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Lastumschalter für Stufentransformatoren oder -drosseln Beim Schalten
von Stufentransformatoren und Schrittschaltwerken allgemein wird während des Schaltvorganges
für kurze Zeit zwischen den betreffenden Stufen eine Querverbindung hergestellt.
Um den dadurch auftretenden Querstrom verhältnismäßig klein zu halten, werden in
den Querverbindungsstrom Begrenzungswiderstände (überschaltwiderstände) eingebaut.
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Beispielsweise ist in der deutschen Patentschrift 824517 ein
Zellenschalter für Akkumulatorenbatterien mit einer Haupt- und Hilfsbürste für Ladung
oder Entladung beschrieben. Dabei hält die Hilfsbürste während des Umschaltens der
zu- oder abzuschaltenden Schaltzellen den Lade- oder Entladestromkreis aufrecht.
In die Verbindungsleitung zwischen Haupt- und Hilfsbürste ist weiterhin ein Sperrventil
so eingeschaltet, daß ein Entladestrom zwischen den zu- oder abzuschaltenden Zellen
nicht auftreten kann, aber der umzuschaltende Ladestrom oder Entladestrom in Durchlaßrichtung
des Ventils auch während des Schaltvorganges aufrechterhalten bleibt.
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Hinsichtlich der genannten überschaltwiderstände besteht aber noch
eine weitere, der erstgenannten entgegengesetzten Forderung, nämlich, daß in dem
Zeitraum, in dem der Gesamtlaststrom über den Widerstand fließt, an diesen und damit
am geöffneten Schalter der einen Stufe keine zu große Spannung entstehen darf, d.
h., in diesem Augenblick sollen die überschaltwiderstände einen möglichst kleinen
Ohmwert haben. Die gleichzeitige Erfüllung beider Forderungen bereitet gelegentlich
Schwierigkeiten. Eine Reihe von Lösungsmöglichkeiten ist bereits bekannt.
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Beispielsweise ist in der deutschen Patentschrift 741173 eine Lastumschalteinrichtung
für Stufentransformatoren beschrieben. Diese hat aber zwei wesentliche Nachteile:
Die in die Querverbindung zwischen den jeweiligen Stufen eingebauten Strombegrenzungswiderstände
sind ständig eingeschaltet, so daß dauernde Querstromverluste nicht vermieden werden
können. Außerdem entsteht bei jedem Schalten der Lastschalter in diesen ein Lichtbogen,
so daß die Kontakte der Lastschalter schnell verzundert werden.
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Wegen Gegenläufigkeit der Anforderungen an einen Stufenschalter, die
durch die Verwendung von überschaltwiderständen mit festen Ohmwerten nur für einen
geringen Belastungsbereich erfüllt werden können, versuchte man statt der Festwiderstände
veränderliche Widerstände zu verwenden. In der deutschen Patentschrift
875543 wurden deshalb bereits überschaltwiderstände mit entsprechend dem
Strom-Spannungs-Verhältnis veränderlichem Widerstandswert für die Lastumschaltung
vorgeschlagen. Diese veränderlichen Widerstände erfüllen ihren Zweck jedoch nur
bei Normallast der betreffenden Lastumschalter. Bei Abweichungen vom normalen Betriebszustand
infolge von Überströmen oder überspannungen jedoch treten auch hierbei schädliche
Auswirkungen auf den Lastumschalter und das zugehörige Schaltschrittwerk auf.
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Bei einem nicht vorbekannten weiteren Lastschalter sind die üblichen
konstantohmigen Überschaltwiderstände ebenfalls durch veränderliche Widerstände,
jedoch mit progressiv steigender Strom-Spannungs-Kennlinie ersetzt (deutsche Patentschrift
1146191). Dabei wurde gleichzeitig vorgeschlagen, die progressiv steigende Charakteristik
durch Kombination verschieden geschalteter, veränderlicher und konstanter Widerstände
den verschiedenen Lastbereichen des Umschalters anzupassen. Diese Anpassung kann
aber nur dadurch erreicht werden, indem vor jedem Schalten die Widerstände passend
zum Lastbereich eingestellt werden. Daher war auch diese Lösung unbefriedigend.
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Im Hauptpatent 1240 987 ist ferner ein sprunghaft betätigter Lastumschalter
für Stufentransformatoren oder -drosseln vorgeschlagen worden. Dabei sind während
der Lastumschaltung in ihrem Widerstandswert kontinuierlich veränderbare überschaltwiderstände
aus Halbleiterwerkstoff verwendet. Die überschaltwiderstände sind magnetfeldabhängig,
und die Änderung ihres Widerstandswertes wird durch Steuerung
eines
Magnetfeldes in Abhängigkeit vom Umschaltvorgang bewirkt.
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Durch die Erfindung soll der Gegenstand des Hauptpatents weiter ausgestaltet
werden. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltung mit veränderlichen
überschaltwiderständen (Querverbindung zwischen den Schaltstufen) zu schaffen, die
derart ausgebildet und geschaltet sind, daß die Querverbindung zwischen den Stufen
für kurze Zeit nur während des Schaltvorganges hergestellt wird, und wobei sich
die Größe des überschaltwiderstandes automatisch dem Lastbereich des Schaltwerkes
anpaßt. Der Überschaltwiderstand soll bei verhältnismäßig kleinem Strom einen großen
Widerstandswert und bei verhältnismäßig großem Strom einen kleinen Widerstandswert
haben.
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Die Erfindung bezieht sich auf einen Lastumschalter für Stufentransformatoren
oder -drosseln mit während der Lastumschaltung in seinem Widerstandswert kontinuierlich
veränderbarem, magnetfeldabhängigem überschaltwiderstand aus Halbleiterwerkstoff,
bei dem die Änderung seines Widerstandswertes durch Steuerung eines Magnetfeldes
in Abhängigkeit vom Umschaltvorgang bewirkt wird, nach Patent 1240 987. Die erfindungsgemäße
Lösung der Aufgabe besteht darin, daß der magnetfeldabhängige Überschaltwiderstand
im Luftspalt eines Sperrmagneten angeordnet ist, dessen Sperrwicklungen in Reihe
mit dem Überschaltwiderstand und dessen Erregerwicklung parallel zu dieser Reihenschaltung
liegen.
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Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung verwiesen;
es zeigt F i g. 1 ein Schaltschema für zwei benachbarte Stufen eines Stufenschalters,
F i g. 2 die Anordnung des magnetfeldabhängigen Strombegrenzungswiderstandes in
einem Sperrmagneten gemäß der Erfindung, F i g. 3 und 4 zwei Schaltungsbeispiele
für die Anordnung gemäß F i g. 2.
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In den F i g. 1, 3 und 4 sind die Anschlüsse zweier benachbarter Stufen
des Stufenschalters jeweils mit A und B, der Strombegrenzungswiderstand
ist mit R und die Schalter in den beiden Stufen und in der Querverbindung sind mit
S1, S2 und S3 bezeichnet. Der Abgriff ist jeweils bei C angegeben.
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Die Problemstellung sei an Hand der F i g. 1 erläutert. Der Punkt
C sei zunächst über den Schalter S1 mit der Stufe A verbunden; S2 und S.,
sind geöffnet. Zum Umschalten auf die Stufe B wird zunächst der Schalter S2 geschlossen,
so daß zwischen B und C über den Widerstand R ein Querstrom fließt. Nach dem Öffnen
des Schalters S1 fließt bis zum Schließen des Schalters S3 über diesen Zweig der
gesamte Laststrom. In diesem Schaltzustand soll der Widerstand R nicht zu groß sein,
damit nicht am Schalter Si eine zu große Spannung auftritt. Ideal wäre also ein
Widerstand, der bei geschlossenen Schaltern S1 und S2 verhältnismäßig groß ist,
um den Querstrom zu begrenzen, und der nach dem Öffnen des Schalters S1 möglichst
klein ist, um die Spannung am Schalter S1 niedrig zu halten.
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Eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung zeigt F i g. 2.
Mit 20 ist ein Sperrmagnet, mit 21
dessen Erregerwicklung und mit
22 und 23 sind dessen Sperrwicklungen angegeben. Diese sind durch
die Schlitze 24 und 25 in den Schenkeln angebracht und so gepolt,
daß ihre Erregung der Erregung der Wicklung 21 entgegenwirkt. Sperrmagnete
dieser Art sind bekannt. Mit 26 ist der im Luftspalt 27 des Magneten angeordnete
Halbleiterwiderstand angegeben; hierzu kann z. B. eine Feldscheibe aus InSb verwendet
werden. Es ist günstig, den magnetischen Kreis so auszulegen, daß die Eisenteile
im Bereich der Sperrwicklungen bei voller Erregung von 21, jedoch ohne Sperrstrom,
gesättigt sind. Weiterhin ist es vorteilhaft, die Erregerwicklung nicht, wie es
in F i g. 2 der Übersicht halber dargestellt ist, neben, sondern über die Sperrwicklungen
22 und 23 zu legen.
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Zwei Schaltungsbeispiele für den erfindungsgemäßen Stufenschalter
bei Verwendung eines Erregersystems, wie es in F i g. 2 angegeben ist, sind in den
F i g. 3 und 4 dargestellt. In F i g. 3 liegt die Erregerwicklung 21 direkt zwischen
den beiden Stufen A und B und wird über den Schalter S4 geschaltet.
Mit 31 ist ein Schutzwiderstand angegeben. Die Sperrwicklungen 22, 23 liegen
in Reihe mit dem Widerstand R, der dem Halbleiterwiderstand 26 in F i g.
2 entspricht. In F i g. 4 liegt dagegen die Erregerwicklung 21 mit dem Schutzwiderstand
41 unmittelbar parallel zum Widerstand R und wird durch den Schalter S2 geschaltet.
In diesem Fall erübrigt sich also der weitere Schalter S4.
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In beiden Fällen wird beim Schließen des Schalters S9 die Erregung
des Magneten und damit das auf den Iialbleiter-Strombegrenzungswiderstand einwirkende
Magnetfeld, also auch dessen Widerstand, reduziert, und zwar verhältnismäßig wenig,
solange der Schalter S1 noch geschlossen ist, jedoch stark nach Öffnen des Schalters
S1, wenn also der gesamte Laststrom über den Widerstand fließt. Es wird somit die
oben gestellte Forderung erfüllt, nämlich, daß bei verhältnismäßig kleinem Querstrom
der Strombegrenzungswiderstand verhältnismäßig groß ist, und umgekehrt.
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Die Schaltungsfolge beim Umschalten von Stufe A nach Stufe B ergibt
sich aus der nachstehenden Tabelle.
| Si S#z 1 Ss 1 S4 |
| 1 zu auf auf auf |
| R --> groß . 2 zu zu auf zu |
| R --->-klein . . 3 auf zu auf zu |
| R -#- groß . . 4 auf zu zu zu |
| 5 auf auf zu auf |
(Die bei jedem Schaltschritt veränderte Schaltstellung ist jeweils unterstrichen.)
Die Auslegung der Erregerwicklung kann so erfolgen, daß das Magnetfeld mit nur geringer
Phasenverschiebung der erregenden Wechselspannung folgt, z. B. mit einer Zeitkonstante
von einigen Millisekunden. In gewissen Fällen kann es auch zweckmäßig sein, eine
Gleichstromerregung durchzuführen und hierzu den Erregerstrom über Gleichrichter
zu führen.