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Einrichtung zur selbsttätigen Umschaltung eines Verbrauchers beim
Anschluß an Wechselstromnetze verschiedener oder veränderlicher Spannung Die Erfindung
bezieht sich auf eine Einrichtung zur selbsttätigen Spannungsumschaltung eines Verbrauchers
beim Anschluß an Wechselstromnetze verschiedener oder veränderlicher Spannung. Sie
dient insbesondere dem Zweck, eine bisher von Hand erforderliche Umschaltung, nämlich
die Anpassung des Verbrauchers an die jeweilig vorhandene Netzspannung, selbsttätig
durchzuführen.
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Derartige Einrichtungen sind an sich nicht neu. Die bekannten Anordnungen
haben jedoch den Nachteil, daß auf umständliche Art und Weise mehrere aufeinanderfolgemde
Schaltmaßnahmen beim Anschließen des Verbrauchers an das Netz durchzuführen sind.
Außerdem hat es sich bei den bekannten Anordnungen als nachteilig erwiesen, daß
das die Umschaltung der verschiedenen Stromkreise des Verbrauchers bewerkstelligende
Schaltrelais,direkt an die Netzspannung angeschlossen ist. Vielvorteilhafter ist
es dagegen, wenn wie beim Gegenstand der vorliegenden Erfindung das Schaltrelais
von einer zusätzlich erzeugten Differenzspannung betätigt wird. Auf diese Weise
kann nämlich erreicht werden, daß das Schaltrelais bei einer bestimmten Netzspannung
ganz oder beinahe spannungslos ist. Die bei Netzspannungsänderungen bzw. Netzspannungserhöhungen
am Schaltrelais auftretenden Spannungswerte betragen dann ein Vielfaches der vorher
dort herrschenden Spannung, so daß .die erforderliche Umschaltung mit großer Sicherheit
und mit verhältnismäßig einfachen Mitteln durchführbar ist.
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Gegenstand derErfindung ist also eineEinrichtung zur selbsttätigen
Umschaltung eines Verbrauchers beim Anschluß an Wechselstromnetze verschiedener
oder veränderlicher Spannung, bei welcher ein in Abhängigkeit von der Netzspannung
ansprechendes Umschaltrelais einen Schalter steuert, der von mehreren vorgesehenen
Stromkreisen des Verbrauchers den der jeweiligen Netzspannung entsprechenden Stromkreis
einschaltet. DasKennzeichen derErfindung besteht darin, daß zu dieser Umschalteinrichtung
mehrere Wicklungen gehören, die von einem sich mit der Netzspannung teils proportional,
teils nicht proportional ändernden magnetischen Kraftfluß durchsetzt werden, wobei
diese Wicklungen derart zueinander geschaltet sind, daß sie bei höherer oder ansteigend
sich ändernder Netzspannung eine von o oder ungefähr o ansteigende Differenzspannung
erzeugen, welche bei Erreichung eines vorbestimmten Spannungswertes das Relais betätigt.
Das Schaltrelais ist also nicht wie bei den bekannten Anordnungen direkt an die
Netzspannung angeschlossen, sondern es wird von einer zusätzlich erzeugten Differenzspannung
betätigt. Diese wird in einem Eisenkerntransformator
mitmehreren
entsprechend angeordneten und zweckmäßig geschalteten Wicklungen erzeugt. Beispielsweise
kann die, Entstehung der gewünschten Differenzspa, nung durch mehrfache Unterteilung
der er kundärwicklung des Eisenkerntransformato@s: und durch zweckmäßige Schaltung
und Anordnung der einzelnen Teilwicklungen auf dem Transformatorkern herbeigeführt
werden. Gemäß Abb. i ist ein Teil der Sekundärwicklung So zusammen mit der Primärwicklung
P des Transformators derart auf dem Transformatorkern angeordnet, daß die beiden
Wicklungen jederzeit von dem gleichen magnetischen Kraftfluß durchsetzt werden,
wodurch die in den Wicklungen induzierten Spannungen jeweils proportional sind mit
Ausnahme eines geringen, durch Streuung bedingten Spannungsabfalls. Der gleiche
magnetische Kraftfluß schließt sich nun nicht über einen Eisenweg von überall gleichem
Querschnitt, sondern er muß einen Teil des Kernes mit stark verkleinertem Querschnitt
passieren. Zu dem Kernteil mit verkleinertem Querschnitt sind unter Zwischenschaltung
eines Luftspaltes ein oder mehrere magnetische Nebenschlüsse, beispielsweise in
Form von kleineren Kernschenkeln, angeordnet, welche bewirken, daß bei genügend
hoher, an die Primärwicklung angelegter Spannung der magnetische Kraftfluß sich
nicht nur durch den verengten Kernquerschnitt, sondern auch über die magnetischen
Nebenschlüsse hinweg ausgleicht bzw. schließt. Bei niedrigerer Priinärspannung dagegen
tritt bekanntlich eine entsprechend geringere magnetischeInduktion im Kern auf.
Damit ist aber auch die magnetische Induktion in dem verkleinerten Kernquerschnitt
verhältnismäßig noch niedrig, so daß sich der magnetische Kraftfluß fast nur über
den verkleinerten Kernquerschnitt hiniveg schließt und eine Teilung des Kraftflusses
über den Luftspalt hinweg nach den magnetischen Nebenschlüssen kaum stattfindet.
Zur Erzeugung, der erwünschten Differenzspannung werden nun Teile der Sekundärwicklung
sowohl auf dem Teil des Kernes mit verkleinertem Querschnitt als auch auf den einzelnen
magnetischen Nebenschlüssen angeordnet, und zwar derart, daß die auf den Nebenschlüssen
angeordneten Wicklungsteile S2 und S3, mit der Wicklung So in-Reihe geschaltet sind,
wobei der auf dem Kernteil mit verkleinertem Querschnitt angeordnete Wicklungsteil
S1 der Wicklung So jedoch entgegengeschaltet ist. Die bei der Änderung der Primärspannung
in der Sekundärwicklung durch diese Schaltungsanordnung auftretende Differenzspannung
dient dazu, das für die Umschaltung erforderliche Schaltrelais automatisch zu steuern.
Selbstverständlich-kann durch zweckmäßige Dimensionierung der Sekundärwicklung und
des Transformator-.kernes auch erreicht werden, daß auf den magnetischen Nebenschlüssen
keine Wicki@egen unterzubringen sind, so daß also die ,erforderliche Differenzspannung
nur mittels ":,einer auf dem normalen Kernquerschnit und einer auf dem geschwächten
Kernquerschnitt angeordneten Teilwicklung erzeugt wird.
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Aufbau und Schaltungsweise des erfindungsgemäßen Spezialtransformators
seien an Hand der Abbildungen noch einmal näher erläutert. Abb. i zeigt schematisch
den Eisenkern E des Spezialtransformators, auf dessen mittlerem Schenkel die Primärwicklung
P und der Teil So der Sekundärwicklung angeordnet ist. Die beiden Wicklungen befinden
sich auf einem Kernteil A gleichen Querschnittes und werden von dem gleichen magnetischenKraftfluß
durchsetzt. In den gleichen magnetischen Kraftfluß ist ein Stück B mit bedeutend
geschwächtem Kernquerschnitt eingeschaltet. Dieser im Querschnitt verkleinerte Kernabschnitt
B wird überbrückt von zwei magnetischen Nebenschlüssen C und D, welche unter Zwischenschaltung
je eines Luftspaltes dem in A auftretenden magnetischen Kraftfluß bei genügend hoher
Primärspannung P einen zusätzlichen Schließungsweg unter Umgehung des schwächeren
Kernteiles B bieten. Auf dem schwächeren Kernteil B und den beiden Nebenschlüssen
C und D sind nun die restlichen Teile der Sekundärwicklung aufgebracht, und zwar
die Teilwicklungen S2 und S9auf den ,magnetischen Nebenschlüssen. C und D in Serienschaltung
mit dem erstenTeil der Sekundärwicklung So, die TeilwicklungSl auf dem geschwächten
Kernteil B in gegenläufiger Schaltung zu So. Die Wirkungsweise dieser Anordnung
ist nun folgende: Ändert sich die an die Primärwicklung P angelegte Spannung, wird
sie beispielsweise größer, so ändert sich mit der Primärspannung die Sekundärspannung
So proportional, die Sekundärspannung S1 dagegen fallend und die Sekundärspannungen
S2 und S3 wiederum steigend, jeweils bezogen auf die proportional verlaufende Spannungskurv
e von So. In Abb. z ist .dieser Spannungsverlauf der einzelnen Wicklungen dargestellt.
Die Spannungsdifferenz, die sich aus dem innerhalb der verschiedenen Teile der Sekundärwicklung
auftretenden Spannungsverlauf ergibt, kann nun dazu dienen, das Schaltrelais für
die Umschaltung des Gerätes zu betätigen. Bei entsprechender Dimensionierung der
Sekundärwicklungsteile kann der Verlauf der einzelnen Spannungen derart gewählt
werden, daß sich bei einer primärseitigen Wechselspannungvon 22o Volt eine sekundärseitige
Spannungsdifferenz von etwa o Volt ergibt. Das Schaltrelais
soll
in diesem Falle in der Ruhelage verbleiben. Bei einer Primärspannung von 3i0 Volt
dagegen kann die sekundärseitige Spannungsdifferenz den Wert erreicht haben, der
für ein Ansprechen des Umschaltrelais erforderlich ist. Voraussetzung für ein exaktes
und sicheres Ansprechen des Umschaltrelais bei den gewünschten Spannungswerten ist
natürlich eine möglichst unterschiedliche Steilheit der Spannungskurven der gL-geneinanderwirkenden
Sekundärwickl ungen und eine damit auftretende genügend große Spannungsdifferenz,
was durch den zweckmäßigen Aufbau des Transformatorkernes und dieAnordnung der Wicklungsteile
S" und ,S3 erreicht worden ist. Um jedoch eine vorzeitige Umschaltung des Gerätes
durch starke Stromstöße und die damit verbundenen größeren Spannungsschwankungen
zu vermeiden, wird die Primärwicklung P zweckmäßig über einen entsprechenden Widerstand
W an das Netz angeschlossen. DieEinschaltung diesesWiderstandes hat weiter noch
den Vorteil, daß die Spannungsdifferenz hinter dem Umschaltepunkt infolge des zunehmenden
Primärstromes und des damitverbundenenSpannungsabfalles nicht allzu groß wird. Hierdurch
wird eine Überlastung der Relaisspule vermieden.
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Die sich so ergebende gesamte Schaltung der erfindungsgemäßen Umschalteeinrichtung
zeigt die Abb. 3. Der auf die beiden Spannungen 22o und 380 Volt umschaltbare
Netztransformator ist mit T bezeichnet. Bei N
erfolgt der Anschluß
an das Wechselstromnetz von beispielsweise 22o Volt Spannung. Der zur Erzeugung
der Spannungsdifferenz erforderliche Spezialtransformator mit der Primärwicklung
P und der unterteilten Sekundärwicklung S ist mit U bezeichnet. Diedurch den Spezialtransformator
erzeugte Differenzspannung wird durch die Gleichrichteranordnung G gleichgerichtet
und dem Schaltrelais R zugeführt. Bei Anschluß des Gerätes an ein 1\Tetz von 220
Volt entsteht in der Sekundärwicklung von U keinerlei Differenzspannung, d. h. also,
.das Relais R bleibt in der gezeichneten Ruhelage, und der umschaltbare Transformator
T ist mit seiner für 22o Volt bestimmten Wicklung an das Netz angeschlossen. Wird
dagegen das Gerät, sei es mit Absicht, sei es aus Versehen, mit seinen Klemmen N
an ein Netz von 380 Volt Spannung angeschlossen, so entsteht auf der Sekundärseite
des Transformators U die entsprechend vorausbestimmte Differenzspannung, welche
ein Anziehen des Relais R und damit eine automatischeUmschaltung des Xetztransformators
T auf die 38o-Volt-Wicklung zur Folge hat.