DE383419C

DE383419C - Elektrisches Regelungssystem

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Publication number: DE383419C
Application number: DER44674D
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Publication date: 1923-10-13

Description

Elektrisches Regelungssystem. Die Regelung von Spannungen in den Wicklungen elektrischer -Maschinen und Transformatoren erfolgt häufig durch Abschalten von Wicklungsteilen (Stufentransformatoren). Dabei ist das Wicklungsmetall schlecht ausgenutzt, und die Streuinduktivität der Wicklung ist in den unteren Spannungsstufen sehr groß, weil die eingeschalteten Wicklungsteile nicht gleichmäßig über den ganzen Transformatorkern verteilt si-id. Um diese Nachteile zu beseitigen, sollen nach der I?rfindung mehrere Wicklungszweige verwendet werden, wobei ein Ende jedes Zweiges mit einem Kontakt fest verbunden ist, der sich zur Regelung an den Anzapfstellen eines der anderen Wicklungszweige vorbeibewegt, so daß sich in der einen Grenzstellung möglichst viele Wicklungsteile in Parallelschaltung oder bei Dreiphasenstrom in Dreieckschaltung, in der anderen Grenzstellung möglichst viele Wicklungsteile in Reihen-oder Sternschaltung befinden.
In Abb. i ist die bisher übliche Spannungsregelung durch Stufentransformator (urgestellt. Zu der konstanten Spannungsstufe, die dem Wicklungsteil a entspricht, können durch die Schalter 1, 2, 3 und d., die durch Kreuze angedeutet sind, weitere Spannungsstufen zugeschaltet werden.
Die entsprechende Spannungsregelung der Erfindung ist in Abb. 2 dargestellt. Wir erhalten zwei zweckmäßig gleiche Wicklungszweige a und b, von denen Anzapfungen zu den Schaltern 1, 2, 3, :I und 1', 2', 3', q.' führen. Auf der untersten Spannungsstufe sind nur die Schalter i und i' geschlossen, die anderen sind offen (im folgenden sollen auch immer die nicht genannten Schalter geöffnet sein), die Spannung am Transformator ist gleich der Spannung an einem der Wicklungszweige, z. B. gleich e; auf der zweiten Stufe sind die Schalter :2 und 2' geschlossen, die Wicklungsteile zwischen den Schaltern 2 und 4 und 2' und d.' sind parallel geschaltet, die Spannung ist de, 3; auf der dritten Stufe sind die Schalter 3 und 3' geschlossen, die Spannung ist 5e,3; und auf der höchsten Spannungsstufe sind die Schalter .1 und 4' geschlossen, elie Spannung ist 2e. Bei der o, ersten Spannungsstufe ist die spezifische Beanspruchun,-der Wicklung bei der neuen Schaltung (Abb. 2) dieselbe wie bei der alten Schaltung (Abb. i ). Bei der untersten Spainungsstufe ist dagegen die spezifische Beanspruchung im ersten Falle nur '/, von der im zweiten Falle, und in Zwischenstellungen liegt die Ausnutzung zwischen diesen beiden Grenzwerten.
Um die Unterbrechung Ales Stromkreises beim Übergang von einer Spannungsstufe zur anderen zu vermeiden, kann man bei der Schaltung nach Abb.2 die Unischaltung an (ien beiden Wicklungszweigeir nacheinander ausführen. Um z. B. von der untersten Steife, wo nur die Schalter i u--(1 i' geschlossen sind, auf die nächste Stufe überzugehen, kann nian erst den Schalter i öffnen, dann den Schalter 2 schließen, hierauf den Schalter i' öitnen und den Schalter 2' schließen. In den Übergangsstellungen sind dann zwei ungleiche Wicklungszweige parallel geschaltet: die Induktivität des Kurzschlußkreises ist aber wegen der Länge der einzelnen Wicklungszweige sehr groß, so daß der Ausgleichstroni in mäßigen Grenzen bleibt. Bei der Schaltun,-nach AH). i muß dagegen jede einzelne Widerstandsstufe kurzgeschlossen werden, wenn die Unterbrechung des Stromkreises vermieden werden soll. Um bei der Schaltung nach Abb.2 den Ausgleichstrom in den Widerstandsstufen noch weiter zu verringern, kann man die Drosselspulen d einbauen, die zweckmäßig einen gemeinsamen Eisenkern erhalten, so claß der Hauptstrom in ihnen keinen induktiven Spannungsabfall hervorruft. In diesem Falle kann man auch die Übergangsstufen als Hauptstufen ausbilden, so daß man mit acht Schaltern sieben Spannungsstufen erhält. Die Schalter in Abb. 2 sind für den halben Strom zu bemessen wie die Schalter in Abb. i. Der Strom verteilt sich hier immer gleichmäßig auf die parallel liegenden Schalter, weil jeder Schalter zu einer besonderen Transformatorwicklung führt.
Bei der Schaltung nach Abb.2 kann die Spannung nur im Verhältnis I :2 geregelt werden. Eine Spannungsregelung im Verhältnis I :4 ist in Abb.3 dargestellt. Wir erhalten sieben Hauptstufen, und zwar sind auf der ersten Stufe (Spannung e) die Schalter I, 5, 6, io, 1I, 15 geschlossen, auf der zweiten Stufe (Spannung i, 5e) die Schalter i, 5, 7, 9, 11, 15, auf der dritten (Spannung 2e) die Schalter I, 5, 8, 1I, 15, auf der vierten (Spannung 2, 5e) die Schalter 2, 5, 8, 11, 15, auf der fünften (Spannung 3e) die Schalter 2, 4, 8, 12, 14, auf der sechsten (Spannung 3, 5e) die Schalter 3, 8, 12, 14, und auf der siebenten (Spannung 4e) sind die Schalter 3, 8, 13 geschlossen. Die Wicklung ist hierbei auf der untersten Spannungsstufe 16mal besser ausgenutzt als bei der bisher üblichen Schaltung. Auf der zweiten Stufe läßt sich die Ausnutzung der Wicklung noch etwas verbessern, wenn auch die Schalter 16 und 17 geschlossen werden, deren zugehörige Leitungen in Abb.3 gestrichelt gezeichnet sind. Die Reihenfolge der Schalter kann, wie man sich leicht überzeugt, auch noch in anderer Reihenfolge stattfinden, um denselben Zweck zu erreichen.
Bei einer Spannungsregelung im Verhältnis I : 3 verwendet man zweckmäßig drei Wicklungszweige. Denken wir uns z. B. in Abb. 3 den rechten Wicklungszweig weg, so sind auf der ersten Stufe die Schalter I, 5, 6, io, auf der zweiten 2, 4, 6, io, auf der dritten 2, 4, 7, 9, auf der vierten 3, 7, 9 und auf der fünften die Schalter 3, 8 geschlossen.
Bei der bisher üblichen Schaltung nach Abb. i wird zuweilen zur Vermeidung der Unterbrechung des Stromkreises eine zweiteilige Drosselspule d verwendet, wie es in Abb 4. dargestellt ist. Auf der ersten Spannungsstufe sind dann die Schalter i und 2, auf der zweiten die Schalter 2 und 3 und auf der dritten die Schalter 3 und 4 geschlossen. Die entsprechende Schaltung der Erfindung ist in Abb. 5 dargestellt; es finden hier zwei entsprechende Drosselspulen d und d' Anwendung. Auf der ersten Spannungsstufe sind die Schalter I, 2, I', 2' geschlossen, auf der zweiten die Schalter 2, 3, 2', 3' und auf der dritten die Schalter 3, 4, 3', 4'. Bei der Schaltung nach Abb.5 verursacht der Hauptstrom in den Übergangsstellungen, wo nur ein Schalter geschlossen ist, einen beträchtlichen induktiven Spannungsabfall. Dieser Abfall läßt sich bei der Schaltung nach Abb.5 vermeiden, wenn die Drosselspulen d und d' einen gemeinsamen Eisenkern erhalten. Zu den drei Hauptstufen kommen dann noch drei Zwischenstufen. In der ersten Zwischenstufe ist Schalter i und i' geschlossen, in der zweiten 2 und 2', in der dritten 3 und 3' und in der vierten 4 und q.'.
Man kann bei Abb. 5 mit nur acht Schaltern auch noch mehr als sieben Spannungsstufen erreichen, wenn man die Umschaltung an beiden Wicklungszweigen nicht gleichzeitig, sondern nacheinander vornimmt. Man erreicht also mit der neuen Schaltung nicht nur eine wesentlich bessere Ausnutzung der Wicklung, sondern auch eine wesentliche Ersparnis an Schaltern. Außerdem ist, im Gegensatz zu der alten Schaltweise, die Streuinduktivität in der unterste:I Stufe nicht größer als in der obersten Spannungsstufe; in allen anderen Stufen ist sie kleiner als hei der alten Schaltungsweise.
Bei Mehrphasenstrom kann jede Wicklungsphase in derselben Weise geschaltet werden wie die Wicklung bei Einphasenstrom. Man kann hier aber auch. von der Polygonschaltung in Sternschaltung übergehen. Für Dreiphasenstrom ist eine solche Schaltung in Abb. 6 dargestellt. Darin sind a, h und c die drei Wicklungszweige; je ein Ende dieser drei- Zweige führt zu .den Klemmen des Systems, das andere Ende ist mit dem beweglichen Kontakt verbunden, der an den benachbarten Zweigen verschoben wird. Nach dieser Schaltung können Induktionsmotoren mit Kurzschlußanker ohne Verwendung eines besonderen Anlaßtransformators oder besonderer Vorschaltwiderstände angelassen werden. Beim Anlassen sind z. B. die Wicklungsstränge in Stern geschaltet (Abb. 7a), im Betrieb in Dreieck (Abb. 7b) ,; Abb. 6 stellt dann die Übergangsschaltung vonAnlauf inBetrieb dar. Dieselbe Schaltung kann auch verwendet werden, um bei Motoren, die häufig mit geringer Last im Betrieb sind, Wirkungsgrad und Leistungsfaktor zu verl-essern. Bei Vollast ist z. B. die Wicklung nach Abb. 7b geschaltet, bei geringerer Last nach Abb.6, wobei dann der Motor entsprechend der kleineren Belastung schwächer magnetisiert ist.
Ändert man bei einem Transformator die Windungszahlen der Primär- und der Sekundärwicklung gleichzeitig im selben Sinne, so kann ohne wesentliche Änderung der Übersetzung die Magnetisierung des Transformators so eingestellt werden, -daß sich die kleinste gesamte Wärmeentwicklung im Transformator ergibt. Solche Regelung erfolgt zweckmäßig nach der Erfindung, z. B. nach Abb. 6, wobei im allgemeinen wenige Regelungsstufen genügen werden, die z. B. bei '(., und 2,/,, der Zollast auf solche Magnetisierung umschalten, die den kleinsten Verlusten von Null bis 1/2, von 'f" bis zj,, und von % bis 3/., Vollast entsprechen. Um hierbei Spannungsschwankungen während der Umschaltung zu vermeiden, können zwei oder mehrere Transformatoren dauernd oder vorübergehend parallel geschaltet werden, so daß der umzuschaltende Transformator während der Umschaltung vom Netz abgetrennt werden kann. Die Umschaltung kann von Hand oder selbsttätig mittelbar durch den Belastungsstrom erfolgen.
Die Erfindung Lescliränkt sich nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsformen. Im besonderen können die hier beschriebenen Regelungen auch mit anderen Regelungseinrichtungen vereinigt «-erden, sei es, um den Regelungsbereich, der sich 1-ei den hier beschriebenen Schaltungen ergibt, zu erhöhen, sei es, tim die bekannten Regelungsverfahren wirtschaftlicher zu gestalten.
Wenn die Umschaltung im Sinne der Erfindung nicht während des Betriebes erfolgen muß, kann der bewegliche Kontakt, der zur besseren Veranschaulichung der Erfindung in den Ausführungsbeispielen angenommen ist, auch durch auswechselbare Verbindungsstücke ersetzt werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: z. Elektrisches Regelungssystem mit mindestens zwei Wicklungszweigen bei Einphasenwicklungen (oder einer Phase bei Mehrphasemvicklungen) und mindestens m-Wicklungszweigen bei in-Phasenwicklungen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ende jedes Zweiges mit einem Kontakt verbunden ist, der sich zur Regelung an den Anzapfstellen eines der anderen Wicklungszweige vorbebewegt, und (iaß der Strom an den freien Enden zu-und abgeführt wird, so daß sich in der einen Grenzstellung möglichst viele Teile der Wicklung in Parallel-, bei Dreiphasenstrom in Dreieckschaltung, in der anderen Grenzstellung möglichst viele Teile in Reihen- oder Sternschaltung befinden.
2. Elektrisches Regelungssystem nach Anspruch r, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschaltung nicht durch Verschieben eines beweglichen Kontaktes, sondern durch Schalter oder auswechselbare Verbindungsstücke erfolgt.
3. Elektrisches Regelungssystem nach len Ansprüchen r und 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Stufentransformatoren cxler elektrischen Wicklungen die parallel geschalteten Wicklungsteile mit Drosselspulen in Reihe geschaltet sind, um beim 1Jbergang von einer Stufe zur anderen unter Vermeidung der Unterbrechung des Stromkreises den Ausgleichstroin der parallel geschalteten Wicklungszweige möglichst zu beschränken. d..
Elektrisches Regelungssystem nach den Ansprüchen r und -2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Wicklungszweig zur Vermeidung von Unterbrechungen eine all sich bekannte Drosselspule mit zwei Wicklungsteilen erhält (z. B. d und d' in Abb. 5), «-elche zweckmäßig einen gemeinsamen magnetischen Kreis besitzen.
5. Elektrisches Regelungssystem nach .-Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschaltung der einzelnen Kontakte nicht gleichzeitig, sondern nacheinander stattfindet, zu dem Zwecke, bei gegebener Schalterzahl möglichst viele Schaltstufen zu erhalten.
6. Elektrisches Regelungssystem nach Anspruch r, bestehend aus einer Dreiphasenwicklung, dadurch gekennzeichnet, daß die Sternschaltung allmählich oder sprungweise in Dreieckschaltung oder die Dreieckschaltung in Sternschaltung übergeführt wird.
7. Elektrisches Regelungssystem nach Anspruch r für Transformatoren, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung sowohl im primären wie im sekundären Teile stattfindet, zu dem Zwecke, bei im wesentlichen unveränderlicher Übersetzung die Magnetisierung des e Transformators zu verändern, um sie der Belastung des Transformators anzupassen und bei geringem Materialaufwand den Transformator hei verschiedenen Belastungen mit möglichst günstigem Wirkungsgrad arbeiten zu lassen. B.
Elektrisches Regelungssystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschaltung der Wicklung nach Abtrennung vom Netz erfolgt, wobei zur Vermeidung der Unterbrechung der Stromlieferung ein zweiter Transformator dauernd oder vorübergehend parallel geschaltet sein kann.
9. Elektrisches Regelungsverfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschaltung der Wicklungen selbsttätig in Abhängigkeit vom Belastungsstrom erfolgt.