten Spannung, mehr oder weniger weit entfernt ist. Man erhält hierdurch in der sekundären Leitung Ströme, die wesentlich größer sein können als der Strom, den die Zuleitungen führen.

Zum Betriebe von Motoren eignet sich der mehrphasige Wechselstrom (s. Wechselstrom) besser als der einphasige, und man verwandelt daher nach dem Verfahren von Galileo Ferraris und Riccardo Arnò einphasigen Wechselstrom in mehrphasigen mittels eines Verschiebungstransformators. – Es bedeute nach [4] Fig. 14 einen Zweiphasenmotor, gebildet aus zwei Drahtspulen AA¹ und BB¹, die sich in rechten Winkeln kreuzen und aus einer in sich selbst kurz geschlossenen Armatur K (Kurzschlußanker). Schickt man durch AA¹ und BB¹ zwei[710] Wechselströme, welche einen Phasenunterschied von 90° gegeneinander haben, so beginnt die Armatur K sich zu drehen im Sinne der Rotation des magnetischen Feldes, welches seinerseits durch die Uebereinanderlagerung der beiden, durch die zwei Ströme hervorgebrachten, wechselnden Magnetfelder zustande kommt. Dementsprechend läßt sich zeigen, daß, wenn man die Armatur K sich drehen läßt, während ein Wechselstrom in einer der beiden Wicklungen, z.B. in einer Spule AA¹, kreist, dadurch in den beiden Spulen AA¹ und BB¹ zwei wechselnde elektromotorische Kräfte erzeugt werden, die einen Phasenunterschied von einer Viertelperiode gegeneinander besitzen. Wenn nun die Ohmschen Widerstände der beiden Wicklungen gering sind, so hat man auch zwischen den Spannungsdifferenzen an den Enden von AA¹ und BB¹ eine Phasendifferenz von annähernd 90°. Wenn man das Verhältnis zwischen den Windungszahlen der Spulen BB¹ und AA¹ passend wählt, kann man außerdem erreichen, daß die beiden elektromotorischen Kräfte irgend ein gewünschtes Verhältnis zueinander haben. Auf diese Art repräsentiert der Apparat einen wirklichen Transformator, von welchem AA¹ die primäre und BB¹ die sekundäre Wicklung ist. Dieser Transformator kann, wie jeder gewöhnliche Transformator, irgend ein beliebiges Transformationsverhältnis haben, unterscheidet sich jedoch vom gewöhnlichen Transformator darin, daß die Phasen der elektromotorischen Kraft, der Klemmenspannung und der Stromstärke in der sekundären Spule um eine Viertelperiode differieren gegen diejenigen, welche man unter sonst gleichen Umständen in der sekundären Spule eines gewöhnlichen Transformators haben würde. Zur Aufrechterhaltung der notwendigen Drehung der Armatur ist kein weiterer Apparat notwendig. Dieselbe wird auf die passende Geschwindigkeit gebracht, und sobald diese erreicht ist, läuft die Armatur wie die Armatur eines gewöhnlichen asynchronen Einphasenmotors.

Scott verwandelt einen zweiphasigen Strom in einen Drehstrom auf folgende Weise: In einer Maschine M (Fig. 15) wird ein zweiphasiger Wechselstrom erzeugt und in zwei Transformatoren T₁ und T₂ geleitet. Die sekundäre Wicklung des Transformators T₁ ist mit der Mitte O der sekundären Wicklung von T₂ verbunden, während die Anfänge zu den Klemmen K₁, K₂, K₃ geführt sind. Die sekundäre Windungszahl von T₂ wird so berechnet, daß an den Klemmen K₂ K₃ die gewünschte Spannung e¹ herrscht. Berechnet man jetzt die sekundäre Windungszahl von T₁ derart, daß die Spannung O K₁ = ¹/₂√3 e¹ wird, so entnimmt man den Klemmen K₁, K₂, K₃ dreiphasige Wechselströme. – Nach Scott erreicht man hierdurch eine leichtere Regulierbarkeit der Spannung, wenn gleichzeitig Lampen und Motoren eingeschaltet sind. – In den Zentralen muß, dem Spannungsverlust entsprechend, die Klemmenspannung der Maschinen reguliert werden können, wodurch aber gleichmäßig die Spannungen in allen Speiseleitungen, die von der Zentrale ausgehen, geändert werden. Um diese Aenderung nur auf eine bestimmte Speiseleitung zu beschränken, bedient man sich des Spannungserhöhers (Boosters) von G. Kapp [1].

In Fig. 16 sind C die Sammelschienen der Zentrale, S die Speiseleitung, in welcher die Spannung erhöht werden soll, T der zugehörige Transformator und V die von ihm versorgte Verteilungsleitung. Die primäre Wicklung des Spannungserhöhers B ist an die Sammelschienen angeschlossen; die sekundäre ist in einzelnen Abteilungen hergestellt, deren Enden zu Kontakten führen, auf welchen ein mit der Leitung S verbundener Kontakthebel s schleift. In der gezeichneten Stellung erhält die primäre Wicklung des Transformators T die Spannung der Sammelschienen C. Dreht man jedoch den Hebel s nach rechts, so wird die Spannung erhöht um die elektromotorische Kraft der eingeschalteten Abteilungen der sekundären Wicklung von B, welche Erhöhung so bemessen ist, daß der Spannungsverlust in der Leitung ausgeglichen wird. Andre Konstruktionen in [1] und [3]. – Zur Messung des Wechselstromes verwendet man in Wechselstromanlagen häufig Stromwandler (Transformatoren), welche den Vorteil bieten, daß bei Hochspannung das Meßinstrument in den Niederspannungskreis zu liegen kommt.

Unter die Umformer kann man auch die sogenannten Drosselspulen rechnen, welche den Wechselstrombogenlampen als Vorschaltwiderstand dienen, um die überschüssige Spannung zu vernichten. Sie bestehen aus einigen Windungen Kupferdrahts, die auf einen unterteilten Eisenkern gewickelt sind. Man verwendet die Drosselspulen auch in Parallelschaltung zu hintereinander geschalteten Glühlampen. Wird in diesem Falle eine Glühlampe schadhaft, so erlöschen nicht sämtliche Lampen, sondern der Strom geht durch die parallel geschaltete Drosselspule. – Die größte derartige Anlage ist am Kaiser-Wilhelms-Kanal ausgeführt, wo 250 Glühlampen von je 25 V Spannung hintereinander geschaltet sind unter Parallelschaltung einer Drosselspule zu jeder Lampe.

Schaltung. Mehrere Transformatoren werden meistens sowohl primär als auch sekundär parallel geschaltet. Man kann sie jedoch auch primär hintereinander verbinden, sie müssen aber in diesem Falle besonders berechnet sein, da sonst beim Ausschalten der Belastung eines Transformators die Spannung sehr bedeutend gesteigert werden müßte, um konstante Stromstärke zu halten [7].[711]

Für manche Zwecke schaltet man die Transformatoren primär parallel und sekundär hintereinander, wodurch sich die Spannungen addieren, – Bei Drehstromtransformatoren kann man die Wicklungen eines Transformators entweder beide in Stern oder in Dreieck schalten. Auch eine gemischte Schaltung ist üblich. So wählt man z.B. primär Dreieckschaltung, wenn sekundär Sternschaltung mit vierter Leitung verwendet wird, um für Lampen die Spannung e' : √3 zu erhalten. Durch die gemischte Schaltung wird bei gleicher Belastung der drei Zweige der beste Spannungsausgleich erzielt. Demselben Zweck dient auch die sogenannte Zickzackschaltung. Die primären Windungen werden in Sternschaltung verbunden. Die sekundären Windungen eines jeden Kerns bestehen aus zwei Spulen, die nach dem Schema der Fig. 17 zu verbinden sind.

Zu den Umformern sind auch die Wechseln Tomgleichrichter von Grätz, Cooper Hewitt und Koch zu rechnen.

Gleichrichter von Grätz. Leitet man einen Gleichstrom durch eine Zersetzungszelle, bei welcher die eine Elektrode aus

Aluminium, die andre aus Kohle oder einer Bleiplatte besteht, so geht der Strom nur dann durch die Zelle, wenn der positive Pol mit der Kohle verbunden ist, Als Elektrolyt eignen sich Kalium- oder Natriumalaun, Phosphorsäure und viele andre Flüssigkeiten. Durch Hintereinanderschalten mehrerer Zellen kann man einem Strome von beliebiger Spannung den Durchgang verwehren. Schaltet man also eine derartige Zelle oder Zellenbatterie in den Stromkreis einer Wechselstrommaschine, so werden von den Stromwellen nur diejenigen durchgelaufen, bei welchen die Kohle die Anode bildet, so daß der Wechselstrom ABCDEFGHJ (Fig. 18) in den gleichgerichteten Strom ABC EFG verwandelt wird. Will man auch die Wellenstücke CDE und GHJ erhalten, so braucht man nur die in Fig. 19 dargestellte Schaltung anzuwenden. In derselben bedeuten W die Wechselstrommaschine, Z die Aluminiumkohlezellen, und zwar mögen die langen Striche die Aluminiumplatten, die kurzen die Kohle- oder Bleiplatten vorstellen, und L eine Lampenbatterie, in welcher der gleichgerichtete Strom fließen soll. Während der einen halben Periode ist a die positive Klemme, und es fließt der Strom über a, c, A, B, d nach b; während der nächsten halben Periode ist b positiv, und der Strom fließt jetzt über e, A, B, f nach a.

Im Gleichrichter von Cooper Hewitt wird eine Quecksilberdampflampe verwendet, bei der die Kathode sich ähnlich wie die Aluminiumplatte verhält. Die Schaltung zeigt Fig. 20. Der Wechselstrom wird zu 1 und 2 zugeführt, der sich bei 5 und 6 zu zwei Drosselspulen abzweigt. Zwischen 1 und 5 sowie 2 und 6 fließt intermittierender Gleichstrom, zwischen 3, 4 konstanter Gleichstrom. – Der Gleichrichter von Koch (Fig. 21) besteht aus einem polarisierten Relais R, das im Nebenschluß zur Stromquelle G liegt. Fließt während einer halben Periode ein Strom durch die Windungen desselben, welcher den vorhandenen Magnetismus schwächt, so wird der Kontakt bei A geschlossen, und es gelangt während dieser Zeit Strom durch die zu ladende Batterie B. Kehrt der Wechselstrom seine Richtung um, so tritt bei A Stromunterbrechung ein. Der Kondensator C und die Selbstinduktion L dienen zur Aufhebung der Phasenverschiebung zwischen dem Ladestrom und dem Strom im Nebenschluß. Der Widerstand W₁ ist zur Regulierung da [5]. Berechnungen von Transformatoren in [3], [7].

Literatur: [1] Kapp, G., Transformatoren für Wechsel- und Drehstrom, Berlin 1905. – [2] Feldmann, C., Wirkungsweise der Wechselstromtransformatoren, Leipzig 1909. – [3] Holzt, Schule des Elektrotechnikers, Leipzig 1909. – [4] Ferraris, G. und Arno, R., Ein neues System zur Verteilung der Energie mittels Wechselströmen (übersetzt von Heim), Hannover 1896. –, [5] Elektrotechn. Zeitschr., Berlin 1908. – [6] Arnold, Wechselstromtechnik, Berlin 1909. – [7] Vieweger, Aufgaben nebst Lösungen, Mittweida 1908.

Holzt.

Fig. 1.

Fig. 2.

Fig. 3., Fig. 4., Fig. 5., Fig. 6.

Fig. 8., Fig. 9.

Fig. 7., Fig. 11.

Fig. 10.

Fig. 12.

Fig. 13.

Fig. 14.

Fig. 15.

Fig. 16.

Fig. 17.

Fig. 18., Fig. 19.

Fig. 20.

Fig. 21.