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Einrichtung zum Anlassen, Regeln und bzw. oder Schalten von Wechselstromkreisen
Es ist bekannt, zur Spannungsregelung von Wechselstrommotoren, insbesondere bei
Triebfahrzeugen, die Fahrzeugtransformatoren mit einer Reihe von Anzapfungen zu
versehen, die abwechselnd über Schaltkontakte an die beiden Zweige einer vor dem
Verbraucher angeordneten Stromverzweigung geführt sind. Dabei bedient man sich verschiedenartiger
Einrichtungen und Schaltungen, um die bei der Stufenschaltung auftretenden Schaltvorgänge
zu beherrschen. Man verwendet dazu beispielsweise den bekannten Kollektorfeinregler.
Aber auch damit läßt sich ein mitunter erheblicher Kontaktabbrand nicht ohne weiteres
verhindern, zumal bei hohen Strömen und großen Schalthäufigkeiten. .
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Durch die Erfindung lassen sich jedoch diese Schwierigkeiten besser
beherrschen. Sie bezieht sich auf eine Einrichtung zum Anlassen, Regeln und bzw.
oder Schalten von Wechselstromkreisen (Wechselstromverbrauchern), insbesondere von
Motoren elektrischer Triebfahrzeuge, unter Verwendung eines Spannungsteilers (Stufentransformators,
Stufenwiderstandes), dessen aufeinanderfolgende Anzapfungen über Schaltkontakte
abwechselnd an die beiden Zweige einer vor dem Verbraucher angeordneten Stromverzweigunggelegtsind.
Erfindungsgemäß ist jeder derartige Stromzweig über eine Wechselstromwicklung einer
mittels Gleichstromvormagnetisierung steuerbaren Drosselspule geführt. Eine solche
Einrichtung gestattet es, jeweils. vor dem Schalten von einer Stufe auf die andere
durch entsprechende Steuerung der Gleichstromvormagnetisierung die Hauptlast des
Stromes von
dem zu öffnenden gtf leinen r zur gleichen Zeit geschlossenen
Schaltkontakt. zu verschieben und damit den zu öffnenden Schaltkontakt zu entlasten,
so daß er stromlos oder nahezu sttoMlos geschaltet werden kann. Auf diese Weise
läßt sich die Lebensdauer der Kontakte wesentlich erhöhen.
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Im folgenden ist die Erfindung an Hand der Zeichnung erläutert.
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i ist der mit Wechselstrom gespeiste Fahrdraht; 2 der Stromabnehmer,
3 der Transformator eines elektrischen Triebfahrzeuges. i3, a4, 15, 16, 17 sind'
die an aufeinanderfolgende Atxzapfungen dieses Spannungsteilers angeschlossenen
Schaltkontakte. Die Schaltkontakte 13 und 14 sind bei dem dargestellten Betriebszustand
geschlossen, die Schaltkontakte 15 bis 17 geöffnet..Die Schaltkontakte sind abwechselnd.
an die beiden Zweige io und 2o einer Stromverzweigung geführt, die tor dem Stromkreis
des Verbrauchers 30, beispielsweise des Fahrmotors oder der Fahrmotoren, liegt.
In den beiden Stromkreisen liegen Wechselstromwicklungen i i und 21 einer Drosselspule,
die durch regelbar gespeiste Gleichstromvormagnetisierungswicklungen 12, 22 und
23 in ihrem Magnetisierungszustand beeinflußt werden kann.
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Es ist hier *eine dreischenklige Drosselspule mit zwei auf den äußeren
Schenkeln aufgebrachten Wechselstromwicklungen dargestellt. Es könnten grundsätzlich
auch zwei getrennte Drosselspulen, je eine für einen Stromzweig, verwendet werden.
Werden die Drosselspulenhälften durch Regeln ihrer Gleichstromvormagnetisierungen
in ihrem Magnetisierungszustand zwisdhen einem ungesättigten und dem Sättigungszustand
gegensinnig verändert, so wird damit der Wechselstrom, sofern zwei benachbarte Schaltkontakte
gleichzeitig geschlossen sind, willkürlich von dem einen auf den anderen Stromzweig
bzw. Schaltkontakt abgedrängt, da bekanntlich eine gesättigte Drosselspule einen
sehr geringen, eine ungesättigte Drosselspule dagegen einen sehr hohen Wechselstromwiderstand
hat., Durch Verwen= dung eines gemeinsamen brosselspulenkernes für die Wechselstromwicklungen
i i und 21 in den beiden Stromzweigen läßt sich eine wesentliche Verringerung des
Aufwandes erreichen.
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Die zwei getrennten Glreichstromvormagnetisierungswicklungen 12 und
22 sind auf die Kernhälften so aufgebracht, daß in ihnen keine sekundären Wechsel-EMKK
von den WechselstrQmwicklungen i i und 21 her induziert werden können.. Man
kann zu diesem Zweck die einzelnen Sehenkel des Magnetkörpers, auf denen .diese
Gleichstromvormagnetisierungswicklungen sitzen, geschlitzt ausführen und die Gleichstrocnvormagnetisierungswicklungen
so anordnen, daß ein stationärer magnetischer Kraftfluß (Gleichfluß) längs der Schlitze
entsteht, so daß der von den Wechselstron qwicklungen i i und 2i herrührende Wechselfluß
keine transformatorischen EMKK in den Gleichstromvormagnefisierungswicklungen entstehen
läßt.
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Wird die Gleichstromvormagnetisierung in ein# zelnen Schenkeln big
zur Sättigung des Kerneisens erhöht, so kann, wie an sich bekannt, eine Sperr-Wirkung
für den magnetischen. Wechselfluß in diesen Schenkeln erreicht werden, wenn durchentsprechende
Wahl der Gleichstromamperewindungen die Summe der beiden entgegengesetzten Teilflüsse
gleich Null gemacht wird. ' Wird zunächst der linke Schenkel, gegebenenfalls eitisch-ließlich
der linken oberen und unteren Jochteile; .durch Gleichstromvormagnetisierung mit
Hilfe der Gleichstromvormagnetisierungswicklung 12 ge-Sperrt; so kann die Wechselstromwicklung
i i in erster Annäherung nur ein Luftfeld erzeugen, wodurch ihr Widerstand auf einen
Bruchteil des Wertes bei geschlossenem Eisenweg herabsinkt. Damit erhält der Verzweigungspunkt
31 das Potential der dem Schaltkontakt 13 zugeordneten Transformatoranzapfung abzüglich
des kleinen Streuspannungsabfalls der Wechselstromwicklung i i. Die Wechselstrotuwicklung
2i, deren zugehörige Kernteile in diesem Augenblick nicht durch Gleichstrom vormagnetisiert
sind, wobei der Mittelschenkel gleichfalls nicht vormagnetisiert ist, erzeugt einen.
ungestörten magnetischen Fluß, der sich über den Mittelschenkel schließt. Die Wechselstromwicklung
21 nimmt dabei nur den Magnetisierungsstrom auf, wobei praktisch die volle Stufenspannung
des Transformators 3 an ihr auftritt.
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Wird andererseits die Gleichstromvormagnetisierung des linken Schenkels
und der linken Jochteile aufgehoben und der rechte Schenkel mit den entsprechenden
Jochteilen nunmehr durch Gleichstrom vormagnetisiert, so verlagert sich das Potential
des Punktes 31 auf dasjenige der dem Schaltkontakt 14 zugeordneten Transformatoranzapfung,
und die Wechselstromwicklung 21 führt nunmehr den Motorstrom, während die Wechselstromwicklung
i i nur den Magnetisierungsstrom führt und die Stufenspannung des Transformators
3 aufnimmt.
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Durch eine solche Steuerung des magnetischen Kreises mittels der Gleichstromvormagnetisierungswicklungen
läßt sich also die Motorspannung von der Spannung der dem Schaltkontakt 13 zugeordneten
Transformatoranzapfung auf die Spannung der dem Schaltkontakt 14 zugeordneten Transformatoranzapfung
bringen, ohne daß hierzu im Hauptstromkreis Schaltvorgänge oder Bewegungen irgendwelcher
Teile erforderlich sind.
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Um das Potential des Punktes 31 und damit die Motorspannung auf den
Mittelwert der Spannungen an der dem Schaltkontakt 13 zugeordneten Transformatoranzapfung
und der dem Schaltkontakt 14 zugeordneten 'Transformatoranzapfung zu legen, wodurch
sich eine zusätzliche Spannungsdauerstufe gewinnen ließe, wird bei nicht gleichstromvormagnetisiertem
linkem und rechtem Schenkel und der entsprechenden Jochteile der Mittelschenkel
gleichstromvormagnetisiert und damit gesperrt. Die Wechselstromwicklungen i i und
21 nehmen dann jeweils etwa den halben Motorstrom auf, wobei sich der magnetische
Fluß von den äußeren Schenkeln allein über die Joche schließen kann und damit das
Amperewindungsgleichgewicht in den Wechselstromwicklungen i i und 21 erzwingt.
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Alle Zwischenzustände zwischen diesen drei besonderen
Betriebszuständen
können als Dauerfahrstufe durch entsprechende Bemessung der Gleichstromvormagnetisierungen
mittels einer entsprechenden besonderen Schalteinrichtung angesteuert werden.
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Um die Schaltung für die weitere Hochregelung der Spannung und damit
zum Übergang von der dem Schaltkontakt 14 zugeordneten Transformatoranzapfung auf
die dem Schaltkönrtakt 15 zugeordnete Transformatoranzapfung vorzubereiten, sobald
das Potential des Punktes 31 die Spannung der dem Schaltkontakt 14 zugeordneten
Transformatoranzapfung erreicht hat, wird die Verbindung der Wechselstromwicklung
i i mit der dem Schaltkontakt 13 zugeordneten Transformatoranzapfung durch Abschalten
des Schaltkontaktes 13 unterbrochen. Dabei ist lediglich der Magnetisierungsstrom
der Wechselstromwicklung i i zu unterbrechen, wobei sich der Abschaltvorgang unter
der niedrigen Stufenspannung dies Transformators 3 vollzieht, also verhältnismäßig
einfache Schaltbedingungen vorfindet.
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Die Drosselspule wird zweckmäßig für die höchste auftretende Stufenspannung
bemessen. Die Einrichtung ist dann nicht an eine gleichmäßige Stufung des Haupttransformators
gebunden; vielmehr können die Stufenspannungen beispielsweise im unteren Spannungsbereich
kleiner und im oberen. Spannungsbereich größer gewählt sein.