DE1961605B2

DE1961605B2 - Lastumschalter zur regelung eines transformators

Info

Publication number: DE1961605B2
Application number: DE19691961605
Authority: DE
Inventors: Rene Jumet Pensis (Belgien)
Original assignee: ACEC
Current assignee: ACEC
Priority date: 1968-12-11
Filing date: 1969-12-09
Publication date: 1972-07-13
Also published as: SE351745B; JPS4941967B1; BE725250A; FR2025889A1; NL6918546A; NL147567B; DE1961605C3; CH521057A; DE1961605A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Lastumschalter zur Regelung eines Transformators mit sechs festen, aufeinanderfolgenden Kontakten für jede Phase und mit einem beweglichen Kontaktorgan, welches mit der betreffenden Ausgangsklemme des Transformators verbunden ist und bei seiner Eiewegung von einer Einstellung in die andere den ersten und zweiten; ersten, zweiten und dritten; zweiten und dritten; zweiten, dritten und vierten; dritten und vierten usw. festen Kontakt miteinander verbindet, wobei die äußersten beiden Kontakte über einen Stufenwähler jeweils direkt mit einer vorgewählten Anzapfung des Transformators, die diesen äußersten Kontakten benachbarten beiden Kontakte jeweils mit den gleichen Anzapfungen über je einen spannungsabhängigen Widerstand und die innersten beiden Kontakte mit den gleichen Anzapfungen jeweils; über einen Uberschaltwiderstand verbunden sind.

Bei dem in der deutschen Auslegeschrift 1 146 191 beschriebenen bekannten Lastumschalter der zuvor angegebenen Art werden spannungsabhängige Widerstände mit progressivsteigender Strom-Spannungs-Kennlinie ähnlich den in Uberspannungsableitern angewandten Widerständen verwendet. Diese bieten jedoch nur einen Schutz gegen überströme, die während einer Lastumschaltung über das Schaltvermögen des Lastumschalters hinausgehen, indem sie die an den Enden der abzuschaltenden Lichtbögen anstehenden wiederkehrenden Spannungen auf einen beherrschbaren Wert herabsetzen.

Andrerseits ist auch die Verwendung von Dioden in Lastumschaltern bekannt. So ist in der Zeitschrift »Neues aus der Technik«, 1961, Nr. 7, S. 1 und 2, ein Lastumschalter beschrieben, bei welchem für jede Phase vier aufeinanderfolgende feste Kontakle für das Aufwärtsschalten und vier weitere aufeinanderfolgende feste Kontakte für das Abwartsschalten vorgesehen sind. Die Uußersten beiden Kontakte sind über einen Stufenwähler jeweils direkt mit einer vorgewiihlten Anzapfung des Transformators verbunden, und die dazwischenliegenden Kontakte sind jeweils mit der gleichen Anzapfung für die Aufwärtsschaltung über gleichsinnig gerichtete Dioden verbunden, während für die Abwärtsschaltung eine der beiden Dioden durch einen Uberschaltwiderstand ersetzt ist. Diese Schaltung kann aber während des Umschaltens zu unzulässigen Störungen im Verbraucher führen, denn wenn das bewegliche Kontaktorgan auf einem der beiden inneren festen Kontakte steht oder diese beiden Kontakte überbrückt, fließt je nach der Polarität der Spannung in diesem Augenblick über den Transformator entweder ein Strom mit einer Gleichstromkomponente oder überhaupt kein Strom. Ferner ist die Sicherheit gering, denn wenn eine der beiden Dioden durchschlägt, während das bewegliche Kontaktorgan die beiden inneren festen Kontakte überbrückt, entsteht ein Kurzschluß zwischen den beiden Anzapfungen, der auch die andere Diode zum Durchschlagen bringt.

Bei dem in der deutschen Auslegeschrift 1 190021 beschriebenen Lastumschalter sind die beiden vom Stufenwähler gewählten Anzapfungen jeweils über zwei gegensinnig gepolte Dioden mit zwei festen Kontakten verbunden, die jeweils zu einem von zwei elektrisch miteinander verbundenen, aber unabhängig voneinander betätigbaren Umschaltern gehören. Diese Umschalter werden für den Übergang in die nächste Schaltstufe nacheinander von dem mit der einen Anzapfung verbundenen festen Kontakt auf den mil der anderen Anzapfung verbundenen festen Kontakt umgelegt, so daß in der Zwischenstellung der Verbraucher für die eine Stromrichtung mit der einen Anzapfung und Tür die andere Stromrichtung mit der anderen Anzapfung verbunden ist und die beiden Anzapfungen durch zwei gegensinnig in Reihe geschaltete Dioden miteinander verbunden sind. Da* Umlegen jedes Umschalters muß stromlos erfolgen, also in jeweils stromloser Pause der angeschlossenen Dioden, wofür besondere, hinreichend genau arbeitende Steuerungen und Schaltmittel erforderlich sind. Ferner besteht auch bei dieser bekannten Schaltung keine Sicherheit im Fall des Durchschlagens einer Diode während des Umschaltvorgangs.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Laslumschalters der eingangs angegebenen Art, der eine weitgehende Verringerung der Kontaktbelastung ohne Störung des Verbrauchers mit vollständiger Sicherheit gegen Kurzschluß der Anzapfungen ergibt.

Nach der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß als spannungsabhängiger Widerstand jeweils eine Diode dient, daß ferner zu jedem Uberschaltwiderstand eine Diode in Reihe liegt und daß die Polarität der Dioden benachbarter Kontakte jeweils entgegengesetzt gerichtet ist.

Bei dem Lastumschalter nach der Erfindung sind die zu schaltenden Ströme bei der einen Stromrichtung höchstens gleich den durch die Uberschaltwiderstände bestimmten Strömen und in einigen Fällen sogar Null, während sie in der anderen Stromrichtung stets Null sind. Die mittlere Kontaktbelastung ist daher wesentlich verringert. Ferner wird auch im Fall des Ausschaltens eines von Null verschiedenen Stroms der

entstehende Lichtbogen in der folgondon stromlosen Halbperiode mit Sicherheit gelöscht. Dabei liegt selbst beim Durchschlagen einer Diode stets wenigstens ein Überschallwidersland zwischen den beiden Anzapfungen, so daß kein Kurzschluß entsiehen kann.

Ein Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Darin zeigt

F i g. I ein Übersichtsschaltbild des Lastumschalters nach der Erfindung und

F i g. 2 Ersatzschaltbilder des Lastumschalters in verschiedenen Schaltstufen.

F i g. 1 zeigt schemalisch einen mit sechs festen Kontakten A, B, C, D, E, F ausgestatteten Lastumschalter, wobei die Kontakle zu zwei Gruppen zusammengefaßt sind, welche die drei ersten bzw, die drei letzten Kontakte umfassen und über einen nicht dargestellten Stufenwiihler mit zwei benachbarten Anzapfungen I und II einer Regelslufe EcIi in einem Transformator verbunden sind, dessen Hauptwicklung P einer Phase mit der Ausgangsklemme HT verbunden ist, während der Nullpunkt wahlweise mit einer der Regelanzapfungen über ein bewegliches Kontaktorgan des Lastumschalters verbunden ist, das nacheinander in die mit den Bezugszeichen a, b, c- ... 1 bezeichneten Stellungen gebracht werden kann, damit der Nullpunkt von der Anzapfung I aufdie Anzapfung II umgeschaltet wird. Die äußersten Kontakte A und F stehen über den Stufenwähler in direkter Verbindung mit den Anzapfungen 1 und II. Die Kontakte B und E sind jeweils über eine Diode 1 bzw. 4 an die betreffende Anzapfung angeschlossen, während die Kontakte C und D mit ihren Anzapfungen jeweils über eine Diode 2 bzw. 3 in Reihe mit einem überschaltwiderstand r verbunden sind.

F i g. 2 zeigt die verschiedenen Arbeilsstufen des Lastunischalters, wenn das bewegliche Kontaktorgan aus der Stellung α in die Stellung i übergeht, wobei angenommen wird, daß die Regelungauf der Sekundärseite eines Transformators stattfindet, welcher einen rein ohmschen Verbraucher R speist. Es sind die elektrischen Ersatzschaltbilder dargestellt, welche den übergängen aus der Stellung α in die Stellung b, aus der Stellung b in die Stellung c, aus der Stellung c in die Stellung d usw. und schließlich aus der Stellung/? in die Stellung 1 entsprechen, wobei diese übergänge durch das Schließen oder öffnen von Kontakten A₁, k₂ ■ . . k₈ symbolisiert sind. Es wird getrennt der Fall von zwei Richtungen des Stromes / im Verbraucher betrachtet, wobei diese Richtung als positiv angesehen wird, wenn sie den in den Schaltbildern dargestellten Pfeilen und den angegebenen Polaritäten der Spannung u in der Hauptwicklung und der Spannung ν der Regelstufe entspricht.

Der übergang von α nach b entspricht dem Schließen des Kontakts A₁. Es ist ersichtlich, daß unabhängig davon, ob / positiv oder negativ ist, infolge der direkten Verbindung des Kontakts Λ (Fig. 1) mit der Anzapfung I nichts erfolgt.

Der übergang von b nach c entspricht dem öffnen des Kontakts A₂. Die Ströme I₁ und I₂ in den Dioden 1 6t, und 2 sind Null, da die betreffenden Zweige durch diesen Kontakt kurzgeschlossen sind. Wenn / beim öffnen von A₂ positiv ist, fließt dieser Strom durch die Diode 1, welche praktisch einen Kurzschluß darstellt, so daß der Kontakt A₂ nicht belastet wird. Wenn / negativ ist, wird er von der in Reihe mit dem übeischaltwiderstand r liegenden Diode 2 infolge des kleinen Wertes des überschaltwiderstands r praktisch unverändert aufgenommen, so daß der Kontakt Zc₂ ebenfalls nicht belastet wird.

Der übergang von c nach ä entspricht dem Schließen des Kontakts/«,. Falls / vor dem Schließen des Kontakts ki positiv ist, fließt der Strom / vollständig durch die Diode 1, welche sich praktisch wie ein Kurzschluß verha'lt. Wenn der Kontakt Zc₃ geschlossen wird, fließt ein Strom /_H durch die Diode 3 und den überschaltwiderstand r, wobei dieser Strom durch die Spannung ν der Regelstufe hervorgerufen wird. Wenn dieser Slrom kleiner ist als der in der Diode 1 fließende Strom i_u wird er von dieser einen Kurzschluß bildenden Diode eingefangen. Unter diesen Umständen ist der die Diode 2 und den überschaltwiderstand r enthaltende Zweig derart kurzgeschlossen, daß der Strom I₂ in demselben Null ist, und man erhält daher

und daher

ν = r

woraus sich Tür den Strom I₁ aus dem Vorangehenden ergibt:

Der Strom ι, wird Null Tür / = -. Wenn j_ größer

wird als /, bleibt der Strom I₁ zwangsweise Null, da er nicht in der umgekehrten Richtung durch die Diode 1 fließen kann, und es gilt dann:

I₂ = I₃ - /

ν = r · I₃ + r · ί₂ ,
woraus folgt

ν = r ■ ι₃ + r · I₃ — rl
und

Wenn I negativ ist, schließt sich der Kontakt k₃ infolge des Vorhandenseins der Diode 3 bei einem Strom Null.

Der übergang von d nach e entspricht dem öffnen des Kontakts k₄, wodurch der durch den Ausdruck (2) gegebene Strom i, unterbrochen wird. Dieser Strom

wird stets Null, wenn / kleiner oder gleich j bei positivem / ist, und er wird bei negativem / wegen des Vorhandenseins der Diode 1 unter allen anderen Bedingungen zu Null. Der Strom / fließt sodann durch die Diode 2 und den damit in Reihe liegenden Überschaltwiderstand r.

Beim übergang von e nach/, welcher dem Schließen des Kontakts k₅ entspricht, ruft das Schließen dieses Kontakts bei positivem / keinen Strom hervor, während bei negativem / der durch die Diode 2 fließende Strom / von der Diode 4 aufgenommen wird.

Der übergang von / nach g erfolgt durch Unterbrechung des Stroms I₂, indem der Kontakt /c₆ geöffnet wird.

Man erhält Tür positives / :

U = O

ν = r(i₃ + i₂)

h = i + h ■

Daraus folgt:

'2 ⁼T

(4)

Dieser Strom wird Null für - < / .

Für negatives / bildet die Diode 4 einen Kurzschluß; daher gilt Z₃ = 0. und infolgedessen L' = —r-i₂. Der Strom i₂ kann nicht negativ sein, und daher unterbricht der Kontakt ^₆ keinerlei Strom.

Der übergang von g nach h entspricht dem Schließen des Kontakts k₇. Bei positivem / nimmt dieser Kontakt den Belastungsstrom auf, welcher durch die Diode 3 und den damit in Reihe liegenden Uberschaltwiderstand r fließt. Bei negativem / schließt sich der Kontakt /c₇ über einen von der Diode 4 dargestellten Kurzschluß.

Schließlich erfolgt beim übergang von h nach 1, welcher dem öffnen des Kontakts k_s entspricht, nichts infolge der direkten Verbindung des Kontakts F (F i g. 1) mit der Anzapfung 11.

Zusammenfassend kann die nachfolgende Tabelle der erzeugten und durch die Kontakte unterbrochenen Ströme beim Umschalten des Nullpunkts von der Anzapfung I auf die Anzapfung II aufgestellt werden, wobei zum Vergleich die entsprechenden Wechselströme angegeben sind, welche dem hypothetischen Fall entsprechen, daß die Dioden 1. 2, 3, 4 kurzgeschlossen sind, was dem Fall eines gewöhnlichen Lastumschalters entspricht:

40

über gang	Strom	i positiv	negativ	Gewöhn licher Last umschalter	r
*c-d*	ein	- fur - < / r r	0	V r
		2~V ⁺ T-) ^UTT-~	0	r
*d~e*	aus	i - - für / > - r r	0

ober- gang	Strom	0	Tür	i positiv	negativ	Gewöhn licher Last umschalter
		0		*}<^V-* r	0	r
*e-f*	ein	j(	J		0	*^{l +} 7*
fs	aus	0	für		0	V . r
				0	V r

Man sieht, daß für negatives / der ausgeschaltete oder eingeschaltete Strom stets Null ist. Für den betreffenden Kontakt besteht daher eine Wahrscheinlichkeit von 1 zu 2. daß er stromlos schaltet. Wenn er jedoch einen Strom unterbricht, bleibt dieser Strom während der folgenden Halbperiode Null, so daß der unter Umständen entstehende Lichtbogen Zeit hat zu erlöschen und sich nicht mehr entzündet, was bei einem gewöhnlichen Lastumschalter nicht der Fall ist, bei welchem die Kontakte starke Ströme unterbrechen, deren Durchgang durch Null kurzzeitig erfolgt.

Der Vorteil des beschriebenen Lastumschalters ist noch merklicher, wenn man den Betrieb in umgekehrter Richtung betrachtet, das heißt die Umschaltung des Nullpunktes von der Anzapfung II auf die Anzapfung I. In diesem Fall werden die Ströme, die im Verlauf des vorangehenden Betriebs eingeschaltet worden sind, jetzt unterbrochen, und es ist der obigen Tabelle zu entnehmen, daß beim übergang von f nach e ein gewöhnlicher Lastumschalter einen der Summe des Belastungsstroms und des beträchtlichen Ausgleichsstroms entsprechenden Strom unterbricht, während der beschriebene Lastumschalter keinen Strom unterbricht. Die beschriebene Ausbildung ermöglicht daher eine sehr wesentliche Verminderung der elektrischen Belastungen der Kontakte und gestatte! dadurch eine große Verringerung des Platzbedarfs und der Herstellungskosten, welche um so größei ist, als nur zwei Uberschaltwiderstände erforderlich sind. Man kann auch andere Arbeitsweisen des Transformators betrachten, was zu den gleichen Schlüsser führt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Lastumschalter zur Regelung eines Transformators mit sechs festen, aufeinanderfolgenden Kontakten für jede Phase und mit einem beweglichen Konlaktorgan, welches mit der betreffenden Ausgangsklemme des Transformators verbunden ist und bei seiner Bewegung von einer Einstellung in die andere den ersten und zweiten; ersten, zweiten und dritten; zweiten und dritten; zweiten, dritten und vierten; dritten und vierten usw. festen Kontakt miteinander verbindet, wobei die äußersten beiden Kontakte über einen Stufenwähler jeweils direkt mit einer vorgewählten Anzapfung des Transformators, die diesen äußersten Kontakten benachbarten beiden Kontakte jeweils mit den gleichen Anzapfungen über je einen spannungsabhängigen Widerstand und die innersten beiden Kontakte mit den gleichen Anzapfungen jeweils über einen Uberschaltwiderstand verbunden sind, dadurch gekennzeichne t.daßalsspannungsabhängiger Widerstand jeweils eine Diode (1, 4) dient, daß ferner zu jedem Uberschaltwiderstand (r) eine Diode (2, 3) in Reihe liegt und daß die Polarität der Dioden benachbarter Kontakte (B, C bzw. C, D bzw. D, E) jeweils entgegengesetzt gerichtet ist.