DE3502889C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Transformatorschaltung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Solche Transformatorschaltungen finden überall dort Verwendung, wo eine von einer Spannungsquelle abgegebene Versorgungsspannung einer Last zumindest zeitweise nicht unverändert sondern nur mit veränderter Amplitude zugeführt werden kann.

Eine derartige Transformatorschaltung, wie sie beispielsweise aus der CH-PS 1 18 811 bekannt ist und bei der der Transformator der Stelleinheit nur eine einzige weitere Wicklung umfaßt, wird dadurch in den zweiten Schaltzustand gebracht, daß die weitere Wicklung mit Hilfe der Schalter mit einer bezüglich des Wick­ lungssinnes umgekehrten Polung an dieselbe Steuer-Wechselspan­ nung, nämlich die Eingangswechselspannung der Stelleinheit ge­ legt wird, an der sie auch im ersten Schaltzustand liegt. In der Praxis hat sich gezeigt, daß bei einer solchen Anordnung beim Umschalten von einem Schaltzustand in den anderen zu­ mindest für einige auf den Umschaltvorgang unmittelbar folgende Halbwellen starke Störungen der Ausgangswechselspannung der Stelleinheit auftreten, die somit in diesem Zeitraum er­ heblich von der ansonsten vorhandenen Sinusform abweicht. Diese Abweichungen, die im Auftreten von Verzerrungen und/oder Spannungsspitzen bzw. Spannungseinbrüchen be­ stehen können, sind aber bei vielen modernen Anwendungsfällen einer solchen Transformatorschaltung unerwünscht.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Transformatorschaltung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art so weiterzubilden, daß mit ihrer Hilfe die Amplitude der von der Spannungsquelle abgegebenen Versor­ gungsspannung auf einfache und schnelle Weise und unter ge­ ringen Energieverlusten verändert werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung die im Kennzeichen des Anspruchs 1 niedergelegten Merkmale vor.

Dies bedeutet, daß zusätzlich zu den aus dem Stand der Technik bekannten Abgriffen für die Eingangswechselspannung der Stell­ einheit auch noch Abgriffe für deren Ausgangswechselspannung vorgesehen sind und daß die wenigstens eine weitere Wicklung im zweiten Schaltzustand mit Hilfe von Schaltern entweder di­ rekt an die Ausgangswechselspannung der Stelleinheit oder an eine von dieser Ausgangswechselspannung abgeleitete Wech­ selspannung mit einem solchen Wicklungssinn angelegt wird, daß sich die hierdurch in der ersten Wicklung des Transformators induzierte Spannung von der Eingangswechselspannung der Stell­ einheit subtrahiert. Umfaßt der Transformator der Stelleinheit zwei weitere Wicklungen, von denen die eine nur zum additiven Aufprägen und die andere nur zum subtraktiven Aufprägen eine induzierten Spannung dient, so wird die erstgenannte dieser beiden weiteren Wicklungen zur Erzielung des ersten Schalt­ zustandes wie aus dem Stand der Technik bekannt an die Ein­ gangswechselspannung oder an hiervon abgeleitete Wechsel­ spannung angelegt, während die andere der beiden weiteren Wicklungen erfindungsgemäß im zweiten Schaltzustand an die Ausgangswechselspannung oder eine hiervon abgeleitete Span­ nung angelegt wird. Wie die Praxis zeigt, kann mit solchen Anordnungen sehr schnell zwischen den verschiedenen Schalt­ zuständen hin- und hergeschaltet werden, ohne daß es zu stö­ renden Verzerrungen der Sinusform der Ausgangswechselspan­ nung der Stelleinheit kommt.

In jedem Fall erhält man in beiden Schaltzuständen eine Spartransformator-Anordnung, die es ermöglicht, den jeweils verwendeten Transformator in optimaler Weise an die maximal zu bewältigende Leistung anzupassen, so daß hinsichtlich des für die Transformatorwicklungen erforderlichen Kupfers eine Minimierung erzielt wird, worin ein weiterer wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung gegenüber dem nachgewiesenen Stand der Technik zu sehen ist.

Somit kann sowohl bei der Ausführungsform mit nur einer wei­ teren Wicklung als auch bei der Ausführungsform mit zwei weiteren Wicklungen die wenigstens eine Stelleinheit der erfindungsgemäßen Transformatorschaltung in wenigstens zwei Schaltzustände gebracht werden, in denen die Amplitude der Ausgangswechselspannung U _A größer bzw. kleiner als die Amplitude der Eingangswechselspannung U _E der Stelleinheit ist.

Im ersten Schaltzustand gilt:

U _A1=U _E +Δ U₁; (1)

während im zweiten Schaltzustand gilt:

U _A2=U _E -Δ U₂. (2)

Umfaßt der Transformator der Stelleinheit nur eine einzige weitere Wicklung mit der Windungszahl w _w , so gilt die in den beiden Schaltzuständen in der ersten Wicklung (Windungs­ zahl w₁) induzierten Spannungen, wenn U _E bzw. U _A unmittelbar als Steuer-Wechselspannungen Verwendung finden:

bzw.

Man sieht, daß in diesem Fall Δ U₁ und Δ U₂ nicht voneinander unabhängig gewählt werden können, da sie über die Gleichungen (3) und (4) miteinander verknüpft sind.

Sind dagegen zwei weitere Wicklungen mit den Windungszahlen w _w1 und w _w2 am Transformator der Stelleinheit vorgesehen, so gilt für die induzierten Spannungen wenn wieder U _E bzw. U _A unmittelbar als Steuer-Wechselspannungen Verwendung finden:

Diese beiden Spannungen sind also nicht zwangsweise miteinander verknüpft, da die beiden Windungszahlen w _w1 und w _w2 voneinander unabhängig gewählt werden können.

Wählt man w _w1 und w _w2 jedoch so, daß

w _w1=w₁+w _w2

gilt, so lassen sich zur Eingangswechselspannung U _E genau symmetrisch liegende Ausgangsspannungen U _A + und U _A - erzielen. Alternativ hierzu kann aber auch gewünschtenfalls die aus den Gleichungen (5) und (6) ersichtliche Asymmetrie zwischen +Δ U₁ und -Δ U₂ noch verstärkt werden.

Außerdem erlaubt es diese Ausführungsform, jeweils ein Ende der beiden weiteren Wicklungen fest anzuschließen und nur das je­ weils andere Ende mit Hilfe eines Schalters entweder elektrisch leitend an die Eingangs- bzw. Ausgangswechselspannung bzw. an eine hiervon abgeleitete Steuer-Wechselspannung zu legen oder von dieser abzutrennen. Es werden also statt vier nur zwei Schalter benötigt.

Die Windungsverhältnisse w₁/w _w bzw w₁/w _w1 und w₁/w _w2 sind dabei grundsätzlich kleiner 1 und liegen vorzugsweise in einem Bereich von 1 : 3 bis 1 : 200.

Der Strom, der im jeweiligen Schaltzustand durch die betreffende weitere Wicklung fließt, ist auf den Nenn-Laststrom, der durch die erste Wicklung des Transformators fließt, so abzustimmen, daß bei gegebenem Windungsverhältnis die Durchflutungen beider Wicklungen dem Betrag nach in etwa gleich groß sind und eine solche Winkelverschiebung gegeneinander aufweisen, daß der Mag­ netfluß, der hierdurch im Transformatorkern resultiert, zum ge­ wünschten induzierten additiven oder subtraktiven Spannungsab­ fall Δ U₁ bzw. Δ U₂ an der ersten Wicklung des Transformators führt. Es zeigt sich, daß unter diesen Voraussetzungen der in­ duzierte Spannungsabfall Δ U₁ bzw. Δ U₂ vom Laststrom weitgehend unabhängig ist, so daß auch dann, wenn der Laststrom gegenüber seinem Nennwert schwankt, ein gleichbleibender Unterschied zwi­ schen Eingangs- und Ausgangswechselspannung der Stelleinheit aufrechterhalten werden kann.

Bei diesen Anordnungen geht über die magnetische Kopplung des Transformators lediglich der geringe Teil der Leistung, der für die induzierte Amplitudenänderung erforderlich ist. Damit werden die Energieverluste, die bei einer induktiven Übertragung der gesamten zur Versorgung der Last benötigten Energie von einer primären auf eine sekundäre Transformatorwicklung entstehen, in ganz erheblichem Ausmaß verringert. Somit kann der Transfor­ mator entsprechend kleiner dimensioniert und der für die Kühlung des Transformators erforderliche Aufwand reduziert werden. Auch über die Schalter, mit deren Hilfe an die weitere(n) Wicklung(en) des Transformators die Steuer-Wechselspannungen anlegbar sind, geht nur ein geringer Teil der Gesamtleistung, so daß die Schal­ ter auch bei häufigen Schaltspielen nur wenig belastet werden. Überdies können auch bei sehr großen Lasten Halbleiterschalter, z. B. Triacs verwendet werden, die ein erheblich schnelleres Schalten ermöglichen, als die nach dem Stand der Technik verwen­ deten mechanischen Schalter. Eine völlige Unterbrechung der Ener­ giezufuhr zur Last beim Schalten kann grundsätzlich nicht auf­ treten, da die galvanische Verbindung zwischen Last und Spannungs­ quelle über die erste Wicklung des Transformators ständig auf­ rechterhalten bleibt.

Legt man an die weitere Wicklung bzw. die weiteren Wicklungen des Transformators keine Steuer-Wechselspannung an, so wird, wenn nicht weitere Maßnahmen ergriffen werden, die gesamte Magnetisierung des Transformatorkerns von der Durchflutung der ersten Wicklung bewirkt. Dies führt zum Auftreten eines von der Größe dieser Durchflutung und damit von der Größe des Laststroms abhängigen Spannungsabfalls über der ersten Wicklung. Dieser Spannungsabfall läßt sich nur in solchen Anwendungsfällen als konstante Differenz zwischen Eingangs- und Ausgangswechselspan­ nung der Stelleinheit gezielt einsetzen, in denen der Last­ strom konstant ist. Ansonsten kann diese Drosselwirkung der ersten Wicklung dazu verwendet werden, beim Auftreten eines Kurzschlusses an oder in der Last den dann fließenden Last- Kurzschlußstrom auf ein unkritisches Maß zu begrenzen.

Für eine universelle Verwendbarkeit einer solchen Stelleinheit ist es zweckmäßig, dafür zu sorgen, daß auch in den Zeiträumen, in denen sich die Stelleinheit nicht im ersten oder zweiten Schaltzustand befindet, die Magnetisierung des Transformator­ kerns nicht im wesentlichen durch die Durchflutung der ersten Wicklung allein bewirkt wird. Dies kann z. B. durch eine Hilfs­ wicklung erfolgen, die in den Zeiträumen, in denen keine der weiteren Wicklungen an einer Steuerspannung liegt, mit Hilfe von Schaltern z. B. kurzgeschlossen wird. Durch entsprechende Dimensionierung der Windungszahl und des Stromes, der dann durch die Hilfswicklung fließt, kann die Durchflutung dieser Hilfs­ wicklung so eingestellt werden, daß an der ersten Wicklung kein nennswerter induzierter Spannungsabfall auftritt.

In den Zeiträumen, in denen die Hilfswicklung kurzgeschlossen ist, ist somit die Ausgangswechselspannung der Stelleinheit in etwa gleich der Eingangswechselspannung, was einem dritten Schaltzustand entspricht. Allerdings kann diese Gleichheit nur näherungsweise erreicht werden und der hierfür erforderliche apparative Aufwand ist vergleichsweise groß.

Daher wird dieser dritte Schaltzustand vorzugsweise dadurch erzielt, daß man für wenigstens eine weitere Wicklung einen Schalter vorsieht, mit dessen Hilfe diese weitere Wicklung kurzgeschlossen werden kann, wobei sie gleichzeitig von allen Steuer-Wechselspannungen getrennt wird. In diesem dritten Schaltzustand fällt an der ersten Wicklung des Transformators nur eine äußerst geringe Spannung ab, so daß mit guter Näherung gilt:

U _A3=U _E . (7)

Wegen des kleinen Spannungsabfalls an der ersten Wicklung wird auch in der oder den weiteren Wicklungen nur eine kleine Span­ nung induziert, so daß der jeweils im Stromkreis der weiteren Wicklung fließende Kurzschlußstrom klein bleibt und nur sehr geringe Leistungsverluste verursacht.

Sollen bei gegebener Eingangsspannung einer Stelleinheit an den Ausgangsanschlüssen mehr als drei verschiedene Ausgangs­ spannungen in mehr als drei Schaltzuständen nacheinander wahl­ weise zur Verfügung stehen, so kann der Transformator mehrere weitere Wicklungen aufweisen, die jeweils unterschiedliche Windungszahlen besitzen können. Diese Windungszahlen können innerhalb des oben erwähnten Bereiches von 1 : 3 bis 1 : 200 lie­ gen, sollten sich aber nur soweit voneinander unterscheiden, daß dann, wenn an die weitere Wicklung mit der kleinsten Win­ dungszahl die zugehörige Steuer-Wechselspannung angelegt ist, in den anderen weiteren Wicklungen keine zu großen Spannungen induziert werden. Es können entsprechend viele Schalter vorge­ sehen werden, mit deren Hilfe sich jede dieser weiteren Wick­ lungen an eine Steuerspannung anschließen bzw. von dieser tren­ nen läßt. Auch ist es möglich, eine Steuerspannung jeweils nur an eine oder gleichzeitig an zwei oder mehr der weiteren Wicklungen anzulegen.

Eine weitere Möglichkeit, gemäß der Erfindung am Ausgang einer einzigen Stelleinheit nacheinander mehr als drei verschiedene Ausgangsspannungen wahlweise zur Verfügung zu stellen, besteht darin, an die wenigstens eine weitere Wicklung mit Hilfe von Schaltern alternativ eine von mehreren Steuer-Wechselspannungen U _S1, . . ., U _S2q anzulegen, die sich zumindest teilweise in ihrer Amplitude voneinander unterscheiden. Dabei ist q irgendeine ganze Zahl größer 1.

Zur Erzeugung dieser Steuerspannung U _S1, . . ., U _S2q findet vor­ zugsweise eine Zusatz-Transformatoranordnung mit einer Wicklung Verwendung, an die mit Hilfe einer Schalteranordnung entweder die Eingangs- oder die Ausgangswechselspannung der Stellein­ heit anlegbar ist und die in mehrere Wicklungsabschnitte unter­ teilt ist, zwischen denen Abgriffe zum Abgreifen verschiedener Abgriffsspannungen U _X1, . . ., U _Xp herausgeführt sind. P ist ebenfalls eine ganze Zahl größer 1 und vorzugsweise kleiner als q. Mit Hilfe von Schaltern können diese Abgriffsspannungen ent­ weder einzeln oder gruppenweise addiert als Steuer-Wechsel­ spannungen an die weitere Wicklung des Transformators angelegt werden.

Es ist ein wesentlicher Gesichtspunkt der Erfindung, eine Transformatorschaltung zu schaffen, die in einem vorgebbaren Änderungsbereich ±Δ U _max eine digitale Änderung der an eine Last angelegten Spannung und damit auch der an die Last abgegebenen Leistung ermöglicht. Dabei kann in Sonderfällen der Änderungsbereich auch nur positiv oder nur negativ sein; d. h. es kann nur die additive oder nur die subtraktive Aufprägung von induzierten Spannungen Δ U auf die Einangs- bzw. Ver­ sorgungsspannung erforderlich sein. Im folgenden wird jedoch der allgemeine Fall eines zur Änderung Null (Eingangsspannung gleich Ausgangsspannung) symmetrischen Änderungsbereiches ± Δ U _max erläutert.

Unter einer digitalen Änderung der Ausgangsspannung in diesem Bereich ±Δ U _max wird dabei verstanden, daß es sowohl zur positiven als auch zur negativen Seite hin eine kleinste aufprägbare Spannungsänderung +Δ U _min bzw. -Δ U _min gibt und daß im positiven Teil des Ände­ rungsbereiches q positiv aufprägbare Spannungen +Δ U _ν (ν=1, . . ., q) und im negativen Teil des Änderungsbereiches q negative aufprägbare Spannung -Δ U _ν (ν=1, . . ., q) zur Verfügung stehen, wobei jeweils gilt:

+Δ U _ν =ν · (+Δ U _min )

und

-Δ U _ν =ν · (-Δ U _min )

Das heißt, daß sowohl im positiven als auch im negativen Teil des Änderungsbereiches jede beliebige aufprägbare Spannung ±Δ U _ν ein ganzzahliges Vielfaches der zugehörigen kleinsten aufprägbaren Spannung ±Δ U _min ist, und daß ν alle ganzen Zahlen zwischen 1 und q annehmen kann. Die in jeder Richtung größtmögliche induzierbare Spannung ist gleichzeitig die Grenze des Änderungsbereiches:

±q Δ U _min = ±Δ U _max

Man sieht, daß der Änderungsbereich sowohl durch Wahl der kleinsten Änderung ±Δ U _min und damit der Schrittweite, als auch durch Wahl der Anzahl q der Schritte variiert werden kann. Eine Vergrößerung der Schrittweite führt allerdings zu einer Verringerung der Genauigkeit, mit der z. B. bei Verwendung der erfindungsgemäßen Transformatorschaltung als Regelvorrichtung die Lastspannung U _L auf einem vorgegebenen Wert konstant gehalten werden kann. Andererseits bedeutet eine Vergrößerung von q eine Vergrößerung des technischen Aufwandes. Es muß also bei der Festlegung der Größen q und ±Δ U _min eine auf den jeweiligen Anwendungsfall abgestimmte Optimierung vorgenommen werden.

Vorzugsweise sind die Amplituden von +Δ U _min und -Δ U _min zumindest annähernd gleich groß, so daß also auch für die übrigen induzierbaren Spannungen zumindest näherungsweise gilt:

| +Δ U _ν | = | -Δ U _ν |

In entsprechender Weise sind auch die an die weitere Wicklung anzulegenden Steuerspannungen U _{S ν} gemäß der Erfindung digital strukturiert, d. h. es gibt eine kleinste Steuerspannung U _Smin , die zur Aufprägung der kleinsten induzierten Spannung Δ U _min führt, und die übrigen Steuerspannungen sind ganzzahlige Vielfache dieser kleinsten Steuerspannung:

U _{S ν} =ν · U _Smin

wobei ν wieder alle Werte von 1 bis q durchläuft. Um den oben angegebenen symmetrischen Änderungsbereich ±Δ U _max mit 2q Schritten überdecken zu können, müssen nur q Steuerspannungen U _{S ν} vorgesehen werden, da mit Hilfe der Schalter jede von der Wicklung der Zusatz-Transformatoranordnung abgegriffene Spannung auf zwei verschiedene Weisen so an die weitere Wicklung angelegt werden kann, daß in dem einen der beiden Fälle der Wicklungssinn der weiteren Wicklung bezüglich der ersten Wicklung des Transformators dem Wicklungssinn im anderen Falle gerade entgegengesetzt ist. Hierdurch wird dann die induzierte Spannung Δ U _ν im einen Fall additiv und im anderen Fall subtraktiv auf die Eingangsspannung der Stelleinheit aufgeprägt; gleichzeitig wird die an die Wicklung der Zusatz-Transformatoranordnung angelegte Erregerspannung umgeschaltet, so daß die zu einer additiven Aufprägung dienenden Steuer-Wechselspannungen von der Eingangswechselspannung und die zur subtraktiven Aufprägung dienenden Steuer-Wechselspannungen von der Ausgangswechselspannung der Stelleinheit abgeleitet werden.

Außerdem besteht auch hier die Möglichkeit, die weitere Wicklung kurzzuschließen, so daß die Ausgangsspannung der Stelleinheit gleich der Eingangsspannung ist, oder den Stromkreis der weiteren Wicklung zu unterbrechen, um durch die hieraus resultierende Drosselwirkung der ersten Wicklung den Laststrom zu begrenzen.

Zur Erzeugung der q Steuerspannungen U _{S ν} ist es erfindungsgemäß nicht erforderlich, an der Zusatz-Transformatoranordnung q+1 Abgriffe so vorzusehen, daß zwischen allen jeweils unmittelbar benachbarten Abgriffen eine der kleinsten Steuerspannung U _Smin entsprechende Abgriffsspannung U _Xmin abfällt.

Vielmehr werden die Amplituden der Abgriffsspannungen nach einem geeigneten Kode so gestuft, daß sich bei minimaler Anzahl von Abgriffen (und damit auch minimaler Anzahl von Schaltern) alle benötigten Steuerspannungen U _{S ν} durch additive Kombination von mehreren Abgriffsspannungen zusammensetzen lassen, soweit sie nicht direkt einer der Spannungen entsprechen, die zwischen zwei benachbarten Abgriffen zur Verfügung stehen. Damit die kleinste Steuerspannung U _Smin zur Verfügung steht, muß wenigstens ein Paar von benachbarten Abgriffen vorgesehen sein, zwischen denen eine Abgriffsspannung U _Xmin =U _Smin abfällt. Zwischen den übrigen Paaren von benachbarten Abgriffen können dann zumindest teilweise Abgriffsspannungen vorgesehen werden, die gemäß dem oben erwähnten Kode festzulegende, von 1 verschiedene, ganzzahlige Vielfache der kleinsten Abgriffsspannungen U _Xmin sind. Der günstigste Kode wäre ein reiner Binärkode, bei dem jede Abgriffsspannung nur einmal vorkommt und zwischen aufeinanderfolgenden Abgriffspaaren der Reihe nach die Abgriffsspannungen 1 · U _Xmin , 2 · U _Xmin , 4 · U _Xmin , 8 · U _Xmin usw. abfallen.

Die Verwendung dieses Kodes würde jedoch voraussetzen, daß Abgriffspaare, die für die additive Zusammensetzung einer gerade erforderlichen Steuerspannung U _{S ν} nicht benötigt werden, ohne weiteres kurzgeschlossen werden können.

Bei der erfindungsgemäß bevorzugten Zusatz-Transformatoranordnung mit einer Wicklung, die in eine Vielzahl von Wicklungsabschnitten unterteilt ist, zwischen denen die Abgriffe zum Abgreifen der Abgriffsspannungen U _X1, . . ., U _Xp herausgeführt sind, ist die oben erwähnte Bedingung für die Verwendung eines reinen Binärkodes jedoch nicht gegeben. Daher wird hier vorzugsweise ein Kode verwendet, der es erlaubt, jede benötigte Steuerspannung von einer Gruppe von unmittelbar aufeinanderfolgenden Abgriffspaaren abzugreifen, soweit sie nicht direkt von einem einzigen Abgriffspaar abgegriffen werden kann. Im allgemeinen bedeutet dies, daß zumindest die kleinste Abgriffsspannung U _Xmin , in manchen Fällen aber auch einige der ganzzahligen Vielfachen hiervon mehrfachen abgreifbar sein müssen. So können z. B. für die Erzeugung von acht Steuerspannungen

1 · U _Smin , 2 · U _Smin , . . ., 8 · U _Smin

an der Wicklung der Zusatz-Transformatoranordnung vier Wicklungsabschnitte vorgesehen sein, deren Windungszahlen so gewählt sind, daß an den Abgriffen der Reihe nach die Abgriffsspannungen

1 · U _Xmin , 2 · U _Xmin , 4 · U _Xmin , 1 · U _Xmin

abfallen, wobei U _Xmin =U _Smin ist. Man sieht, daß die Steuerspannungen 1 · U _Smin , 2 · U _Smin und 4 · U _Smin direkt am ersten bzw. zweiten bzw. dritten Wicklungsabschnitt (in der obigen Reihe von links gezählt) abgegriffen werden können, während die Steuerspannung 3 · U _Smin über einer Kombination aus dem ersten und zweiten Wicklungsabschnitt, die Steuerspannung 5 · U _Smin über einer Kombination aus dem dritten und vierten Wicklungsabschnitt, die Steuerspannung 6 · U _Smin über einer Kombination aus dem zweiten und dritten Wicklungsabschnitt, die Steuerspannung 7 · U _Smin über eine Kombination aus dem ersten, zweiten und dritten Wicklungs­ abschnitt und die Steuerspannung 8 · U _Smin über der Kombination aus allen vier Wicklungsabschnitten abgegriffen werden können. Der eben als Beispiel angegebene Kode ist aber bei dieser Zahl von benötigten Steuerspannungen und vier zur Verfügung gestellten Wicklungsabschnitten nicht der einzig mögliche. Beispielsweise können alle acht Steuerspannungen auch dann abgegriffen werden, wenn die ganzzahligen Vielfachen der kleinsten Abgriffsspannung dem Kode 1,3,2,2 entsprechen.

Vorzugsweise sind die Windungszahlen der Wicklungsabschnitte so gewählt, daß an dem Abschnitt, der an dem einen der beiden Enden der Wicklungsabschnitts-Reihe liegt, die Abgriffsspannung 1 · U _Xmin und an dem Abschnitt, der am gegenüberliegenden Ende liegt, die Abgriffsspannung 1 · U _Xmin direkt abgreifbar sind, wie dies auch beim ersten der beiden obigen Beispiele der Fall ist.

Wesentlich ist, daß der Kode immer so gewählt wird, daß bei minimaler Zahl von Wicklungsabschnitten bzw. Abgriffen alle benötigten Steuerspannungen U _{S ν} zur Verfügung stehen. Außerdem soll dann Möglichkeit die über der Kombination aller Wicklungsabschnitte abgreifbare maximale Wechselspannung gleich oder zumindest nicht wesentlich größer als die maximale benötigte Steuerspannung U _Smax sein.

Um eine Transformatorschaltung, die aus einer einzigen Stelleinheit besteht, an deren weitere Wicklung mit Hilfe von Schaltern in der eben beschriebenen Weise verschiedene Steuerspannungen anlegbar sind, als Spannungskonstanter und/oder Spannungsregler verwenden zu können, ist erfindungsgemäß weiterhin vorgesehen, daß die an die Last angelegte Spannung U _L mit Hilfe einer Meßfühleranordnung gemessen wird, daß ein Komparator das Ausgangssignal der Meßfühleranordnung mit einem Referenzwert U _ref vergleicht, der den Sollwert S _L der Lastspannung repräsentiert, und daß eine Schaltersteuerung vorgesehen ist, die anhand des Differenzsignals, das von der Komparatoranordnung abgegeben wird, die Schalter so steuert, daß die in der ersten Wicklung des Transformators induzierten Spannungsänderungen Δ U _ν eventuell auftretenden Schwankungen der Lastspannung U _L entgegenwirken und diese Schwankungen kompensieren.

Um den Transformator nicht zu überlasten, sind erfindungsgemäß besondere Maßnahmen vorgesehen, die sicherstellen, daß nur für eine der mehreren weiteren Wicklungen der oder die zugehörigen Schalter geschlossen sind. Für die bevorzugte Ausführungsform mit zwei weiteren Wicklungen, von denen die eine fest als addierende Wicklung und die andere fest als subtrahierende Wicklung verdrahtet ist, bedeutet dies, daß die beiden Schalter nicht überlappend betrieben werden. Auch muß verhindert werden, daß an eine oder beide weiteren Wicklungen eine Steuerspannung angelegt wird, während der zugehörige Kurzschlußschalter geschlossen ist.

Um ein gleichzeitiges Schließen der betreffenden Schalter unmöglich zu machen, wird der Schaltzustand eines jeden Schalters mit Hilfe einer zugehörigen Sensoreinheit überwacht und ein Schließbefehl für einen bisher offenen Schalter durch eine Sperrschaltung unterdrückt, wenn das Ausgangssignal der Sensoreinheit der anderen Schalter anzeigt, daß einer dieser anderen Schalter noch geschlossen ist. Eine entsprechende Schutzschaltung kann erfindungsgemäß auch für die Ausführungsform von Stelleinheiten vorgesehen werden, bei denen mehr als zwei Schalter vorgesehen sind, um eine einzige weitere Wicklung oder mehrere weitere Wicklungen in die verschiedenen Schaltzustände zu bringen.

Damit beim Umschalten von einem Schaltzustand in den anderen die Amplitude der von der Spannungsquelle abgegebenen Versorgungsspannung noch schneller, mit noch geringeren Energieverlusten und möglichst kleinen Schaltspitzen verändert werden kann, ist vorzugsweise vorgesehen, die Schalter bei bestimmten Phasenwinkeln bzw. in bestimmten Phasenwinkelbereichen des magnetischen Flusses, der die erste Wicklung des Transformators durchsetzt, zu öffnen bzw. zu schließen. Diese Phasenwinkel bzw. Phasenwinkelbereiche werden dabei so gewählt, daß sich dieser magnetische Fluß durch den Öffnungs- bzw. Schließvorgang wenig ändert.

Beim Umschalten vom ersten oder zweiten in den dritten Schaltzustand ergeben sich hier keine Probleme, weil die jeweils bis zum Umschaltzeitpunkt offenen Schalter kurz nach dem Öffnen der bis zum Umschaltzeitpunkt geschlossenen Schalter geschlossen werden können. Als Schalter finden vorzugsweise Triacs Verwendung, die nach einem Nulldurchgang des sie durchfließenden Stroms in einen Sperrzustand übergehen, der dem "offenen" Schaltzustand eines Schalters entspricht. Für das Öffnen eines bisher geschlossenen Triac-Schalters genügt es also, nach einem Nulldurchgang des diesen Schalter durchfließenden Stroms ein erneutes Zünden des Triacs bei der nächsten Stromhalbwelle zu verhindern. Damit sind die oben erwähnten Umschaltzeitpunkte ohne weiteres gegeben. Gleiches gilt auch für ein Umschalten aus dem dritten in den ersten oder den zweiten Schaltzustand.

Etwas anders ist die Situation beim unmittelbaren Übergang vom ersten in den zweiten Schaltzustand oder umgekehrt. Zwar werden auch hier die Triac-Schalter vorzugsweise bei einem Nulldurchgang des sie durchfließenden Stroms geöffnet, doch kann der jeweils zu schließende Schalter nicht gleichzeitig mit dem Öffnen des bisher geschlossenen Schalters betätigt werden, wenn die Bedingung einer möglichst geringen Änderung des Magnetflusses eingehalten werden soll.

Das Kriterium für die Zeitpunkte zum Schließen der Schalter ist für den Übergang vom zweiten in den ersten Schaltzustand (Erzeugung einer additiven induzierten Spannung) ein anderes als das für den Übergang vom ersten in den zweiten Schaltzustand (Erzeugung einer subtraktiven induzierten Spannung). Im ersten Fall ist es zweckmäßig, den oder die Schalter zu schließen, wenn der Magnetfluß einen Nulldurchgang aufweist, während im zweiten Fall der oder die Schalter geschlossen werden, wenn der Asolutwert des Magnetflusses ein Maximum durchläuft. Da in beiden Fällen der optimale Schaltzeitpunkt gegen die beiden eben erwähnten Phasenwinkel in Abhängigkeit von der Größe des Laststromes etwas verschoben sein kann, muß der Schließvorgang jeweils in einem die genannten Phasenwinkel umgebenden Phasenwinkelbereich erfolgen. Um dieses Schließkriterium für die Schalter einhalten zu können, ist gemäß der Erfindung eine Sensoreinrichtung zum Erfassen des Phasenverlaufes des Magnetflusses in der ersten Wicklung vorgesehen. Vorzugsweise ist diese Sensoreinrichtung eine Sensorwicklung des Transformators, deren Ausgangsspannung mit einer Verschiebung um 90° die Phasenlage des Magnetflusses wiedergibt. Die Ausgangsspannung wird der elektronischen Schaltersteuerung zugeführt, die hieraus gemäß den oben genannten Kriterien selbsttätig die richtigen Schaltzeitpunkte ermittelt.

Wie bereits erwähnt, ergibt sich in Zeitspannen, in denen keine der weiteren Wicklungen an die Eingangsspannung oder an die Ausgangsspannung der Stelleinheit angeschlossen ist, an der ersten Wicklung des Transformators ein vergleichsweise hoher Spannungsabfall, dessen Größe vom Laststrom abhängt. Allerdings benötigt dieser Spannungsabfall nach dem ersatzlosen Abschalten einer bisher angeschlossenen weiteren Wicklung eine ganze Reihe von Wechselspannungsperioden, bis er sich zu seiner vollen Größe aufgebaut hat. Wenn daher beim direkten Umschalten vom ersten in den zweiten Schaltzustand (oder umgekehrt) nach dem Öffnen des oder der bisher geschlossenen Schalter der oder die bisher offenen Schalter innerhalb einiger weniger Wechselspannungsperioden geschlossen werden, so bleibt der Einbruch der Ausgangsspannung, der aufgrund des oben erwähnten erhöhten Spannungsabfalls an der ersten Wicklung auftritt, so gering, daß er sich nicht nachteilig auswirkt. Es wird vorzugsweise eine elektronische Schaltersteuerung verwendet, die beispielsweise einen Mikroprozessor umfassen kann, um die Umschaltvorgänge möglichst rasch durchführen zu können.

Will man jedoch diesen Einbruch der Ausgangsspannung der Stelleinheit vollkommen vermeiden, der ohne weitere Maßnahmen in den Zeiträumen auftritt, in denen beim Umschalten von einem Schaltzustand in den anderen vorübergehend an keine der weiteren Wicklungen eine Steuerspannung angelegt ist, so kann man am Transformator eine Kurzschlußwicklung vorsehen, deren Enden durch das Schließen eines steuerbaren Schalters direkt miteinander verbunden werden können. Dieser Kurzschluß-Schalter wird ebenfalls von der Schaltersteuerung betätigt. Er ist normalerweise geöffnet und wird nur beim Übergang von einem Schaltzustand in den anderen kurzzeitig geschlossen. Dieses Schließen erfolgt gleichzeitig mit dem Öffnen des oder der bisher geschlossenen Schalter der weiteren Wicklung; der Kurzschluß-Schalter bleibt so lange geschlossen, bis der oder die bisher geöffneten Schalter der weiteren Wicklungen geschlossen werden, und wird gleichzeitig mit diesem Schließvorgang wieder geöffnet.

Vorzugsweise wird ein Triac als Schalter für die Kurzschlußwicklung verwendet, der bei einem beliebigen Nulldurchgang des ihn durchfließenden Stromes problemlos geöffnet werden kann.

Will man bei gegebener Versorgungsspannung U _V mehr als drei verschiedene Lastspannungen nacheinander zur Verfügung stellen können, so ist es vorteilhaft, eine Transformatorschaltung vorzusehen, bei der zwei oder mehr Stufen, von denen jede aus einer oder mehreren Stelleinheiten bestehen kann, so miteinander in Reihe geschaltet sind, daß an der ersten Stufe die von der Spannungsquelle abgegebene Versorgungsspannung U _V als Eingangsspannung U _E anliegt, die Ausgangsspannung U _A dieser ersten Stufe als Eingangsspannung U _E an die zweite Stufe angelegt ist, usw. und daß die Ausgangsspannung der letzten Stufe der Last als Lastspannung U _L zugeführt wird. Dabei liegen dann von der Spannungsquelle her gesehen die ersten Wicklungen der Transformatoren aller Stufen miteinander und mit der Last in Reihe.

Die miteinander in Reihe geschalteten Stufen können jeweils aus einer einzelnen Stelleinheit bestehen, die mit einer oder mehreren, insbesondere zwei weiteren Wicklungen ausgestattet ist, und wenigstens einen Kurzschluß-Schalter aufweist, mit dem wenigstens eine dieser weiteren Wicklungen kurzgeschlossen werden kann, so daß die Stelleinheit zumindest die durch die obigen Gleichungen (1), (2) und (7) definierten drei verschiedenen Ausgangsspannungen zu liefern vermag.

Alternativ hierzu können die Stufen einer solchen Transformatorschaltung aber auch jeweils aus zwei miteinander in Reihe geschalteten Stelleinheiten bestehen, die zu einem Stelleinheiten-Paar zusammengefaßt sind.

Darunter soll folgendes verstanden werden: Es handelt sich hier um Stelleinheiten, die ebenfalls zwei weitere Wicklungen aufweisen, von denen die eine als addierende und die andere als subtrahierende Wicklung Verwendung findet. Es kann also jede dieser beiden Stelleinheiten in einen ersten und einen zweiten Schaltzustand gebracht werden, wobei die jeweilige Ausgangsspannung den obigen Gleichungen (1) und (2) entspricht. Im Unterschied zu den oben beschriebenen Stelleinheiten, die für sich alleine eine Stufe einer mehrstufigen Transformatorschaltung bilden können, besitzen die beiden Stelleinheiten eines Stelleinheiten-Paares jedoch keine Schalter, mit deren Hilfe die weiteren Wicklungen kurzgeschlossen werden können. Somit kann keine dieser Stelleinheiten für sich allein in den dritten Schaltzustand gebracht werden, in dem die Ausgangsspannung gleich der Eingangsspannung ist. Statt dessen sind die Windungsverhältnisse der beiden ersten Wicklungen der beiden Transformatoren zu den zugehörigen weiteren Wicklungen in beiden Stelleinheiten so aufeinander abgestimmt, daß bei gegebener Eingangsspannung U _EP für das Stelleinheiten-Paar den Gleichungen (1), (2) und (7) entsprechende Beziehungen gelten:

U _AP1=U _EP +Δ U _P (8)

U _AP2=U _EP -Δ U _P (9)

U _AP3=U _EP (10).

U _AP1 ist die Ausgangsspannung des Stelleinheiten-Paares, die sich ergibt, wenn sich beide Stelleinheiten im ersten Schaltzustand befinden, so daß sich ihre beiden positiv aufgeprägten Spannungsänderungen +Δ U und +Δ U′ zu einer positiven Paar-Spannungsänderung +Δ U _p addieren. U _AP2 ist die entsprechende Ausgangsspannung, wenn sich beide Stelleinheiten im zweiten Schaltzustand befinden, so daß sich ihre beiden negativ aufgeprägten Spannungsänderungen -Δ U und -Δ U′ zu einer negativen Paar-Spannungsänderung -Δ U _P addieren. Die Windungsverhältnisse sind so gewählt, daß die Paar-Spannungsänderung Δ U _P in beiden Fällen in etwa denselben Absolutbetrag besitzt, die beiden Ausgangsspannungen zur Eingangsspannung also symmetrisch liegen. Überdies sind die Windungsverhältnisse so gewählt, daß sich in einer dritten Schaltzustands-Kombination, in der sich z. B. die erste Stelleinheit im ersten und die zweite Stelleinheit im zweiten Schaltzustand befinden, die Wirkungen der beiden Stelleinheiten in etwa kompensieren, so daß hier die vom Stelleinheiten-Paar abgegebene Ausgangsspannung U _AP3 in etwa gleich der zugeführten Eingangsspannung U _EP ist. Diese dritte Schaltzustands-Kombination entspricht also in ihrer Wirkung auf die Ausgangsspannung des Paares der des dritten Schaltzustandes einer einzelnen Stelleinheit mit Kurzschlußmöglichkeit für wenigstens eine weitere Wicklung.

Dabei ist von großem Vorteil, daß in allen drei Schaltzustands-Kombinationen die Verluste, die in den Stelleinheiten auftreten, extrem gering sind. Insbesondere erfolgt auch die unveränderte Weitergabe der Eingangsspannung auf den Ausgang des Stelleinheiten-Paares in der dritten Schaltzustands-Kombination praktisch verlustfrei.

Im Vergleich zu einer Stelleinheit, die für sich allein die drei den Gleichungen (1), (2) und (7) entsprechenden Schaltzustände annehmen kann, besitzt ein solches Stelleinheiten-Paar den Vorteil, daß von jeder einzelnen Stelleinheit nur die Hälfte der für die betreffende Stufe vorgesehenen Spannungs- bzw. Leistungsänderung aufgebracht werden muß. Es werden zwar zwei Transformatoren benötigt, doch können diese der halben Leistung entsprechend auch erheblich kleiner und leichter dimen­ sioniert werden. Dies ist insbesondere bei der Herstellung, dem Transport sowie bei der Ersatzteilhaltung von Transformatorschaltungen für große Leistungen von Vorteil.

Im allgemeinen bleibt für ein Stelleinheiten-Paar die vierte Schaltzustands-Kombination ungenutzt, bei der sich die erste Stelleinheit im zweiten Schaltzustand und die zweite Stelleinheit im ersten Schaltzustand befindet. Die eben gemachten Angaben lassen sich in folgender Tabelle 1 zusammenfassen:

Tabelle 1

Um einen größeren Bereich von Ausgangsspannungswerten in kleinen Spannungsschritten überdecken zu können, ist es vorteilhaft, mehrere Stufen, die entweder aus einzelnen Stelleinheiten mit Kurzschlußmöglichkeit für wenigstens eine der weiteren Wicklungen oder aus den oben beschriebenen Stelleinheiten-Paaren bestehen können (wobei in einer Anordnung auch beide Arten gemischt werden können), seriell hintereinander zu schal­ ten und die Spannungsdifferenzen ±Δ U₁, . . ., ±Δ U _n , die n solcher Stufen erzeugen können, voneinander ver­ schieden zu wählen. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Prozentwerte, die sich ergeben, wenn man jede dieser Spannungsdifferenzen durch die durch 100 geteilte Ver­ sorgungsspannung dividiert, zueinander im Verhältnis ganzzahliger Dreierpotenzen stehen. Gilt also für die kleinste, durch eine der Stufen erzeugbare Spannungs­ differenz ±Δ U _min :

so werden die Spannungsdifferenzen der anderen Stufen so gewählt, daß sie in etwa gleich ± 3A%, ±9A% usw. der Versorgungsspannung U _V sind.

Sind beispielsweise in einer Transformatorschaltung drei Stufen hintereinander geschaltet, und werden für jede Stufe nur die drei oben genannten Schaltzustände bzw. Schaltzustands-Kombinationen verwendet, so sind für die gesamte Transformatorschaltung siebenundzwanzig Kombinationen von Schaltzuständen möglich, von denen eine die von der Spannungsquelle abgegebene Versorgungs­ spannung mit nahezu unveränderter Amplitude an die Last gelangen läßt, während dreizehn Kombinationen die Amplitude der Versorgungsspannung in etwa um ganzzahlige Vielfache von A% erhöhen und dreizehn Kombinationen diese Amplitude in etwa um ganzzahlige Vielfache von A% erniedrigen. Dies ist in Tabelle 2 genauer darge­ stellt.

In dieser Tabelle ist in der linken Spalte die laufende Nummer n der jeweiligen Kombination von Schaltzuständen wiedergegeben, wobei durch das hochgestellte Vorzeichen "+" oder "-" angedeutet wird, ob es sich um eine Kom­ bination handelt, die zu einer Vergrößerung ("+") der Amplitude der Versorgungsspannung führt oder um eine Kombination, die die Versorgungsspannung erniedrigt ("-").

Tabelle 2

In der mittleren Spalte bedeutet ein "+", daß sich in der betreffenden Stufe die eine Stelleinheit bzw. beide Stelleinheiten eines Paares im ersten Schaltzustand befinden, so daß die Amplitude der Versorgungsspannung um 9A%, 3A% oder A% vergrößert wird, während ein "-" eine entsprechende Verkleinerung bedeutet und "0" den dritten Schaltzustand einer einzelnen Stelleinheit bzw. die Schaltzustands-Kombination 3 (siehe Tabelle 1) des betreffenden Stelleinheiten-Paares symbolisiert, in dem bzw. in der die Amplitude der Eingangs-Wechsel­ spannung unverändert weitergegeben wird. In der rechten Spalte sind die durch die jeweilige Kombination der Schaltzustände aller Stufen erzielbaren Gesamtänderungen der Amplitude wiedergegeben. Dabei sind nur gerundete Werte angegeben, die nicht berücksichtigen, daß sich die Eingangsspannung der näher bei der Last angeordneten Stufen in Abhängigkeit vom Schaltzustand der voraus­ gehenden Stufen ändern kann.

Man sieht, daß die Amplitudenänderung mit Hilfe einer solchen erfindungsgemäßen Transformatorschaltung in diskreten Schritten erfolgt, wobei die Schrittweite von einer Schaltzustands-Kombination zur nächsten immer in etwa gleich A% der jeweiligen Versorgungsspannung ist.

Ist eine Stufe aus zwei Stelleinheiten aufgebaut, die ein Paar bilden, so können alternativ zu der eben erläuterten Anordnung auch von jedem Stelleinheiten- Paar nur zwei Schaltzustands- Kombinationen Verwendung finden, beispielsweise die Schalt­ zustands-Kombination 0, in der die Ausgangsspannung gleich der Eingangsspannung ist, und die Kombination "-", in der die Ausgangsspannung um n · A% niedriger als die Eingangs­ spannung ist, wobei n für jedes Stelleinheiten-Paar einen anderen ganzzahligen Wert annimmt. Für diesen Ver­ wendungsfall ist es möglich, die Stelleinheiten-Paare so zu konstruieren, daß sie nur diese beiden Schaltzu­ stands-Kombinationen einnehmen können. Dies kann in der Weise geschehen, daß z. B. die vordere Stelleinheit eines jeden Paares eine fest verdrahtete, nicht schaltbare weitere Wicklung aufweist, die permanent beispielsweise eine negativ aufgeprägte Spannung - (n/2) · A% induziert, während die zweite Stelleinheit eine addierende und eine subtrahierende weitere Wicklung besitzt, die alternativ so geschaltet werden können, daß sie entweder eine Spannung von + (n/2) · A% oder von - (n/2) · A% induzieren, was in Ver­ bindung mit der induzierten Spannung - (n/2) · A% der vorde­ ren Stelleinheit entweder eine Spannungsänderung 0 oder - n · A% ergibt. Entsprechend können auch Stelleinheiten- Paare vorgesehen werden, die nur die beiden Schaltzustands- Kombinationen 0 und + n · A% annehmen können.

In allen diesen Fällen erfolgt die Änderung der Ausgangs­ spannung der gesamten Transformatorschaltung gegenüber der Eingangsspannung nicht nach dem in Tabelle 2 wieder­ gegebenen Ternär-Kode sondern nach einem Binär-Kode. Zwar werden hier zur Überdeckung desselben Spannungsänderungs­ bereiches mehr Stelleinheiten-Paare als beim Ternär-Kode benötigt; es gibt jedoch Anwendungsfälle, in denen ohnehin die Eingangsspannung ausgehend von einer Gesamtänderung 0 nur in einer Richtung verändert werden soll und/oder der Spannungsänderungsbereich nicht groß ist. Dann kann der Vorteil einer rein binären Ansteuerung den erhöhten Bedarf an Stelleinheiten unter Umständen überwiegen.

Unabhängig davon, wieviele Stufen hintereinander geschaltet werden und ob ein Binär- oder ein Ternär- oder ein anderer Kode Verwendung findet, ist es ein hervorstechendes Merkmal einer derart aufgebauten erfindungsgemäßen Transformatorschaltung, daß sie eine stufenweise bzw. digitale Beeinflussung auch von sehr großen Leistungen erlaubt. Im Gegensatz zu analog arbeitenden Systemen besitzt sie eine außerordentlich hohe Regel- bzw. Steuerungsgeschwindigkeit. Die jeweils erzielte Genauigkeit hängt dabei im wesentlichen nur von der Zahl der verwendeten Stelleinheiten bzw. Stufen ab.

Der typische und bevorzugte Anwendungsfall einer aus zwei, drei oder mehr Stufen bestehenden erfindungsgemäßen Transformatorschaltung besteht jedoch nicht darin, daß ausgehend von einer festen, von einer Spannungsquelle stammenden Versorgungsspannung neun, siebenundzwanzig oder mehr Ausgangsspannungen nacheinander wahlweise erzeugbar sein sollen.

Vielmehr ist in einem besonders bevorzugten Anwendungsfall der Einsatz einer solchen Transformatorschaltung als Spannungskonstanter und/oder Spannungsregler vorgesehen. Das bedeutet, daß als Sollwert S _L für die der Last zugeführte Spannung entweder der Nennwert der von der Spannungsquelle abgegebenen Versorgungsspannung U _V oder ein anderer Spannungswert gewählt werden können. Allerdings muß ein solcher anderer Sollwert innerhalb des Änderungsbereichs der erfindungsgemäßen Transformatorschaltung liegen. Liegt er sehr nahe an der Grenze dieses Änderungsbereiches, so ist eine Regelung der Lastspannung U _L nur bei Abweichungen vom Sollwert S _L in einer Richtung möglich. Dies ist aber in Fällen, in denen Abweichungen in der anderen Richtung nicht auftreten, völlig ausreichend.

Im folgenden wird die Anwendung als symmetrischer Spannungsregler genauer erläutert, mit dessen Hilfe verhindert wird, daß die Amplitude der einen Last zugeführten Lastspannung von einem vorgegebenen Sollwert S _L um mehr als ±δ% abweicht, der gleich dem Nennwert der Versorgungsspannung U _V ist, die in einem wesentlich größeren Bereich, beispielsweise um maximal ±Δ% des Nennwertes schwanken kann.

Zu diesem Zweck umfaßt eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung neben einer Transformatorschaltung mit entsprechend vielen Stufen eine Meßfühleranordnung, die die Amplitude der Versorgungsspannung und/oder die Amplitude der Lastspannung mißt, eine Komparatoranordnung, die das oder die Meßfühlersignale mit einem oder mehreren Referenzwerten vergleicht und bei Abweichungen entsprechende Differenzsignale erzeugt, sowie eine Schaltersteuerung, die diese Differenzsignale beispielsweise mit einer fest einprogrammierten Tabelle von Differenzsignalwerten vergleicht. Aus diesem Vergleich ermittelt die Schaltersteuerung diejenige Kombination n⁺ oder n ^- von Schaltzuständen (siehe Tabelle 2), die für eine Kompensation der aufgetretenen Abweichung der Versorgungsspannung vom Nennwert erforderlich ist, so daß die Lastspannung innerhalb des vorgegebenen Bereiches S _L ±δ% bleibt.

Es sei nun angenommen, daß die Amplitude der Versorgungsspannung zunächst dem Nennwert und damit auch dem Sollwert S _L entspricht, dann aber im Laufe der Zeit von diesem Nennwert in zunehmendem Maße beispielsweise nach oben abweicht: In diesem Fall muß die Schaltersteurung von der zunächst vorhandenen Schaltzustands-Kombination n = 0 (siehe Tabelle 2), bei der die Lastspannung U _L gleich der Versorgungsspannung U _V ist, rechtzeitig zur Schaltzustands-Kombination n = 1^-, bei weiterem Ansteigen zur Kombination n = 2^- usw. übergehen. Dadurch wird ein entsprechendes ganzzahliges Vielfaches von A% von der Versorgungsspannung subtrahiert und somit die Lastspannung im gewünschten Bereich S _L ±δ% gehalten.

Bei stetig zunehmender positiver Abweichung erfolgt der Übergang von der n ^--ten Kombination zur (n+1)^--ten Kombination jeweils bei einer bestimmten Schaltschwelle SW _n -_/(n+1) -, d. h. einem festgelegten Amplitudenwert der Versorgungsspannung. Nimmt die positive Abweichung wieder stetig ab, so erfolgt in etwa bei derselben Schaltschwelle in umgekehrter Richtung der Übergang von der (n+1)^--ten Kombination zur n ^--ten Kombination von Schaltzuständen. Es ist vorteilhaft, die beiden zuletzt genannten Schaltschwellen durch eine kleine Spannungsdifferenz voneinander zu trennen. Durch die so erzielte "Hysterese" wird ein zu häufiges Schaltspiel in den Fällen verhindert, in denen die Versorgungsspannung U _V längere Zeit einen Wert besitzt, der gleich einer Schaltschwelle ist, und um diesen Wert geringfügig schwankt.

Entsprechendes gilt auch für negative Abweichungen der Amplitude der Versorgungsspannung vom Nennwert, nur daß hier die Schaltschwellen mit SW _n +_/(n+1)+ bezeichnet werden, weil in diesem Fall bei zunehmender Abweichung nach unten von der additiven Aufprägung des n-fachen der minimalen Amplitudenänderung A% zur additiven Aufprägung des (n+1)-fachen von A% über­ gegangen werden muß, um die gewünschte Konstanz der Amplitude der Lastspannung zu erzielen.

Bei jedem Übergang von einer Kombination von Schaltzu­ ständen zu einer benachbarten Kombination ändert sich die Amplitude der Lastspannung sprungartig etwa um A%. Vorzugsweise werden die Schaltschwellen so festgelegt, daß dann, wenn die Amplitude der Versorgungsspannung den Wert der betreffenden Schaltschwelle ohne sprung­ artige Änderung durchläuft, die Amplitudenwerte U _Lvor und U _Lnach symmetrisch zum Sollwert liegen. Dabei ist U _Lvor die Amplitude der Lastspannung vor dem Umschalt­ vorgang und U _Lnach die Amplitude der Lastspannung nach dem Umschaltvorgang. Es soll also mit möglichst guter Näherung gelten:

|S _L - U _Lvor | = |S _L - U _Lnach | (11)

weiterhin gilt

Der Prozentwert A ist zwar konstant, ist aber nicht auf den Sollwert S _L sondern auf die Amplitude der Eingangsspannung der jeweiligen Stufe bezogen. Somit ist die Größe von U _Lvor und U _Lnach davon abhängig, von welcher Kombination von Schaltzuständen ein Übergang zu einer benachbarten Kombination erfolgt.

Die obige Gleichung (11) kann durch geeignete Wahl der Schaltschwellen SW in jedem Fall eingehalten werden. Auch ist es erfindungsgemäß möglich, durch eine entsprechende Wahl von A sicherzustellen, daß U _Lvor und U _Lnach innerhalb des durch die gewünschte Regelgenauigkeit S _L ±δ% vorgegebenen Amplitudenbereiches liegen, wobei der Prozentwert auf den Sollwert S _L = 100% bezogen ist.

Bei der Festlegung des Wertes von A ist zu berücksichtigen, daß einerseits A möglichst groß sein sollte, damit möglichst wenig Stelleinheiten zur Abdeckung eines gegebenen Schwankungsbereiches Δ erforderlich sind, daß aber andererseits A nicht zu groß gewählt werden darf, weil sonst die gewünschte Regelgenauigkeit δ nicht eingehalten werden kann. Erfindungsgemäß wird A vorzugsweise so gewählt, daß es zwischen 1,6 · δ und 1,8 · δ liegt.

Es sei hier nochmals darauf hingewiesen, daß die Schaltschwellen unabhängig davon verwendet werden können, ob die Schaltungsanordnung als Spannungskonstanter oder als Spannungsregler arbeitet, ob also die Lastspannung U _L auf einem Sollwert S _L gehalten wird, der gleich dem Nennwert der von der Spannungsquelle abgegebenen Versorgungsspannung ist, oder auf einem Sollwert, der sich von diesem Nennwert unterscheidet.

Auch ist die Verwendung dieser Schaltschwellen unabhängig davon, ob mit der Meßfühleranordnung die Versorgungsspannung oder die Lastspannung gemessen wird. Im ersten Fall kann die Differenz der obigen Schaltschwellen zum Sollwert S _L unmittelbar in der von der Schaltersteuerung benutzten Tabelle enthalten sein, mit welcher das vom Komparator gelieferte Differenzsignal verglichen wird. Im zweiten Fall muß die Schaltersteuerung aus der Annäherung der Amplitude der Lastspannung an einen der Werte U _Lvor und U _Lnach und/oder der Kenntnis der momentan gültigen Kombination von Schaltzuständen ermitteln, an welche Schaltschwelle sich die Versorgungsspannung gerade annähert und welche Umschaltung daher vorgenommen werden muß.

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, daß die Meßfühleranordnung die Amplitude der Wechselspannungen vor und hinter der Transformatorschaltung mißt. Es werden dann also die Änderungen sowohl der Versorgungsspannung U _V als auch der Lastspannung U _L erfaßt und so ausgewertet, daß die Schalter der Stelleinheiten so gesteuert werden, daß sich eine möglichst gute Konstanz der Amplitude der der Last zugeführten Spannung ergibt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt

Fig. 1 eine Transformatorschaltung, bei der zwischen Spannungsquelle und Last eine Stelleinheit angeordnet ist, die einen Aufbau gemäß einer ersten Ausführungsform besitzt,

Fig. 2 eine Transformatorschaltung, bei der zwischen Spannungsquelle und Last eine Stelleinheit angeordnet ist, die einen Aufbau gemäß einer zweiten Ausführungsform besitzt,

Fig. 3 einen Ausschnitt aus Fig. 2, der die Einzelheiten einer Sensoreinheit wiedergibt,

Fig. 4 zwei miteinander in Reihe geschaltete Stelleinheiten gemäß einer dritten Ausführungsform, die ein Stelleinheiten- Paar bilden,

Fig. 5 eine als einphasiger Spannungskonstanter aufgebaute Transformatorschaltung mit drei in Reihe geschalteten Stufen,

Fig. 6 eine weitere Ausführungsform eines Spannungskonstanters für ein 3-Phasen- System, und

Fig. 7 eine Ausführungsform, bei der eine einzige Stelleinheit in eine Vielzahl von Schaltzuständen gebracht werden kann und als Spannunsregler Verwendung findet.

Fig. 1 zeigt eine Wechselspannungsquelle 1, die eine Versorgungsspannung U _V abgibt, die den Eingangsanschlüssen 2, 3 einer Stelleinheit 4 als Eingangsspannung U _E zugeführt wird. An den Ausgangsanschlüssen 5, 6 der Stelleinheit 4 erscheint eine Ausgangsspannung U _A , die einer Last 7 als Lastspannung U _L zugeführt wird.

Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Stelleinheit 4 ist die Amplitude der Ausgangsspannung U _A gegenüber der Amplitude der Eingangsspannung U _E veränderbar. Zu diesem Zweck umfaßt die Stelleinheit 4 einen Transformator 8, dessen erste Wicklung 9 zwischen den Eingangsanschluß 2 und den Ausgangsanschluß 5 geschaltet ist, während der Eingangsanschluß 3 mit dem Ausgangsanschluß 6 vermittels der Leitung 10 direkt galvanisch leitend verbunden ist. Auf diese Weise ist von der Spannungsquelle 1 her gesehen die erste Wicklung 9 mit der Last 7 in Reihe geschaltet.

Der Transformator 8 besitzt eine weitere Wicklung 11, die über den Eisenkern 12 des Transformators 8 mit dessen erster Wicklung 9 magnetisch gekoppelt ist. Mit den beiden Enden 13, 14 der weiteren Wicklung 11 sind zwei Schalterpaare 15, 16 sowie ein Kurzschlußschalter 17 verbunden.

Mit Hilfe der beiden Schalterpaare 15, 16 und des Kurzschlußschalters 17 kann die Stelleinheit 4 in vier verschiedene Schaltzustände gebracht werden. Im ersten Schaltzustand, in welchem das Schalterpaar 15 geschlossen ist und die Schalter 16, 17 geöffnet sind wird an die weitere Wicklung 11 die Eingangsspannung U _E angelegt. Der durch die Punkte 19, 20 definierte Wicklungssinn der Wicklungen 9, 11 ist dabei so gewählt, daß sich die Spannung Δ U ₁, die in diesem ersten Schaltzustand durch die weitere Wicklung 11 in der ersten Wicklung 9 induziert wird, zur Eingangsspannung U _E addiert. Zwischen den Ausgangsanschlüssen 5, 6 der Stelleinheit erhält man also die Spannung

U _A1 = U _E + Δ U ₁

Wie bereits erwähnt, ist dabei der Wert, d. h. der Amplituden- Absolutbetrag der induzierten Spannung Δ U ₁ durch das Windungsverhältnis w ₁/w _w der ersten Wicklung 9 zur weiteren Wicklung 11 nach der Gleichung Δ U ₁ = w ₁ U _E /w _w festgelegt.

Im zweiten Schaltzustand, der in Fig. 1 dargestellt ist, sind die Schalter 15 und 17 geöffnet und ist das Schalterpaar 16 geschlossen, wodurch an die weitere Wicklung 11 die Ausgangsspannung U _A der Stelleinheit 4 gelegt wird. Gleichzeitig ist der Wicklungssinn der weiteren Wicklung 11 gegenüber dem ersten Schaltzustand umgekehrt. Dadurch subtrahiert sich die Spannung Δ U ₂, die in diesem Schaltzustand in der ersten Wicklung 9 des Transformators 8 induziert wird, von der Eingangsspannung U _E , so daß man am Ausgang 5, 6 erhält:

U _{A 2} = U _E - Δ U ₂

Für die induzierte Spannung gilt in diesem Fall Δ U ₂ = w ₁ U _E /(w _w + w ₁). Da das Windungsverhältnis der ersten Wicklung 9 zur weiteren Wicklung 11 erfindungsgemäß typischerweise kleiner 1 : 7 ist, ist also die im zweiten Schaltzustand induzierte Spannung Δ U ₂ immer etwas kleiner als die im ersten Schaltzustand induzierte Spannung Δ U ₁. Allerdings kann in der Praxis die mit der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 im ersten Schaltzustand erzielbare Vergrößerung der Ausgangsspannung U _A gegenüber der Eingangsspannung U _E mit sehr guter Genauigkeit gleich der im zweiten Schaltzustand erzielbaren Spannungsverringerung gesetzt werden, da die erste Wicklung 9 für den von der Spannungsquelle 1 zur Last 7 fließenden Laststrom einen komplexen Widerstand darstellt. Da die erste Wicklung 9 im allgemeinen nur sehr wenige Windungen umfaßt, ist dieser Widerstand zwar gering, doch führt er zu einem gewissen Spannungsabfall, der vom Schaltzustand der Stelleinheit 4 unabhängig ist. Der Wert von U _A liegt also in beiden Schaltzuständen etwas unter den Werten, die sich aus den obigen vereinfachten Gleichungen ergeben. Die in den beiden Schaltzuständen erzielbaren Ausgangsspannungen liegen daher mit guter Genauigkeit symmetrisch zur Eingangsspannung:

U _A 1,2 = U _E ± Δ U

In einem dritten Schaltzustand der Stelleinheit 4 sind die beiden Schalterpaare 15, 16 geöffnet und ist der Kurzschlußschalter 17 geschlossen. Der aus der somit kurzgeschlossenen weiteren Wicklung 11 bestehende Stromkreis besitzt einen sehr kleinen Widerstand, der aufgrund der Tatsache, daß das Windungsverhältnis w ₁/w _w wesentlich kleiner als 1 ist, auf der Seite der ersten Wicklung 9 entsprechend heruntertransformiert erscheint. Dadurch stellt die erste Wicklung 9 in diesem Schaltzustand für den Laststrom einen äußerst kleinen Widerstand dar, an dem praktisch keine Spannung abfällt, so daß hier mit sehr guter Näherung gilt:

U ₃ = 0

oder

U _{A 3} = U _E

Wegen des äußerst geringen Spannungsabfalls an der ersten Wicklung 9 wird auch in der weiteren Wicklung 11 nur eine geringe Spannung induziert, so daß trotz des Kurzschlusses nur ein verhältnismäßig kleiner Kurzschlußstrom durch die weitere Wicklung 11 fließt. Die hierbei auftretenden Verluste können weit kleiner als 1% der an die Last 7 abgegebenen Leistung gehalten werden.

Da auch in den beiden ersten Schaltzuständen die in der Stelleinheit 4 auftretenden Verluste weit unter 1% der Lastleistung liegen, bildet eine solche Transformatorschaltung eine außerordentlich vorteilhafte Möglichkeit, ausgehend von einer gegebenen Eingangsspannung U _E digital drei verschiedene Ausgangsspannungen U _A zur Verfügung zu stellen.

In einem vierten Schaltzustand sind alle Schalter 15, 16, 17 geöffnet. Der Stromkreis der weiteren Wicklung 11 besitzt dann einen nahezu unendlich hohen Widerstandswert, der auch nach Heruntertransformation auf der Seite der ersten Wicklung 9 einen hohen Widerstandswert liefert, so daß an der ersten Wicklung ein von der Größe des Laststroms abhängiger Spannungsabfall auftritt. Diese Drosselwirkung der ersten Wicklung 9 im vierten Schaltzustand kann dazu verwendet werden, beim Auftreten eines Kurzschlusses an der Last die der Last zugeführte Leistung zumindest so lange auf ein ungefährliches Maß zu begrenzen, bis weitere Abschaltmaßnahmen getroffen worden sind.

Die beiden Schalterpaare 15 und 16 sowie der Kurzschlußschalter 17 werden durch eine Schaltersteuerung 23 betätigt, die über die Leitungen 25, 26 und 27 die Schalter 15, 16 und 17, die beispielsweise von Triacs gebildet sein können, in der erforderlichen Weise ansteuert. Dabei wird dafür gesorgt, daß die Schalter 15, 16 und 17 niemals gleichzeitig geschlossen sind und andererseits die Zeiträume, in denen von einem Schaltzustand in einen anderen übergegangen wird, möglichst kurz gehalten werden. Bei einem Übergang vom ersten oder zweiten Schaltzustand in den dritten oder umgekehrt müssen die Schalterpaare 15 bzw. 16 kurz vor dem Zeitpunkt geöffnet bzw. kurz nach dem Zeitpunkt geschlossen werden, in denen der Kurzschlußschalter 17 geschlossen bzw. geöffnet wird. Bei einem Übergang vom ersten in den zweiten oder vom zweiten in den ersten Schaltzustand ist ein nahezu gleichzeitiges Schließen und Öffnen der Schalter nicht günstig, wie weiter unten ge 58419 00070 552 001000280000000200012000285915830800040 0002003502889 00004 58300nauer erläutert wird. Vielmehr wird zwischen dem Öffnen des bisher geschlossenen Schalterpaares und dem Schließen des bisher geöffneten Schalterpaares ein kurzer zeitlicher Abstand eingehalten.

Um zu vermeiden, daß es in diesen kurzen Umschalt- Zeitabständen aufgrund der oben beschriebenen Drosselwirkung der ersten Wicklung 9 zu einem Einbruch der Ausgangsspannung U _A kommt, besitzt bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel der Transformator 8 eine eigene Kurzschlußwicklung 28, die mit Hilfe eines Schalters 29, der zu ihr parallel liegt, kurzgeschlossen werden kann. Dieser Schalter 29 wird von der Schalter­ steuerung 23 über eine Leitung 30 angesteuert und nur für diejenigen Zeiträume geschlossen, während derer beim Umschalten von einem Schaltzustand in den anderen die beiden Schalterpaare 15, 16 vorübergehend gleichzeitig geöffnet sind.

In Fig. 2 ist eine Transformatorschaltung mit einer Stelleinheit 34 dargestellt, deren Aufbau sich von dem der Stelleinheit 4 unterscheidet. Die Funktion der Stelleinheit 34 ist aber prinzipiell die gleiche wie die der Stelleinheit 4.

Die Stelleinheit 34 umfaßt wiederum einen Transformator 8, dessen erste Wicklung 9 zwischen den Eingangsanschluß 2 und den Ausgangsanschluß 5 geschaltet ist, während der andere Eingangsanschluß 3 über die Leitung 10 direkt galvanisch leitend mit dem anderen Ausgangsanschluß 6 verbunden ist.

Anders als bei der Stelleinheit 4 aus Fig. 1 besitzt im vorliegenden Fall der Transformator 8 zwei weitere Wicklungen 35, 36, von denen die eine als addierende weitere Wicklung 35 mit ihrem einen Ende fest mit dem Ende der ersten Wicklung 9 galvanisch leitend verbunden ist, das mit dem Eingangsanschluß 2 direkt galvanisch leitend verbunden ist, während das andere Ende der addierenden Wicklung 35 mit Hilfe eines Schalters 37 mit der Leitung 10 verbunden oder von dieser getrennt werden kann. Die andere der beiden weiteren Wicklungen ist als subtrahierende weitere Wicklung 36 mit ihrem einen Ende fest und direkt galvanisch leitend mit dem Ende der ersten Wicklung 9 verbunden, das direkt galvanisch leitend mit dem Ausgangsanschluß 5 der Stelleinheit 34 verbunden ist, während das andere Ende der subtrahierenden weiteren Wicklung 36 mit Hilfe eines Schalters 38 mit der Leitung 10 verbunden bzw. von dieser getrennt werden kann. Der Wicklungssinn der drei Wicklungen 9, 35 und 36, die über den Kern 12 magnetisch miteinander gekoppelt sind, ist durch die Punkte 19, 20 und 21 gekennzeichnet. Er ist so gewählt, daß sich die Spannung Δ U ₁, die durch die addierende Wicklung 35 bei geschlossenem Schalter 37 in der ersten Wicklung 9 induziert wird, zur Eingangsspannung U _E addiert, und daß sich die Spannung Δ U ₂, die bei geschlossenem Schalter 38 von der subtrahierenden Wicklung 36 in der ersten Wicklung 9 induziert wird, von der Eingangsspannung U _E subtrahiert.

Parallel zu jeder der beiden weiteren Wicklungen 35, 36 ist ein Kurzschlußschalter 31, 32 angeordnet, der im geschlossenen Zustand die zugehörige weitere Wicklung 35 bzw. 36 kurzschließt. Die beiden Kurzschlußschalter 31, 32 werden über eine Leitung 33 gemeinsam so angesteuert, daß sie immer gleichzeitig geöffnet oder geschlossen sind. Die Schalter 31, 32, 37 und 38 werden so angesteuert, daß entweder nur der Schalter 37 oder nur der Schalter 38 oder nur die Schalter 31, 32 geschlossen sind. Damit kann die Stelleinheit 34 in die gleichen drei Schaltzustände gebracht werden, wie sie oben für die Stelleinheit 4 beschrieben wurden. Ebenso kann die Stelleinheit 34 durch Öffnen aller Schalter 31, 32, 37 und 38 in einen entsprechenden vierten Schaltzustand gebracht werden, der nicht als "normaler" Betriebszustand dient, aber im Fall eines Lastkurzschlusses zur Begrenzung des Last-Kurzschlußstroms eingesetzt werden kann.

Grundsätzlich würde es genügen, nur einen Kurzschluß­ schalter 31 oder 32 vorzusehen und zur Herstellung des dritten Schaltzustandes zu schließen. Schließt man jedoch beide weiteren Wicklungen 35, 36 kurz, so fließt in jeder der Wicklungen 35, 36 nur der halbe Kurzschlußstrom, was eine kleinere Dimensionierung ermöglicht. Ob dies den Nachteil eines zweiten Kurzschlußschalters aufwiegt, ist eine im konkreten Einzelfall zu entscheidende Optimierungsfrage.

Auf alle Fälle wird bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ein Schalter weniger benötigt als beim Ausführungsbeispiel in Fig. 1, wodurch der Nachteil einer zweiten weiteren Wicklung weitgehend ausgeglichen wird.

Außerdem bietet die in Fig. 2 dargestellte Ausführungsform die Möglichkeit, Δ U ₁ innerhalb gewisser Grenzen von Δ U ₂ unabhängig zu wählen, so daß hier also die beiden Ausgangsspannungen U _{A 1} = U _E + Δ U ₁ und U _{A 2} = U _E - Δ U ₂ nicht mehr notwendigerweise symmetrisch zur Eingangsspannung U _E liegen müssen.

Auch bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist eine Schaltersteuerung 23 vorgesehen, die über die Leitungen 25, 26, 27 die Ansteuersignale für die Schalter 37, 38 und 31, 32 abgibt. Allerdings sind die Leitungen 25, 26, 27 nicht direkt mit den Schaltern 37, 38, 31, 32 verbunden, sondern jeweils an einen Eingang eines UND-Gatters 39, 40, 41 gelegt, dessen andere Eingänge von Sensoreinheiten 42 angesteuert werden. Jede der Sensoreinheiten 42 besitzt zwei Eingangsanschlüsse, mit deren Hilfe sie die über dem zugehörigen Schalter 37, 38 bzw. 31 abfallende Spannung abfragt. Sinn dieser Sensoreinheiten 42 und der UND-Gatter 39, 40, 41 ist es, sicherzustellen, daß jeder der beiden Schalter 37, 38 bzw. die beiden Schalter 31, 32 nur dann durch ein entsprechendes Signal der Schaltersteuerung 23 geschlossen werden können, wenn die jeweils anderen Schalter vorher geöffnet worden sind.

Ist beispielsweise so, wie es in Fig. 2 dargestellt ist, der Schalter 37 der Stelleinheit 34 geschlossen, so fällt über diesem Schalter 37 keine Spannung ab. Daher erzeugt die zugehörige Sensoreinheit 42 an ihrem Ausgang ein logisches 0-Signal, das die UND-Gatter 40, 41 blockiert und verhindert, daß von der Schaltersteuerung 23 ein Schließ-Signal an die Schalter 38 und 31, 32 gelangen kann. Diese Schalter können also erst geschlossen werden, wenn der Schalter 37 geöffnet worden ist, was die Sensoreinheit 42 dadurch anzeigt, daß sie den UND-Gattern 40, 41 eine logische 1 zuführt. Gleiches gilt umgekehrt natürlich auch für die Abfrage des Schließzustandes der Schalter 38 bzw. 31, 32 durch die zugehörigen Sensoreinheiten 42 und eine entsprechende Blockierung bzw. Freigabe des UND-Gatters 39.

Werden als Schalter 37, 38, 31, 32 Triacs verwendet, so können diese natürlich durch die UND-Gatter 39, 40, 41 nicht unmittelbar angesteuert werden, sondern es ist zwischen dem Ausgang dieser UND-Gatter und der Gate- Elektrode des Triacs eine der üblichen Triac-Ansteuerschaltungen vorgesehen, die in Fig. 2 der Deutlichkeit halber weggelassen ist. Die Sensorschaltungen 42 werden weiter unten unter Bezugnahme auf die Fig. 3 noch genauer beschrieben.

Soll vom ersten Schaltzustand der in Fig. 2 gezeigten Stelleinheit 34 in den zweiten oder vom zweiten Schaltzustand in den ersten übergegangen werden, so muß der bisher geschlossene Schalter 37 oder 38 geöffnet und kurze Zeit später der bisher geöffnete Schalter 38 oder 37 geschlossen werden. Dabei soll die Ausgangsspannung U _A der Stelleinheit 34 möglichst schnell und ohne das Auftreten von zusätzlichen Spannungsspitzen oder Spannungseinbrüchen von dem alten zum neuen Amplitudenwert übergehen. Um dies zu erreichen, ist es zweckmäßig, den bisher geschlossenen Schalter 37 oder 38 zu öffnen, wenn der die zugehörige Wicklung 35 oder 36 durchfließende Strom einen Nulldurchgang aufweist. Verwendet man als Schalter 37 bzw. 38 einen Triac, so ergibt sich dieses Öffnen des Schalters zum richtigen Zeitpunkt, d. h. beim Nulldurchgang des Stromes automatisch dadurch, daß man nach der Selbstlöschung des Triacs beim Strom-Nulldurchgang ein erneutes Zünden in der anderen Richtung verhindert. Das Schließen eines bisher geöffneten Schalters 38 oder 37 erfolgt vorzugsweise bei solchen Phasenwinkeln des die Wicklung 9 durchsetzenden Magnetflusses, bei denen die durch das Schließen des Schalters 38 bzw. 37 bewirkte Änderung dieses Magnetflusses möglichst klein ist. Der Phasenwinkel des Magnetflusses, bei dem dieses Kriterium erfüllt ist, hängt vom Laststrom ab, so daß sich für ihn kein exakter Wert, sondern nur ein Bereich angeben läßt. Für den Schalter 37 liegt dieser Bereich in der Umgebung des Nulldurchgangs des Magnetflusses, während er für den Schalter 38 in der Umgebung des Maximums des Absolutbetrags dieses Magnetflusses liegt.

Zur Ermittlung der jeweils günstigsten Schließ-Zeitpunkte für den Schalter 37 bzw. 38 besitzt der Transformator 8 eine vierte Wicklung, die als Sensor-Wicklung 43 dient. In dieser Sensorwicklung wird bei geöffneten Schaltern 37 und 38 eine Spannung induziert, die eine von der Last unabhängige, konstante Phasenverschiebung gegenüber dem Magnetfluß in der Wicklung 9 besitzt. Diese Phasenverschiebung ist konstant gleich 90°C, so daß also der Schalter 37 immer im Bereich des Absolutbetrag-Maximums dieser Spannung und der Schalter 38 im Bereich eines Nulldurchgangs dieser Spannung geschlossen werden muß. Die hierfür erforderliche Information wird der Schaltersteuerung 23 von der Wicklung 43 über die Leitungen 44 zugeführt.

Anhand von Fig. 3 wird im folgenden ein Beispiel für die in Fig. 2 nur schematisch dargestellten Sensoreinheiten 42 erläutert. Dabei sind in Fig. 3 nur die beiden Verbindungsleitungen zur Stelleinheit 34 wiedergegeben, die von oben die am zugehörigen Schalter, beispielsweise am Schalter 37 abfallende Spannung zuführen, sowie die Leitung, die nach unten das Ansteuersignal für die beiden UND-Gatter der anderen Schalter, beispielsweise für die UND-Gatter 40, 41 der Schalter 38 und 31, 32 abgibt.

Die über dem Schalter 37 im geöffneten Zustand abfallende Wechselspannung wird mit Hilfe eines Gleichrichters 46 gleichgerichtet, dessen Gleichspannungsausgänge über einen Widerstand 47 und eine Fotodiode 48 eines Optokopplers 49 miteinander verbunden sind. Ein Fototransistor 50 des Optokopplers 49 ist einerseits über einen Widerstand 51 mit einer Versorgungsspannung V und andererseits unmittelbar mit Masse verbunden. Die zwischen dem Kollektor des Fototransistors 50 und dem Widerstand 51 gegenüber der Masse abgreifbare Spannung wird über eine Leitung 52 einem Inverter 53 zugeführt, dessen Ausgang mit der zu den UND-Gattern 40, 41 führenden Ausgangsleitung verbunden ist, die die Schließ-Signale, die über die Leitungen 26, 27 von der Schaltersteuerung 23 kommen, freigeben oder blockieren können.

Ist der Schalter 37 geöffnet, so erzeugt der Gleichrichter 46 aus der dann am Schalter 37 abfallenden Wechselspannung eine Gleichspannung, die die Diode 48 des Optokopplers 49 zum Leuchten bringt. Das daraufhin vom Fototransistor 50 abgegebene "low"-Signal wird vom Inverter 53 in ein "high"-Signal invertiert, das die UND-Gatter 40, 41 freigibt.

Ist dagegen der Schalter 37 geschlossen, so fällt an ihm keine Wechselspannung ab und der Gleichrichter 46 erzeugt keine Gleichspannung. Damit leuchtet die Diode 48 des Optokopplers nicht und der Fototransistor 50 gibt ein "high"-Signal ab, das vom Inverter 53 in ein "low"- Signal zum Sperren der UND-Gatter 40, 41 invertiert wird.

In Fig. 4 sind zwei Stelleinheiten 54, 54′ dargestellt, die einen identischen Aufbau besitzen, der sich vom Aufbau der in Fig. 2 dargestellten Stelleinheit 34 lediglich darin unterscheidet, daß die beiden Kurzschlußschalter 31, 32 weggelassen sind. Als Folge hiervon entfällt auch das UND-Gatter 41 aus Fig. 2, das diese beiden Schalter 31, 32 ansteuert, sowie diejenige der drei Sensoreinheiten 42, die den Schaltzustand der Schalter 31, 32 abfragt. Die beiden verbleibenden UND-Gatter 39, 40 benötigen dementsprechend nur zwei statt drei Signaleingänge. Im übrigen ist der gundsätzliche Aufbau der Stelleinheiten 54, 54′ gleich dem der Stelleinheit 34 und es sind die einander entsprechenden Teile mit denselben Bezugszeichen versehen.

Die beiden Stelleinheiten 54, 54′ sind miteinander in Reihe geschaltet, d. h. die an den Ausgangsanschlüssen 5, 6 der Stelleinheit 54 erscheinende Ausgangsspannung U _A wird den Eingangsanschlüssen 2′ 3′ der Stelleinheit 54′ unmittelbar als Eingangsspannung U _E , zugeführt. Da überdies den Eingangsanschlüssen 2, 3 der Stelleinheit 54 die von der Spannungsquelle 1 abgegebene Versorgungsspannung U _V als Eingangsspannung zugeführt wird und die an den Ausgangsanschlüssen 5′, 6′ der Stelleinheit 54′ abgegebene Ausgangsspannung als Lastspannung U _L an die Last 7 angelegt ist, liegen die beiden ersten Wicklungen 9, 9′ der beiden Transformatoren 8, 8′ von der Spannungsquelle 1 her gesehen mit der Last 7 in Reihe.

Die Tatsache, daß die beiden Stelleinheiten 54, 54′ keine Kurzschlußschalter besitzen, bedeutet, daß jede von ihnen nur in drei der oben definierten vier Schaltzustände gebracht werden kann. Läßt man den nur für den Notfall eines Lastkurzschlusses in Frage kommenden vierten Schaltzustand, in dem die Schalter 37, 38, 37′, 38′ alle geöffnet sind, beiseite, so bleiben für jede der beiden Stelleinheiten 54, 54′ als Betriebs-Schaltzustände nur die beiden ersten Schaltzustände, in die sie voneinander unabhängig gebracht werden können.

Dadurch ergeben sich für die in Fig. 4 dargestellte Transformatorschaltung insgesamt vier verschiedene Schaltzustands-Kombinationen.

Wegen des Fehlens des jeweils dritten Schaltzustandes kann jede der beiden Stelleinheiten 54, 54′ die ihr zugeführte Eingangsspannung U _E bzw. U _E′ nur mit veränderter Amplitude, d. h. entweder mit einer additiv oder einer subtraktiv aufgeprägten Spannungsänderung +Δ U ₁ oder -Δ U ₂ bzw. +Δ U _1′ oder -Δ U _2′ weitergeben. Da die Windungsverhältnisse der weiteren Wicklungen 35, 36 und 35′, 36′ zur jeweils zugehörigen ersten Wicklung 9, 9′ prinzipiell voneinander unabhängig festgelegt werden können, lassen sich insgesamt bei gegebener Versorgungsspannung U _V vier verschiedene Lastspannungen U _L erzeugen.

Vorzugsweise werden jedoch diese Windungsverhältnisse zur Bildung eines Stelleinheiten-Paares so festgelegt, daß die prozentuale Erhöhung der Ausgangsspannung U _AP des Paares gegenüber der Eingangsspannung U _EP des Paares, die sich bei geschlossenen Schaltern 37, 37′ ergibt, gleich der prozentualen Erniedrigung der Ausgangsspannung U _AP gegenüber der Eingangsspannung U _EP ist, die sich bei geschlossenen Schaltern 38, 38′ ergibt, und daß die Ausgangsspannung U _AP mit großer Genauigkeit gleich der Eingangsspannung U _EP ist, wenn die Schalter 37 und 38′ geschlossen sind, sich also die vordere, d. h. näher bei der Spannungsquelle 1 befindliche Stelleinheit 54 im ersten Schaltzustand und die hintere Stelleinheit 54′ im zweiten Schaltzustand befindet. Bei dieser speziellen Schaltzustands-Kombination heben sich also die Wirkungen der beiden Stelleinheiten 54 und 54′ gegenseitig in etwa auf, so daß an der Last 7 die von der Spannungsquelle 1 abgegebene Wechselspannung praktisch unverändert anliegt. Dabei ist von besonderer Bedeutung, daß diese unveränderte Weitergabe der Eingangsspannung des Stelleinheiten-Paares an den Ausgang nahezu verlustfrei erfolgt, so daß sich auch dann, wenn man mehrere solcher Stelleinheiten-Paare hintereinander schaltet, ein Wirkungsgrad von mehr als 99% erzielen läßt.

Das Stelleinheiten-Paar besitzt also vier Schaltzustands- Kombinationen, von denen drei den drei Schaltzuständen der oben beschriebenen einzelnen Stelleinheiten 4 bzw. 34 entsprechen:

U AP₁
= U EP + Δ U₁ + Δ U₁′
	= U EP + Δ U P
U AP₂	= U EP - Δ U₂ - Δ U₂′
	= U EP - Δ U P
U AP₃	= U EP + Δ U₁ - Δ U₂′
	= U EP

Die vierte Schaltzustands-Kombination bleibt dabei ungenutzt. Hinsichtlich der Schaltmöglichkeiten ist die Funktion eines solchen Stelleinheiten-Paares 54, 54′ also praktisch gleich der Funktion einer einzelnen Stelleinheit 4 bzw. 34.

Ein Stelleinheiten-Paar bietet jedoch den Vorteil, daß bei gegebener Größe der aufzuprägenden Spannung und damit der zu schaltenden Leistung jede der beiden Stelleinheiten nur die Hälfte dieser Schaltleistung bewältigen muß und daher entsprechend kleiner dimensioniert werden kann. Man benötigt zwar einen Transformator mehr, doch sind bei gleicher Schaltleistung die beiden Transformatoren 8, 8′ des Stelleinheiten-Paares 54, 54′ zusammen nur wenig größer und schwerer, als der eine Transformator 8 einer Stelleinheit 4 bzw. 34. Eine einzelne Stelleinheit 54 oder 54′ ist auf alle Fälle erheblich kleiner und leichter als eine Stelleinheit 4 oder 34, d. h. es ergeben sich kleinere und leichtere Untereinheiten, was bei Anordnungen, bei denen eine Vielzahl von solchen Stelleinheiten bzw. Stelleinheiten-Paaren hintereinander geschaltet wird, erhebliche konstruktive Vorteile bringt. Auch der Transport gestaltet sich viel einfacher, wenn man eine solche Anlage in mehrere jeweils kleinere und leichtere Untereinheiten zerlegen kann. Zwei kleinere Einheiten bieten überdies den Vorteil, daß sie zu kleineren Verlusten führen als eine einzelne Einheit mit gleicher Schaltleistung.

In Fig. 5 ist eine Transformatorschaltung dargestellt, die als einphasiger Spannungskonstanter für die der Last 7 zugeführte Spannung U _L dient. Dabei wird davon ausgegangen, daß für die Amplitude der der Last 7 zugeführten Wechselspannung ein Sollwert S _L vorgegeben ist, der im folgenden gleich 100% gesetzt wird, und von dem die tatsächlich an die Last 7 angelegte Spannung um maximal ±δ% abweichen darf. Weiterhin wird angenommen, daß die von der Wechselspannungsquelle 1 gelieferte Versorgungsspannung U _V in ihrer Amplitude um ±Δ% vom Nennwert U _Vnenn abweichen kann. Dabei kann prinzipiell der Sollwert S _L der Lastspannung U _L gleich dem Nennwert U _Vnenn der Ver­ sorgungsspannung U _V oder von diesem Nennwert verschieden sein. Es stellt einen besonderen Vorteil der erfindungsgemäßen Transformatorschaltung dar, daß sie es ohne weiteres ermöglicht, die Lastspannung U _L auch auf einen Sollwert S _L , einzuregeln, der beispielsweise an oder in der Nähe der Grenze des vorgesehenen Regelbereiches liegt. Dies ist allerdings nur dann zweckmäßig, wenn Abweichungen der Versorgungsspannung nur in einer Richtung auftreten können. Wird die Versorgungsspannung z. B. mit Hilfe eines Wechselrichters aus einer Batterie-Anordnung erzeugt, so ist diese Voraussetzung ohne weiteres gegeben, da die Batterie-Gleichspannung und damit auch die Amplitude der hieraus erzeugten Wechselspannung bei längerem Betrieb mit fortschreitender Entladung der Batterie-Anordnung nur ab- aber nicht zunehmen kann.

Im folgenden wird jedoch der erste Fall (U _Vnenn = S _L ) betrachtet und angenommen, daß Δ » δ ist, so daß eine Regelung der Amplitude der Versorgungsspannung U _V auf den Sollwert S _L erforderlich ist.

Zu diesem Zweck ist zwischen der Spannungsquelle 1 und der Last 7 eine erfindungsgemäße Transformatorschaltung vorgesehen, die aus drei miteinander in Reihe geschalteten Stufen 55, 56, 57 besteht, von denen jede entweder von einer Stelleinheit 4 oder 34 gemäß Fig. 1 oder 2 oder von einem Stelleinheiten-Paar 54, 54′ gemäß Fig. 4 gebildet sein kann, wie dies im folgenden noch genauer erläutert wird. Die Steuerung der Stufen 55, 56, 57 erfolgt mit Hilfe einer Schaltersteuerung 23, die mit jeder Stufe 55, 56, 57 über ein Leitungspaar 61, 62 verbunden ist. Diese Leitungspaare symbolisieren je nachdem, ob die Stufen 55, 56, 57 von einer Stelleinheit 4, einer Stelleinheit 34 oder einem Stelleinheiten-Paar 54, 54′ gebildet werden, die Leitungen 25, 26, 27 und 30 (s. Fig. 1), die Leitungen 25, 26, 27 und 44 (s. Fig. 2) oder die Leitungen 26, 27, 44, 26′, 27′ und 44′ (s. Fig. 4).

Über die Leitungen 61 gibt die Schaltersteuerung 23 die Schaltbefehle an die Schalter der Stufen 55, 56, 57 ab und erhält über die Leitungen 62 die von den Sensorwicklungen 43 erzeugte Information über die Phasenlage des Magnetflusses in den ersten Wicklungen 9 der Transformatoren 8 und damit über die günstigen Schließ-Zeitpunkte bzw. -Zeiträume für die Schalter. Weiterhin ist ein erster Komparator 63 vorgesehen, der an einem seiner beiden Eingänge eine Referenzspannung U _ref1 erhält, die den Sollwert S _L für die Lastspannung U _L darstellt. Dem anderen seiner beiden Eingänge wird das Ausgangssignal eines ersten Meßfühlers 64 zugeführt, der die Lastspannung U _L mißt. Über die Leitung 65 gibt der Komparator 63 ein Differenzsignal an die Schaltersteuerung 23, das anzeigt, ob und wie weit die Lastspannung U _L vom Sollwert S _L abweicht. Bevor diese Abweichung aus dem zulässigen Bereich ±δ% herausläuft, ändert die Schaltersteuerung 23 die Schaltzustände der Stufen 55, 56, 57, die daraufhin der Versorgungsspannung U _V eine neue Amplitudenänderung aufprägen und somit die Lastspannung U _L innerhalb des zulässigen Regelbereichs ±δ% halten. Darüber hinaus ist ein zweiter Komparator 66 vorgesehen, der eine dem Nennwert U _Vnenn der Versorgungsspannung U _V entsprechende Referenzspannung U _ref2 mit dem Ausgangssignal eines zweiten Meßfühlers 67 vergleicht, der eben diese Versorgungsspannung U _V mißt. Das vom zweiten Komparator 66 abgegebene Differenzsignal wird über die Leitung 68 ebenfalls der Schaltersteuerung 23 zugeführt, die somit nicht nur im Regelmodus, sondern auch im Steuerungsmodus oder in einer Kombination aus beiden arbeiten kann. Dies bietet den Vorteil, daß bei einem Kurzschluß auf der Lastseite, d. h. bei U _L = 0, die Schaltersteuerung aus der Tatsache, daß U _V nach wie vor von Null verschieden ist, den Störfall erkennen kann und nicht versucht, die Lastspannung U _L hochzuregeln; statt dessen kann sie die Stelleinheiten aller Stufen in den oben definierten vierten Schaltzustand bringen, in dem die ersten Wicklungen 9 aller Transformatoren 8 eine starke Drosselwirkung ausüben und somit den Last-Kurzschlußstrom begrenzen. Zur Verarbeitung der über die Leitungen 62, 68 und 65 eingehenden Information und zur Umsetzung dieser Information in entsprechende Schaltbefehle umfaßt die Schaltersteuerung 23 vorzugsweise einen Mikroprozessor.

Wie bereits erwähnt, sind die Stufen 55, 56, 57 so aufgebaut, daß jede Stufe die ihr zugeführte Eingangsspannung in einem ersten Schaltzustand bzw. in einer ersten Schaltzustands- Kombination um einen vorgegebenen Prozentsatz erhöht, in einem zweiten Schaltzustand bzw. in einer zweiten Schaltzustands-Kombination in etwa um den gleichen Prozentsatz erniedrigt und in einem dritten Schaltzustand bzw. in einer dritten Schaltzustands-Kombination in etwa unverändert weitergibt. In diesem Sinn werden im folgenden immer dann, wenn nicht ausdrücklich von Stelleinheiten-Paaren die Rede ist, Schaltzustands- Kombinationen auch vereinfacht als erster, zweiter bzw. dritter Schaltzustand bezeichnet.

Die vorgegebenen Prozentsätze, um die die einzelnen Stufen die jeweils zugeführte Eingangsspannung ändern können, sind von Stufe zu Stufe verschieden und stehen vorzugsweise zueinander in etwa im Verhältnis von ganzzahligen Dreierpotenzen. So kann bei dem in Fig. 5 gezeigten Ausführungsbeispiel die letzte Stufe 57, die der Last 7 am nächsten liegt, die ihr zugeführte Eingangsspannung beispielsweise um ±A% verändern oder nahezu unverändert weitergeben. Die mittlere Stufe 56 kann die ihr zugeführte Eingangsspannung um ca. ±3A% ändern oder nahezu unverändert weitergeben und die vorderste, der Spannungsquelle 1 am nächsten liegende Stufe 55 kann die ihr zugeführte Eingangsspannung um ca. ±9A% ändern oder nahezu unverändert weitergeben.

Für ein Ausführungsbeispiel, bei dem jede Stufe 55, 56, 57 von einem Stelleinheiten-Paar 54, 54′ gebildet wird, ist dies in Tabelle 3 nochmals genauer für den Fall dargestellt, daß ±A% ≈ ±1% gewählt wird, so daß sich für das Stelleinheiten-Paar der mittleren Stufe 56 eine mögliche Amplitudenänderung von ca. ±3% der diesem Paar zugeführten Eingangsspannung und für das Stelleinheiten- Paar der vordersten Stufe 55 eine mögliche Amplitudenänderung von ca. ±9% ergibt.

Wie man der Tabelle 3 entnimmt, ist es zweckmäßig, zur Erzielung einer möglichst symmetrischen Änderung der jeweiligen Eingangsspannung eines Stelleinheiten-Paares die durch die einzelnen weiteren Wicklungen erzielbaren prozentualen Spannungsänderungen zumindest teilweise unterschiedlich zu wählen.

So gilt für das Paar der vordersten Stufe 55, daß die addierende Wicklung der Stelleinheit 54 eine Änderung von +4,5% zu bewirken vermag, während die subtrahierende Wicklung eine Änderung von -4,9% bewirken kann, und die addierende bzw. subtrahierende Wicklung der Stelleinheit 54′ eine Änderung von +4,4% bzw. -4,2% auf die Eingangsspannung dieser hinteren Stelleinheit 54′ der Stufe 55 aufprägen können.

Diese Prozentwerte sind durch eine entsprechende Wahl der Windungsverhältnisse so gewählt, daß sich für die drei verwendeten Schaltzustände der ersten Stufe die in Tabelle 3 rechts wiedergegebenen Gesamtänderungen ergeben, die +9,1%, -8,9% und +0,1% betragen. Diese drei Werte sind mit 0,1% höher gewählt als die angestrebten +9%, -9% und 0%. Hierdurch wird der Spannungsabfall ausgeglichen, der sich beim Fließen des Laststromes aufgrund der verbleibenden Drosselwirkung an den betreffenden ersten Windungen dieser beiden Stelleinheiten 54, 54′ ergibt.

Entsprechendes gilt auch für die Stufe 56, mit um ca. 0,02% bis 0,03% höheren Werten, wie man der Tabelle 3 ohne weiteres entnehmen kann.

In Tabelle 4 sind, ähnlich wie in Tabelle 2 links nochmals die siebenundzwanzig Schaltzustands-Kombinationen aufgelistet, die sich mit einer drei Stelleinheiten- Paare umfassenden Transformatorschaltung gemäß Fig. 5 erzielen lassen, wenn für jedes Stelleinheiten-Paar nur drei Schaltzustands-Kombinationen benützt werden. Daneben ist in Tabelle 4 für jede Stelleinheit 54, 54′ der drei Stelleinheiten-Paare wiedergegeben, ob die addierende oder die subtrahierende Wicklung an die zugehörige Eingangs- bzw. Ausgangsspannung angeschlossen ist. Eine "1" bedeutet, daß die betreffende weitere Wicklung an die zugehörige Spannung angeschlossen ist, während eine "0" anzeigt, daß die Wicklung durch Öffnen des betreffenden Schalters 37, 37′ bzw. 38, 38′ von der Leitung 10 (s. Fig. 4) getrennt und damit nicht an die Eingangs- bzw. Ausgangsspannung angeschlossen ist. Die Zahlenkombination 1001 für ein Stelleinheiten-Paar bedeutet somit, daß in der vorderen, d. h. näher an der Spannungsquelle 1 liegenden Stelleinheit die addierende Wicklung eingeschaltet und die subtrahierende Wicklung ausgeschaltet ist, während bei der hinteren, näher bei der Last 7 angeordneten Stelleinheit die addierende Wicklung ausgeschaltet und die subtrahierende Wicklung eingeschaltet ist. Ein so gekennzeichnetes Stelleinheiten- Paar befindet sich also in der oben definierten dritten Schaltzustands-Kombination, in der sich die Wirkungen der vorderen und der hinteren Stelleinheit praktisch gegenseitig aufheben, so daß am Ausgang des Stelleinheiten- Paares die Eingangsspannung mit nahezu unveränderter Amplitude erscheint.

Tabelle 4

Bei der Kombination n = 0 befinden sich alle drei Stelleinheiten- Paare in dem eben geschilderten Zustand und man entnimmt der ganz rechten Spalte der Tabelle 4, daß das Verhältnis von Lastspannung U _L zur Versorgungsspannung U _V in diesem Fall gleich 1,0014 also praktisch gleich 1 ist.

Demgegenüber befinden sich z. B. bei n = 13⁺ alle drei Stelleinheiten-Paare in einem Zustand, in dem in beiden Stelleinheiten die addierende Wicklung eingeschaltet ist (erste Schaltzustands-Kombination gekennzeichnet durch 1010). Der rechten Spalte entnimmt man, daß hier die Lastspannung U _L um 13,52% größer als die Versorgungsspannung U _V ist.

Die Schaltersteuerung 23 wählt diese Kombination dann, wenn die Versorgungsspannung U _V gegenüber dem Sollwert stark abgefallen ist.

Nimmt man an, daß die Abweichung ±δ% der Lastspannung vom Sollwert S, der hier gleich 100% gesetzt wird, maximal ±0,5% betragen darf, so kann die Versorgungsspannung U _V auf 87,65% dieses Sollwerts abfallen, weil die erfindungsgemäße Transformatorschaltung diese abgesunkene Versorungsspannung U _V um 13,52% (bezogen auf U _V = 100%) anheben kann; der sich ergebende Wert für die Lastspannung von

U L
= U V · 1,1352 =
	= 87,65 · 1,1352% =
	= 99,5% (bezogen auf den Sollwert)

liegt an der unteren Grenze von 99,5% (bezogen auf den Sollwert) und somit innerhalb des zulässigen Bereichs.

Für die Schaltzustands-Kombination n = 13^- gilt entsprechend, daß hier die Versorgungsspannung U _V auf 114,84% des Sollwerts angestiegen sein kann, ohne daß die Lastspannung

U L
= U V · 0,8751 =
	= 114,84 · 0,8751 =
	= 100,496% (bezogen auf den Sollwert)

die obere Grenze 100,5% des zulässigen Bereichs übersteigt.

Entsprechendes läßt sich für alle übrigen Schaltzustands- Kombinationen n erreichen. Dabei wird vorzugsweise immer bei solchen Werten der Versorgungsspannung U _V von einer Schaltzustands-Kombination zur nächsten übergegangen, bei denen die Amplitude der Lastspannung U _Lvor vor dem Schalten und die Amplitude der Lastspannung U _Lnach nach dem Schalten zum Sollwert S _L in etwa symmetrisch liegen (siehe obige Gleichung [14]). Aus den obigen Werten ergibt sich, daß bei diesem Ausführungsbeispiel Schwankungen der Versorgungsspannung U _V von +Δ = +14,84% (bezogen auf den Sollwert S = 100%) bis -Δ = -13,35% (ebenfalls bezogen auf S = 100%) so kompensiert werden können, daß die Lastspannung U _L nur innerhalb eines Bereiches von S ±0,5% schwankt.

Entsprechendes - jedoch eingeschränkt - gilt auch, wenn die Stufen 55, 56, 57 nicht von Stelleinheiten-Paaren 54, 54′ sondern von einzelnen Stelleinheiten 4 bzw. 34 gebildet werden.

Soll ein größerer Schwankungsbereich ±Δ% erfaßt werden, muß entweder die minimale Amplitudenänderung A vergrößert werden, was auf Kosten der Regelgenauigkeit δ geht, oder es muß die Anzahl der Stufen vergrößert werden. Dabei kann es zweckmäßig sein, eine Stufe hinzuzufügen, deren Änderungsbereich nicht gleich der nächsten ganzzahligen Dreierpotenz von A, hier also nicht gleich ±27 A ist, sondern nur ein ganzzahliges Vielfaches kleiner 27 von A beträgt, das so groß ist, daß dann, wenn alle vier Stufen in derselben Richtung, d. h. alle additiv oder alle subtraktiv wirken, der geforderte Schwankungsbereich ±Δ gerade überdeckt werden kann.

Fig. 6 zeigt eine Abwandlung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung, wie sie zur Steuerung der von einem Drei- Phasen-Netz abgegebenen Spannung Verwendung finden kann.

Wie man der Fig. 6 entnimmt, ist für jeden der drei Phasenleiter R, S und T eine erfindungsgemäße Transformatorschaltung 75, 76, 77 vorgesehen, die jeweils in gleicher Weise aufgebaut ist, wie die Transformatorschaltung in Fig. 5. Es besteht also jede dieser drei Transformatorschaltungen 75, 76, 77 aus drei in Reihe geschalteten Stufen 55, 56, 57, von denen hier jede aus einem Stelleinheiten-Paar 54, 54′ besteht und vier verschiedene Schaltzustände annehmen kann. Somit können der Wechselspannung auf jedem der drei Phasenleiter R, S und T Änderungsbeträge aufgeprägt werden, die zueinander im Verhältnis 1 : 3 : 9 stehen, oder es kann die Eingangswechselspannung unverändert weitergegeben werden oder es kann der Laststrom gedrosselt werden.

Um die Stufen der Transformatorschaltungen 75, 76, 77 in der erforderlichen Weise in die drei verschiedenen Schaltzustände bringen zu können, ist jede der Transformatorschaltungen 75, 76, 77 nicht nur mit ihrem zugehörigen Phasenleiter R, S bzw. T, sondern auch mit dem Null- Leiter N verbunden. Als Spannungsquelle dient hier ein Drei-Phasen-Netz 80.

Die auf den einzelnen Phasenleitern R, S, T vom Netz 80 gelieferten Spannungsamplituden werden mit Hilfe einer Meßfühleranordnung 81 ständig gemessen, die die drei Meßsignale einer Komparatoranordnung 82 zuführt. Dort werden die Meßsignale mit einem gemeinsamen Referenzwert U _ref verglichen. Alternativ kann auch für jeden Phasenleiter R, S und T ein eigener Referenzwert vorgegeben werden.

Der Komparator 82 erzeugt für jeden der drei Phasenleiter R, S, T ein eigenes Differenzsignal, das einer Schaltersteuerung 83 zugeführt wird. Diese steuert über die Leitungsgruppen 85, 86, 87, die Schalter der Stufen 55, 56, 57 in jeder der Transformatorschaltungen 75, 76, 77 in der Weise, wie dies oben ausführlich erläutert wurde. Selbstverständlich ist auch hier jede Stelleinheit über mehrere Leitungen mit der Schaltersteuerung 83 verbunden, wie dies in den Fig. 1, 2 und 3 dargestellt ist. Der Einfachheit halber wurden in Fig. 6 diese Leitungen jedoch nur als eine einzige bidreaktionale Leitung dargestellt.

Den Ausgang einer jeden Transformatorschaltung 75, 76, 77 bildet ein Phasenleiter R _K , S _K bzw. T _K , wobei der Buchstabe "K" andeutet, daß auf diesen Phasenleitern eine Wechselspannung mit konstant gehaltener Amplitude zur Verfügung steht. Diese Spannungen können entweder gemeinsam einer einzigen, einen Drei-Phasen-Strom benötigenden Last oder verschiedenen Lasten zugeführt werden, die jeweils nur mit einem 1phasigen Wechselstrom betrieben werden müssen.

Alternativ kann auch bei einem Mehrphasensystem die Meßfühleranordnung 81 so ausgebildet sein, daß sie die auf den Phasenleitern R _K , S _K , T _K der oder den Lasten zugeführten Wechselspannungen mißt.

Bei größeren Anforderungen an die Regelgenauigkeit oder bei noch größeren Regelbereichen können auch bei den Transformatorschaltungen 75, 76, 77 mehr als drei Stufen vorgesehen werden. Analog zu Fig. 6 kann die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung auch bei Mehrphasen- Systemen eingesetzt werden, die weniger oder mehr als drei Phasen umfassen.

In Fig. 7 ist eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Transformatorschaltung dargestellt, die nur eine einzige Stelleinheit 94 umfaßt. Wie bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel wird auch hier den Eingangsanschlüssen 2, 3 der Stelleinheit 94 als Eingangsspannung U _E eine Versorgungsspannung U _V zugeführt, die von einer Spannungsquelle 1 stammt. An den Ausgangsanschlüssen 5, 6 erscheint eine Ausgangsspannung U _A , die einer Last 7 als Lastspannung U _L zugeführt wird. Weiterhin umfaßt die Stelleinheit 94 einen Transformator 8, dessen erste Wicklung 9 zwischen den Eingangsanschluß 2 und den Ausgangsanschluß 5 geschaltet ist, während der andere Eingangsanschluß 3 mit dem zweiten Ausgangsanschluß 6 vermittels der Leitung 10 direkt galvanisch leitend verbunden ist. Auch besitzt der Transformator 8 eine weitere Wicklung 11, die über den Eisenkern 12 des Transformators 8 mit der ersten Wicklung 9 magnetisch gekoppelt ist.

Im Gegensatz zum Ausführungsbeispiel in Fig. 1 kann aber die Stelleinheit 94 des vorliegenden Ausführungsbeispiels nicht nur in vier sondern in vierunddreißig verschiedene Schaltzustände gebracht werden, so daß es möglich ist, insgesamt zweiunddreißig verschiedene Amplituden-Differenzen zwischen der Eingangsspannung U _E und der Ausgangsspannung U _A der einen Stelleinheit 94 zu erzeugen, die Eingangsspannung U _E unverändert an den Ausgangsanschlüssen 5, 6 zur Verfügung zu stellen bzw. im Fall eines Kurzschlusses an der Last den Laststrom zu drosseln.

Diese große Variationsmöglichkeit erlaubt es, die in Fig. 7 dargestellte Transformatorschaltung ähnlich wie die Transformatorschaltungen in den Fig. 5 und 6 als Spannungsregler und/oder Spannungskonstanter einzusetzen.

In Fig. 7 ist der Verwendungsfall als Spannungsregler dargestellt, bei dem wiederum eine Meßfühleranordnung 64 über Leitungen 95, 96 die Ausgangsspannung U _A der Stelleinheit 94, die hier gleich der Lastspannung U _L ist, zugeführt wird. Der Meßfühler 64 gibt ein Meßsignal an einen Komparator 63 weiter, der dieses Meßsignal mit einer Referenzspannung U _ref vergleicht, die dem Sollwert S _L der Lastspannung U _L entspricht. Über die Leitung 65 gibt der Komparator 63 ein den Unterschied zwischen dem Meßsignal und der Referenzspannung U _ref darstellendes Differenzsignal an eine Schaltersteuerung 23 weiter, die über Leitungen 97 eine aus vierzehn Schaltern bestehende Schaltergruppe 98 ansteuert, um die Stelleinheit 94 in die verschiedenen Schaltzustände zu bringen, wie dies im folgenden noch genauer erläutert wird.

Um neben den beiden Schaltzuständen, in denen die weitere Wicklung 11 entweder kurzgeschlossen oder völlig offen ist, die Stelleinheit 94 in zweiunddreißig weitere Schaltzustände bringen zu können, müssen an die weitere Wicklung 11 zweiunddreißig Steuer-Wechselspannungen U _{S 1} bis U _{S 32} angelegt werden, die gemäß der Erfindung mit Hilfe einer Zusatz-Transformatoranordnung 100 erzeugt werden.

Die Zusatz-Transformatoranordnung 100 umfaßt eine Wicklung 101, die im vorliegenden Fall aus sechs elektrisch miteinander in Reihe geschalteten Wicklungsabschnitten 104 bis 109 besteht, die über einen gemeinsamen Transformatorkern 111 magnetisch miteinander gekoppelt sind.

Das eine Ende der aus den Wicklungsabschnitten 104 bis 109 bestehenden Serienschaltung ist galvanisch direkt leitend mit dem einen Pol der Wechselspannungsquelle 1 verbunden, an den auch der Eingangsanschluß 3 der Stelleinheit 94 angeschlossen ist, der über die Leitung 10 galvanisch direkt leitend mit dem Ausgangsanschluß 6 der Stelleinheit 94 verbunden ist. Das andere Ende der aus den Wicklungsabschnitten 104 bis 109 bestehenden Serienschaltung ist über eine Leitung 114 mit zwei im Gegentakt betätigbaren Schaltern 140 verbunden, mit deren Hilfe es über entsprechende Leitungen entweder mit der vom Ausgangsanschluß 5 zur Last 7 führenden Leitung oder mit der von der Spannungsquelle 1 zum Eingangsanschluß 2 führenden Leitung verbunden werden kann. Diese Schalter 140 werden ebenfalls von der Schaltersteuerung 23 angesteuert, um an die Serienschaltung der Wicklungen 104 bis 109 entweder die Eingangswechselspannung U _E oder die Ausgangswechselspannung U _A der Stelleinheit 94 anzulegen.

Die Serienschaltung der Wicklungsabschnitte 104 bis 109 weist sieben Abgriffe 121 bis 127 auf, von denen die Abgriffe 121 und 127 mit den beiden äußeren Enden der Serienschaltung verbunden sind, während die Abgriffe 122 bis 126 jeweils zwischen zwei einander benachbarten Wicklungsabschnitten herausgeführt sind.

Jeder der Abgriffe 121 bis 127 ist mit einem Paar von Ein/Aus-Schaltern aus der Schaltergruppe 98 verbunden. Der eine Schalter eines jeden Schalterpaares verbindet im geschlossenen Zustand den zugehörigen Abgriff mit einer Leitung 129, die mit dem in Fig. 7 unteren Ende der weiteren Wicklung 11 verbunden ist. Der andere Schalter eines jeden Paares verbindet im geschlossenen Zustand den zugehörigen Abgriff mit einer Leitung 130, die mit dem anderen Ende der weiteren Wicklung 11 in Verbindung steht. Sämtliche Schalter der Schaltergruppe 98 werden, wie bereits erwähnt, über die Leitungen 97 von der Schaltersteuerung 23 so angesteuert, daß an der weiteren Wicklung 11 immer die gerade erforderliche Steuer-Wechselspannung U _{S 1} bis U _{S 32} anliegt, oder daß die beiden Schalter eines beliebigen Paares gleichzeitig geschlossen sind, um die weitere Wicklung 11 kurzzuschließen, oder daß alle Schalter 98 geöffnet sind, um den Laststrom zu drosseln.

Für eine symmetrische Regelung der Lastspannung U _L um den Sollwert S _L kann die Stelleinheit in zweiunddreißig verschiedene Schaltzustände gebracht werden, von denen sechzehn zur additiven Aufprägung der jeweils induzierten Spannung Δ U ₁ bis Δ U ₃₁ und sechzehn zur negativen Aufprägung der jeweils induzierten Spannung Δ U ₂ bis Δ U ₃₂ vorgesehen sind. Zur Erzeugung der additiv aufzuprägenden Spannungen Δ U ₁ bis Δ U ₃₁ werden die Schalter 140 so betätigt, daß an der Serienschaltung der Wicklungsabschnitte 104 bis 109 die Eingangswechselspannung U _E der Stelleinheit anliegt, während sie zur Erzeugung der subtraktiv aufzuprägenden Spannungen Δ U ₂ bis Δ U ₃₂ in die in Fig. 7 gezeigte Stellung gebracht werden, in der die Ausgangswechselspannung U _A an der Serienschaltung der Wicklungsabschnitte 104 bis 109 anliegt. Dabei ist die Amplitude einer jeden positiv aufgeprägten Spannung in etwa gleich der Amplitude einer entsprechend negativ aufgeprägten Spannung.

Das Vorzeichen der Aufprägung ergibt sich aus dem Wicklungssinn, mit dem die weitere Wicklung 11 an eine Steuer-Wechselspannung angeschlossen wird; läßt man die geringen Amplitudenunterschiede bei positiver bzw. negativer Aufprägung von jeweils mit Hilfe der gleichen Abgriffe erzeugten Spannungen unberücksichtigt, so sind also nur sechzehn Steuer-Wechselspannungen U _{S 1} bis U _{S 16} mit verschiedenen Amplituden erforderlich, da die weitere Wicklung 11 mit Hilfe der Schalter 98 mit zwei verschiedenen Richtungen des Wicklungssinns an die verschiedenen Abgriffe 121 bis 127 gelegt werden kann.

Um die sechzehn unterschiedlichen Steuer-Wechselspannungsamplituden abgreifen zu können, sind die Windungszahlen der Wicklungsabschnitte 104 bis 109 gemäß einem Kode aufeinander abgestimmt, der so optimiert ist, daß einerseits eine möglichst kleine Anzahl von Wicklungsabschnitten 104 bis 109 und damit auch von Abgriffen 121 bis 127 und Schaltern 98 benötigt wird, und daß andererseits die maximale benötigte Steuer-Wechselspannung U _Smax zwischen den am weitesten auseinanderliegenden Abgriffen 121 und 127 abgegriffen werden kann.

Gemäß diesem optimierten Kode besitzt der Wicklungsabschnitt 109 eine solche Windungszahl, daß dann, wenn an der Serienschaltung aller Wicklungsabschnitte 104 bis 109 die Ausgangsspannung U _A der Stelleinheit 94 anliegt, von diesem Wicklungsabschnitt 109 eine Abgriffsspannung 1 · U _Xmin abgreifbar ist, die der kleinsten benötigten Steuer-Wechselspannung U _Smin entspricht.

Durch gleichzeitiges Schließen des in Fig. 7 oberen Schalters des Schalterpaares 130 und des unteren Schalters des Schalterpaares 131 kann also an die weitere Wicklung 11 die kleinste benötigte Steuer-Wechselspannung U _Smin bei entsprechender Stellung der Schalter 140 so angelegt werden, daß die hierdurch in der ersten Wicklung 9 des Transformators 8 induzierte Spannung Δ U _min auf die Eingangsspannung U _E subtraktiv aufgeprägt wird. Werden statt dessen der in Fig. 7 untere Schalter des Paares 130 und der obere Schalter des Paares 131 gleichzeitig geschlossen und die Schalter 140 umgeschaltet, so liegt an der weiteren Wicklung 11 in etwa dieselbe kleinste Steuer- Wechselspannung U _Smin an, doch ist der Wicklungssinn der weiteren Wicklung 11 gegenüber dem vorausgehenden Fall invertiert, so daß nunmehr die induzierte Spannung Δ U _min auf die Eingangsspannung U _E additiv aufgeprägt wird. Entsprechendes gilt auch für die zwischen beliebigen anderen Abgriffen 121 bis 127 abgreifbaren Steuer-Wechselspannungen.

Gemäß dem optimierten Kode sind die Windungszahlen der übrigen Wicklungsabschnitte 104 bis 108 so gewählt, daß zwischen benachbarten Abgriffen 121 bis 126 jeweils folgende Abgriffsspannungen zur Verfügung stehen:

Abgriffspaar
U X
121, 122
2 · U Xmin
122, 123	1 · U Xmin
123, 124	4 · U Xmin
124, 125	6 · U Xmin
125, 126	2 · U Xmin

Zusammen mit der Spannung 1 · U _Xmin am Abgriffspaar 126, 127 ergibt dies die Möglichkeit, alle Steuer-Wechselspannungsamplitude von 1 · U _Smin bis 16 · U _Smin entweder direkt an unmittelbar benachbarten Abgriffen oder zwischen weiter auseinanderliegenden Abgriffen abzugreifen, wie dies in der folgenden Tabelle 6 dargestellt ist:

Steuerspannung
Abgriffe
1 · U Smin
126, 127
2 · U Smin	125, 126
3 · U Smin	125, 127
4 · U Smin	123, 124
5 · U Smin	122, 124
6 · U Smin	124, 125
7 · U Smin	121, 124
8 · U Smin	124, 126
9 · U Smin	124, 127
10 · U Smin	123, 125
11 · U Smin	122, 125
12 · U Smin	123, 126
13 · U Smin	123, 127
14 · U Smin	122, 127
15 · U Smin	121, 126
16 · U Smin	121, 127

Man sieht, daß auch hier der optimierte Kode sich dadurch auszeichnet, daß an dem einen am Ende der Serienschaltung liegenden Wicklungsabschnitt 109 das 1fache der minimalen Abgriffsspannung U _Xmin und an dem am anderen Ende liegenden Wicklungsabschnitt 104 das 2fache von U _min abgreifbar ist.

Claims (34)

1. Transformatorschaltung, die zur Erzeugung einer einstell­ baren, an einer Last liegenden Lastspannung aus einer von einer Spannungsquelle gelieferten Versorgungsspannung wenig­ stens eine Stelleinheit aufweist, die folgende Bestandteile umfaßt:

• - Einen Transformator mit einer mit der Last in Reihe lie­ genden ersten Wicklung und wenigstens einer weiteren Wicklung, deren Windungsverhältnis zur ersten Wicklung größer 1 ist, und
• - Schalter, mit deren Hilfe durch Anlegen von Steuer-Wech­ selspannung an die wenigstens eine weitere Wicklung die Stelleinheit in wenigstens zwei verschiedene Schaltzustände bringbar ist, nämlich in einen ersten Schaltzustand, in dem die Eingangswechselspannung der Stelleinheit zur Er­ zeugung der Steuer-Wechselspannung dient und in der ersten Wicklung eine erste Spannung induziert wird, die sich auf die Eingangswechselspannung additiv aufprägt, und in einen zweiten Schaltzustand, in dem in der ersten Wicklung eine zweite Spannung induziert wird, die sich auf die Eingangs­ wechselspannung subtraktiv aufprägt,

dadurch gekennzeichnet, daß in dem zweiten Schaltzustand die Ausgangswechselspannung (U _A ; U _AP ) der Stellein­ heit (4; 34; 54, 54′; 94) zur Erzeugung der Steuer-Wechsel­ spannung dient.

2. Transformatorschaltung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die wenigstens eine weitere Wicklung (11) mit Hilfe einer Schalteranordnung (17; 98) kurzschließbar ist, um in einem dritten Schaltzustand den Spannungsabfall an der vom Laststrom durchflossenen ersten Wicklung (9) nahezu gleich Null zu machen, so daß die Amplitude der Ausgangswechselspannung (U _A ) in etwa gleich der Amplitude der Eingangswechselspannung (U _E ) der Stell­ einheit (4; 94) ist.

3. Transformatorschaltung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Transformator (8; 8, 8′) wenigstens zwei weitere Wicklungen (35, 36; 35, 36, 35′, 36′) umfaßt, von denen die eine dadurch als addierende Wicklung (35; 35, 35′) dient, daß an sie durch Schließen einer ersten Schalteranordnung (37; 37, 37′) eine Steuer- Wechselspannung anlegbar ist, zu deren Erzeugung die Ein­ gangswechselspannung (U _E ; U _E , U _E ′) der Stelleinheit (34; 54, 54′) dient, und von denen die andere dadurch als substrahierende Wicklung (36; 36, 36′) dient, daß an sie durch Schließen einer zweiten Schalteranordnung (38; 38, 38′) eine Steuer-Wechselspannung anlegbar ist, zu deren Erzeugung die Ausgangswechselspannung (U _A ; U _A , U _AP ) der Stelleinheit (34; 54, 54′) dient, und daß die beiden Schalteranordnungen (37, 38; 37, 38, 37′, 38′) exklusiv betätigt werden.

4. Transformatorschaltung nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die addierende Wicklung (35; 35, 35′) mit ihrem einen Ende mit dem Ende der ersten Wicklung (9; 9, 9′) galvanisch leitend verbunden ist, das mit einem ersten Pol der Spannungsquelle (1) in Verbindung steht, daß die erste Schalteranordnung von einem Schalter (37; 37, 37′) gebildet wird, der einer­ seits mit dem anderen Ende der addierenden Wicklung (35; 35, 35′) und andererseits mit einem zweiten Pol der Span­ nungsquelle (1) in Verbindung steht, so daß beim Schließen des Schalters (35; 35, 35′) die Eingangswechselspannung (U _E ; U _E , U _E ′) der Stelleinheit (34; 54, 54′) als Steuer- Wechselspannung an die addierende Wicklung (35; 35, 35′) angelegt wird, daß die subtrahierende Wicklung (36; 36, 36′) mit ihrem einen Ende mit dem Ende der ersten Wick­ lung (9; 9, 9′) galvanisch leitend verbunden ist, das mit einem ersten Pol der Last (7) in Verbindung steht, und daß die zweite Schalteranordnung von einem weiteren Schalter (38; 38, 38′) gebildet wird, der einerseits mit dem anderen Ende der subtrahierenden Wicklung (36; 36, 36′) und andererseits mit einem zweiten Pol der Last (7) in Verbindung steht, so daß beim Schließen des weiteren Schalters (38; 38, 38′) die Ausgangswechselspannung (U _A ; U _A , U _AP ) der Stelleinheit (34; 54, 54′) als Steuer- Wechselspannung an die substrahierende Wicklung (36; 36, 36′) angelegt wird.

5. Transformatorschaltung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der weiteren Wicklungen (35, 36) mit Hilfe eines Schalters (31, 32) kurzschließbar ist, um den Spannungsabfall an der vom Laststrom durchflossenen ersten Wicklung (9) möglichst gleich Null zu machen, so daß die Amplitude der Ausgangswechselspannung (U _A ) gleich der Amplitude der Eingangswechselspannung (U _E ) der Stelleinheit (34) ist.

6. Transformatorschaltung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die durch Anlegen einer Steuerspannung an die weitere Wicklung (35; 35, 35′) in der ersten Wicklung (9; 9, 9′) indu­ zierte erste Spannung (Δ U₁) eine Amplitude aufweist, deren Absolutbetrag in etwa gleich dem Absolutbetrag der Amplitude der durch Anlegen einer Steuerspannung an die andere weitere Wicklung (36; 36, 36′) in der ersten Wicklung (9; 9, 9′) induzierten zweiten Spannung (Δ U₂) ist.

7. Transformatorschaltung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß an jeder der beiden Schalteranordnungen (37, 38; 37, 38, 37′, 38′) eine Sensoreinheit (42; 42, 42′) vorgesehen ist, die ein Signal abgibt, das den Schaltzustand der zugehörigen Schalteranordnung (37, 38; 37, 38, 37′, 38′) kennzeichnet, und daß jeder der beiden Schalteranordnungen (37, 38; 37, 38, 37′, 38) eine Sperrschaltung (39, 40; 39, 40, 39′, 40′) zugeordnet ist, die in Abhängigkeit von dem Signal, das von der Sensoreinheit der jeweils anderen Schalteranordnung abgegeben wird, das Schließen der ihr zugeordneten Schalterordnung verhindert, solange die jeweils andere Schalteranordnung geschlossen ist.

8. Transformatorschaltung nach einem der Ansprüch 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Windungs­ verhältnis der addierenden Wicklung (35; 35, 35′) zur ersten Wicklung (9; 9, 9′) des Transformators (8; 8, 8′) in etwa gleich dem Windungsverhältnis der substrahieren­ den Wicklung (36; 36, 36′) zur ersten Wicklung (9; 9, 9′) ist.

9. Transformatorschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an die wenigstens eine weitere Wicklung (11) mit Hilfe von Schaltern (98) wahl­ weise eine von mehreren Steuer-Wechselspannungen (U _S1, . . ., U _S32) anlegbar ist um in der ersten Wicklung (9) wahl­ weise jeweils eine Spannung (Δ U₁, . . ., Δ U₃₂) zu indu­ zieren, die sich der Eingangswechselspannung (U _E ) der Stelleinheit (94) aufprägt, daß die mehreren Steuer-Wech­ selspannungen (U _S1, . . ., U _S32) in zwei Gruppen (U _S1, U _S3, . . ., U _S31 und U _S2, U _S4, . . ., U _S32) so unterteilt sind, daß die Steuer-Wechselspannungen, die zur gleichen Gruppe gehören, alle voneinander verschiedene Amplituden besitzen, während jede Steuer-Wechselspannung (U _S1, U _S3, . . ., U _S31) aus der einen Gruppe einer Steuer-Wechselspannung (U _S2, U _S4, . . ., U _S32) aus der anderen Gruppe hinsichtlich der Amplitude zumindest näherungsweise gleich ist, daß die Steuer-Wechselspannungen (U _S1, U _S3, . . ., U _S31) der einen Gruppe, zu deren Erzeugung die Eingangswechselspannung (U _E ) der Stelleinheit (94) Verwendung findet, so an die wenigstens eine weitere Wicklung (11) anlegbar sind, daß sich die dabei induzierten Spannungen (Δ U₁, Δ U₃, . . ., Δ U₃₁) additiv auf die Eingangswechselspannung (U _E ) der Stelleinheit (94) aufprägen und daß die Steuer-Wechsel­ spannungen (U _S2, . . ., U _S32) der anderen Gruppe, zu deren Erzeugung die Ausgangswechselspannung (U _A ) der Stellein­ heit (94) Verwendung findet, so an die wenigstens eine weitere Wicklung (11) anlegbar sind, daß sich die dabei induzierten Spannungen (Δ U₂, Δ U₄, . . ., Δ U₃₂) subtraktiv auf die Eingangswechselspannung (U _E ) aufprägen.

10. Transformatorschaltung nach Anspruch 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß eine Zusatz-Transformator­ anordnung (100) mit einer Wicklung (101) vorgesehen ist, an die mit Hilfe einer Schalteranordnung (140) alter­ nativ die Eingangswechselspannung (U _E ) und die Ausgangs­ wechselspannung (U _A ) der Stelleinheit (94) anlegbar sind, und die in mehrere Wicklungsabschnitte (104, . . ., 109) unterteilt ist, zwischen denen Abgriffe (121, . . ., 127) zum Abgreifen von Abgriffswechselspannungen (U _X1, . . ., U _X6) herausgeführt sind, deren Amplituden so gewählt sind, daß jede der Steuerspannungen (U _S1, . . ., U _S32) entweder gleich einer dieser Abgriffswechselspannungen oder gleich der Summe von mehreren dieser Abgriffswechselspannungen (U _X1, . . ., U _X6) ist, und daß wenigstens eines der beiden Enden der weiteren Wicklung (11) mit Hilfe von Schaltern (98) wahlweise mit verschiedenen dieser Abgriffe (121, . . ., 127) verbindbar ist.

11. Transformatorschaltung nach Anspruch 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die zur Induzierung der kleinsten gewünschten von Null verschiedenen Spannung (Δ U _min ) in der ersten Wicklung (9) des Transformators (8) erforderliche Steuerspannung (U _Smin ) als kleinste Abgriffswechselspannung (U _Xmin ) an wenigstens einem Paar von einander direkt benachbarten Abgriffen (126, 127) der Zusatz-Transformatoranordnung (100) abgreifbar ist und daß die zwischen den anderen Paaren einander direkt benachbarte Abgriffe (121, . . ., 126) abgreifbaren Abgriffs­ wechselspannungen (U _X1, . . ., U _X5) entweder gleich dieser kleinsten Abgriffswechselspannung (U _Xmin ) oder gleich einem ganzzahligen Vielfachen dieser kleinsten Ab­ griffswechselspannung (U _Xmin ) sind.

12. Transformatorschaltung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Abgriffe (121, . . ., 127), die Anzahl der Abgriffs­ paare (126, 127; 122, 123), zwischen denen die kleinste Abgriffswechselspannung (U _Xmin ) abgreif­ bar ist, und die Größen der ganzzahligen Vielfachen der kleinsten Abgriffswechselspannung (U _Xmin ), die zwischen den übrigen Paaren zueinander unmittelbar benachbarter Abgriffe (121, 122; 123, 124; 124, 125; 125, 126) abgreifbar sind, so gewählt sind, daß bei minimaler Anzahl von Abgriffen (121, . . ., 127) ein vorgebbarer maximaler Steuerspannungsbereich (U _Smax ) in Einheitsschritten der kleinsten Abgriffswechsel­ spannung (U _Smin ) überdeckbar ist.

13. Transformatorschaltung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Abgriffe (121, . . ., 127), die Anzahl der Abgriffs­ paare (126, 127; 122, 123), zwischen denen die kleinste Abgriffswechselspannung (U _Xmin ) abgreifbar ist, und die Größen der ganzzahligen Vielfachen der kleinsten Abgriffswechselspannung (U _Xmin ), die zwischen den übrigen Paaren zueinander unmittel­ bar benachbarter Abgriffe abgreifbar sind, so ge­ wählt sind, daß überdies die maximale Spannung, die an der Wechselspannungsquelle (100) abgreifbar ist, gleich der für die Induzierung der gewünschten maximalen Spannung (Δ U _max ) in der ersten Wicklung (9) des Transformators (8) erforderlichen maximalen Steuerspannung (U _Smax ) ist.

14. Transformatorschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Windungsverhältnis der weiteren Wicklung (11; 35, 36; 35, 36, 35′, 36′) des Transformators (8; 8, 8′) zur ersten Wicklung (9; 9, 9′) in einem Be­ reich von 3 : 1 bis 200 : 1 liegt.

15. Transformatorschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß eine Sensoreinrichtung zum Erfassen des Phasenver­ laufes des Magnetflusses in der ersten Wicklung (9; 9, 9′) vorgesehen ist, daß die Schalter (37, 38; 37, 38, 37′, 38′), die jeweils zum Anlegen einer Steuer-Wechselspannung an die weitere Wicklung (35, 36; 35, 36, 35′, 36′) dienen, in Abhängigkeit vom Meßsignal der Sensoreinrichtung nur bei solchen Phasenwinkeln des Magnetflusses in der ersten Wicklung (9; 9, 9′) schließ­ bar sind, bei denen dieses Schließen zu einer möglichst kleinen Änderung dieses Magnetflusses führt, und daß diese Schalter (37, 38; 37, 38, 37′, 38′) nur beim Nulldurchgang des durch die weitere Wicklung (35, 36; 35, 36, 35′, 36′) fließenden Stroms geöffnet werden.

16. Transformatorschaltung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensorein­ richtung eine Sensorwicklung (43; 43, 43′) des Trans­ formators (8; 8, 8′) ist.

17. Transformatorschaltung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die mit Hilfe der Eingangswechselspannung (U _E ; U _E , U _E ′) erzeugte Steuer- Wechselspannung an die weitere Wicklung (35; 35, 35′) nur dann angelegt wird, wenn sich der Betrag der Ampli­ tude der von der Sensorwicklung (43; 43, 43′) abge­ gebenen Spannung im Bereich seines Maximums befindet, und daß die mit Hilfe der Ausgangswechselspannung (U _A ; U _A , U _AP ) erzeugte Steuer-Wechselspannung an die weitere Wicklung (36; 36, 36′) nur dann angelegt wird, wenn die von der Sensorwicklung (43; 43, 43′) abgegebene Spannung sich im Bereich eines Nulldurchgangs befindet.

18. Transformatorschaltung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Transformator (8) eine mit Hilfe eines Schalters (29) kurzschließ­ bare Kurzschlußwicklung (28) aufweist und daß der Schalter (29) für die Kurzschlußwicklung (28) während der Zeitspannen geschlossen ist, in denen beim Um­ schalten von einem Schaltzustand in einen anderen vor­ übergehend keine Steuer-Wechselspannung an einer weiteren Wicklung (11) anliegt.

19. Transformatorschaltung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter (29) für die Kurzschlußwicklung (28) nur bei sochen Phasenwinkeln des Magnetflusses durch die erste Wicklung (9) geschlossen wird, bei denen dieses Schließen zu einer möglichst kleinen Änderung dieses Magnetflusses führt, und daß dieser Schalter (29) nur beim Nulldurchgang des durch die Kurzschluß­ wicklung (28) fließenden Stroms geöffnet wird.

20. Transformatorschaltung nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß beim Übergang von einem Zustand, in welchem an eine weitere Wicklung (11; 35, 36) eine Steuer-Wechsel­ spannung angelegt ist, in einen Zustand, in welchem die weitere Wicklung (11; 35, 36) kurzgeschlossen ist, der Schalter (17; 31, 32) zum Kurzschließen der weiteren Wicklung (11; 35, 36) kurz nach dem Öffnen wenigstens eines der Schalter (15, 16; 37, 38) geschlossen wird, mit deren Hilfe die Steuer-Wechsel­ spannung an die weitere Wicklung (11; 35, 36) ange­ legt war.

21. Transformatorschaltung nach einem der Ansprüche 8 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter (17; 31, 32) zum Kurzschließen der weiteren Wicklung (11; 35, 36) beim Nulldurchgang des in der weiteren Wicklung (11; 35, 36) fließenden Stroms geöffnet wird.

22. Transformatorschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Transformatorschaltung wenigstens zwei Stufen (55, 56, 57) umfaßt, von denen jede aus wenigstens einer Stelleinheit (4; 34; 54, 54′) be­ steht und die so miteinander in Reihe geschaltet sind, daß die Ausgangswechselspannung (U _A ) der vorderen Stufe (55, 56) die Eingangswechselspannung (U _E ′) der hinteren Stufe (56, 57) ist.

23. Transformatorschaltung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens zwei ersten Wicklungen (9) der Transformatoren (8) der wenigstens zwei Stufen (55, 56, 57) direkt mit­ einander in Reihe liegen.

24. Transformatorschaltung nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, daß jede Stufe (55, 56, 57) wenigstens zwei Stelleinheiten (54, 54′) umfaßt, die ein Stelleinheiten-Paar bilden, wobei die Windungsverhältnisse der jeweiligen ersten Wicklung (9, 9′) zu den zugehörigen weiteren Wicklungen (35, 36, 35′, 36′) so aufeinander abge­ stimmt sind, daß die Ausgangsspannung (U _AP ) des Stelleinheiten-Paares (54, 54′) gleich der Eingangs­ spannung (U _EP ) des Stelleinheiten-Paares (54, 54′) ist, wenn die eine (54) der Stelleinheiten auf ihre Eingangsspannung (U _EP ) eine induzierte Spannung (Δ U₁) additiv und die andere Stelleinheit (54′) auf ihre Eingangsspannung (U _E ′) eine induzierte Spannung (Δ U₂) subtraktiv aufprägt.

25. Transformatorschaltung nach einem der Ansprüche 22 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß durch wenigstens eine Stufe (55, 56, 57) eine Amplitudendifferenz zwischen ihrer Eingangsspannung und ihrer Ausgangsspannung erzeugbar ist, die von den entsprechenden Amplitudendifferenzen aller anderen Stufen verschieden ist.

26. Transformatorschaltung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Absolutwerte der durch die verschiedenen Stufen (55, 56, 57) erzeugbaren Amplitudendifferenzen zueinander im Verhältnis ganzzahliger Dreierpotenzen 1 : 3 : 9 : usw. stehen.

27. Transformatorschaltung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine weitere Stufe vorgesehen ist, durch die eine Ampli­ tudendifferenz erzeugbar ist, die ein von einer ganz­ zahligen Dreierpotenz verschiedenes ganzzahliges Vielfaches der kleinsten, durch eine der übrigen Stufen erzeugbaren Amplitudendifferenz ist.

28. Schaltungsanordnung mit einer Transformatorschaltung nach einem oder mehreren der Ansprüche 22 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß eine Wechselspannungs-Meßfühleranordnung (64, 67; 81), eine die Ausgangssignale der Meßfühleranordnung mit Referenzwerten (U _ref1 , U _ref2 ; U _ref ) vergleichende Komparatoranordnung (63, 66; 82) und eine Schalter­ steuerung (23; 83) vorgesehen sind, durch die die Schalter der Stufen (55, 56, 57) selektiv so betätig­ bar sind, daß der Last (7) eine Lastspannung (U _L ) mit möglichst konstanter Amplitude zugeführt wird.

29. Schaltungsanordnung nach Anspruch 28, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Meßfühleranordnung einen Meßfühler (67; 81) umfaßt, der die von der Spannungsquelle (1; 80) abgegebene Versorgungs­ spannung (U _V ) mißt.

30. Schaltungsanordnung nach Anspruch 28 oder 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßfühler­ anordnung einen Meßfühler (64) umfaßt, der die Last­ spannung (U _L ) mißt.

31. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 28 bis 30, dadurch gekennzeichnet, daß für jeden der Phasenleiter (R, S, T) eines Mehrphasen­ systems eine Transformatorschaltung (75, 76, 77) mit einer oder mehreren Stufen (55, 56, 57), eine die Spannung auf jeden der Phasenleiter (R, S, T oder R _K , S _K , T _K ) messende Meßfühleranordnung (81), eine die Ausgangssignale der Meßfühleranordnung (81) mit wenigstens einem Referenzwert (U _ref ) vergleichende Komparatoranordnung (82) sowie eine Schaltersteuerung (83) vorgesehen sind, die aufgrund der von der Kom­ paratoranordnung (82) abgegebenen Differenzsignale die Schalter der Stufen (55, 56, 57) aller Trans­ formatorschaltungen (75, 76, 77) steuert.

32. Verfahren zur Regelung der Amplitude einer Wechsel­ spannung unter Verwendung einer Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 28 bis 31, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Absolutwert der kleinstmöglichen Amplitudenänderung (A) zwischen dem 1,0-fachen und dem 2,0-fachen des Absolutwertes der zulässigen Abweichung (δ) der Lastspannung (U _L ) vom Sollwert (S _L ) liegt und daß die Schaltschwellen, bei denen bei zunehmender Abweichung der von der Spannungsquelle abgegebenen Versorgungsspannung (U _V ) von der Nennwechselspannung die aufgeprägte Ampli­ tudendifferenz vom n-fachen der kleinstmöglichen Amplitudenänderung (A) auf das (n+1)-fache, und bei abnehmender Abweichung vom (n+1)-fachen auf das n- fache umgeschaltet wird, so gewählt sind, daß die Amplitudenwerte der Lastspannung (U _L ) bei stetigem Durchlauf der Versorgungsspannung (U _V ) durch die jeweilige Schaltschwelle vor und nach dem Umschalten symmetrisch zum Sollwert (S _L ) liegen.

33. Verfahren nach Anspruch 32, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Lastspannung (U _L ) auf einen Sollwert (S _L ) eingeregelt wird, der vom Nenn­ wert (U _Vnenn ) der Versorgungsspannung (U _V ) verschie­ den ist.