DE2509437A1

DE2509437A1 - Vielstufige regelung der sekundaerspannung eines transformators

Info

Publication number: DE2509437A1
Application number: DE19752509437
Authority: DE
Inventors: Hans Dipl Ing Brudny
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1975-03-05
Filing date: 1975-03-05
Publication date: 1976-09-16

Description

Für die Regelung der Sekundärspannung eines Transformators sind an dessen Sekundärwicklung Anzapfungen angebracht, an welchen die für den Stromverbraucher gewünschte Spannung mit Hilfe eines Stufenschalters abgegriffen wird. Die Zahl der Schaltstufen ist jedoch nach oben begrenzt und eine feinstufige Spannungsregelung ist deshalb nicht möglich. Man ist deshalb da, wo eine feinstufige Spannungsregelung zweckmäßig ist, wie zum Beispiel bei elektrischen Lokomotiven, auf die Thyristor-Anschnittsteuerung übergegangen. Die Thyristor-Anschnittsteuerung hat jedoch während des Steuerungsvorganges Nebenwirkungen (Verschlechterung des Leistungsfaktors, hohe Amplituden im Oberwellenbereich, Beeinflussung von Fernmelde- und Steuerleitungen), die oft aufwendige Gegenmaßnahmen verursachen.

Der Erfindung liegt ein Schaltprinzip zugrunde, nach welchem die Zahl der Schaltstufen für die Spannungsregelung an der Sekundärseite des Transformators beliebig hoch sein kann und eine feinstufige Regelung möglich ist.

Nach diesem Prinzip wird die Sekundärwicklung des Transformators in mehrere Teilwicklungen unterteilt, wobei eine oder mehrere dieser Teilwicklungen auch zusätzlich Anzapfungen erhalten können. Die Schaltstufenspannungen werden aus den an den einzelnen Teilwicklungen anstehenden Spannungen, aus den Summen dieser Spannungen und auch aus deren Differenzen gebildet. Zur weiteren Erläuterung dienen die nachstehenden Beispiele, die auch die sich hieraus ergebenden Möglichkeiten zeigen sollen.

Angenommen, daß die Sekundärwicklung des Transformators aus 5 Teilwicklungen besteht (Fig. 1 Teil 1 bis Teil 5) und die Spannungen von Stufe zu Stufe 10 Volt betragen sollen, dann müssen bei Anwendung der Summenbildung die Teilwicklungen für die folgenden Spannungen ausgelegt sein:

Teilwicklung 1 U1 = 10 Volt

" 2 U2 = 20 Volt

" 3 U3 = 40 Volt

" 4 U4 = 80 Volt

" 5 U5 = 160 Volt

Hieraus ergeben sich 31 Schaltstufen, wobei die einzelnen Stufenspannungen wie folgt gebildet werden:

Stufe 0 U = 0 V

" 1 U = U1 = 10 V

" 2 U = U2 = 20 V

" 3 U = U1 + U2 = 10 V + 20 V = 30 V

" 4 U = U3 = 40 V

" 5 U = U1 + U3 = 10 V + 40 V = 50 V

" 6 U = U2 + U3 = 20 V + 40 V = 60 V

" 7 U = U1 + U2 + U3 = 10 V + 20 V + 40 V = 70 V

" 8 U = U4 = 80 V

" 9 U = U1 + U4 = 10 V + 80 V = 90 V

" 10 U = U2 + U4 = 20 V + 80 V = 100 V

" 11 U = U1 + U2 + U4 = 10 V + 20 V + 80 V = 110 V

" 12 U = U3 + U4 = 40 V + 80 V = 120 V

" 13 U = U1 + U3 + U4 = 10 V + 40 V + 80 V = 130 V

" 16 U = U5 = 160 V

" 31 U = U1 + U2 + U3 + U4 + U5 = 10 V + 20 V + 40 V + 80 V + 160 V = 310 V

Werden an der ersten der fünf Teilwicklungen zusätzlich 8 Anzapfungen angebracht, wie in Fig. 2 dargestellt ist, dann erhält man bei der gleichen Methode 159 Schaltstufen. Bei 10 V Spannung von Stufe zu Stufe müssen die Teilwicklungen für die folgenden Spannungen ausgelegt sein:

Teilwicklung 1 U1 = 9 x 10 V = 90 V

2 U2 = 100 V

3 U3 = 200 V

4 U4 = 400 V

5 U5 = 800 V

Die einzelnen Schaltstufenspannungen erhält man dann wie folgt:

Stufe 0 U = 0

" 1 U = U1.1 = 10 V (Spannung an der 1. Anzapfung)

" 2 U = U1.2 = 20 V (Spannung an der 2. Anzapfung)

" 3 U = U1.3 = 30 V (Spannung an der 3. Anzapfung)

" 8 U = U1.8 = 80 V (Spannung an der 8. Anzapfung)

" 9 U = U1 = 90 V

" 10 U = U2 = 100 V

" 11 U = U1.1 + U2 = 10 V + 100 V = 110 V

" 12 U = U1.2 + U2 = 20 V + 100 V = 120 V

" 19 U = U1 + U2 = 90 V + 100 V = 190 V

" 20 U = U3 = 200 V

" 21 U = U1.1 + U3 = 10 V + 200 V = 210 V

" 39 U = U1 + U2 + U3 = 90 V + 100 V + 200 V = 390 V

" 40 U = U4 = 400 V

" 79 U = U1 + U2 + U3 + U4 = 90 V + 100 V + 200 V + 400 V = 790 V

Stufe 80 U = U5 = 800 V

" 81 U = U1.1 + U5 = 10 V + 800 V = 810 V

" 158 U = U1.8 + U2 + U3 + U4 + U5 = 80 V + 100 V + 200 V + 400 V + 800 V = 1580 V

" 159 U = U1 + U2 + U3 + U4 + U5 = 90 V + 100 V + 200 V + 400 V + 800 V = 1590 V

Werden für die Bildung der Stufenspannungen neben der Summen teilweise auch die Differenzen der Wicklungsspannungen verwendet, dann erhält man bei einer in 5 Teilwicklungen aufgeteilten Sekundärwicklung zum Beispiel 94 Schaltstufen. Die Teilwicklungen müssen dann für die folgenden Spannungen ausgelegt sein:

Teilwicklung 1 U1 = 10 V

" 2 U2 = 30 V

" 3 U3 = 90 V

" 4 U4 = 270 V

" 5 U5 = 540 V

Die Schaltstufenspannungen ergeben sich dann wie folgt:

Stufe 0 U = 0

" 1 U = U1 = 10 V

" 2 U = U2 - U1 = 30 V - 10 V = 20 V

" 3 U = U2 = 30 V

" 4 U = U2 + U1 = 30 V + 10 V = 40 V

" 5 U = U3 - U1 - U2 = 90 V - 10 V - 30 V = 50 V

" 6 U = U3 - U2 = 90 V - 30 V = 60 V

" 7 U = U3 + U1 - U2 = 90 V + 10 V - 20 V = 70 V

" 8 U = U3 - U1 = 90 V - 10 V = 80 V

" 9 U = U3 = 90 V

Stufe 10 U = U3 + U1 = 90 V + 10 V = 100 V

" 11 U = U3 + U2 - U1 = 90 V + 30 V - 10 V = 110 V

" 12 U = U3 + U2 = 90 V + 30 V = 120 V

" 13 U = U3 + U2 + U1 = 90 V + 30 V + 10 V = 130 V

" 14 U = U4 - U3 - U1 - U2 = 270 V - 90 V - 10 V - 30 V = 140 V

" 27 U = U4 = 270 V

" 28 U = U4 + U1 = 270 V + 10 V = 280 V

" 40 U = U4 + U3 + U2 + U1 = 270 V + 90 V + 30 V + 10 V = 400 V

" 41 U = U5 - U3 - U1 - U2 = 540 V - 90 V - 10 V - 30 V = 410 V

" 54 U = U5 = 540 V

" 55 U = U5 + U1 = 540 V + 10 V = 550 V

" 94 U = U5 + U4 + U3 + U2 + U1 = 540 V + 270 V + 90 V + 30 V + 10 V = 940 V

Für die Schaltung der Stufenspannungen werden Thyristoren vorgeschlagen. Auch die Verwendung entsprechender Stufenschalter erscheint möglich. Die Schaltung der Stufenspannungen mit Hilfe von Thyristoren ist im Schaltbild Fig. 3 dargestellt.

Wird in den obigen 3 Beispielen die Zahl der Teilwicklungen um eine Teilwicklung erhöht, dann kann man die doppelte Stufenzahl erhalten.

Werden für die Schaltung der Schaltstufen Thyristoren vorgesehen, dann besteht eine weitere Möglichkeit für die Erhöhung der Schaltstufenzahl.

Für viele Stromverbraucher, wie zum Beispiel für einen Wechselstrommotor, ist es unwesentlich ob eine Wellenhälfte des Wechselstromes zeitweise oder ganz unterdrückt wird. Wird eine Wellenhälfte gesperrt, dann äußert sich das so, als wenn der Motor an die halbe Spannung angeschlossen wäre. Zur Spannungsregelung nach dem vorliegenden Prinzip kann man deshalb für eine oder mehrere Teilwicklungen eine Wellenhälfte sperren und damit die an den Klemmen der betreffenden Teilwicklungen anstehende Spannung halbieren. Es muß jedoch beachtet werden, daß ein Gleichstromanteil im Wechselstrom möglichst vermieden wird. In dem folgenden Beispiel wird die teilweise Sperrung einer Wechselstromhalbwelle angewandt, wobei für die Wicklungen Teil 1 und Teil 2 (Fig. 3) die zweite Wechselstrom-Halbwelle je nach Schaltstufe gesperrt wird. Das Schaltbild Fig. 3 bleibt hierbei unverändert. Bei 10 V Spannung zwischen benachbarten Stufen ergeben sich für die 5 Teilwicklungen die folgenden Spannungen:

Teilwicklung 1 U1 = 20 V

U1.1 = 10 V (zweite Halbwelle gesperrt)

" 2 U2 = 80 V

U2.1 = 40 V (zweite Halbwelle gesperrt)

" 3 U3 = 210 V

" 4 U4 = 420 V

" 5 U5 = 840 V

Aus den Spannungen der fünf Teilwicklungen ergeben sich die einzelnen Schaltstufenspannungen wie folgt:

Schaltstufe 0 U = 0

" 1 U = U1.1 = 10 V

" 2 U = U1 = 20 V

" 3 U = U2.1 - U1.1 = 40 V - 10 V = 30 V

Schaltstufe 4 U = U2.1 = 40 V

" 5 U = U2.1 + U1.1 = 40 V + 10 V = 50 V

" 6 U = U2 - U1 = 80 V - 20 V = 60 V

" 7 U = U2 - U1.1 = 80 V - 10 V = 70 V

" 8 U = U2 = 80 V

" 9 U = U2 + U1.1 = 80 V + 10 V = 90 V

" 10 U = U2 + U1 = 80 V + 20 V = 100 V

" 11 U = U3 - U1 - U2 = 210 V - 20 V - 80 V = 110 V

" 12 U = U3 - U1.1 - U2 = 210 V - 10 V - 80 V = 120 V

" 21 U = U3 = 210 V

" 31 U = U3 + U2 + U1 = 210 V + 80 V + 20 V = 310 V

" 32 U = U4 - U1 - U2 = 420 V - 20 V - 80 V = 320 V

" 73 U = U4 + U3 + U2 + U1 = 420 V + 210 V + 80 V + 20 V = 730 V

" 74 U = U5 - U1 - U2 = 840 V - 20 V - 80 V = 740 V

" 84 U = U5 = 840 V

" 85 U = U5 + U1.1 = 840 V + 10 V = 850 V

" 157 U = U5 + U4 + U3 + U2 + U1 = 840 V + 420 V + 210 V + 80 V + 20 V = 1570 V

Claims

1. Vielstufige Regelung der Sekundärspannung eines ein- oder mehrphasigen Transformators, dadurch gekennzeichnet, daß für die Bildung der Stufenspannungen die an den Teilwicklungen, in welche die Sekundärwicklung unterteilt ist, anstehenden Spannungen verwendet werden und die Zahl der Spannungsstufen für die Spannungsregelung ein vielfaches der Zahl der Teilwicklungen beträgt, wobei die einzelnen Stufenspannungen aus den an den Teilwicklungen anstehenden Spannungen und aus deren Summen gebildet werden.

2. Spannungsregelung nach Anspruch 1, jedoch dadurch gekennzeichnet, daß an einer oder an mehreren Teilwicklungen der Sekundärwicklung Anzapfungen angebracht sind.

3. Spannungsregelung nach Anspruch 1, jedoch dadurch gekennzeichnet, daß für die Bildung der Stufenspannungen auch die Differenzen der an den Teilwicklungen der Sekundärwicklung anstehenden Spannungen verwendet werden.

4. Spannungsregelung nach Anspruch 1 bis 3, jedoch dadurch gekennzeichnet, daß bei einer oder bei mehreren Teilwicklungen durch Sperrung einer Wechselstrom-Wellenhälfte an diesen Teilwicklungen eine weitere Spannung für die Bildung der Stufenspannungen erhalten wird und dadurch mit der gleichen Zahl der Teilwicklungen eine höhere Schaltstufenzahl erreicht werden kann.