DE1260612B - Lastumschalter fuer Stufentransformatoren, bei dem die Lastumschaltung mit antiparallel geschalteten, gesteuerten Ventilen erfolgt - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

HOIf

HOIh
Deutsche Kl.: 21 d2- 53/03

Nummer: 1260 612

Aktenzeichen: A 37222 VIII b/21 d2

Anmeldetag: 19. April 1961

Auslegetag: 8. Februar 1968

Bei Transformator-Stufenschaltern werden zur ununterbrochenen Umschaltung von einer Anzapfung zur nächsten Anzapfung Lastschalter verwendet. Diese arbeiten mittels Uberschaltimpedanzen und Schaltkontakten. Dabei treten namentlich bei größeren Stufenleistungen erhebliche Schaltlichtbögen auf. Diese sind mit Nebenwirkungen verbunden, wie Abbrand der Kontakte, Zersetzung des Löschmittels, Verschmutzung, Gasbildung usw. Ferner ist es bekannt, die erforderlichen Umschaltkontakte zum Teil durch antiparallel gesteuerte Ventile, welche mit Haupt- und Hilfskontakten und einem Überschaltwiderstand zusammenarbeiten, zu ersetzen. Als Ventile kommen in Frage: gas- oder dampfgefüllte Entladungsröhren, insbesondere mit Zündstiftsteuerung (Ignitrons), Transistoren, Halbleiter-Thyratrons, Kaltkathoden-Röhren. Die Steuerung solcher Ventile erfordert in den meisten Fällen fremde Stromquellen, das ist besonders nachteilig, wenn der Lastschalter betriebsmäßig auf hohem Potential liegt, wie z. B. bei Stufenschaltern, bei Hochspannungstransformatoren, ferner sind Steuerkontakte für diese Ventile erforderlich, was ebenfalls unerwünscht ist.

Die Erfindung betrifft einen Lastumschalter für Stufehtransformatoren, bei dem die Lastumschaltung mit antiparallel geschalteten, gesteuerten Ventilen erfolgt, die mit Haupt- und Hilfskontakten und einem Uberschaltwiderstand zusammenarbeiten.

Die Erfindung besteht darin, daß für die Steuerung der Ventile ein ohne äußere Stromquelle arbeitender Impulsgenerator vorgesehen ist, dessen permanentmagnetischer Rotor mit dem Hauptumschalter gekuppelt ist und dessen Statorwicklungen über zu diesen in Reihe geschaltete Gleichrichter Zündimpulse für die steuerbaren Ventile abgeben.

Die Erfindung wird an Hand von zwei Ausführungsbeispielen erläutert.

F i g. 1 zeigt den Grundaufbau der Einrichtung, F i g. 2 eine erweiterte Ausführung.

In der Fig. 1 ist 1 der Stufentransformator mil den Anzapfungen seiner Regulierwicklung 31a, 31b ... Ferner sind 32 und 33 die Kontaktschienen des Wählers, auf denen die Wählkontakte 32« und 33 a über die Anzapfkontakte gleiten. Aufgabe der Einrichtung ist es, das Umschalten des Hauptumschalters 34 des Lastschalters stromlos erfolgen zu lassen. In der kurzen Zeit des Überschaltens fließt der Strom über die erfindungsgemäße Einrichtung. Für das Schalten des Hauptumschalters sowie die damit gekuppelten Hilfsschalter ist der Antrieb (Kraftspeicher) vorgesehen. An die Kontaktschienen 32 und 33 sind die festen Kontakte 34 a und 34 b des Lastumschalter für Stufentransformatoren,
bei dem die Lastumschaltung mit antiparallel
geschalteten, gesteuerten Ventilen erfolgt

Anmelder:

Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie., Baden

(Schweiz)

Vertreter:

Dr.-Ing. E. Sommerfeld, Patentanwalt,

8000 München 23, Dunantstr. 6

Als Erfinder benannt:

Karl Bühler, Nussbaumen (Schweiz)

Beanspruchte Priorität:

Schweiz vom 28. März 1961 (3677)

Hauptumschalters 34 angeschlossen. Am Umschaltkontakt 34 c des Hauptumschalters sind die antiparallel geschalteten steuerbaren Ventile 35 und 36 angeschlossen. Die Steuerung dieser Ventile erfolgt mittels des Impulsgenerators 37, mit dem Stator 37 a und dem Rotor 37 b; der Impulsgenerator arbeitet ohne äußere Stromquelle und kontaktlos. Der Rotor besitzt Permanentmagnete und ist mechanisch direkt mit dem Hauptumschalter 34 gekuppelt. Der Stator weist bestimmt verteilte Nuten auf. In diesen Nuten sind Spulen 21 α, 21 b und 22 a, 22 b untergebracht, wobei 21a, 22 a bzw. 21 b, 22 b diametral liegen. Mit diesen Spulen 21, 22 sind Gleichrichter 21 g, 22 g in Reihe geschaltet und bilden die Steuerkreise der Ventile 35 und 36. Über die Gleichrichter wird je nach Drehrichtung des Rotors das eine oder das andere Ventil gezündet. Die Zündung des jeweils anderen Ventils unterbleibt infolge der Sperrwirkung des betreffenden Gleichrichters. Als steuerbare Ventile werden zweckmäßig solche mit Quecksilberkathode und Zündstiftsteuerung (Ignitrons) verwendet. In den Spulen 21 α bis 22 b werden die Zündspannungsimpulse erzeugt. Ihre Impulsdauer hängt von der Größe des Polbogens des Rotors ab, indem jede Spule so lange induziert wird, als der Pol an dieser vorbei läuft. Je zwei Spulen 21 α, 22 α werden zusammen induziert. Welches der beiden Ventile je-

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weils zum Zünden kommt, hängt von der gerade vorhandenen Polarität des Wechselstromes an dem einen oder anderen Ventil ab. Die Spulen 21. .., 22 ... sind in die bestimmt verteilten Nuten eingelegt, so daß die Ventile innerhalb bestimmter Zeitabschnitte einer Umschaltung auf Durchlaß gesteuert sind. Hierüber ist später in der Beschreibung der Arbeitsweise mehr gesagt. Durch die Kupplung des Rotors mit dem Hauptumschalter erfolgt somit die Herstellung der Durchlaßbereitschaft in bestimmten Phasenlagen des Umschaltvorganges.

Mit dem Hauptumschalter sind weitere Schalter gekuppelt, so daß diese in bestimmten Zeitmomenten in Funktion treten. Es sind dies der Kommutationsschalter 38, der Widerstandsschalter 39 und die Überbrückungskontakte 42. Der doppelpolige Widerstandsschalter 39 ist so ausgeführt, daß die Drehkontakte in ihren Endlagen links und rechts keinen Kontakt machen. Die Kontaktgebung erfolgt in Zwischenstellungen während der Umschaltbewegung des Hauptumschalters 34.

Die elektrische Zusammenschaltung erfolgt in der Weise, daß der Umschaltkontakt 34 c des Hauptumschalters einerseits über antiparallel geschaltete steuerbare Ventile 35 und 36 und dem Kommutationsschalter 38 nach einer der Kontaktschienen 32 bzw. 33 führt, andererseits ist der Umschaltkontakt 34 c ebenfalls über einen Widerstand 41 und dem Vorwählschalter 40 sowie dem doppelpoligen Widerstandsschalter 39 nach einer der beiden Kontaktschienen schaltbar. Die Verbindung kommt aber nur während des Umschaltvorganges zustande, da die Schalter 39 in ihren Ruheendlagen offen sind. Somit führt der Widerstand 41 nur innerhalb der kurzen Umschaltzeit Strom. Parallel zu den Ventilen 35 und 36 liegen die Überbrückungskontakte 42. Diese sind in der Ruhelage 1 und 12 geschlossen. Durch ihre Kupplung mit dem Hauptumschalter öffnen sie nur während einer bestimmten Zeitdauer innerhalb eines Umschaltvorganges. Innerhalb dieser Zeit übernehmen die Ventile 35 und 36 die Stromführung. Die zum Zünden der Ventile nötige Spannung entsteht beim Öffnen der Überbrückungskontakte, indem an diesen Lichtbogen entstehen. Der dabei entstehende Lichtbogenspannungsabfall muß größer sein als die Zündspannung der Ventile.

Der entstehende Lichtbogenspannungsabfall an einem, zwei oder mehr hintereinandergeschalteten Überbrückungskontakten 42 bildet die vorübergehende Betriebsspannung an den Ventilen, solange diese noch nicht leitend sind. Die Lichtbogen erlöschen im Moment des Zündens der Ventile.

Die Wirkungsweise ist folgende: Im Ruhezustand fließt der Strom von der Transformator-Regulierwicklung31, z.B. von 31c über 32 nach 34a des Hauptumschalters 34. Der Vorwählschalter 40, welcher nicht mit dem Lastschalter gekuppelt ist, wird mit den Stufenkontakten zur Schaltvorbereitung auf 40 b gestellt. Beginnt der den Lastschalter betätigende Kraftspeicher abzulaufen, dann öffnet zunächst 34 a. Der Strom kann den Nebenweg über den noch geschlossenen Kontakt 38 a und 42 nehmen. Widerstandsschalter 39 b schließt den Widerstand 41 an die nächste Stufe 31 d. Am Widerstand 41 liegt nun eine Spannung in voller Höhe der Stufenspannung. Vom beweglichen Kontakt des Hauptumschalters ist damit eine Stromverbindung zur Wählerstufe 31 d, auf die umgeschaltet werden soll, hergestellt. Durch den so vorübergehend überbrückten Abschnitt der Regulierwicklung, fließt über die Überbrückungskontakte 42 und später über eines der Ventile 35 oder 36 ein durch den Widerstand 41 begrenzter Zirkulationsstrom. Die Zündstifte der Ventile 35 und 36 erhalten über die Wicklung 21a und 22 a des Impulsgenerators 37, der mit dem gleichen Kraftspeicher angetrieben wird, je einen Zündimpuls. Der Zeitablauf des Zündimpulses ist durch das Zeitdiagramm 18 dargestellt. In der Zeit von 1 bis 4 erfolgt der Anlauf des Impulsgenerators auf volle Geschwindigkeit, welche im Zeitpunkt 4 erreicht ist, damit ist auch die maximale Impulsspannung an den steuerbaren Ventilen vorhanden. Während der Zeit 4 bis 6 gibt der Impulsgenerator an die beiden Ventile diese Zündspannung ab. Die Zeit von 1 bis 6 ergibt sich aus der Breite des Poles gemäß dem halben Polbogenwinkel«. Noch während der Impulsdauer öffnen die in Serie geschalteten Überbrückungskontakte 42. Dadurch entsteht direkt an jeder Öffnungsstelle selber in bekannter Weise eine Lichtbogenspannung von je etwa 20 V. Diese 20 V genügen z. B. für das Zünden parallelliegender steuerbarer Halbleiterventile, so daß dann ein Schalter 42 genügt. Für gesteuerte Gas- oder Dampfentladungsgefäße ist jedoch eine wesentlich höhere Zündspannung nötig. In diesem Fall sind mehrere Kontakte, z. B. zwei in Serie, notwendig. Die sich dabei summierenden Lichtbogenspannungen an den Öffnungsstellen werden dafür benutzt, den parallelliegenden, in ihrer Ventilwirkung gegensinnig geschalteten Ventilen 35 und 36, die zu ihrer Zündung notwendige Anodenspannung zu liefern. Dabei übernimmt, je nach momentaner Spannungsrichtung eine der beiden Röhren den Strom. Der Zündimpuls hört nach Überschreiten der Stellung 6 auf, und der nächste Spannungs-Nulldurchgang bringt das leitende Ventil zum Sperren. Darauf wird der Kommutationsumschalter 38 nach 38 & auf die Stufe 31 d der Regulierwicklung stromlos umgeschaltet. Die Uberbrükkungskontakte 42 schließen. Der Widerstandsschalter 39 öffnet, und als Abschluß der Umschaltung schließt der Hauptumschalter 34 auf 34 b. Damit ist also die Verbindung vom Kontakt 31c auf den Kontakt 31 d umgeschaltet worden, wobei schon vor der eigentlichen Lastumschaltung und unabhängig davon der Wählerkontakt 33 α auf der Schiene 33 entlang auf den Kontakt 31 α" gelaufen ist.

In entsprechend umgekehrter Weise kann die Umschaltung wieder zurück auf 31 c oder in Weiterschaltung auf 31 e erfolgen.

Die in der Fig. 1 aufgezeigten Stellungen der Kontakte und der Zeitpunkte im Zeitdiagramm 18 beziehen sich auf die eine Drehrichtung der Kontakte und des Ankers des Impulsgenerators mit der Ausgangsstellung 1.

Der Impulsgenerator ist grundsätzlich wie ein Synchrongenerator aufgebaut. Die Zündspulen sind in Nuten mit bestimmter Winkelverteilung untergebracht. Der geblechte Statorkörper kann dazu nur mit den erforderlichen wenigen Nuten versehen sein. Es kann aber auch ein Statorkörper verwendet werden, mit über den ganzen Umfang gleichmäßig verteilten Nuten, wobei nur einzelne Nuten mit Wicklungen versehen sind, während die übrigen leer bleiben.

Jede einzelne hingehende oder rücklaufende Bewegung ist einer Lastumschaltung zugeordnet. Entsprechend kommen die Spulen 21a oder 21 b, bzw.

22 a oder 22 b über den jeweiligen vorgeschalteten Gleichrichter zur Zündwirkung.

Der Anlauf des Impulsgenerators muß in sehr kurzer Zeit innerhalb des der Ankerstellung entsprechenden Bogens 1 bis 4 im Zeitdiagramm 18 erfolgen. Dies erfordert entweder eine große Antriebskraft oder eine möglichst kleine Masse des Rotors.

Die beschriebene Schaltung hat noch den Nachteil, daß der Widerstandsschalter 39 beim Einschalten nicht ganz funkenfrei arbeitet. Um auch hier ein funkenfreies Einschalten zu erreichen, können, wie F i g. 2 zeigt, in Reihe mit dem Widerstand 41 zwei gegenparallel geschaltete gesteuerte Ventile 44 und 45 geschaltet werden. Ihre Zündung erfolgt erst, nachdem der Widerstandsschalter 39 bereits geschlossen ist, also, wenn der Kontakt von 1 auf 3 gelaufen ist. Für die Zündung von 44 und 45 sind auf dem Impulsgenerator 37 weitere Zündspulen 46 a/47 α und 46b/47b vorhanden. Auch die steuerbaren Ventile 35/36 erfordern zusätzlich Zündspulen 21 c/22c und 21d/22d, mit entsprechend vorgeschalteten Gleichrichtern. Die mit b und d bezeichneten Spulen sind für die Zündimpulsgabe bei Rücklauf des Ankers bestimmt. Ihre relative Verteilung im Stator ist in der F i g. 2 dargestellt. Das Zeitdiagramm 18 zeigt das Zünden der Ventile 35/36. Diese werden während des Überschaltvorganges zweimal gezündet. 19 ist das Zeitdiagramm des Zündens der steuerbaren Ventile 44/45.

Diese Schaltung mit vier steuerbaren Ventilen arbeitet beim Schließen der Umschaltkontakte gegenüber der Schaltung mit zwei steuerbaren Ventilen lichtbogenfrei und demzufolge abbrandfrei.

Der Schaltvorgang dieser erweiterten Einrichtung läuft wie folgt ab, wobei die eingetragenen Impuls-Zeitpunkte in den Zeitdiagrammen 18 und 19 sowie die momentanen Schalterstellungen von 1 bis 16 einer Überschaltung entsprechen:

1. Vorgängig den eigentlichen Lastüberschaltungen, schaltet der Vorwählschalter 40 von 40 a nach 40 b.

2. Der Hauptumschalter 34 öffnet (Stellung 2), der Strom fließt damit vom Wähler herkommend auf dem Nebenweg über den Kommutationsschalter38 und die Überbrückungskontakte 42.

3. Der Widerstandsschalter 39 b schließt (Stellung 3).

4. Die Ventile 35 und 36 erhalten je einen Zündimpuls (Zeitpunkt 4 bis 7 im Zeitdiagramm 18).

5. Die Überbrückungskontakte 42 öffnen und eines der Ventile 35 oder 36 führt Strom (Stellung 6).

6. Die Ventile 44/45 erhalten Zündimpulse (Zeitpunkt 5 bis 11, Zeitdiagramm 19). Eines der Ventile wird leitend; die Regulierwicklung zwischen den Stufenkontakten 31c und 31 d wird über den Widerstand 41 geschlossen. Es fließt ein Zirkulationsstrom.

7. Der Zirkulationsstrom fließt solange wie der Zündimpuls für die Ventile 35, 36 andauert und dann im nächsten Nulldurchgang das gezündete Ventil gelöscht hat (spätestens Zeitpunkt 8).

8. Der Kommutationsschalter 38 schaltet stromlos den Nebenkreis mit den Ventilen 35, 36 an die nächste Wählerstufe (Stellung 8 auf 9).

9. Ventile 35, 36 erhalten ein zweites Mal Zündimpulse. Eines dieser Ventile leitet (Zeitpunkt 10 bis 13).

10. Der Widerstand 41 wird im nächsten Nulldurchgang nach Ende des Zündimpulses (Zeitpunkt 11) über die Ventile 43, 44 abgeschaltet.

11. Die Überbrückungskontakte 42 schließen und löschen die Ventile 35, 36 (Stellung 12).

12. Der Widerstandsschalter 39 b öffnet (Stellung 14).

13. Der Hauptumschalter 34 schließt (Stellung 15).

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Lastumschalter für Stufentransformatoren, bei dem die Lastumschaltung mit antiparallel geschalteten, gesteuerten Ventilen erfolgt, die mit Haupt- und Hilfskontakten und einem Überschaltwiderstand zusammenarbeiten, dadurch gekennzeichnet, daß für die Steuerung der Ventile (35, 36, 44, 45) ein ohne äußere Stromquelle arbeitender Impulsgenerator (37) vorgesehen ist, dessen permanentmagnetischer Rotor (376) mit dem Hauptumschalter (34) gekuppelt ist und dessen Statorwicklungen (21, 22, 46, 47) über zu diesen in Reihe geschaltete Gleichrichter (21g, 22 g, 46 g, 47 g) Zündimpulse für die steuerbaren Ventile (35, 36, 44, 45) abgeben.

2. Lastumschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu den antiparallelen gesteuerten Ventilen (35, 36) Überbrückungskontakte (42) vorgesehen sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 722 993, 724 712;
schweizerische Patentschriften Nr. 161159,
224490, 336 496.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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