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Umformer

[818] Umformer, elektrische. Die Umformer haben in den letzten Jahren prinzipielle Aenderungen nicht erfahren. Nur ist ihre Leistung bedeutend gestiegen.

So hat man Einankerumformer für 4000 Kilowatt Leistung gebaut, die Stoßleistungen von über 10000 Kilowatt ertragen. Die Quecksilberdampf-Gleichrichter werden gleichfalls bis 1000 Kilowatt Leistung gebaut, bestehen jedoch bei diesen Leistungen nicht aus Glas, sondern aus Metall. Näheres hierüber in [1].

Auch bei den Wechselstromtransformatoren zur Umwandlung einer gegebenen Spannung in eine andere, bewegen sich die Fortschritte nur in der Richtung der Erhöhung der Spannung und Vergrößerung der Leistung. So ist ein Prüftransformator für eine Spannung von 500000 Volt von der Westinghouse Elektrizitätsgesellschaft gebaut worden, dessen Hochvoltwicklung aus 60 Spulen besteht, die so miteinander verbunden sind, daß die Spulen höchsten Potentials sich in der Mitte der Eisenkerne befinden, während die an den Jochen des Kerntransformators liegenden Spulen dem geerdeten Ende der Wicklung angehören [2]. Die Kühlung eines Transformators mit beträchtlicher Leistung ist eine künstliche. Bei nicht zu hohen Spannungen werden die Transformatoren in Gefäße gestellt, durch die man dauernd Luft hindurchbläst. Bei höheren Spannungen stellt man die Transformatoren in mit Oel gefüllte Gefäße. In den Gefäßen befinden sich Kühlröhre, durch die dauernd kaltes Wasser fließt.

Stufentransformatoren nennt man Umformer, deren sekundäre Spannung sich in gewissen Grenzen ändern läßt. Man erreicht die Aenderung, indem man, vom Ende der Wicklung gerechnet, eine gewisse Anzahl von Windungen zu besonderen Kontakten abzweigt, ähnlich wie dies bei einer Akkumulatorenbatterie mit einzelnen Zellen durch einen Zellenschalter geschieht. Zwischen dem Anfang der Wicklung und einem solchen Kontakt wird die gewünschte Spannung abgenommen.

Prinzipiell Neues bieten die Transformatoren, die die gegebene Periodenzahl des Netzes in eine höhere umformen. So verwandelt Spinelli Drehstrom von niedriger Periodenzahl ~, wie er sich für Bahnzwecke am besten eignet (etwa 13–17), in einen einphasigen Wechselstrom von der Periodenzahl 3 ~, der gestattet, Lampen, ohne daß sie flimmern, zu brennen. In Fig. 1 seien I, II, III die drei Kerne eines Drehstromtransformators, die senkrecht zur Papierebene stehen und die primären Wicklungen tragen, deren Enden e₁, e₂, e₃ in Stern- oder Dreieckschaltung verbunden sind. Die Joche, parallel zur Papierebene, liegen auf den Kernen und schließen so den Weg der Kraftlinien. Ein Kern IV verbindet die beiden Joche, und auf ihm liegt die sekundäre Wicklung mit den Enden R₁ R₂. Die Kraftlinien des Drehstromes, die durch den Kern einer Phase gehen, ändern sich während der Zeit einer halben Periode von +N₀ auf –N₀, und zwar sind die Maxima der drei Kerne stets um ¹/₃ der der Periode zeitlich gegeneinander verschoben. Bei kleinen Induktionen im Eisen ist die Summe der Kraftlinien in jedem Augenblick gleich Null (die Südmagnetismen als minus gerechnet, wenn die Nordmagnetismen plus sind), durch den Kern IV fließen in diesem Falle keine Kraftlinien. Ist jedoch die Eiseninduktion sehr hoch, so kann der betreffende Kern das Kraftlinienmaximum N₀ nicht aufnehmen, ein großer Teil der Kraftlinien fließt durch den Kern IV zu den beiden andern Kernen zurück, und in Kern IV kommt ein Kraftfluß von dreifacher Periodenzahl zustande, durch den in den sekundären Windungen eine EMK von dreifacher Periodenzahl entsteht. Um bei den hohen Kerninduktionen die Eisenverluste nicht zu groß werden zu lassen, muß legiertes Blech verwendet werden [3].

Die Erzeugung von Wechselströmen von 100000 Perioden und mehr unmittelbar durch Maschinen, flößt wegen der außerordentlich hohen Tourenzahlen, die man aufwenden muß, auf Schwierigkeiten, die sich vermeiden lassen durch Transformatoren, die die Periodenzahl erhöhen. Schickt man[818] z.B. einen Wechselstrom von 12000 Perioden, der sich noch leicht erzeugen läßt, in einen Transformator, der die Periodenzahl verdoppelt, so genügt eine dreimalige Verdopplung, um den gewünschten Wechselstrom von 96000 Perioden zu erhalten. Das Prinzip eines solchen Periodentransformators wird durch Fig. 2 angedeutet [4]. Die Maschine erzeugt Wechselstrom von der Periodenzahl ~, der in die beiden hintereinandergeschalteten Spulen S₁' und S₁'' zweier Kerntransformatoren geschickt wird. Die sekundären Windungen S₂' und S₂'' sind gleichfalls hintereinandergeschaltet und führen Wechselstrom von der Periodenzahl 2 ~, wenn die Spulen S₃' und S₃'' durch Gleichstrom so stark erregt sind, daß die hierdurch hervorgebrachten Kraftlinien das Eisen fälligen. Um dies klarzumachen, diene Fig. 3. In ihr stelle die Kurve I eine Periode des primären Wechselstromes vor, die Kurve II bedeute den konstanten Gleichstrom, während die Kurve III den Kraftlinienverlauf im Transformator I der Fig. 2 andeutet. Während der ersten halben Periode addieren sich die Werte der Kurven I und II; wegen der hohen Eisensättigung, die aber schon durch den Gleichstrom hervorgerufen ist, nimmt die Kraftlinienzahl im Kern jedoch nur sehr wenig zu. In der zweiten Hälfte der Periode subtrahieren sich I und II und das bewirkt eine saß proportionale Aenderung der Kraftlinienzahl mit der Stromstärke. Die Aenderung der Kraftlinienzahl ruft aber in den Windungen S₂' eine EMK hervor, die durch die Kurve IV in Fig. 3 dargestellt wird. Man erkennt, daß zwischen B und C eine ganze Periode der sekundären EMK liegt, die Periodenzahl sich also verdoppelt hat. Während in der ersten halben Periode, also zwischen A und B, die EMK in S₂' nahezu Null ist, hat sie in dieser Zeit in S₂'' den zwischen B und C dargestellten Verlauf. Es ist also während der ersten halben Periode des primären Stromes die Spule S₂'', während der anderen Hälfte die Spule S₂' wirksam. Die Drosselspulen D_I und D_II sollen verhindern, daß durch die von S₂' resp. S₂'' erzeugten Kraftlinien in S₃' resp. S₃'' ein Wechselstrom entsteht.

Literatur: [1] Elektrot. Zeitschr. 1911, S. 1, 1912, S. 1164, 1913, S. 253, 284, 1479. – [2] Ebend. 1913, S. 186. – [3] Ebend. 1913, S. 102. – [4] Schule des Elektrotechnikers, Bd. IV.

Holzt.

Fig. 1.

Fig. 2., Fig. 3.