DE1613676A1

DE1613676A1 - Spannungsreguliereinrichtung

Info

Publication number: DE1613676A1
Application number: DE19671613676
Authority: DE
Inventors: Prior Roger Allan; Schoendube Charles William
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1966-04-28
Filing date: 1967-04-26
Publication date: 1969-09-18
Also published as: CH458494A; US3388320A; GB1122147A

Description

Dipl.-Ing. Lothar Mkhasüs Dr. Erharf Ziegler 1613676

Patentanwalt Patentanwalt

6 Frankfurt/Main 1 6 Frankfurt/Main 1

Postfach 3011 Postfach 3011

689-5D-2823

General Electric Company, 1 River Road, Schenectady, N.Y., USA

Spannungsreguliereinrichtung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Spannungsregulieranordnung und insbesondere auf den Grobregelteil für Vorrichtungen zur Spannungseinstellung. ·

Wie bekannt ist, werden Spannungsreguliereinrichtung und Regeltransformatoren benutzt, sowohl um Spannungen auf vorbestimmter Höhe zu halten, als auch verschiedenartige Apparate mit Spannungen zu versorgen, die innerhalb weiter Grenzen veränderlich sind. Im letzteren Falle, wie zum Beispiel bei iidustriellen Anlagen, ist es erwünscht, die Spannung in sehr kleinen Schritten ändern zu können. Zu anderen Zeiten ist es erwünscht, die zugeführte Spannung schnell auf höhere oder niedrigere Werte zu ändern. Um diese Aufgaben zu erfüllen, sind Spannungsreguliereinrichtungen erforderlich, die Mittel besitzen, um mit großer Zunahme veränderliche Spannungen zu ergeben, gewöhnlich mit Hilfe einer Stufenregulierwicklung. Außerdem haben solche Vorrichtungen zur Spannungseinstellung eine Feinregulierung, die eine Anzahl von zunehmenden

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Spannungsveränderungen innerhalb des Bereiches jeder Stufe der Stufenregulierwindung ergibt. Selbstverständlich kann die Feineinstellung entweder eine andere abgestufte Wicklung oder ein Induktionsregler sein. Verständlicherweise ist es wünschenswert, eine Grobeinstellungsvorrichtung vorzusehen, um große Spannungsänderungen mittels der Stufenregulierwicklung zu erhalten. Es ist ferner erwünscht, die Grobverstellung in bezug auf die Stufenregulierwicklung zu betätigen, während der Laststrom der verschiedenen Kontakte null beträgt, um Lichtbogenbildung an den Kontakten zu verhindern. Wie man weiß, erfordert dies gewöhnlich, daß die Spannungsfeineinstellung durch ihre Stufen betätigt wird, um Mull-Laststrom an den verschiedenen Kontakter des Grobreglers zu erhalten, bevor der Grobregler betätigt wird. Selbstverständlich ist es immer erwünscht, die Spannungsreguliereinrichtungen so wirtschaftlich wie möglich zu gestalten,und durch Verwendung einfacher Mechanismen die Wartung und Instandhaltung möglichst einfach zu gestalten.

Demgemäß ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine neue Spannungsreguliereinrichtung mit Grob- und Feineinstellung unter Verwendung verhältnismäßig einfacher Kontakt- und EiiEtellmechanismen zu schaffen.

Weiterhin bezieht sich c'ie Erfindung auf eine neue Grobeinstellvorrichtung für Spannungsregulierexnrxchtungen, insbesondere unter Verwendung einer Stufenregulierwicklung, bei der die Grobeinstellvorrichtung zwischen den verschiedenen Anzapfungen der Stufanregulierwindung wechselt.

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Gemäß einer weiteren Aufgabe der Erfindung wird bei der Grobeins teil vorrichtung eine Umkehr der Polarität in der Feineinstellen/
wicklung bei Änderung der Anzapfung-raurch die Grobreguliereinrichtung

erhalten.

Die Erfindung löst weiterhin die Aufgabe, eine neue Grobreguliereiiri chtung zu schaffen, die einen schnelleren Übergang und höhere Betätigungsgeschwindigkeiten verglichen mit üblichen Grobreguliereinrichtungen ergibt.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Spannungsreguliervorrichtung mit Grob- und Feinspannungseinstellung vorgesehen mit einer ersten Induktanz, deren Wicklung in eine Anzahl von angezapften Abschnitten unterteilt ist, mit zwei Kontaktanordnungen, von denen jede eine Anzahl kreisförmig angeordneter Kontakte besitzt, wobei die Kontakte der einen Kontaktanordnung je an einen der Anzapfabschnitte der Wicklung angeschlossen „sind und zwar abwechselndmit den Kontakten der zweiten Kontaktanordnung mit zwei Schaltvorrichtungen, von denen je eine mit einer der Kontaktanordnungen zusammensarbeitet und bei der jede der Schaltvorrichtungen einenbeweglichen Finger tat, der so angeordnet ist, daß er mit einer Anzahl der kreisförmig angeordneten Kontakte in Eingriff kommt. Außerdem ist die Anatönunp: so getroffen, daß jeweils einer der beweglichen Finger mit wenigstens einem der Kontakte elektrischen Kontakt hat und ein Strombegrenzungsreaktor ist elektrisch an die beweglichen Kontakte angeschlossen.

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Die Erfindung und die Art, in der die verschiedenen Aufgaben und Vorteile erreicht werden, soll anhand der in den Zeichnungen dargestellten bevorzugten Ausführungsform erläutert werden.

Figur 1 ist ein schematisches Sehaltschema einer Spannungsregulier· einrichtung, das eine bevorzugte Ausführungsform einer Grobeinstellvorrichtung gemäß der Erfindung in Verbindung mit einer Spannungsfeineinstellung in Form eines Induktionsreglers zeigt.

Figur 2 ist ein schematisches Schaltschema einer anderen Ausführungsform der Spannungsfeineinstellung, die mit der Grobreguliereinrichtung der Erfindung verwendet werden kann.

Die Spannungsreguliereinrichtung nach der Erfindung ergibt eine verbesserte Grobeinstellung, die bei vielen verschiedenartigen Spannungsreg-uliereinrichtungen Verwendung finden kann.

In der Zeichnung sind gleiche Bezugszeichen für gleiche Teile in den verschiedenen Figuren benutzt. Die in Figur 1 dargestellte bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Grobreguliereinrichtung ist in Verbindung mit einem Transformator 10 gezeigt, der eine angezapfte oder stufenartige Wicklung 12 besitzt. Die Wicklung 12 ist in der gezeichneten Anordnung in acht gleiche

durch

Abgriffabschnitte/ die mit 34, 16, 18, 22, 24, 26 und 28 bebezeichneten Anzapfkontakte unterteilt. Jeder Anzapfkontakt 14 bis 28 ist mit abwechselnden Kontakten der kreisförmig angeordneten feststehenden Kontakte, die ebenfalls mit 14 bis 28 bezeichnet sind, verbunden. Wie aus Figur 1 zu ersehen ist, sind

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zwei kreisförmig angeordnete Schalt- oder Kontaktvorrichtungen 30 und 32 vorgesehen. Die Kontaktvorrichtung 30 hat einen beweglichen Kontaktfinger 31, der mit den 4 feststehenden Kontakten 14, 18, 22 und 26 zusammenarbeitet. Die kreisförmige Schaltvorrichtung 32 hat einoibeweglichen Kontaktfinger 33, der mit den feststehenden Kontakten 16, 20, 24 und 28 zusammenarbeitet. Jeder der feststehenden Kontakte ist mit dem gleich-nu aerierten Anzapf kontakt der Wicklung 12 verbunden und wie man sieht, wechseln die Kontaktabschnitte zwischen den Kontaktvorrichtungen 30 und Es sei erwähnt, daß die Darstellung von 8 Kontaktabschnitten lediglich zur Illustration dient und daß die Wicklung 12 in so viele Abschnitte unterteilt werden kann rvie gewünscht wird.

Die Schaltvorrichtungen 30 und 32 sihd als auf einer Tafel nebeneinander montiert dargestellt, und eine gestrichelte Verbindung deutet an, daß die Kontaktfinger 31 und 33 in Übereinstimmung betätigt werden. Natürlich können die Schaltvorrichtunren 30 und 32 auch übereinander auf einer gemeinsamen Achse angeordnet werden, um die gewünschte einheitliche Betätigung der Finger 31 und 33 zu erhalten. Aus dem Vorstehenden erkennt man, daß der Kontaktfinger 31 des Schalters 30 mit'den Kontakten 14, IS, 22 und 26 zusammenarbeitet, während der Kontaktfinger 33 der Schaltvorrichtung 32 mit den Kontakten 16, 22, 24 und 28 zusammenarbeitet. Die Breite der Kontakte und der Abstand zwischen ihnen, sowie die Bewegung der Finger ist derart, daß bei seiner Bewegung ein Finger die gesamte Breite eines Kontakts überstreicht und mit ihm dauernd elektrischen Kontakt macht, während der andere bewegliche Finger von einem vorderen Ende eines Kontakts auf das Ablaufende des folgenden Kontakts bei Jedem Weiterschalt-

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abschnitt übergeht. Wenn also gemäß Figur 1 der Kontaktfinger 33 sich im Uhrzeigersinne über den Kontakt 16 bewegt und mit ihm dauernd elektrischen Kontakt hält, wird gleichzeitig der Kontaktfinger 31 von dem Vorderende des Kontakts 14 auf das Ablaufende des Kontakts 18 hin bewegt. Entsprechend ist die nächste Stellung des Kontaktfingers 31 und 33 derart, daß der Kontaktfinger 31 auf dem Ablaufende des Kontakts 18 und der Kontaktfinger 33 auf dem Vorwärtsende des Kontakts 16 lfe gt. Diese Bewegung ergibt ein "Überspringen¹¹ eines Fingers über den anderen bei ihrer Bewegung längs der Anzapfungen der Windung 12.

In Induktionsregler oder Drehftansformator 34 ist für Feinänderung der Spannung vorgesehen. Bine Windung 36 des Induktionsreglers 34 ist an die Finger 31 und 33 angeschlossen. Diese Windung 36 kann als Primärwicklung des Induktionsreglers 34 betrachtet werden. Die andere Wicklung 38, als Sekundärwicklung, ist mit ihrem einen Ende an die Mittelanzapfung 40 eines Strombegrenzungsreaktors 42 angeschlossen, während ihr anderes Ende in der üblichen Weise mit einer Last 44 verbunden ist. Die andere Seite der Last 44 ist über eine Leitung 46 mit einem Ende der Wicklung 12 verbunden. Uie aus Figur 1 ersichtlich ist, liegt der Strombegrenzungsreaktor 42 an den Fingern 31 und 33 und besitzt in üblicher Weise eine Mittelanzapfung 40.

Die Wirkungsweise der Spannungsreguliereinrichtung der Figur 1 soll jetzt beschrieben werden. Wenn die Kontaktfinger 31 und 33 mit den Kontakten 14 und 16, wie gezeigt, in Eingriff stehen, hat die Mittelanzapfung 40 des Strombegrenzungsreaktors 42 ein Rtential,

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das in der Mitte zwischen dem der Kontakte 14 und 16 liegt. Die Primärwicklung 36 des Induktionsreglers 34 liegt ebenfalls an den Kontaktfingern 31 und 33 und hat infolgedessen ein Potential., das mit dem des Anzapfabschnittes zwischen den Kontakten 14 und 16 übereinstimmt. Das Potential an der Mittelanzapfung 40 des Strombegrenzungsreaktors 42 wird der Last 44 über die Wicklung 38 des Induktionsreglers 34 zugeführt. Die Wicklung 38 kann gegenüber der Wicklung 36 gedreht werden, um der an der Mittelanzapfung 40 auftretenden Spannung eine erhöhende oder herabsetzende Spannung zuzufügen. Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Wicklungsverhältnis von 38 zu 36 gleich 1 zu 2. So kann durch geeignete Einstellung der Wicklung 38 die der Last 44 zugeführte Spannung eiiveder die des Kontakts 14 oder des Kontakts 16 oder irgendein zwischen diesen Werten liegendes Potential sein. Wenn sich die Wicklung 38 in einer neutralen Stellung im bezug auf die Wicklung 36 befindet, wird keine Spannung in der Wicklung 38 induziert, und infolgedessen ist das an der Last 44 liegende Potential das der Mittelanzapfung 44 des Strombegrenzungsreaktors

Angenommen, daß bei der in Figur 1 gezeichneten Stellung die Wicklung 38 gegenüber der Wicklung 36 eine solche Lage hat, daß ihre Spannung mit der an dem Mittelpunkt 40 vorhandenen Spannung an der Last 44,ein Potential ergibt, das dem des Kontakts 14 aequivalent ist, dann wird sich durch Drehen der Wicklung 38 das dem Verbraucher 44 zugeführte Potential ändern bis es endlich das des Kontakts 16 erreicht, Die Wicklung 38 ist dann um 180 gedreht worden. Da das Potential an der Last 44 gleich dem des Kontakts 16 ist, können die Kontaktfinger 31 und 33 im Uhrzeigersinn der Figur 1 gedreht werden, so daß der Kontaktfinger 31 den Koniakt 14 verläßt, während der Korfaktfinger 33 an dein Kontakt 16

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entlang gleitet. Da die Last 44 das Potential des Kontaktes 16 hat, fließt im wesentlichen der gesamte Verbrauchsstrom über den Kontaktfinger 33. Infolgedessen kann der Kontaktfinger 31 vom Kontakt 14 entfernt werden, wobei lediglich Umlaufströme unterbrochen werden müssen, da kein Laststrom in dem Kontaktfinger 31 fließt. Bei der Drehung des Kontaktfingers 31 auf den Kontakt 18 bewegt sich der Kontaktfinger 33 Über den Kontakt 16 bis er an dessen Vorwärtsende angekommen ist. In dieser Stellung, in der der Kontaktfinger 31 auf dem Kontakt 18 und der Kontaktfinger 33 auf dem Kontakt 16 liegt, bleibt das der Last 44 aufgedrückte Potential das des Kontaktes 16, jedoch wird infolge der Änderung

jetzt
des/auf dem Kontakt 18 aufliegenden Kontaktfingers 31 die Polarität der Wicklung 36 umgekehrt, und infolgedessen ist die in der Wick τ lung 38 induzierte Spannung eine spannungserniedrigende Spannung, wenn sie dem Potential an der Mittelanzapfung 40 des Strombegrenzungsreaktors 44 zugefügt wird. Man ersieht daraus, daß bei Bewegung der Kontaktfinger 31 und 33 von Kontakt zu Kontakt eine Umkehr der Polarität der Primärwicklung 36 des Induktionsreglers 34 entsteht. Infolge der Eiistellung der Wicklung 38 des Induktionsreglers 34 wird hierbei ein konstantes Potential an den Verbraucher 44 in der beschriebenen Weise aufrecht erhalten. Wie man erkennt, wird durch die Verwendung der Grobreguliereinrichtung der Figur 1 eine kontinuierliche Drehung der Wicklung 38 des Induktionsreglers 34 in derselben Richtung ermöglicht, in der die Kontaktfinger 31 und 33 von Kontakt zu Kontakt in der beschriebenen Weise bewegt werden, wobei ein dauerndes Potential an der Last 44 aufrecht erhalten wird, das in kontinuierlicher Weise zwischen den verschiedenen Anzapfungsabschnitten e'er TTicklung 12 geändert werden kann,

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ohne daß die Wicklung 38 zwischen den Kontaktänderungen umgedreht zu werden braucht. Selbstverständlich kann nach Verstellung der Kontaktfinger von 14 und 16 auf die Kontakte 16 und 18, die Wicklung 38 wieder um 180° gedreht werden, um das Potential an der Last 44 von dem des Kontakts 16 auf das des Kontaktes 18 zu erhöhen. Selbstverständlich kann diese Auieinanderfolge für alle Anzapfungen an der Wicklung 12 fortgesetzt werden.

Da die Kataktfinger 31 und 33 zusammen bzw. gleichzeitig gedreht werden, ergibt sich eine dauernde Verbindung zwischen einem Kontakt, z.B. Kontakt 16, während der andere Kontaktfinger sich über eien Zwischenraum zwischen Kontakten bewegt, z.B. zwischen Kontakt 14 und Kontakt 18. Augenscheinlich kann diese kontinuierliche Bewegung mittels einer mechanischen Verbindung zwischen den Fingern 31 und 33 erfolgen, wie dies durch die gestrichelte' Linie in Figur 1 angedeutet ist, oder wie bereits erwähnt, können die Kontaktfinger 31 und 33 auf einor !einsamen Achse mit einer geeigneten, räumlichen Versetzung i.ur Drehung damit montiert werden. Es sei erwähnt, daß auch andere Methoden zur gleichzeitigen Drehung der Kontaktarme 31 und 33 vorgesehen werden können.

In der Figur 2 ist eine andere Ausführungsform der feinregulierung gezeigt, die mit der erfindungsgemäßen Spannungsreguliereinrichtung verwendet «erden kann. Vie in Figur 2 dargestellt ist, ist eine mit Anzapfungen versehene Transformatorwicklung als Feinkontrolle anstelle des Induktionsreglers der Figur 1 benutzt. Figur 2 zeigt nur den Strombegrenzungsreaktor 42 mit seiner Mittelanzapfung 40

BAD

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in derselben Weise wie er in Figur 1 gezeigt ist und die mit Pfeilen versehenen und entsprechend bezifferten Linien führen zu den Schalteinrichtungen 30 und 32 der in Figur 1 gezeigten Spannungsreguliereinrichtung. Gemäß Figur 2 ist ein Transformator 50 zur Feinregulierung vorgesehen und besitzt eine an die Kontaktfinger 31 und 33 angeschlossene Wicklung 52. Die andere Wicklung ist durch die kreisförmig angeordneten Kontakte 58, 60, 62, 64, 66, 68, 70, 72 und 74 angezapft. Schaltvorrichtungen mit beweglichen Fingern 76 und 78 dienen zur elektrischen Verbindung der verschiedenen Kontakte mit einem Strombegrenzungsreaktor 80, der eine Mitttfelanzapfung bei 82 besitzt. Eine Last 44 ist an die Mittelanzapfung 82 und mittels der Leitung 46 an ein Ende der Wicklung 12 angeschlossen. Bei dieser Ausführungsform hat die Wicklung 52 8 N Windungen, und die Wicklung 56 8 N Windungen, die in 8 gleiche Abschnitte geteilt sind. Wenn sich die Finger und 33 auf den Kontakten 14 bzw. 16 befinden und die Finger 76 und 78 auf dem Kontakt 66 eingestellt sind, ist die der Last zugeführte Spannung gleich der an dem Mittelpunkt des Anzapfabschnittes zwischen Kontakten 14 und 16. Wie man aus Figur 2 erkennt, ist der Kontakt 66 direkt mit der Mittelanzapfung 40 des Strombegrenzungsreaktors 42 verbunden. Infolgedessen sind, in der gezeichneten Stellung, die Kontaktfinger 76 und 78 und die Last 44 im wesentlichen direkt mit der Mittelanzapfung 40 des Strombegrenzungsreaktors 42 verbunden. Wenn sich die Finger 76 und 78 von dem Kontakt 66 aufwärts nach dem Kontakt 58 zu bewegen, nimmt die Spannung für Jeden vollen Schritt um ein Achtel der Anzapfabschnittsspannung zu. Ein voller Schritt bedeutet dabei die Bewegung beider Finger 76 und 78 von einem Kontakt auf den nächsten, d.h. eine Bewegung der Finger 76 und 78 vom Kontakt

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« auf den Kontakt 64. Jede Überbrückungsstellung der Finger 76, ist gleich einem Sechzehntel der Feinabschnittsspannung. Wenn die Finger 76, 78 den Kontakt 58 erreichen, hat die Spannung um ei» 1/2 der Spannung des Feineinstellabschnitts zugenommen. Da die Spannung am Kontakt 66 gleich der im Mittelpunkt des Anzapfabschnitts ist, bringt die Bewegung auf Kontakt 58 die Spannung auf die eines der Anzapfkontakte, z.B. des Anzapfkontakts 16. Bei diesem Punkt kann Kontaktfinger 31 von Kontakt 14 auf Kontakt 18 bewegt werden, während sich der Finger 33 auf dem Kontakt 16 entlang bewegt. Die Spannung am Kontakt 48 ist im wesentlichen die des Kontakts 16. Wenn der Finger 31 den Kontakt IS erreicht, wird die Polarität in der Wicklung 52 umgekehrt und dies ergibt eine Spannungserhöhung an der Wicklung 56 in entgegengesetzter Richtung. Die Kontaktfinger 76 und 78 können jetzt in entgegengesetzter Richtung von Kontakt 58 über Kontakte 60," 62, 64 herum bis zum Kontakt 74 gedreht werden, um dadurch die Spannung vom Kontakt 16 zum Kontakt 18 an der Hauptwicklung 12 zu erhöhen. Auf diese Weise kann durch Verwendung der Ausführungsform nach Figur eine Feineinstellung für die Grobreguliereinrichtung der Erfindung erreicht werden, um eine fortlaufende Erhöhung der Spannung lediglich durch Umkehr der Betätigung der Kontakte'76 und 78 nach jeder Änderung der Anzapfabschnitte an der Hauptwicklung 12 zu erhalten.

Es sei noch erwähnt, daß die Feinkontrolleinrichtung nach Figur der Zeichnung auch mit Umkehrschaltern ausgerüstet werden kann, um die Größe des Feineinstelltransformators 50 herabzusetzen.

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Claims

Ansprüche

Qj Spanmingsreguliereinrichtung mit Grob- und Feinspannungseinstellung unter Verwendung einer Induktivität, deren Wicklung in eine Anzahl von angezapften Abschnitten unterteilt ist, zweier Kontaktanordnungen, von denen jede eine Anzahl kreisförmig angeordneter Kontakte besitzt, wobei die Kontakte der einen Kontaktanordnung je mit einem der Anzapfabschnitte der Wicklung verbunden sind und zwar abwechselnd mit den Kontakten der anderen Kontaktanordnung, zweier Schaltvorrichtungen von denen je eine mit einer der Kontaktanordnungen zusammenarbeitet, dadurch gekennzeichnet , daß jede Schaltvorrichtung (30,32) einen beweglichen Finger (31,33) einschließt, der so angeordnet ist, daß er mit einer Anzahl der kreisförmig angeordneten Kontakte (14,18,22,26 bzw 16,20,24,28) in Eingriff kommen kann, wobei die beweglichen Finger so angeordnet sind, daß stets einer der Finger mit wenigstens einem der Kontakte elektrischen Kontakt hat, und daß ein Strombegrenzungsreaktor (42) elektrisch an die beweglichen Finger (31,33) angeschlossen ist.
2. Spannungsreguliereinrichtung nach Anspruch 1 mit Mittelanzapfung (40) am Strombegrenzungsreaktor (42) und einer weiteren Induktionsvorrichtung (Induktionsregler 34) , dadurch gekennzeichnet, daß eine Wicklung (36) der Induktionsvorrichtung (34) in Parallelschaltung mit dem Strombegrenzungsreaktor (42) an die beweglichen Finger (31,33) angeschlossen ist, und daß äne zweite Wicklung (38) der Induktions-

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vorrichtung (34) an die Mittelanzapfung (40) des Strombegrenzungsreaktors (42) angeschlossen ist und eine spannungsherabsetzende oder erhöhende Spannung liefert, durch die die Spannung zwischen den Anzapfabschnitten der Wicklung 02) der Induktivität (10) verändert werden kann, und daß ferner eine Last (44) an die Mittelanzapfung (40) des Strombegrenzungsreaktors (42) in Reihe mit der zweiten Wicklung (38) angeschlossen ist.
3. Spannungsreguliereinrichtung gemäß Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Bewegung des beweglichen Fingers (z. B. 33) der einen Schaltvorrichtung (32) entlang einem Kontakt (z. B. 16) der einen Kontaktanordnung der andere bewegliche Finger (z. B. 31) von einem Kontakt (z. B. 14) auf den nächsten Kontakt (z. B. 18)" der anderen Kontaktanordnung bewegt wird, derart; daß eine Umkehr der Polarität der erstgenannten Wicklung (36) der Induktionsvorrichtung (34) eintritt und eine kontinuierliche Betätigung der anderen Wicklung (38) der Induktionsvorrichtung (34) ermöglicht ist.

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