-
Regeleinrichtung zur stufenlosen Spannungsregelung an Stufentransformatoren
mittels durch Ringkern-Regeltransformator gespeistem Zusatztransformator Es sind
zahlreiche Regeleinrichtungen bekannt, bei denen die Grobstufen eines Anzapftransformators
durch zusätzliche Geräte mehr oder weniger feinstufig überbrückt werden und somit
ein möglichst leistungsloses Umschalten von Grobstufe zu Grobstufe erreicht werden
soll.
-
Alle diese Anordnungen benötigen neben dem Grobstufenwahlschalter
zur Ausregelung der Grobstufen des Anzapftransformators entweder mit Verlusten behaftete
Kombinationen von Drosseln und Widerständen oder Feinstufen-Regeltransformatoren,
deren Anzapfungen mit einem zweiten Stufenschalter oder einer kollektorähnlichen
Einrichtung verbunden sind. Dabei muß unterschieden werden, ob der Belastungsstrom
direkt über die Feinregelkontakte geschaltet oder aber durch Zwischenschaltung eines
Übersetzungstransformators geregelt wird.
-
Gleichgültig aber, ob direkte oder indirekte Regelung, der Aufwand
an Material und Verdrahtungsarbeit bei allen diesen Anordnungen ist groß, wenn eine
sehr feinstufige Regelung erforderlich ist.
-
Eine weitere bekannte Anordnung verwendet einen Ringkern-Regeltransformator
mit zwei parallelgeschalteten, auf je einem Halbkreisabschnitt des Ringkernes liegenden
Wicklungen. Der Regeltransformator liegt dabei direkt über die Grobstufen des Anzapftransformators
im Hauptstromkreis. Er kann dabei nur bis zur maximalen Belastbarkeit des Regelgliedes,
also etwa 50 Amp., belastet werden. Noch wesentlicher ist aber, daß bei der hier
angewendeten teilwicklungsweisen Belastung des Ringkernes durch nur einen Stromabnehmer
die Streuspannung desselben so hoch ist, daß die Ausgangsspannung sehr stark lastabhängig
ist.
-
Eine weitere bekannte Regeleinrichtung für hohe Belastungsströme arbeitet
so, daß der mit seiner Sekundärwicklung über die Grobstufen schaltbare Zusatztransformator
primär von einem Drehtransformator gespeist wird, dessen hohe Blindverluste aber
nur ähnliche Ergebnisse bringen, wie vorher beschrieben.
-
Ein bekannter Ringkern-Doppelregler würde kein anderes Ergebnis zeigen;
denn Ringkern-Transformatoren sind bekanntlich nur dann streuungsarm, wenn Primär-
und Sekundäramperewindungen in derselben Weise gleichmäßig am Kernumfang verteilt
sind. Bei ungleichmäßig verteilten Wicklungen und erst recht bei nur teilwicklungsweise
belasteten Regeltransformatoren sind die Streuflüsse .so hoch, daß eine Belastungsunabhängigkeit
nicht erreicht werden kann.
-
Eine Verbesserung der bisherigen Ergebnisse könnte die Anwendung genannter
Doppelregler bringen, wenn sie gemäß A b b.11 der Zeichnung mit zusätzlich aufgebrachten
Flußschubwicklungen ausgestattet wären.
-
Wenn nun in Betracht gezogen wird, daß praktisch alle Ringkernregler
größerer Leistung mit verhältnismäßig starken Vierkantdrähten und diese hochkant
und damit mit der Hand gewickelt werden müssen, so dürfte klar sein, daß diese Wicklungen
und die außerdem benötigten Flußschubwicklungen nur mit einem hohen Aufwand an Material
und Arbeitskosten erstellt werden können. Dazu kommt aber, daß die durch die Flußschubwicklungen
erzielte Erniedrigung der Streuspannung nur erkauft wird durch eine Erhöhung der
Kupferverluste, d. h. der Wirkkomponente der Kurzschlußspannung. Diese hat eine
gleichzeitige Erhöhung der Wicklungsverlustwärme zur Folge, die ohnehin beim Bau
von Ringkern-Regeltransformatoren mit allseitig von der Wicklung eingeschlossenem
Eisenkern eine Auslegungsgrenze darstellt.
-
Dabei wäre diese dem Stand der Technik entsprechende Lösung nur ein
kleiner Schritt zur Ideallösung, die von einem Stelltransformator fordert, daß er
über den ganzen Umfang seines Stellbereiches nur ähnlich niedrige Spannungsabfälle
aufweist wie ein Festtransformator für die jeweils eingestellte übersetzung.
-
Wenn man nun davon ausgeht, daß eine wirklich leistungslose Umschaltung
der Grobstufen nur bei Potentialgleichheit der zu schließenden oder zu öffnenden
Kontakte gewährleistet ist, so ist ohne Zweifel, daß die Lastabhängigkeit jeder
Zusatztransformator-Regeltransformator-Kombination von ausschlaggebender Bedeutung
ist. Diese Lastabhängigkeit
ist aber eine Frage der Kurzschlußspannung
des Zusatztransformators und der Steifheit des Feinstufenreglers, d. h. der Gesamtkurzschlußspannung
der Regelanordnung. Die Gesamtkurzschlußspannung niedrig zu halten, ist nicht nur
für das überschalten der Sekundärwicklung des Zusatztransformators auf den Grobstufen
erforderlich, sondern auch beim Regelvorgang zwischen den Grobstufen. Hier würde
eine hohe Kurzschlußspannung der in A b b. V oben dargestellten Leerlaufspannungskennlinie
eine Lastkennlinie verursachen, die dem Verlauf einer zu Berge steigenden durchhängenden
Freileitung entspräche, wobei der Durchhang von dem Verlauf des Spannungsabfalls
im Feinregelzusatz abhängig ist.
-
Mit der Erfindung wird angestrebt, allen bisher nur teilweise erfüllbaren
Wünschen nach Feinstufigkeit, Belastungsunabhängigkeit und hoher Belastbarkeit bei
leistungslos schaltendem und unterbrechungsfreiem Regelbereich nachzukommen. Die
Erfindung geht aus von einer Einrichtung zum Feinregeln der nur grobstufig veränderlichen
Abgriffsspannung eines Anzapftransformators durch Zu- und Gegenschalten der Sekundärwicklung
eines Zusatztransformators, dessen Primärwicklung über zwei um 180° versetzt und
durchdrehbar angeordnete Stromabnehmer eines Regeltransformators gespeist wird,
wobei die Wicklungsanzapfungen des Regeltransformators mit einer auf einem Kreisumfang
angeordneten Kontaktbahn so verbunden sind, daß auf dem Kreisumfang jeweils zweimal
dasselbe Potential auftritt und die Verbindungsleitungen jeweils zweier potentialgleicher
Kontaktbahnpunkte bei gerader Leitungsführung parallele Kreissehnen bilden. Bei
einer derartigen Einrichtung besteht die Erfindung darin, daß der Regeltransformator
ein an sich bekannter Ringkern-Transformator mit zwei parallelen, auf die beiden
Kreishälften verteilten Stromzweigen ist, dessen Kontaktbahn direkt durch die örtlich
blank gemachte Transformatorwicklung gebildet wird und daß die Kreissehnenverbindungsleitungen
mit den ihnen zugeordneten Wicklungsteilen Flußschubwicklungen bilden.
-
Der zur Überbrückung der Grobstufen dienende Zusatztransformator kann
in bekannter Weise mit beliebig niedriger Kurzschlußspannung hergestellt werden.
Er wird mit seiner Untersetzung an die Grobstufen angepaßt und durch einen Ringkern-Regeltransformator
gespeist, dessen am Umfang verteilte, örtlich blank gemachte Windungen eine nahezu
stufenlose Spannungseinstellung gestatten.
-
Dieser Ringkern-Regeltransformator wird derart aufgebaut, daß durch
Aufteilung seiner Wicklung in eine rechts und in eine links gewickelte Hälfte ein
an sich bekannter ringförmiger Zweischenkeltransformator mit parallelgeschalteten
Schenkeln entsteht, wie A b b. I zeigt, bei dem erfindungsgemäß nach A b b. III
die beiden parallelgeschalteten Wicklungshälften mit beliebig vielen, auf gleichem
Schenkelpotential angebrachten Querverbindungen versehen sind.
-
Dies hat zur Folge, daß die bei Belastung nur je eines Teiles beider
Schenkel - über zwei um 180° versetzte drehbar angeordnete Stromabnehmer -auftretenden
Flußverdrängungen vom gegenüberliegenden unbelasteten Teil des Nachbarschenkels
aufgefangen werden. Die durch die Querverbindungen entstehenden Wicklungsteile der
beiden Regelwicklungen wirken somit als Flußschubwicklungen. Sie vermitteln dem
Regler - bei Einsparung von Material und Fertigungskosten für zusätzliche Schubwicklungen
- eine bisher an Ringkernreglern unerreicht niedrige Kurzschlußspannung und damit
eine weitgehende Belastungsunabhängigkeit.
-
Darüber hinaus wird in an sich bekannter Weise erreicht, daß beim
stetigen Durchdrehen des Reglers in einer Richtung sich wiederholend eine von 0
nach -I- U..", steigende, dann wieder nach 0 fallende und nach -U2"@ax steigende
und wieder nach 0 fallende Speisespannung für den Zusatztransformator entnommen
werden kann. Diese von 0 mit Maximum veränderliche und in ihrer Phasenlage umkehrbare
Spannung ist infolge niedriger Windungsspannung des erfindungsgemäßen Ringkern-Transformators
schon fast als stufenlos anzusprechen und kann nach Untersetzung durch den Zusatztransformator
als stufenlos bezeichnet werden.
-
Die Erfindung ermöglicht somit bei Fortfall zusätzlicher Feinstufenschalter,
geringster Lastabhängigkeit und völliger Stufenlosigkeit eine kontinuierliche Spannungsänderung
bei Belastungsströmen, deren Höhe nur durch die Bauart des Stufenwahlschalters begrenzt
ist.
-
Das Beispiel einer kompletten Regelanordnung mit Stufentransformator
(Anzapftransformator) ST, Zu-
satztransformator ZT und Ringkern-Regeltransformator
RT ist im Prinzipschaltbild (Ab b. IV) dargestellt, wobei die Kreissehnenverbindungsleitungen
von RT nach der Erfindung (vgl. A b b. III) der Übersichtlichkeit wegen weggelassen
sind. Das leistungslose Weiterschalten des Grobstufenwahlschalters an
ST kann in bekannter Weise beim Drehen des Ringkern-Regeltransformators RT,
z. B. über Malteserkreuz, erfolgen. Der Regelvorgang selbst verläuft dann nach Diagramm
V wie folgt: Anfangsstellung = Reglerstellung 0, dabei Wahlschalterkontakt A auf
Stufe 0, Verbraucherspannung = 0, Regler rechts drehend nach -I- U2."" dabei steigt
Verbraucherspannung u-x auf halbe Spannung der Grobstufe 0-1 und Spannung A-B
=
Grobstufe 0-1. Nach dieser mechanischen 90°-Verstellung des Ringkern-Regeltransformators
folgt mittels Maltesers die Schließung des Wahlschalterkontaktes B auf Stufe 1,
danach Lösung .des Kontaktes A von Stufe 0. Spannung u-x bleibt während dieses Schaltvorgangs
unverändert, während der Verbraucherstrom jetzt über Verbindung B-1 fließt und sich
.die Spannung B-u = halbe Spannung B-A von Grobstufenspannung 0-1 subtrahiert. Beim
Weiterdrehen des Regeltransformators um weitere 90° wird die Spannung U2 und damit
auch A-B = 0, dadurch die Verbraucherspannung u-x = Grobstufenspannung
0-1.
-
Beim Weiterdrehen des Ringkern-Regeltransformators über die Nullstellung
kehrt sich die Phase der Spannung U2 um und damit auch die Phasenlage der Spannung
A-B. Spannung B-u addiert sich zur Grobstufe 0-1 zur 1,5fachen Grobstufenspannung.
Beim Erreichen der 270°-Drehung wird auch Spannung B-A = Grobstufe 1-2. Dann folgt
wieder mittels Maltesers die Schließung des Wahlschalterkontaktes A mit Stufe
2 und Lösung des Kontaktes B
von Stufe 1. Bei Drehung des Ringkern-Regeltransformators
von 270...360° Abnahme der Spannung Uz auf Null, mit Potentialverschiebung von Punkt
u auf Grobstufe 2. Von dieser Stellung ab wiederholt sich der Regelvorgang in gleicher
Weise, wobei also mit jeder weiteren Umdrehung des Ringkern
-Regeltransformators
mit zwei Malteser-Schritten bei 90° (450° usw.) und 270° (630° usw.) auch zwei Grobstufen
aasgeregelt werden.
-
Dieses Beispiel für Einphasenwechselstrom läßt sich in gleicher Weise
auch für Drehstrom anwenden. Hierbei werden dann sinngemäß drei Einphasen-Ringkern-Regeltransformatoren
gleichzeitig bewegt und drei Grobstufenschalter von diesen betätigt.