DE19518272C1 - Stufenschalter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Stufenschalter mit Ticklerwindung, der Thyristoren als Schaltelemente aufweist.

Solche Stufenschalter sind aus der US-PS 4 622 513 bekannt.

Bei Stufenschaltern ist es bereits bekannt, sogenannte Ticklerwindungen vorzusehen. Dies sind zusätzlich zur eigentlichen Stufenwicklung vorhandene externe Wicklungen, die derart bemessen sind, daß über ihnen eine Spannung abfällt, die der Hälfte der Stufenspannung, d. h. der Spannung zwischen zwei benachbarten Anzapfungen der Stufenwicklung, entspricht. Durch wahlweises Zuschalten der Ticklerwindung ist damit die Zahl der möglichen einstellbaren Spannungsstufen verdoppelbar.

In der Zeitschrift "SIEMENS Energy & Automation Technology", März 1986, S. 16 bis 18, ist die Wirkungsweise einer Ticklerwindung, auch als "auxilliary winding" bezeichnet, bei einem Autotransformator beschrieben.

Die Anzapfungen der Stufenwicklung gestatten dort eine Stufung in 1¼%-Sprüngen; durch das wahlweise Zuschalten der Ticklerwindung wird eine schaltbare Stufung von ⅝ % erreicht. Bei solchen Autotransformatoren ist damit ein Durchlaufen des Regelbereiches der Spannung von +/-10% in 32 Stufen zu je ⅝ % möglich.

Aus der US-PS 4 201 938 ist ein Stufenschalter bekannt, der ein antiparallel geschaltetes Thyristorpaar als Schaltelement im Hauptkontaktkreis aufweist. Nachteilig an dieser Anordnung ist der Abbrand, der beim Schalten des Hilfskontaktkreises auftritt.

Die US-PS 4 301 489 vermeidet diesen Abbrand im Hilfskontaktkreis durch ein zweites Thyristorpaar als weiteres Schaltelement.

Ein weiterer Stufenschalter ist aus der US-PS 4 363 060 bekannt. Dabei ist statt eines fest zugeordneten Strombegrenzungswiderstandes ein weiterer Umschalter vorgesehen, der diesen wahlweise mit einer der Anzapfungen verbindet.

Aus der US-PS 4 622 513 ist ein gattungsgemäßer Stufenschalter bekannt, der jeweils den im Haupt- und Hilfszweig angeordneten antiparallelen Thyristorpaaren zugeordnete Steuereinrichtungen aufweist, die einerseits die Thyristoren vor Überspannungen schützen und andererseits die Zündung der Thyristoren dann veranlassen, wenn ein voreinstellbarer Schwellenwert in der jeweiligen Regeleinrichtung überschritten wird.

Bei diesem bekannten Stufenschalter ist die Ticklerwindung in Reihe geschaltet mit einem Widerstand, der wiederum mit einem der antiparallel geschalteten Thyristorpaare elektrisch in Verbindung steht.

Alle diese beschriebenen Stufenschalter weisen jedoch den gemeinsamen Nachteil auf daß, soll Abbrand im Hilfskontaktkreis verhindert werden, sie zwei separate Schaltmittel, also zwei antiparallel geschaltete Thyristorpaare, erfordern, was den Schalter verteuert.

Die bekannte Zündung der Thyristoren durch besondere Steuereinrichtungen, wie z. B. in der US-PS 4 363 060 beschrieben, ist zudem aufwendig, erfordert zusätzliche Bauelemente und verteuert den Schalter weiter.

Aufgabe der Erfindung ist es demnach, einen Stufenschalter anzugeben, der eine geringere Zahl von Bauelementen, insbesondere von Thyristoren, aufweist und insgesamt kostengünstiger ist.

Diese Aufgabe wird durch einen Stufenschalter mit den Merkmalen des ersten Patentanspruches gelöst.

Die Unteransprüche betreffen besonders vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.

Die Erfindung weist besonders vorteilhaft nur ein einziges Thyristorpaar und einen einzigen neben den beweglichen Stufenkontakten und dem an sich bekannten Bypasskontakt zu betätigenden Umschalter auf.

Damit ist sowohl der Bauteilaufwand für die elektrischen Schaltmittel wesentlich verringert, als auch eine einfache Ausführung der mechanischen Betätigungsmittel gewährleistet.

Zwar ist es aus der US-PS 5 128 605 an sich bereits bekannt, ein elektrisches Schaltmittel bei einem Stufenschalter nach dem Reaktorprinzip zwischen dem Haupt- und dem Hilfszweig vorzusehen und mittels eines Bypasskontaktes die Verbindung zur Lastableitung herzustellen, doch weist diese bekannte Anordnung einerseits eine Vakuumschaltzelle als Schaltmittel auf und gibt andererseits keinerlei Möglichkeit zur feinstufigen Spannungseinstellung mittels wahlweise zuschaltbarer Ticklerwindung, so daß sie insgesamt die Erfindung nicht nahelegen kann.

Nach einem Merkmal der Erfindung weist der erfindungsgeinäße Stufenschalter einen Malteserantrieb auf. Dieser Malteserantrieb besteht aus der Antriebswelle, mindestens einem, fest mit dieser verbundenen, Maltesertreiber und mindestens einem Malteserrad. Ein solcher Antrieb ist prinzipiell bereits aus der GB-PS 13 99 528 bekannt. Auch dort ist ein Malteserantrieb vorgesehen, der aus einer Antriebswelle besteht, die direkt Bypass- bzw. Umschaltkontakte betätigt und die weiterhin zwei Maltesertreiber aufweist, die wiederum jeweils in ein Malteserrad zur Betätigung von Wählerkontakten eingreifen. Irgendwelche Hinweise darauf bei diesem Stufenschalter eine Ticklerwindung vorzusehen und deren Zu- bzw. Abschaltung zur feinstufigen Spannungseinstellung in die Schaltsequenz einzubeziehen, sind dieser Schrift jedoch nicht zu entnehmen.

Die Erfindung soll nachstehend an Hand von Zeichnungen beispielhaft noch näher erläutert werden.

Es zeigen:

Fig. 1 einen ersten erfindungsgemäßen Stufenschalter in schematischer Darstellung,

Fig. 2 den schematisch dargestellten Malteserantrieb für diesen Stufenschalter,

Fig. 3 die Schaltsequenz dieses Stufenschalters bei der Umschaltung,

Fig. 4 eine zweiten, abgewandelten erfindungsgemäßen Stufenschalter,

Fig. 5 wiederum den schematisch dargestellten Malteserantrieb für diesen zweiten Stufenschalter,

Fig. 6 einen dritten, wiederum abgewandelten, erfindungsgemäßen Stufenschalter,

Fig. 7 den schematisch dargestellten Malteserantrieb für diesen dritten Stufenschalter,

Fig. 8 die Schaltsequenz dieses dritten Stufenschalters bei der Umschaltung.

Der in Fig. 1 dargestellte Stufenschalter weist feste Stufenkontakte . . . , n-1, n, n+1, n+2, . . . auf, die von zwei beweglichen Wählerkontakten WT und WS beschaltbar sind. Die beiden Wählerkontakte WT und WS sind mechanisch gekoppelt, derart, daß sie gemeinsam betätigbar sind.

Die hier schematisch in einer Linie angeordneten festen Stufenkontakte sind tatsächlich üblicherweise kreisförmig angeordnet und werden von zentrisch gelagerten, drehbaren, von einem Malteserantrieb betätigten, beweglichen Wählerkontakten beschaltet.

Der erste bewegliche Wählerkontakt WT ist über eine Reihenschaltung aus einer Ticklerwindung TW und einem Überschaltwiderstand R mit einem ersten Schaltkontakt BS1 eines Bypasskontaktes BS verbunden, dessen Wurzelanschluß BS3 zur Lastableitung führt. Der zweite bewegliche Wählerkontakt WS ist mit dem ersten Schaltkontakt B1 eines Umschalters B verbunden, dessen zweiter Schaltkontakt B2 mit der elektrischen Verbindung zwischen Ticklerwindung TW und Überschaltwiderstand R in Verbindung steht.

Der Wurzelanschluß B3 des Umschalters B ist wiederum elektrisch mit dem zweiten Schaltkontakt BS2 des Bypasskontaktes BS verbunden.

Der Stufenschalter weist demnach einen - in Fig. 1 oben angeordneten - Hilfsschaltzweig und einen - unten angeordneten - Hauptschaltzweig auf Mittels des Umschalters B ist die Ticklerwindung TW wahlweise in den Hauptschaltzweig einschaltbar.

Zwischen Haupt- und Hilfsschaltzweig, d. h. zwischen dem Wurzelanschluß B3 des Umschalters B und der dem Bypasskontakt BS zugewandten Seite des Überschaltwiderstandes R ist ein antiparallel geschaltetes Thyristorpaar Th als Schaltmittel angeordnet. Die Zündung der Thyristoren erfolgt auf an sich bekannte Weise beispielsweise durch - hier nicht dargestellte - Kontakte zwischen den Gates.

Im stationären Zustand liegen die beiden beweglichen Wählerkontakte WT und WS jeweils am gleichen festen Stufenkontakt an.

Aus der in Fig. 3 dargestellten Schaltsequenz ist ersichtlich, daß nur bei jeder zweiten Umschaltung eine Bewegung der beweglichen Wählerkontakte WT, WS stattfindet; bei den dazwischenliegenden Umschaltungen wird lediglich der Umschalter B betätigt, d. h. die Ticklerwindung TW wird zugeschaltet oder nicht, wodurch die eingangs beschriebene feinstufige Spannungseinstellung erzielt wird.

Der an sich bekannte Bypasskontakt BS schaltet, wie sich ebenfalls aus der Schaltsequenz ergibt, leistungslos; er überbrückt BS1 und BS2 bei seiner Umschaltung kurzzeitig.

Fig. 2 zeigt einen für einen solchen Stufenschalter geeigneten einteiligen Malteserantrieb. Ein Malteserrad MR - links in der Figur symbolisch dargestellt - weist eine 20°-Teilung auf, in die der - in der Figur rechts daneben dargestellte - Maltesertreiber MT, der von einer Antriebswelle A gedreht wird, eingreift. Bei einem Drehwinkel von 180°/Schaltung der Antriebswelle A besitzt der Maltesertreiber MT zwei in das Malteserrad MR eingreifende Rollen MTR1, MTR2, die im Winkel von beispielsweise 90°, bezogen auf die Drehachse, angeordnet sind. Es ist ersichtlich, daß bei der in Fig. 2 dargestellten Lage der Bauteile zueinander bei einer Lastumschaltung von n+1 auf n und der damit verbundenen Drehung in Richtung des ausgezogen dargestellten Pfeiles nacheinander beide Rollen MTR1 und MTR2 in das Malteserrad MR eingreifen und es jeweils um 20° weiterdrehen; bei der nächsten Umschaltung in gleicher Richtung hingegen läuft der Maltesertreiber MT leer, d. h. es sind keine Rollen vorgesehen, die eingreifen könnten. Der strichlierte Pfeil zeigt die entsprechende Antriebsrichtung des Maltesertreibers MT bei der entgegengesetzten Schaltung von n auf n+1. Es ergibt sich bei bei diesem Stufenschalter demnach, ausgehend von der in Fig. 2 dargestellten Stellung, folgende Bewegungsfolge des Malteserrades MR:

• - bei der ersten Lastumschaltung in einer Richtung: 20° - Lastumschaltung - 20°
• - bei der nächsten Lastumschaltung in dieser Richtung: 0° - Lastumschaltung - 0°.

Im stationären Zustand liegen die beiden miteinander starr gekoppelten beweglichen Wählerkontakte WT, WS jeweils am gleichen festen Stufenkontakt an.

Fig. 4 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Stufenschalters, bei dem die beiden beweglichen Wählerkontakte WT, WS unabhängig voneinander betätigbar sind.

Fig. 5 zeigt wiederum schematisch einen dafür zur Betätigung geeigneten Malteserantrieb, wobei wiederum von einem Drehwinkel von 180°/Schaltung der Antriebswelle A ausgegangen wird. Dieser Malteserantrieb besteht hier aus zwei konzentrisch übereinander angeordneten einzeln drehbaren Malteserrädern MR1, MR2, die jeweils 9teilig ausgebildet sind, derart, daß jedes der beiden Malteserräder jeweils einen der beiden beweglichen Wählerarme betätigt.

Rechts daneben in der Figur ist wiederum der mit der Antriebswelle A verbundene Maltesertreiber MT dargestellt; die beiden Rollen MTR1 und MTR2 sind versetzt in zwei Ebenen angeordnet, derart, daß die Rolle MTR1 in das obere Malteserrad MR1 und die Rolle MTR2 in das untere Malteserrad MR2 eingreift, derart, daß das entsprechende Malteserrad jeweils um einen Winkel von 40° gedreht wird.

Diese Ausführungsform hat den Vorteil, daß, da die beiden beweglichen Wählerkontakte WT, WS übereinander angeordnet werden können, die festen Stufenkontakte schmaler gehalten werden, was die Spannungsfestigkeit verbessert.

Bei dieser Ausführungsform ergibt sich folgende Bewegungsfolge:

• - bei der ersten Lastumschaltung in einer Richtung: 40° - Lastumschaltung - 40°
• - bei der nächsten Lastumschaltung in dieser Richtung: 0° - Lastumschaltung - 0°.

Fig. 6 zeigt eine dritte, wiederum abgewandelte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Stufenschalters.

Hierbei sind die beiden beweglichen Wählerkontakte WT, WS wiederum starr miteinander verbunden, im Gegensatz zu den bisher beschriebenen Ausführungsformen liegt jedoch im stationären Zustand jeweils nur einer der beiden beweglichen Wählerkontakte am entsprechenden festen Stufenkontakt an; der andere befindet sich in einer "neutralen" Zwischenposition. Bei dieser Ausführungsform ist es sinnvoll, zusätzlich einen spannungsabhängigen Widerstand RS, z. B. einen ZnO-Widerstand, vorzusehen, der dazu dient, die an den sperrenden Thyristoren bei nicht aufgeschaltetem beweglichen Wählerkontakt WT erscheinende, - kapazitiv auf diesen Wählerkontakt WT übertragene - transiente Spannungsbeanspruchung zu begrenzen.

Die zusätzliche Anordnung eines solchen Widerstandes RS ist auch bei den in den Fig. 1 und 4 dargestellten Ausführungsformen möglich.

Fig. 7 zeigt wiederum einen für diese Ausführungsform geeigneten Malteserantrieb, der aus einem 36teiligen Malteserrad MR und einem Maltesertreiber MT mit nur einer einzigen Rolle MTR1 besteht; dabei wird von einem Drehwinkel von 720°/Umschaltung ausgegangen.

Bei dieser Ausführungsform ergibt sich folgende Bewegungsfolge:

• - bei der ersten Lastumschaltung in einer Richtung: 10° - Lastumschaltung - 10°
• - bei der nächsten Lastumschaltung in dieser Richtung: 10° - Lastumschaltung - 10°.

D.h., bei dieser Ausführungsform werden bei jeder Umschaltung die Wählerarme bewegt. Fig. 8 zeigt wiederum die entsprechende Schaltsequenz.

Claims (3)

1. Stufenschalter mit Ticklerwindung (TW) mit folgenden Merkmalen:

• - längs einer Bahn sind feste Stufenkontakte ( . . . , n-1, n, n+1, n+2, . . . ) angeordnet,
• - die festen Stufenkontakte ( . . . , n-1, n, n+1, n+2, . . . ) sind von zwei beweglichen Wählerkontakten (WT, WS) beschaltbar,
• - der erste bewegliche Wählerkontakt (WT) ist über eine Reihenschaltung aus einer Ticklerwindung (TW) und einem Überschaltwiderstand (R) mit einem ersten Sehaltkontakt (BS1) eines Bypasskontaktes (BS) verbunden, dessen Wurzelanschluß (BS3) zur Lastableitung führt,
• - der zweite bewegliche Wählerkontakt (WS) ist mit einem ersten Schaltkontakt (B1) eines Umschalters (B) verbunden, dessen zweiter Schaltkontakt (B2) mit der elektrischen Verbindung zwischen Ticklerwindung (TW) und Überschaltwiderstand (R) in Verbindung steht,
• - der Wurzelanschluß (B3) des Umschalters (B) ist elektrisch mit dem zweiten Schaltkontakt (BS2) des Bypasskontaktes (BS) verbunden,
• - zwischen dem Wurzelanschluß (B3) des Umschalters (B) und der dem Bypasskontakt (BS) elektrisch zugewandten Seite des Überschaltwiderstandes (R) ist ein antiparallel geschaltetes Thyristorpaar (Th) angeordnet,
• - die Betätigung der beiden beweglichen Wählerkontakte (WT, WS) des Umschalters (B) sowie des Bypasskontaktes (BS) erfolgt durch einen Malteserantrieb.

2. Stufenschalter nach Anspruch 1, wobei erster und zweiter beweglicher Wählerkontakt (WT, WS) starr mechanisch miteinander gekoppelt sind, derart, daß sie gemeinsam bewegbar sind.

3. Stufenschalter nach Anspruch 1 oder 2, wobei im stationären Zustand erster und zweiter beweglicher Wählerkontakt auf den gleichen festen Stufenkontakt ( . . . , n-1, n, n+1, n+2, . . . ) geschaltet sind.