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Stufentransformatorschaltung mit einem zu- und gegenschaltbaren regelbaren
Zusatztransförmator Es ist bereits ein im Betrieb umschaltbarer Stufentransformator
bekannt, bei dem die Umschaltung von einer Stufe zur anderen durch einen mit Hilfskontakten
und Überschaltwiderständen versehenen Leistungsumschalter bewirkt wird, dessen Pole
durch einen Stufenwähler abwechselnd mit den geradzahligen und ungeradzahligen Anzapfungen
des Stufentransformators verbunden werden, wobei der Leistungsumschalter für die
Zusatzleistung zu bemessen ist. Beim Überschalten von einer Stufe auf die andere
werden die Ausgleichsströme durch die angebrachten Überbrückungswiderstände zwar
begrenzt, sind aber bei größeren Apparaten immer noch sehr groß, so daß besondere,
häufig zu betätigende Ölschalter dazu notwendig sind. Außerdem nehmen auch die Überbrükkungswiderstände
große Dimensionen an, trotzdem stufenweise geschaltet wird, so daß in der Regulierkurve
starke Sprünge gleich der jeweiligen Anzapfspannung auftreten.
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Eine weitere bekannte Anordnung zur Regulierung der Betriebsspannung
eines von einem Transformator gespeisten Netzes besteht darin, daß der mittlere
Punkt einer Wicklung eines Drehreglers besonderer Bauart mit dem Netz verbunden
ist, während die Enden der Wicklung an zwei aufeinanderfolgende Anzapfungen eines
Stufentransformar tors gelegt sind. Jede Hälfte der Wicklung besteht aus Teilen
der Sekundär- und Primärwicklung, von denen die Sekundärwicklung auf dem Rotor und
die Primärwicklung auf dem Stator befestigt ist. Schließlich ist noch eine andere
Ausführungsform bekannt, bei der ein Drehregler mit zwei Wicklungsphasen auf seinem
Stator und einer Kurzschlußwicklung auf seinem Rotor in Verbindung mit einem Hilfstransformator
zur Stufenschaltung verwandt wird.
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Zum Regeln wird in den beiden zuletzt genannten Fällen der Rotor in
eine derartige Lage zum Stator gebracht, daß die Zusatzspannung von Null bis zu
einem Maximum stufenlos reguliert werden kann. Diese Regelung erfolgt zu dem Zweck,
den Gesamtstrom ganz über denjenigen Schalter zu leiten, welcher mit den gerade
verketteten Wicklungen in Verbindung steht und den anderen zu öffnenden Schalter
nahezu stromlos zu machen. Aber auch bei diesen Anordnungen sind beim Umschalten
von einer Stufe des Anzäpftransformators auf die andere verhältrismäßig
große
Schaltleistungen zu bewältigen, und es treten demzufolge immer noch ' verhältnismäßig
große Überspannungen auf. ; Vorteilhafter als alle diese Anordnungen ' ist eine
weitere bekannte Stufentransformatorschaltung mit einem zu- und gegenschaltbaren,
regelbaren Zusatztransformator, dessen Spannungsbereich einer Stufenspannung des
Stufentransformators entspricht und der über nacheinander betätigte Schalter an
den An- . zapfungen des Stufentransformators entlang geschaltet wird. Der Zusatztransformator
wird bei dieser bekannten Einrichtung primär stufenweise dadurch geregelt, daß seine
Primärwicklung durch eine Reihe von Schaltern über einen Hilfstransformator oder
eine Hilfsdrosselspule an verschiedene Anzapfungen des Stufentransformators gelegt
wird. Sekundärseitig wird der Zusatztransformator durch einige wenige Schalter an
dem Stufentransformator entlang geschaltet.
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Erfindungsgemäß läßt sich eine derartige Stufentransformatorschaltung
mit einem wesentlich geringeren Materialaufwand und erheblich einfacher dadurch
schaffen, daß als Zusätztransformator ein von Null bis zu seinem Höchstwert stufenlos
regelbarer Schubtransformator verwendet wird, Liessen sekundäre Wicklungsenden über
zwei Gruppen von Kontakten, die paarweise an den gleichen Anzapfungen des Stufentransformators
liegen, schrittweise derart weitergeschaltet werden, daß beim Erhöhen der Spannung
auf jeder Stufe der Schubtransformator ohne Belastung auf deinen höchsten Wert und
damit auf die nächste Stufenspannung gebracht wird und alsdann nach Einschalten
an den Lastkreis . auf Null herabgeregelt wird, während beim Erniedrigen der Spannung
der Vorgang umgekehrt verläuft. Einmal ergibt sich gegenüber .der bekannten Einrichtung
der Vorteil einer völlig stufenlosen Regelung, zum .ande-a ren kommen die bei der
bekannten Einrichtung zur primärseitigen Regelung des Zusatztransformators dienenden
Schalter sowie der Hilfstransformator oder die Drosselspule in Fortfall. Da die
Schalter, mit denen der . als Zusatztransformator verwendete Schubtransformator-an
den Anzapfungen des Stufentransformators entlang geschaltet wird, völlig funkenfrei
geschaltet werden, also sehr . klein gehalten werden können, kann man ihre Zahl
vermehren und dann einen Schubtransformator verwenden, der wesentlich kleiner ausgelegt
sein kann als der Zusatztransformator bei der bekannten Einrichtung.
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Gegenüber den bekannten Stufentransformatorschaltungen mit Drehregler
normaler Bauart hat die Erfindung ferner den Vorteil, daß die Zusatzspannung bei
jeder Belastung nach Größe und Richtung gleich der Spannung zwischen zwei Stufen
bzw. dessen Widerstand gleich dem Widerstand der Anzapfstufe ist-, dies hat seinen
Grund darin, daß die Zusatzspannung eines Drehreglers nur für eine bestimmte Leistung
gleich der Spannung zwischen zwei Stufen gemacht werden kann, weil die Kurzschlußspannung
eines Drehreglers im Verhältnis zu der eines Schubtransformators sehr hoch ist.
Durch die konzentrische Anordnung der Wicklungen eines Schubtransformators. ergibt
sich sowohl in der Maximal- als ach in der Nullstellung eine geringe Streuung und
somit eine unter 15 0lo liegende Kurzschlußspannung. Um weiterhin den Rest der Überschaltleistung,
der bei der hohen oder niedrigen Kurzschlußspannung übrigbleibt, auszugleichen,
kann bei der Stellung für die Maximalspannung, z. B. wenn über den Schubtransformator
die eine Anzapfung des Stufentransformators mit der nächsthöheren verbunden ist,
durch Nachregulieren des Schubtransformators die Spannung erhöht und dadurch der
Spannungsabfall ausgeglichen werden. Damit wird die Leistung von dem Schalter der
niedrigeren Spannungsstufe auf den Schalter der nächsthöheren Stufe übernommen und
demzufolge ein funkenloses Abschalten des Schalters der niedrigeren Stufe erreicht.
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in den Abb. i bis 5 ist an Hand von Schaltbildern die Wirkungsweise
der Einrichtung gemäß der Erfindung zum Erhöhen und in den Abb. 6 bis. 9@ zum Erniedrigen
der Spannung schematisch dargestellt.
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Nach Abb. i ist die Erregerwicklung i i des Stufentransformators an
die Spannung U1 gelegt. Die Sekundärwicklung 12 des Stufentransformators besitzt
sechs Anzapfungen 13 bis 18, die der besseren Übersicht wegen zu beiden Seiten der
Sekundärwicklung dargestellt sind. Der Schubtransformator i9, 2o ist mit den Enden
seiner Sekundärwicklung.2o über den Schalter 21 und den Schalter 22 an die Anzapfung
13 der Sekundärwicklung 12 des Stufentransformators gelegt. In dieser seiner Nullstellung
ist der Schubtransformator durch einen Kurzschlußschalter 23 überbrückt, und der
Strom fließt von der Netzleitung 2¢ über den Schalter 25, den Umschalter 26 für
die Sekundärwicklung 12 des Stufentransformators, die Anzapfung 13, den Hauptschalter
22, die Leitung 27, den Schalter 28 zur abgehenden Verbraucherleitung 29. In diesem
Falle beträgt die Zusatzspannung Null. Wie aus, den Abb. 2 bis 5 ersichtlich ist,
erfolgt die Spannungserhöhung in folgender Weise: Beide Enden der Sekundärwicklung
2o werden über je einen Schalter 21, 22 zunächst an dieselbe Anzapfung des Stufentransformators
12 gelegt; dann wird der Schalter 21 geöffnet (Abb. 2), der Schubtransformator
auf
seinen Höchstwert und damit auf die nächste Stufenspannung gebracht und der Schalter
2i dann an die nächste Anzapfung gelegt (Abb: 3). Hierauf wird der mit der abgehenden
Verbraucherleitung 29 unmittelbar verbundene Schalter 22 geöffnet (Abb. q.), der
Schubtransformator stufenlos auf seinen Nullwert gebracht und der Schalter 22 mit
der nächsten Anzapfung verbunden (Abb. 5), so daß nunmehr beide Schalter 2i, 22
an derselben Anzapfung der nächsten Spannungsstufe liegen. Soll die Splannung weiter
erhöht werden, so wiederholt sich dasselbe Spiel.
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Damit der Spannungsabfall im Schubtransformator gedeckt wird, ist
dieser bezüglich seines Übersetzungsverhältnisses so ausgelegt, daß er seinen Spannungsabfall
mit deckt. Durch die über der Wicklung 2o in den Abb.2 bis q. und 6 bis 8 eingezeichneten
Pfeile ist die Regulierrichtung des Schubtransformators angedeutet.
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Wird die Spannung erniedrigt, d. h. rückwärts geschaltet, so erfolgt
der Vorgang einfach zwangsläufig in umgekehrter Reihenfolge, wie dies die Abb. 6
bis 9 zeigen. Diese umgekehrte Reihenfolge kann auch zum Erhöhen der Spannung nach
den Abb. 5, 6, 7, 8 und 9 benutzt werden, so also, daß nicht der Schalter 21 (Abb.
2), sondern der Schalter 22 zuerst geöffnet wird. Zum: Erniedrigen dient sodann
das Verfahren nach den Abb. i bis 5. Diese,Umkehrung kann auch dadurch bewirkt werden,
daß mittels des Umschalters 26 die Vektorrichtung in der Sekundärwicklung des Stufentransformators
umgekehrt wird.
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Die Abb. fo läßt ein Ausführungsbeispiel für den konstruktiven Aufbau
einer Einrichtung gemäß der Erfindung schematisch erkennen. Der an den Anzapfungen
des Stufentransformators entlang zu schaltende Schubtransformator ist mit
30 bezeichnet und trägt auf seinem feststehenden Kernteil 31 die Sekundärwicklung
2o und auf den mittels der Kurbel 3z und der Stange 33 zu beiden Seiten des Kernteiles
31 verschiebbaren Jochteilen 34 die Primärwicklung ig. Beide Wicklungen i9, 2o liegen
konzentrisch zueinander und sind in ihrer Längsachse gegeneinander verschiebbar.
Die Jochteile 34 tragen noch Kurzschlußwindungen 35, die in der Nullstellung 0 des
Schubtransformators der Sekundärwicklung 2o gegenüberstehen. In der maximalen Stellung
M des Schubtransformators liegen sie jedoch außerhalb der Wicklungen und besitzen
über dem Kernteil 31 einen Eisenrückschluß.
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In den beiden Endlagen der Kurbel 32 befindet sich der Schubtransformator
entweder in seiner Null- oder in seiner Maximalstellung. Die Kurbelwelle 36 wird
von einem Antriebsmotor 37 - bewegt und besitzt an ihrem einen Ende einen um 9o°
in der Bildebene versetzt dargestellten Mitnehmerteil 38, der mit seinen Enden jeweils
nach etwa 18o° Drehung der Kurbel 32 in eine mit Aussparungen 39 versehene Scheibe
4o eingreift und die Scheibe- schrittweise dreht.
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Die Achse 41 dieser Scheibe 4.o ist mit einem Drehschalter ,4:2 verbunden,
der die beiden Schalterei, 22 nach den Abb. i bis 9 in sich vereinigt und weitere
Steuerungs- und Sicherheitseinrichtungen enthält, so daß die Anzapfschalter zwangsläufig
in eine der Stellung des Schubtransformators 30 entsprechende Lage kommen,
Links von dem Drehschalter ist die Primärspule i i des Stufentransformators und
der Einfachheit halber in den Drehschalter die Sekundärwicklung 12 gezeichnet. Die
Anzapfstellen 13 bis 18 nach Abb. i bis 9 entsprechen hier Kreissegmentstücken 43
bis 48, auf denen die den Schaltern 21, 22 entsprechenden Bürsten 50, 49 mit ihrem
einen Ende schleifen. Mit ihrem anderen Ende liegen die Bürsten 49, So auf konzentrischen
Schleifringen 52, 51 auf, die an die Sekundärwicklung 2o des Schubtransformators
30 angeschlossen sind. An die Kreissegmentstücke 45, 46 ist die Primärwicklung
i9 des Schubtransformators. gelegt. Zwischen dem ersten (q.3)::und dem letzten (q8)
Kreissegmentstück befindet sich ein neutrales Segment 53, das mit keiner Anzapfung
der Sekundärwicklung 12 des Stufentransformators verbunden, sondern unmittelbar
an die Netzleitung 2¢ angeschlossen ist. Das erste oder letzte Kreissegment kann
durch den Umschalter 26 ebenfalls mit der Netzleitung verbunden werden. Durch einen
an der Bürste 49 vorgesehenen Anschlag 54. kann dieser Umschalter mittels des Drehschalters
42 selbst von der einen Schaltstellung in die andere gebracht werden. Das erste
und letzte Kreissegmentstück besitzen nur bis zu ihrer :Mitte und das neutrale Kreissegmentstück
53 überhaupt keine Schleifbahn für die Bürste 5o. Dies hat den Grund, daß die Sekundärwicklung
2o des Schubtransformators beim Richtungsumschalten der Stufenwicklung 12 abgeschaltet
sein muß, um die Reguliervorgänge des Schubtransformators in diesem Bereich unwirksam
zu machen.
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Weiterhin ist der Umschalter 26 mit Teilen 55, 56 der Steuerschleifringe
57, 58 so verbunden, daß er in der gezeichneten Stellung nur an den Schleifring
58 und( in der anderen Stellung nur an den Schleifring 57 angeschlossen ist. Die
Unterbre--hung der Schleifringe wird in dem dargestellten halle elektrisch durch
Stromlosmachen der Teile 55, 56 bewirkt. Diese Teile könnten jedoch auch mechanisch
mit dem Umschalter 26 v erbunden
werden. An die Schleifringe 57,
58 sind Steuerleitungen angeschlossen, die durch eine weitere am Drehschalter vorhandene
Steuerbürste 59 miteinander verbunden werden. Die von dem Umschalter 26 gesteuerten
Teile 55, 56 der Schleifringe werden durch diesen (26) so geschaltet, daß ein unmittelbarer
Übergang des Drehschalters von der höchsten auf die niedrigste Spannungsstufe des
Stufentransformators unmöglich ist. Dies geschieht in dem dargestellten Beispiel
dann, wenn die Steuerbürste 59 nach ungefähr einem Umlauf an den stromlosen Teil
56 des Schleifringes 57 gelangt, dadurch ein Unterbrechen einer Steuerleitung des
Antriebes des Drehschalters bewirkt, so daß der Drehschalter nicht über die höchste
Spannungsstufe hinweg auf die niedrigste bewegt werden kann. Schließlich besitzt
der Drehschalter 42 eine Kontaktscheibe 6o, die mit Ausschnitten 6 1 versehen
ist und mit einer Schleifbürste 62 außerhalb der Ausschnitte 61 und mit einer weiteren
Schleifbürste 63 ständig in Berührung steht.
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Gesteuert wird die ganze Vorrichtung durch das Wendeschütz 64 für
den Motor 37. Das Wendeschütz besitzt zwei Einschaltspulen 65, 66 und zwei Haltespulen
67, 68. Die beiden Einschaltspulen sind mit ihrer einen Klemme an den oberen (69)
und den unteren (7o) Kontakt eines Kontaktvoltmeters 71, das über den Spannungswandler
72 vom Netz aus gesteuert wird, und mit ihrer anderen Klemme an die Steuerschleifringe
57, 58 gelegt. Ober die Steuerbürste 59 und den an die mittlere Netzleitung angeschlossenen
Schleifring 73 wird der Stromkreis. für .die Einschaltspulen geschlossen. Vom Steuerkontakt
74 des Kontaktvoltmeters 71 führt der Stromkreis weiterhin über die Kontakte 75
eines Überstromrelais 76 zu einer der äußeren Netzleitungen. Bei Überstrom oder
Kurzschluß wird also durch das Überstromrelais 76 das Kontaktvoltmeter 71 wirkungslos
gemacht und der Stromkreis der Einschaltspulen 65, 66 unterbrochen. Der Stromkreis
der Haltespulen führt von der mittleren Netzleitung zur Schleifbürste 63 über die
Kontaktscheibe 6o zur Schleifbürste 62 und von dort zu der einen Klemme durch die
Spulen und von der anderen Klemme zu einer der äußeren Netzleitungen. Durch den
vom Schubtransformator 30 gesteuerten Schalter 23 wird in der Nullstellung
die Sekundärwicklung 2o .des Schubtransformators kurzgeschlossen. Die Wirkungsweise
der Vorrichtung nach der Erfindung ist folgende: Befindet sich der Drehschalter
42 in einer Stellung nach Abb. io, so kommt das neutrale Kreissegmentstück 53 mit
der Bürste 49 in Berührung, und der Strom fließt wie nach Abb. i von der Netzleitung
24 über den Schalter 25, das neutrale Kreissegmentstück 53, die Bürste 49, den Schleifring
5a, die Leitung 27 über den Schalter 28 nach der Verbraucherleitung 29. Die Bürste
So läuft leer, bis sie zur Hälfte des ersten (43) oder letzten (48) Kreissegmentstückes
gelangt.
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Wird beispielsweise durch Fallen der Netzspannung der untere Kontakt
7o des Kontaktvoltmeters 71 geschlossen, so spricht die Einschaltspule 65 an, schaltet
über das Wendeschütz 64 den Motor 37 ein, der über die Kurbel 32 den Schubtransformator
30 und über den Mitnehmerteil 38 den Drehschalter -so lange dreht,
bis die Zusatzspannung. erreicht ist und da,9 Kontaktvoltmeter 71 in seine Mittellage
zurückgeht. Bei Steigen der Netzspannung wird der obere Kontakt 69 des Kontaktvoltmeters
geschlossen. Sodann schaltet die andere Einschaltspule 66 das Wendeschütz und dieses
den Motor in umgekehrter Drehrichtung ein. Ist die gewünschte Zusatzspannung erreicht,
so geht das Kontakt-Voltmeter 71 wieder in seine Mittellage zurück, Dadurch,. daß
der Drehschalter 42 die Kontaktscheibe 6o besitzt, die die Haltespulen 67, 68 des
Wendeschützes 64 steuert, kann die Regulierbewegung sowohl des Schubtransformators
als auch des Drehschalters erst dann aufhören, wenn der Drehschalter sich in einer
der Hauptstellungen I bis VI befindet. d. h. wenn die Schleifbürste 62 vor eine
Aussparung6i derKontaktscheibe 6o gelangt. Dadurch wird der Stromkreis der Haltespulen
67, 68 unterbrochen, und das Wendeschütz 6;1 schaltet den Motor ab.
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Die Hauptstellung des Drehschalters und die des Schubtransformators
sind bei Bewegen des Drehschalters im Sinne des Uhrzeigers etwa folgende: Der Drehschalter
42 bleibt so lange stehen, bis ihn die Kurbelwelle 36 über den Mitnehmerteil 38
nach einer Drehung von etwa i8o° wieder weiterschaltet. Gegenüber dem in Abb. i
bis 9 schematisch dargestellten Schaltverfahren werden hier mehrere Schaltstellungen
gemeinsam ausgeführt. Es 1)estehen nur noch zwei Schaltstellungen der Bürsten 49,
5o pro Stufe, die den schematischen, in Abb. 2 und 4 dargestellten Stellungen entsprechen.
Das Spannungsmaximum des Schubtransformators, entsprechend Abb. 3 und 7, erfolgt
in der einen Totpunktlage der Kurbel bzw. dann, wenn die Bürste 50 auf das
Kreissegment 44 übergeht. Das Kurzschließen der Sekundärwicklung des Schubtransformators
erfolgt durch den Kurzschlußschalter 23 in der 1Tullstellung des Schubtransformators.
Während die Jochteile 34 des Schubtransformators innerhalb des Regelvorganges durch
die Kurbel 32 dauernd bewegt werden, macht der Drehschalter 42
nur
zwei Bewegungen während einer Kurbelumdrehung. Bei einer Bewegung wird er von der
Stellung nach Abb. io derart durchgeschaltet, daß die Bürste 49 auf dem Kreissegmentstück
43 in der Hauptstellung I und die Bürste 5o zwischen den Kreissegmentstücken 43
und 44 zu liegen kommt. Bei der zweiten Bewegung erfolgt ein Durchschalten des Schalters
von der soeben beschriebenen Stellung in eine Stellung, in der die Bürste 4.9 zwischen
den Kreissegmentstücken .a.3 und 44 liegt, während sich die Bürste 5o auf dem Kreissegmentstück
44. in der Hauptstellung II befindet.
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Die für Einphasenstrom beschriebene Vorrichtung kann- natürlich sinngemäß
auch für Mehrphasenstrom angewendet werden.
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