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Regeltransformatoranordnung, insbesondere für Einphasen-Wechselstrom-Fahrzeuge
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Regeltransformatoranordnung, insbesondere
für Einphasen-Wechselstrom-Fahrzeuge, zu schaffen, die eine beliebige Spannungsregelung
auf der Hochspannungsseite ermöglicht. Es ist bereits eine Transformatoranordnung
zur Speisung von Fahrzeugmotoren bekannt, bei der den Motoren von einem in Sparschaltung
oder Zweiwicklungsschaltung betriebenen Haupttransformator unter Verwendung eines
Zusatztransformators eine veränderliche Spannung zugeführt wird. Die eine Motorzuleitung
ist hierbei an die Sekundärspannung des Haupttransformators angeschlossen. In dieser
Zuleitung liegt die Sekundärwicklung des Zusatztransformators, dessen Primärwicklung
von Anzapfungen der Haupttransformatorwicklung eine regelbare und umkehrbare Spannung
zugeführt wird.
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Gegenstand der Erfindung ist eine verbesserte Regeltransformatoranordnung
dieser Art, insbesondere für Wechselstromfahrzeuge, mit Spannungsregelung durchÄnderung
einer zu der Sekundärspannung des Transformators hinzugefügten Zusatzspannung, die
sich dadurch auszeichnet, daß eine Gruppe von sekundärseitig mit der Sekundärwicklung
des Haupttransformators in Reihe geschalteten Zusatztransformatoren vorhanden ist,
deren Primärspannung abwechselnd nacheinander geregelt wird.
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Die Anordnung nach der Erfindung hat gegenüber der vorerwähnten bekannten
Zusatztransformatorschaltung den Vorteil, daß die
maximale Strombelastung
der Wicklung des Haupttransformators nicht unbeträchtlich verringert ist. Infolgedessen
kann der Haupttransformator, insbesondere die Wicklung, mit kleineren Abmessungen
ausgeführt werden. Ferner hat die erfindungsgemäß ausgebildete Regeltransformatoranordnung
gegenüber der bekannten Zusatztransformatorschaltung noch den Vorteil, daß es möglich
ist, die Zahl der erforderlichen Transformatoranzapfungen auf die Hälfte herabzusetzen.
Auch dieser Vorteil ist von erheblicher Bedeutung, da in der Regel die Anbringung
einer größeren Anzahl von Anzapfungen bei derartigen Transformatoren mit erheblichen
Schwierigkeiten verbunden ist.
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Den gleichen Vorteil weist die Anordnung nach der Erfindung auch gegenüber
einer anderen bekannten Schaltung mit zwei sekundärseitig in Reihe geschalteten
und die Fahrmotoren speisenden Zwischentransformatoren auf, die zusammen für die
gesamte Regelleistung bemessen sind und primärseitig in Parallelschaltung von dem
in Sparschaltung ausgeführten Haupttransformator mit regelbarer Spannung gespeist
werden. Bei dieser bekannten Anordnung ist außerdem insgesamt eine größere Transformatorleistung
erforderlich.
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Vorteilhafterweise werden bei der Anwendung der Erfindung zwei Zusatztransformatoren
vorgesehen, die einen gemeinsamen dreischenkligen Eisenkern aufweisen. Für die Umschaltung
der Anschlüsse der Primärwicklungen der Zusatztransformatoren kann eine Gruppe von
Umschaltern vorhanden sein, die gemeinsam oder einzeln gesteuert werden. Die Erfindung
kann aber auch in der Weise ausgeführt werden, daß zwei Stufenschalter vorhanden
sind, die abwechselnd betätigt werden.
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Im folgenden soll die Erfindung näher an Hand mehrerer Ausführungsbeispiele
erläutert werden.
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Fig. i zeigt das Schaltschema einer erfindungsgemäß ausgebildeten
Regelanordnung für Fahrzeugmotoren. M sind zwei Fahrmotoren, R ein Haupttransformator,
der in Sparschaltung ausgeführt ist. T ist ein Doppelzusatztransformator, der zwei
Wicklungssysteme T1 und TZ aufweist und einen dreischenkligen Eisenkern E hat. Wie
aus dem Schaltbild leicht zu erkennen ist, sind die Fahrmotoren M mit den Niederspannungswicklungsteilen
R,L sowie den beiden Sekundärwicklungen Ni und N2 der Wicklungssysteme T1 und T,
des Zusatztransformators T in Reihe geschaltet. Der Haupttransformator R, der über
den Stromabnehmer S an den Fahrdraht R angeschlossen ist, weist über die ganze Wicklung
Anzapfkontakte auf, an denen die beweglichen Kontakte K1 und K2 entlang geschaltet
werden können. Vorteilhafterweise sind die Anzapfungen mit einer einzigen Kontaktbahn
verbunden, an der die beiden bewegliehen Kontakte K1 und K2 bei der Regelung entlang
bewegt werden. W ist ein vierpoliger Umschalter, dessen Umschaltkontakte dazu dienen,
die Primän-,-icklungen 01, 02 der Zusatztransformatoren T1 und T2 in der für den
Regelvorgang erforderlichen Weise an eine feste Spannung oder an die veränderliche
Spannung anzuschließen, die mittels der Regelkontakte K1 und KZ von dem Haupttransformator
R abgenommen wird.
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Im Prinzip arbeitet die erfindungsgemäß ausgebildete Regeltransformatoranordnung
in der Weise, daß zeitlich nacheinander die in den Sekundärwicklungen der Zusatztransformatoren
induzierten Zusatz- bzw. Absatzspannungen geregelt werden, die zu der Spannung der
Sekundärri-icklungen des Haupttransformators addiert oder von dieser subtrahiert
werden.
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In Fig. 2 ist schematisch in einem Schaubild der Verlauf der Zusatzspannungen
11T1 und °T2 wiedergegeben, der sich während eines Regelvorganges ergibt. Die Sekundärwicklungen
Ni, N2 des Zusatztransformators T sind so bemessen, daß in jeder Wicklung bei voller
Erregung eine Spannung induziert wird, die halb so groß ist wie die Spannung der
Sekundärwicklung des Haupttransformators. Soll die den Motoren zugeführte Spannung
beispielsweise bei einem Anfahrvorgang von dem Werte Null auf den Höchstwert gebracht
werden, so ergibt sich folgender Verlauf des Regelvorganges: Zunächst steht der
Umschalter W in der dargestellten Stellung, bei der die links liegenden Kontakte
geschlossen sind. Infolgedessen liegt die Primärwicklung OZ des Wicklungssystems
T2 mit ihrem einen Wicklungsende an Erde, während das andere Wicklungsende an die
Zuleitung Z zu der Wicklung des Haupttransformators R angeschlossen ist. In der
Sekundärwicklung des Wicklungssystems TZ wird eine Spannung induziert, die halb
so groß wie die Sekundärspannung des Transformators R ist und die dieser Spannung
entgegenwirkt. Die Primärwicklung des Transformators T1 ist mit den beiden Regelkontakten
K1 und K2, die an der Primärwicklung des Haupttransformators R entlang geschaltet
werden können, verbunden. Beim Beginn der Regelung wird infolgedessen in der Sekundärwicklung
des Wicklungssystems T1 ebenfalls eine Spannung induziert, die halb so groß ist
wie die Sekundärspannung des Haupttransformators R und die dieser Spannung entgegengerichtet
ist. Die resultierende, den Motoren zugeführte Spannung ist gleich Null. Nunmehr
wird der Kontakt K1 vom Anfang der Primärwicklung des Transformators R allmählich
verschoben, bis er mit dem geerdeten Ende der genannten Wicklung verbunden ist.
Dies hat zur Folge, daß der Primärwicklung 01 des Wicklungssystems T1 eine abnehmende
Spannung zugeführt wird, die schließlich in der Endstellung
des
Kontaktes K1 den Wert Null annimmt. Die in der Sekundärwicklung N1 des Wicklungssystems
T1 induzierte Spannung wird infolgedessen ebenfalls gleich Null. Der weitere Regelvorgang
erfolgt in der Weise, daß der Kontakt K2 von dem geerdeten Ende der Primärwicklung
des Regeltransformators R verschoben wird. Infolgedessen wird der Primärwicklung
des Wicklungssystems T1 eine allmählich zunehmende umgekehrte Spannung zugeführt,
bis schließlich der Kontakt K2 an der vollen Spannung der Primärwicklung des Transformators
R liegt. Es wird infolgedessen in der Sekundärwicklung N1 des Wicklungssystems T1
eine positive Zusatzspannung induziert. Die resultierende Spannung, welche den Motoren
M zugeführt wird, steigt daher bis auf den Wert der Sekundärspannung des Haupttransformators
R an. Dies ergibt sich daraus, daß sich die Zusatz- und Absatzspannung derbeiden
Wicklungssysteme T1 und T2 aufheben. Nunmehr wird der Umschalter W umgesteuert.
Die Primärwicklung 01
des Transformators T1 wird an eine feste Spannung angeschlossen,
welche ebenso groß ist wie die dem Haupttransformator R zugeführte Primärspannung.
Die Primärwicklung 02 des Wicklungssystems T2 wird nunmehr mit den Regelkontakten
verbunden. Anschließend wird zunächst der Regelkontakt K2 wieder nach dem geerdeten
Ende der Primärwicklung des Transformators R bewegt und danach der Kontakt K,. in
die Anfangsstellung zurückgeführt. Hierbei ergibt sich, daß die in der Sekundärwicklung
N2 des Wicklungssystems T2 induzierte Spannung von dem negativen Höchstwert auf
den Wert Null gebracht wird und daran anschließend stufenweise auf einen positiven
Höchstwert gebracht wird. Am Ende des Regelvorganges ergibt sich, daß in beiden
Sekundärwicklungen N1, N2 der Wicklungssysteme T1 und T2 Zusatzspannungen induziert
werden, die je halb so groß sind wie die Sekundärspannung des Regeltransformators
R. Die resultierende Spannung ist also gleich der doppelten Sekundärspannung des
Transformators R. Man erkennt leicht, daß die Regelkontakte nur eine verhältnismäßig
kleine Regelleistung zu bewältigen haben. Die an den Regelkontakten auftretenden
Ströme sind denkbar klein, wenn die Ströme auf der Primärseite des Transformators
R geregelt werden. Bei dem beschriebenen Regelverfahren ergibt sich, daß der Mittelschenkel
des Transformatorkernes E den doppelten Querschnitt aufweisen muß wie die beiden
äußeren Schenkel, da zeitweilig der mittlere Schenkel die Summe der mit den Wicklungssystemen
T1 und T2 verketteten Flüsse führen muß.
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Eine Betrachtung der Leistungen des Zusatztransfonmators T und des
Haupttransformators R, dem an der Primärwicklung die Regelleistung entnommen wird,
ergibt, daß die Typenleistung des Zusatztransformators T gleich der halben Motorenleistung
ist. Die Typenleistung des Transformators R beträgt unter Berücksichtigung der Regelleistung
für den Doppel-Zusatztransformator 11/1s = 69 0/0 der Motorenleistung. Hieraus folgt,
daß die gesamte Transformatorentypenleistung 1190/0 der Verbraucherleistung beträgt.
Trotz Anwendung einer Regelung auf der Primärseite des Haupttransformators ist also
eine nennenswerte Steigerung der Typenleistung der Transformatoren vermieden.
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Die Anordnung nach der Erfindung ermöglicht, mit einer verhältnismäßig
kleinen Anzahl von Transformatoranzapfungen eine große Regelstufenzahl zu erzielen.
Sind insgesamt nAnzapfungen an dem Transformator vorhanden, so beträgt bei versetzter
Bewegung der beiden beweglichen Kontakte K1 und K2 des Haupttransformators R die
Gesamtregelstufenzahl q. n.
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Ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 3 der Zeichnung
wiedergegeben.' Im wesentlichen unterscheidet sich die Anordnung nach Fig. 3 von
dem vorerwähnten Ausführungsbeispiel dadurch, daß für die Änderung der Anschlüsse
der Primärwicklungen 0, 02 der Wicklungssysteme T, und T2 des Zusatztransformators
T zwei dreipolige Umschalter A und B
und zwei zweipolige Umschalter
C und D vorhanden sind. Für die Regelung der Spannung selbst ist an dem Haupttransformator
R nur ein beweglicher Regelkontakt G vorgesehen. Diese Ausbildung der Steuerung
ermöglicht es, wie aus dem Schaubild der Fig. q. hervorgeht, zweimal abwechselnd
die Spannungen eT, und eT, der Zusatztransformatoren zu verändern. Bei einem Regelvorgang
wird also bei dieser Anordnung zunächst die Absatzspannung eT, des Wicklungssystems
T, von dem Höchstwert auf den Wert Null gebracht. Danach wird die Absatzspannung
eT, des Wicklungssystems T2 auf den Wert Null herabgeregelt. Anschließend werden
nacheinander zuerst mit dem Wicklungssystem T1 und dann an dem Wicklungssystem T2
positive Zusatzspannungen eT, und 1T, induziert.
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Aus der in Fig. 5 angeführten Schalttabelle ist im einzelnen ersichtlich,
in welche Stellungen die Umschaltkontakte bzw. der Regelkontakt bewegt werden.
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Ein Vorteil der in Fig. 3 angegebenen Anordnung besteht darin, daß
der mittlere Schenkel des Eisenkernes E des Zusatztransformators T den gleichen
Querschnitt erhalten kann wie die beiden äußeren Schenkel dieses Transformators.
Im übrigen ergibt sich auch bei der zuletzt beschriebenen Ausbildung der Steuerung,
daß die Typenleistung des Transformators T gleich der halben Motorenleistung ist,
während die Typenleistung des Regeltransformators R gleich 11/1s = 69011, der Motorenleistung
ist.
Fig.6 zeigt im Schaubild den Verlauf der Strombelastung der
Wicklung des Transformators R über die Wicklungslänge im Verhältnis zu dem reduzierten
Motorenstrom JTal.
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Fig.7 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die in
dieser Figur angegebene Schaltung zeichnet sich dadurch aus, daß zwei Stufenschalter
3o und 31 vorhanden sind, über welche den Primärwicklungen 01, O,; der Wicklungssysteme
T, und T. veränderliche Spannungen zugeführt werden. Diese Stufenschalter werden
dabei abwechselnd nacheinander betätigt. Wird mit Hilfe des einen Stufenschalters
die Primärspannung des einen Wicklungssystems geregelt, so wird der Primärwicklung
des anderen Wicklungssystems über den zweiten Stufenschalter dieser Wicklung eine
unveränderliche Spannung zugeführt oder die Wicklung kurzgeschlossen. Die Regelung
kann dabei in der Weise erfolgen, daß beispielsweise zunächst die Primärspannung,
die dem Wicklungssystem T1 zugeführt wird, von dem Höchstwert auf den Wert Null
herabgesetzt wird. Hierbei wird das bewegliche Kontaktsystem des Stufenschalters
3o um einen Winkel von go° bewegt. Daran anschließend wird das bewegliche Kontaktsystem
des Stufenschalters 31 um 90° verdreht, wodurch die Primärspannung des Wicklungssystems
T, von dem Höchstwert auf den Wert Null herabgesetzt wird. Danach wird wieder der
Stufenschalter 3o betätigt und die der Primärwicklung des Wicklungssystems T1 zugeführte
Spannung von dem Werte Null auf den positiven Höchstwert erhöht. Schließlich wird
auch die Primärspannung des Wicklungssystems T, durch Bewegung des beweglichen Kontaktes
des Stufenschalters 31 vom Wert Null auf den Höchstwert gebracht.
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Statt dessen ist es aber auch möglich, die Regelung in der Weise auszuführen,
daß zunächst die über den Stufenschalter 30 dem Wicklungssystem T, zugeführte
Primärspannung von dem negativen Höchstwert über den Wert Null auf den positiven
Höchstwert gebracht wird und daran anschließend die Primärspannung des Wicklungssystems
T, in genau der gleichen Weise geregelt wird.