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Praktisch stufenlos unter Last und ohne besondere Überbrückungswiderstände
regelbarer Transformator Es sind bereits Spannungsregler mit geraden Eisenkernschenkeln
bekanntgeworden, bei denen auf einer teilweise blankgemachten Sekundärwicklung mittels
einer Stromabnahmerolle eine von der Stellung der Rolle abhängige, veränderliche
Spannung abgenommen wird. Dabei steigt die abgenommene Spannung von Null bis zum
Endwert der Spulenspannung an. Bei ringförmigen Niederspannungsreglern ist es auch
gelungen, zu einer vorhandenen festen Spannung eine regelbare Zusatzspannung zu
addieren oder von ihr zu subtrahieren, wobei ein Umschalter dafür sorgt, daß die
Stromabnahmerolle bei der Regelung von dem negativen Maximum über den Wert Null
bis zum positiven Maximum der Zusatzspannung ihre Drehrichtung beibehalten kann.
Durch den Umschalter wird die Sekundärspule umgepolt, und zwar in dem Augenblick,
in dem die Zusatzspannung zu Null wird und die Abnahmerolle sich demgemäß auf dem
Potential des Umschalters befindet, so daß die Umschaltung im stromlosen Zustand
der Spule stattfindet. Diese ringförmigen Regler werden aber nur
für
verhältnismäßig kleine Leistungen und für Niederspannung hergestellt, weil sie infolge
ihres Ringkernes verhältnismäßig umständlich herzustellen sind. Es ist auch bereits
ein Spannungsregler mit gestrecktem Eisenkern vorgeschlagen worden, der sowohl eine
Addition als auch eine Subtraktion einer regelbaren Zusatzspannung gegenüber einer
festen Spannung, also eine doppelte Ausnutzung der regelbaren Sekundärwicklung gestattet,
und der nicht nur bei Niederspannung, sondern auch vorzugsweise in Hochspannungsnetzen
verwendet werden kann. Auch bei diesem Spannungsregler wird, ebenso wie bei dem
bekannten mit ringförmigem Eisenkern, eine Umschaltvorrichtung zum Umpolen der Regelwicklung
benötigt. Mit Rücksicht auf etwa auftretende Kurzschlüsse, C'berspannungserscheinungen
möchte man gern in Hochspannungsanlagen jegliche Schaltkontakte vermeiden; auch
bei Niederspannungsreglern wäre es vorteilhaft, wenn man keine Umschalter benötigte
lind trotzdem eine Regelung von einem positiven Maximum über Null bis zu einem negativen
@ilaximum durchführen könnte.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Spannungsregler zu
schaffen, der diese Bedingung erfüllt. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch
gelöst, daß die Abnahme einer von einem positiven Maximum über Null bis zu einem
negativen Maximum regelbaren Spannung in an sich bekannter Weise mittels zweier
in einander entgegengesetzter Richtung verschiebbarer Stromabnahmevorrichtungen
erfolgt und daß diese als Stromabnahmerollen ausgebildeten Stromahnahmev orrichtungen
von einer gemeinsamen, vorzugsweise aus einem endlosen Seil- oder Kettentrieb bestehenden
Antriebsvorrichtung zwangläufig mit ffl a eicher Geschwindigkeit auf der Regelwick
-lung verschoben werden, so daß die abgenommene Spannung den Wert Null hat, wenn
sich beide Stromabnahmerollen auf der Mitte der Regelwicklung oefinden.
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Es ist zwar schon ein Spartransformator bekanntgeworden, dem eine
von einem positiven Maximum über Null bis zu einem negativen Maximum regelbare Spannung
ohne Umschaltvorrichtung mittels zweier in einander entgegengesetzter Richtung verschiebbarer
Stromabnahmevorrichtungen entnommen werden kann. Dieser Transformator ist aber im
Gegensatz zu dem Regeltransformator der Erfindung mit Anzapfungen versehen, die
an die Kontakte einer zur Stromabnahme dienenden Kontaktbahn geführt,sind. Jede
der beiden Stromabnahmevorrichtungen besteht aus zwei nebeneinanderliegenden Bürsten,
die über je eine Drosselspule miteinander und mit der zum Verbraucher führenden
Leitung verbunden sind. Abgesehen von diesen Unterschieden ist aber bei dem bekannten
Spartransformator keine gemeinsame Antriebsvorrichtung für die beiden .Stromabnahmevorrichtungen
vorgesehen; insbesondere ist bei ihm auch nicht dafür gesorgt, daß die beiden Stromabnahmevorrichtungen
zwangläufig mit der gleichen Geschwindigkeit bewegt werden. Infolgedessen ist eine
klare Zuordnung jeder Regelstellung zu einem bestimmten Wert der abgenommenen Spannung
nicht möglich; beispielsweise können sich die beiden Stromabnahmevorrichtungen einmal
an der einen Stelle, ein anderes Mal an einer anderen Stelle der Kontaktbahn treffen,
d. h. die abgenommene Spannung hat einmal in der einen, das andere Mal in der anderen
Stellung der Regeleinrichtung den Wert Null. Diese Nachteile werden erst durch die
Erfindung beseitigt; sie vereinigt die Vorteile eines einfachen Antriebes und des
kürzesten Regelweges für die Antriebsvorrichtung mit dem Vorteil einer eindeutigen
klaren Zuordnung jeder Regelstellung zu einem bestimmten Wert der abgenommenen Spannung,
weil eine gemeinsame Antriebsvorrichtung beide Stromabnahmerollen zwangläufig mit
der gleichen Geschwindigkeit verschiebt, so daß die abgenommene Spannung den Wert
Null hat, wenn sich beide Stromabnahmerollen auf der Mitte der Regelwicklung befinden.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind aus der folgenden Beschreibung,
einiger Ausführungsbeispiele ersichtlich.
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Die Abb. z zeigt eine einfache Schaltung zur Erläuterung der prinzipiellen
Wirkungsweise d-er Regeleinrichtung. Mit i i ist die Primär- oder Erregerwicklung
des Spannungsreglers bezeichnet; auf seiner an zwei gegenüberliegenden Seiten teilweise
blankgemachten Sekundär- oder Regelwicklung 12 gleiten zwei Kohlerollen 13 und 14.,
welche durch zwei gleichzeitig zur Stromabnahme dienende Schienen 15 und 16 geführt
werden. An die beiden Schienen 15 und 16 ist der zu regelnde Stromkreis mit seinem
Verbraucher 17 angeschlossen. Die beiden Kohlerollen werden durch einen in der Abbildung
nicht dargestellten endlosen Seil- oder Kettentrieb von Hand oder durch einen Motor
verstellt, und zwar so, daß dann, wenn die Rolle 13 nach links läuft, sich die Rolle
14 nach rechts entsprechend bewegt, und umgekehrt. Werden auf diese Weise die Rollen
13 und14 in die mit A bezeichneten Endstellungen gebracht, so ist die dem Verbraucher
17 zugeführte Spannung beispielsweise ein Maximum. Verstellt man jetzt die Rollen
13 und 14. in die :Mittelstellung B, so ist die Spannung gleich Null, während bei
der weiteren Verstellung der Rollen in Richtung C die Spannung wieder zunimmt, aber
in umgekehrtem Sinne, so daß in den Endstellungen C die Spannung ein negatives Maximum
aufweist. Legt man also die ankommende Leitung eines Netzes, dessen Spannung durch
den Spannungsregler geregelt werden soll, an die eine Rolle 13, die abgehende Leitung
an die andere Rolle 14, die Primärwicklung an die ausgeregelte Spannung des Netzes,
so kann man durch Verstellen der Kohlerollen in der beschriebenen Art und Weise
die von dem Regeltransformator an das Netz gelieferte Zusatzspannung von einem positiven
Maximum über den Wert Null bis zu einem negativen Maximum, und umgekehrt, kontinuierlich
verändern, ohne daß ein Umschalter betätigt zu werden braucht. Vergleicht man diese
neue Regelungsorrichtung mit den bekannten bzw. vorgeschlagenen
Spannungsreglern
mit einer Kohlerolle und einem Umschalter, so zeigt sich, daß die Regelung genau
so kontinuierlich vonstatten geht, nur ist die Regelgeschwindigkeit bei der Erfindung
doppelt so groß, wenn man sonst gleichen Aufbau und gleich große Nlerstellgeschwindigkeit
der Stromabnahmevorrichtung voraussetzt. Will man bei der Erfindung mit der gleichen
Regelgeschwindigkeit arbeiten, so muß der Antrieb für die Stromabnahmevorrichtungen
halb so schnell laufen wie bei den Reglern mit einer Kohlerolle und Umschalter,
oder man verstellt diie beiden Kohlerollen unabhängig voneinander, z. B. zuerst
die eine und dann die andere. Die neue Regelvorrichtung weist also die gleichen
Vorteile wie die bekannten bzw. vorgeschlagenen Regelvorrichtungen auf, zeitigt
aber darüber hinaus den wesentlichen Fortschritt, daß ein Umschalter nicht mehr
benötigt wird.
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In der Abb. 2 ist schematisch der konstruktive Aufbau eines Regeltransformators
gemäß der Erfindung gezeichnet, und zwar in Verbindung mit einem Serien- oder Zusatztransformator.
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Die Schaltung der dargestellten Regeleinrichtung ist kurz folgende:
Die Erregerwicklung (Primärwicklung) des Regeltransformators ist an die Netzspannung
gelegt. An die beiden Abnahmerollen der Regelwicklung ist die Primärwicklung eines
Serientransformators angeschlossen, dessen Sekundärwicklung im Zuge der Leitung
liegt. In der Abb. 2 ist der Regeltransformator mit 2o, der Serientransformator
mit 21 bezeichnet; beide sind in einem gemeinsamen Ölbehälter 22 untergebracht.
Auf dem Eisenkern 23 des Regeltransformators ist zuerst die Primärwicklung und dann
die zwei blankgemachte Bahnen aufweisende Sekundär-oder Regelwicklung aufgebracht.
Außerdem befindet sich auf dem Eisenkern zweckmäßig noch eine Schub- oder Kompensationswicklung,
die aus mehreren auf dem Eisenkern verteilten, untereinander parallel geschalteten
Wicklungsteilen besteht und zur Verringerung der Streuung und damit des induktiven
Spannungsabfalles bei nicht voll eingeschalteter Regelwicklung dient. Auf den blankgemachten
Bahnen der Regelwicklung gleiten zwei Kohlerollen 24 und 25, welche durch die Stromschienen
26 und 27 geführt werden und deren Führungsschlitten an einer endlosen Kette 28
befestigt sind. Diese Kette läuft über Kettenräder 29, 30, 31, 32 und 33; eine Spannrolle
34, die unter dem Einfluß einer Feder 35 steht, sorgt für die Aufrechterhaltung
der erforderlichen Kettenspannung. Die Kettenräder 3o bis 33 sind an den die Eisenkernbleche
zusammenhaltenden Wickeleisen befestigt. Das Kettenrad 29 und die Spannrolle 34
sind in einem den Ölbehälter 22 abschließenden Deckelkasten 36 untergebracht, der
gleichzeitig als Ülausgleichgefäß dienen kann. Auf der Welle des Rades 29 sitzt
ein nicht dargestelltes Handrad, bei selbsttätigen Reglern ein Antriebsmotor, der
auf dem Deckel des ölgefäßes 22 gelagert ist. Gegebenenfalls ist sowohl ein Handrad
als auch ein Motor vorgesehen, um den Regeltransformator wahlweise von Hand zu bedienen
oder selbsttätig arbeiten zu lassen. Die Hochspannungsdurchführungen 37 und 38,
an welche die ankommende bzw. abgehende Leitung angeschlossen werden, sitzen neben
dem Deckelkasten 36 in dem Deckel des Ölgefäßes 2@2. Mit 39 und 4o sind zwei an
der Kette 28 entsprechend befestigte Anschläge bezeichnet, die ein Weiterdrehen
des Antriebes verhindern, sobald die Rollen 24 und 25 in die eine oder andere Endstellung
an den Enden der Regelwicklung gelangen. Bei Motorantrieb werden durch die Anschläge
Schalter betätigt, welche den Motor abschalten; gegebenenfalls unter Einschaltung
einer Bremse. Handelt es sich um einen Drehstromregler, so werden die drei Schenkel
des dann zweckmäßig wie bei Drehstromtransformatoren ausgebildeten Eisenkernes mit
ihren Wicklungen und Stromabnehmern nebst Antrieb in der Weise angeordnet, wie sie
sich ergibt, wenn man Abb.2 als Schnitt durch einen solchen Regler ansieht, an dem
also 2o und 21 z. B. die Mittelschenkel des Regel- bzw. Serientransformators darstellen
würden.
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Abb.3 zeigt eine Schaltung für einen Drehstromregler mit Serientransformator.
Im Prinzip besteht er aus drei miteinander verbundenen Einphasenreglern gemäß Abb.
2, wobei natürlich der Regeltransformator und der Serientransformator Drehstromkerne
haben können. Die drei Primärwicklungen 41, 42 und 43 sind in Stern geschaltet und
an die drei Phasen R, S und T eines Drehstromnetzes angeschlossen. Die drei Sekundärwicklungen
44, 45 und 46 speisen die Primärwicklungen 47, 48 und 49 des Serientransformators,
dessen Sekundärwicklungen 5o, 5i und 52 im Zuge der drei Phasen R, S, T liegen,
und zwar sind die Enden jeder Primärwicklung mit den auf jeder der drei Regelwicklungen
laufenden zwei Kohlerollen 3, 54 bzw. 55, 56 bzw. 57, 58 verbunden. Die zur Verstellung
der drei Kohlerollenpaare dienenden endlosen Kettentriebe sind miteinander gekuppelt'
und werden von einer gemeinsamen Antriebswelle 5g aus betätigt, auf welcher ein
Handrad 6o zur Regelung von Hand und ein Motor 61 zur automatischen Regelung sitzt.
Auf den drei Eisenschenkeln sind Schub- oder Kompensationswicklungen 62, 63 und
64 angeordnet, die zur Unterdrückung der höheren Harmonischen und zum Ausgleich
ungleichmäßiger Phasenbelastungen in Dreieck geschaltet sind, so daß sie gleichzeitig
als Tertiärwicklung wirken. Außerdem dienen sie noch zur Speisung des Motors 61,
der zweckmäßig als Drehstromkurzschlußläufermotor ausgebildet ist. Die Schubwicklungen
werden vorzugsweise so ausgelegt, daß in ihnen eine Spannung von 42 Volt induziert
wird. Der Motor 61 ist über einen Selbstschalter 65 und einen Umschalter 66 angeschlossen,
der zum Umschalten von automatischer Regelung auf Handsteuerung unter Verwendung
des Motors dient. In der gezeichneten Stellung des Umschalters 66 wird der Motor
61 von dem Relais 67 gesteuert. Die beiden anderen Kontaktstellungen sind für Handsteuerung
bestimmt, und zwar für Höher-bzw. Tiefer-Regelung. Der Schalter 68 im Motorstromkreis
wird geöffnet, wenn man mit dem Handrad
6o regeln will. Der Schalter
68 kann auch der Endausschalter des Motors sein, der durch Anschläge (39 und 40
in Abb. 2) in den beiden Endstellungen geöffnet wird. Das Steuerrelais 67 liegt
einerseits an einer Anzapfung der Regelwicklung 46, andererseits über einen regelbaren
Widerstand 69 zur Einstellung des Genauigkeitsgrades an dem der Anzapfung benachbarten,
zweckmäßig geerdeten Ende der Regelwicklung. Die entsprechenden Enden der beiden
anderen Regelwicklungen 44, .4 f, können auch geerdet werden. Durch diese Schaltung
des Steuerrelais 67 erspart man den sonst erforderlichen Spannungswandler sowie
Apparate zur Einführung einer stromabhängigen Zusatzspannung, die bisher nötig waren,
um zu verhindern, daß der Verbraucher eine um den ohmschen und induktiven Spannungsabfall
bei Belastung verminderte Spannung zugeführt erhält. Je nachdem, ob das Relais 67
seinen oberen oder unteren Kontakt schließt, wird das Zeitrelais 70 oder 71 erregt
und damit durch vertauschen zweier Phasen der Motor 61 in der einen oder anderen
Drehrichtung eingeschaltet. Die Relais 70 und 71 haben eine geringe Ansprechverzögerung,
damit nicht jedes nur ganz kurzzeitige Ansprechen des Steuerrelais 67 sofort ein
Anlaufen des Motors verursacht.
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Regeltransformator und Serientransformator sind zweckmäßig in ein
gemeinsames Gehäuse eingebaut, das in der Abb. 3 durch ein gestricheltes Rechteck
angedeutet ist. In dem Gehäuse brauchen nur drei Hochspannungsdurchführungen 72,
73, ; für die ankommenden, drei Hochspannungsdurchführungen 75, 76, 77 für
die abgehenden Leitungen sowie einige Niederspannungsdurchführungen für die Zuführung
der Spannungen für den Motor und das Steuerrelais angeordnet zu werden. Der Motor,
die Relais und die Schalter werden zweckmäßig in der in Abb. 2 angedeuteten Art
und Weise auf dem Deckel des Gehäuses untergebracht.
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In der Abb.4 ist ein Ausführungsbeispiel für einen Regeltransformator
mit ringförmigem Eisenkern schematisch dargestellt. Der ringförmige Eisenkern, der
die Primärwicklung und außen die teilweise blankgemachte Regelwicklung 8o trägt,
sitzt auf einer Welle 81, die in einem Lagerbock 82 fest angebracht ist. Auf der
Wicklung 8o laufen zwei Kohlerollen 83, 84, deren Achsen exzentrisch an zwei Kegelrädern
85, 86 befestigt sind, welche lose auf der Welle 81 zu beiden Seiten des Ringtransformators
sitzen. Die beiden Kegelräder 85, 86 werden von einem dritten Ziegelrad 87 angetrieben,
welches in beiden Richtungen gedreht werden kann, beispielsweise von einem Regelmotor
oder/und von Hand. Dabei drehen sich die Kegelräder 85, 86 in einander entgegengesetzter
Richtung, so daß die Kohlerollen 83, 84 stets gemeinsam, aber in entgegengesetzter
Richtung auf der Wicklung 8o verstellt werden. Die Wirkungsweise ist hier also die
gleiche wie bei dem in Abb. i dargestellten Beispiel.
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Der Regeltransformator gemäß der Erfindung braucht nicht eine getrennte
Erregerwicklung und Regelwicklung aufzuweisen; er kann gegebenenfalls auch nur mit
einer Wicklung in der bekannten Sparschaltung versehen sein, die dann sowohl als
Erregerwicklung wie auch als Regelwicklung arbeitet.