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Einrichtung zur Erhöhung der Schaltstufenzahl von Transformatoren,
insbesondere für die Feinstufenregelung elektrisch betriebener Fahrzeuge Eine Erhöhung
dar Anzahl der Sdhaltstu.fen bei Feinstufensteuereinrichtungen für Trans formatoren
hat nur dann praktische Bedeutung, wenn die angewandten Schaltmittel in einem günstigen,
Verhältnis zu der durch isie erreiehbaren Anzahl Schaltstufen stehen. Eine Vermehrung
der Regelstufen durch eine Zusatztransformatöranordnung herbeizuführen, bei der
(die Anschlüsse .der Primärwicklung vert.auschbar sind, so .daß die Zusatzspannung
sowohl verkleinernd als, auch vergrößernd auf die Motorspannung einwirkt, 'hat keinen
praktischen
Wert. Die Grund,bedi.agang, die an eine derartige Anordnung
gestellt werden muß, nämlich mit möglichst wenig Schaltmitteln eine große Anzahl
von Regelstufen zu erzielen, wird von einer Anordnung mit einem solchen Zusatztransformator
nicht erfüllt, weil sie nicht einfach genug und bei feinerer Abstufung zu verwickelt
wird.
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Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, die regelbare Feinstufe
des Transformators je nach -dessen Regelsinn, derart zu- und -bzw. oder entgeggenzuschalten,
@daß ,mit 7a Grobstufen und einer Feinstufe mit in Stufenschaltern. mindestens;
(7t -1- i) # m Dauerschaltstufen erzielt werden.
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Bekannt ist ein Transformator mit einer Wicklung, die eine Grundspannung
erzeugt, zu der eine von Null bis zu einem Höchstwert regelbare Zusatzspannung zugefügt
werden .kann. Hierzu wird 'ein Stufentransformator benutzt, dessen Spannung mit
Hilfe einer Feinstufe hochgeregelt wird. Bei dieser bekannten Anordnung wird jedoch
.die Feinstufe nur jeder Grobstufe zugeschaltet, während beim Erfindungsgegenstand
die Feinstufe abwechselnd einer Grabstufe entgegen und -dann.der nachfolgenden zugeschaltet
wird. Dadurch wird erreicht, daß die Feinstufe nicht jedesmal aus. ihrer Endstellung
in die Nullstellung zurückgebracht werden muß, ehe sie für die nächste Grobstufe
verwendet werden kann. Des weiteren dient beim Erfindungsgegen.stand die Feinstufe
.nicht nur zum Regeln von einer zur anderen Grobstufe, sondern sie kann auch nach
der Ausregelung aller Grobstufen als zusätzlicher Teil .des Transformators zur Wirksamkeit
gebracht werden. Es ist zwar auch schon ein Transformator bekanntgeworden, bei dem
die Feinstufe zusätzlich in Verbindung mit der Grobstufe nach deren Ausreggel,ung
wirksam ist. Dieser bekannte Transformator enthält aber nur eine einzige Grobstufe,
zu der die Feinstufe zu- und entgegengeschaltet wird. Eine Erweiterung seines Regelbereiches
durch wiederholte Zu- und Gegenschaltung der Feinstufe zu mehreren Grobstufen, wie
dies bei der Anordnung gemäß der Erfindung der Fall ist, ist dort nicht möglich.
Im übrigen kann mit dem bekannten Transformator eine Regelung ohne Leistungsunterbrechung
nur unter vorübergehender Zwischenschaltung eines Hilfswiderstandes durchgeführt
werden. Außerdem können unter Voraussetzung der gleichen Anzahl Schaltmittel mit
dem Erfindungsgegenstand mehr Schaltstufen erzielt werden als mit der bekannten
Einrichtung.
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Bekannt ist des weiteren eine Einrichtung zur Erhöhung der Schaltstufenzahl
von Transformatoren, die aus einem geregelten, und ungeregelten Teil besteht -und
bei der zu beliebig vielen wahlweise zuschultbaren, nicht regelbaren Grobstufen
gleicher Nennspannung wiederholt eine regelbare Feinstufe von zweckmäßig gleicher
Nennspannung, aber beliebiger Stufenzahl zugeschaltet wird. Mit dieser bekannten
Anordnung lassen sich weniger Dauerschaltstufen als mit dem Erfindungsgegenstand
erzielen, nämlich mit n Grobstufen und einer Feinstufe von m Stufenschaltern werden
nur (n.;-- i) - (yi-i) Dauerschaltstufen erreicht. Außerdem ist zu beachten, 'daß
bei der älteren Anordnung der Aufwand an Sc'haltmitteln zum Wirksammachen der einzelnen
Grobstufen größer ist als b,-im Eründun;gsgegenstand; denn zum Aussteuern von beispielsweise
vier Grobstufen sind bei der bekannten Anordnung zehn Steuerschalter erforderlich.
Beim Erfindungsgegenstand hingegen wird die erhöhte Stufenzahl unter Voraussetzung
der gleichen Anzahl Grobstufen mit nur sieben Steuerschaltern erzielt, von denen
drei stets der Feinstufe beigeordnet und wiederholt benutzt werden, während für
jede Grobstufe nur ein einziger sog. Umgehungsschalter erforderlich ist, der überdies
aber auch zeitweise als Stufenschalter wirksam ist, Der Erfindungsgegenstand stellt
mithin bei verringertem Aufwand an Steuerschaltern und erhöhter Stufenzahl gegenüber
der älteren Anordnung eine beachtliche Verbesserung dar, was auf den abweichenden
Schalttakt zurückzuführen ist.
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Die bei der Erfindung angewandte Schaltregel soll .an Hand eines einfachen
Ausführrungsbeispiels gemäß Fig. i näher erläutert werden. Der dargestellte Transformator
besteht aus zwei Wicklungsabschnitten versohiedener Windungszahl ii und 12. Zu Beginn
der Regelung wird der Lastschalter 8 geschlossen, während, die Lastschalter g und,
io geöffnet bleiben. Mit Hilfe der Stufenschalter i bis 7 kann bis zu der aus dem
Wicklungsabschnitt 12 zur Verfügung stehenden Spannung hochgeschaltet werden. Nach
Erreichen dieser durch den regelbaren Teil des Transformators erzielbaren Spannung
wird der Lastschalter io geschlossen, bevor der Lastschalter g und die Stufenschalter
i bis 7 'geöffnet werden. Durch diese Umschaltung wird an die Belastung 13 die in
der Tran.sformatorwicklung ii induzierte, nicht regelbare Spannung gelegt, die annähernd
mit der in 12 induzierten, regelbaren Spannung übereinstimmt. Nach Schließen 'des
Lastschalters, g und des Stufenschalters i wird der Lastschalter io wieder geöffnet,
und nunmehr kann das Weiterschalten der regelbaren Spannung mittels der Stufenschalter
i bis 7 fortgesetzt werden. In vorliegendem Fall wird also von einer regelbaren
Spannung
ausgehend eine Umschaltung auf eine nicht regelbare Spannung
gleicher oder abweichender Größe vorgenommen, zu der erneut die regelbare Spannung
hinzugeschaltet werden kann. Auf Grund .dieser Schaltregel wird, wie leicht ersichtlich,
mindestens eine 5o°/oige Ersparnis an Schaltmitteln erzielt.
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Eine erweiterte Anwendung der angegebenen Schaltregel zeigt die in
Fig.2 dargestellte Transformatoranordnung. Diese Regeleinrichtung mithält einen
Transformator, der abweichend von: der ersten Anordnung mehrere Grobstufen: gleicher
Spannungen, z. B. drei (I, II, III), hat. Die regelbare Feinstufe IV speist !doppelseitig
über die ihr zugeordneten Stufenschalter i bis 7 die Steuerd-rossel 14. Vorn wesentlicher
Bedeutung :sind ,die bei dieser Anordnung vorgesehenen Umgehungsschalter i9 bis
22; die ohne Unterbrechung,des Arbeitsstromnes und @damit ohne Zugkraftunterbrechung
ein leistungsloses Zuscha1 ten der einzelnen Grobstufen ermögdchen. Zu Beginn des
Anfahrens, werden die Umgehungsschalter i9 .und 2o eingelegt, und mit Hilfe der
Stufenschalter i bis 7 wird- rdie in dem regelbaren Transformatorabse'hnitt induzierte
Spannung der in der Grobstufe I herrschenden Spannung entgegengeschaltet. Nach Schließen
des Stufenschalters 7 wird ' der als achter Stufenschalter zu denlkende Hilfsschalter
24 eingelegt, so :daß nunmehr die .in der Grobstufe I induzierte Spannung an diesem
Hilfsschalter liegt. Hierdurch. ist die Voraussetzung geschaffen, daß jetzt der
Um, hungs,schalter 2o geöffnet und der Umgehu:ngs.schalter 21 geschlossen werden
kann. Infolge dieserSchaltmaßnahme liegt nunmehr ,die in der Grobstufe I induzierte
Spannung über den T-Tmgehungs,s.chalter2i am Eingang der regelbaren Feinstufe IV,
und! die in dieser induzierte Spannung kann mit Hilfe der Stufenschalter i bis 7
der in der Grobstufe I induzierten Spannung zugeschaltet werden. Bei geschlossenem
Stufenschalter 7 stimmt die in den Grobstufen I und II induzierte Spannung nahezu.
mit der an diesem Schalter liegenden Spannung überein, und die in den Grobstufen
induzierte Spannung kann daher an den gleichfalls den achten Stufenschalter ersetzenden
Hilfsschalter 23 gelegt werden. In dem darauf folgenden Schalttakt wird der Hilfsschalter
24 geöffnet, während die Umgehungsschalter 22 und 2o geschlossen werden. Da der
Stufenschalter .7 immer noch geschlossen ist, so ist nunmehr der Grobstufe III die
regelbare Feinstufe IV entgegengeschaItet. Nach Betätigung des letzten Stufenschalters
i in entgegenwirkendem Sinn liegt nahezu die gesamte in den drei Grobstufen induzierte
Spannung an der Steuerdrossel 14. Jetzt wird der Umgehungsschalter 2o geöffnet und
21 geschlossen und die in der Feinstufe. IV induzierte Spannung zu der in den drei
Grobstufen herrschenden Spannung hinzugefügt.
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Durch die vorgeschlagene Regeleinrichtung lassen sich mit acht- Stufenschaltern
und vier Umgehungsschaltern und infolge der doppelten Speisung der Steuerdrossel
14 insgesamt 8 X 4 X 2, also 64 Dauerschaltstufen erzielen. Bei zusätzlicher Anwendung
eines Feinreglers 15 lassen sich die hierdurch erreichten Regelstufen dadurch bestimmen,
daß man die Anzahl der ursprünglichen Schaltstufen mit der halben Anzahl der beim
Feinregler vorgesehenen Regelstufen vervielfacht.
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Die Schaltung nach Fig. 3 stellt eine weitere vorteilhafte Ausführungsform
des Erfindungsgedankens dar. Um insbesondere im Anfahrbetrieb eine Gegenschaltung
der Transformatorstufen zu vermeiden, wird hier zunächst mit der regelbaren Wicklung
12 die Spannung bis zu einer dem Wert der in der festen Wicklungshälfte i i induzierten
Spannung hochgeregelt und dieser nahezu, entsprechenden Spannung alsdann zugeschaltet.
Zu diesem Zweck wird zunächst der Lastschalter 8 geschlossen und mit Hilfe der abwechselnd
wirksamen Stufenschalter o bis 3, z. B. bis zu, einer Spannung von 240 Volt, hochgeregelt.
Statt in der letzten Regelstufe den Stufenschalter 5 zu schließen, wird der hier
als Umgehungsschalter wirkende Stufenschalter 4 geschlossen und damit zunächst in
Verbindung mit dem geschlossenen Stufenschalter 3 eine sich aus der Spannung von
24o und 320 ergebende Differenzspannung, nämlich 28o Volt, an die Mitte der
Steuerdrossel 14 gelegt. Jetzt werden der Schalter 3 und der Lastschalter 8 geöffnet
und anschließend der Lastschalter g sowie der Schalter o geschlossen, so daß im
folgenden Schalttakt allein die der Grobstufe entsprechende Spannung von
320 Volt an der Drossel liegt. Zum Weiterregeln wird der Umgehungsschalter
4 geöffnet und der Stufenschalter i geschlossen, so daß in der Steuerdrossel 14
eine Spannung von 36o Volt auftritt. Die stetige Weiterregelung um je 4o Volt Spannungsdifferenz
erfolgt durch schrittweises Schließen der Stufenschalter i bis 5.
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Zur weiteren Erhöhung der Anzahl der Regelstufen könnte vorteilhafterweise
ein an eine Hilfswicklung angeschlossener Feinstufenregler 16 sowie ein Stromwender
17 vorgesehen werden, die zusammen in ihrer Wirkung derjenigen eines Feinreglers
gleichkämen, jedoch mit dem Unterschied, daß durch diese Schaltelemente mehr Dauerstufen
erzielt werden. Im vorliegendem Fall lassen sich mit sechs Stufenschaltern und Erde
sowie den Lastschaltern 8 und g, einem Feinstufenregler 16 mit elf Schützen sowie
dem
Stromwender 17 b--,i einer Betriebsspannung von 64o Volt
32o Dauerstufen von je 2 Volt Spannungsdifferenz. erzielen. Die Schütze des Feinstufenreglers
brauchen, und das ist auch als wesentlicher Vorteil der Schaltung anzusehen, nur
für geringe Leistung bemessen zu sein, weil jedes Schütz nur ein Dreihundertzwanzigstel
der Gesatntlokomotivleistung zu schalten hat.
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Bei der Einrichtung gemäß Fig.4 wird ähnlich wie bei der Ausführung
nach Fig. 3 nur eine Zuschaltung des regelbaren Transformatorabschnitts i2 zu einer
Grund- oder Grobstufe i i durchgeführt. Abweichend jedoch von der in Fig. 3 dargestellten
Ausführung wird hier der Feinstufenregler i6 nicht an eine zusätzliche Hilfswicklung,
sondern gleichzeitig an die für die Stufenschalter vorgesehenen Transformatoranzapfungen
gelegt, wobei eine Drossel 18 über die Schütze a bis e des Feinstufenreglers
16 den Stromwender i7 und damit die Sekundärwicklung der Steuerdrosselspule 14 mit
Strom versorgt.
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In Fig. 5 ist das Steuerschema für einen Schalttakt o-i der Stufenschalter
o und i dargestellt. Hierbei ergeben sich bei Benutzung des vorgesehenen Feinstufenreglers
16 und des Stromwenders 17 für jeden Schalttakt sechzehn Regelstufen. Da andererseits
mit den Stufenschaltern des geregelten Transformatorteiles 12 selbst wieder 2 X
q. Schalttakte durchführbar sind, so ergeben sich im vorliegenden Fall 16 X 8, also
128 Dauerschaltstufen. Im Bahnbetrieb kann jedoch das Vorhandensein von 128 Dauerstufen
nicht als unumgängliches Erfordernis angesprochen werden, weil diese Stufenzahl
bereits das Vier- bis Fünffache der heute gebräuchlichen Anzahl von Regelstufen
darstellt. Hieraus ergibt sich, daß für die Herstellung einer Steuerung mit der
bis jetzt üblichen Stufenzahl bei Anwendung der Erfindung nur ein überaus geringer
Aufwand an Schaltmitteln erforderlich ist.
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Die Erfindung zeigt gegenüber bekannten Einrichtungen den eingangs
erwähnten Vorteil, daß bei ihr die Schaltmittel in einem überaus günstigen Verhältnis
zur Anzahl der durch sie zu: erzielenden Schaltstufen stehen. Dies wird insbesondere
dadurch erreicht, daß, abweichend von den bisher üblichen Schalt-oder Steuereinrichtungen,
zu einer oder mehreren Grund- oder Grobstufen gleicher Potentialdifferenz ein.:
regelbare Transformatorstufe gleicher Spannung gegebenenfalls zu- oder gegengeschaltet
wird, wobei die jeweilige Reihenschaltung der einzelnen Transformatorgrobstufen
durchgeführt wird. Bei jeder möglichen Stufenzahl wird dieRegelung ohne Unterbrechung
des Arbeitsstromes und damit ohne Zugkraftunterbrechung oder Zugkraftstöße durchgeführt.
Da andererseits der Aufwand an technischen Mitteln im günstigsten Verhältnis zu
den erzielbaren Regelstufen steht, ist die Einfachheit der Gesamtanordnung und deren
Betriebssicherheit gewährleistet. Erwähnt sei noch, daß sich die Anzahl der Regelstufen
schon durch Hinzufügen eines einzigen Schaltschützes im Feinstufenregler beträchtlich
erhöhen läßt. Bei der vorgeschlagenen Anordnung kann die Gesamtzahl der Regelstufen
durch geringen Mehraufwand an Schaltmitteln ohne weiteres verdoppelt oder verdreifacht
werden. Gerade diese letztere Tatsache ist dann von Bedeutung, wenn abweichend von
dem eingangs erwähnten Anwendungsgebiet der Erfindungsgegenstand für solche Zwecke
Anwendung finden soll, wo eine viel- und feinstufige Regelung der zugeführten Spannung
erwünscht ist, wie z. B. bei der Anodenstromsteuerung von Gleichrichtern.