DE19727449A1

DE19727449A1 - Inline-Kompensations-/Verstärkungs-Spannungsregulierungssysteme und -vorrichtungen

Info

Publication number: DE19727449A1
Application number: DE19727449A
Authority: DE
Inventors: Stanley G Peschel; Arthur Molden; Oscar Tonello
Original assignee: Hubbell Inc
Current assignee: Hubbell Inc
Priority date: 1996-06-27
Filing date: 1997-06-27
Publication date: 1998-01-02
Also published as: TW366620B; CN1169615A; IN191117B; CH693120A5; US5844402A; CN1074201C

Description

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung liegt auf dem Gebiet der Span nungsregulierung von elektrischer Leistung, die einer Last zugeführt werden soll, und betrifft genauer Inline-Kompensa tions-/Verstärkungs-Spannungsregulierungssysteme und -vor richtungen zur Spannungsregulierung von einphasiger elektri scher Leistung und dreiphasiger elektrischer Leistung.

Hintergrund

Bei früheren Spannungsregulierungssystemen und -vorrichtun gen, soweit sie den Erfindern aus der Praxis bekannt sind, ist es erforderlich, daß die gesamte elektrische Leistung, die einer Last zugeführt wird, und deren Spannung reguliert wird, durch Regulierungseinrichtungen gehandhabt werden muß. In anderen Worten ist es bei derartigen früheren Spannungs regulierungssystemen und -vorrichtungen erforderlich, mit der "gesamten Größe" der elektrischen Leistung umzugehen, die der Last zugeführt wird.

Daher wurden frühere Spannungsreduzierungseinrichtungen üb licherweise so gestaltet, daß sie ausreichend groß mit aus reichender elektrischer Leistungstauglichkeit zum Umgehen mit dem vollen Betrag der Kilovolt-Ampere (kVA) sind, von denen gewünscht wird, daß sie für eine nominelle kVA-Last verfügbar sind, für deren Spannung vorgesehen ist, daß sie reguliert wird. Als Folge der Notwendigkeit, mit der gesam ten Größe der elektrischen Leistung umzugehen, waren derar tige frühere Spannungsregulierungsinstallationen relativ groß und teuer und hatten beachtliche elektrische Verluste im Verhältnis zum Betrag der Leistung und zum Prozentbereich der vorgesehenen Spannungsregulierung zur Folge.

Zusätzlich umfassen viele frühere Spannungsregulierungssy steme und -vorrichtungen mechanisch bewegliche Komponenten, wie zum Beispiel mechanisch verschiebbare Positionen von elektromagnetischen Gliedern zum Ändern einer effektiven Kopplung zwischen primären und sekundären Wicklungen, oder wie bewegliche elektrische Kontakte zum Ändern des Verhält nisses von Primär-zu-Sekundär-Windungen. Derartige frühere Spannungsregulierungseinrichtungen, die bewegliche Komponen ten umfassen, erforderten mechanische Antriebe mit ihren zu gehörigen Komplexitäten und Kosten, zusätzliche Größe, Ge wicht und erforderlichenfalls Wartungs- und Schmiererforder nisse für relative schwere bewegliche Teile.

Überblick

Die Erfindung hat zum Ziel, gegenüber dem Stand der Technik eine verbesserte Spannungsregulierung bereitzustellen.

Dieses Ziel wird mit Vorrichtungen und insbesondere Trans formatoren nach einem der Ansprüche 1, 14, 17 und 20 er reicht.

Unter den Vorteilen der Inline-Kompensations-/Verstärkungs- Spannungsregulierungssysteme und -vorrichtungen, die die vorliegende Erfindung verkörpern, sind jene, die aus der Tatsache entstehen, daß sie nur einen Teil der Größe der Leistung behandeln, deren Spannung durch das Regulierungssy stem oder die Regulierungsvorrichtung gesteuert wird. Zum Beispiel wird ein System und eine Vorrichtung das/die die Erfindung verkörpert und zum Bereitstellen einer Spannungs regulierung über einem Bereich von plus oder minus 15% no minaler Ausgangsspannung bemessen ist, die Spannung von nur ungefähr 15% der nominalen kVA-Ausgangsleistung kompensie ren oder verstärken, während die überwiegende Mehrheit der Ausgangsleistung durch das System und die Vorrichtung über einen relativ hochleitfähigen Hauptwicklungsverbindungspfad von der Leistungsquelle direkt zur Last fließt. Dieser Hochleitfähigkeitsverbindungspfad enthält relativ wenig Win dungen einer elektrischen Hauptwicklung. In Zeitperioden, in denen keine Spannungsregulierung auftritt, da die AC-Versorgungsspannung zufällig gleich dem gewünschten Aus gangspegel ist, wird weder ein Kompensieren noch ein Ver stärken durchgeführt, und die Gesamtheit der Leistung fließt durch das System und die Vorrichtung, ohne daß jegliche elektrische Leistung von dem System und der Vorrichtung be handelt wird, mit Ausnahme von unerwünschter Hysterese, Wir belstrom und Widerstandsverlusten. Folglich sind die vorlie genden Systeme und Vorrichtungen im Verhältnis kleiner und wirtschaftlicher und haben kleinere elektrische Verluste im Verhältnis zur Menge von ausgegebener elektrischer Leistung und zum Bereich der regulierten Spannung zur Folge.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist bei einer ihrer Ausfüh rungen eine Inline-Kompensations-/Verstärkungs-Spannungsre gulierungsvorrichtung zum Zuführen einer elektrischen AC-Leistung regulierter Spannung von einem Ausgangsanschluß zu einer elektrischen Last vorgesehen, wobei die Vorrichtung einen Eingangsanschluß zur Verbindung mit einer AC-Versor gung einer elektrischen Leistung hat, und wobei diese Vor richtung enthält: wenigstens erste, zweite und dritte ferro magnetische Transformatorkerne mit ersten, zweiten bzw. dritten Querschnittsbereichen, wobei diese Querschnittsbe reiche relative Größen von X Flächeneinheiten, Y Flächenein heiten bzw. Z Flächeneinheiten haben. Es gibt erste, zweite und dritte Regulatorwicklungen, die entsprechend an den er sten, zweiten und dritten Kernen angebracht und elektroma gnetisch mit ihren eigenen Kernen gekoppelt sind. Die er sten, zweiten und dritten Regulatorwicklungen haben erste, zweite bzw. dritte Anzahlen von Windungen, wobei die Anzah len relative Werte von N1, N2 bzw. N3 haben, wobei N1, N2 und N3 vorgegebene Zahlen sind. Diese Vorrichtung enthält Schalteinrichtungen zum selektiven Anschließen der ersten, zweiten und/oder dritten Regulatorwicklungen über der AC-Ver sorgung und zum selektiven Kurzschließen jeglicher der ersten, zweiten und/oder dritten Regulatorwicklungen, die "nicht aktiv" sind, d. h. die nicht über der AC-Versorgung angeschlossen sind. Es gibt eine Hauptwicklung, die an den ersten, zweiten und dritten Kernen angebracht ist und magne tisch mit allen von ihnen koppelt. Die Hauptwicklung hat ei nen Eingangsanschluß zur Verbindung mit der AC-Versorgung von elektrischer Leistung und hat einen Ausgangsanschluß zum Abgeben von AC-Leistung regulierter Spannung von diesem Aus gangsanschluß zu einer elektrischen Last.

Gemäß der vorliegenden Erfindung schließen die Schaltein richtungen bei einem vorteilhaften Gesichtspunkt die ersten, zweiten und/oder dritten Regulatorwicklungen über der AC-Ver sorgung in für die Spannung kompensierender oder verstär kender Beziehung relativ zur Hauptwicklung zum Verringern oder Erhöhen der Spannung an, die von dem Ausgangsanschluß der Hauptwicklung abgegeben wird.

Gemäß der vorliegenden Erfindung gibt es bei einem anderen vorteilhaften Gesichtspunkt erste, zweite und dritte Wider standseinrichtungen, die normalerweise nicht über irgendeine aktive der ersten, zweiten und dritten Regulatorwicklungen in Schaltungsverbindung angeschlossen sind. Diese Wider standseinrichtungen stellen einen Übergangsstromflußweg in der Schaltung über die ersten, zweiten bzw. dritten Regula torwicklungen momentan während des selektiven Schaltens der jeweiligen Regulatorwicklungen vom Kurzgeschlossensein zum Angeschlossensein über die AC-Versorgung bereit, und stellen ferner einen solchen Übergangsstromflußpfad momentan während selektiven Rückschaltens dieser jeweiligen Wicklungen vom Angeschlossensein über der AC-Versorgung zum Kurzgeschlos sensein, bereit.

Gemäß der vorliegenden Erfindung sind bei einem weiteren ih rer vorteilhaften Gesichtspunkte Steuereinrichtungen vorge sehen, die auf die Augenblicke ansprechen, in denen die AC-Span nung die Nullstromachse bei jeder Schalteinrichtung kreuzt, um die Schalteinrichtungen nur während solchen Au genblicken selektiv zu betätigen, wie es zum Minimieren elektrischer Belastungen in den Schalteinrichtungen während eines Schaltbetriebes und zum Minimieren elektromagnetischer Interferenz vorteilhaft ist.

Bei einer Vorrichtung, die die vorliegende Erfindung verkör pert, gibt es eine Hauptwicklung, die einen Eingangsanschluß zur Schaltungsverbindung mit einer AC-Quelle elektrischer Leistung und einen Ausgangsanschluß zur Schaltungsverbindung mit einer elektrischen Last zum Anschließen der Hauptwick lung in serieller Beziehung zwischen der AC-Quelle und der elektrischen Last hat. Die Vorrichtung enthält wenigstens erste, zweite und dritte ferromagnetische Transformatörker ne, die erste, zweite und dritte Querschnittsbereiche mit relativen Größen von X Flächeneinheiten, Y Flächeneinheiten und Z Flächeneinheiten haben. Die Hauptwicklung ist mit al len diesen Kernen gekoppelt. Die Vorrichtung enthält ferner erste, zweite und dritte Regulatorwicklungen, die elektroma gnetisch mit ihren eigenen Kernen gekoppelt sind, und diese Regulatorwicklungen haben erste, zweite bzw. dritte Anzahlen von Windungen mit relativen Werten N1, N2 bzw. N3, wobei N1, N2 und N3 vorgegebene Zahlen sind. Schalteinrichtungen ver binden selektiv die ersten, zweiten und/oder dritten Regula torwicklungen mit der AC-Quelle elektrischer Leistung, und die Schalteinrichtungen schließen jegliche der ersten, zwei ten und/oder dritten Regulatorwicklungen selektiv kurz, die nicht an die AC-Quelle angeschlossen sind.

Insgesamt sind die relativen Anzahlen von Windungen in den ersten, zweiten und dritten Regulatorwicklungen umgekehrt proportional zu den Verhältnissen der Querschnittsbereiche der jeweiligen einzelnen ferromagnetischen Kernen, an die die Regulatorwicklungen elektromagnetisch gekoppelt sind.

Als ein anderes Beispiel kann es vier Regulatorwicklungen geben, die 1%-, 2%-, 4%- und 8%-Spannungsregulierungseffekte bereitstellen. Durch Schalten einer oder mehrerer von ihnen in Verstärkungsbeziehung kann eine Spannungsregulierung über einen Bereich von plus fünfzehn Prozent mit inkrementalen Schritten von einem Prozent über diesen Plus-Fünfzehn-Pro zentbereich bereitgestellt werden. Umgekehrt kann durch Schalten von einer oder mehreren von ihnen in Kompensations beziehung eine Spannungsregulierung über einen Bereich von minus fünfzehn Prozent mit inkrementalen Schritten von einem Prozent über diesen Minus-Fünfzehn-Prozentbereich bereitge stellt werden. Bei diesem 1%-, 2%-, 4%- und 8%-Beispiel wer den alle Wicklungen, die in irgendeinem Augenblick aktiv sind, in demselben Modus betrieben, das heißt, daß alle Wicklungen, die aktiv sind, in ihrem Verstärkungsmodus be trieben werden, oder daß alle Wicklungen, die aktiv sind, in ihrem Kompensationsmodus betrieben werden. Wenn es vorkommt, daß die Eingangsspannung auf dem gewünschten Pegel ist, tritt weder ein Verstärken noch ein Kompensieren auf.

Bei einer 1%-, 2%- und 7%-Vorrichtungen können die Schalt einrichtungen gleichzeitig ausgewählte Regulatorwicklungen über der AC-Quelle in demselben Modus oder in entgegenge setzten Modi anschließen, um eine Spannungsregulierung über einen Bereich von plus oder minus zehn Prozent mit inkremen talen Schritten von einem Prozent über diesen gesamten Be reich bereitstellen.

Weitere vorteilhafte Prozentverteilungen unter jeweiligen Regulatorwicklungen werden angegeben als zum Beispiel 2%, 4% und 14% zur Spannungsregulierung über einen Bereich von plus oder minus zwanzig Prozent in inkrementalen Schritten von 2%, wobei aktive Wicklungen gleichzeitig in entgegengesetz ten Modi betreibbar sind, und als zum Beispiel 3%, 6% und 12% zur Dreiphasen-Spannungsregulierung über plus oder minus einundzwanzig Prozent in Schritten von 3%, wobei alle akti ven Wicklungen in demselben Modus arbeiten. Andere Beispiele sind: 1%, 2%, 4%, 8% und 16% zur Spannungsregulierung über einen Bereich von plus oder minus einunddreißig Prozent in Schritten von 1%, wobei alle aktiven Wicklungen in demselben Modus arbeiten, und z. B. 1%, 2%, 7% und 21% zur Spannungsre gulierung über einen Bereich von plus oder minus einunddrei ßig Prozent in Schritten von 1%, wobei aktive Windungen gleichzeitig in entgegengesetzten Modi betreibbar sind.

Weitere vorteilhafte und bevorzugte Ausgestaltungen der Er findung ergeben sich aus den unabhängigen Ansprüchen sowie den abhängigen Ansprüchen und deren Kombinationen.

Die Erfindung ist zusammen mit weiteren Zielen, Merkmalen, Vorteilen und Gesichtspunkten davon anhand der nachfolgenden genauen Beschreibung klarer verständlich, die in Zusammen hang mit den begleitenden Zeichnungen zu betrachten ist, die nicht erstellt wurden, um Schwerpunkte detail- oder maß stabsgetreu zu zeigen, sondern darauf gerichtet sind, um die Prinzipien der Erfindung klar darzustellen. Gleiche Bezugs zeichen geben gleiche Elemente oder Komponenten über die verschiedenen Ansichten hinweg an.

Die begleitenden Zeichnungen, die enthalten sind in und ei nen Teil bilden von der Beschreibung stellen gegenwärtig be vorzugte Ausführungen der Erfindung dar und dienen zusammen mit der oben angegebenen allgemeinen Beschreibung und der unten angegebenen genauen Beschreibung der bevorzugten Aus führungen zum Erklären der Prinzipien der Erfindung.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine Draufsicht einer Inline-Kompensations-/Ver stärkungs-Spannungsregulierungsvorrichtung, die vier ferromagnetische Transformatorkerne hat. Diese vier Kerne haben, wie gezeigt ist, jeweili ge Querschnittsbereiche, deren relative Größen, d. h. relativen "Schnitte", in einem Verhältnis von 1 zu 2 zu 4 zu 8 sind,

Fig. 2 ist eine Querschnittsansicht in der Ebene 2-2 durch die Spannungsregulierungs-Transformator vorrichtung von Fig. 1,

Fig. 3 ist eine Endaufrißansicht, wie sie beim Betrach ten von rechts in der Fig. 1 zu sehen ist,

Fig. 4 ist ein schematischer Schaltplan, der die Inline- Kompensations-/Verstärkungs-Spannungsregulie rungs-Transformatorvorrichtung der Fig. 1, 2 und 3 in einem Spannungsregulierungssystem integriert zeigt, das die Erfindung verkörpert,

Fig. 5 ist ein funktionales Blockdiagramm eines automa tischen Einphasen-Spannungsregulierungssystems, das die Erfindung verkörpert,

Fig. 6 enthält Graphiken zur Bezugnahme beim Erklären eines Betriebs des Einphasen-Systems von Fig. 5 zum Erzeugen einer Steuerfunktion, die an Null durchgangspunkten der AC-Spannung bei jedem je weiligen Schalter schaltet,

Fig. 7 enthält weitere Graphiken zum Erklären von Ein phasen-Zeitsteuersequenzen zum Erzeugen einer Steuerfunktion, die an solchen Nulldurchgangs punkten schaltet,

Fig. 8 ist eine Aufrißansicht einer Dreiphasen-Inline- Kompensations-/Verstärkungs-Spannungsregulie rungs-Transformatorvorrichtung, die die vorlie gende Erfindung verkörpert,

Fig. 9 ist eine Querschnittsansicht in der Ebene 9-9 durch die Dreiphasen-Spannungsregulierungs- Transformatorvorrichtung von Fig. 8,

Fig. 10 ist ein schematisches, zur besseren Übersicht lichkeit dreigeteiltes Schaltbild, das ein Drei phasen-Spannungsregulierungssystem zeigt, das die Erfindung verkörpert. Die gesamte Fig. 10 ergibt sich durch Zusammensetzen der Teile 1, 2 und 3 entsprechend an den Markierungen a, b, c, d, e, f und g in den jeweiligen Teildarstellungen.

Genaue Beschreibung der bevorzugten Ausführungen

In den Fig. 1, 2 und 3 ist ein die vorliegende Erfindung verkörpernder Transformator gezeigt, der allgemein mit 20 bezeichnet ist, mit ersten, zweiten, dritten und vierten ferromagnetischen Kernen 21, 22, 23 und 24, die aus Trans formatorstahlschichten (auch "Transformatoreisen" genannt) aufgebaut sind. Wie in den Fig. 2 und 3 zu sehen ist, hat jeder dieser Kerne ein zentrales Bein 25 und ein Paar von äußeren Kernbeinen 26 mit einem Paar von Wicklungsfenstern 27 von im wesentlichen identischer Form. Wie in der Fig. 2 gezeigt ist, haben die jeweiligen Paare von äußeren Beinen 26-1, 26-2, 26-3 und 26-4 in jedem jeweiligen Kern 21, 22, 23 und 24 im wesentlichen gleiche Querschnittsbereiche, und der Querschnittsbereich des jeweiligen zentralen Beines 25-1, 25-2, 25-3 oder 25-4 ist im wesentlichen gleich zum oder das Zweifache vom Querschnittsbereich des jeweiligen äußeren Beines 26-1, 26-2, 26-3 oder 26-4.

Der magnetische Fluß in jedem dieser vier Kerne 21, 22, 23 und 24 folgt allgemein einem Paar ovaler Wege, die das je weilige Wicklungsfenster 27 einkreisen, wie durch zwei ge strichelte Ovale 28 in der Fig. 3 gezeigt ist. In jedem Kern geht ungefähr der doppelte Fluß durch ein zentrales Bein 25 im Vergleich zum Betrag des Flusses, der durch jedes äußere Bein 26 hindurchgeht. Daher erfährt das zentrale Bein jedes Kerns 21, 22, 23 und 24 relativ zur betreffenden Flußdichte und unter Vernachlässigung geringerer Randflußeffekte im we sentlichen dieselbe Flußdichte wie jedes äußere Bein dessel ben Kernes. Somit ist der Betrag des magnetischen Flusses und die Flußdichte in dem zentralen Bein jedes Kerns insge samt für jenen speziellen Kern charakteristisch.

In dieser Beschreibung wird auf die Querschnittsbereiche der jeweiligen Kerne 21, 22, 23 und 24 Bezug genommen. Es ist so zu verstehen, daß derartige Bezugnahmen auf das zentrale Bein 25 jedes Kerns erfolgen, da Magnetflußbedingungen in dem zentralen Kern charakteristisch für solche Bedingungen insgesamt überall in jenem jeweiligen Kern sind. Auch wird eine klarere Erklärung dadurch geschaffen, daß über die Querschnittsbereiche der zentralen Kernbeine gesprochen wird, die als Hauptkomponenten jedes Kerns zu betrachten sind, statt über die Querschnittsbereiche der jeweiligen äu ßeren Beine zu sprechen, bei denen davon ausgegangen werden kann, daß sie Halbkomponenten jedes Kerns sind. Außerdem kann man sich eine direktere elektromagnetische Beziehung zwischen den zentralen Kernbeinen und den jeweiligen Wick lungen, die diese zentralen Kernbeine umgeben, vorstellen.

Aus Gründen, die später genau erklärt werden, ist der durch Dimensionspfeile "B" in der Fig. 1 gezeigte "Aufbau", d. h. die insgesamte Stapeldicke, der zusammengebauten Schichten in den Kernen 21, 22, 23 und 24 entsprechend 1B, 2B, 4B und 8B. Somit sind die relativen Größen der Querschnittsbereiche dieser vier Kerne im Verhältnis 1 zu 2 zu 4 zu 8.

Die Aufbauschichten in jedem Kern 21, 22, 23 und 24 sind durch geeignete Befestigungsmittel aneinander befestigt, wie es in der Technik bekannt ist, um ferromagnetische Transfor matorkernstrukturen zu bilden, in denen Wirbelstromverluste geeignet minimiert sind.

Statt die Kerne aus Schichten aus Transformatoreisen herzu stellen, können diese Kerne aus anderem ferromagnetischen Material, wie zum Beispiel Ferriten, hergestellt werden. Es ist wichtig, daß alle Kerne aus demselben ferromagnetischen Material bestehen, so daß sie im wesentlichen identische ma gnetische Charakteristika, wie Permeabilität, koerzitive Ei genschaften und Hysterese, und im wesentlichen identische elektrische Charakteristika zeigen, wie spezifischer Wider stand gegen Wirbelstromverluste.

Vier Regulatorwicklungen 1, 2, 3 und 4 sind an den jeweili gen vier zentralen Kernbeinen 25-1, 25-2, 25-3 und 25-4 an gebracht und umgeben diese. Wie in der Fig. 2 zu sehen ist, geht jede Regulatorwicklung durch beide Wicklungsfenster ih res jeweiligen Kerns 21, 22, 23 oder 24 hindurch. Da jede Regulatorwicklung nur das zentrale Bein ihres jeweiligen Kerns umgibt, ist jede Wicklung 1, 2, 3 oder 4 elektromagne tisch im wesentlichen nur an ihren eigenen individuellen Kern 21, 22, 23 oder 24 gekoppelt, d. h. jegliche unbeabsich tigte Kopplung, die durch Streuung von elektromagnetischem Fluß verursacht wird, ist zu vernachlässigen.

Um vorgegebene inkrementale Einstellungen von Ausgangsspan nung bereitzustellen, wie später genau beschrieben wird, während ebenfalls im wesentlichen identische Flußbedingungen in allen vier Kernen 21, 22, 23 und 24 erzeugt werden, sind die relativen Anzahlen von Windungen in den jeweiligen Regu latorwicklungen 1, 2, 3 oder 4 invers proportional zu den Verhältnissen der Querschnittsbereiche der jeweiligen Kerne 21, 22, 23 oder 24, an die die jeweilige Regulatorwicklung elektromagnetisch gekoppelt ist.

Eine Hauptwicklung 30, die Eingangs- und Ausgangsanschlüsse 31 und 32 hat, umgibt alle vier der zentralen Kernbeine 25-1, 25-2, 25-3 und 25-4 und geht durch alle der Wicklungs fenster 27 hindurch. Da diese Hauptwicklung alle der zentra len Beine umgibt, ist sie elektromagnetisch an alle vier Kerne 21, 22, 23 und 24 gekoppelt.

Bei diesem Spannungsregulierungstransformator 20 gelten die folgenden Parameter. Die Querschnittsbereiche der Kerne 21, 22, 23 und 24 sind in einem Verhältnis von 1 zu 2 zu 4 zu 8, und die relativen Anzahlen von Windungen der jeweiligen Re gulatorwicklungen 1, 2, 3 und 4 sind in einem Verhältnis von 8 zu 4 zu 2 zu 1, d. h., daß die Anzahlen von Windungen umge kehrt proportional zu den relativen Größen der Querschnitts bereiche der jeweiligen Kerne 21, 22, 23 und 24 sind, an die diese Regulatorwicklungen elektromagnetisch gekoppelt sind. Die Vorrichtung 20 ist eingerichtet, so daß sie eine kVA-Bemes sung oder -Belastbarkeit, d. h. einem kVA-Nominalwert von 12 kVA mit 100 Ampere bei 120 Volt und 60 Hertz hat. Die gewünschte AC-Ausgangsspannung, die vom Ausgangsanschluß 32 bereitgestellt werden soll, ist relativ zur gemeinsamen oder neutralen oder "Erdungs"-Leitung 120 Volt. Wenn die AC-Ein gangsspannung am Eingangsanschluß 31 relativ zur Erdung zufällig 120 Volt ist (gleich der gewünschten Ausgabe von 120 Volt), dann ist keine der Regulatorwicklungen 1, 2, 3 oder 4 "aktiv", d. h. keine ist in einer regulierenden Bezie hung bezüglich der Ausgangsspannung.

Die "elektrische Mitte" ist als der Zustand definiert, in dem die Eingangsspannung 120 Volt ist und die Ausgangsspan nung bei 120 Volt gleich der Eingangsspannung ist und keine Regulatorwicklung aktiv ist. Diese Regulatorwicklungen haben Paare von Regulatoranschlüssen 34-1, 34-2, 34-3 und 34-4 (Fig. 1). Unter Bezugnahme auf die Fig. 4 können diese Paare von Anschlüssen in einem kompensierenden oder verstärkenden Modus relativ zur Spannung, die durch die Hauptwicklung 30 an ihrem Ausgangsanschluß 32 bereitgestellt wird, in Schal tungsverbindung mit einer AC-Versorgung 36 geschaltet wer den.

Wenn in den vorliegenden Unterlagen von "Kompensierung", "Kompensation" oder "kompensieren" u.ä. die Rede ist, so ba sieren diese Ausdrucksweisen auf der englischen Bezeichnung "buck", unter der wirkungsmäßig auch ein Verkleinern, Herab setzen, Ausgleichen, Entgegenwirken, "Rückwärtsverstärken" (engl.: "back boost") u.ä. verstanden werden kann, wodurch der entsprechende vollständige Bedeutungsumfang der jeweili gen Begriffe wiedergegeben ist. Weiterhin resultieren die in diesen Unterlagen verwendeten Begriffe "Verstärkung" oder "verstärken" auf der englischen Bezeichnung "boost", unter der wirkungsmäßig auch ein Aufwärtstreiben, Hochschalten, Erhöhen, Anheben, Aufladen, Hinzufügen, Zusatz, "Boosten", Hochschieben, Fördern u.ä. verstanden werden kann, wodurch der entsprechende vollständige Bedeutungsumfang der jeweili gen Begriffe wiedergegeben ist.

Die Spannungsregulierungsvorrichtung 20 ist so eingerichtet, daß sie eine Ausgangsspannungsauflösung von 1% und einen Betriebsbereich von plus oder minus 15% von dem elektri schen 120-Volt-Mittenzustand hat. Somit ist die maximale Eingangsspannung von der AC-Leistungsquelle 36, bei der die Vorrichtung 20 ihren nominalen Ausgang 38 auf 120 Volt hal ten kann, jene Eingangsspannung, bei der 120 Volt Ausgabe gleich 85% der Eingangsspannung sind. Umgekehrt ist die mi nimale Eingangsspannung von der AC-Versorgung 36, bei der die Vorrichtung ihren Ausgang auf 120 Volt halten kann, jene Eingangsspannung, bei der 120 Volt Ausgabe gleich 115% der Eingangsspannung sind.

Folglich wird der Arbeits-(Eingangs-)Bereich, über den diese Spannungsregulierungsvorrichtung die spezifizierte Ausgangsspannung von 120 Volt aufrechterhalten kann, ausge drückt durch:

1/(1+R) bis 1/(1-R) (1)

wobei
R = Bereich als eine Dezimale.

Bei diesem Beispiel wird, wobei R = 0,15, die Spannungsregu lierungsvorrichtung die spezifizierte Nominalausgangsspan nung bei einer Eingangsspannung von beginnend mit 87% bis hin zu 118% der Ausgangsspannung von 120 Volt aufrechter halten, das heißt, mit einer Eingangsspannung im Bereich von ungefähr 104,4 Volt bis ungefähr 141,6 Volt. Eine üblichere Weise, diese Betriebsfähigkeit zu spezifizieren, ist, als eine -13% bis +18% Betriebsfähigkeit relativ zur "elektri schen Mitten"-Eingangsspannung von 120 Volt.

Aufgrund der Verwendung von Regulatorwicklungen, die relati ve Windungszahlen im Verhältnis von 1 zu 2 zu 4 zu 8 haben, braucht die Polarität (der "Sinn") dieser Wicklungen (ob sie in ihrem kompensierenden Modus oder in ihrem verstärkenden Modus wirken) nur geändert werden, wenn der "elektrische Mitten"-Zustand überquert wird, der oben definiert wurde. Die gewünschte 1%-Auflösung wird über den gewünschten plus oder minus 15%-Bereich R durch Einsetzen der jeweiligen Re gulatorwicklungen bereitgestellt, wie unten angegeben ist.

Beispiel I

Gemäß der LENZSCHEN REGEL (und unter Ignorierung von jegli chem magnetisierenden Strom) verursacht die Tatsache, daß die Hauptwicklung 30 elektromagnetisch an jeden der vier ferromagnetischen Kerne 21, 22, 23 und 24 gekoppelt ist, daß das Ampere-Windungs-Produkt ("AT") für jeden dieser vier Kerne gleich dem Apere-Windungs-Produkt (AT) der Hauptwick lung ist.

Es ist zu beachten, daß die Hauptwicklung 30 mit der elek trischen Last in Reihe schaltungsverbunden ist, wie in der Fig. 4 gezeigt ist, d. h., daß die Hauptwicklung 30 mit der Last, die mit elektrischer AT-Leistung bei regulierter Span nung versorgt wird, "Inline" oder hintereinander geschaltet ist. Mit dem Begriff "Inline", den es auch in der Schreibe weise "In-line" gibt, ist somit in diesen Unterlagen eine Reihenschaltung oder ein Reihenanschluß oder eine Schaltung oder ein Anschluß hintereinander gemeint.

Basierend auf der "elektrischen Mitte" von 120 Volt ist die Hauptwicklung eingerichtet, um eine insgesamte 18 Volt- (15%) Kompensation oder Verstärkung an ihrem Ausgangsan schluß 32 bereitzustellen.

Unter Berücksichtigung des FARADAYSCHEN INDUKTIONSGESETZES ist es zu verstehen, daß die Volt pro Windung (V/T), die in der Hauptwicklung 30 induziert werden, vorzugsweise gleich der Summe der Volt pro Windung (V/T) sind, die in den spezi ellen Regulatorwicklungen auftreten, für die gilt, daß sie in irgendeinem Moment aktiv sind, um eine Regulierungsaktion bereitzustellen.

Ein anderer Weg, das FARADAYSCHE INDUKTIONSGESETZ zu beach ten, ist, zu erkennen, daß der magnetische Fluß 28 in jedem der Kerne 21, 22, 23 und 24 an die oder mit der Hauptwick lung 30 gekoppelt ist. Die Flußdichte in jedem Kern ist die selbe. Somit ist der gesamte Fluß in jedem Kern proportional zum Querschnittsbereich jenes Kerns. Daher sind die relati ven Verteilungen des magnetischen Flusses, der an die Haupt wicklung gekoppelt und durch die ersten, zweiten, dritten und vierten Kerne 21, 22, 23 und 24 bereitgestellt ist, in einem Verhältnis von 1 zu 2 zu 4 zu 8. Folglich stellt der vierte Kern 8/15 des gesamten Flusses bereit, der an den Hauptkern (die Hauptwindung) gekoppelt ist. Der dritte Kern stellt 4/15 dieses gesamten Flusses bereit; der zweite Kern stellt 2/15 dieser Gesamtheit bereit; und der erste Kern stellt 1/15 dieser Gesamtheit bereit. Somit wird zum Bei spiel die 8%-Regulatorwicklung 4 bei 8/15 der Volt pro Win dung der Hauptwicklung 30 arbeiten; die 4%-Regulatorwicklung wird bei 4/15 der Volt pro Windung der Hauptwicklung arbei ten, und so weiter.

Da alle der Regulatorwicklungen von derselben Spannungsquel le 36 betrieben werden, sind die Spannungen über ihren je weiligen Anschlußpaaren dieselben, weshalb die relativen Windungsverhältnisse der Regulatorwicklungen ausgewählt sind, so daß sie das Inverse oder Umgekehrte der Schrittgrö ße sind, das heißt, die 8% Wicklung 4 hat ein Achtel der Windungen, die die 1% Wicklung 1 hat. Die 4% Wicklung 3 hat ein Viertel der Windungen, die die 1% Wicklung hat, und so weiter. Unter Bezugnahme wiederum auf die LENZSCHE REGEL ist, da das Ampere-Windungs-Produkt (AT) für jeden der vier Kerne 21, 22, 23 und 24 gleich dem AT der Hauptwicklung 30 ist, das Ergebnis, daß weniger Windungen in einer Regulator wicklung einen größeren Strom in jener Regulatorwicklung verursachen und daher verursachen, daß mehr kVA mit jener speziellen Regulatorwicklung zusammenhängen. Mehr kVA erfor dern einen größeren Querschnittsbereich des jeweiligen Kerns.

Zusammenfassend dienen die gewählten Schrittgrößen der Regu latorwicklungen, das heißt 1%, 2%, 4% und 8%, zum Einteilen der relativen kVA Größen der jeweiligen Regulatorkerne 21, 22, 23 und 24 und deren jeweiligen Regulatorwicklungen 1, 2, 3 und 4.

Aus Tabellenzwecken kann die 1%-, 2%-, 4%- und 8%-Regulator wicklung entsprechend als die 1%-, 2%-, 4%- und 8%- "Spule" bezeichnet werden, und die Kerne bei 21, 22, 23 und 24 kön nen entsprechend der 1%-, 2%-, 4%- und 8%-Kern genannt wer den. Unter Berücksichtigung der Beziehungen, die in den obi gen Absätzen erklärt wurden, können die Parameter dieses Beispiels I folgendermaßen zusammengefaßt werden:

Beispiel I (Fortsetzung)

Es wird ein weiterer Vorteil dieser Spannungsregulierungs vorrichtung 20 angegeben, nämlich, daß, da alle der Regula torwicklungen dasselbe Ampere-Windungs-Produkt haben, sie alle denselben Bereich für ihr Fenster 27 erfordern. Im Hin blick auf dieses Kriterium desselben Fensterbereichs ist es vorteilhaft, dieselbe Kernrahmengröße und dieselbe Form für alle Kerne (wie es in der Vorderaufrißansicht in der Fig. 3 zu sehen ist) einzusetzen. Somit werden die unterschiedli chen kVA-Bemessungen der jeweiligen Kerne durch Einsetzen unterschiedlicher Aufbauten oder Baugrößen bereitgestellt: 1B, 2B, 4B und 8B, d. h. durch Einsetzen unterschiedlicher Dicken der Kerne. Wie oben angegeben wurde, können diese je weiligen Aufbauten zum Beispiel 1/4 Inch, 1/2 Inch, 1 Inch und 2 Inch sein. Bei der gezeigten Transformatorvorrichtung, die für 12 kVA bei 120 Volt, 100 Ampere und 60 Hz bemessen ist und bei der die jeweiligen Kerne "Aufbau"-Dimensionen haben, wie sie oben aufgelistet sind, können die Kerne 21, 22, 23 und 24 zum Beispiel, wie in der Fig. 3 zu sehen ist, eine Höhe von ungefähr fünf Inch und eine Breite ungefähr sechs Inch haben.

In der Fig. 4 ist ein Inline-Kompensations-/Verstärkungs- Spannungsregulierungssystem gezeigt, das allgemein mit 50 bezeichnet ist und die Spannungsregulierungs-Transformator vorrichtung 20 der Fig. 1, 2 und 3 enthält. Ein System-Ab schaltschalter 42 ist in Schaltungsverbindung mit dem Ein gangsanschluß 31 der Hauptwicklung 30 gezeigt. Die Quelle 36 von elektrischer AC-Leistung ist in Schaltungsverbindung zwischen dem Haupteingangsanschluß 31 und dem "Erdung"-Ein gangsanschluß 46 angeschlossen, der durch eine Leitung 44 direkt mit dem "Erdung"-Ausgangsanschluß 39 verbunden ist.

Angeschlossen über das Paar von Anschlüssen 34-1 der ersten Regulatorwicklung 1 ist ein Übergangsschalter S1 in Reihe mit einem Übergangswiderstand R. Ferner ist ein Wicklungs neutralisierungsschalter S2 (ein Kurzschlußschalter) über diesem Paar von Anschlüssen 34-1 angeschlossen.

Ähnlich ist ein Übergangsschalter S1 in Reihe mit einem Übergangswiderstand R über dem Paar von Anschlüssen 34-2 der zweiten Regulatorwicklung 2 angeschlossen. Ein Wicklungsneu tralisierungsschalter S2 ist über diesem Paar von Anschlüs sen 34-2 angeschlossen. Die dritten und vierten Regulator wicklungen 3 und 4 sind ähnlich jeweils mit einem Übergangs schalter S1 in Reihe mit einem Übergangswiderstand R und mit einem Wicklungsneutralisierungsschalter S2 ausgestattet. Ei ner der Anschlüsse 34-1, 34-2, 34-3 und 34-4 jeder Regula torwicklung ist durch einen Wicklungsauswahlschalter S3 mit einem ersten Wicklungsauswahlanschluß 47 verbindbar, der zu einem "KOMPENSATION"-Wicklungsauswahlschalter S5 und auch zu einem "VERSTÄRKUNG"-Wicklungsauswahlschalter S7 führt. Der andere Anschluß jeder Regulatorwicklung ist mit einem zwei ten Wicklungsauswahlanschluß 48 verbunden, der zu einem "KOMPENSATION"-Wicklungsauswahlschalter S6 und auch zu einem "VERSTÄRKUNG"-Wicklungsauswahlschalter S4 führt.

BETRIEB DES IN DER Fig. 4 GEZEIGTEN INLINE-KOMPENSATIONS-/ VERSTÄRKUNGS-SPANNUNGSREGULIERUNGSSYSTEMS

Um den Betrieb des in der Fig. 4 gezeigten Systems 50 zu er klären, wird als ein Betriebsbeispiel angenommen, daß dieses Inline-Kompensations-/Verstärkungs-Spannungsregulierungs system vollständig belastet durch eine elektrische Last 40 betrieben wird. In dieser vollständig belasteten Situation führt das System 50 der Last 40 einhundert Ampere bei einer regulierten Ausgangsspannung von 120 Volt zu, d. h. 12 kVA Ausgangsleistung werden der Last 40 bei 60 Hz zugeführt.

Da dies ein vollständig belastetes System 50 ist, wird ange nommen, daß der wesentliche Leistungsbetrag, der von der AC-Quelle 36 gezogen wird, eine zwischen den Anschlüssen 31 und 46 verfügbare Eingangsspannung von erheblich weniger als 120 Volt verursacht. Daher wird angenommen, daß das Regulie rungssystem in seinem Verstärkungsmodus arbeitet.

In diesem Verstärkungsmodus wird angenommen, daß die 8%-, 2%- und 1%-Wicklungen aktiv sind, wodurch eine Gesamtheit von 11% Verstärkung bereitgestellt wird. Nur die 4%-Wicklung 3 ist inaktiv. Diese drei aktiven Wicklungen (4, 2 und 1) sind durch ihre jeweiligen drei geschlossenen Auswahlschal ter S3 und durch die zwei Anschlüsse 47 und 48 und durch Schließen der S5- und S6-Verstärkungsschalter über der AC-Leistungs quelle 36 angeschlossen. Die drei jeweiligen Über gangs- und Neutralisationsschalter S1 und S2 sind für diese drei aktiven Wicklungen 4, 2 und 1 offen.

Die inaktive Wicklung 3 ist nicht mit der AC-Leistungsquelle 36 verbunden, ihr Auswahlschalter S3 ist offen, und ihr Neu tralisationsschalter 2 ist zum Kurzschließen dieser inakti ven Wicklung geschlossen. Der Grund für das Kurzschließen jeglicher inaktiven Wicklung wird unter Bezugnahme auf die WICKLUNGSTABELLE, die oben angegeben ist, erklärt. Es ist erkennbar, daß die Hauptwicklung 30 9 Windungen hat, während die inaktive 4%-Wicklung 3 224 Windungen hat. Somit wäre, wenn es der Wicklung 3 gestattet wäre, ein offener Strom kreis zu sein (anstelle absichtlich kurzgeschlossen zu sein), ihre Leerlaufspannung 224/9 der Spannung über der Hauptwicklung, die bei einer 11%-Verstärkung arbeitet. Wie später erklärt wird, ist die Spannung über der Hauptwicklung im 11%-Verstärkungszustand 11,9 Volt. Folglich wäre, wenn es der inaktiven Wicklung 3 gestattet wäre, ein offener Strom kreis oder im Leerlauf zu sein, die Spannung über ihr Paar von Anschlüssen 34-3, 224/9 (was 24,9 ist) mal 11,9 Volt gleich 296 Volt. Eine derart relativ hohe Leerlaufspannung wäre unerwünscht; folglich ist der Neutralisierungsschalter S2 für die inaktive Wicklung 3 geschlossen. Dieses Schließen eines entsprechenden Neutralisierungsschalters tritt jedes mal für jegliche inaktive Regulatorwicklung auf. Bei voller Last, wie angenommen wird, trägt die Hauptwicklung 30 100 Ampere inline oder hintereinander mit der Last 40, die 100 Ampere zieht. Alle vier Kerne 21, 22, 23 und 24 sind elek tromagnetisch an die neuen Windungen der Hauptwicklung ge koppelt; daher werden alle vier Kerne mit 900 Ampere-Win dungen betrieben. Alle vier Regulatorwicklungen 1, 2, 3, 4 haben daher in ihnen induzierte Ströme, deren Größen umge kehrt proportional zu ihren Windungszahlen sind. In diesem Fall hat zum Beispiel die 8%-Wicklung 4 einen Strom von 900 AT geteilt durch 112 Windungen gleich 8,04 Ampere. Ähnlich hat die 4%-Wicklung 3 einen Strom von 900 AT geteilt durch 224 Windungen gleich 4,02 Ampere, und 50 weiter.

Da jegliche inaktive Wicklung immer kurzgeschlossen ist, ist zu verstehen, daß Strom immer in den vier Regulatorwicklun gen vorhanden ist, ungeachtet dessen, ob sie aktiv oder in aktiv sind. Die Größen dieser Ströme in den Regulatorwindun gen hängen direkt von der Größe des Laststroms ab und sind umgekehrt proportional zur Anzahl von Windungen in der je weiligen Regulatorwicklung.

Wie oben angenommen wurde, ist die Ausgabe des vollständig belasteten Systems 50 120 Volt, und da die drei Wicklungen 4, 2 und 1 in dem Verstärkungsmodus aktiv sind, der eine 11%-Verstärkung bereitstellt, wird die Eingangsspannung über den Anschlüssen 31 und 46 berechnet als:

1/(1 + 0,11) × 120 V = 0,90 × 120 V = 108,1 Volt (2)

Die Spannung über der Hauptwicklung 30 ist daher 120 minus 108,1 Volt gleich 11,9 Volt, was 1,32 Volt pro Windung be deutet.

Zu Zwecken weiterer Erklärung wird angenommen, daß die Span nung von der AC-Verstärkung 36 plötzlich von 108,1 Volt (die eine 11%-Verstärkung erfordert) auf 112,15 Volt ansteigt, was plötzlich eine 7%-Verstärkung erfordert. Eine Änderung von einer 11%-Verstärkung zu einer 7%-Verstärkung hat das Abschalten der 8%-Wicklung 4 und deren Ersatz durch die 4%-Wicklung 3 zur Folge. Das Verfahren, mit dem diese Änderung ausgeführt wird, wird nun erklärt:
Um die 8%-Wicklung 4 aus dem aktiven Zustand zu entfernen, wird ihr Auswahlschalter S3 geöffnet, und, um sie zu neutra lisieren, muß ihr Schalter S2 geschlossen werden. Umgekehrt muß, um die 4%-Wicklung 3 zu aktivieren, ihr Neutralisie rungsschalter S2 geöffnet und ihr Auswahlschalter S3 ge schlossen werden. Es ist zu beachten, daß, wenn S2- und S3-Schalter beide gleichzeitig für dieselbe Regulatorwicklung geschlossen sind, sie einen direkten Kurzschluß über der AC-Leistungsquelle 36 durch die Anschlüsse 47 und 48 ergeben würden. Außerdem würde, wenn die S2- und S3-Schalter beide gleichzeitig für dieselbe Regulatorwicklung offen wären, je ne spezielle Wicklung eine unerwünscht hohe Leerlaufspannung haben, die über ihrem Paar von Anschlüssen 34 auftritt.

Um eine wünschenswerte Abfolge der Schaltoperation bereitzu stellen, (a) ohne einen direkten Kurzschluß über der Lei stungsquelle 36 zu ergeben und (b) ohne es irgendeiner Regu latorwicklung zu gestatten, in einem Leerlaufzustand zu sein, (i) sind der Übergangswiderstand R und der Übergangs schalter S1 für jede Regulatorwicklung vorgesehen, (ii) wird eine spezifische (grundsätzliche) Schaltsequenz verwendet und (iii) werden die folgenden zwei Ruhezustände eingesetzt:
RUHEZUSTAND VON REGULATORWICKLUNGSSCHALTERN, WENN EINE WICKLUNG IN EINEM NEUTRALISIERTEN ZUSTAND IST:
S1 GESCHLOSSEN, S2 GESCHLOSSEN UND S3 OFFEN.
RUHEZUSTAND VON REGULATORWICKLUNGSSCHALTERN, WENN EINE WICKLUNG IN EINEM AKTIVEN ZUSTAND IST:
S1 OFFEN, S2 OFFEN UND S3 GESCHLOSSEN.

Die grundsätzliche Schaltsequenz ist folgendermaßen: Um eine Regulatorwicklung zu aktivieren, wird zuerst S2 geöffnet. Der Wicklungsstromfluß (der vorher durch S2 kurzgeschlossen war), geht nun über auf, d. h. der Strom wird abgeleitet zu und widerstandsmäßig verringert durch, den verfügbaren Über tragungsweg durch S1 (der bereits geschlossen war) und R. Dann wird, nachdem diese Umleitung des Stroms durch den Übertragungsweg S1 und R aufgetreten ist, S3 geschlossen. Durch Schließen von S3 wird die parallele Kombination der Regulatorwicklung und S1 in Reihe mit R dadurch über der Eingangsleistungsquelle 36 angeschlossen. Abschließend wird S1 geöffnet, um die unnötig fortgesetzte Ableitung von Lei stung durch den Übertragungswiderstand R zu eliminieren, so daß die Regulatorwicklung vollständig aktiviert wird.

Um eine Regulatorwicklung zu neutralisieren, wird zuerst S1 geschlossen, um einen Übertragungsweg für Stromfluß verfüg bar zu machen. Dann wird S3 geöffnet, und der Wicklungsstrom wird durch S1 und R zum Übertragungsweg übertragen. Ab schließend wird S2 zum Kurzschließen der inaktiven Regula torwicklung geschlossen. Ferner dient das Schließen von S2 zum Kurzschließen des Übertragungsweges durch S1 und R zum Eliminieren eines unnötigen Umleitens in den Widerstand R und, noch wichtiger, zum Verringern der Impedanz des Regula torsystems 50. Der Schalter S1 bleibt, bereit für die näch ste Sequenz, geschlossen.

Bei diesem 1%-, 2%-, 4%-, 8%-Regulatorsystem 50 wird das Verstärkungs-zu-Kompensations-Schalten und das Kompensati ons-zu-Verstärkungs-Schalten durchgeführt, wenn die AC-Lei stungsquelle 36 durch einen "elektrische Mitten"-Zustand hindurchgeht, d. h., daß die Modusänderung von Verstärkung zu Kompensation und umgekehrt bei einem "elektrischen Mitten"- Zustand ausgeführt wird. Im elektrischen Mitten-Zustand ist die Versorgungsspannung bei 120 Volt. Daher tritt weder ein Verstärken noch ein Kompensieren auf. Folglich sind alle vier der Regulatorwicklungen im neutralisierten Status, wo bei alle vier ihrer Neutralisierungsschalter S2 geschlossen und alle vier ihrer Auswahlschalter S3 offen sind. Somit fließt weder ein Regulatorwicklungsstrom durch die Verstär kungsschalter S5, S6, noch durch die Kompensationsschalter S4, S7. Da in diesem elektrischen Mitten-Zustand ein Wick lungsstrom weder durch die Kompensations-, noch die Verstär kungsschalter fließt, benötigen die Kompensations- und Ver stärkungsschalter keine Übergangsschalter. Bei dieser Aus führung der Erfindung ist beabsichtigt, daß alle Regulator wicklungen in ihrem neutralisierten Zustand sind, bevor eine Verstärkungs-zu-Kompensations-Schaltungsänderung (oder umge kehrt) auftritt.

Wo schnelle Anspruchszeiten beim Regulieren einer Spannung einer Leistung, die einer elektrischen Last 40 zugeführt wird, nicht wichtig sind, zum Beispiel bei Lasten, die eine große Trägheit oder eine lange Zeitkonstante haben, wie sie in Heiz- oder Klimatisierungsinstallationen auftritt, können dann mechanische Schalter S1, S2, S3, S4, S5, S6 und S7 an geordnet werden, um die gewünschte Sequenz bereitzustellen. Derartige mechanische Schalter können durch elektrische Spu len oder Druckluftbetätiger gesteuert werden.

Wo schnelle Anspruchszeiten erforderlich sind, wie zum Bei spiel zum Regeln einer Spannung einer Leistung, die elektro nischem Equipment zugeführt wird, können Festkörperschalter verwendet werden. Die derzeit verfügbaren Schaltvorrichtun gen, die am meisten für diese Zwecke geeignet sind, sind SCRs und Triacs. In dem Fall, in dem SCRs für ein derartiges Schalten verwendet werden, sind zwei von ihnen umgekehrt parallel angeschlossen, um einen bidirektionalen Schalter bereitzustellen. Der Triac ist selbst bidirektional.

STEUERSYSTEM

Zur Steuerung des Betriebs des Spannungsregulierungssystems 50 (Fig. 4) kann ein Steuersystem verwendet werden, wie es in der Fig. 5 gezeigt ist. Dieses Steuersystem ist allgemein durch das Bezugszeichen 60 bezeichnet, und eine Zusammenfas sung seiner Gesamtfunktionen wird nun beschrieben. Das Steu ern des Regulators 50 umfaßt das Überwachen der Ausgangs spannung, die Detektion eines jeglichen Fehlers zwischen je ner Ausgabe und einer gewünschten Referenzausgabe, die Konversion eines jeglichen Fehlers in einen Digitalcode, der die gewünschte Wicklungseinstellung wiedergibt, und schließ lich die Abfolge der erforderlichen Schalter, um die Ein stellung zu implementieren.

1) Signalkonditionierung

Die Widerstände R1 und R2, die über den Ausgangsanschlüssen 32 und 39 angeschlossen sind, stellen ein Rückkoppelsignal 62 der Ausgangsspannung bereit. Dieses Rückkoppelsignal 62 ist skaliert und gepuffert, wie durch die Signalkonditionierung 64 angegeben ist, und ein Impuls 66 kurzer Dauer wird bei den Nulldurchgängen des Rückkoppelsignals 62 erzeugt, um eine Synchronisation be reitzustellen. Sowohl ein gepuffertes Rückkoppelsignal 68 der Ausgangsspannung, als auch der Nulldurchgangsimpuls 66 werden einer Mikrosteuerung 70 präsentiert.

2) Fehlerdetektion und A-in-D-Konversion

Die meisten AC-Span nungsüberwachungssysteme extrahieren einen Haupt- oder Effektiv- oder Spitzenwert des AC-Signals durch einen Gleichrichtungs- und Filterungsprozeß. Da Anspruchszeiten von weniger als einem Zyklus erwünscht sind, um ein Schalten bei Nullachsendurchgängen der AC-Spannung auszuführen, ist eine Mikrosteuerung 70 angeordnet, um eine Abtast- und Hal te-Technik einzusetzen, um die Spitzenamplitude der Spannung eines einzelnen Zyklus einzufangen. Diese Spitzenamplituden daten werden dann auf den gewünschten Spitzenwert der Aus gangsspannung bezogen, und geeignete Einstellungen werden durchgeführt. Das Abtasten und Halten, die Fehlerdetektion und die Analog-in-Digital-Konversion werden durch die Mikro steuerung ausgeführt. Die Sequenz dieser Steueraktion ist in der Fig. 6 gezeigt, worin die Zeit nach rechts zunimmt.

OPERATION DES STEUERSYSTEMS

Zur Erleichterung der Erklärung der Operation des Steuersy stems 60 (Fig. 5) zeigt die Fig. 6 sowohl das gepufferte Rückkoppelsignal 68, als auch den Nulldurchgangsimpuls 66 mit einer auseinandergezogenen Zeitskala bei 68′ bzw. 66′.

Auf dieser auseinandergezogenen Skala sind Nulldurchgangs punkte bei 69 gezeigt.

Der Nulldurchgangsimpuls 66 initiiert eine Zeitverzögerung von 4,167 Millisekunden (1/4 Zyklus von 60 Hz) innerhalb der Mikrosteuerung 70. Am Ende dieser 4,167 ms-Verzögerung ta stet die Mikrosteuerung sofort den Spitzenwert des gepuffer ten Rückkoppelsignals 68 ab. Dieses Abtasten des Spitzen werts wird durch eine gestrichelte Linie 72 (Fig. 6) angege ben. Die Dauer oder Öffnungszeit dieses Abtastens 72 ist relativ zu dem 60 Hz-Signal 68 sehr kurz. Der absolute Wert dieser Abtastung 72 wird als der Spitzenwert 74 des Rückkop pelsignals 68 verwendet. Die Mikrosteuerung berechnet dann den Fehler (falls es einen gibt) zwischen jenem Spitzenwert 74 und dem gewünschten Referenzwert. Von dem Fehler bestimmt die Mikrosteuerung die relative Schrittgröße (±1% oder +2% oder ±3% oder ±4%, etc.), die erforderlich ist, um jeglichen Fehler zu korrigieren, und addiert (oder subtrahiert) jenen Schrittwert zu (von) dem vorhandenen Schrittzählstatus 76 (Fig. 5). Diese aktualisierte Schrittzählung wird dann am Ausgang der Mikrosteuerung präsentiert, wie allgemein bei 78 (Fig. 5) angegeben ist, und dient als eine Eingabe in einen Schaltsequenzer 80. Die Implementierung dieses Steueralgo rithmus kann in der Mikrosteuerung 70 zum Beispiel ungefähr 1/2 Millisekunde benötigen, wie bei 82 in der Fig. 6 angege ben ist. Der Schaltsequenzer in Abhängigkeit von der Eingabe der erforderlichen aktualisierten Schrittzähldaten 78 (Fig. 5) steuert alle Schalter S1 bis S7 (Fig. 4) in geeigneter Sequenz, wie allgemein bei 84 (Fig. 5) angegeben ist, um die erforderlichen Prozente der Verstärkung oder Kompensation zum Aufrechterhalten des gewünschten Pegels der Ausgangs spannung zu erzeugen.

Die gewünschte Ausgangsspannung kann als ein Referenzpegel zum Beispiel durch einen Operator eingestellt werden, der Daten unter Verwendung einer Tastatur 86 (Fig. 5) eingibt.

Alternativ kann ein vorgegebener, unveränderbarer fester Re ferenzpegel, wie zum Beispiel 120 Volt in der Mikrosteuerung voreingestellt sein und nicht einer Änderung durch einen Operator unterliegen.

3) Schaltsequentialisierung

Einer der Gesichtspunkte der gewählten Schaltvorrichtungen (SCRs und Triacs) ist jener, daß sie, während sie relativ leicht auf EIN zu schalten sind, nicht so leicht auf AUS zu schalten sind. Glücklicher weise gehen sie von Natur aus bei den Stromnulldurchgängen, die jeden halben Zyklus der Frequenz von der Eingangs-AC- Versorgung 36 auftreten, auf AUS über. Die natürliche Folge dieser wiederholten Kreuzungen der Nullachse durch den Ein gangsstrom ist folgendermaßen:

a) Diese SCR- oder Triac-Schalter S1 bis S7 müssen kontinu ierlich umgetriggert werden, wenn es von ihnen gefordert wird, auf EIN zu bleiben.
b) Es muß ihnen gestattet werden, auf AUS überzugehen, und dann muß ihnen eine gewisse Erholungszeit zugestanden werden, bevor sie ein erneutes Anlegen einer Vorwärts spannung überstehen können.

Wie vorher erklärt wurde, ist eine geeignete Schaltsequen tialisierung erforderlich, um den Wicklungsstrom während Schaltübergängen einer Regulatorwicklung vom inaktiven zum aktiven Zustand (oder umgekehrt) durch einen Übergangsweg S1 und R umzuleiten. Die Schalter selbst legen der maximalen Geschwindigkeit, mit der ein gegebener Übergang auftreten kann, eine Grenze auf. Durch Überwachen von Schalterzustän den und genaues Bestimmen, wenn der Schalter vollständig EIN oder vollständig AUS ist, ist es möglich, die Schaltsequenz zu optimieren, um eine maximale Geschwindigkeit von Schalt übergängen bereitzustellen.

Es gibt zwei beschriebene Wege, um den EIN- oder AUS-Zustand eines gegebenen Schalters zu bestimmen: Ein Weg ist es, den Strom durch den Schalter wahrzunehmen. Wenn der Strom Null ist, ist der Schalter vollständig AUS und umgekehrt. Ein an derer Weg zum Überwachen eines EIN- oder AUS-Zustandes ist es, die Spannung über dem Schalter zu überwachen. Wenn die Spannung Null ist, ist der Schalter vollständig EIN und um gekehrt. Bei dem vorliegenden System wird die Spannungsüber wachung eingesetzt.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 5 kann der Schaltsequenzer 80 eine Nulldurchgangs-Schaltsequentialisierungseigenschaft ha ben und daher enthalten:

a) Spannungs-Nulldurchgangssensoren, die auch den Zustand des Schalters (EIN oder AUS) angeben. Die Funktionspfeile 84 haben zwei Spitzen, um sowohl die Steuer-, als auch die Signalsendefunktionen anzugeben.
b) EIN-Sequenz- und AUS-Sequenz-Logikschaltungen.
c) Statusabtastschaltungen, die ständig die Schaltsequenzen überwachen und die Integrität des Systems, wie sie durch die Statusfunktion 76 angegeben ist, zur Mikrosteuerung 70 weiterleiten. Die Funktionspfeile 78 haben zwei Spit zen, um sowohl Steuer-, als auch Signalsendefunktionen anzugeben.

Der Schaltsequenzer 80 erhält auch Überstrom-Fehlerinforma tionen 87 (während externer Fehlerzustände) von einem Strom abtasttransformator 88. Im Fall eines externen Fehlers wirkt der Schaltsequenzer 80, um den vorhandenen aktiven oder in aktiven Status jeder Regulatorwicklung "einzufrieren". In terne Fehlerinformationen 90 werden dem Schaltsequenzer 80 vom Regulatorssystem 50 bereitgestellt. Im Fall eines inter nen Fehlers versucht der Schaltsequenzer 80 den internen Fehler zu klären, indem die Kompensations- und Verstärkungs schalter zum Öffnen gezwungen werden.

Unter Bezugnahme auf die Graphiken von Fig. 7 ist dies ein Zeitsteuerdiagramm der Schaltsequenz während der EIN- und AUS-Sequenz für eine typische Regulatorwicklung, die Fest körperschalter (SCRs und TRIACS) einsetzt. Jede der Steuer signale hat zwei Zustände, HOCH oder NIEDRIG, wie durch die EIN- und AUS-Pfeile angegeben ist, die während des Steuerzy klus wechseln. Die Zeit nimmt nach rechts zu.

Es folgt eine Erklärung einer EIN- und AUS-Schaltsequenz, die für jegliche der Regulatorwicklungen typisch ist. Die Sequenz ist gestaltet, daß sie selbstkommutierend und selbstüberwachend ist, das heißt, daß eine bestimmte Aktion, die von der Mikrosteuerung oder dem Schaltsequenzer initi iert wird, eine spezielle Reaktion erfordert, wie durch die Nulldurchgangsdetektoren angegeben ist, bevor eine nachfol gende Aktion initiiert wird. Eine Störung der Nulldurch gangsdetektoren beim Bereitstellen der erforderlichen Reak tion innerhalb einer gegebenen Zeit wird als ein "INTERNER FEHLER" interpretiert.

Der Anfangszustand dieser Regulatorwicklung ist AUS, weshalb die folgenden Bedingungen während der anfänglichen Ruheperi ode links in der Fig. 7 gelten:

i) S3-TRIGGER ist NIEDRIG und der Auswahlschalter S3 ist offen (AUS).
ii) S2-TRIGGER ist HOCH und der Neutralisierungsschalter S2 ist geschlossen (EIN).
iii) S1-TRIGGER ist HOCH und der Übergangsschalter S1 ist geschlossen (EIN).

Ferner:

iv) Da S3 offen und S2 geschlossen ist, tritt die vollstän dige Phase zur neutralen AC-Versorgungsspannung über dem Schalter S3 auf. Dies veranlaßt die Nulldurchgangs detektoren, die mit jenem Schalter verbunden sind, ak tiv zu sein, wobei SPANNUNGSNULLDURCHGÄNGE-S3 aktiv die AC-Spannungsnulldurchgänge durch Erzeugen eines kurzen hochgehenden Impulses bei den Nullspannungen (66a) an gibt.
v) Da S2 geschlossen (EIN) ist, gibt es einen Kurzschluß über dieser speziellen Regulatorwicklung und die AC-Span nung über diesem Schalter ist virtuell Null. In diesem Fall sind die SPANNUNGSNULLDURCHGÄNGE-S2 inak tiv, wie durch den kontinuierlichen HOCH-Zustand jenes Signals angegeben ist.

Diese Anfangsbedingungen werden in der Graphik von Fig. 7 als "RUHEPERIODE AUS" bezeichnet.

Eine EIN-Sequenz (während "ÜBERGANGSPERIODE-EIN-SEQUENZ") erfordert, daß S2 geöffnet ist, S3 geschlossen ist und schließlich S1 geöffnet ist, in dieser Reihenfolge.

Eine EIN-Sequenz beginnt, wenn die Mikrosteuerung 70, die bestimmt hat, daß eine Regulatorwicklungsänderung erforder lich ist, um eine Eingangsspannungsänderung zu korrigieren, das EIN/AUS-Signal für eine spezielle Regulatorwicklung auf HOCH (EIN) setzt (92) und ein WICKLUNGSAKTUALISIERUNG- Befehlssignal 78a initiiert. Der Schaltsequenzer 80 initi iert die Schaltoperation dann folgendermaßen:

i) Der Schalter S2 wird veranlaßt, durch Entfernen des Triggersignals in seinen AUS-Zustand zurückzukehren, und S2-TRIGGER wird auf NIEDRIG gezwungen, wie bei 94 gezeigt ist. Der Schalter leitet weiterhin (bleibt auf EIN), bis der AC-Strom durch den Schalter einen Null strom überquert. An diesem Punkt mit einem Nullstrom durch die Vorrichtung und ohne ein angelegtes Trigger signal kehrt S2 in seinen AUS-Zustand zurück.
ii) Der Regulatorwicklungsstrom, der durch S2 geleitet wur de, wird durch den Übergangsschalter S1 und den Wider stand R umgeleitet. Dies veranlaßt die AC-Spannung über dem Schalter S2 zuzunehmen und die S2-Nulldurchgangsde tektoren zu aktivieren. Das Signal SPANNUNGSNULLDURCH- GANG-S2 geht daher auf NIEDRIG, wie bei 95 gezeigt ist, und der Detektor erzeugt einen kurzen hochgehenden Im puls bei jeder der Nullspannungen.
iii) Der erste HOCH-auf-NIEDRIG-Übergang, der bei 95 gezeigt ist, von SPANUUNGSNULLDURCHGANG-S2 nach Entfernen von S2-TRIGGER ist eine Bestätigung, daß der Schalter S2 tatsächlich in den AUS-Zustand zurückgekehrt ist. Die ser Übergang 95 veranlaßt den Schaltsequenzer eine Zeitsteuerung zu initiieren, die über eine bestimmte Zeitperiode abwärts zählt, an deren Ende S3-TRIGGER auf HOCH gezwungen wird, wie bei 96 gezeigt wird. Das Anle gen eines Triggerimpulses an den Schalter S3 veranlaßt ihn, sofort in seinen EIN-Zustand zurückzukehren. Bei EIN ist die AC-Spannung über S3 virtuell Null, und der Nulldurchgangsdetektor wird inaktiv, wie durch den NIEDRIG-auf-HOCH-Übergang bei 66b von SPANNUNGSNULL- DURCHGANG-S3 angegeben ist.
iv) Der NIEDRIG-auf-HOCH-Übergang bei 66b von SPANNUNGS- NULLDURCHGANG-S3 ist einen Bestätigung, daß S3 in sei nen EIN-Zustand zurückgekehrt ist. Dieser Übergang 66b veranlaßt den Schaltsequenzer eine Zeitsteuerung zu in itiieren, die über eine bestimmte Zeitperiode abwärts zählt, an deren Ende das Triggersignal S1-TRIGGER auf niedrig gezwungen wird, wie bei 98 gezeigt ist, in Übereinstimmung mit dem Nulldurchgang von S2, wie durch einen Impuls 66c angegeben ist. Ohne ein an S1 angeleg tes Triggersignal kehrt die Vorrichtung beim nächsten AC-Nullstrom in ihren AUS-Zustand zurück.

Dies schließt eine EIN-Sequenz ab. Das System bleibt auf EIN, wie durch die Zeitunterbrechungen 100 angegeben ist, wobei in dieser "RUHEPERIODE EIN" bis zu einer Zeit verblie ben wird, zu der eine AC-Eingangsspannungsänderung die Mi krosteuerung veranlaßt, eine andere Kombination von Regula torwicklungen auszuwählen, um die erforderliche AC-Ausgangs spannung aufrechtzuerhalten.

Die Schalterzustände während des EIN-Zustandes sind:

i) S3-TRIGGER ist HOCH 99 und der Auswahlschalter S3 ist geschlossen (EIN).
ii) S2-TRIGGER ist NIEDRIG 101 und der Neutralisierungs schalter S2 ist offen (AUS).
iii) S1-TRIGGER ist NIEDRIG 102 und der Übergangsschalter S1 ist offen (AUS).

Ferner:

iv) Da S3 geschlossen und S2 offen ist, tritt die vollstän dige Phase zur Neutralversorgungs-AC-Spannung über dem neutralen AC-Versorgungsschalter S2 auf. Dies veranlaßt die Nulldurchgangsdetektoren, die mit jenem Schalter verbunden sind, aktiv zu sein. SPANNUNGSNULLDURCHGÄNGE- S2 gibt aktiv die AC-SPANNUNGSNULLDURCHGÄNGE durch Er zeugen eines kurzen hochgehenden Impulses bei jeder der Nullspannungen an.
v) Da S3 geschlossen ist, ist die AC-Spannung über diesem Schalter virtuell Null. In diesem Fall ist SPANNUNGS- NULLDURCHGÄNGE-S3 inaktiv, wie durch den HOCH-Zustand jenes Signals angegeben ist.

Eine AUS-Sequenz (während "ÜBERGANGSPERIODE-AUS-SEQUENZ") erfordert, daß S1 geschlossen ist, S3 geöffnet ist und S2 geschlossen ist, in dieser Reihenfolge.

Eine AUS-Sequenz beginnt, wenn die Mikrosteuerung 70 das EIN/AUS-Signal für eine bestimmte Regulatorwicklung auf NIEDRIG (AUS) setzt, wie durch einen Übergang bei 92b auf NIEDRIG 93 gezeigt ist, und initiiert ein WICKLUNGSAKTUALI- SIERUNG-Befehlssignal 78b. Der Schaltsequenzer 80 initiiert dann die Schaltoperation folgendermaßen:

i) Beim ersten Auftreten eines Nulldurchgangs der AC-Span nung über S2 nach dem Wicklungsaktualisierungs signal 78b gibt es einen SPANNUNGSNULLDURCHGÄNGE-S2- Impuls bei 66d, und der S1-TRIGGER wird auf HOCH 103 gesetzt. Der Schalter S1 kehrt sofort in seinen leiten den Zustand zurück, und der Übergangswiderstand R ist daher parallel zur Regulatorwicklung angeschlossen.
ii) Eine Abwärtszähl-Zeitsteuerung wird dann initiiert, und beim nächsten Nulldurchgang der AC-Spannung über S2, wie durch den Impuls 66e angegeben ist, wird der S3-TRIGGER auf NIEDRIG gezwungen, wie bei 105 gezeigt ist. S3 bleibt leitend (bleibt auf EIN), bis der AC-Strom einen Nullstrom überquert. Wenn kein Triggerimpuls an dem Schalter S3 angelegt ist, wie durch NIEDRIG 107 ge zeigt ist, und bei einem Nullstrom durch ihn hindurch, kehrt die Schaltvorrichtung S3 in ihren AUS-Zustand zu rück.
iii) Der erste HOCH-auf-NIEDRIG-Übergang, wie bei 66f ge zeigt ist, von SPANNUNGSNULLDURCHGANG-S3 nach dem Ent fernen des S3-Triggers ist eine Bestätigung, daß der Schalter S3 tatsächlich zum AUS zurückgekehrt ist. Die ser Übergang bei 66f veranlaßt den Schaltsequenzer eine Zeitsteuerung zu initiieren, die eine bestimmte Zeitpe riode abwärts zählt. Am Ende dieser Zeitzählung, zusam menfallend mit dem AC-Spannungsnulldurchgang von S2 gibt es bei 66g einen SPANNUNGSNULLDURCHGÄNGE-S2- Impuls, und der S2-TRIGGER wird auf HOCH gezwungen, wie bei 106 gezeigt ist. Das Anlegen eines Triggerimpulses an den Schalter S2 veranlaßt ihn sofort in seinen EIN-Zustand zurückzukehren. Bei EIN ist die AC-Spannung über S2 virtuell Null, und der Nulldurchgangsdetektor wird inaktiv, wie durch den fortgesetzten HOCH-Zustand von SPANNUNGSNULLDURCHGÄNGE-S3 angegeben ist, was bei 109 gezeigt ist.

Dies schließt eine AUS-Sequenz ab. Die Schalter S1, S2 ver bleiben auf EIN, wie durch HOCH von 104 und 108 gezeigt ist, und S3 bleibt auf AUS, bereit für die nächste Sequenz.

Beispiel II DREIPHASEN-INLINE-KOMPENSATIONS-/VERSTÄRKUNGS- SPANNUNGSREGULIERUNGSTRANSFORMATORVORRICHTUNG

In den Fig. 8 und 9 ist ein Dreiphasen-Inline-Kompensations- /verstärkungs-Spannungsregulierungstransformator 20′ ge zeigt, der drei Regulatorwicklungen pro Phase hat und der die vorliegende Erfindung verkörpert. Dieser Transformator enthält drei Dreiphasenkerne, die allgemein bei 21′, 22′ und 23′ angegeben sind, wobei alle dieselbe Höhe und Breite ha ben und wobei Wicklungsfenster 27 in jedem Kern alle diesel be Größe und Form haben. Diese drei Kerne haben verschiedene Aufbaudicken T, 2T und 4T, um die relativen Verhältnisse der Regulatorwicklungen in diesem Dreiphasen-Transformator ein zustellen. Es gibt drei Regulatorwicklungen 1A, 1B und 1C, die angebracht sind an und im wesentlichen elektromagnetisch gekoppelt sind nur mit den Beinen 51A, 51B bzw. 51C des Kerns 21′. Es gibt drei Regulatorwicklungen 2A, 2B und 2C die angebracht sind an und im wesentlichen elektromagnetisch gekoppelt sind nur mit den Beinen 52A, 52B bzw. 52C des Kerns 22′; und es gibt drei Regulatorwicklungen 3A, 3B und 3C, die angebracht sind an und im wesentlichen elektromagne tisch gekoppelt sind nur mit den Beinen 53A, 53B bzw. 53C des Kerns 23′. Die beschreibende Angabe "im wesentlichen nur gekoppelt mit", wie sie in der Beschreibung und/oder den An sprüchen verwendet wird, soll eine Vernachlässigung jegli cher unabsichtlicher Kopplung bedeuten, die durch elektroma gnetischen Streufluß verursacht wird. Die jeweiligen Regula torwicklungen für die "A"-, "B"- und "C"-Phasen sind für Spannungsregulationseffekte von 3%, 6% bzw. 12% ausgeführt und werden die 3%-, 6%- bzw. 12%-Wicklungen genannt. Eine erste Hauptwicklung 30A, die "A"-Phasenwicklung, umgibt die und ist elektromagnetisch gekoppelt mit den Beine(n) 51A, 52A und 53A aller drei Kerne. Eine zweite Hauptwicklung 30B, die "B"-Phasenwicklung, umgibt die und ist elektromagnetisch gekoppelt mit den Beine(n) 51B, 52B und 53B aller drei Ker ne. Eine dritte Hauptwicklung 30C, die "C"-Phasenwicklung, umgibt die und ist elektromagnetisch gekoppelt mit den Bei ne(n) 51C, 52C und 53C aller drei Kerne. Diese Hauptwicklun gen haben jeweilige Eingangs- und Ausgangsanschlüsse 31A und 32A, 31B und 32B, und 31C und 32C.

Als ein Beispiel kann dieser Transformator 20′ einen Ein gangsnennwert von 208 Volt, 60 Hz, 50 kVA, -17% und +25% und eine Ausgabe von 208 Volt, 50 kVA, ±3% zum Bereitstellen ei ner 3%-Auflösung über einen 21%-Bereich relativ zur elektri schen Mitten-Ausgangsspannung von 208 Volt haben. Bei 208 Volt hat ein 50 kVA-Nennwert einen Dreiphasenstrom von 138 Ampere zur Folge.

Um eine 3%-Auflösung (3%-Schritte) über einen Plus- oder Mi nusbereich von 21% bereitzustellen, ist die Regulierungsak tion in der folgenden Tabelle ausgedrückt. Zur Vereinfachung und Klarheit der Tabelle sind die Regulatorwicklungen (auch "SPULEN" genannt) als 1, 2 und 3 aufgelistet, wobei "1" be deutet, daß alle drei Phasen der Regulatorwicklungen 1A, 1B und 1C aktiv sind, "2" bedeutet, daß alle drei Phasen der Regulatorwicklungen 2A, 2B und 2C aktiv sind, und so weiter. Ein Pluszeichen gibt einen Verstärkungsmodus an, und ein Mi nuszeichen gibt einen Kompensationsmodus an:

Beispiel II (Fortsetzung)
Bereitgestellte
Beteiligte
Regulierungsaktion
Regulatorwicklung(en)
0
0
+3%	+1
+6%	+2
+9%	+2 +1
+12%	+3
+15%	+3 +1
+18%	+3 +2
+21%	+3 +2 +1
-3%	-1
-6%	-2
-9%	-2 -1
-12%	-3
-15%	-3 -1
-18%	-3 -2
-21%	-3 -2 -1

Bei einem Aufbau (einer Dicke) von 1/2′′, 1′′ und 2′′ können die drei Kerne, wie sie in der Fig. 8 im Aufriß zu sehen sind, eine Höhe von 11′′ und eine Breite von 12′′ zum geeigne ten Bereitstellen einer 3Φ 50 kVA Nennwerteignung bei 208 Volt und 60 Hz haben.

STEUERSYSTEM

Die Fig. 10 zeigt ein 3-Phasen-Steuersystem, das allgemein mit 60′ bezeichnet ist, für den 3-Phasen-Regulatortranfor mator 20′ (Fig. 8 und 9). Die Teile 1 und 2 sind bei a, b, c und d und die Teile 1 und 2 einerseits und der Teil 3 ande rerseits sind bei e, f und g verbunden.

Die drei Eingangsanschlüsse sind bei 31A, 31B und 31C mit drei Ausgangsanschlüssen 32A, 32B und 32C gezeigt. Der Ein gang enthält einen vierten Anschluß 31N zur neutralen Ver bindung mit einer Dreiphasen-WYE- oder -STERNSCHALTUNG-AC- Versorgung, wohingegen der Ausgang mit drei Anschlüssen zur Verbindung mit einer Dreiphasen-DELTA-Last angeordnet ist.

Die "KOMPENSATION"- und "VERSTÄRKUNG"-Schalter und die zuge hörigen Regulatorwicklungsschaltungen für die A-, B- und C- Phasen sind in einer WYE- oder STERNSCHALTUNGS-Anordnung mit einem neutralen Anschluß 110 gezeigt. Die "KOMPENSATION"- Schalter sind bei S4A und S7A, S4B und S7B, und S4C und S7C für die A-, B- bzw. C-Phasen gezeigt. Die "VERSTÄRKUNG"- Schalter sind bei S5A und S6A, S5B und S6B, und S5C und S6C für die A-, B- bzw. C-Phasen gezeigt. Diese KOMPENSATION- und VERSTÄRKUNG-Schalter können umgekehrt parallele SCR- Vorrichtungen enthalten, die angeordnet sind, wie unten rechts in der Fig. 10 gezeigt ist.

Neutralisierungs-(Kurzschluß-)Schalter für die Regulator wicklungen 1A, 2A, 3A und 1B, 2B, 3B und 1C, 2C, 3C für die A-, B- und C-Phasen sind jeweils bei S2/1/A, S2/2/A, S2/3/A, und bei S2/1/B, S2/2/B, S2/3/B und bei S2/1/C, S2/2/C, S2/3/C gezeigt. Diese Festkörper-Neutralisierungsschalter S2 können zum Beispiel, wie unten rechts in der Fig. 10 gezeigt ist, durch Verwendung umgekehrt paralleler SCR-Vorrichtungen angeordnet sein.

Übergangsschalter mit ihren jeweiligen Übergangswiderständen für die Regulatorwicklungen für die A-, B- und C-Phasen sind jeweils bei S1/1/A, S1/2/A, S1/3/A mit R1A, R2A, R3A, und bei S1/1/B, S1/2/B, S1/3/B mit R1B, R2B und R3B, und bei S1/1/C, S1/2/C, S1/3/C mit R1C, R2C, R3C gezeigt. Diese Festkörper-Übergangsschalter S1 können umgekehrt parallele SCRs oder Triacs sein, wie unten rechts in der Fig. 10 ge zeigt ist.

Auswahlschalter für die Regulatorwicklungen für die A-, B- und C-Phasen sind jeweils bei S3/1/A, S3/2/A, S3/3/A, und S3/1/B, S3/2/B, S3/3/B und bei S3/1/C, S3/2/C, S3/3/C ge zeigt. Die Auswahlschalter S3 können umgekehrt parallele SCRs sein, die angeordnet sind, wie es unten rechts in der Fig. 10 gezeigt ist.

Potentialtransformatoren PT1, PT3 und PTS nehmen die Phase zu-Phase-Versorgungsspannungen zwischen Paaren von Eingangs anschlüssen 31A und 31B, 31B und 31C, 31C und 31A wahr, um diese Eingangsspannungsdaten einem Schaltsequenzer und einem Mikroprozessor ähnlich jenen, die bei 80 und 70 (Fig. 5) ge zeigt sind, zu liefern, mit der Ausnahme, daß der Schaltse quenzer und die Mikrosteuerung für das Steuersystem 60′ (Fig. 10) zur Dreiphasensteuerung angeordnet sind.

Potentialtransformatoren PT2, PT4 und PT6 überwachen die Phase-zu-Phase-Ausgangsspannungen zwischen Paaren von An schlüssen 32A und 32B, 32B und 32C und 32C und 32A zum Über tragen dieser Ausgangsspannungsdaten zum Schaltsequenzer und Mikroprozessor (nicht gezeigt). Erdungsanschlüsse für sekun däre Wicklungen der verschiedenen Potentialtransformatoren sind bei gezeigt.

Stromtransformatoren CT1, CT3 und CTS stellen Daten bezüg lich der Größen eines Stroms bereit, der in jeder der drei Hauptwicklungen für Phasen A, B bzw. C fließt, um übermäßige Unausgewogenheiten, Überlasten und Störungen wahrzunehmen. Stromtransformatoren CT2, CT4 und CT6 liefern Daten über ei nen Strom, der in jeder der drei Regulatorwicklungsschaltun gen für Phasen A, B bzw. C fließt.

Steuerleistung mit regulierter Spannung ist als durch einen Transformator 112 zugeführt gezeigt, der zwischen Ausgangs anschlüssen 32A und 32B angeschlossen ist und einen Erdungs anschluß für seine sekundäre Wicklung bei hat. Geeignete Sicherungen F sind zum Schützen der Potentialtransformator schaltungen, der Steuerleistungsschaltung und der Regulator wicklungsschaltungen enthalten.

WEITERE BEISPIELE

Es wird geschätzt werden, daß es die vorliegende Erfindung ermöglicht, daß eine breite Vielfalt von Inline-Kompensa tions-/Verstärkungs-Spannungsregulierungssystemen und -vor richtungen vorteilhaft gestaltet wird, um die Erfordernisse von zahlreichen Installationen zu erfüllen. Die oben be schriebenen zwei Beispiele verwenden Regulatorwicklungen, deren Verhältnisse so gewählt sind, um die Anzahl von Schal tern zu begrenzen, die erforderlich sind, um den gesamten Regulatorbereich zu erhalten. Bei jenen Beispielen wird die Polarität oder der "Sinn" der Wicklungen, ob sie in einer Kompensations- oder Verstärkungskonfiguration sind, im Fall von Beispiel I durch einen Satz von Kompensations-/Verstär kungsschaltern gesteuert, und wird im Fall von Beispiel II durch einen Satz von Kompensations-/Verstärkungsschaltern pro Phase gesteuert. Bei jenen zwei Beispielen sind die re lativen Verhältnisse der Regulatorwicklungen derart, daß es nur erforderlich ist, den Sinn der Wicklungen zum Beispiel von Kompensation zu Verstärkung an der elektrischen Mitte des Regulierbereiches zu ändern. Dann werden alle Regulator wicklungen zusammen als eine Gruppe geändert.

Andere Regulatorwicklungsverhältnisse können verwendet wer den, die es erfordern, daß der Sinn der einzelnen Regulator wicklungen anders als an der elektrischen Mitte geändert wird. Eine derartige Anordnung wird beim Beispiel III (nach folgend) verwendet, wo zum Beispiel die +4%-Regulatorposi tion die Verwendung einer +7%-Regulatorwicklung mit einer -2%- und einer -1%-Wicklung erfordert. Bei den folgenden Beispielen (wie bei den früheren Regulatorbereichtabellen) ist die Polarität oder der Sinn der Regulatorwicklungen, ob sie in Kompensation oder Verstärkung sind, durch ein "-"-Zeichen im Falle von Kompensation und ein "+"-Zeichen im Falle von Verstärkung angegeben. Beispiele dieser Installa tionen sind, zum Beleuchten, Heizen, Klimatisieren, Trans mitter, Computer, Prozeßsteuerungen, Glasöfen, elektrische Öfen, medizinische Instrumente, Abtastvorrichtungen, etc.

Beispiel III

Unter Verwendung von 1%-, 2%- und 7%-Regulatorwicklungen (entsprechend Regulatorwicklungen 1, 2 und 7 genannt) wird eine Spannungsregulierung über einen Bereich von plus oder minus zehn Prozent in ein Prozent-Schritten folgendermaßen bereitgestellt:

Bereitgestellte
Beteiligte
Regulierungsaktion
Regulatorwicklung(en)
0
0
+1%	+1
+2%	+2
+3%	+2 +1
+4%	+7 -2 -1
+5%	+7 -2
+6%	+7 -1
+7%	+7
+8%	+7 +1
+9%	+7 +2
+10%	+7 +2 +1
-1%	-1
-2%	-2
-3%	-2 -1
-4%	-7 +2 +1
-5%	-7 +2
-6%	-7 +1
-7%	-7
-8%	-7 -1
-9%	-7 -2
-10%	-7 -2 -1

Beispiel IV

Unter Verwendung von 2%-, 4%- und 14%-Regulatorwicklungen, die entsprechend Regulatorwicklungen 2, 4 und 14 genannt werden, wird eine Spannungsregulierung über einen Bereich von plus oder minus zwanzig Prozent in zwei Prozent-Schrit ten folgendermaßen bereitgestellt:

Bereitgestellte
Beteiligte
Regulierungsaktion
Regulatorwicklung(en)
0
0
+2%	+2
+4%	+4
+6%	+4 +2
+8%	+14 -4 -2
+10%	+14 -4
+12%	+14 -2
+14%	+14
+16%	+14 +2
+18%	+14 +4
+20%	+14 +4 +2
-2%	-2
-4%	-4
-6%	-4 -2
-8%	-14 +4 +2
-10%	-14 +4
-12%	-14 +2
-14%	-14
-16%	-14 -2
-18%	-14 -4
-20%	-14 -4 -2

Beispiel V

Unter Verwendung von 1%-, 2%-, 4%-, 8%- und 16%-Regulator wicklungen (entsprechend Regulatorwicklungen 1, 2, 4, 8 und 16 genannt) wird eine Spannungsregulierung über einen Be reich von plus oder minus einunddreißig Prozent in Schritten von einem Prozent bereitgestellt, wie unten gezeigt ist. Au ßerdem sind alle aktiven Windungen im selben Modus. In ande ren Worten, gibt es bei diesem Beispiel V keine gleichzeiti ge Mischung von sowohl Kompensations-, als auch Verstär kungsmodi. Alle Änderungen vom Kompensationsmodus zum Ver stärkungsmodus treten an der "elektrischen Mitte" auf.

Bereitgestellte
Beteiligte
Regulierungsaktion
Regulatorwicklung(en)
0
0
+1%	+1
+2%	+2
+3%	+2 +1
+4%	+4
+5%	+4 +1
+6%	+4 +2
+7%	+4 +2 +1
+8%	+8
+9%	+8 +1
+10%	+8 +2
+11%	+8 +2 +1
+12%	+8 +2 +4
+13%	+8 +4 +1
+14	+8 +4 +2
+15%	+8 +4 +2 +1
+16%	+16
+17%	+16 +1
+18%	+16 +2
+19%	+16 +2 +1
+20%	+16 +4
+21%	+16 +4 +1
+22%	+16 +4 +2
+23%	+16 +4 +2 +1
+24%	+16 +8
+25%	+16 +8 +1
+26%	+16 +8 +2
+27%	+16 +8 +2 +1
+28%	+16 +8 +4
+29%	+16 +8 +4 +1
+30%	+16 +8 +4 +2
+31%	+16 +8 +4 +2 +1
-1%	-1
-2%	-2
-3%	-2 -1
-4%	-4
-5%	-4 -1
-6%	-4 -2
-7%	-4 -2 -1
-8%	-8
-9%	-8 -1
-10%	-8 -2
-11%	-8 -2 -1
-12%	-8 -4
-13%	-8 -4 -1
-14%	-8 -4 -2
-15%	-8 -4 -2 -1
-16%	-16
-17%	-16 -1
-18%	-16 -2
-19%	-16 -2 -1
-20%	-16 -4
-21%	-16 -4 -1
-22%	-16 -4 -2
-23%	-16 -4 -2 -1
-24%	-16 -8
-25%	-16 -8 -1
-26%	-16 -8 -2
-27%	-16 -8 -2 -1
-28%	-16 -8 -4
-29%	-16 -8 -4 -1
-30%	-16 -8 -4 -2
-31%	-16 -8 -4 -2 -1

Beispiel VI

Unter Verwendung von 1%-, 2%-, 7%- und 21%-Regulatorwick lungen (entsprechend Wicklungen 1, 2, 7, 21 genannt) wird eine Spannungsregulierung über einen Bereich von plus oder minus einunddreißig Prozent in Schritten von einem Prozent bereitgestellt, wie unten gezeigt ist. Gleichzeitige Mi schungen von sowohl Kompensations-, als auch Verstärkungsmo di werden eingesetzt.

Bereitgestellte
Beteiligte
Regulierungsaktion
Regulatorwicklung(en)
0
0
+1%	+1
+2%	+2
+3%	+2 +1
+4%	+7 -2 -1
+5%	+7 -2
+6%	+7 -1
+7%	+7
+8%	+7 +1
+9%	+7 +2
+10%	+7 +2 +1
+11%	+21 -7 -2 -1
+12%	+21 -7 -2
+13%	+21 -7 -1
+14%	+21 -7
+15%	+21 -7 +1
+16%	+21 -7 +2
+17%	+21 -7 +2 +1
+18%	+21 -2 -1
+19%	+21 -2
+20%	+21 -1
+21%	+21
+22%	+21 +1
+23%	+21 +2
+24%	+21 +2 +1
+25%	+21 +7 -2 -1
+26%	+21 +7 -2
+27%	+21 +7 -1
+28%	+21 +7
+29%	+21 +7 +1
+30%	+21 +7 +2
+31%	+21 +7 +2 +1
-1%	-1
-2%	-2
-3%	-2 -1
-4%	-7 +2 +1
-5%	-7 +2
-6%	-7 +1
-7%	-7
-8%	-7 -1
-9%	-7 -2
-10%	-7 -2 -1
-11%	-21 +7 +2 +1
-12%	-21 +7 +2
-13%	-21 +7 +1
-14%	-21 +7
-15%	-21 +7 -1
-16%	-21 +7 -2
-17%	-21 +7 -2 -1
-18%	-21 +2 +1
-19%	-21 +2
-20%	-21 +1
-21%	-21
-22%	-21 -1
-23%	-21 -2
-24%	-21 -2 -1
-25%	-21 -7 +2 +1
-26%	-21 -7 +2
-27%	-21 -7 +1
-28%	-21 -7
-29%	-21 -7 -1
-30%	-21 -7 -2
-31%	-21 -7 -2 -1

Diese Inline-Kompensations-/Verstärkungs-Spannungsregulie rungssysteme und -vorrichtungen können zum effizienten Steu ern von Spannungen zum Regulieren von Helligkeit von Be leuchtung von Beleuchtungssystemen in großen Lagern mit ho hen Dec 02688 00070 552 001000280000000200012000285910257700040 0002019727449 00004 02569ken verwendet werden, die zahlreiche Fenster zum Ein lassen von Tageslicht haben. Die Beleuchtungssysteme erfordern oft eine volle Spannung zum Einschalten der Lich ter, und dann werden ihre Spannungen oft herabgesetzt, um die Intensität der beleuchtenden Beleuchtung zu reduzieren, wenn die Helligkeit von hereinkommendem Tageslicht zunimmt, und umgekehrt.

Durch die Erfindung wird beispielsweise in einer ihrer Aus führungen allgemein eine Inline-Kompensations-/Verstärkungs- Spannungsregulierungsvorrichtung und ein Inline-Kompensa tions-/Verstärkungs-Spannungsregulierungssystem zum Liefern einer elektrischen AC-Leistung regulierter Spannung von ei nem Ausgangsanschluß einer Hauptwicklung zu einer elektri schen Last. Die Vorrichtung hat einen Eingangsanschluß zum Anschluß an eine AC-Leistungsversorgung und enthält erste, zweite und dritte ferromagnetische Transformatorkerne, die erste, zweite bzw. dritte Querschnittsbereiche haben, und diese Querschnittsbereiche haben relative Größen von X Flä cheneinheiten, Y Flächeneinheiten bzw. Z Flächeneinheiten.

Es gibt erste, zweite und dritte Regulatorwicklungen, die entsprechend an den ersten, zweiten und dritten Kernen ange bracht sind und elektromagnetisch mit ihren jeweiligen Ker nen gekoppelt sind. Die ersten, zweiten und dritten Wicklun gen haben erste, zweite bzw. dritte Anzahlen von Windungen. Schaltelemente schließen die ersten, zweiten und/oder drit ten Wicklungen selektiv über der AC-Versorgung an und schließen selektiv jegliche der ersten, zweiten und/oder dritten Wicklungen kurz, die nicht über der AC-Versorgung angeschlossen sind. Die Hauptwicklung ist auf den ersten, zweiten und dritten Kernen angebracht und koppelt elektroma gnetisch mit allen von ihnen. Die Hauptwicklung hat einen Eingangsanschluß zum Anschluß an die AC-Versorgung und hat ihren Ausgangsanschluß, um eine AC-Leistung regulierter Spannung von dem Ausgangsanschluß zu einer elektrischen Last zu liefern.

Da andere Änderungen und Modifikationen, die zum Erfüllen bestimmter Einphasen- und Dreiphasen-AC-Spannungsregulie rungserfordernisse und -umgebungen variiert werden, von Fachleuten erkannt werden, ist nicht beabsichtigt, die Er findung auf die Beispiele zu beschränken, die zu Zwecken der Darstellung gewählt wurden, und die Erfindung enthält alle Änderungen und Modifikationen, die keine Abweichungen vom wahren Geist und Umfang dieser Erfindung, wie sie in den nachfolgenden Ansprüchen beansprucht ist, und Äquivalenten dazu bildet.

Claims

1. Vorrichtung zur Inline-Regulierung einer Wechselstrom spannung zum Liefern einer elektrischen AC-Leistung re gulierter Spannung von einem Ausgangsanschluß zu einer elektrischen Last, wobei die Vorrichtung einen Ein gangsanschluß zur Verbindung mit einer AC-Versorgung elektrischer Leistung hat, welche Vorrichtung enthält:
wenigstens erste, zweite und dritte ferromagnetische Transformatorkerne, die erste, zweite bzw. dritte Quer schnittsbereiche haben,
welche ersten, zweiten und dritten Querschnittsbereiche verschiedene relativen Größen von X Flächeneinheiten, Y Flächeneinheiten bzw. Z Flächeneinheiten haben,
erste, zweite und dritte Regulatorwicklungen auf den ersten, zweiten bzw. dritten Kernen,
welche erste Regulatorwicklung elektromagnetisch nur mit dem ersten Kern gekoppelt ist,
welche zweite Regulatorwicklung elektromagnetische nur mit dem zweiten Kern gekoppelt ist,
welche dritte Regulatorwicklung elektromagnetisch nur mit dem dritten Kern gekoppelt ist,
welche ersten, zweiten und dritten Regulatorwicklungen erste, zweite bzw. dritte Anzahlen von Windungen haben, welche ersten, zweiten und dritten Anzahlen jeweilige Werte von N1, N2 und N3 haben, wobei N1, N2 und N3 vor gegebene Zahlen sind,
Schalteinrichtungen zum selektiven Anschließen der er sten, zweiten und/oder dritten Regulatorwicklungen über der AC-Versorgung und zum selektiven Kurzschließen jeg licher der ersten, zweiten und/oder dritten Regulator wicklungen, die nicht über der AC-Versorgung ange schlossen sind,
eine Hauptwicklung auf den ersten, zweiten und dritten Kernen,
welche Hauptwicklung elektromagnetisch mit allen der ersten, zweiten und dritten Kerne gekoppelt ist,
welche Hauptwicklung den Eingangsanschluß zum Anschluß an die AC-Versorgung elektrischer Leistung hat, und
welche Hauptwicklung den Ausgangsanschluß zum Liefern von AC-Leistung regulierter Spannung von dem Ausgangs anschluß zu einer elektrischen Last hat.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der:
die Schalteinrichtungen erste, zweite bzw. dritte Wi derstandseinrichtungen enthalten,
welche ersten, zweiten und dritten Widerstandseinrich tungen während selektiven Schaltens der ersten, zweiten bzw. dritten Regulatorwicklungen vom Kurzschlußzustand zum Anschlußzustand über die AC-Versorgung vorüberge hend in Schaltungsverbindung über den ersten, zweiten bzw. dritten Regulatorwicklungen angeschlossen sind, und
welche ersten, zweiten und dritten Widerstandseinrich tungen ferner während selektivem Schaltens der ersten, zweiten bzw. dritten Regulatorwicklungen vom Anschluß zustand über der AC-Versorgung zum Kurzschlußzustand vorübergehend in Schaltungsverbindung über den ersten, zweiten bzw. dritten Regulatorwicklungen angeschlossen sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, ferner enthaltend:
erste, zweite und dritte Übergangsstrom-Flußwegeinrich tungen, die jeweilige Übergangsstrom-Flußwege für die ersten, zweiten bzw. dritten Regulatorwicklungen wäh rend selektivem Schaltens der jeweiligen ersten, zwei ten und dritten Regulatorwicklungen vom Kurzschlußzu stand zum Anschlußzustand über der AC-Versorgung be reitstellen, und
auch jeweilige Übergangsstrom-Flußwege für die ersten, zweiten bzw. dritten Regulatorwicklungen während selek tivem Schaltens der jeweiligen ersten, zweiten und dritten Regulatorwicklungen vom Anschlußzustand über der AC-Versorgung zum Kurzschlußzustand bereitstellen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, bei der:
die ersten, zweiten und dritten Übergangsstrom-Flußweg einrichtungen alle jeweilige Widerstandseinrichtungen enthalten.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Schalteinrichtungen die ersten, zweiten und/oder dritten Regulatorwicklungen selektiv über der AC-Versorgung im Spannungskompensationsmodus oder im Spannungsverstärkungsmodus in Abhängigkeit von der Hauptwicklung zum Verringern oder Erhöhen der Spannung anschließen, die an dem Ausgangsanschluß der Hauptwick lung relativ zur Spannung geliefert wird, die an den Eingangsanschluß der Hauptwicklung angelegt ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der:
die ersten, zweiten und dritten Kerne alle dieselbe Hö he und Breite haben und ferner alle Wicklungsfenster derselben Höhe und Breite haben, und
die ersten, zweiten und dritten Kerne verschiedene Dic ken haben, um die verschiedenen relativen Größen der Querschnittsbereiche bereitzustellen.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Querschnittsbereiche von X Flächeneinhei ten, Y Flächeneinheiten und Z Flächeneinheiten relative Größen von im wesentlichen 1 zu 2 zu 4 haben.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der die Querschnittsbereiche von X Flächeneinheiten, Y Flä cheneinheiten und Z Flächeneinheiten relative Größen von im wesentlichen 1 zu 2 zu 7 haben.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der:
die ersten, zweiten und dritten Kerne Dreiphasenkerne für eine AC-Versorgung mit A-, B- und C-Phasen sind,
welche ersten, zweiten und dritten Regulatorwicklungen jeweils drei Wicklungen für die A-, B- bzw. C-Phasen enthalten, und
welche Hauptwicklung drei Wicklungen für die A-, B- bzw. C-Phasen enthält.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der es vier Kerne gibt, deren jeweilige Querschnittsberei che relative Größen in einem Verhältnis von im wesent lichen 1 zu 2 zu 4 zu 8 haben.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der es vier Kerne gibt, deren jeweilige Querschnittsberei che relative Größen im Verhältnis von im wesentlichen 1 zu 2 zu 7 zu 21 haben.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der es fünf Kerne gibt, deren jeweilige Querschnittsberei che relative Größen in einem Verhältnis von im wesent lichen 1 zu 2 zu 4 zu 8 zu 16 haben.

13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner enthaltend:
Steuereinrichtungen, die auf Nullachsendurchgänge von Spannungen bei jeweiligen Schalteinrichtungen zum se lektiven Aktivieren der jeweiligen Schalteinrichtungen während Augenblicken ansprechen, wenn Nullachsendurch gänge von Spannungen an den jeweiligen Schalteinrich tungen auftreten.

14. Inline-Spannungsregulierungstransformator, enthaltend:
eine Hauptwicklung, die einen Eingangsanschluß zum An schluß in Schaltungsverbindung mit einer AC-Quelle elektrischer Leistung hat, und einen Ausgangsanschluß zum Anschluß in Schaltungsverbindung mit einer elektri schen Last hat, um die Hauptwicklung in Schaltungsver bindung hintereinander zwischen der AC-Quelle und der elektrischen Last zu positionieren,
wenigstens erste, zweite und dritte ferromagnetische Transformatorkerne,
welche ersten, zweiten und dritten Kerne erste, zweite und dritte Querschnittsbereiche haben,
welche ersten, zweiten und dritten Querschnittsbereiche zunehmend größere relative Größen haben,
welche Hauptwicklung elektromagnetisch mit allen der ersten, zweiten und dritten Kerne gekoppelt ist,
erste, zweite und dritte Regulatorwicklungen, die elek tromagnetisch individuell im wesentlichen nur mit den ersten, zweiten bzw. dritten Kernen gekoppelt sind,
welche ersten, zweiten und dritten Regulatorwicklungen erste, zweite bzw. dritte Anzahlen von Windungen haben,
welche ersten, zweiten und dritten Anzahlen von Windun gen zunehmend kleiner werden, und
welche ersten, zweiten und dritten Anzahlen von Windun gen im wesentlichen umgekehrt proportional zu den rela tiven Größen der ersten, zweiten und dritten Quer schnittsbereiche sind.

15. Inline-Spannungsregulierungstransformator nach Anspruch 14, wobei die ersten, zweiten und dritten Querschnitts bereiche relativ in einem Verhältnis von im wesentli chen 1 zu 2 zu 4 bemessen sind.

16. Inline-Spannungsregulierungstransformator nach Anspruch 14 oder 15, wobei:
es wenigstens erste, zweite, dritte und vierte ferroma gnetische Transformatorkerne gibt,
welche ersten, zweiten, dritten und vierten Kerne er ste, zweite, dritte und vierte Querschnittsbereiche ha ben,
welche ersten, zweiten, dritten und vierten Quer schnittsbereiche zunehmend größere relative Größen ha ben,
welche Hauptwicklung mit allen der ersten, zweiten, dritten und vierten Kerne gekoppelt ist,
es wenigstens erste, zweite, dritte und vierte Regula torwicklungen gibt,
welche ersten, zweiten, dritten und vierten Regulator wicklungen elektromagnetisch individuell im wesentli chen nur mit den ersten, zweiten, dritten bzw. vierten Kernen gekoppelt sind,
welche ersten, zweiten, dritten und vierten Regulator wicklungen erste, zweite, dritte bzw. vierte Anzahlen von Windungen haben,
welche ersten, zweiten, dritten und vierten Anzahlen von Windungen zunehmend kleiner sind, und
welche ersten, zweiten, dritten und vierten Anzahlen von Windungen im wesentlichen umgekehrt proportional zu den relativen Größen der ersten, zweiten, dritten und vierten Querschnittsbereiche sind.

17. Transformator für Wechselstrom, enthaltend
wenigstens erste, zweite und dritte ferromagnetische Transformatorkerne,
welche Transformatorkerne im wesentlichen dieselben Hö hen und Breiten haben,
welche ersten, zweiten und dritten Transformatorkerne zunehmend größere Dicken haben,
welche ersten, zweiten und dritten Transformatorkerne erste, zweite bzw. dritte Wicklungsfenster haben,
welche Fenster im wesentlichen dieselben Höhen und Breiten haben,
welche ersten, zweiten und dritten Transformatorkerne in ausgerichteter beabstandeter paralleler Beziehung angeordnet sind, wobei die Fenster miteinander ausge richtet sind,
eine Hauptwicklung eine Mehrzahl von Windungen hat, die durch die ersten, zweiten und dritten Fenster hindurch geht und um Teile von allen der Kerne herumgehen,
erste, zweite und dritte Regulatorwicklungen,
welche erste Regulatorwicklung eine erste Anzahl von Windungen hat, die durch das erste Fenster hindurchge hen und um einen Teil des ersten Kerns herumgehen, welche zweite Regulatorwicklung eine zweite Anzahl von Windungen hat, die durch das zweite Fenster hindurchge hen und um einen Teil des zweiten Kerns herumgehen, und welche dritte Regulatorwicklung eine dritte Anzahl von Windungen hat, die durch das dritte Fenster hindurchge hen und um einen Teil des dritten Kerns herumgehen.

18. Transformator nach Anspruch 17, wobei die ersten, zwei ten und dritten Anzahlen von Windungen zunehmend klei ner sind.

19. Transformator nach Anspruch 17 oder 18, wobei die er sten, zweiten und dritten Anzahlen von Windungen im we sentlichen umgekehrt proportional zur relativen Dicke der ersten, zweiten und dritten Kerne sind.

20. Dreiphasen-Transformator für Dreiphasen-Wechselstrom, enthaltend:
wenigstens erste, zweite und dritte ferromagnetische Transformatorkerne,
welche Transformatorkerne im wesentlichen dieselben Hö hen und Breiten haben,
welche ersten, zweiten und dritten Transformatorkerne zunehmend größer in ihrer relativen Dicke sind,
welche ersten, zweiten und dritten Transformatorkerne ein Paar von ersten, ein Paar von zweiten bzw. ein Paar von dritten Wicklungsfenstern haben,
welche Fenster im wesentlichen dieselben Höhen und Breiten haben,
welche ersten, zweiten und dritten Transformatorkerne in ausgerichteter beabstandeter paralleler Beziehung positioniert sind, wobei das Paar von ersten Fenstern mit dem Paar von zweiten Fenstern ausgerichtet ist, das mit dem Paar von dritten Fenstern ausgerichtet ist, eine "A"-Phasen-Hauptwicklung, die eine Anzahl von Win dungen hat,
welche "A"-Phasen-Hauptwicklung durch wenigstens eines von jedem der ersten, zweiten und dritten Fenster hin durchgeht und um Teile der ersten, zweiten und dritten Kerne herumgeht und elektromagnetisch an die ersten, zweiten und dritten Kerne gekoppelt ist,
eine "B"-Phasen-Hauptwicklung, die eine Anzahl von Win dungen hat, die gleich der Anzahl von Windungen in der "A"-Phasen-Hauptwicklung ist,
welche "B"-Phasen-Hauptwicklung durch wenigstens eines von jedem der ersten, zweiten und dritten Fenster hin durchgeht und um Teile der ersten, zweiten und dritten Kerne herumgeht und elektromagnetisch an die ersten, zweiten und dritten Kerne gekoppelt ist,
eine "C"-Phasen-Hauptwicklung, die eine Anzahl von Win dungen hat, die gleich der Anzahl von Windungen in der "A"-Phasen-Hauptwicklung und ebenfalls gleich der An zahl von Windungen in der "B"-Phasen-Hauptwicklung ist, welche "C"-Phasen-Hauptwicklung durch wenigstens eines von jeden der ersten, zweiten und dritten Fenster hin durchgeht und um Teile der ersten, zweiten und dritten Kerne herumgeht und elektromagnetisch an die ersten, zweiten und dritten Kerne gekoppelt ist,
erste, zweite und dritte "A"-Phasen-Regulatorwicklun gen, die erste, zweite bzw. dritte Anzahlen von Windun gen haben,
welche ersten, zweiten und dritten Anzahlen von Windun gen der "A"-Phasen-Regulatorwicklungen relative Werte von N1, N2 bzw. N3 haben,
erste, zweite und dritte "B"-Phasen-Regulatorwicklun gen, die erste, zweite bzw. dritte Anzahlen von Windun gen haben,
welche ersten, zweiten und dritten Anzahlen von Windun gen der "B"-Phasen-Regulatorwicklungen relative Werte von N1, N2 bzw. N3 haben,
erste, zweite und dritte "C"-Phasen-Regulatorwicklun gen, die erste, zweite bzw. dritte Anzahlen von Windun gen haben,
welche ersten, zweiten und dritten Anzahlen von Windun gen der "C"-Phasen-Regulatorwicklungen relative Werte von N1, N2 bzw. N3 haben,
welche ersten, zweiten und dritten "A"-Phasen-Regula torwicklungen jeweils durch ein erstes, ein zweites und ein drittes Fenster hindurchgehen und jeweils um Teile der ersten, zweiten und dritten Kerne herumgehen und elektromagnetisch individuell im wesentlichen nur mit den ersten, zweiten bzw. dritten Kernen gekoppelt sind,
welche ersten, zweiten und dritten "B"-Phasen-Regula torwicklungen jeweils durch ein erstes, ein zweites und ein drittes Fenster hindurchgehen und jeweils um Teile der ersten, zweiten und dritten Kerne herumgehen und elektromagnetisch individuell im wesentlichen nur mit den ersten, zweiten bzw. dritten Kernen gekoppelt sind,
welche ersten, zweiten und dritten "C"-Phasen-Regula torwicklungen jeweils durch ein erstes, ein zweites und
ein drittes Fenster hindurchgehen und jeweils um Teile der ersten, zweiten und dritten Kerne herumgehen und elektromagnetisch individuell im wesentlichen nur mit den ersten, zweiten bzw. dritten Kernen gekoppelt sind, und
N1, N2 und N3 im wesentlichen umgekehrt proportional zur relativen Dicke der ersten, zweiten und dritten Kerne sind.