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Wahlschaltanordnung für Gleichspannungen
Zur stufenweisen Steuerung der Spannung von Gleichstrommaschinen oder beispielsweise auch zur Prüfung von Gleichstromgeräten bei wechselnder Betriebsspannung werden häufig Wahlschalter verwendet, mit denen die Verbraucher an fest vorgebbare Spannungsstufen angeschlossen werden können. Im allgemeinen ist es erforderlich, die Umschaltung von der einen auf die andere Spannungsstufe ohne Unterbrechung des Laststromkreises durchzuführen. Ferner hat die Schaltung oftmals nach einem vorgegebenen Spannungsprogramm zu erfolgen, etwa derart, dass nacheinander verschiedene Teilspannungen bis zur Nennspannung oder darüber hinaus an den Verbraucher gelegt werden müssen. In andern Fällen ist es
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Gegenstand der Erfindung ist eine Wahlschaltanordnung für Gleichspannungen, die erfindungsgemäss so aufgebaut ist, dass die einzelnen Sammelschienen eines Sammelschienensystems, die an Quellen konstanter Gleichspannung angeschlossen sind, wahlweise einzeln oder in beliebiger Kombination über Stufenschalter in Reihe an den Laststromkreis anschliessbar sind und der Stromkreis auf der Verbraucherseite über Gleichrichter ständig geschlossen ist. Als Gleichrichter dienen dabei zweckmässigerweise Halbleiterdioden. Dabei können die Sammelschienen entweder paarweise an galvanisch getrennte Spannungsquellen, z. B. Batterien oder Gleichstrommaschinen, angeschlossen werden, oder aber die einzelnen Sammelschienen sind jeweils zwischen die in Reihe liegenden Spannungsquellen geschaltet.
Die erste Anordnung erfordert zweipolige, die zweite Anordnung nur einpolige Stufenschalter, jedoch eine zusätzliche Potentialstabilisierung für die in Reihe liegenden Gleichrichterelemente, wenn nicht eine entsprechende Schaltfolge vorgesehen ist. In jedem Falle erfolgt die Umschaltung ohne Unterbrechung des Laststromkreises.
Für die Wirkungsweise der Wahlschaltanordnung nach der Erfindung ist es völlig gleichgültig, welche beliebige Schaltfolge gewählt, welche oder wieviele Stufen nacheinander oder gleichzeitig zu-oder abgeschaltet werden. Als Lastspannung ist immer genau die Summe aller eingeschalteten Stufen wirksam. Jeder Schalter braucht nur für die von einer Stufe gelieferte Leistung ausgelegt zu sein.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, dass keinerlei Wirkwiderstände zur Reduzierung der Spannung erforderlich sind und damit auch keine zusätzlichen Verlustleistungen auftreten können Gleichzeitig fällt damit auch ein die eingestellten Spannungswerte verändernder Einfluss des Laststromes fort.
Eine bestimmte Spannungsfolge lässt sich leicht verwirklichen, indem die einzelnen Spannungsquellen auf zweckmässige Werte derart geregelt werden, dass die erste die gewünschte niedrigste Spannung liefert, die Summe der ersten und zweiten die nächst höhere usw. Die Summe aller Spannungsquellen schliesslich ergibt den Nennwert. Anderseits ermöglicht die erfindungsgemässe Anordnung auch, mit einem Minimum an festen Spannungsquellen ein Maximum an verschiedenen Spannungsstufen einzustellen, indem beispielsweise die Werte der Spannungsquellen nach Zweierpotenzen gestaffelt werden.
Sieht man, einem weiteren Erfindungsgedanken gemäss, noch eine zusätzliche, wenigstens der kleinsten Spannungsstufe entsprechende kontinuierlich veränderbare Stufe vor, während alle übrigen Stu-
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fen nach Zweierpotentzen gestuft sind, so lassen sich Spannungswerte in stetiger Folge einstellen.
Ein weiterer Vorzug der Erfindung besteht darin, dass sich an das die unterschiedlichen Spannungen führende Sammelschienensystem eine beliebige, nur durch die Belastbarkeit der Spannungsquellen begrenzte Anzahl von elektrischen Verbrauchern anschliessen lässt, die gleichzeitig und unabhängig voneinander über individuelle Wahlschaltanordnungen mit beliebigen Spannungen gespeist werden können, eine Möglichkeit, die besonders im Prüffeld sehr vorteilhaft ist.
Die Erfindung wird an Hand der Schaltskizzen in den Fig. l und 2 näher erläutert.
Fig. l zeigt eine Wahlschaltanordnung nach der Erfindung für galvanisch getrennte Spannungsquellen mit zweiphasigen Speiseleitungen in jeder Stufe und Fig. 2 eine Wahlschaltanordnung nach der Erfindung für in Reihe liegende Spannungsquellen.
Nach Fig. l besteht das Sammelschienensystem beispielsweise aus sechs. Sammelschienen 1 - 6, die paarweise an die Gleichspannungsquellen 7 - 9, die hier als Gleichstrommaschinen dargestellt sind, an deren Stelle jedoch auch beispielsweise Batterien treten könnten, in der auf der Schaltskizze angegebenen Reihenfolge anschliessbar sind. An das Sammelschienensystem sind eine Reihe von Wablschaltanordnungen angeschlossen, von denen drei, mit 10,11 und 27 gekennzeichnet, dargestellt sind. Von den Sammelschienenpaaren 1, 2 bzw. 3, 4 bzw. 5, 6 fUhren die Leitungspaare 12, 13 ; 14, 15 und 16, 17 zu den zweipoligen Stufenschaltern 18, 19 und 20 der einzelnen Wahlschaltanordnungen 10, 11 und 27.
Die von der Sammelschiene 1 über den Schalter 18 führende Leitung 12 bildet den Minuspol 21, das Ende der die Schalter in Reihe verbindenden Leitung 39 den Pluspol 22 der Ausgangsklemmen, an die die Verbraucher über den Schalter 23 angeschlossen werden können. Damit der Laststromkreis auch bei geöffneten Stufenschaltern 18, 19 und 20 ständig geschlossen ist, sind dieselben verbraucherseitig erfindungsgemäss über Gleichrichterelemente 24, 25 und 26 verbunden.
Wie man sich an Hand des vorstehend beschriebenen Schaltbildes leicht klarmacht, lassen sich dem über den Schalter 23 anzuschliessenden Verbraucher mit der Anordnung nach Fig. l, wenn die Spannungsquellen 7, 8 und 9 unterschiedliche Spannungen liefern, sechs verschiedene Spannungen dadurch zuführen, dass entweder einer der Schalter 18 - 20 oder zwei von diesen oder alle Schalter 18 - 20 gleichzeitig geschlossen werden. Alle Umschaltungen erfolgen ohne Unterbrechung des Laststromkreises. Selbstverständlich kann die nach Fig. l nur mit drei Spannungsquellen 7, 8 und 9 sowie sechs Sammelschienen 1 - 6 und drei Wahlschaltanordnungen 10, 11 und 27 ausgerüstete Anordnung durch beliebig viele weitere Spannungsquellen und entsprechend zusätzliche Sammelschienenphasen und Wahlschaltanordnungen erweitert werden.
Fig. 2 zeigt eine andere Ausführung einer Gleichstrom-Wahlschaltanordnung nach der Erfindung. Die der Anordnung nach Fig. 1 entsprechenden Elemente sind mit den gleichen Zahlen gekennzeichnet.
Da nunmehr die einzelnen Spannungsquellen 7, 8 und 9 in Reihe geschaltet und die Sammelschienen 1, 2, 5 und 6 an die beiden äusseren Spannungsquellen 7 und 9 bzw. zwischen je zwei der Spannungquellen 7, 8 und 9 angeschlossen sind, werden nur (n/2 + 1) mal soviele Sammelschienen wie in der Anordnung nach Fig. l benötigt (n = 6 in der Anordnung nach Fig. l). Ausserdem können einpolige Stufenschalter 28, 29 und 30 in der mit 31 gekennzeichneten Wahlschaltanordnung verwendet werden. Die einzelnen Stufenschalter 28, 29 und 30 sind verbraucherseitig mit der Sammelschiene 1 und untereinander wieder erfindungsgemäss durch Gleichrichterelemente 24, 25 und 26 verbunden.
Die Wahlschaltanordnung 31 nach Fig. 2 leistet, wie man leicht erkennt, genau dasselbe wie die Wahlschaltanordnungen 10, 11 und 27 nach Fig. l. Zur Spannungsstabilisierung der in Reihe liegenden Gleichrichterelemente 24, 25 und 26, an denen ja, wenn nicht gerade alle aufeinanderfolgenden Schalter, angefangen von der kleinsten Spannungsstufe, geschlossen sind, keine definierten Einzelpotentiale liegen, dienen zweckmässigerweise die zu den Halbleiterdioden parallel liegenden Widerstände 32,33 und 34.
Als weitere Modifikation ist in Fig. 2 eine Wahlschaltanordnung 35 mit gegenseitiger Verriegelung der einzelnen Stufenschalter 36, 37 und 38 dargestellt. Mit ihr lässt sich nur das feste Spannungsprogramm schalten, das durch die Reihenschaltung der Spannungsquellen 7,7 + 8 sowie 7 + 8 + 9 gegeben ist. Bei dieser Schaltfolge entfällt eine Potentialstabilisierung für die Gleichrichterelemente 24, 25 und 26, da an jeder nur eine definierte Spannung liegen kann.
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