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Regelbarer Stufentransformator der Kerntype für mit einphasigem Wechselstrom
betriebene Fahrzeuge Es ist bekannt, auf Fahrzeugen, die mit Einphasenwechselstrom
betrieben werden, die den Motoren zugeführte Spannung mit Hilfe sog. Stufentransformatoren
zu regeln. Die Motorstromzuleitung für idie Motoren wird bei derartigen Anordnungen
mit Hilfe eines Zwischentransformators sowie Stufenschiitzen an den über die Sekundärwicklung
des Transformators Verteilten Anzapfungen entlang geschaltet. Vorzugsweise wird
es :dabei durch eine veränderliche Erregung des Zwischentransformators ermöglicht,
daß eine leistungsfreie Öffnung der Stufensdhalter beim Entlangschalten der Mötorstromzuleitung
an dem Stufentransformator erfolgt.
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Im Betriebe derartiger Stufentransformatoren hat sich nun gezeigt,
daß bei einem Teil der Stufenschütze, beispielsweise den geradzah.ligen Stufenschützen,
außergewöhnlich hohe Einschaltstromstöße auftreten können, durch die leicht Betriebsstörungen
liervorgerufen werden. Eine nähere Betrachtung zeigt nun, daß diese hohen Ströme
durch Streuung der einzelnen Spulen gegen die Hochspannungswicklung dann hervorgerufen
werden, wenn die einzelnen Spulen der Niederspannungswicklung im Interesse einer
Herabsetzung der Spulenzahl sämtlich in Reihe geschaltet und abwechselnd auf die
nebeneinanderliegenden Kernteile des Transformators verteilt sind.
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Im folgenden soll dies näher an Hand der Fig. r bis 3 erläutert werden.
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Fig. r zeigt schematisch einen einphasigen Stufentransformnator. K
ist der Eisenkern, A und, B bedeuten zwei nebeneinande'rliegende Schenkel.
Auf dem Schenkel A lwegt,der Wicklungsteil I, auf dem Schenkel B der Wicli:-lungsteilII.
Die zur Vereinfachung nicht dargestellten Fahrmotoren sind einerseits über
die
Zuleitung Z1 an den Punkt O der Spule I -in geschlossen, die auf dem Schenkel .Q
liegt. Die zweite Motorzuleitung Z. liegt an der Mittelanzapfung _1I des Zwischentransformators
D; t1°r iib:r die Stufenschalter ii und 12
an die Anzapfpunkte i und 2 der
Transforinatorwicklung II auf dein Schenkel B angeschlossen «-erden kann. E ist
die Erregerwicklung des Zwischentransformators D, dem bei der Regelung über einen
Feinregler o. dgl. eine veränderliche Spannung zugeführt wird: In der dargestellten
Schaltphase, die beispielsweise der -zweiten Regelstufe entspricht, sind die Stufenschütze
i i und 12 geschlossen. Die Spule I führt den vollen Motorstrom 1. Die Spule 1I
auf dein Schenkel l', müßte den hallen --Motorstroin
führen, wenn eine gleichmäßige Stromverteilung auf die Zweige des Zwischentransformators
und die Stufenschalter i i und 1a gewährleistet sein soll. Eine derartige Stroinverteihin:-
hätte nun zur Folg:, daß bei einer Anzahl von n-Windungen in jeder der Sekundärspulen
I und 1I in der erst genannten Spulen-1 Amperewindungen, in der Spule 1I dagegen
n #
Amperewindungen hervorgerufen «-erden. Da die Transforinatorprimärwicklung wegen
der Reihenschalt-ung der zugehörigen Wicklungsspulen zwangsläufig auf den beiden
Schenkelteilen des Transformators die gleiche Anzahl G.,geiiamper:@t°indungen hervorruft,
würde sich ergeben, d@aß auf dein Schenkel A ein Üb;rschuß an @el:uiidäramp, retvin:dungen,
auf dem Schenkel B eine zu geringe Anzahl von Amperewinclungen vorhanden ist. Unter
dem Einfluß der Ungleichheit der Amperewindun.gen der Sekundärwicklungsteile auf
den Schenkeln des Transformators ergibt sich ein beträchtlicher Streufloß von joch
zu Joch, der einen Ausgleich herbeizuführen sucht. Dies hat zur Folge, daß in Annäherung
auch in der Sekundärwicklung II der volle Strom J auftritt. Den Fehlbetrag
entnimmt die Spule 1I dem zu d:n Anzapfungen 1, 2 parallel geschalteten Zwischentransformator
D. Unter dein Einfloß des in der Sekundärspule 1I ,auf tretenden sog. Ausgleichstromes
ergibt sich nun, dali der resultierende Strom, welcher tatsiichlich über den Schalter
12 verläuft, erhöht ist. während der über den Schalter i i verlauf.rnae Strom vermindert
ist. Theorebiscli hat der durch den Schalter 12 verlaufende Strom den Wert 1, während
über den Schalter i i der Strom O verläuft.
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Auf der näthsten, der dritten Schaltstufe sind die Verhältnisse umgekehrt,
wie Fig. -2 der Zeichnung ohne weiteres entnommen werden kann. eher die Schalter
12 total 13 liegt auf der dritten Schaltstufe der Zwischentransformator D an den
Anzapfungen 2 und 3. Die Spule I auf dein Schenkel A wird ebenso wie die Spule 1I
auf dem Schenkel B von dem vollen Motorstrom durchflossen. In der Spule III sollte
nur der halbe Motorstrom auftreten. In diesem Falle würde sich ergeben, daß auf
dem Schenkel B i'%.., mal soviel Amperewin,dungen wie auf dein Schenkel A auftreten.
Voraussetzung ist hierfür, daß in der Wicklungsanordnung auf dem einen Schenkel
A die erste Spule, auf dein Schenkel B die beiden folgenden Spulen 1I und III angeordnet
sind und sämtliche Spulen die gleiche Windungszahl haben. Unter*iein Einfloß der
aus dein oben erläuterten Grunde unausgeglichenen Sekuncl:irami)erewindungen ergibt
sich, claß in der Spule III eine Verringerung des Stromes eintritt. Infolgedessen
fließt ein größerer Strom über den Stufenschalter 12 und ein kleinerer Strom durch
den Stufenschalter 13. -121t punktierten Linien ist in Fig. -2 in älinliclier "'eise
wie in Fig. i der Ausgleichstrom J" eingetragen, der die unsymmetrische Stromverteilung
auf die Stufenschalter zur Folge hat.
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Auf der vierten Schaltstufe ist die in Fig. ,; dargestellte Schaltung
vorhanden. Der Zwischentransformator D liegt hierbei über die Stufenschalter 13,
i.1 an den Anzapfungen 3, 4. bzw. der Spule IV, die wiederum ebenso wie die Spule
I auf dein Schenkel A liegt. Grundsätzlich ergeben sich hinsichtlich der Unsvnimetrie
der auf den verschiedenen Transforinatorenschenkeln liegenden Ainperewindungen die
gleichen Verhältnisse wie auf Schaltstufe 1I (Fig. i). Auf dem Schenkel B führen
die Spulen 1I und III den vollen Motorstrom, auf Schenkel A dagegen ist nur in der
Spule I der volle :@-Iotorstrom, in der Spule IV dagegen theoretisch nur der halbe
'.\Iotorstroni vorhanden. Tatsächlich tritt in der Spule IV wieder der gestrichelte
angedeutete Ausgleichstrom J' auf, wodurch sich ergibt, daß ein wesentlich größerer
Teil des resultierenden Stromes über den Stufenschalter 14. verläuft, während der
Stufenschalter 13 nur einen kleineren Strom führt. In ähnlicher Weise ergibt sich,
daß während des weiteren Regelvorganges durch unausgeglichene Sekundäramperewindungen
der den Transforniatorschenkeln zugeordneten Spulen eine unsymmetrische Stromverteilung
auf die Stufenschalter her beigeführt wird, wobei sich ergibt, daß die geradzahligen
Stufenschalter wesentlich höheren Einschaltströmen und damit Belastungen ausgesetzt
sind als die ungeradzahligen Stufenschalter. Eine Folge dieser Erscheinungen ist
nun, daß an den erwähnten geradzahligen Schaltern während des Betriebes eine erhöhte
Abnutzung auftritt, während die ungeradzahligeu Schalter zu gering beansprucht sind.
Die
Verwendung von Ausgleichwicklungen bei Stufentransformatoren der Manteltype ist
bereits bekannt. Diese Ausgleichwicklungen sind dabei zu dem Zwecke vorgesehen,
einen Ausgleich der infolge der halben Windung vorhandenen unausgeglichenen primären
und sekundären Amperewirndungen herbeizuführen. Bei derartigen Manteltransformatoren
mit halben Windungen liegen jedoch völlig andere Verhältnisse vor, alts sie sich
bei dem erfi.nidungsgemäß au sigebilrdeten Transformator der Kerntype mit Verteilung
der Sekundärwicklungen auf die beiden Schenkel beim Regel:nt ergeben.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die geschilderten Nachteile
zu vermeiden. Gegenstand der Erfindung ist ein regelbarer Stufentransformator der
Kerntype für mit einphasigem Wechselstrom betriebene Fahrzeuge, bei dem mittels
Stufenschaltern die Motoranschfußleitung mit Hilfe eines Zwischentransformators
an den über die Sekundärwicklungen des Transformators -verteilten Anzapfungen entlaviggeschaltet
wird,, unid die Sekundärspulen der Transformatorwicklung abwechselnd auf den nebeneinanderliegenden
Transformatorsclienkeln angeordnet sind. Die Erfindung besteht darin, daß dem Transformator
Mittel zugeordnet sind, die beim Anschluß der Sekundärwicklung des Zwischentransformators
an zwei Anzapfun:gen das Auftreten ungleicher Ströme an den Stufenschealtern unter
dem Einfluß unausgeglichener Sekundäramperewindungen auf den Transformatorschenkeln
verhindern. Eine einfache Ausführung des Erfindungsgedankens ergibt sich dadurch,
d@aß ein oder mehrere Ausgleichw icklungen vorgesehen sind, welche die beiden (die
Sekundärwicklungen tragenden Schenkel des Eisenkernes gemeinsam umschließen.
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In Fig. 4. der Zeichnung ist beispielsweise eine derartige Anordnung
wiedergegeben.-A und B sind wieder die beiden Schenkel des Transformators,
auf denen die Spulen der Sekundärwicklung in der an Hand der Fig. i bis 3 erläuterten
Weise abwechselnd verteilt angeordnet sind. Zur Vereinfachung ist in Fig. 4. von
idem Fall ausgegangen, der der Schaltung gemäß Fig. i entspricht. In der Spule i
auf dem Schenkel A tritt der Strom J auf, während die Spule Il von dem Strom
durchflossen ist. Zusätzlich ist erfintdungsgemäß .die Ausgleichwicklung X vorgesehen,
welche gleichzeitig die beiden Schenkel A und B des Transformators .umschließt.
In dieser Ausgleichwicklung X tritt nun ein Ausgleichstrom J, auf. Die durch den
Ausgleichstrom J,; in Bezug .auf den Schenkel A hervorgerufenen Amperewindungen
sind den von der Wicklung I hervorgerufenen Amperewin.dungen entgegengerichtet,
während umgekehrt in Bezug auf den Schenkel B die vom Ausgleichstrom J,. hervorgerufenen
Amperewindungen die von- dem Strom'
in der Wicklung II hervorgerufenen Amperewindungen unterstützen. Praktisch ergibt
sich .durch die Wirkung der Ausgleichwiclclung X ein Ausgleich der auf die beiden
Schenkel .des Transformators einwirkenden .Sekundäramperewindungen. Es werden also
än dem Schenkel A etwa s/4 zaJ-Amperewindungen und ebenso an dem Schenkel B etwa'/,taJ-Amperewinidungenauftreten.
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Gemäß der weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann die Ausgleichwicklung
gleichzeitig als aktive Selnindärivicklung mitbenutzt werden. Eine derartige Schaltung
zeigt Fig. 5. A und B sind wieder die Transformatorschenkel. X ist
die Ausgleichwicklung, die gleichzeitig als Sekundärwicklung benutzt wird. Durch
eingezeichnete Pfeile ist der Stromverlauf in der Sekundärwicklung wiedergegeben.
In Bezug auf den Sekundärstrom J sind die beiden Hälften der Ausgleichwicklung X
parallelgeschaltet, währenid sie in Bezug auf den Ausgleichstroin Ir in Reihe geschaltet
sind. Zur Vereinfachung sind in Fig. 5 die übrigen normalen Spulen der Sekundärwicklung
nicht dargestellt.
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Die Ausführung nach Fig.5 läßt sich grundsätzlich auch in der Weiseverwirklichen,
daß zwei der vorhandenen normal ausgeführten Transformatorspulen gleichzeitig als
Sekundärwicklung und als Ausgleichwicklung zusammengeschaltet werden. Diese Anordnung
ist schematisch in Fig. 6 wiedergegeben. Die letzterwähnte Schaltung kann beispielsweise
mit Vorteil bei vorhandenen Regeltransformatoren Anwendung finden, um durch Abänderung
der normalen Schaltung Abhilfe gegen übermäßige Beanspruchungen einzelner Schalter
zu erreichen.
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Die weitere Ausgestaltung der Erfindung ist noch dadurch möglich,
daß für die Erzielung einer gleichmäßigen Stromverteilung an den Stufenschaltern
ein AusgleichtransformatQr vorgesehen wird, der dauernd an beliebige .aufeinanderfolgende
Anzapfungen der Sekundärwicklung des Stufentransformators angeschlossen ist, 'wobei
jedoch die zwischen diesen Anzapfungen liegenden Transformatorspulen verschiedenen
Schenkeln des Transformators zugeordnet sein müssen.
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Fig.7 gibt die Schaltung für diesen Fall wieder. A und
B sind wieder die Schenkel des Transform,atoreisenkernes. V und VI sind zwei
Sekundärspulen der mit den Anzapfungen versehenen Sekundärwicklung. An die Anzapfungen
23, 24. und 25 sind .die Wicklungsteile T1, T., des Ausgleichtransformators angeschlossen.
Man erkennt ohne weiteres,
daß beim Auftreten einer unsymmetrischen
Amperewindungszahl auf den :beiden Schenheln des Transformators die gestrichelt
angedeuteten Ausgleichströme in dem Ausgleichtransformator auftreten, welche Gleichheit
der Amperew:inidiunig@n auf den beiden Transformatorschenkeln Herbeiführen, wodurch
wiederum eine unsymmetrische Stroinverbeilung auf bestimmte Stufenschalter verhindert
wird.
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Grundsätzlich ist der Erfindungsgedanke auch bei anderen Transformatoren
als für Bahnfahrzeuge anwendbar.