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Schaltdrossel, -insbesondere zur Regelung von elektrischen Lokomotivmotoren
Die Erfihdung bezieht sich auf eine insbesondere zur Regelung von elektrischen Lokomotivmotoren
dienende Drossel mit einem unterteilten Eisenkern, auf dessen Teilfluß.-leitern
die mit Anzapfungen versehene Drosselwicklung verteilt angeordnet ist und bei der
unabhängig von der Größe des Laststromes die während des überschaltens der einzelnen
Anzapfungen gestörte gleichmäßige Spannungsverteilung jeweils nach wenigen Schaltschritten
periodisch wiederhergestellt wird. Die Verteilung der Drosselwicklung auf die einzelnen
Teilflußleiter erfolgt dabei derart, daß jeder zwischen zwei Anzapfungen liegende
Wicklungsabschnitt nur mit einem Teil des gesamten Kraftflusses verkettet ist und
bei Belastung nur einzelner Wicklungsabschnitte die gleichmäßige Verteilung der
an der Drosselspule liegenden Spannung über die einzelnen Abschnitte gestört ist.
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.Die Erfindung besteht darin, .da( eine Ausgleichswicklung vorgesehen
ist; die aus parallel geschalteten Spulen besteht und deren Einzelspulen jeweils
Gruppen von mindestens je zwei der Teilflüsse umfassen. Es wird durch diese Anordnung
erreicht, daß auch bei nicht völlig belasteter Wicklung die gleichmäßige Verteilung
des Kraftflusses über das gesamte Kernsystem erhalten wird. Die Ausgleichswicklung
hat die Wirkung, daß an den den einzelnen Spulen zugeordneten Drosselwicklungsteilen
die Teilspannungen unverändert bleiben. Dabei ist, eben weil jede Ausgleichsspule
jeweils mindestens zwei Teilflußleiter umfaßt, auf jeden Fall sichergestellt, .daß
eine Abdrängung des Kraftflusses aus einem Teilflußleiter auf einen anderen im Falle
eines Kurzschlusses eines Drosselwicklungsteils (durch den Regelschalter) ohne weiteres
sattfinden kann. Unzulässig hohe Kurzschlußströme sind somit vermieden.
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Bei Regeltransformatoren z. B. in Sparschaltung ist es bereits bekannt,
die einzelnen Wicklungsstufen auf verschiedene Schenkel bzw. Teilkerne eines Kernsystems
aufzubringen. Die bekannte Anordnung hat jedoch den Nachteil, daß sich bei nicht
voll in den Laststromkreis eingeschalteter Regelwicklung eine ungleichmäßige Verteilung
des Kraftflusses über das Kernsystem ergibt. Das führt zu einem großen belastungsabhängigen
Spannungsabfall des Transformators. Die Spannung -nimmt bei, dem bekannten Transformator
infolgedessen bei Einschalten der einzelnen Wicklungsstufen auch nicht gleichm'ä'ßig
zu, sondern sie steigt praktisch erst dann an, wenn eine im wesentlichen gleichmäßige
Belastung des ;gesamten Kernsystems erreicht ist, d. h. also bei Einschalten der
letzten Stufen.
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Ferner ist eine Schaltdrossel bekanntgeworden, die ebenfalls aus mehreren
Teilflußleitern
besteht, auf denen die Drosselwicklung verteilt
angeordnet ist und bei der ferner die Wicklung -wiederholt nacheinander die einzelnen
Teilkerne umschlingt. Eine derartige Anordnung hat den Nachteil, daß sich nur relativ
wenig Spannungsstufen erzielen lassen. Bei zwei Teilflußleitern lassen sich vier
'Stufen erzielen, deren Zahl nur durch Vergrößerung der .einzelnen Teilflußleiter
erhöht werden kann. Hierdurch ist aber wieder der Nachteil bedingt, daß in der Mehrzahl
der möglichen Kontaktstellungen die Flußverteilung ungleichmäßig und damit auch
der belastungsabhängige Spannungsabfall relativ groß ist.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung werden -diese Nachteile vermieden,
indem von der Gesamtzahl der Teilflüsse stets eine Gruppe von mindestens zwei Teilflüssen
mit einer gemeinsamen Ausgleichsspule versehen ist, wobei sämtliche Ausgleichsspulen
untereinander parallel geschaltet sind. Bei Verwendung von zwei Teilflüssen in jeder
Gruppe ist unabhängig von der insgesamt vorhandenen Zahl der Spannungsstufen stets
nach zwei Schaltschritten die gleichmäßige Flußverteilung wiederhergestellt. Es
wird also bei der Schaltdrossel vorliegender Erfindung eine Regelspannungskennlinie
von praktisch gleichmäßigem Anstieg erzielt, die außerdem von der Belastung unabhängig
ist.
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Die erfindungsgemäß ausgebildete Drosselspule ist außerordentlich
kurzschlußsicher, und es ist ohne weiteres möglich, den Regelschalter auf der z.
B. als Kollektor ausgebildeten Kontaktbahn in jeder beliebigen Stellung, d. h. auch
in der Überbrückungsstellung zweier Lamellen, stehen zu lassen. Der Erfindungsgegenstand
eignet sich deshalb. auch besonders als Feinregler für Stufentransformatoren (vorzugsweise
für Lokomiotivmotoren). Ferner besitzt er als regelbare Drosselspule für die Zwecke
der Lichtbogenschweißung wesentliche Vorzüge.
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Zur näheren Erläuterung der Erfindung sei auf die Zeichnung verwiesen,
in der in Abb. i eine Schaltung dargestellt ist, in welcher die erfindungsgemäß
ausgebildete Drossel beispielsweise verwendet werden kann.
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Der Verbraucher (Lokomotivmotor) V soll z. B. von einer Spannung L1
auf eine Spannung L2 umgeschaltet werden. Ll und L@ sind dabei etwa zwei Spannungsstufen
des Lokomotivtransformators, sie können aber beispielsweise auch zwei verschiedene
Netzpunkte oder zwei ganz verschiedene Netze ,darstellen. Die .Überschaltung von
einer Spannung auf die andere erfolgt .durch Zu- bzw. Abschaltung von Windungsanzapfungen
der zwischen den- Spannungspunkten liegenden Drossel D. In den Abb.2 und 3 sind
schematisch zwei. Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäß ausgebildeten Drossel
dargestellt. Der Eisenkern der Drossel hat eine Reihe Teilflußleiter (mit Rückschlüssen
versehene Einzelkerne i) ` aus lamelliertem Eisenblech, zit-ischen denen die an
den Spannungen L, und L., liegende Schaltwicklung 2 hindurchgeführt ist. Die Wicklung
hat Amapfungen mit Kontakten 3, welche von der zum Verbraucher führenden Bürste
4 überstrichen werden.
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Werden bei dieser Anordnung beim Überschalten zwei Kontakte 3 kurzgeschlossen,
so umfließt der Kurzschlußstrom lediglich beispielsweise den ersten der Teilkerne
i. Der Kraftfluß in diesem Teilkern wird durch den Kurzschlußstrom kompensiert und
die Ausbildung eines hohen Kurzschlußstromes infolgedessen vermieden.
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Die Ausgleichswicklung 5, die dazu dient, eine ungleichmäßige Flußverteilung
über die gesamte Drossel zu verhindern, wenn der Laststrom nur einen Teil der Drossel
durchfließt, besteht bei dem hier mehr schematisch dargestellten Ausführungsbeispiel
aus drei parallel geschalteten Spulen 5. Der mit jeder dieser Spulen verkettete
Kraftfluß verteilt sich über zwei Einzelkerne i. Es entstehen hier also Gruppen
von je zwei Einzelkernen. Innerhalb dieser Gruppen kann sich nun eine unsymmetrische
Flußverteilung ausbilden. Sie kann aber nicht, eben weil die Spannung an jeder der
Spulen 5 nicht absinken kann, auf die übrigen Einzelkerne übergreifen, wirkt sich
also auf die Gesamtregelspannungskennlinie praktisch nicht aus. Die Gesamtzahl der
Einzelkerne i ist nicht beschränkt. Je größer ihre Zahl ist, desto feiner läßt sich
die Spannung unterteilen.
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Bei der Drossel nach Abb.2 umschlingt die Regelwicklung und die Ausgleichwicklung
jeden Kern nur einmal. Praktisch werden jedoch in den meisten Fällen zweckmäßig
mehrere Windungen auf einem Teilkern angeordnet..
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Abb.3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei welchem
zwei magnetisch voneinander getrennte Teilkerne i aus lamelliertem Eisenblech vorgesehen
sind. Jeder Kern i besitzt dabei zwei magnetische Rückschlüsse i' und i". Diese
Ausbildung des Eisenkernes bat sich als besonders raumsparend erwiesen: Jede Spule
5 der Ausgleichswicklung umschlingt einen Teilkern i, auf welchen ferner je ein
Teil der Schaltwicklung 2 aufgebracht ist. Die Schaltwicklung ist derart mit Anzapfungen
versehen, daß bei Kurzschluß zweier Kontakte 3 der Kurzschlußkreis stets nur den
Teil des Flusses des Teilflußleiters umfaßt, der dem Fluß im Rückschluß i' bzw.
i" entspricht. Die
Ausgleichsspulen 5 sind wieder parallel geschaltet.
In besonderen Fällen kann es zweckmäßig sein, diese Spulen unmittelbar an die Spannungen
L1, L2 zu legen. o Die Kontaktbahn ist hier als ringförmiger Kollektor ausgebildet,
was in vielen Fällen von Vorteil ist, _ insbesondere wenn es sich um eine Schaltdrossel
handelt, .die als Feinregler in Verbindung mit einem Stufentransformator dienen
soll. Hier wird dann zweckmäßig die Bewegung der Bürste mit den Stufenschützen derart
gekoppelt, daß bei Fortschalten der Stufenschütze der Feinregler sich ariden Anzapfungen
des Stufentransformators abwälzt. Zweckmäßig werden dabei die Kontakte so angeordnet,
daß bei überschreiten einer Mittellage die Bürste die. Regelung der Drossel in entgegengesetzter
Richtung vornimmt. Dann kann die. Bürste bei Abwälzen des Reglers an den Spannungsstufen
des Grobtransformators stets .gleichsinnig gedreht -werden.
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Eine besonders günstige Ausbildung des Erfindungsgegenstandes ergibt
sich, insbesondere wenn eine größere Zahl von Teilkernen verwendet wird, durch Zusammensetzen
dieser Teilkerne zu einem Ring, in dessen Innern dann der Kollektor angeordnet wird.
Das Zusammensetzen der Teilkerne zu einem ge= schlossenen Ring hat wie überhaupt
das dichte Zusammenpacken der Kerne den Vorteil, daß die Wärme von einem Teilkern
zum anderen gut abgeleitet werden kann. Dadurch wird eine schädliche Überhitzung
eines Teilkernes etwa infolge eines lang andauernden Kurzschlusses eines Wicklungsteils
mit Sicherheit vermieden.
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Um die durch ungleichmäßige Belastung der Drossel bewirkte unsymmetrische
Verteilung des Kraftflusses hintanzuhalten, ist es in gewissen Fällen, insbesondere
bei Drosseln von kleinerer Leistung, auch vorteilhaft, den magnetischen Widerstand
der - Teilflußleiter etwa durch Anbringen von Luftspalten oder durch stellenweise
Verengung des Querschnittes der Flußleifier,, derart, daß hier eine hohe Sättigung
auftritt' zu erhöhen. Als am zweckmäßigsten hat sich jedoch in den meisten Fällen
die Verwendung einer Ausgleichwicklung erwiesen.