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Einrichtung zur Erhöhung der Uberlastbarkeit von Kontaktumformern
Die Erfindung bezieht sich auf Kontaktumformer, bei denen in Reihe mit den Schaltkontakten
sogenannte Schaltdrosseln geschaltet sind, d. h. Drosseln, die bereits bei einem
im Verhältnis zum Normalstrom sehr niedrigen Stromwert ihre Sättigungsgrenze erreichen.
Die Verwendung solcher Schaltdrosseln zur Verbesserung der Kommutierung von Kontaktumformern
ist an sich bekannt. Durch die Überbrückung der Kontakte durch Nebenwege gelingt
es, selbst bei sehr hohen Spannungen und Strömen noch eine völlig funkenfreie Kommutierung
zu erzielen. Die Wirkung der Schaltdrosseln beruht darauf, daß sich der Strom in
der Nähe des Nulldurchganges nur sehr langsam ändert, daß also ein längerer, stromschwacher
Zeitabschnitt entsteht, innerhalb dessen der Kontakt funkenlos geöffnet werden kann.
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Die zeitliche Lage dieses stromschwachen Zeitabschnittes ändert sich
gegenüber dem Zeitpunkt der Kontaktschließung mit der Größe des Belastungsstromes.
Da, wie gesagt, eine funkenfreie Kommutierung nur dann erreicht wird, wenn der Öffnungszeitpunkt
des Kontaktes in diesen Zeitabschnitt fällt, so könnte man daran denken, die Überlappung
der Schließungszeiten stromabhängig zu ändern. Das ist jedoch praktisch nicht ohne
Schwierigkeiten durchführbar, da die Änderungen des Belastungsstromes viel zu rasch
erfolgen als daß eine Einrichtung, die die Kontaktüberlappung beeinflußt, ihnen
folgen.
könnte. Man muß daher den stromschwachen Zeitabschnitt so
bemessen, daß der festliegende Ausschaltzeitpunkt von Leerlauf bis zu dem höchsten
Belastungsstrom unter Berücksichtigung eines Sicherheitszuschlages noch in die genannte
Stufe fällt.
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Ein erheblicher Einfluß auf den Zeitablauf des Kommutierungsvorganges
kommt nun auch noch der Transformatorstreuung zu. Diese Streuung verzögert den Übergang
der Stromführung von der einen Phase zur anderen. Es ist deshalb vorteilhaft, die
Streuung möglichst klein zu halten. Sehr ungünstig dagegen ist es, wenn sich bei
einer Verkleinerung der Wechselspannung, die ja als Wendespannung den Kommutierungsvorgang
zustandekommen läßt und deshalb für seine Dauer maßgebend ist, gleichzeitig die
Streuung vergrößert. In diesem Fall wird bei fester Überlappung der Kontaktschließungszeiten
der zu beherrschende Belastungsbereich, d. h. also die Überlastbarkeit des Kontaktumformers,
erheblich eingeengt.
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Nun ist auf vielen Verwendungsgebieten des Kontaktumformers eine sehr
weitgehende Regelung der gleichgerichteten Spannung erforderlich. Obwohl diese Regelung
durch Änderung der Schaltzeitpunkte bzw. durch Vormagnetisierung der Schaltdrosseln
stufenlos in sehr weiten Grenzen möglich ist, ist es doch mit Rücksicht auf den
Leistungsfaktorwünschenswert, eine Grobregelung der Spannung durch Stufen am Transformator
und nur die Feinausregelung dieser Stufen durch Regelung am Kontaktumformer selbst
vorzunehmen. Die Stufenregelung am Transformator kann dabei entweder durch Anzapfungen,
die im Leerlauf oder unter Last umgeschaltet werden, erfolgen, oder auch reit Hilf4
eines besonderen Vorsatzregeltransformators. Um andererseits den Bereich der Stufenregelung
möglichst klein zuhalten, ist es vorteilhaft, zusätzlich noch eine Umschaltung der
Transformatorwicklungen vorzunehmen, z. B. eine Reihenpara11elschaltungodereine
Stern-Dreieck-Umschaltung. Gemäß der Erfindung wird nun diese Umschaltung des Transformators
nicht auf der Primärseite, sondern auf der Sekundärseite vorgenommen. Hierdurch
wird erreicht; daß die Streuung des Transformators bei einer Umschaltung auf geringere
Sekundärspannung nicht mehr wie sonst erhöht, sondern sogar herabgesetzt wird. Während
beispielsweise eine primärseitige Umschaltung von Dreieck auf Stern zur Herabsetzung
der sekundären Transformatorspannung im Verhältnis
bezogen auf konstanten Sekundärstrom, eine Heraufsetzung der relativen Streuspannung
auf das fache ergibt, erhält man bei sekundärseitiger
Umschaltung von Stern auf Dreieck nur den därstromes nur 1/3 der Streuspannung,
die man bei
fachen Wert, d, h. für denselben Betrag des Sekunder entsprechenden primärseitigen
Umschaltung erhalten würde: In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung
dargestellt, die außerdem einen sehr einfachen Aufbau des Transformators ergeben.
In Fig. i ist eine Schaltung mit zwölfphasiger Rückwirkung wiedergegeben; die aus
zwei Kontaktgruppen i und --
je in dreiphasiger Graetz-Schaltung besteht.
Die beiden Kontaktgruppen sind über die Saugdrossel 5 miteinander parallel geschaltet.
Mit 3 und q. sind die zu den beiden Kontaktgruppen gehörigen Gruppen von Schaltdrosseln
bezeichnet. Die beiden Kontaktgruppen müssen mit Spannungssystemen gespeist werden,
die gegeneinander um 30° in der Phase verdreht sind. Zu diesem Zweck ist die Primärwicklung
7 des einen Transformators in Dreieck, die Primärwicklung 8 des anderen Transformators
in Stern geschaltet. Die beiden Sekundärwicklungen 5 und 6 sind auf der niedrigen
Spannungsstufe beide in Dreieck geschaltet und werden bei dem Übergang auf die höhere
Spannungsstufe auf Stern umgeschaltet, wie es in der Zeichnung punktiert angegeben
ist. Die Anordnung hat den Vorteil, däß ganz normale dreiphasige Transformatoren
mit glatten Wicklungen verwendet werden können. Zwecks Raumersparnis kann man die
beiden Transformatoren in einen gemeinsamen Ölkessel setzen. Man kann den Raumbedarf
noch weiter verringern, wenn beide Wicklungssysteme auf einem gemeinsamen Eisenkern
angeordnet werden, der dann jedoch ein Zwischenjoch zwischen den beiden Wicklungsgruppen
erhalten muß. Wenn an Stelle der Verwendung eines besonderen Regeltransformators
der Haupttransformator mit einem Stufenschalter ausgerüstet werden soll, so ist
es wünschenswert, daß nur eine einzige Primärwicklung vorhanden ist. Auch ergibt
ein einziger für die gesamte Leistung bemessener Haupttransformator, bezogen auf
das einzelne Wicklungssystem; in der Regel eine kleinere Streuspannung als zwei
getrennte Transformatoren halber Leistung. Bei Vorhandensein nur einer Primärwicklung
muß die gegenseitige Phasenverdrehung der beiden sekundären Wicklungssysteme auf
der Sekundärseite durch Phasenkombination vorgenommen werden.
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Fig. 2 a zeigt hierfür ein Ausführungsbeispiel, wobei das sekundäre
Wicklungssystem ebenfalls zwei um 30° gegeneinander verdrehte Teilsvsteme enthält.
Diese Verdrehung wird hier durch Zickzackschaltung erreicht, wobei an die Stammwicklung
jeder Phase noch ein Wicklungszipfel angeschlossen wird, der mit der Stamm-,vicklung
der vorangehenden bzw. nachfolgenden Phase auf einem gemeinsamen Schenkel angeordnet
ist. Durch entsprechende Bemessung der Zipfel läßt sich die erforderliche Phasenverdrehung
von ± z5° gegenüber den Stammwicklungen erreichen.
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Wie hier die Umschaltung auf eine niedrigere Sekundärspannung erfolgen
kann, zeigt Fig.2b. Die linke Sekundärwicklung wird zu einem urgleichseitigen Sechseck
umgeschaltet, wobei die Stammwicklungen der ursprünglichen Zickzackschaltung die
großen und die Zipfelwicklungen die kleinen Sechseckselten bilden. Die Anschlüsse
sind ebenso wie in Fig. 2 a mit u', v', ze;' bezeichnet. Die rechte Sekundärwicklung
wird dagegen auf eine Schaltart umgeschaltet; die bezüglich der Spannungen einer
Stern-Dreieck-Mischwicklung entspricht, und zwar so, daß die Zipfelwicklungen jeweils
mit einem Teil der gleichphasigen Stammwicklungen im Spannungsbild parallel liegen,
die sich an die Dreieckspunkte anschließende Sternzweige bilden. Die freien Wicklungsenden
bilden die Anschlüsse u, v, w. In beiden Fällen bleibt die Verbindung derjenigen
Wicklungsteile untereinander,
die bei Sternschaltung eine Phase
bilden, auch nach der Umschaltung unverändert. Man erhält auch hier den 1@3 fachen
Wert der Sekundärspannung gegenüber der Schaltung nach Fig. 2a.