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Anordnung zur Spannungssteuerung bei Stufentransformatoren Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Spannungssteuerung bei Stufentransformatoren. Während man früher zur Lastumschaltung eine Regeleinrichtung benutzte, die aus Lastumschalter und an den Stufenanzapfungen der Regelwicklung entlang schaltenden Wählern besteht, ist man neuerdings, seitdem hochsperrende und hochbelastbare Halbleiterstromtore erhältlich sind, dazu übergegangen, diese zur Lastumschaltung bei Stufentransformatoren heranzuziehen. Beispielsweise wurde eine Anordnung bekannt, bei der mit Hilfe zweier Stromtorgeräte eine Lastumschaltung ohne Verwendung von überschalt- widerständen möglich ist.
Dabei sind die Stromtorgeräte in den Zuleitungen zu den beiden Wählern, die ihre übliche Funktion erfüllen, eingeschaltet.
In manchen Fällen, insbesondere wenn das Schaltwerk sehr schnell und sehr häufig betätigt werden muss, wie z. B. bei Lokomotiv- und Triebwagentransformatoren oder wenn nur wenige Stufen notwendig sind, wie z. B. bei Niederspannungsnetztrans- formatoren unmittelbar vor dem Verbraucher, ist die Verwendung eines Wählers nicht befriedigend, da im ersten Fall dieser durch das häufige und schnelle Schalten starken mechanischen Beanspruchungen ausgesetzt ist und im zweiten Fall ist bei der geringen zu schaltenden Stufenzahl und den meist nur kleinen Transformatoren, z. B.
Verteilungstransformatoren, bei denen die Spannung nur um einige Prozent ge- ändert wird, der Wähler samt seinem komplizierten Aufbau zu aufwendig, insbesondere wenn noch verlangt wird, dass die Spannungsregelung automatisch vor sich gehe.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anordnung zur Spannungssteuerung von Stufentransformatoren anzugeben, die die vorerwähnten Nachteile vermeidet und die insbesondere ohne Wähler arbeitet. Erfindungsgemäss sind jeder Wicklungsstufe zwei steuerbare Stromtorgeräte zugeordnet und diese sind in Reihenschaltung zwischen den beiden Wicklungsenden einer jeden Stufe eingeschaltet, während beim Zusammenschalten mehrerer Stufen jeweils das Wicklungsende der einen Stufe an die Verbindungsleitung zwischen den Stromtorgeräten der nächstfolgenden Stufe angeschlossen wird, so dass jede einzelne Stufe entweder in den Lastkreis eingeschaltet oder kurzschlussfrei überbrückt wird,
wobei die einzelnen Stromtorgeräte so ausgebildet und bemessen sind, dass sie die Stufenspannung sperren und wenigstens den Laststrom durchlassen.
Die erfindungsgemässe Anordnung arbeitet z. B. unter Verzicht auf Wähler ausschliesslich mit Stromtoren. Dadurch wird ein beliebig schnelles und häufiges Schalten möglich, ohne dass, wie bei den bisherigen Anordnungen, sich Verschleisserscheinungen zeigen.
Anhand der Zeichnung, die in Fig. 1 eine bekannte, mit Stromtoren ausgerüstete Umschaltanord- nung innerhalb einer Stufe im Schema zeigt und in Fig. 2 den Aufbau einer erfindungsgemässen Schaltanordnung für die Reihenschaltung mehrerer Transformatoren zeigt, wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. In Fig. 1 bezeichnet 1 einen Teil der Regelwicklung mit den beiden einander benachbart liegenden Anzapfungen 2 und 3.
Auf diesen stehen die beweglichen Wählerkontakte 20 bzw. 30, an die wieder die Stromtorgeräte 4 bzw. 5 angeschlossen sind, die untereinander und mit der abgehenden Lastleitung 6 verbunden sind. Je nach dem Erregungs- zustand sperren die Stromtore in bekannter Weise die Stufenspannung oder lassen den Laststrom durch. Wenn das Gerät 4 beispielsweise erregt ist, ist dieses geöffnet, während gleichzeitig das. Gerä 5 unerregt
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bleibt und damit geschlossen ist.
Der Laststrom fliesst in diesem Fall aus der Transformatorwicklung über die Anzapfung 2 und das Gerät 4 in die Lastleitung 6. Am Gerät 5 liegt die Stufenspannung. Wird nun die Erregung des Geräts 4 abgeschaltet, dann sperren die Stromtore im nächsten Laststromnulldurchgang. Wird sodann einige Mikrosekunden später das Gerät 5 gezündet, dann übernimmt dieses den Laststrom, während am Gerät 4 die Stufenspannung abfällt.
In dieser kurzen Umschaltzeit wird der in der Nähe des Nulldurchgangs nur geringe Stromstärke erreichende Laststrom durch die nicht weiter dargestellten Steuerkreise in bekannter Weise aufgenommen, wodurch die erwähnte Zündung bewirkt wird und das Auftreten von Überspannungen vermieden wird.
Sind nun mehrere derartige Stufen, wie in Fig. 1 dargestellt und beschrieben, ohne Verwendung eines Wählers derart zusammengeschaltet, dass die einzelnen Stromtorgeräte keine höhere Spannung als die Stufenspannung zu sperren und keinen höheren Strom als den Laststrom durchzulassen brauchen, dann ist eine Kaskadenschaltung gemäss Fig. 2 anzuwenden. In dieser Figur ist 1 eine Transformatorwicklung mit beispielsweise vier Stufen 11, 12, 13, 14.
Jeder dieser Stufenwicklungen sind jeweils zwei steuerbare Stromtorgeräte zugeordnet und diese sind in Reihenschaltung je zwischen den beiden Wicklungsenden der einzelnen Stufenwicklungen eingeschaltet. Beispielsweise sind der Stufenwicklung 11 die beiden Stromtorgeräte 211 und 212 zugeordnet und sinngemäss die Stromtorgeräte 221 und 222 der Wicklung 12, die Stromtorgeräte 231 und 232 der Stufenwicklung 13 und schliesslich die Geräte 241 und 242 der Stufenwicklung 14.
Mit 3 ist die abgehende Lastleitung bezeichnet, die an das Ende der Stufenwicklung 14 angeschlossen ist, Mit UGe., ist die zwischen der Zuleitung 30 und der abgehenden Lastleitung 3 anstehende Spannung angedeutet und weiter ist U die Spannung am Wicklungsteil 1, Usti, Usts, Usts und U,g die Spannung der Stufen 11 bis 14. Die Zusam- menschaltung der einzelnen Wicklungsteile ist in der Weise durchgeführt, dass jeweils das Wicklungsende der vorangehenden Wicklungsstufe an die die beiden Stromtore verbindende Leitung der nächstfolgenden Wicklungsstufe angeschlossen ist, z.
B. ist die Wicklungsstufe 11 an die Verbindungsleitung 50, die die beiden Stromtore 221 und 222 miteinander verbindet, angeschlossen. Zur Erklärung der Wirkungsweise ist angenommen, dass die Geräte 211, 221, 231, 241 nicht erregt und damit geschlossen sind, während die Geräte 212, 222, 232, 242 erregt sein sollen und damit geöffnet sind. In diesem Falle fällt an den Geräten 211 bis 241 die jeweils zugehörige Stufenspannung ab und der Laststrom fliesst über die Geräte 212 und 242 zur abgehenden Lastleitung 3. In diesem Zustand ist die Spannung UGee = U. Zur Erhöhung der Spannung wird nun in der bei der Erläuterung der Fig. 1 geschilderten Weise das Stromtorgerät 211 gezündet.
Hierauf fliesst der Laststrom über das Gerät 211 und die Stufenwicklung 11 sowie über die Geräte 222, 232 und 242 in die abgehende Lastleitung 3. Die Lastspannung beträgt nunmehr UGe" ü U + Usti. Auf gleiche Weise können nacheinander alle weiteren Stufen ein- und auch wieder ausgeschaltet werden. Vorteilhaft ist, dass alle Stromtorgeräte bei dieser Anordnung nur jeweils ihre zugehörige Stufenspannung zu sperren brauchen.
Besonders hervorzuheben ist, dass diese Anordnung praktisch, d. h. bis auf einige Hilfskontakte der Steuerkreise, deren Lebensdauer aber beliebig hoch gemacht werden kann, völlig verschleissfrei arbeitet, da alle mechanisch bewegten Teile, insbesondere auch alle beweglichen Starkstromkontakte sowie ein kompliziertes Aussetzgetriebe vermieden sind. Die Lebensdauer wird damit fast unbegrenzt hoch, wozu noch kommt, dass ein schnelles Durchschalten aller Stufen, z. B. innerhalb weniger Halbwellen, durchführbar ist, weil sich die Umschaltzeit beliebig klein wählen lässt.
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Arrangement for voltage control in step transformers The invention relates to an arrangement for voltage control in step transformers. Whereas in the past a control device was used for load switching, which consists of a diverter switch and selectors that switch along the step taps of the control winding, recently, since high-blocking and heavy-duty semiconductor current gates have become available, they have been used for switching loads on step transformers. For example, an arrangement has become known in which, with the aid of two current gate devices, load switching is possible without the use of switchover resistors.
The current gate devices are switched on in the supply lines to the two selectors that fulfill their usual function.
In some cases, especially when the rear derailleur has to be operated very quickly and very frequently, such as B. in locomotive and railcar transformers or if only a few stages are necessary, such. B. with low-voltage network transformers directly in front of the consumer, the use of a selector is not satisfactory, because in the first case this is exposed to strong mechanical stresses due to the frequent and fast switching and in the second case, with the small number of stages to be switched and usually only small transformers, e.g. B.
Distribution transformers, in which the voltage is only changed by a few percent, are too expensive for the voter and its complicated structure, especially if it is still required that the voltage regulation take place automatically.
The object of the invention is to provide an arrangement for voltage control of step transformers which avoids the aforementioned disadvantages and which in particular works without a selector. According to the invention, two controllable current gate devices are assigned to each winding stage and these are connected in series between the two winding ends of each stage, while when several stages are interconnected, the winding end of one stage is connected to the connecting line between the current gate devices of the next stage, so that each individual stage either switched on in the load circuit or short-circuit-free bridged,
wherein the individual current gate devices are designed and dimensioned so that they block the step voltage and at least let the load current through.
The inventive arrangement works z. B. waiving voters exclusively with electricity gates. As a result, switching is possible as quickly and frequently as desired, without showing signs of wear, as in the previous arrangements.
The invention is explained in more detail, for example, with the aid of the drawing, which in FIG. 1 shows a known switching arrangement equipped with current gates within a stage in the scheme and in FIG. 2 shows the structure of a switching arrangement according to the invention for the series connection of several transformers. In FIG. 1, 1 denotes a part of the control winding with the two taps 2 and 3 lying adjacent to one another.
The movable selector contacts 20 and 30, respectively, to which the current gate devices 4 and 5 are connected, which are connected to one another and to the outgoing load line 6, stand on these. Depending on the state of excitation, the current gates block the step voltage in a known manner or let the load current through. If the device 4 is excited, for example, this is open, while at the same time the device 5 is de-excited
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remains and is therefore closed.
In this case, the load current flows from the transformer winding via the tap 2 and the device 4 into the load line 6. The step voltage is applied to the device 5. If the excitation of the device 4 is now switched off, the current gates block in the next load current zero crossing. If the device 5 is then ignited a few microseconds later, it then takes over the load current, while the step voltage drops on the device 4.
In this short switching time, the load current, which only reaches a low current strength in the vicinity of the zero crossing, is absorbed in a known manner by the control circuits, which are not shown further, thereby causing the mentioned ignition and avoiding overvoltages.
If several such stages, as shown and described in Fig. 1, are interconnected without the use of a selector in such a way that the individual current gate devices do not need to block a voltage higher than the stage voltage and do not have to let a higher current than the load current through, then a cascade circuit according to Fig 2 apply. In this figure, 1 is a transformer winding with, for example, four stages 11, 12, 13, 14.
Each of these step windings is assigned two controllable current gate devices and these are connected in series between the two winding ends of the individual step windings. For example, the two current gate devices 211 and 212 are assigned to the step winding 11 and analogously the current gate devices 221 and 222 of the winding 12, the current gate devices 231 and 232 of the step winding 13 and finally the devices 241 and 242 of the step winding 14.
3 designates the outgoing load line, which is connected to the end of the step winding 14, UGe., The voltage between the supply line 30 and the outgoing load line 3 is indicated and U is the voltage at the winding part 1, Usti, Usts, Usts and U, g are the voltage of stages 11 to 14. The interconnection of the individual winding parts is carried out in such a way that the winding end of the preceding winding stage is connected to the line of the next winding stage connecting the two current gates, e.g.
B. the winding stage 11 is connected to the connecting line 50, which connects the two current gates 221 and 222 to one another. To explain the mode of operation, it is assumed that the devices 211, 221, 231, 241 are not energized and thus closed, while the devices 212, 222, 232, 242 are supposed to be energized and are thus open. In this case, the associated step voltage drops across devices 211 to 241 and the load current flows via devices 212 and 242 to the outgoing load line 3. In this state, the voltage UGee = U. To increase the voltage, the Explanation of the manner shown in FIG. 1, the current gate device 211 is ignited.
The load current then flows through the device 211 and the step winding 11 and through the devices 222, 232 and 242 into the outgoing load line 3. The load voltage is now UGe "ü U + Usti. In the same way, all further steps can be switched on and off one after the other It is advantageous that all current gate devices only need to block their associated step voltage in this arrangement.
It should be emphasized that this arrangement is practical, i. H. Except for a few auxiliary contacts of the control circuits, whose service life can be made as long as desired, works completely wear-free, since all mechanically moving parts, in particular all moving high-voltage contacts and a complicated intermittent gear are avoided. The service life is thus almost unlimited, and there is also the fact that quick switching through all stages, e.g. B. within a few half-waves, is feasible because the switching time can be selected as small as desired.