DE4403956C2 - Stelltransformatoranordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Stelltransformatoranord­ nung mit einem Stelltransformator.

Stelltransformatoren sind Einphasen- oder Dreiphasen­ transformatoren deren Übersetzungsverhältnis stetig oder stufenweise in einem mehr oder weniger großen Bereich durch Betätigen eines Stellorgans veränderbar ist. Wenn ein derartiger Transformator auf der Pri­ märseite an einem starren Netz arbeitet, dann stellt er auf der Sekundärseite eine im Betrag variable Span­ nung zur Verfügung. Kleine Stelltransformatoren wer­ den nach dem Stand der Technik derart realisiert, daß ihre Sekundärwicklung als einlagige Zylinderwicklung ausgeführt ist, deren Leiter zwischen den einzelnen Windungen, aber nicht auf der äußeren Oberfläche des Wicklungszylinders isoliert sind. Auf dieser Oberflä­ che wird eine Kontaktrolle geführt, die sich in Rich­ tung der Achse des Wicklungszylinders verschieben läßt.

Durch die auftretende Windungsspannung und durch bis­ her zu benutzende Kontakt- bzw. Stromabnahmemateria­ lien (Graphit) ist eine bestimmte Größe der Stelltransformatoren nicht überschreitbar.

Das Problem bei Leistungsstelltransformatoren liegt in der maximalen Strombelastung im Stellbereich. Da­ durch ergibt sich eine Leistungskurve in Form eines Rechtecks Umax·Imax, die entweder durch einen sehr großen Ring- oder Säulensteller oder aber schalterge­ steuerte Vortrafos, Schubtrafos und kleinen Steller zur Verfügung gestellt wird.

Es besteht jedoch das Bedürfnis, bei kleinen Spannun­ gen große Ströme und andererseits bei größeren Span­ nungen kleinere Ströme zu erzielen. In dem beschrie­ benen Stand der Technik blieb den Herstellern nichts anderes übrig, als den großen Strom (Imax) des Be­ reichs und die größte Spannung des Bereichs als vor­ herbeschriebene Systeme anzubieten. Eine gewisse Zwi­ schenlösung wurde im Stand der Technik mit verstell­ baren Gruppierungsstufen eines Folgetransformators geschaffen, die auf dem Prinzip beruhen, die Sekun­ därwicklung eines Gruppiertransformators im dualen Prinzip zu splitten und Reihen- und/oder Parallel­ schaltungen herzustellen. Diese Reihen- und/oder Par­ allelschaltungen wurden mit einem elektronisch ge­ steuerten Umschalterfeld realisiert. Es handelte sich dabei jedoch nicht um einen echten Stelltransforma­ tor, sondern es wird zwischen beispielsweise drei Lastbereichen lastlos umgeschaltet.

Aus der DE-AS 11 94 440 ist eine Hochspannungssteuerung bekannt, bei der die Stufenanzapfungen über die ganze Hochspannungswicklung des als Spartransformator aus­ gebildeten Transformators verteilt sind. Die an die­ ser Wicklung abgegriffene, veränderte Spannung wird einem zweiten Transformator mit festem Windungszahl­ verhältnis zugeführt, dessen Sekundärseite zwei An­ zapfungen mit festen Windungszahlen aufweist.

Das Siemens Datenblatt SH233, 1492.39.08 betrifft Schiebetransformatoren, mit denen Spannungen von Null bis zur Netzspannung praktisch stufenlos eingestellt werden können, wobei der zulässige Strom proportional mit der eingestellten Spannung zunimmt. Größere Strö­ me bei entsprechend kleinerer Spannung können den Schiebetransformatoren über Zwischentransformatoren entnommen werden.

Die DE-AS 12 77 436 betrifft eine Stufenschaltung für Transformatoren, bei der verschiedene Potentiale über eine Schalteranordnung an Teilwicklungen eines Stu­ fentransformators gelegt werden können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Stell­ transformatoranordnung zu schaffen, mit der beliebige Leistungskurven realisierbar sind, die leicht an unterschiedliche Leistungsvorgaben anpaßbar ist und deren Wirkungsbereich stetig zu durchfahren ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Hauptanspruchs gelöst.

Das Schaltungsprinzip beruht auf der Einzelerregung von einer beliebigen Anzahl von Schub- oder Zusatz­ transformatoren, deren Sekundärwicklungen in Reihe geschaltet sind. Zwei zueinander angeordnete Schütz­ felder gruppieren eingeprägte (Netz)- und variierbare (Stelltransformator)-Spannungen auf der Erregerseite, ein weiteres solches Feld steuert den sekundären Stromweg.

Die Besonderheit der Anordnung besteht in der ge­ schickten Anbindung der Zusatztransformatorerreger­ wicklungen an feste Potentialpunkte, wobei sich beim Verstellen des Stelltransformators in den Endberei­ chen Phasenwendungen ergeben, die durch die passende Potentialanbindung eine additive Spannung auf der Sekundärseite der Schubtransformatoren ergibt. Außer­ dem wird hierbei im Phasenwendepunkt (Endanschlag des Stellers) eine Eingangsspannung der entsprechenden Transformatoren von 0 V erzeugt. Deshalb kann lei­ stungslos und unterbrechungsfrei geschaltet bzw. der Strom durch die Schützfelder übergeben werden. Hier­ durch läßt sich eine kontinuierliche Spannungsver­ stellung des Ausganges der Anordnung erzielen (siehe Fig. 2).

Durch die in den Unteransprüchen angegebenen Maßnah­ men sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesse­ rungen möglich. Mittels eines Grundtransformators, hinter dem die Zusatztransformatoren gesetzt werden, kann die kleinste geforderte Spannung mit dem größten Strom vorgegeben werden, und die nachfolgenden Berei­ che in den Leistungsklassen, d. h. die Spannungs- und Stromwerte, werden über die Schalteranordnung hinzu­ addiert.

Ein Ausführungsbeispiel ist in den Zeichnungen darge­ stellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine schaltungsgemäße Ausgestal­ tung der erfindungsgemäßen Stelltransformatoranordnung, und

Fig. 2 die Strom/Spannungskurven abhän­ gig von der Zuschaltung der Stu­ fen.

In Fig. 1 liegt die Primärwicklung eines Stell­ transformators T0, beispielsweise von 1 kVA, an Klem­ men L1, L2, die beispielsweise mit einem Netz von 400 V, 50 Hz verbunden sind. Das Stellorgan 2 des Stelltransformators gleitet auf der Sekundärwick­ lung von dem unteren Anschlag 0 bis zum oberen An­ schlag 1, wobei die abgehende Spannung entsprechend verändert wird. Eine Mehrzahl von Festtransformatoren sind als Zusatztransformatoren T1, T2, T3, T4, T5 vorgesehen, deren Primärwicklungen einerseits fest mit der Klemme L1 oder L2 in abwechselnder Art und andererseits über erste Schalter K1, K2, K3, K4, K5 mit dem Stellorgan 2 des Stelltransformators 1 und über zweite Schalter K11, K21, K31, K41, K51 mit der Klemme L1 oder der Klemme L2 abwechselnd verbunden sind.

Die Zusatztransformatoren T1, T2, T3, T4, T5 haben vorzugsweise die gleiche Bauleistung wie der Stell­ transformator T0. Die Sekundärwicklungen der Zusatz­ transformatoren T1 bis T5 sind über dritte Schalter K12, K22, K32, K42, K52 mit dem Ausgang der Stell­ transformatoranordnung verbunden.

Die Funktionsweise der dargestellten Schaltungsanord­ nung ist wie folgt: Bei einer Ausgangsspannung 0 V liegt das Stellorgan 2 des Stelltransformators T0 am unteren Anschlag (Anschluß) 0, d. h. an der Klemme L1. Hier liegt gleichfalls direkt der eine Anschluß der Primärwick­ lung des Zusatztransformators T1, T3 und T5, während der andere Anschluß der Primärwicklung der Zusatz­ transformatoren T1, T3, T5 über den zweiten Schalter K11, K31 und K51 mit L2 verbindbar ist. Andererseits sind die einen Anschlüsse der Primärwicklung des Zu­ satztransformators T2, T4 direkt mit der Klemme L2, die anderen über die zweiten Schalter K21, K41 mit der Klemme L1 verbindbar. Der Schalter K1 ist ge­ schlossen, wobei an dem anderen Anschluß der Primär­ wicklung des Zusatztransformators T1 gleichfalls das Potential der Klemme L1 liegt. Wenn jetzt das Stellorgan 2 aus der unteren Stellung 0 in die obere Stellung 1 bewegt wird, ändert sich entsprechend die Spannung an der Primärwicklung T1, bis das Potential der Klemme L2 erreicht ist. Die Spannung an der Se­ kundärwicklung wird über den dritten Schalter K12, der zusammen mit K1 geschlossen wird, an den Ausgang weitergegeben und kann bei der Verstellung zwischen 0 bis 2 V einen Strom von 500 A führen (s. Fig. 2).

Nunmehr wird der dem Zusatztransformator T2 zugeord­ nete zweite Schalter K2 geschlossen, wodurch an bei­ den Seiten der Primärwicklung des Zusatztransforma­ tors T2 dasselbe Potential, nämlich das der Klemme L2 liegt, und da Potentialgleichheit hergestellt ist, wird der zweite Schalter K11 des Zusatztransformators T1 gleichfalls geschlossen. Jetzt liegt die Nennspan­ nung voll an der Primärwicklung des Zusatztransforma­ tors T1, der somit starr wird, während der Zusatz­ transformator T2 durch die Potentialanbindung noch 0 V vom Steller 2 erhält. Bevor der Steller 2 die obere Stellung 1 verläßt, muß der erste Schalter K1 geöff­ net werden. Die dritten Schalter werden mit den er­ sten Schaltern geschaltet, so daß der dritte Schalter K22 geschlossen ist, während der dritte Schalter K12 vor Verlassen der oberen Stellung 1 mit dem ersten Schalter K1 geöffnet wird. Die Ausgangsspannung liegt weiterhin fest auf beispielsweise 2 V. Das Stellorgan 2 wird nunmehr von der oberen Stellung 1 in die unte­ re Stellung 0 bewegt, wodurch aufgrund des Phasenwen­ deprinzips sich zu der Ausgangsspannung am Zusatz­ transformator T2 entsprechend der Stellung des Stell­ organs 2 des Stelltransformators T0 und dem Überset­ zungsverhältnis des Zusatztransformators T2 zu der Spannung an TI hinzuaddiert. Wenn sich das Stellorgan 2 am unteren Ende 0 befindet, wird über den ersten Schalter K2 der Primärwicklung des Zusatztransforma­ tors T2 Endpotential L1 zugeführt und entsprechend liegt am Ausgang nach dem Beispiel 4 V mit 500 A an.

Nunmehr wird der erste Schalter K3 des Zusatztrans­ formators T3 geschlossen, wodurch an beiden Enden der Primärwicklung das Potential der Klemme L1 liegt; weiterhin wird der zweite Schalter K21 geschlossen und der erste Schalter K2 des Zusatztransformators geöffnet.

In entsprechender Weise werden für die weiteren Stu­ fen die Verschiebung des Stellorgans jeweils abwech­ selnd vom unteren Ende 0 zum oberen Ende 1 sowie der Schaltvorgang der ersten, zweiten und dritten Schal­ ter vorgenommen, wobei eine beliebige Anzahl von Zu­ satztransformatoren hintereinandergeschaltet werden können. Im Ausführungsbeispiel liefert die darge­ stellte Stelltransformatoranordnung auf der Sekundär­ seite der Zusatztransformatoren eine kontinuierlich veränderbare Spannung in einem Bereich von 0 bis 32 V bei einem Strom von maximal 500 A bis 62,5 A.

In dem dargestellten Ausführungsbeispiel fängt der Verstellbereich der Ausgangsspannung bei 0 V und 500 A Belastbarkeit an. Es kann auch vorgesehen werden, daß die Stelltransformatoranordnung 1 mit einem Grundtransformator verbunden wird (s. Fig. 1 Dar­ stellung in unterbrochenen Linien), durch den die Grundparameter vorgegeben werden, nämlich die klein­ ste vom Anwender geforderte Spannung mit dem größten Strom, hinter den sich beliebig viele Zusatztransfor­ matoren anschließen können. Durch den Grundtransfor­ mator und die Zusatztransformatoren werden Leistungs­ bereiche zueinander addiert, wobei bei gleichem Auf­ bau der Zusatztransformatoren die Leistungsbereiche gleich sind, und mit dem Stelltransformator kann in den Leistungsbereichen eine kontinuierliche Verstel­ lung der Spannung und des Stroms vorgenommen werden.

In Fig. 2 ist der Strom bzw. die Spannung am Ausgang der Schaltungsanordnung dargestellt, wobei die Zu­ schaltung der Stufen 1 bis 5 erkennbar ist. Innerhalb des Bereichs der Stufen wird die Spannung kontinuier­ lich durch den Durchlauf des Stellers des Stelltrans­ formators geändert.

Claims (5)

1. Stelltransformatoranordnung mit einem Stelltrans­ formator (T0), einer Mehrzahl von Zusatztransfor­ matoren (T1-T5), an deren Sekundärwicklungen eine veränderbare Spannung abnehmbar ist, und einer von einer Steuereinheit gesteuerten Schalteranordnung (K1-K5; K11-K51; K12-K52), die die Primärwicklun­ gen der Zusatztransformatoren (T1-T5) zuschaltet, wobei durch die Zuschaltung Spannungsbereiche ver­ änderbar sind und die Schalteranordnung (K1-K3) die veränderbare Sekundärspannung des Stelltrans­ formators (T0) an die jeweils zugeschaltete Pri­ märwicklung der Zusatztransformatoren (T1-T5) legt, derart, daß über den Stelltransformator (T0) eine stufenlose Einstellung in den Spannungsberei­ chen durchführbar ist, und wobei die einen Enden der Primärwicklungen der Zusatztransformatoren (T1-T5) über erste Schalter (K1-K5) jeweils mit dem zugehörigen Stellorgan (2) des Stelltransformators (T0) und über zweite Schalter (K11-K51) mit einer Klem­ me (L1, L2) der Primärwicklung des Stelltransforma­ tors (T0) verbindbar sind und die anderen Enden der Primärwicklungen der Zusatztransformatoren (T1-T5) mit der jeweils anderen Klemme (L2, L1) der Primärwicklung des Stelltransformators (T0) ver­ bunden sind.

2. Stelltransformatoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellorgan (2) des Stelltransformators (T0) entsprechend einer Phasenwendung in bezug auf die Primärseite der Zusatztransformatoren zwi­ schen seinen Endstellungen hin- und herverschiebbar ist und daß die Primärwicklungen der Zu­ satztransformatoren (T1-T5) über die zweiten Schalter (K11-K51) entsprechend der Phasenwen­ dung mit den Klemmen des Stelltransformators (1) verbindbar sind.

3. Stelltransformatoranordnung nach einem der An­ sprüche 1 bis 2 dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärwicklungen der Zusatztransformatoren (T1-T5) jeweils über dritte Schalter (K12-K52), die abhängig von den Schaltvorgängen der ersten und zweiten Schalter geschaltet werden, mit dem Ausgang verbindbar sind.

4. Stelltransformatoranordnung nach einem der An­ sprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatztransformatoren (T1-T5) jeweils die elek­ trische Bauleistung des Stelltransformators (T0) aufweisen.

5. Stelltransformatoranordnung nach einem der An­ sprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß vor die Zusatztransformatoren (T1-T5) ein Grund­ transformator geschaltet ist, der die kleinste gewünschte Spannung mit dem größten Strom vor­ gibt.