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Synchron gesteuerter Lastschalter für Stufenregeleinrichtungen von
Transformatoren oder Drosseln Die Erfindung bezieht sich auf einen synchron gesteuerten
Lastschalter für Stufenregeleinrichtungen von Transformatoren oder Drosseln. Bei
Reguliertransformatoren hat der Lastschalter die Aufgabe, den Laststrom von der
einen auf die andere Wicklungsanzapfung umzulegen. Er arbeitet meist mit Überschaltmitteln,
die den durch die Überbrückung der Wicklungsanzapfungen während des Umschaltens
entstehenden Ausgleichstrom herabsetzen. Wenn der Lastschalter nicht selbst- von
Stufe zu Stufe schaltet, werden Stufenwähler verwendet, die abwechselnd durch den
Lastschalter stromlos gemacht werden. Der jeweils stromlose Stufenwähler kann dann
auf eine andere Wicklungsstufe umgeschaltet werden. Die Schaltbeanspruchungen werden
besonders klein, wenn es gelingt, beim oder kurz vor dem Nulldurchgang des Laststroms
oder des Summenstroms aus Laststrom und Ausgleichstrom zu schalten. Dies ist durch
synchrone Steuerung des Lastschalters möglich, indem man z. B, durch einen Synchronmotor
den unter der Einwirkung eines geladenen Kraftspeichers stehenden Lastschalter auslösen
läßt. Jedoch ergeben sich hier meist dadurch Schwierigkeiten, daß die Phasenlage
des Laststroms Veränderungen unterworfen ist. Der Nulldurchgang des Laststroms kann
sich dadurch zeitlich verlagern, während der Nulldurchgang des Ausgleichstroms,
der bei Verwendung von
Ohmschen Widerständen als Überschaltmittel
keine Phasenverschiebung hat, relativ zur Spannungskurve festliegt.
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Die Erfindung beseitigt bzw. verringert diese Schwierigkeiten. Erfindungsgemäß
wird dadurch der Einfluß der Phasenlage des Laststroms auf den Schaltvorgang verringert,
daß der Ausgleichstrom größer, vor allem mehrfach so groß gemacht wird wie der halbe
Nennlaststrom. Dies ist ohne weiteres durch entsprechende Abgleichung der Überschaltmittel
auf die Stufenspannung möglich.
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Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert.
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Fig. i zeigt einen synchron gesteuerten Lastschalter für einen Reguliertransformator.
Der bewegliche Schaltkontakt i ist mit dem Lastleiter 2 verbunden. Mit dem Kontakt
i arbeiten die feststehenden Kontakte 31 bis 34 zusammen. Die Kontakte 31 und 32,
33 und 34 sind je durch einen Widerstand 4, 5 verbunden. Der Kontakt 31 ist mit
einem Stufenwähler 6, der Kontakt 34 mit einem Stufenwähler 7 verbunden. Die Stufenwähler
6, 7 werden in bekannter Weise durch ein besonderes Getriebe, das der Einfachheit
halber weggelassen ist, an den Anzapfungen der Regelwicklung entlanggeschaltet.
Auf der Welle des Kontaktes i sitzt der Arm 8, an dem das eine Ende einer Kraftspeicherfeder
9 befestigt ist, deren anderes Ende mit einer Kurbel io der Welle ii verbunden ist.
15 ist ein Sperrnocken, der mit einer . von der unrunden Scheibe 13 gesteuerten
Klinke 14 zusammenarbeitet. Die Welle i i wird von einem Synchronmotor 12 angetrieben.
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Die Vorrichtung arbeitet folgendermaßen: Soll der Laststrom von dem
Stufenwähler 6 auf den Stufenwähler 7 umgelegt werden, dann wird der über ein Getriebe
mit der Welle i i gekuppelte Synchronmotor 12 vorübergehendeingeschaltet. Beider
Drehung der Welle i i wird zunächst die Kraftspeicherfeder 9 gespannt. Dann wird
durch die unrunde Scheibe 13 die Klinke 14 ausgerückt, so daß nun der Kontakt i
der Kraft der Feder 9 folgen kann. Er schwingt rasch in der Pfeilrichtung zu dem
Kontakt 34 hinüber. Sobald dies geschehen ist, wird der Synchronmotor 12 wieder
abgeschaltet. Die Einzelheiten der Synchronsteuerung solcher Schalter, die an sich
bekannt sind oder auch Gegenstände früherer Vorschläge bilden, sollen hier nicht
geschildert werden.
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Liegt,der Synchronmotor an Spannung, beispielsweise an der Stufenspannung
des Reguliertransformators, dann sind die Nocken der Scheibe 13 derart angeordnet
und die Kontakte 31 bis 34 derart längs des Schalterweges verteilt, daß beispielsweise
nach dem ersten Nulldurchgang der Stufenspannung der Laststrom bei 31 abgeschaltet
wird und daß die Abschaltung am Kontakt 32 beim oder kurz vor dem zweiten Nulldurchgang
der Stufenspannung erfolgt. Dies läßt sich leicht auch durch entsprechende Abstimmung
der-Feder- und Massenkräfte erreichen. In bekannter Weise wird bei der Betätigung
des Kontaktes i der Laststrom, der zunächst unmittelbar über den Kontakt 31 zum
Stufenwähler 6 fließt, in .dem Augenblick, in dem der Kontakt i den Kontakt
31 verläßt, über den Kontakt 3'2 und den Widerstand 4 dem Stufenwähler 6
zugeleitet. Bei der darauffolgenden Überbrückung der Kontakte 32 und 33 verteilt
sich der Laststrom j e zur Hälfte über die Widerstände 4, 5 auf die Stufenwähler
6, 7, und es, kommt durch die Überbrückung ein Ausgleichstrom zustande. Die Summe
aus halbem Laststrom und Ausgleichstrom wird weiterhin abgeschaltet, wenn der Kontakt
i den Kontaikt 32 verläßt. Es fließt dann der ganze Laststrom über den Kontakt 33
und den Widerstand 5 zum Stufenwähler 7, bis schließlich am Ende der Schaltbewegung
der Widerstand 5 durch Überbrückung der Kontakte 33, 34 kurzgeschlossen wird.
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In Fig. 2 sind in Abhängigkeit von der Zeit t für jene. Schaltstellung,
in der der Kontakt i die Kontakte 32, 33 überbrückt, die Summe 13 des Ausgleichstroms
18 und des halben Laststroms 170 für ,das 'VLektorbild.der Fig. 3, der Summenstrom
17 für das Vektorbild,der Fig. 4 und der Summenstrom 16 für reine Wirklast aufgetragen.
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Fig. 3 zeigt für Blindlast das Vektordiagramm aus dem Summenstrom
15, dem halben Laststrom 170 und dem Ausgleichstrom 18. Der Ausgleichstrom 18 ist
mit,der Stufenspannung in Phase, da er sich über die Ohmschen Widerstände 4, 5 schließt.
Auch der Summenstrom 15 ist in :der Phase nur sehr wenig gegen die Stufenspannung
verschoben, da der halbe Laststrom 170 erfindungsgemäß verhältnismäßig klein
gegenüber dem Ausgleichstrom 18 ist. Die Phasenverschiebung wird noch geringer,
wenn der halbe Laststrom 170 nicht ausschließlich von einer Blindlast, sondern von
einer gemischten Belastung herrührt, und verschwindet vollkommen, wenn an dem Transformator
nur eine Wirklast liegt. In diesem Fall liegen die Vektoren 15, 170, 18 in einer
Linie.
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Würde der Ausgleichstrom, der bei der überbrückungder Kontakte 32
und 33 entsteht, wie in der Regel verhältnismäßig klein sein, würde er beispielsweise,
wie die Fig.4 im Vektordiagramm zeigt, etwa gleich dem halben Nennlaststrom sein,
dann würde sich bei Blindlast eine Phasenverschiebung des Summenstroms 17 von 45°
gegen die Stufenspannung ergeben. 17o bedeutet in Fig. 4 wieder den halben Laststrom
bei Blindlast, 18o den Ausgleichstrom, der jetzt wesentlich kleiner ist als in F'ig.
3. Bei Wirklast wird der Summenstrom 17-mit dem Vektor der Stufenspannung zusammenfallen.
Der Nulldurchgang des Summenstroms würde sich je nach der Belastungsart zeitlich
stark verlagern. Bei reiner Wirklast würde der Nulldurchgang im Punkt i9, bei induktiver
Last im Punkt 2o erfolgen. Vorausgesetzt, daß infolge der Synchronsteuerung der
Kontakt i den Kontakt 32 beim oder kurz vor dem Nulldurchgang der Stufenspannung
verläßt, würde sich nur für Wirklast der richtige Zeitpunkt für die Abschaltung
ergeben, d. h. es wird im Punkt i9 abgeschaltet. Für Blindlast dagegen, beider ebenfalls
wieder im Punkt i9 geschaltet wird, würde der Nulldurchgang des Summenstroms 17
viel zu spät, im Punkt 2o, liegen.
Die Schalterkontakte würden hier
sehr stark beansprucht werden. Dies gilt also für die ungünstigen Größenverhältnisse
von Last- und AusgleichstrOm etwa gemäß Fig. q..
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Bei den Größenverhältnissen gemäß Fig. 3 dagegen, fällt auch bei reiner
Blindlast der Nulldurchgangspunkt 2 1 nahezu mit dem Abschaltpunkt 19
zusammen.
Bei Änderung der Belastungsart verschiebt sich der Nulldurchgang des Summenstroms
nur in dem kleinen Bereich zwischen dem Punkt r9 und 2,1, d. h. die synchrone Schaltung
arbeitet hier immer gleich gut, unabhängig davon, welchen Charakter die Belastung
des Transformators hat.
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Überraschend bei der Erfindung ist, daß die starke Erhöhung des Ausgleichstroms,
die doch wegen Erhöhung der Stromstärke eigentlich die Schaltang erschweren sollte,
bei synchron gesteuerten Lastschalteranordnungen die Schaltverhältnisse wesentlich
verbessert.
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Im erläuterten Ausführungsbeispiel ist angenommen, daßdie einzelnen
Schaltschritte, Einschaltung des Widerstandes q., Überbrückung der Stufen, Kurzschließen
des Widerstandes 5 im Abstand einer Halbwelle der Stufenspannung aufeinanderfolgen.
Dies ist jedoch nicht notwendig, sondern die Kontaktabstände, Massen- und Federkräfte
des Lastschalters, können auch so ausgeglichen sein, daß zwischen je zwei Schaltvorgängen
zwei oder mehrere Spannungshalbwellen liegen. Die Erfindung ist auch dort anwendbar,
wo bei Überbrückung der Stufen durch überschaltmittel q., 5 die übrigen Schaltakte
und die Aufhebung der Überbrückung durch getrennte Schalter ausgeführt wird, weil
auch hier die Erfindung stets die Gewähr bietet, daß bei der Aufhebung der Überbrückung
der Belastungscharakter praktisch keinen Einfluß auf den Nulldurchgang des Summenstroms
hat.