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Anordnung zur Veränderung des Übersetzungsverhältnisses von Mehrphasen- transformatoren usw.
Die Erfindung bezieht sich auf Anordnungen zur Veränderung des Übersetzungsverhältnisses von Mehrphasentransformatoren, insbesondere von Drehstromtransformatoren oder dreiphasig ge-
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des Transformators vorhandener Anzapfungen geschieht. Die Veränderung der Schaltung erfolgt dabei an Wicklungsteilen, welche zeitweise vom Netz abgetrennt, also stromlos sind, während der übrige Teil der Wicklungen, der an das Netz angeschlossen bleibt, das Netz in dieser Zwischenzeit zu speisen vermag oder, falls die Regelung auf der Primärseite geschieht, vom Netz gespeist werden kann.
Die dabei auf- tretende Überlastung ist jedoch für die kurze Zeitdauer des Schaltvorganges zulässig ; nach erfolgter
Veränderung der Verbindung im abgeschalteten Wicklungsteil wird derselbe wieder eingeschaltet, wodurch im allgemeinen eine Unsymmetrie des Wicklungssystems entsteht, welche einen Ausgleichstrom hervorruft, der gleichfalls eine Überlastung bildet, die für die kurze Dauer ihrer Wirksamkeit statthaft ist. Nach Durchführung einer Anzahl von Umschaltungen entsteht auf diese Weise eine neue symmetrische Anordnung, welche das gewünschte neue Übersetzungsverhältnis aufweist und dauernd belastet werden kann.
Bei den bisher bekannten, nach diesem Prinzip ausgebildeten Anordnungen sind die Wicklungen der Transformatoren auf jener Seite, wo die Veränderung der Anschlüsse geschieht, in zwei Teile geteilt, die im normalen Betrieb parallel arbeiten ; während der Umschaltung arbeitet dagegen nur der eine Teil der Wicklungen auf das Netz, während die Umsehaltung am andern, vom Netz getrennten Teil vorgenommen wird. Zu diesem Zweck besitzt jede der beiden Hälften Anzapfungen, welche über einen im stromlosen Zustande zu betätigenden Umschalter (Kommutator) zu einem unter Strom zu betätigenden Schalter (Ölschalter) führen, welch letzterer die zeitweise Abschaltung der betreffenden Wicklunghälften vornimmt.
Infolgedessen muss jede Wicklung in zwei Hälften geteilt werden und es müssen für jede Phase zwei Reihen von Anzapfungen und Anschlussleitungen, zwei Kommutatoren und zwei Ölschalter (unter Last zu betätigende Schalter) vorgesehen werden.
Es sind auch Anordnungen bekannt, bei welchen die Unterteilung der Wicklung nur auf einen Teil derselben beschränkt wird oder bei welchen die Teilung der Wicklung ganz unterbleibt. In diesen Fällen, die im allgemeinen die Verwendung eines stromdämpfenden, meist als Spannungsteiler ausgebildeten induktiven Widerstandes erfordern, sind aber gleichfalls pro Phase zwei Reihen von Anzapfungen und Verbindungsleitungen, zwei (einpolig) Kommutatoren und zwei (einpolige) Schalter notwendig.
Gegenstand der Erfindung ist eine Anordnung, bei welcher es nicht notwendig ist, die Wicklung in zwei parallel arbeitende Hälften zu teilen, bei welcher aber ausserdem die Zahl der Anzapfungen, Verbindungsleitungen, Stufenschalter und Schalter auf die Hälfte verringert wird, indem für jede Phase nur eine Reihe von Anzapfungen und Anschlussleitungen, ein (einpoliger) Stufenschalter und ein (einpoliger) Schalter notwendig ist.
Dies wird dadurch erreicht, dass, anstatt die Phasenwicklungen in zwei parallele Hälften zu teilen, eine Wicklung benutzt wird, welche im normalen Belastungszustand in Dreieckschaltung oder allgemein in Polygonsehaltung arbeitet oder wenigstens in Dreieck (Polygon) geschaltete, die Anzapfungen enthaltende Wicklungsteile besitzt ; für die Dauer der Veränderung der Anschlüsse wird eine Dreieckseite (Polygon-
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seite) vom Netz abgeschaltet und es wird sodann an ihr im stromlosen Zustand die Umschaltung vorgenommen, während die übrige Wicklung in V-Schaltung (offenem Polygon) oder im allgemeinen in jener Schaltung, welche durch die Abschaltung der Dreieckseite (Polygonseite) entsteht, das Netz weiter speist.
In der Zeichnung sind als Ausführungsbeispiele zwei Schaltungsanordnungen gemäss der Erfindung veranschaulicht, wobei nur jene Wieklungsseite (Primär-oder Sekundärseite), auf welcher die Veränderung der Anschlüsse geschieht, dargestellt ist, da die andere Transformatorseite in üblicher Weise ausgeführt werden kann.
Fig. 1 zeigt das Sehaltungsschema für eine Wicklung, die in Dreieck geschaltet ist, Fig. 2 das Schaltungsschema für eine Wicklung, die im wesentlichen in Stern geschaltet ist, wobei aber die drei Phasenwicklungen im normalen Belastungszustand an ein aus den mit den Anzapfungen versehenen Wicklungsteilen der drei Phasen gebildetes Dreieck angeschlossen sind (sogenannte Sterndreieckwieklung).
Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform ist jede der drei untereinander im Dreieck ver-
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Der Anzapfungspunkt 0 kann über die Schalter Sa bzw. Sb bzw. So je nach der Stellung des zugehörigen
Stufensehalters Ca bzw. Ob bzw. Ce mit den Punkten 1, 2, J oder 4 verbunden werden. Die Stufen- schalter können natürlich für eine beliebige Zahl von Anschlüssen ausgebildet und vorgesehen werden.
Zur Erklärung der Arbeitsweise sei beispielsweise angenommen, dass der Transformator bei einer
Stellung der Stufensehalter, welche die Verbindungen 0 1 herstellt, belastet ist und dass sein Über- setzungsverhältnis auf jenen Wert gebracht werden soll, der den Verbindungen 0 2 der StufenschaltrI' entspricht. Zu diesem Zweck wird z. B. zunächst der Schalter Sa geöffnet und in der hiedurch vom
Netz abgetrennten Phase a am Stufensehalter Ca die Verbindung 0 2 hergestellt.
Hierauf wird der
Schalter Sa wieder geschlossen und sodann der Schalter Bb geöffnet und am Stufenschalter Cb die Ver- bindung 0 2 hergestellt ; es wird dann der Sehalter Cb wieder geschlossen, der Schalter Se geöffnet und am Stufenschalter Ce die Verbindung 0 2 hergestellt. Wird nunmehr auch der Schalter Se wieder geschlossen, so befindet sich der Transformator C in normaler Arbeitsschaltung, jedoch mit dem ge- wünschen neuen Übersetzungsverhältnis. Durch Wiederholung der eben beschriebenen Schaltvorgänge kann jedes bei dem Transformator vorgesehene Übersetzungsverhältnis eingestellt werden.
Bei diesem Schaltvorgang wird in den Zwischenzeiten, in welchen durch Öffnen eines der Schalter eine Phase vom Netz abgetrennt ist, das Netz von den andern beiden Phasen in V-Sehaltung gespeist ; in jenen Zwischenzeiten, in denen das Dreieck geschlossen ist, die Anschlussänderung jedoch erst in einer
Phase oder in zwei Phasen vorgenommen worden ist, fliesst in dem Dreieck ein durch die Verschiedenheit der Windungszahlen der drei Dreieekseiten bedingter Ausgleiehstrom. In beiden Fällen ergibt sich daher gegenüber den Stromverhältnissen bei normalem Betrieb eine Überlastung, die aber in beiden Fällen 'geringer ist als bei den bekannten Anordnungen mit parallel geschalteten Wicklungshälften.
In der Tat wird bei der erfindungsgemässen Anordnung nur ein Drittel der Wicklung abgeschaltet, während bei dem bekannten System der Parallelschaltung die Hälfte der Wicklung abgeschaltet wird ; der Strom steigt dabei nur im Verhältnis 3 : 1 anstatt im Verhältnis 2 : 1. Beim Schliessen des Dreiecks mit verschiedenen Windungszahlen der Seiten arbeitet die Spannung einer Sehaltgruppe in der neuen
Anordnung auf die Impedanz der drei für den Ausgleichstrom in Serie geschalteten Wicklungen, während bei der Parallelschaltung der beiden Hälften mit ungleicher Windungszahl die Spannung einer
Schaltgruppe auf die Impedanz der zwei für den Ausgleiehstrom in Serie geschalteten Wicklungen arbeiten würde.
Verzichtet man auf den Vorteil geringerer Überlastung, lässt man also eine bestimmte Überlastung für die Übergangszeit zu, so kann bei der erfindungsgemässen Anordnung im Vergleich zu den bekannten Anordnungen die Zahl der Anzapfungen vermindert werden, so dass als weiterer Vorteil gegenüber der bekanntenAnordnung der Parallelschaltung derWicklungshälften die weitere Reduzierung derAnzapfungen, Anschlussleitungen und Kontakte der Stufenschalter unter die Hälfte hinzutritt. Hiedurch wird die Ausführung des Transformators und des Stufensehalters einfacher und billiger bei gleichzeitiger Verminderung des Raumbedarfes der Apparatur.
Diesen bedeutenden Vorteilen gegenüber kommt es praktisch kaum in Betracht, dass der Strom, welcher von den Schaltern ein-und ausgeschaltet und von den Kontakten des Stufenschalters geführt wird, um etwa 15% höher ist als beim Parallelst stem (der Dreieckstrom tritt an Stelle des halben Netzstromes) und dass der Schaltvorgang in drei Stufen vor sich geht, anstatt, wie in den praktischen Ausführungen des Parallelsystems, in zwei Stufen (an die Stelle der Schaltung von zwei dreipoligen Schaltern und Stufensehaltern tritt die Schaltung von drei einpoligen
Schaltern und Stufenschaltern) ;
dass dieser Umstand praktisch von unwesentlicher Bedeutung ist, ist leicht einzusehen, wenn man berücksichtigt, dass bei der erfindungsgemässen Anordnung die Gesamtzahl der zu bewegenden Kontakte viel geringer ist.
Das Schaltungsschema der Fig. 2 zeigt als Ausführungsbeispiel die Anwendung der Erfindung auf einen Dreiphasentransformator oder eine Gruppe von drei Einphasertransformatoren, deren Wicklungen im wesentlichen in Stern geschaltet und an das aus den angezapften Wicklungsteilen 0-3 ge-
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geschlossen und befinden sich die Stufenschalter Ca, C%, Ce in jener Stellung, die in allen Phasen eine Verbindung miteinander entsprechenden Anzapfungen herstellt, so ist das Wieklungssystem vollkommen symmetrisch.
Soll nun die Übersetzung des Transformators geändert werden, so wird zunächst ein
Schalter, etwa Sa, geöffnet und der zugehörige stromlose Stufensehalter, etwa Ca, im gewünschten
Sinne betätigt ; es wird sodann der Schalter Sa wieder geschlossen und hierauf die Phase b und schliess- lich die Phase c in gleicher Weise umgeschaltet. Am Ende des ganzen Schaltvorganges befindet sich der Transformator wieder in vollkommen symmetrischer Schaltung, jedoch auf neuer Übersetzungsstufe.
Im Laufe der Umschaltung ist das Dreieck eine Zeitlang mit verschiedenen Windungszahlen der drei Dreieckseiten geschlossen. Um den hiebei auftretenden Ausgleichsstrom auf ein zulässiges
Mass zu beschränken, sind die Drosselspulen Ba, Bb und Be vorgesehen. Diese drei Drosselspulen werden zweckmässigerweise auf einen einphasigen Eisenkern so angeordnet, dass sich im normalen Belastungs- zustand, d. h. bei vollkommen symmetrischer Wieklungsanordnung (gleiche Windungszahl in jeder
Dreieckseite des Wicklungsdreieckes des Haupttransformators), die den Kern magnetisierenden Ampere- windungen vollkommen aufheben und dass daher an den Drosselspulen ausser dem praktisch vernach- lässigbaren Ohmschen Spannungsabfall kein weiterer Spannungsabfall auftritt.
Dem gleichen Zweck können auch andere, in bekannter Weise wirkende Anordnungen der Drosselspulen dienen ; letztere können beispielsweise auf einen dreiphasigen Kern angeordnet sein, so dass das Hauptfeld verschwindet, und es kann zur Aufhebung der Streufelder entweder jede Phasenwieklung in auf verschiedenen Schenkeln des Kerns angeordnete Teilwieklungen zerlegt werden oder es kann zu diesem Zweck eine im Dreieck geschlossene sekundäre Kompensationswicklung angeordnet werden.
Auf dem Eisenkern, welcher die Drosselspulen trägt, kann ferner eine besondere Wicklung (Hilfs- wicklung) so angeordnet werden, dass in ihr dann und nur dann eine Spannung induziert wird, wenn im Stromsystem der Schaltgruppen des Transformators eine Unsymmetrie auftritt. An diese Hilfs- wicklung kann ein mit entsprechender zeitlicher Verzögerung arbeitendes Relais angeschlossen werden, welches in an sich bekannter Weise, wenn infolge eines Fehlers in der Schalteinrichtung (z. B. an den
Bürsten des Stufenschaltfrs) eine durch dauernde Unsymmetrie bewirkte Stromüberlastung in der
Schaltung auftritt, die Abschaltung des Transformators bzw. der Transformatoren veranlasst.
Die Anordnung der Fig. 2 bietet die gleichen Vorteile der Verringerung der Zahl der Anzapfungen,
Ansehlussleitungen, Kommutatoren und Schalter wie die Anordnung der Fig. 1 und weist dieser An- ordnung gegenüber noch den weiteren Vorteil auf, dass die Überlastung auf einen kleinen Wicklungsteil beschränkt wird, der leicht und ohne grosse Kosten reichlich dimensioniert werden kann. Allerdings benötigt die Anordnung nach Fig. 2 Drosselspulen, welche bei der Anordnung nach Fig. 1 fehlen können.
Beide Anordnungen können zur automatischen Regelung der Übersetzung in bekannter Schaltung verwendet werden.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Anordnung zur Veränderung des Übersetzungsverhältnisses von Mehrphasentrausformatoren oder mehrphasig geschalteten Gruppen von Einphasentransformatoren unter Last, mit Hilfe von Wicklungsanzapfungen und Stufenschaltern, wobei die Umschaltung nach und nach an Wieklungsteilen oder Kontakten erfolgt, welche für die Zeit des Schaltvorganges vom Netz getrennt sind, während die übrigen Teile der Wicklung weiter mit dem Netz zusammenarbeiten, dadurch gekennzeichnet, dass die
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wobei in jeder Anzapfungen enthaltenden Polygonseite ein Schalter vorgesehen ist, um diese Seite für die Zeit der Umschaltung stromlos machen zu können.