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Anordnung zur stromlosen Umschaltung unter Last und zur Feinregelung
bei Stufentransformatoren Die Spannungsregelung unter Last gewinnt immer mehr an
Bedeutung, seitdem es gelungen ist, diese Aufgabe, die ursprünglich nur dem Einfach-
bzw. Doppeldrehtransformator vorbehalten war, mit dem wesentlich einfacheren und
billigeren Stufentransformator in Verbindung mit Lastschaltern zu lösen. Diese Regelungsart
hat lediglich die Nachteile, daß die Regelung nicht stetig erfolgt und daß beim
Überschelten von einer Stufe zur anderen die Spannungsdifferenz der beiden Stufen
durch einen induktiven oder Ohmschen Widerstand aufgenommen werden muß. Der Lastschalter
muß den dadurch verursachten Ausgleichstrom zwischen den beiden Stufen abschalten.
Außerdem läßt es sich nicht vermeiden, daß bei einer bestimmten Stellung des Lastschalters
der ganze Belastungsstrom durch den Widerstand geht, diesen erwärmt und außerdem
zu unerwünschtem Spannungsabfall Anlaß gibt. Auch vollständige Zerstörungen dieser
Schaltwiderstände sind keine Seltenheit.
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Zur Vermeidung dieser Nachteile ist man dazu übergegangen, in. jeder
Phase zur Überbrückung der einzelnen Schaltstufen einfach Drehtransformatoren besonderer
Schaltung zu verwenden. Dies hat den Nachteil, daß man bei Drehstrom drei Einphasendrebtransformatoren
benötigt, die einmal wegen der gemeinsamen Betätigung den Schaltvorgang erschweren,
dann aber wegen der Spezialschaltungnicht einfachimAufbau sind; denn die bei solchen
Stufentransformatoren gewöhnlich vorhandenen zwei Stufenwähler pro Phase werden
im stromlosen Zustand geschaltet und müssen abwechselnd stromlos gemacht werden.
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Die den genannten Anordnungen anhaftenden Nachteile werden durch die
Erfindung vermieden. Nach der Erfindung werden bei einer Anordnung zur stromlosen
Umschaltung unter Last und zur Feinregelung von Stufentransformatoren, die pro Phase
zwei Stufenwähler besitzen, die über die Primärwicklung je eines Hilfstransformators
zu einer gemeinsamen Ableitung geführt sind, die Sekundärwicklungen dieser Hilfstransformatoren
an einen Regeltransformator angeschlossen, durch dessen Regelung die Widerstände
der Sekundärstromkreise beider Hilfstransformatoren sich gegensinnig ändern.
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Dabei kann der die Sekundärwicklungen der erwähnten beiden Transformatoren
speisende Regeltransformator als Spartransformator ausgebildet werden, der mit Anzapfungen
versehen ist und einen verschiebbaren Nullpunkt be= sitzt.
Es kann
aber auch als Regeltransformator ein Drehtransformator für gleichbleibende Vektorlage
der geregelten Spannung verwendet werden, beispielsweise ein Drehtransformator,
der pro Phase je drei Wicklungen besitzt, von denen zwei mit gleicher Windungszahl
aber entgegengesetzter Wicklungsachse in dem Ständer des Drehtransformators angeordnet
sind, während der dritte Wicklungsteil, der ebenfalls die gleiche Windungszahl besitzt,
in dem verdrehbaren Läufer liegt und zwischen den beiden erwähnten Wicklungen des
Ständers mit diesen verbunden ist. An Stelle eines derartigen regelbaren Drehtransformators
kann auch eine gleichwertige andere Anordnung verwendet werden, z. B. eine Transformatoreinrichtung,
die aus einem Drehtransformator und einem Schenkeltransformator zusammengesetzt
ist. ' Bei einem derartigen Transformator ändert sich bei Verdrehung des Läufers
die wirksame Primär- bzw. Sekundärwindungszahl mit dem Kosinus bzw.% Sinus - des
Verdrehungswinkels und entsprechend bei gleichbleibendem Fluß auch die Primär- bzw.
Sekundärspannung. Diese Spannungen sind jedoch um 9o ° phasenverschoben. Durch geeignete
Schaltung und sekundärseitige Phasenverkettung der Wicklungen der an den Drehtransformator
'C angeschlossenen, Transformatoren kann erzielt werden, daß trotz der Phasenungleichheit
der von dem Drehtransformator gelieferten Spannungen die Spannungen in den beiden
Primärwicklungen der Zwischentransformatoren, die an die Anzapfungen des Stufentransformators
angeschlossen sind, in Phase sind.
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In der Zeichnung sind an Hand zweier Figuren Ausführungsbeispiele
der Erfindung näher erläutert.
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In der Fig. i bezeichnet i ein Drehstromnetz, von dem zur Vereinfachung
nur eine Phase dargestellt ist, 2 die Primärwicklung eines Transformators, dessen
Sekundärwicklung 3 mit Anzapfungen q. bis 9 versehen ist. Auf den mit den Anzapfungen
verbundenen Kontakten schleifen die beiden Stufenwähler io und ii, die nur in stromlosem
Zustand von einem Kontakt zum andern bewegt werden sollen. 12 und 13 stellen zwei
gewöhnliche Transformatoren dar, 17 einen regelbaren, mit Anzapfungen versehenen
Spartransformator. 15 bedeutet einen doppelpoligen Umschalter, der zur Umschaltung
der geregelten Spannung benutzt werden kann.
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Die Primärwicklungen der beiden Transformatoren 1z, 13 sind nun mit
je einem Ende an die Stufenwähler io, ii angeschlossen, während die beiden anderen
Enden miteinander verbunden und mit einer gemeinsamen Ableitung 16 versehen sind,
die je nach Lage des Umschalters 15 zum Nullpunkt oder zum Verbraucherstromkreis
führt. Die Sekundärwicklungen der beiden Transformatoren Iz und -13 besitzen eine
verkettete Schaltung und sind an die äußeren Enden des Spartransformators 17 angeschlossen,
dem man mit Hilfe von Anzapfungen und einem Nullpunktstufenschalter 18 einen verschiebbaren
Nullpunkt geben kann.
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Befinden sich die Stufenwähler io, ii in der gezeichneten Stellung,
der Wähler ii auf der Anzapfung 9, der Wähler ro auf der Anzapfung 8, ferner der
Nullpunktstufenschalter 18 des Spartransformators 17 in der Mittelstellung, dann
verteilt sich der durch 16 abgehende Strom zu gleichen Teilen auf die Stufenwähler
io, ii. Zugleich entspricht die dem Verbraucherstromkreis über die Leitung 16 zugeführte
Spannung der zwischen dem Nullpunkt und in der Mitte zwischen den Anzapfungen 8
und 9 herrschenden Spannung. Der Spartransformator 17 nimmt dann die zwischen den
Stufen io und ii herrschende Spannung auf, die sich gleichmäßig auf-die durch den'#.e'Nullpunktstufenschalter
gebildeten beiden gleichen Teile seiner Wicklung verteilt. Die vom Belastungsstrom
hervorgerufenen Amperewindungen sind in den beiden Wicklungsteilen entgegengerichtet
und heben sich auf. Verschiebt man nun den Schalter 18 nach unten, so nehmen die
Windungszahlen des unteren Wicklungsteiles ab, die des oberen in gleichem Maße zu.
Entsprechend verteilen sich die gleichgebliebenen Stufenspannungen auf die nunmehr
ungleichen Wicklungsteile. Da aber die vom Belastungsstrom herrührenden Amperewindungen
sich nach wie vor aufheben müssen, nimmt der Strom im oberen Wicklungsteil mit der
größeren Windungszahl ab und im unteren mit der kleineren Windungszahl zu. Gleichzeitig
geht die Spannung im Verbraucherkreis entsprechend der Verschiebung des Nullpunktstufenschalters
18 zurück. Wenn schließlich dieser Schalter ganz unten angelangt ist, wird die Windungszahl
des unteren Wicklungsteiles zu Null. Der Transformator 13 ist nunmehr sekundär und
damit auf induktivem Wege auch primär kurzgeschlossen, während der Transformator
i2 auf einen Transformator ohne Sekundärwicklung, demnach auf eine reine Drosselspule
geschaltet ist. Damit wird sein Primärstrom völlig abgedrosselt. Die Stufenspannung
liegt jetzt allein am Transformator 12, und der Stufenschalter ii führt jetzt nur
rlen Erregerstrom der beiden Transformatoren iz und 17, der jedoch bedeutungslos
ist. " Der Stufenwähler io hat den gesamten Belastungsstrom übernommen. Für die
Spannung im Verbraucherkreis ist das Potential der Stufe 8 maßgebend. Der Stufenwähler
ii kann nun im stromlosen Zustand auf den Kontakt 8 bewegt werden, ohne daß er zunächst
noch Strom übernimmt. Erst wenn der Nullpunktschalter 18 wieder nach oben bewegt
wird, fließt über den
Wähler ii und den Transformator i2 wieder
Strom, während gleichzeitig der Strom des Stufenwählers io zurückgeht. Bei der Mittelstellung
des Schalters 18 werden beide Ströme gleich, und in der oberen Endstellung hat der
Stufenwähler ii den ganzen Strom übernommen, während gleichzeitig der Strom des
Wählers io zu Null geworden ist. Solange beide Wähler sich noch auf dem gleichen
Kontakt8 befinden, braucht von dem Transformator 13 noch keine Spannung aufgenommen
zu werden. Dies ist erst der Fall, wenn der Stufenwähler io auf den nächsten Kontakt
7 gebracht wird. Durch Abwärtsbewegen des Nullpunktschalters 18 übernimmt der Stufenwähler
io wieder Strom, während ii gleichzeitig entlastet wird, und so wiederholt sich
der Vorgang.
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Fig. 2 zeigt eine andere Ausführungsform der Erfindung, bei der an
Stelle des Spartransformators 17 mit verschiebbarem Nullpunkt ein Drehtransformator
14 getreten ist. Dieser Drehtransformator 14 besitzt drei Wicklungen 31, 32, 33.
Die beiden Wicklungen 31, 32, welche gleiche Windungszahl besitzen, sind mit entgegengesetztem
Windungssinn in Reihe geschaltet und im Ständer des Drehtransformators angeordnet,
die Wicklung 33 liegt dagegen im Läufer und ist in der Mitte zwischen den beiden
in Reihe geschalteten Wicklungen 31, 32 angeschlossen.
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Wird bei diesem Drehtransformator 14 der Läufer mit seiner Wicklung
33 gegenüber dem Ständer verschoben, so verteilt sich die Spannung einer Stufe auf
die Primärwicklungen der Transformatoren 12 und 13 im Verhältnis des Kosinus zum
Sinus des Verstellwinkels, um den die Wicklung 33 gegenüber den beiden anderen Wicklungen
31 und 32 verschoben wird.
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Bei diesem Drehtransformator weist die abgegebene Spannung eine Phasenverschiebung
von go ° auf. Infolge geeigneter Schaltung der Sekundärwicklungen der Transformatoren
12, 13 kann jedoch erzielt werden, daß die in den Primärwicklungen dieser Transformatoren
auftretenden Spannungen in Phase sind. Dies wird bei dreiphasiger Ausführung in
einfachster Weise dadurch erreicht, daß die eine der Sekundärwicklungen der Transformatoren
12, 13 in Stern, die andere in Dreieck geschaltet ist und daß die Anschlüsse an
den Drehtransformator vertauscht und die Windungszahlen ungleich gewählt sind.
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In der Nullstellung des Drehtransformators kehrt sowohl die Primärspannung
als auch die Sekundärspannung das Vorzeichen um. Wenn dies für den Regelvorgang
unerwünscht ist, z. B. wenn man den Drehtransformator stets in der gleichen Richtung
drehen will, dann schaltet man die Sekundärwicklungen der Transformatoren 12, 13
um, und zwar dann, wenn sie sich im Kurzschluß befinden. Das Umschalten erfolgt
dann ohne Stromunterbrechung. . Dabei werden die Umschalter nicht beansprucht, weil
keine Leistung abzuschalten ist.
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Die Stufenwähler io und ii haben beim Regeln keinen Strom zu führen,
mit Ausnahme der Erregerströme der Transformatoren, von denen lediglich der des
Drehtransformators ins Gewicht fällt. Um die Stufenwähler auch davon zu entlasten,
kann man mit besonderem Vorteil parallel zu den Sekundärwicklungen der beiden Transformatoren
12, 13 Kondensatoren 1g, 2o schalten. Diese werden zweckmäßigerweise, wie in der
Fig. 2 dargestellt ist, in verketteter Schaltung an die Zuleitungen zwischen dem
Drehtransformator 14 und den Transformatoren 12, 13 angeschlossen, und zwar ist
der Kondensator ig an 12 angeschlossen und 20 an 13, weil die Spannung am Transformator
12 ihren maximalen Wert besitzt, wenn die Spannung am Transformator 13 gleich Null
ist und umgekehrt.
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Man könnte auch die Kondensatoren parallel an jede der beiden Primärwicklungen
des Drehtransformators oder auch an eine allein anschließen.
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Mit Hilfe der beschriebenen Anordnungen ist man imstande, nicht nur
eine Umschaltung der einzelnen Stufen des Regeltransformators unter Last zu erreichen,
ohne daß die eingangs geschilderten Nachteile auftreten, sondern man kann darüber
hinaus noch jede beliebige Zwischenstufe erhalten (Feinregelung), ohne daß man die
Zahl der im Transformator selbst anzubringenden Stufen zu vergrößern braucht. Man
kann im Gegenteil sogar die Zahl der Anzapfungen des Stufentransformators verringern,
wodurch allerdings eine Vergrößerung der Zwischentransformatoren und des Regeltransformators
erforderlich wird.
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Das Umschalten der an die Anzapfungen des Stufentransformators angeschlossenen
Stufenwähler io, ii wird zwangsläufig mit dem Verstellen des Drehtransformators
vorgenommen. Der Antrieb für die Stufenwähler und für den verschiebbaren Teil des
Drebtransformators sind zu diesem Zweck miteinander gekuppelt.
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Häufig wird auch die Forderung gestellt, daß die Spannung des Stufentransformators
von einem positiven Maximalwert bis auf den gleichen negativen Maximalwert geregelt
werden soll. Eine derartige Regelung mit geradlinig hin und her bewegtem Stufenwähler
wird bei der in Fig. i dargestellten Schaltung mit Hilfe des Umschalters 15 erzielt.
Sobald die Spannung von dem positiven Maximalwert durch Anlegen der Stufenwähler
io, ii an die Anzapfung q. auf Null verringert ist, kann nach dem Umschalten des
Schalters 15 durch Rückwärtsbewegen der Stufenwähler auf die folgenden Anzapfungen
5, 6 usw. auf den negativen Höchstwert eingeregelt werden. -
Die
Schaltung läßt sich auch derart ausbilden, daß die Stufenwähler einer kreisförmigen
Kontaktbahn zugeordnet und beim Regeln stets in der gleichen Richtung bewegt werden.
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Die Transformatoren 12, 13 können in besonders vorteilhafter Weise
nach Art von Stromwandlern einphasig ausgeführt und elektrisch verkettet werden.
Sie besitzen dann nur einen einzigen Isolator für die Zuführungsleitungen zu der
Primäxwicklung, zwischen denen bei geeigneter Bemessung nur eine verhältnismäßig
geringe Spannung herrscht, die durch die Größe der Spannungen zwischen zwei Anzapfungen
des Stufentransformators gegeben ist. Man kann aber die Transformatoren 12, 13 auch
in üblicher Weise als Dreiphasentransformatoren ausbilden.
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An Stelle eines Spartransformators kann auch ein Transformator mit
zwei Wicklungen und Anzapfungen an jeder Wicklung verwendet werden. Man steuert
dann zweckmäßigerweise jede der Wicklungen, die zwecks Verminderung der Streuung
konzentrisch zueinander angeordnet sind, durch je einen besonderen Nullpunktstufenschalter.
Bei derartigen Anordnungen kann bei Anwendung der sogenannten ABC-Schaltung trotz
einer geringen Anzahl von Anzapfungen eine verhältnismäßig große Stufenzahl erreicht
werden.