DE4231353A1 - Stufenschalter - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Stufenschalter, der einen Widerstand als eine strombegrenzende Impedanz sowie einen Widerstand als ein Unterbrechungs- oder Stromabschaltelement bei einem Vorgang zur Änderung der Stufe (der Anzapfung) verwendet.

Im Stand der Technik wird ein Stufenschalter zur Spannungseinstellung bei einem belasteten Transformator verwendet, durch Bereitstellung von mit Anzapfungen versehenen Wicklungen des Transformators, und durch Umschalten der Anzapfungen. Kürzlich vorgeschlagene Stufenschalter verwenden ein Vakuumventil als ein Unterbrechungselement, anstelle eines Unterbrechungselements des ölgekapselten Typs, um dessen Größe zu verringern, jedoch die Verläßlichkeit zu erhöhen.

Es ist wohl bekannt, daß ein Vakuumventil Kontakte zur Stromunterbrechung in einem Vakuumgefäß aufweist, das aus einem Isolator, beispielsweise Keramik besteht, und daß ein ausdehnbarer Federbalg dazu verwendet wird, das Vakuum in dem Gefäß auf der beweglichen Seite zu halten. Ein derartiges Vakuumventil findet unterschiedliche Anwendungen, da es erheblich bessere Stromabschaltleistungen aufweist als Kontakte, die sich in Luft oder in Öl befinden.

Allerdings weist das Vakuumventil die Schwierigkeiten auf, daß es im allgemeinen recht kostenaufwendig ist, daß es eine verhältnismäßig geringe mechanische Festigkeit aufweist, da es aus einem Isolator wie beispielsweise Keramik hergestellt ist, und darüberhinaus, daß es eine niedrige Spannungsfestigkeit zwischen den Kontakten aufweist, da ein Kontaktspalt zwischen den beweglichen und den ortsfesten Kontakten auf einen Bereich innerhalb weniger Millimeter begrenzt werden muß, angesichts der mechanischen Belastbarkeit von Federbälgen.

Falls das Vakuumventil als ein Unterbrechungselement für ein Gerät eingesetzt wird, bei welchem sehr häufig Verbindungen bzw. Unterbrechungen durchgeführt werden müssen, beispielsweise bei einem Stufenschalter, so sollte die Benutzung des Vakuumventils soweit wie möglich verringert werden, um die gesamte Verläßlichkeit des Geräts sicherzustellen. Damit das Gesamtgerät kompakt wird, sollte die Anzahl der das Gerät bildenden Elemente minimalisiert werden, während die grundsätzliche Leistung des Geräts aufrechterhalten wird, also wie bei jedem Gerät.

Ein Beispiel für einen Stufenschalter unter Verwendung eines Vakuumventils ist eine mit zwei Widerständen und vier Ventilen versehene Schalter-Schaltung, wie sie in der japanischen Veröffentlichung Nr. 62-16 004 eines geprüften Patents beschrieben ist. Die Schalter-Schaltung verwendet zwei Vakuumventile, um die Schwierigkeit bezüglich der niedrigen Spannungsfestigkeit zwischen den Kontakten zu überwinden. Die beiden Vakuumventile sind in Reihe geschaltet, um so einen UND-Zustand herzustellen.

Diese Vorgehensweise erfordert 6 Widerstände und 12 Vakuumventile für eine Schaltungsanordnung mit drei Phasen. Diese Vorgehensweise ist geeignet für ein Gerät großer Kapazität, bei welchem der Verläßlichkeit die höhere Priorität eingeräumt wird. Im Gegensatz hierzu ist diese Vorgehensweise nicht für ein Gerät kleiner Kapazität geeignet, da die allzuvielen Elemente das Gerät teuer machen und keine kompakte Auslegung zulassen. Es gibt bekannte Techniken zur Lösung des Problems, von denen eine ein Stufenschalter mit einem Widerstand und drei Ventilen ist, wie in der japanischen Veröffentlichung Nr. 57-1 94 509 eines ungeprüften Patents beschrieben ist, und eine andere ist ein Stufenschalter mit einem Widerstand und einem Ventil, der in der japanischen Veröffentlichung eines ungeprüften Patents Nr. 60-47 405 beschrieben ist.

Diese Techniken sind gegenüber dem Stufenschalter, der voranstehend erwähnt wurde und zwei Widerstände und vier Ventile aufweist, in Hinblick auf die Anzahl der Schaltungselemente vorteilhaft, da diese verringert werden. Allerdings erfordert der Stufenschalter des Typs mit einem Widerstand und drei Ventilen einen Spannungsfestigkeitsschutz der Vakuumventile zwischen den Kontakten, wogegen der Stufenschalter mit einem Widerstand und einem Ventil eine verlängerte Leitungszeit des strombegrenzenden Widerstands aufgrund seines mechanischen Aufbaus zeigt, wodurch ein Widerstand mit großer termischer Kapazität erforderlich wird. Daher sind diese Arten nicht vollständig zufriedenstellend.

Dies wird unter Bezug auf zugehörige Zeichnungen erläutert. Die Fig. 26A und 26B zeigen eine Schalter-Schaltung eines Typs mit einem Widerstand und drei Ventilen bzw. dessen Umschaltsequenz. In Fig. 26A bezeichnet TW eine Anzapfungswicklung und T₁ und T₂ Anzapfungen. M₁ und M₂ stellen Anzapfungs-Selektoren dar, die jeweils an die Anzapfungen T₁, T₂ angeschlossen sind. H_A und H_B sind Hauptventile, die jeweils in Reihe an die Anzapfungs-Selektoren M₁ und M₂ angeschlossen sind. Die anderen Enden der Hauptventile sind an einen neutralen Punkt N einer Sternschaltung angeschlossen. R bezeichnet einen strombegrenzenden Widerstand, dessen eines Ende mit dem Anzapfungs-Selektor M₂ und mit dem Hauptventil H_B verbunden ist, und dessen anderes Ende an ein Widerstands-Ventil W angeschlossen ist. Das andere Ende des Widerstands-Ventils W ist mit dem neutralen Punkt N verbunden. Auf diese Weise ist die Schalter-Schaltung aufgebaut.

Fig. 26B ist eine Zeichnung, in welcher die Umschaltsequenz dargestellt ist, um den Betriebsablauf der Umschaltsequenz darzustellen. Ein Vorgang zur Änderung des Zustands von der Anzapfung T₁, die momentan in Fig. 26A benutzt wird, auf die Anzapfung T₂ verläuft wie folgt. Zunächst schließt das Widerstands-Ventil W, um einen Kurzschluß zwischen den Anzapfungen hervorzurufen. Ein Umlaufstrom fließt durch den strombegrenzenden Widerstand R zwischen den Anzapfungen, sobald das Widerstands-Ventil W geschlossen ist. Dann öffnet nach einer Zeit t₂ das Hauptventil H_A, so daß ein Laststrom durch die I_L durch das Widerstands-Ventil W und den strombegrenzenden Widerstand R fließt. Schließlich schließt das andere Hauptventil H_B nach einer Zeit t₃, um den Laststrom I_L zum Schließen durch das Hauptventil H_B zu veranlassen, wodurch die Umschaltung auf die Anzapfung T₂ beendet ist. Zu diesem Zeitpunkt wird der Laststrom I_L in dem strombegrenzenden Widerstand R 0.

Eine extreme Schwäche einer Vorrichtung dieser Art stellt die niedrige Spannungsfestigkeit zwischen den Kontakten des Vakuumventils dar, wie voranstellend beschrieben. Wenn eine abnorme Spannung in die Schaltung eintritt, beispielsweise ein externer Blitzschlag, so gibt es eine höhere Wahrscheinlichkeit für das Auftreten eines Kurzschlusses zwischen den Anzapfungen, so daß die Isolierung zwischen den Kontakten des Vakuumventils unterbrochen wird, als bei den anderen Typen. Wenn ein externer Blitzschlag die Isolierung zwischen den Kontakten in dem Hauptventil H_B in diesem Zustand, der in Fig. 26A gezeigt ist, unterbricht, so bildet sich ein Kurzschluß zwischen den Anzapfungen durch das Vakuumventil H_A, so daß hierdurch ein hoher Strom fließt, der eine termische Zerstörung hervorruft, beispielsweise eines Kontakts in dem Leitungsweg. Die Leitungszeit T des strombegrenzenden Widerstands R kann auf den gleichen Wert gesetzt werden wie bei dem Typ mit zwei Widerständen und vier Ventilen, da die jeweiligen Umschaltzeiten t₁, t₂ und t₃ dadurch konstant gehalten werden können, daß eine Umschaltsteuerung der drei Vakuumventile durch einen Mechanismus erfolgt, der einen Nocken oder dergleichen verwendet. Dann ist auch die termische Kapazität des strombegrenzenden Widerstands R gleich, ohne daß es erforderlich ist, diese zu erhöhen.

Ein Verfahren zur Vermeidung des beschriebenen Kurzschlusses besteht in einem Schutzverfahren, wie es in der japanischen Veröffentlichung eines ungeprüften Patents Nr. 57-1 94 509 beschrieben ist, wobei eine Sicherung, die sofort durch einen Kurzschlußstrom geschmolzen wird, zwischen den Anzapfungs-Selektor M_1, M₂ und das Hauptventil H_A, H_B eingefügt wird. Ein weiteres Verfahren ist in der japanischen Veröffentlichung eines ungeprüften Patents Nr. 50-52 525 beschrieben und besteht darin, einen Schutz gegen die Schwäche der geringen Spannungsfestigkeit zwischen den Kontakten dadurch zur Verfügung zu stellen, daß Hilfsschalter in Reihe mit den Hauptventilen H_A, H_B geschaltet werden. Daher kann bei dem Stufenschalter des Typs mit einem Widerstand und drei Ventilen die Anzahl von Schaltungselementen verringert werden, jedoch ist eine zusätzliche Schutzvorrichtung erforderlich, und dies macht es schwierig, einen zufriedenstellend kompakten Aufbau und einen niedrigen Preis des herzustellenden Gerätes zu erzielen.

Als nächstes wird ein Stufenschalter des Typs mit einem Widerstand und einem Ventil beschrieben.

Fig. 27A ist eine Zeichnung einer Schalter-Schaltung eines Stufenschalters mit einem Widerstand und einem Ventil, und Fig. 27B ist eine Zeichnung von dessen Umschaltsequenz. In den Zeichnungen bezeichnet TW eine Anzapfungswicklung, und T₁, T₂ bezeichnen Anzapfungen, die an Anzapfungs-Selektoren M₁, M₂ angeschlossen sind. SA, SB sind Leitungskontakte, die selektiv in Reihe mit einem Vakuumventil VCB geschaltet sind. Ein beweglicher Kontakt Sm ist als ein gemeinsamer Kontakt ausgebildet, der alternierend wahlweise zwischen den Leitungskontakten SA und SB hin- und hergeschaltet werden kann. K ist ein Umschalter eines strombegrenzenden Widerstands R, bei welchem ein beweglicher Kontakt C alternierend stationäre Kontakte A, B auswählen kann.

Die Schaltung wird dadurch vervollständigt, daß ein Ende des Vakuumventils VCB und ein Ende des strombegrenzenden Widerstandes R mit einem neutralen Punkt N verbunden werden. Ein Umschaltvorgang von dem in Fig. 27A gezeigten Zustand zur Anzapfung T₂ geschieht wie folgt. Der Umschalter K bewegt sich zuerst von dem stationären Kontakt A zu dem stationären Kontakt B, und es wird ein Kurzschluß zwischen den Anzapfungen über den strombegrenzenden Widerstand R hervorgerufen. Ein Umlaufstrom fließt durch den strombegrenzenden Widerstand R zwischen den Anzapfungen. Dann öffnet das Vakuumventil VCB nach einer Zeit t₂, um einen Laststrom I_L abzuschneiden und den Laststrom I_L dem strombegrenzenden Widerstand R zuzuführen. In einem stromlosen Zustand wird der bewegliche Kontakt Sm von dem leitenden Kontakt SA auf den Kontakt SB umgeschaltet. Dann schließt das Vakuumventil VCB, um den Laststrom I_L der Anzapfung T₂ zuzuführen, wodurch der Umschaltvorgang beendet ist.

Bei dieser Vorgehensweise wird nur eine Spannung zwischen den Anzapfungen an die leitenden Kontakte SA, SB angelegt, die in Reihe mit dem Vakuumventil VCB geschaltet sind, und das Vakuumventil VCB ist während des Betriebs des Transformators immer geschlossen. Es besteht keine Befürchtung, daß zwischen den Anzapfungen infolge eines dielektrischen Zusammenbruchs zwischen den Kontakten des Vakuumventils VCB ein Kurzschluß auftritt.

Allerdings ist es schwierig, den Umschalter K sofort synchron mit dem Vakuumventil VCB zu bewegen, wie dies aus einer Ausführungform der japanischen Veröffentlichung eines ungeprüften Patents Nr.60-47 405 hervorgeht. Für den Umschalter K ist unvermeidlicherweise eine getrennte Antriebsvorrichtung erforderlich. Dann werden die jeweiligen Umschaltzeiten t₁, t₂ länger, und dies führt zu einer Verlängerung der Leitungszeit T des strombegrenzenden Widerstands R. Daher muß der strombegrenzende Widerstand eine große termische Kapazität aufweisen, und dies widerspricht der Anforderung nach einem kompakten Aufbau.

Da eine Anzapfungs-Spannung zwischen Anzapfungen T₁ und T₂ an den Umschalter K angelegt wird, kann darüberhinaus beim Umschalten ein Schließ-Lichtbogen hervorgerufen werden. Dieses Phänomen spielt keine signifikante Rolle im Falle eines ölgekapselten Systems. Allerdings würde ein Stufenschalter (Anzapfungs-Umschalter für Schalten unter Last) des gasisolierten Typs durch den Schließ-Lichtbogen beeinträchtigt, da SF₆-Gas als Isoliermedium termisch zersetzt wird. Hierdurch würde die Isolierung beeinträchtigt, und Zersetzungsprodukte könnten umgebende Metallteile korrodieren, was zu grundsätzlichen Fehlern führt.

Der Betrieb des Vakuumventils VCB kann durch einen Mechanismus wie beispielsweise einen Nocken oder dergleichen auf dieselbe Weise wie bei den anderen Typen durchgeführt werden, so daß sichergestellt werden kann, daß die Umschaltzeiten t₃, t₄ und t₅ gleich denen bei den anderen Verfahren sind. Wie erläutert weist jeder der voranstehend beschriebenen Typen Vorteile und Nachteile auf und erreicht nicht das Ziel, einen zufriedenstellenden Umschalter mit kompaktem Aufbau und niedrigen Kosten zur Verfügung zu stellen.

Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht in der Bereitstellung eines Stufenschalters, der eine Leitungszeit des strombegrenzenden Widerstands aufweist, die gleich der bei dem Typ mit einem Widerstand und drei Ventilen ist, und der einen Kontaktspannungsfestigkeitsschutz des Vakuumventils aufweist, der gleich dem bei dem Typ mit einem Widerstand und einem Ventil ist, wobei die Leitungszeit des strombegrenzenden Widerstands verringert ist, das Auftreten eines Schließ-Lichtbogens vermieden wird, die Spannungsfestigkeit zwischen den Kontakten des Vakuumventils verbessert ist, die Gesamt-Verläßlichkeit des Geräts vergrößert ist, und der Aufbau praktischer ist, mit kompakten Abmessungen und niedrigem Preis.

Die vorliegende Erfindung ist nachstehend geschildert:

Ein Stufenschalter (Umschalter für Anzapfungen unter Last) weist folgende Teile auf: Anzapfungs-Selektoren M₁, M₂ zur Auswahl jeweiliger Anzapfungen T₁, T₂; stationäre Kontakte SA, SB eines Umschalters S, die jeweils in Reihe mit den Anzapfungs-Selektoren geschaltet sind; einen beweglichen Kontakt Sm des Umschalters, der mit jedem der stationären Kontakte SA, SB verbindbar ist; ein Hauptventil H, welches an den beweglichen Kontakt Sm und an einen neutralen Punkt N angeschlossen ist; und einen strombegrenzenden Widerstand R, der an einem Ende an einen (M₂) der Anzapfungs-Selektoren und an seinem anderen Ende über ein Widerstandsventil W an den neutralen Punkt N angeschlossen ist.

Weiterhin wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein Stufenschalter vorgeschlagen, der folgende Teile aufweist: Anzapfungsselektoren M₁, M₂ zur Auswahl jeweiliger Anzapfungen T₁, T₂; einen Umschalter S, der stationäre Kontakte SA, SB aufweist, die in Reihe jeweils mit den Anzapfungs-Selektoren geschaltet sind, sowie einen beweglichen Kontakt Sm; ein Hauptventil H und ein Widerstandsventil W als ein Stromabschneideelement; und einen strombegrenzenden Widerstand R, der bei einem Vorgang der Umschaltung der Anzapfung verwendet wird; wobei weiterhin eine Antriebswelle 2 vorgesehen ist, die direkt mit einer Energiespeichervorrichtung 1 versehen ist, auf welcher ein Nocken 8 befestigt ist, um das Hauptventil H und das Widerstandsventil W in einer vorbestimmten Reihenfolge zu öffnen und zu schließen; ein auf der Antriebswelle 2 befestigter erster Arm 21, an dessen Vorderende eine Rolle 23 angebracht ist; eine drehbar gegenüberliegend dem ersten Arm 21 angeordnete Lasche 22, in welcher ein V-förmiger Schlitz 35 für die Rolle 23 des ersten Arms 21 ausgebildet ist, so daß diese in den Schlitz hineinpaßt, sowie ein länglicher Schlitz 36, der sich in Radialrichtung der Antriebswelle 2 erstreckt; und ein zweiter Arm 51, der drehbar koaxial auf der Antriebswelle 2 angebracht ist, und mit einer Rolle 52 versehen ist, die in den länglichen Schlitz 36 paßt, und den beweglichen Kontakt Sm des Umschalters S bewegt; wobei die Rolle 23 des ersten Arms 21 einen Leerlaufbetrieb in dem V-förmigen Schlitz 35 innerhalb eines Bereiches des Öffnungs- und Schließbetriebs des Hauptventils H und des Widerstandsventils W über den Nocken durchführt.

Weiterhin wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein Stufenschalter zur Verfügung gestellt, der folgende Teile aufweist: Anzapfungs-Selektoren M₁, M₂ zur Auswahl einer zugehörigen Anzapfung T₁, T₂; einen Umschalter S, der jeweils in Reihe mit dem zugehörigen Anzapfungs-Selektor geschaltete stationäre Kontakte SA, SB sowie einen beweglichen Kontakt Sm aufweist; ein Hauptventil H und ein Widerstandsventil W als ein Stromabschneideelement; und einen strombegrenzenden Widerstand R, der bei einem Vorgang der Anzapfungsumschaltung verwendet wird; wobei weiterhin eine direkt an ein Energiespeichergerät 101 angeschlossene Antriebswelle 102 vorgesehen ist, auf welcher ein Nocken 108 befestigt ist, um das Hauptventil H und das Widerstandsventil W in einer vorbestimmten Reihenfolge zu öffnen und zu schließen; und ein auf der Antriebswelle 102 befestigtes bewegliches Teil 150, welches den beweglichen Kontakt Sm des Umschalters S radial beweglich an seinem Vorderende hält; wobei die jeweiligen stationären Kontakte SA, SB des Umschalters S so angeordnet sind, daß sie mit dem beweglichen Kontakt auf einem Außenumfang des beweglichen Teils 150 in Berührung treten können.

Weiterhin wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein Stufenschalter zur Verfügung gestellt, der folgende Teile aufweist: Ein Hauptventil H und ein Widerstandsventil W als ein Stromabschneideelement, und bei einem Vorgang der Anzapfungs-Umschaltung verwendete strombegrenzende Widerstände 206A, 206B, wobei weiterhin eine Antriebswelle 202 vorgesehen ist, die direkt mit einem Energiespeichergerät 201 verbunden ist, ein auf der Antriebswelle 202 befestigter Nocken 207, um das Hauptventil H und das Widerstandsventil W in einer vorbestimmten Reihenfolge zu schließen, und eine auf dem Nocken 207 befestigte Rippe 271, um während der Drehung der Antriebswelle 202 den strombegrenzenden Widerständen Gebläsewind zuzuführen.

Bei der vorliegenden Erfindung ist die Leitungszeit des strombegrenzenden Widerstands gleich der bei dem Typ mit einem Widerstand und drei Ventilen, und der Kontaktspannungsfestigkeitsschutz des Vakuumventils ist derselbe wie bei dem Typ mit einem Widerstand und einem Ventil, infolge der voranstehend beschriebenen Anordnung. Das Vakuumventil ist in Reihe mit dem strombegrenzenden Widerstand geschaltet. Die Vakuumventile sind koaxial zusammen um eine einzige Achse herum angeordnet. Weiterhin kann der strombegrenzende Widerstand momentan gleichzeitig mit den leitenden Kontakten betätigt werden, die mit ihm in Reihe geschaltet sind, um hierdurch die Leitungszeit T des strombegrenzenden Widerstands zu verkürzen und keinen Schließ-Lichtbogen zu erzeugen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert, aus welchen sich weitere Vorteile und Merkmale ergeben. Es zeigt

Fig. 1A bis 1F Schaltbilder mit einer Darstellung der aufeinanderfolgenden Schritte des Umschaltvorgangs bei einer ersten Ausführungsform eines Stufenschalters gemäß der vorliegenden Erfindung,;

Fig. 2 ein Diagramm der Schaltsequenz der ersten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 3 eine Querschnittsansicht mit einer Darstellung der ersten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 4A und 4B detaillierte Zeichnungen des Umschalters bei der ersten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei Fig. 4A eine Schnittansicht ist und Fig. 4B eine Aufsicht;

Fig. 5 eine Schnittansicht entlang der Linie V-V in der Richtung der Pfeile in Fig. 3;

Fig. 6A und 6B Zeichnungen zur Erläuterung des Betriebsablaufs der ersten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei Fig. 6A eine Aufsicht des Umschalters ist, und 6B eine Abwicklung eines Nockens;

Fig. 7A und 7B Zeichnungen zur Erläuterung des Betriebsablaufs der ersten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei Fig. 7A eine Aufsicht des Umschalters ist, und Fig. 7B eine Abwicklung des Nockens,;

Fig. 8A und 8B Zeichnungen zur Erläuterung des Betriebsablaufs der ersten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei Fig. 8A eine Aufsicht des Umschalters ist, und Fig. 8B eine Abwicklung des Nockens;

Fig. 9A und 9B Zeichnungen zur Erläuterungen des Betriebsablaufs der ersten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei Fig. 9A eine Aufsicht des Umschalters ist, und Fig. 9B eine Abwicklung des Nockens;

Fig. 10A und 10B Zeichnungen zur Erläuterung des Betriebsablaufs der ersten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei Fig. 10A eine Aufsicht des Umschalters ist, und Fig. 10B eine Abwicklung des Nockens;

Fig. 11A und 11B Zeichnungen zur Erläuterung des Betriebsablaufs der ersten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei Fig. 11A eine Aufsicht des Umschalters ist, und Fig. 11B eine Abwicklung des Nockens;

Fig. 12 eine Querschnittsansicht mit einer Darstellung der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 13A und 13B detaillierte Zeichnungen eines Umschalters bei der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei 13A eine Querschnittsansicht ist, und Fig. 13B eine Aufsicht,;

Fig. 14 eine Querschnittsansicht entlang der Linie IV-IV in der Richtung der Pfeile in Fig. 12;

Fig. 15A, 15B und 15C Zeichnungen zur Erläuterung eines Betriebsablaufs der zweiten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei Fig. 15A ein Schaltbild der Umschaltreihenfolge ist, Fig. 15B eine Abwicklung eines Nockens, und Fig. 15C eine Zeichnung zur Darstellung eines Zustands des Schließvorgangs und des Unterbrechungsvorgangs des Umschalters ist;

Fig. 16A, 16B und 16C Zeichnungen zur Erläuterung eines Betriebsablaufs der zweiten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei Fig. 16A ein Schaltbild der Umschaltreihenfolge ist, Fig. 16B eine Abwicklung eines Nockens, und Fig. 16C eine Zeichnung zur Darstellung eines Zustands des Schließvorgangs und des Unterbrechungsvorgangs des Umschalters ist;

Fig. 17A, 17B und 17C Zeichnungen zur Erläuterung eines Betriebsablaufs der zweiten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei Fig. 17A ein Schaltbild der Umschaltreihenfolge ist, Fig. 17B eine Abwicklung eines Nockens, und Fig. 17C eine Zeichnung zur Darstellung eines Zustands des Schließvorgangs und des Unterbrechungsvorgangs des Umschalters ist;

Fig. 18A, 18B und 18C Zeichnungen zur Erläuterung eines Betriebsablaufs der zweiten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei Fig. 18A ein Schaltbild der Umschaltreihenfolge ist, Fig. 18B eine Abwicklung eines Nockens, und Fig. 18C eine Zeichnung zur Darstellung eines Zustands des Schließvorgangs und des Unterbrechungsvorgangs des Umschalters ist;

Fig. 19A, 19B und 19C Zeichnungen zur Erläuterung eines Betriebsablaufs der zweiten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei Fig. 19A ein Schaltbild der Umschaltreihenfolge ist, Fig. 19B eine Abwicklung eines Nockens, und Fig. 19C eine Zeichnung zur Darstellung eines Zustands des Schließvorgangs und des Unterbrechungsvorgangs des Umschalters ist;

Fig. 20A, 20B und 20C Zeichnungen zur Erläuterung eines Betriebsablaufs der zweiten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei Fig. 20A ein Schaltbild der Umschaltreihenfolge ist, Fig. 20B eine Abwicklung eines Nockens, und Fig. 20C eine Zeichnung zur Darstellung eines Zustands des Schließvorgangs und des Unterbrechungsvorgangs des Umschalters ist;

Fig. 21 eine Aufsicht mit einer Darstellung einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 22 eine Querschnittsansicht entlang der Linie II-II in Fig. 21 mit einer Darstellung der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 23A und 23B Zeichnungen mit einer Darstellung der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei Fig. 23A eine Querschnittsansicht entlang der Linie III-III in Fig. 22 ist, und Fig. 23B eine vergrößerte Zeichnung eines Hauptteils;

Fig. 24 ein Schaltbild eines Umschalters des Typs mit zwei Widerständen;

Fig. 25A bis 25D Zeichnungen zur Erläuterung eines Betriebsablaufs des Umschalters mit zwei Widerständen;

Fig. 26A und 26B Zeichnungen mit einer Darstellung eines konventionellen Stufenschalters des Typs mit einem Widerstand und drei Ventilen, wobei Fig. 26A ein Schaltbild ist, und Fig. 26B ein Schaltsequenzdiagramm; und

Fig. 27A und 27B Zeichnungen mit einer Darstellung eines konventionellen Stufenschalters des Typs mit einem Widerstand und einem Ventil, wobei Fig. 27A ein Schaltbild ist, und Fig. 27B ein Schaltsequenzdiagramm.

Erste Ausführungsform

Die erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird im einzelnen unter Bezug auf die Fig. 1A bis 11B beschrieben. In den Fig. 1A bis 1F bezeichnet TW eine Anzapfungswicklung, und T₁ und T₂ bezeichnen deren einander benachbarte Anzapfungen. M₁, M₂ sind an die Anzapfungen T₁, T₂ angeschlossene Anzapfungs-Selektoren. SA, SB repräsentieren Leitungskontakte eines Umschalters S, wobei ein beweglicher Kontakt Sm über einen gemeinsamen Kontakt SC an ein Hauptventil H angeschlossen ist, wodurch die Struktur für einen gemeinsamen Kontakt gezeigt ist.

Das Hauptventil H wird selektiv in Reihe über einen Umschaltvorgang des Umschalters S mit einem der leitenden Kontakte SA, SB an einem Ende verbunden, und am anderen Ende mit einem neutralen Punkt N einer Sternschaltung eines Transformators. Ein strombegrenzender Widerstand R ist an einen mittleren Punkt zwischen dem Anzapfungs-Selektor M₂ und den leitenden Kontakt SB an einem Ende geschaltet, und in Reihe mit einem Widerstands-Ventil W an dem anderen Ende geschaltet. Das Widerstands-Ventil W ist mit dem neutralen Punkt N verbunden, wodurch die Schaltung vervollständigt wird.

Fig. 2 zeigt eine Sequenz des Umschaltvorgangs. Fig. 2 zeigt in der Reihenfolge aufeinanderfolgende Umschaltschritte, wie dies durch die Buchstaben in Fig. 1A bis 1F angegeben ist. Die Umschaltschritte werden in dieser Reihenfolge nachstehend erläutert.

• A) Der bewegliche Kontakt Sm wird mit dem leitenden Kontakt SA verbunden, und das Hauptventil H ist geschlossen, und dies repräsentiert einen Zustand des Betriebs mit der Anzapfung T₁. Ein Laststrom I_L schließt so, wie durch eine unterbrochene Linie angedeutet ist.
• B) Der Umschaltvorgang beginnt. Das Widerstands-Ventil W schließt, um einen Kurzschluß über das Hauptventil H und den Umschalter S zwischen den Anzapfungen T₁ und T₂ zu bilden. Ein zirkulierender Strom IC, der durch den strombegrenzenden Widerstand R begrenzt wird, fließt auf die dargestellte Weise.
• C) Das Hauptventil H öffnet, um den Laststrom I_L der Anzapfung T₂ zuzuführen, dem Anzapfungs-Selektor M₂, dem strombegrenzenden Widerstand R, und dem Widerstands-Ventil W.
• D) Nachdem das Hauptventil H öffnet, beginnt der bewegliche Kontakt Sm des Umschalters S, der stromlos ist, mit einer Bewegung, um den leitenden Kontakt SA zu verlassen.
• E) Der bewegliche Kontakt Sm des Umschalters S berührt den leitenden Punkt SB, der an die Anzapfung T₂ angeschlossen ist. In diesem Schritt fließt der Laststrom I_L weiterhin durch den strombegrenzenden Widerstand R.
• F) Das Hauptventil H schließt dann, um den Laststrom I_L der Anzapfung T₂ zuzuführen, dem leitenden Kontakt SB, dem beweglichen Kontakt Sm, und dem Hauptventil H. Der Umschaltvorgang auf die Anzapfung T₂ ist auf diese Weise beendet, so daß der Betrieb des Transformators in dem dargestellten Zustand weitergeht.

Der voranstehend beschriebene Schalter weist einen strombegrenzenden Widerstand R und zwei Vakuumventile auf (das Hauptventil H und das Widerstands-Ventil W), und wird daher als ein Typ mit einem Widerstand und zwei Ventilen bezeichnet.

Dieses Umschaltverfahren erfordert keine zusätzliche Antriebsquelle für den Umschalter S für das Schalten des strombegrenzenden Widerstands R, wie bei dem Typ mit einem Widerstand und einem Ventil. Der Umschalter S kann koaxial zur Antriebsquelle des Vakuumventils angeordnet sein, was eine Leitungszeit sicherstellt, die gleich der bei den anderen Typen ist. Daher kann der strombegrenzende Widerstand R eine thermische Kapazität aufweisen, wie sie konventionellerweise verwendet wird.

Während der Schalter des Typs mit einem Widerstand und drei Ventilen die Nachteile aufweist, daß die Spannung zwischen den Anzapfungen an die Vakuumventilkontakte angelegt wird, und daß beim Eintritt eines externen Blitzschlages eine hohe Spannung anliegt, überwindet der Schalter des Typs mit einem Widerstand und zwei Ventilen vollständig diese Nachteile, nämlich mit einer solchen Schaltungsanordnung, daß die Spannung zwischen den Anzapfungen auf dem Leitungspunkt SA, SB liegt, und daß die Vakuumventile während des Betriebs des Transformators immer geschlossen sind.

Nachstehend wird eine Ausführungsform mit einem verwendeten Aufbau eines Stufenschalters des Typs mit einem Widerstand und zwei Ventilen gemäß der vorliegenden Erfindung erläutert. In Fig. 3 bezeichnet die Bezugsziffer 1 ein Energiespeichergerät, welches Energie mit einer Schraubenfeder speichert, die durch eine Kraft von einem nicht dargestellten Motorbetätigungsmechanismus vorgespannt wird, und welche sofort die gespeicherte Energie freigibt, nachdem ein vorbestimmter Energiespeicherbetrag erreicht ist. Mit der Bezugsziffer 2 ist eine Antriebswelle bezeichnet, die direkt an eine Ausgangswelle des Energiespeichergeräts 1 angeschlossen ist, welches drehbar über Lager 7a, 7b gelagert ist, die jeweils auf der oberen Halterung 6 bzw. der unteren Isolatorhalterung 17 sitzen. Auf der Antriebswelle 2 sind ein Nocken 8 zum Öffnen und Schließen der Vakuumventile H, W und ein erster Arm 21 unterhalb der Isolierhalterung 17 befestigt, welche sich zusammen mit der Antriebswelle 2 drehen. Auf dem Nocken 8 sind Nuten 8a, 8b ausgebildet, um das Hauptventil H 14b und das Widerstands-Ventil W 14a in einer vorbestimmten Reihenfolge zu öffnen und zu schließen. Rollen 9a, 9b passen in die Nuten 8a, 8b. Fassungen 11a, 11b sind an den Rollen 9a, 9b angebracht. Die Nuten 8a, 8b sind über die Rollen 9a, 9b, die Fassungen 11a, 11b sowie Stangen 12a, 12b mit beweglichen Kontakten 15a der Vakuumventile 14a, 14b verbunden. Ein beweglicher Kontakt 15a arbeitet mit einem stationären Kontakt 15b zusammen, um entsprechend einer Bewegung des Nockens 8 einen Schließvorgang und einen Unterbrechungsvorgang auszuführen. Die Bezugsziffern 10a, 10b bezeichnen Schleiffedern, welche eine Kontaktkraft zur Verfügung stellen, die beim Schließen der Vakuumventile 14a, 14b erforderlich für eine Leitung zwischen dem beweglichen Kontakt 15a und dem stationären Kontakt 15b ist. Die Bezugsziffer 13 bezeichnet einen flexiblen Leitungsriemen, der mit dem beweglichen Kontakt 15a des Vakuumventils verbunden ist, der weiterhin an dem anderen Ende mit dem neutralen Punkt N verbunden ist, und der die Funktion aufweist, einen elektrischen Stromfluß zum beweglichen Kontakt 15a beim Schließen und Unterbrechen zur Verfügung zu stellen. Die Bezugsziffer 16 bezeichnet eine leitfähige Verbindungsplatte, zur Befestigung des stationären Kontakts 15b des Vakuumventils und zur Verbindung des stationären Kontakts 15b mit einem gemeinsamen Kontakt 27 (SC) des Umschalters S.

Die Isolierhalterung 17 ist scheibenförmig, und auf der Scheibe sind die Vakuumventile 14a, 14b und die Verbindungsplatte 16 für jede der drei Phasen mit gleichem Abstand angeordnet. Die Bezugsziffer 18 bezeichnet eine Stütze, die an einer unteren Stirnfläche der Isolierhalterung 17 angebracht ist, und die in ihrem Zentrum mit einem Lager 20 versehen ist, um den ersten Arm 21 drehbar zu haltern. Die Bezugsziffern 34 bzw. 24 bezeichnen einen Vorsprung bzw. ein Lager zur drehbaren Halterung einer mit einem V-förmigen Schlitz versehenen Lasche 22, und sind an der Isolierhalterung 17 über einen Schraubbolzen 32 und ein Fußgestell 25 oben bzw. unten befestigt. Wie im einzelnen in Fig. 5 dargestellt ist, ist der erste Arm 21 mit einer Rolle 23 versehen, die in den V-förmigen Schlitz der Lasche 22 paßt und sich in diesem dreht. Auf diese Weise wird Kraft von der Antriebswelle 22 über den ersten Arm 21 auf die Lasche 22 übertragen. Die Bezugsziffer 50 bezeichnet ein bewegliches Teil des Umschalters S, welches im einzelnen in den Fig. 4A und 4B gezeigt ist. Die Bezugsziffer 19 bezeichnet einen Isolierzylinder, der über Bolzen oder dergleichen auf der Stütze 18 gehaltert ist. Der Isolierzylinder 19 weist auf seinem Innenumfang den gemeinsamen Kontakt 27 (SC) und die leitenden Kontakte 28 (SA, SB) auf, die oben und unten angeordnet und mit dem Zylinder verbolzt sind. Wie aus Fig. 5 hervorgeht, steht ein Rollenkontakt 58 (Sm) des beweglichen Teils 50 in Berührung mit einem der Kontakte 27, 28, wodurch der Umschalter S gebildet wird.

Ein Strombegrenzungswiderstand 3 (R) ist oberhalb der oberen Halterung 6 über eine Isolierplatte 4 und einen Bolzen 5 befestigt, um beim Auftreten eines Kurzschlusses zwischen den Anzapfungen einen Umlaufstrom zu begrenzen.

Es gibt drei strombegrenzende Widerstände 3 (R), jeweils einen für jede der drei Phasen, mit gleichem Abstand auf der Isolierplatte 4, die scheibenförmig ist. In Fig. 4 bezeichnet die Bezugsziffer 51 einen zweiten Arm, der mit einer Rolle 52 versehen ist, die drehbar in einen länglichen Schlitz 36 der Lasche 22 paßt, und die auf die dargestellte Weise über einen Bolzen an einer Isolierplatte 53 befestigt ist. Kraft von der Lasche 22 wird über die Rolle 52 und den zweiten Arm 51 auf die Isolierplatte 53 übertragen. Die Isolierplatte 53 ist im wesentlichen dreieckförmig, und jede Spitze ist mit einer U-förmigen Nut 53A versehen. Ein Rollenkontakt 58, der einen beweglichen Kontakt Sm darstellt, ist in jede der U-förmigen Nuten 53A eingesetzt, und wird drehbar gehaltert über eine Kontakthalterung 56 sowie Stifte 57, 59. Eine Berührungskraft wird auf den Rollenkontakt 28 über einen Federschuh 61 durch eine Schleiffeder 60 abhängig von einem Stromfluß ausgeübt. Ein Lager 55, welches im Zentrum des zweiten Arms 51 vorgesehen ist, ist so angeordnet, daß es unabhängig von der Antriebswelle 2 drehbar ist, so daß sich das gesamte bewegliche Teil unabhängig von der Antriebswelle 2 drehen kann. Die Bezugsziffer 26 bezeichnet eine Lagerhalterung, die einen unteren Teil der Antriebswelle 2 über ein Lager 62 haltert. Fig. 5 ist eine Aufsicht auf den Umschalter S, um den Zustand von Fig. 1A zu zeigen. In den Fig. 5 bis 11B werden die beiden leitenden Kontakte 28 durch SA, SB repräsentiert, der Rollenkontakt 58 zur Berührung mit den leitenden Kontakten Sm, und der gemeinsame Kontakt 27 durch SC, wie in dem Schaltbild von Fig. 1 angegeben. Die gegenseitige Lage in Fig. 3 zwischen den leitenden Kontakten SA, SB und dem gemeinsamen Kontakt SC ist so, daß sich der gemeinsame Kontakt SC auf der oberen Seite befindet, und die leitenden Kontakte SA, SB auf der unteren Seite liegen. Um den Kontaktzustand zu verdeutlichen, ist diese Lagebeziehung zwischen den leitenden Kontakten und dem gemeinsamen Kontakt in den Fig. 5 bis 11B umgekehrt.

In Fig. 5 ist der erste Arm 21 an der Antriebswelle 2 befestigt, und dreht sich daher synchron zu dieser. Der erste Arm 21 ist mit einer Rolle 23 versehen, die drehbar in den V-förmigen Schlitz der Lasche 22 eingepaßt ist. Der längliche Schlitz 36 ist auf der Zentrumslinie des V-förmigen Schlitzes 35 der Lasche 22 ausgebildet, und die Rolle 52 des zweiten Arms 51 ist drehbar in den länglichen Schlitz 36 eingepaßt. Daher wird eine Kraft von dem Energiespeichergerät 1 über die Antriebswelle 2, den ersten Arm 21, die Rolle 23, den V-förmigen Schlitz 35 der Lasche 22, den länglichen Schlitz 36 der Lasche 22, die Rolle 52, den zweiten Arm 51, und die Isolierplatte 53 auf den Rollenkontakt 58 übertragen.

Der Betriebsablauf der so angeordneten Ausführungsform wird nachstehend unter Bezug auf die Fig. 6A bis 11B und auf die in den Fig. 1A bis 1F dargestellten Umschaltvorgangsschritte erläutert. Fig. 6B ist eine Abwicklung des Nockens 8, der auf der Antriebswelle 2 befestigt ist, mit einer Beziehung des Schließens und Öffnens der Kontakte in dem Hauptventil H und dem Widerstands-Ventil W. In Fig. 6B bezeichnet THETA einen Winkel des Betätigungsbereiches des Nockens 8, in welchem sich der Nocken hin- und herbewegt.

Die Fig. 6A und 6B zeigen den in Fig. 1A dargestellten Zustand. In diesem Zustand ist das Hauptventil H geschlossen, das Widerstands-Ventil W ist geöffnet, der bewegliche Kontakt Sm steht in Berührung mit dem leitenden Kontakt SA in dem Umschalter S, und der Laststrom fließt durch die Anzapfung T₁ während des Betriebs des Transformators. In den Figuren bezeichnen die Buchstaben U, V und W drei Phasen. In diesem Zustand befindet sich die Rolle 23 des ersten Arms 21 am oberen Ende des V-förmigen Schlitzes 35 der Lasche 22 in Fig. 6A, und die Lasche 22 ist in der dargestellten Position stationär.

Daher ist auch die in den länglichen Schlitz 36 der Lasche 22 eingepaßte Rolle 52 stationär mit dem zweiten Arm 51 in der dargestellten Position.

Jedes Segment des V-förmigen Schlitzes 35 der Lasche 22 ist bogenförmig, mit einem Radius r des Drehortes, der erhalten wird, wenn sich die Rolle 23 des ersten Arms 21 um die Antriebswelle 2 dreht. In den Betriebszuständen der Fig. 6A und Fig. 11A ist jedes Segment so ausgebildet, daß es mit dem Radius r des Drehortes und dem Zentrum der Rolle 23 des ersten Arms 21 zusammenfällt. Die Lasche 22 bewegt sich nie während des Anfangsschrittes (von Fig. 6A bis 7A) und während des Endschrittes (von Fig. 10A bis 11A), in welchen sich die Rolle 23 in dem Schlitz entlang jedem Segment bewegt. Die Lasche 22 bewegt sich nur in den Zuständen der Fig. 8A und Fig. 9A, also dann, wenn die Rolle 23 die Spitze des Dreiecks des V-förmigen Schlitzes 35 erreicht. Der erste Grund für eine derartige Anordnung besteht darin, daß der Umschalter S während des Öffnens und Schließens des Hauptventils H unbetätigt bleiben soll. Der Öffnungs- und Schließvorgang des Hauptventils H erzeugt mechanische Schwingungen. Wenn eine Öffnung zwischen dem beweglichen Kontakt Sm und dem leitfähigen Kontakt SA, SB des Umschalters S erfolgt, so verursacht der Laststrom einen Lichtbogen, der zu Schwierigkeiten führt, beispielsweise einer Zersetzung des Isoliergases. Der zweite Grund besteht darin, daß zur Sicherstellung der Umschaltsequenz (vgl. Fig. 2) des Hauptventils H und des Umschalters S der Umschalter S so gehalten wird, daß er nie während des Öffnungs- und Schließvorgangs des Hauptventils H betätigt wird, und umgekehrt das Hauptventil H so gehalten wird, daß es nie den Öffnungs- und Schließvorgang während der Betätigung des Umschalters S durchführt. Der dritte Grund besteht darin, unter Berücksichtigung der Möglichkeit einer eigenständigen Drehung des beweglichen Teils 50 des Umschalters S bei den Betriebszuständen der Fig. 6A und 11A infolge von Transformatoranregungsschwingungen und dergleichen, daß die Rolle 23 in den V-förmigen Schlitz 35 eingepaßt ist, um als Anschlagglied die eigenständige Drehung zu stoppen.

Die Schritte des Umschaltvorgangs werden als nächstes unter Zuhilfenahme der Fig. 6A bis 11B erläutert. Die Fig. 6A und 6B zeigen den Betriebszustand von Fig. 1A. Das Energiespeichergerät 1 empfängt die Kraft von dem nicht dargestellten Motorbetätigungsmechanismus, so daß es mit dem Speichern von Energie beginnt. Sobald das Energiespeichergerät 1 einen vorbestimmten Energiebetrag gespeichert hat, gibt es die gespeicherte Energie frei, so daß sich die Antriebswelle 2 im Gegenuhrzeigersinn dreht (in der Richtung des Pfeils in Fig. 6A). Dann beginnen der Nocken 8 und der erste Arm 21 gleichzeitig mit ihrer Drehung. In Fig. 6A repräsentiert THETA einen Bewegungsbereich des Nockens 8.

Wenn sich der Nocken 8 um THETA₁ dreht, so gleitet die Rolle 9a ein Gefälle des Schlitzes 8a herunter, und schließt das Widerstandsventil W über die Fassung 11a, die Schleiffeder 10a und die Stange 12a. Die Schleiffeder 10a stellt eine vorbestimmte Berührungskraft zwischen dem beweglichen Kontakt 15a und dem stationären Kontakt 15b zur Verfügung. Die Fig. 7A und 7B zeigen diesen Zustand.

Wenn sich der Nocken 8 um einen Winkel THETA₂ weiterdreht, so steigt die Rolle 9b auf einer Steigung des Schlitzes 8b herauf, öffnet das Hauptventil H über die Fassung 11b und die Stange 12b und schneidet den Laststrom ab, um den Umschalter S in einen stromlosen Zustand zu versetzen. Die Rolle 23 bewegt sich in eine Leerlaufposition in dem V-förmigen Schlitz 35 der Lasche 22. Die Fig. 8A, 8B und 1C zeigen diesen Zustand.

Wenn sich der Nocken 8 weiter um einen Winkel THETA₃ dreht, so gelangt die Rolle 23 in Berührung mit dem Spitzenabschnitt des V-förmigen Schlitzes 35, um die Lasche 22 im Uhrzeigersinn zu drehen und gleichzeitig das bewegliche Teil 50 des Umschalters S über den länglichen Schlitz 36 und die Rolle 52 im Gegenuhrzeigersinn zu drehen. Wie voranstehend beschrieben, verursacht der Umschalter S nie einen Lichtbogen nach einer Trennung des beweglichen Kontakts Sm von dem leitenden Kontakt SA, da das Hauptventil H offen ist. Die Fig. 9A, 9B und 1D zeigen diesen Zustand.

Wenn sich der Nocken 8 um einen Winkel THETA₄ weiterdreht, so dreht sich über die Rolle 23 die Lasche 22 weiter, so daß sie den beweglichen Kontakt Sm des Umschalters S in Berührung mit dem leitenden Kontakt SB bringt, wodurch der Schließvorgang abgeschlossen wird. Während dieses Vorgangs bewegen sich die Rolle 9b, 9a zum Öffnen und Schließen des Hauptventils H und des Widerstands-Ventils W entlang flacher Abschnitte der Nockenschlitze 8B, 8A und verursachen keine Öffnungs- oder Schließbetätigung.

Wenn der bewegliche Kontakt Sm den Schließvorgang beendet, verläßt die Rolle 23 die Spitze des V-förmigen Schlitzes 35, so daß sie den Bogenabschnitt mit dem Radius r erreicht. Die Fig. 10a, 10b und 1E zeigen diesen Zustand. Dreht sich der Nocken 8 weiter, so gleitet die Rolle 9b ein Gefälle des Schlitzes 8b herunter, so daß sie das Hauptventil H über die Fassung 11b, die Schleiffeder 10b und die Stange 12b schließt. Dann erreicht der Nocken 8 wiederum eine flache Ebene des Schlitzes 8b. Hat sich der Nocken 8 um THETA-Grad gedreht, so hält er seine Drehung an. Die Rolle 23 bewegt sich vorwärts, während sie sich im Leerlaufzustand in dem Bogen des V-förmigen Schlitzes 35 befindet, und hält an, wenn der Nocken anhält. Der Laststrom fließt durch die Anzapfung T₂ wie durch eine dicke durchgezogene Linie in Fig. 1F angedeutet ist, so daß der Betrieb des Transformators weitergeht. Die Fig. 11A, 11B und 1F zeigen diesen Zustand. Die voranstehenden Schritte stellen sämtliche Schritte für den Umschaltvorgang des Umschaltens auf eine Anzapfung dar.

Die voranstehende Schilderung gibt die Einzelheiten einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit dem beschriebenen Aufbau an.

Die folgenden günstigen Eigenschaften und Vorteile lassen sich erzielen, wenn die vorliegende Erfindung in die Praxis umgesetzt wird.

• 1) Ein Kurzschluß zwischen den Anzapfungen kann dadurch vollständig vermieden werden, daß zur Öffnung eines Schaltkreises ein Strom an den leitenden Kontakten SA, SB abgeschnitten wird, und zwar selbst dann, wenn ein abnormes Ereignis auftritt, beispielsweise eine Verschlechterung des Vakuums, eine Beschädigung eines Kontakts, und ein Fehler beim Stromabschneiden, in dem Hauptventil H. Dies geschieht infolge des Anschlusses der leitenden Kontakte SA, SB in Reihe mit dem Hauptventil H.
• 2) Es wird zwischen den Kontakten in dem Vakuumventil keine Spannung angelegt, im Gegensatz zu den konventionellen Vorrichtungen, da die Schaltung so ausgebildet ist, daß eine Spannung zwischen den Anzapfungen an die leitenden Kontakte angelegt wird.
  Hierdurch sind die Kontakte der Vakuumventile gegen das Eindringen eines externen Blitzschlages geschützt, was die Zuverlässigkeit des Betriebes erhöht.
• 3) Für den strombegrenzenden Widerstand R kann ein Widerstand mit einer geringen thermischen Kapazität eingesetzt werden, infolge der kurzen Leitungszeit des Widerstandes. Dies wird dadurch ermöglicht, daß das Antriebsverfahren des Hauptventils H, des Widerstands-Ventils W und des Umschalters S in der koaxialen Anordnung eine schnelle mechanische Unterbrechungswirkung zur Verfügung stellt.
• 4) Es läßt sich eine verläßliche Umschaltsequenz des Haupt- und Widerstans-Ventils H, W und des Umschalters S bei einer derartigen Anordnung sicherstellen, bei welcher der Nocken 8 und der erste Arm 21 koaxial angeordnet sind, und der V-förmige Schlitz für die Verbindung zwischen dem ersten Arm 21 und der Lasche 22 vorgesehen ist, wodurch eine Leerlaufwirkung ermöglicht wird.
• 5) Die Leerlaufwirkung in dem V-förmigen Schlitz 35 kann den Umschalter S nach Betätigung des Hauptventils H und des Widerstands-Ventils W stationär halten und hierdurch können mechanische Schwingungen infolge des Vorgangs nie einen solchen Effekt verursachen, wie die Öffnung zwischen den beweglichen und den stationären Kontakten des Umschalters.
• 6) Die Anzahl der Elemente ist kleiner als bei den konventionellen Vorrichtungen, mit einer Anordnung mit einem strombegrenzenden Widerstand R, zwei Vakuumventilen H, W, und einem für eine Phase verwendeten Umschalter S. Daher läßt sich der Stufenschalter mit geringeren Kosten herstellen.
• 7) Die Stromabschneidung an den leitenden Kontakten SA, SB wie voranstehend unter (1) beschrieben bedeutet, daß irgendein abnormes Ereignis in den Vakuumventilen aufgetreten ist. Es kann eine Messung einer Druckerhöhung infolge der Stromabschneidung durchgeführt werden, so daß das abnorme Ereignis in dem Vakuumventil ohne Schwierigkeiten unmittelbar nach außen ausgegeben werden kann.
• 8) Es ist ein gesonderter Anschlagmechanismus zum Anhalten des beweglichen Teils 50 des Umschalters erforderlich, da der V-förmige Schlitz 35 und die Rolle 23 als eine Anschlagvorrichtung dienen, um zwangsweise die Wirkung des beweglichen Teils 50 des Umschalters anzuhalten. Daher kann die Anzahl erforderlicher Elemente verringert werden, und dies gestattet die Herstellung des Stufenschalters mit kompakten Abmessungen und geringen Kosten.

Vorteilhafte Eigenschaften und Vorteile der ersten Ausführungsform

Die beschriebene Erfindung ist so aufgebaut, daß der Stufenschalter für eine Umschaltung der Anzapfungen unter Last so ausgebildet ist, daß er einen Widerstand als eine strombegrenzende Impedanz und ein Vakuumventil als ein Unterbrechungselement bei dem Schaltverfahren zum Umschalten von Anzapfungen einer dazwischenliegenden Transformatoranzapfungswicklung verwendet, wobei die Anzapfungs-Selektoren zur Auswahl einer ungeradzahligen Anzapfung oder einer geradzahligen Anzapfung vorgesehen sind. Hierbei sind die einzelnen leitenden Kontakte des Umschalters so ausgebildet, daß sie in Reihe mit den Anzapfungs-Selektoren der ungeradzahligen und geradzahligen Anzapfungen geschaltet sind, und der bewegliche Kontakt des Umschalters ist in Reihe mit einem Ende des Hauptventils geschaltet, wodurch ein UND-Zustand durch die leitfähigen Kontakte und das Hauptventil gebildet wird. Der bewegliche Kontakt kann alternierend wahlweise in Berührung mit den stationären Kontakten gelangen, die in Reihe mit den ungeradzahligen und geradzahligen Anzapfungs-Selektoren geschaltet sind, in einer vorbestimmten Weise, wobei das andere Ende des Hauptventils an den neutralen Punkt angeschlossen ist, das eine Ende des strombegrenzenden Widerstandes R mit einem der ungeradzahligen und geradzahligen Anzapfungs-Selektoren verbunden ist, und das andere Ende des strombegrenzenden Widerstandes an den neutralen Punkt angeschlossen ist. Hierdurch weist der Stufenschalter eine Leitfähigkeitszeit des strombegrenzenden Widerstands auf, die äquivalent zu der bei dem Typ mit einem Widerstand und drei Ventilen ist, sowie einen Kontaktspannungswiderstandsfähigkeits-Schutz der Vakuumventile, der gleich dem bei dem Typ mit einem Widerstand und einem Ventil ist, wodurch die Leitfähigkeitszeit des strombegrenzenden Widerstands verkürzt wird, die Erzeugung eines Schließ-Lichtbogens vermieden wird, die Spannungsfestigkeit zwischen den Kontakten des Vakuumventils verbessert wird und die Gesamtverläßlichkeit der Vorrichtung erhöht wird.

Zweite Ausführungsform

Nachstehend wird unter Bezug auf die Fig. 12 bis 20C die zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert. Der grundsätzliche Aufbau der zweiten Ausführungsform ist gleich dem der in den Fig. 1A bis 1F und Fig. 2 gezeigten ersten Ausführungsform. Die zweite Ausführungsform verwendet einen Aufbau, der in den Fig. 12 bis 20C gezeigt ist, anstelle des Aufbaus der ersten Ausführungsform, der in den Fig. 3 bis 11B dargestellt ist.

In Fig. 12 bezeichnet die Bezugzsiffer 101 ein Energiespeichergerät, welches Kraft von einem Kraftbetätigungsmechanismus empfängt, der nicht dargestellt ist, um Energie mit Hilfe einer vorgespannten Schraubenfeder zu speichern, und welches - nachdem die gespeicherte Energie einen vorbestimmten Wert erreicht hat - augenblicklich die gespeicherte Energie abgibt. Die Bezugsziffer 102 bezeichnet eine Antriebswelle, die direkt mit einer Ausgangswelle des Energiespeichergeräts 101 verbunden und drehbar über Lager 107a, 107b gehaltert ist, die jeweils für eine obere Halterung 106 und eine untere Isolierhalterung 119 vorgesehen sind. Auf der Antriebswelle 102 befestigt sind ein Nocken 108 zum Öffnen und Schließen der Vakuumventile H, W sowie ein bewegliches Teil 105 eines Umschalters S unterhalb der Isolierhalterung 119, mittels Keilen 102 bzw. 110, um sich so gleichzeitig mit der Antriebswelle 102 zu drehen. Der Nocken 108 ist mit Nuten 108a, 108b zum Öffnen und Schließen des Hauptventils H 115b und des Widerstands-Ventils W 115a in einer vorbestimmten Reihenfolge versehen. Rollen 111a, 111b passen in die Nuten 108a, 108b. Die Rollen 111a, 111b sind an Fassungen 112a, 112b befestigt. Weiterhin ist ein beweglicher Kontakt 117a vorgesehen, um ein Schließen oder Öffnen zu einem stationären Kontakt 117b hin oder von diesem weg zu bewirken, über die Rollen 111a, 111b, die Fassungen 112a, 112b, die Schleiffedern 113a, 113b, und die Stangen 114a, 114b. Die Schleiffedern 113, 113b stellen eine Berührungskraft zur Verfügung, die für eine Leitung zwischen dem beweglichen Kontakt 115a und dem stationären Kontakt 115b nach Schließen der Vakuumventile 115a, 115b erforderlich ist. Die Bezugsziffer 116 bezeichnet einen flexiblen Leiterriemen, der mit dem beweglichen Kontakt 117a des Vakuumventils verbunden ist, und der weiterhin an seinem anderen Ende an einen neutralen Punkt N angeschlossen ist, um eine leitende Schaltung auszubilden.

Die Bezugsziffer 118 bezeichnet eine Verbindungsplatte, welche den stationären Kontakt 117b der Vakuumventile 115a, 115b haltert, welcher mit einem gemeinsamen Kontakt 121 (SC) des Umschalters S verbunden ist, um eine leitende Schaltung auszubilden, und welcher auf der Isolierhalterung 119 befestigt ist. Die Isolierhalterung 119 ist scheibenförmig, und auf ihr sind drei Sätze der Vakuumventile 115a (W), 115b (H) und die an die Vakuumventile angeschlossene Verbindungsplatte 118 angeordnet, und zwar mit gleichmäßigem Abstand für drei Phasen. Die Bezugsziffer 120 bezeichnet einen Isolierzylinder, auf welchem drei Sätze eines gemeinsamen Kontakts 121 (SC) und leitender Kontakte 122 (SA, SB) für drei Phasen angebracht sind, und welcher als Isolierung zwischen den Phasen und zwischen den Anzapfungen dient. Der Isolierzylinder 120 ist koaxial mit der Antriebswelle 102 auf einer unteren Stirnfläche der Isolierhalterung 119 angeordnet. Das bewegliche Teil 150 des Umschalters S ist über den Keil 110 auf der Antriebswelle 102 befestigt, und koaxial zur Antriebswelle 102 angeordnet. Ein beweglicher Kontakt (Rollenkontakt) Sm 156 steht in Berührung mit dem gemeinsamen Kontakt 121 (SC) und mit den leitenden Kontakten 122 (SA, SB), die an dem Isolierzylinder 120 befestigt sind, wie in den Fig. 13A, 13B und 14 gezeigt ist.

Das bewegliche Teil 150 ist koaxial mit dem Nocken 108 angeordnet, der über den Keil 109 auf der Antriebswelle 102 befestigt ist, um die Öffnungs- und Schließsequenz der in Fig. 2 gezeigten ersten Ausführungsform mit den Vakuumventilen 115a, 115b zu erhalten. Das bewegliche Teil 150 weist einen Vorsprung 151 auf, der über den Keil 110 auf der Antriebswelle 102 befestigt ist. Eine Isolierplatte 123 ist über mehrere Bolzen 152 auf einem Außenumfang des Vorsprungs 151 befestigt. Drei U-förmige Einschnitte sind an den jeweiligen Ecken der dreieckigen Isolierplatte 153 vorgesehen. Eine Kontakthalterung 154 zum Halten der Rollenkontakte 156 ist radial beweglich in jede U-förmige Nut eingesetzt. Eine Berührungskraft der Schleiffeder 159 wird über einen Federschuh 158 auf den Rollenkontakt 156 übertragen. Die Bezugsziffer 155 bezeichnet einen Stift, der drehbar an der Halterung 154 befestigt ist, so daß sich der Rollenkontakt 156 dreht, wenn er den gemeinsamen Kontakt 121 (SC) und die leitenden Punkte 122 (SA, SB) berührt. Die Bezugsziffer 157 bezeichnet einen Stift, der die Kontakthalterung 154 in der Nähe ihres Zentrums drehbar haltert. Der Stift 157 ist radial beweglich an der Isolierplatte 153 angebracht, wodurch die Radialbewegung der Kontakthalterung 154 sichergestellt ist.

Mit der Bezugsziffer 123 ist eine Halterung zum Haltern eines Lagers 160 bezeichnet, welches drehbar das untere Ende der Antriebswelle 102 haltert, und welches an einem Fußgestell 124 befestigt ist, wie in Fig. 12 gezeigt. Das Fußgestell 124 ist durch einen Schraubbolzen 125 befestigt, und der Schraubbolzen befestigt über eine Mutter 127 eine obere Halterung 106 und die Isolierhalterung 119 über den Isolierzylinder 126, der als Feiler zum Aufbau dieses Abschneidemechanismus dient.

Als nächstes wird ein Umschaltvorgang der auf diese Weise ausgebildeten Ausführungsform unter Bezug auf die Fig. 15A bis 20C beschrieben. In den Figuren sind mit "A" Schaltbilder bezeichnet, wie in den Fig. 1A bis 1F der ersten Ausführungsform gezeigt, um Ümschaltschritte zu zeigen, und mit "B" und "C" sind mechanische Betätigungsschritte bezeichnet, wobei "B" das Öffnen und Schließen der Vakuumventile durch den Nocken 108 zeigen, und "C" das Öffnen und Schließen des Umschalters S zeigen, um dessen synchrone Bewegung zu verdeutlichen. Beginnend mit den Fig. 15A bis 15C werden die Schritte des Betriebsablaufs in ihrer Reihenfolge erläutert.

• a) Die Fig. 15A bis 15C zeigen einen Betriebszustand, in welchem der Anzapfungs-Selektor M₁ die Anzapfung T₁ der Wicklung TW auswählt. In diesem Zustand wählt der bewegliche Kontakt Sm den leitenden Kontakt SA aus, um den gemeinsamen Kontakt SC in dem Umschalter S zu überbrücken. Weiterhin ist das Hauptventil H geschlossen, und ein Transformator-Laststrom I_L fließt so, wie dies durch eine dicke durchgezogene Linie in Fig. 15A gezeigt ist. Die Nuten 108a, 108b des Nockens 108 sind so geformt, wie dies in Fig. 15B gezeigt ist, so daß eine Verschiebung nach oben das Vakuumventil öffnet und eine Verschiebung nach unten das Vakuumventil schließt.
  Die Rolle 111b befindet sich in einer unteren Position in der Nut 108b, um das Hauptventil H über die Fassung 112b, die Schleiffeder 113b und die Stange 114B zu schließen. Die andere Rolle 111a befindet sich in einer oberen Position in der Nut 108a, um das Widerstandsventil W über die Fassung 112a und die Stange 114a zu öffnen. Das bewegliche Teil 150 des Umschalters S ist so wie gezeigt angeordnet, wobei der bewegliche Kontakt Sm in Berührung mit dem leitenden Kontakt SA jeder Phase und mit dem gemeinsamen Kontakt SC steht, und sie oben und unten überbrückt, um einen Leitungspfad auszubilden. In den Zeichnungen repräsentiert THETA einen Betätigungsbereich des Nockens 108 und des beweglichen Teils des Umschalters S, und die Buchstaben U, V, W bezeichnen getrennt drei Phasen.
  In den Aufsichten des Umschalters gemäß Fig. 14C bis 20C ist die Positionsbeziehung zwischen dem gemeinsamen Kontakt SC und den leitfähigen Kontakten SA, SB von oben nach unten gegenüber der in Fig. 12 umgedreht. Durchgezogene Linien in den Fig. 14C bis 20C sollten eigentlich für die leitfähigen Kontakte SA, SB durch unterbrochene Linien dargestellt werden, wenn die Positionsbeziehung korrekt wiedergegeben wird. Mit der Umkehrung ist beabsichtigt, die Form der leitfähigen Kontakte deutlich zu zeigen.
• b) Die Fig 16A bis 16C zeigen, daß das Widerstandsventil H geschlossen ist.
  Die Antriebswelle 102 beginnt eine Drehung durch Betätigung des Energiespeichergeräts 101. Wenn sich die Antriebswelle 102 um einen Winkel THETA₁ dreht, so bewegt sich die Rolle 111a in die untere Verschiebeposition der Nut 108a, um das Widerstands-Ventil W zu schließen. Der bewegliche Kontakt Sm des Umschalters S dreht sich auf dem leitfähigen Kontakt SA und dem gemeinsamen Kontakt SC, während er den Leitungszustand zwischen diesen Teilen aufrecht erhält.
• c) Die Fig. 17A bis 17C zeigen einen Zustand, in welchem sich das Hauptventil H öffnet, um den Laststrom I_L abzuschneiden, wobei die Schaltung geöffnet wird, und der Laststrom I_L wird der Anzapfung T₂ zugeführt, wie durch eine dicke durchgezogene Linie in Fig. 17A gezeigt ist.
  Wenn sich die Antriebswelle 102 um einen Winkel THETA₂ dreht, so bewegt sich die Rolle 111b in die obere Verschiebungsposition der Nut 108b. Während dieser Bewegung wird das Hauptventil H mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit geöffnet, um den Laststrom I_L abzuschneiden und den Laststrom I_L der Anzapfung T₂ zuzuführen. Da sich die Rolle 111a in der unteren Verschiebungsposition der Nut 108a horizontal bewegt, hält das Widerstands-Ventil W den geschlossenen Zustand aufrecht. Der bewegliche Kontakt Sm des Umschalters S ist stromlos und dreht sich, wie voranstehend unter (b) beschrieben.
• d) Die Fig. 18A bis 18C zeigen einen Zustand, in welchem sich der Umschalter S öffnet, um den Leitungspunkt SA zu verlassen. Dreht sich die Antriebswelle 102 um einen Winkel THETA₃, so öffnet sich der bewegliche Kontakt Sm des Umschalters S in einem stromlosen Zustand und wird von dem leitenden Kontakt SA getrennt, wobei er die Hälfte des Betätigungsbereiches THETA erreicht. In diesem Zustand bewegen sich die Rollen 111a, 111b horizontal in den Nuten 108a, 108b, um das Hauptventil H geöffnet und das Widerstands-Ventil W geschlossen zu halten. Der Laststrom I_L fließt weiterhin durch die Anzapfung T₂.
• e) Die Fig. 19A bis 19C zeigen einen Zustand, in welchem der Umschalter S zum leitenden Punkt SB in einem stromlosen und spannungslosen Zustand gedreht wird, um die Schaltung an dem leitenden Punkt SB zu schließen.
  Dreht sich die Antriebswelle 102 um einen Winkel THETA₄, so gelangt der bewegliche Kontakt SM des Umschalters S mit dem leitenden Kontakt SB in Berührung, so daß hierdurch die Schaltung geschlossen wird.
  Da nach diesem Schließen das Hauptventil H offen ist, liegt zwischen den Kontakten kein Strom und keine Spannung an, so daß kein Lichtbogen auftreten kann. Die Rolle 111a bewegt sich horizontal in der Nut 108a, um das Widerstands-Ventil W geschlossen zu halten. Die Rolle 111b bewegt sich horizontal in der Nut 108b und gelangt dann nach oben in einem nach unten gerichteten Gefälle in die untere Verschiebungsposition.
• f) Die Fig. 20A bis 20C zeigen einen Betriebszustand, in welchem der bewegliche Kontakt Sm des Umschalters S das Schließen mit dem leitenden Kontakt SB beendet, und in welchem das Hauptventil H für einen Betrieb mit der Anzapfung T₂ geöffnet ist.
  Wenn sich die Antriebswelle 102 bis zum Endpunkt der Betätigung um einen Winkel THETA dreht, so erreicht die Rolle 111b die untere Verschiebungsposition der Nut 108b, um das Hauptventil H zu schließen. Die Rolle 111a bewegt sich horizontal in der Nut 108a, um das Widerstands-Ventil H zu schließen. Das Schließen des Hauptventils H richtet den Laststrom I_L zum leitenden Kontakt SB und zum Hauptventil H, wie durch eine dicke durchgezogene Linie in Fig. 20A gezeigt ist, zum Betrieb mit der Anzapfung T₂.

Voranstehend erfolgte eine Schilderung der Einzelheiten der Ausführungsform des Stufenschalters des Typs mit einem Widerstand und zwei Ventilen gemäß der vorliegenden Erfindung. Die folgenden vorteilhaften Wirkungen und Vorteile lassen sich erzielen, wenn die vorliegende Erfindung in die Praxis umgesetzt wird.

• 1) Ein Kurzschluß zwischen den Anzapfungen kann dadurch vermieden werden, daß ein Strom zwischen den leitenden Kontakten SA, SB und dem beweglichen Kontakt Sm zur Öffnung einer Schaltung abgeschnitten wird, selbst wenn ein abnormes Ereignis auftritt, beispielsweise eine Verschlechterung des Vakuums und ein Fehler bei der Stromabschneidung infolge einer Kontaktbeschädigung, in dem Hauptventil H. Dies ist deswegen erreichbar, da der Umschalter S in Reihe mit dem Hauptventil H geschaltet ist.
• 2) Ein Widerstand mit einer geringen Kapazität kann als strombegrenzender Widerstand verwendet werden, infolge seiner kurzen Leitfähigkeitszeit. Dies ist deswegen erreichbar, da der Nocken 108 zum Öffnen und Schließen des Hauptventils und des Widerstands-Ventils direkt über die Antriebswelle 102 mit dem beweglichen Teil 150 des Umschalters S verbunden ist, so daß in der koaxialen Antriebsanordnung ein schneller Unterbrechungsvorgang durchgeführt werden kann.
• 3) Bei einem derartigen koaxialen Antriebsverfahren kann eine verläßliche Umschaltsequenz (Reihenfolge) der Vakuumventile und des Umschalters sichergestellt werden.
• 4) Die Anzahl der Einzelteile ist geringer als bei den konventionellen Vorrichtungen, mit einer Anordnung mit einem strombegrenzenden Widerstand, zwei Vakuumventilen, und einem Umschalter, für eine Phase. Daher kann der Stufenschalter kompakt und mit verringerten Kosten hergestellt werden.

Vorteilhafte Eigenschaften und Vorteile der zweite Ausführungsform

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist der Stufenschalter, der eine Anzapfungs-Umschaltung über eine schnelle Unterbrechungswirkung eines Energiespeichergerätes bewirkt, so aufgebaut, daß er einen strombegrenzenden Widerstand aufweist, zwei Vakuumventile, und einen Umschalter, der in Reihe mit einem der Vakuumventile geschaltet ist und wählt eine der benachbarten Anzapfungen aus bei dem Umschaltverfahren zum Schalten mehrerer Anzapfungen der dazwischenliegenden Transformatoranzapfungswicklung. Hierbei ist die Antriebswelle direkt mit dem Energiespeichergerät verbunden, der Nocken ist direkt mit der Antriebswelle verbunden, um die Vakuumventile in einer vorbestimmten Reihenfolge zu öffnen und zu schließen, und der Umschalter wählt einen der stationären Kontakte, die an die benachbarten Anzapfungen der Anzapfungs-Wicklung angeschlossen sind, entsprechend der Umschaltrichtung durch das bewegliche Teil aus. Auf dem beweglichen Teil ist der bewegliche Kontakt angeordnet, der direkt mit der Antriebswelle verbunden ist, und die Vakuumventile und der Umschalter werden zum Öffnen und Schließen in einer vorbestimmten Reihenfolge entsprechend der Schnellunterbrechungswirkung der Antriebswelle veranlaßt. Hierdurch weist der Stufenschalter eine Leitungszeit des strombegrenzenden Widerstands auf, die äquivalent der bei dem Typ mit einem Widerstand und drei Ventilen ist, und weist einen Kontaktspannungsfestigkeits-Schutz der Vakuumventile auf, der identisch zu dem bei dem Typ mit einem Widerstand und einem Ventil ist, wodurch die Leitungszeit des strombegrenzenden Widerstands verringert wird, die Spannungsfestigkeit zwischen den Kontakten des Vakuumventils verbessert wird, die Gesamtverläßlichkeit der Vorrichtung vergrößert wird und ein Aufbau mit kompakten Abmessungen, geringen Kosten zur Verfügung gestellt wird, der praktisch zu gebrauchen ist.

Dritte Ausführungsform

Als nächstes wird die dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezug auf die Fig. 21 bis 25 erläutert. Zunächst wird unter Bezug auf die Fig. 24 und 25 die Erhitzung erläutert, die in einem strombegrenzenden Widerstand in einem üblichen Stufenschalter hervorgerufen wird.

Es gibt unterschiedliche Umschaltverfahren für den Stufenschalter, und zur Erläuterung wird eines bei einem konventionellen Typ mit zwei Widerständen verwendet. Fig. 24 ist ein Schaltbild eines Stufenschalters mit zwei Widerständen, und Fig. 25 zeigt einen Umschaltvorgang (A), eine Widerstands-Leitungszeit (B), und einen Heizzustand des Widerstands (C). In Fig. 24 bezeichnet T_W eine Anzapfungswicklung, T₁ und T₂ Anzapfungen der Wicklung, und M₁, M₂ Anzapfungs-Selektoren zur Auswahl der Anzapfungen im stromlosen Zustand. H_A, H_B sind Hauptventile, W_A, W_B Widerstands-Ventile, und 206A, 206B strombegrenzende Widerstände, auf welche die vorliegende Erfindung gerichtet ist. Fig. 25 zeigt in (A) ein Umschaltsequenzdiagramm, in welchem, nachdem das Hauptventil H_A öffnet, das Widerstands-Ventil W_B nach t₁ schließt, und das Widerstands-Ventil W_A nach t₂ öffnet. Daraufhin, nach t₃, schließt das Hauptventil H_B und beendet einen Vorgang. In den Zeichnungen repräsentiert eine durchgezogene Linie einen geschlossenen Zustand. (B) in Fig. 25 ist eine Zeichnung, welche die Leitungszeiten der strombegrenzenden Widerstände 206A, 206B bei dem voranstehend beschriebenen Prozeß zeigt. Der strombegrenzende Widerstand 206A wird nach einer Lichtbogenzeit t_a des Hauptventils H_A eingeschaltet, und bleibt eingeschaltet während einer Zeit T₁ bis zu einer Lichtbogenzeit t_b (Löschung des Lichtbogens) des Widerstands-Ventils W_A. Der strombegrenzende Widerstand 206B ist eingeschaltet während einer Zeit T₂ zwischen einer Zeit des Schließens des Widerstands-Ventils W_B und einer Zeit des Schließens des Hauptventils H_B. In (B) von Fig. 25 ist ein Einschaltzustand durch eine dicke Linie dargestellt. In Fig. 25 ist (C) eine Zeichnung, um einen Heizzustand der Widerstände zu zeigen, abhängig von den voranstehend erwähnten Leitungszeiten der Widerstände, wobei die Erhitzung der Widerstände proportional zu den Leitungszeiten T₁, T₂ zunimmt, wobei nach T₁ und T₂ Maxima auftreten. Eine Betriebszeit T des Stufenschalters wird als solche Zeit eingestellt, daß das Abschalten des Hauptventils und des Widerstand-Ventils sichergestellt ist. Eine Wechselspannungs-Löschung des Lichtbogens kann ohne einen Stromfluß durchgeführt werden. Dann wird die Leitungszeit des strombegrenzenden Widerstands so gesteuert, daß sie so niedrig wie möglich ist, um die Lichtbogen-Löschungszeit sicherzustellen, und um eine Erhöhung der Größe zu vermeiden, also im einzelnen auf etwa 40 bis 50 ms. Das wirksamste Kühlungsverfahren zum Kühlen der strombegrenzenden Widerstände besteht darin, eine Kühleinrichtung nahe einem Punkt maximaler Erhitzung zu betreiben.

Für einen Stromabschaltvorgang des Stufenschalters wird die in dem Energiespeichergerät gespeicherte Energie als Drehkraft auf die Antriebswelle von einem Ausgang des Energiespeichergeräts übertragen, um den Stufenschalter zu betätigen. Ein Stufenschalter des ölgekapselten Typs kann die Stromabschaltung einstellen, da in ihm ein Isolieröl vorhanden ist, welches eine Widerstandskraft zum Steuern einer Drehgeschwindigkeit der Welle ausübt. In einem Fall allerdings, in welchem ein Stufenschalter des gasisolierten Typs verwendet wird, gibt es nichts, was wie das Isolieröl eine Widerstandskraft zur Verfügung stellen kann. Bei dem gasisolierten Typ wird die gespeicherte Energie von dem Energiespeichergerät direkt als Drehkraft an die Antriebswelle ohne Widerstand übertragen, und daher ohne eine Kontrolle der Geschwindigkeit. Da die gespeicherte Energie mit einer Erhöhung der Kapazität zunimmt, wird der Betriebsablauf des Stufenschalters schneller, was die Einstellung der Stromabschaltung noch schwieriger macht.

Als nächstes wird die dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im einzelnen unter Bezug auf die Fig. 21 bis 23B erläutert.

Die Bezugsziffer 201 bezeichnet ein Energiespeichergerät, welches eine Schraubenfeder als Antriebsquelle verwendet, und welches Energie dadurch speichert, daß die Schraubenfeder um einen vorbestimmten Betrag vorgespannt wird, und welches die Energie abgibt, nachdem der vorbestimmte Energiebetrag gespeichert ist, um für eine Drehwelle 202 eine Drehkraft zur Verfügung zu stellen. Ein Nocken 207 ist über Rippenabschnitte 271 auf der Antriebswelle 202 befestigt, um eine momentane Betätigung um einen vorbestimmten Winkel THETA mit der Antriebswelle 202 durchzuführen. Der Nocken 207 weist zwei Windungen von Öffnungs-/Schließ-Nuten 272 auf seinem Umfang auf, von denen eine zum Öffnen und Schließen der Hauptventile (H_A, H_B) dient, und die andere zum Öffnen und Schließen der Widerstandsventile (W_A, W_B). Die Rippenabschnitte 271 bestehen aus einer dünnen Platte, und sind mit gleichem Abstand radial von der Antriebswelle 202 angeordnet. Wie in Fig. 23B gezeigt, sind die Rippenabschnitte 271 dreieckig. Die Rippenabschnitte 271 sind so ausgebildet, daß ein Gasfluß entweder bei einer Drehung im Uhrzeigersinn oder bei einer Drehung im Gegenuhrzeigersinn nach oben erfolgt. Die Bezugsziffern 208, 208′ sind Antriebsstangen, die in die Nockennuten eingepaßt sind, um das Hauptventil (H_A) und das Widerstands-Ventil (W_A) zu öffnen und zu schließen.

Die Bezugsziffer 103 bezeichnet ein Widerstandsgehäuse, in welchem ein Widerstands-Riemen 204 eingeschlossen ist, und welches auf einer Halterung 205 befestigt ist. Die strombegrenzenden Widerstände 206A, 206B sind radial mit gleichem Abstand angeordnet, wie in Fig. 21 gezeigt ist. Es gibt sechs Widerstände, die wie dargestellt angeordnet sind. Die Bezugsziffer 216 bezeichnet einen Gebläsewind-Führungskanal, der unterhalb des Widerstandsriemens 204 angeordnet ist, und einen Gasfluß von dem Nocken 207 zu dem Widerstandsgehäuse 203 in der Richtung der Pfeile in Fig. 22 leitet. Der Gebläsewind-Führungskanal 216 dient dazu, soviel Gas zum Widerstands-Riemen 204 fließen zu lassen wie möglich. Die Bezugsziffer 211 bezeichnet eine Halterung, die an der Halterung 205 über drei Schraubbolzen 210 befestigt ist.

Nachstehend wird der Betriebsablauf des Abschaltmechanismus des wie voranstehend beschrieben aufgebauten Stufenschalters erläutert.

Das Energiespeichergerät 201 empfängt eine Kraft von einem nicht dargestellten Kraftbetätigungsmechanismus. Das Energiespeichergerät 201 speichert Energie durch eine nicht dargestellte Schraubenfeder, die als Antriebsquelle vorgespannt wird. Wenn die gespeicherte Energie einen vorbestimmten Betrag erreicht, so gibt das Gerät die gespeicherte Energie wieder ab, um für die Antriebswelle 202 eine Drehkraft zur Verfügung zu stellen. Dann dreht sich der auf der Antriebswelle 202 befestigte Nocken 207. Die Drehung des Nockens 207 verschiebt die Öffnungs-/Schließ-Nuten 272 für das Ventil, um die Hauptventile (H_A, H_B) und die Widerstands-Ventile (W_A, W_B) in vorbestimmter Reihenfolge zu öffnen und zu schließen. Während sich die Ventile öffnen und schließen, fließt ein Strom durch die strombegrenzenden Widerstände 206A, 206B und erhitzt die Widerstands-Riemen 204. Dieser Vorgang ist in Fig. 25 dargestellt, und die Einzelheiten wurden bereits voranstehend anhand der konventionellen Vorrichtung erläutert. Daher werden derartige Einzelheiten hier weggelassen. Während sich der Nocken 207 dreht, veranlassen die Rippen (Rippenabschnitte) 271 des Nockens nach oben gerichtete Gasströme dazu, daß das Gas durch den Gebläsewind-Führungskanal 216 den Widerstands-Riemen 204 zugeführt wird. Wie unter (B) von Fig. 25 gezeigt, nimmt der Gasfluß proportional zur Drehgeschwindigkeit des Nockens 207 zu, mit einem Maximum an einem Drehwinkel THETA des Nockens. Die Erhitzung der strombegrenzenden Widerstände nimmt die höchste Temperatur an nach den Leitungszeiten T₁, T₂ wie bei (B) und (C) in Fig. 25 gezeigt ist. Wenn der Gasfluß an dem höchsten Punkt in das Widerstandsgehäuse eingeführt wird, um dieses zu kühlen, so wäre der Kühlwirkungsgrad am höchsten. Eine derartige Einrichtung wäre wirksam zur Verringerung der Temperatur am höchsten Punkt der Widerstands-Riemen 204.

Bezüglich der Drehgeschwindigkeit des Nockens 207 wird angemerkt, daß die Drehgeschwindigkeit proportional zu einer Winkelverschiebung des Nockens steil ansteigt, da die Schraubenfeder als eine Antriebsquelle verwendet wird.

Dieses Phänomen ist äußerst ungünstig für einen Stufenschalter, der in Luft oder in Gas verwendet wird.

Dies ist deswegen so, da immer Lichtbogen-Löschzeiten t_a, t_b erforderlich sind, für die Stromabschaltung des Hauptventils H_A und des Widerstands-Ventils W_A in der unter (A) von Fig. 25 gezeigten Umschaltsequenz.

Der voranstehend erwähnte steile Anstieg der Rotationsgeschwindigkeit führt zu einer Abnahme von t₃, verglichen mit der Umschaltzeit t₁, und verursacht hierzwischen ein Ungleichgewicht. Der Abschaltstrom für das Hauptventil ist annähernd gleich dem für das Widerstands-Ventil. Daher sollten die Zeiten t₁ und t₃ in idealer Weise einander gleich sein. Im Falle eines ölgekapselten Typs weist ein Isolieröl einen hohen Fluidwiderstand auf, was einen Vorteil bezüglich einer verhältnismäßig einfachen Geschwindigkeitskontrolle darstellt. Da Luft oder Gas eine viel geringere Dichte als Öl aufweisen, ist irgendeine Einrichtung zur Begrenzung der Geschwindigkeit erforderlich. Bei der vorliegenden Ausführungsform arbeiten die Rippen 271 des Nockens 207 für die Geschwindigkeitskontrolle, um die Zeiten t₁ und t₃ im wesentlichen identisch zu halten.

Vorteilhafte Wirkungen und Vorteile der dritten Ausführungsform

Die folgenden vorteilhaften Wirkungen und Vorteile lassen sich dadurch erzielen, daß die vorliegende Erfindung in die Praxis umgesetzt wird.

• 1) Der Nocken 207 weist die Funktion auf, das Hauptventil und das Widerstands-Ventil zu öffnen und zu schließen, eine Funktion, um einen Gasfluß dazu zu veranlassen, wirksam die aufgeheizten Widerstandsriemen 204 zu kühlen, und eine Funktion, um die Drehgeschwindigkeit bei momentaner Drehung zu steuern, so daß ein Stufenschalter des gasgefüllten oder luftgefüllten Typs zur Verfügung gestellt werden kann, der so kompakt ist wie einer des ölgekapselten Typs.
• 2) Der maximale Gasfluß wird den Widerstands-Riemen 204 bei der Maximaltemperatur zugeführt, so daß eine Kühlung mit dem höchsten Wirkungsgrad erhalten werden kann.
• 3) Die Drehgeschwindigkeit kann einfach dadurch eingestellt werden, daß die Fläche der Rippen 271 des Nockens 207 geändert wird, die dem Gebläsewind ausgesetzt ist, selbst wenn die Schraubenfeder als Antriebsquelle eine größere statische Energie bei ansteigender Kapazität aufweist.

Claims (10)

1. Stufenschalter für Umschaltung unter Last von Anzapfungen, gekennzeichnet durch: Anzapfungs-Selektoren (M₁, M₂) zur Auswahl jeweiliger Anzapfungen (T₁, T₂); stationäre Kontakte (SA, SB) eines Umschalters (S), die jeweils in Reihe mit den Anzapfungs-Selektoren geschaltet sind; einen beweglichen Kontakt (Sm) des Umschalters, der mit jedem der stationären Kontakte (SA, SB) verbindbar ist; ein Hauptventil (H), welches an den beweglichen Kontakt (Sm) und an einen neutralen Punkt (N) angeschlossen ist; und einen strombegrenzenden Widerstand (R), der an seinem einen Ende an einen (M₂) der Anzapfungs-Selektoren und an seinem anderen Ende über ein Widerstands-Ventil (W) an den neutralen Punkt (N) angeschlossen ist.

2. Stufenschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß weiterhin eine Antriebswelle (2) vorgesehen ist, die direkt mit einem Energiespeichergerät (1) verbunden ist, wobei auf der Antriebswelle ein Nocken (8) befestigt ist, um das Hauptventil (H) und das Widerstands-Ventil (W) in einer vorbestimmten Reihenfolge zu öffnen und zu schließen; sowie ein erster Arm (21), der auf der Antriebswelle (2) befestigt ist und an seinem Vorderende eine Rolle (23) aufweist; eine drehbar gegenüberliegend dem ersten Arm (21) angeordnete Lasche (22), in welcher ein V-förmiger Schlitz (35) für die Rolle (23) des ersten Arms (21) so ausgebildet ist, daß die Rolle in die Nut hineinpaßt, und sich ein länglicher Schlitz (36) in einer Radialrichtung der Antriebswelle (2) erstreckt; und ein zweiter Arm (51), der koaxial drehbar auf der Antriebswelle (2) angeordnet ist, und mit einer Rolle (52) versehen ist, die in den länglichen Schlitz (36) paßt und zur Bewegung des beweglichen Kontaktes (Sm) des Umschalters (S) dient; wobei die Rolle (23) des ersten Arms (21) einen Leerlaufbetrieb in dem V-förmigen Schlitz (35) innerhalb eines Bereichs des Öffnungs- und Schließbetriebs des Hauptventils (H) und des Widerstands-Ventils (W) durch den Nocken (8) durchführt.

3. Stufenschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der V-förmige Schlitz (35) identisch zu kreisförmigen Segmenten der Bewegung der Rolle (23) auf dem ersten Arm (21) ausgebildet ist, abgesehen von einer Spitze, und daß die Rolle (23) des ersten Arms (21) in den kreisförmigen Segmenten des V-förmigen Schlitzes (35) innerhalb des Bereiches des Öffnungs- und Schließvorgangs des Widerstands-Ventils (W) und des Hauptventils (H) über den Nocken (8) bleibt.

4. Stufenschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß weiterhin eine direkt an ein Energiespeichergerät (101) angeschlossene Antriebswelle (102) vorgesehen ist, auf welcher ein Nocken (108) befestigt ist, um das Hauptventil (H) und das Widerstands-Ventil (W) in einer vorbestimmten Reihenfolge zu öffnen und zu schließen; und ein auf der Antriebswelle (102) befestigtes bewegliches Teil (150) vorgesehen ist, welches den beweglichen Kontakt (Sm) des Umschalters (S) radial beweglich an dessen Vorderende hält; wobei die jeweiligen stationären Kontakte (SA, SB) des Umschalters (S) so angeordnet sind, daß sie in Berührung mit dem beweglichen Kontakt auf dem Außenumfang des beweglichen Teils (150) treten können.

5. Stufenschalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Reihe von Sätzen stationärer Kontakte (SA, SB) des Umschalters (S) in ihrer Reihenfolge mit einem vorbestimmten Abstand außerhalb des Umfangs des beweglichen Teils (150) vorgesehen ist.

6. Stufenschalter für lastfreie Umschaltung von Anzapfungen, gekennzeichnet durch: Anzapfungs-Selektoren (M₁, M₂) zur Auswahl jeweiliger Anzapfungen (T_,, T₂); einen Umschalter (S), der stationäre Kontakte (SA, SB) aufweist, die jeweils in Reihe mit den Anzapfungs-Selektoren geschaltet sind, sowie einen beweglichen Kontakt (Sm); ein Hauptventil (H) und ein Widerstands-Ventil (W) als ein Stromabschaltelement; und einen strombegrenzenden Widerstand (R), der nach einer Betätigung der Anzapfungsumschaltung eingesetzt wird; wobei weiterhin eine Antriebswelle (2) vorgesehen ist, die direkt an ein Energiespeichergerät (1) angeschlossen ist, und auf welcher ein Nocken (8) befestigt ist, um das Hauptventil (H) und das Widerstands-Ventil (W) in einer vorbestimmten Reihenfolge zu öffnen und zu schließen; ein auf der Antriebswelle (2) befestigter erster Arm (21), der an seinem Vorderende eine Rolle (23) aufweist; eine Lasche (22), die gegenüberliegend dem ersten Arm (21) drehbar angeordnet ist, in welcher ein V-förmiger Schlitz (35) so ausgebildet ist, daß die Rolle (23) des ersten Arms (21) hineinpaßt, und sich ein länglicher Schlitz (36) in radialer Richtung der Antriebswelle (2) erstreckt; und ein drehbar koaxial auf der Antriebswelle (2) angeordneter zweiter Arm (51), der mit einer in den länglichen Schlitz (36) passenden Rolle (52) versehen ist, zur Bewegung des beweglichen Kontaktes (Sm) des Umschalters (S); wobei die Rolle (23) des ersten Arms (21) einen Leerlaufbetrieb in dem V-förmigen Schlitz (35) durchführt, innerhalb eines Bereiches des Öffnungs- und Schließvorgangs des Hauptventils (H) und des Widerstands-Ventils (W) durch den Nocken (8).

7. Stufenschalter für Umschaltung von Anzapfungen unter Last, gekennzeichnet durch: Anzapfungs-Selektoren (M₁, M₂) zur Auswahl jeweiliger Anzapfungen (T₁, T₂); einen Umschalter (S), der stationäre Kontakte (SA, SB) aufweist, die jeweils in Reihe mit den Anzapfungs-Selektoren geschaltet sind, sowie einen beweglichen Kontakt (Sm); ein Hauptventil (H) und ein Widerstands-Ventil (W) als ein Stromabschaltelement; und einen strombegrenzenden Widerstand (R), der nach einer Betätigung der Anzapfungsumschaltung verwendet wird; wobei weiterhin eine direkt an ein Energiespeichergerät (101) angeschlossene Antriebswelle (102) vorgesehen ist, auf welcher ein Nocken (108) befestigt ist, um das Hauptventil (H) und das Widerstands-Ventil (W) in einer vorbestimmten Reihenfolge zu öffnen und zu schließen; sowie ein auf der Antriebswelle (102) befestigtes, bewegliches Teil (150), welches den beweglichen Kontakt (Sm) des Umschalters (S) an seinem Vorderende radial beweglich haltert; wobei die jeweiligen stationären Kontakte (SA, SB) des Umschalters (S) so angeordnet sind, daß sie auf einem Außenumfang des beweglichen Teils (150) in Berührung mit dem beweglichen Kontakt treten können.

8. Stufenschalter zur Umschaltung von Anzapfungen unter Last, gekennzeichnet durch ein Hauptventil (H) und ein Widerstands-Ventil (W) als ein Stromabschaltelement, und strombegrenzende Widerstände (206A, 206B), die nach einer Betätigung der Anzapfungs-Umschaltung verwendet werden, wobei weiterhin eine direkt an ein Energiespeichergerät (201) angeschlossene Antriebswelle (202) vorgesehen ist, ein auf der Antriebswelle (202) befestigter Nocken (207), um das Hauptventil (H) und das Widerstands-Ventil (W) in einer vorbestimmten Reihenfolge zu öffnen und zu schließen, sowie Rippen (271), die auf dem Nocken (207) befestigt sind, um während der Drehung der Antriebswelle (202) einen Luftstrom in Richtung auf die strombegrenzenden Widerstände zur Verfügung zu stellen.

9. Stufenschalter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen (271) Rippen zur Befestigung des Nockens (207) auf der Antriebswelle (202) umfassen.

10. Stufenschalter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Rippen (271) und den strombegrenzenden Widerständen (206A, 206B) ein Gebläsewind-Führungskanal (216) vorgesehen ist.