DE258192C

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Publication number: DE258192C
Application number: DENDAT258192D
Authority: DE

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

- M 258192 ~ KLASSE 21 d. GRUPPE

in BERLIN.

Um bei Spannungsregelung mit Stufentransformator eine allmähliche Änderung der Spannung zu erreichen, verwendet man bekanntlich Induktionsregler, die nacheinander an die einzelnen Stufen des Transformators geschaltet werden. Die Zu- und Abschaltung der einzelnen Spannungsstufen hat man in dem Moment bewirkt, wo die Spannung an der Sekundärwicklung des Induktionsreglers dieselbe ist wie an der betreffenden Stufe des Transformators, in der Absicht, Feuer an den Schaltapparaten zu vermeiden. Der Zweck wurde nicht erreicht, weil beim Zuschalten einer Spannungsstufe der Strom sofort in seiner vollen Stärke auftritt, beim Abschalten aber gewaltsam unterbrochen wird. Die Kontakte der Schaltapparate werden daher bei großen Strömen, besonders wenn zur Umschaltung eine Kontaktwalze Verwendung findet, die sich nur langsam bewegt, leicht aneinander schweißen. Nach Fig. 1 und 2 bedeuten s die Sekundärwicklung der Transformatoren, m beispielsweise Motoren, denen veränderliche Spannung zugeführt wird, i_x und i₂ die Primär- und Sekundärwicklung der Induktionsregler und C₁ und c₂ Schalter. Die Primärwicklung der Transformatoren ist nicht angedeutet, auch sind der Einfachheit wegen nur zwei Spannungsstufen gezeichnet.

Bei Fig. 1 ist angenommen, daß der Motor an einem Ende der Sekundärwicklung i₂ des Induktionsreglers angeschlossen ist, bei Fig. 2 befindet sich dieser Anschluß in der Mitte der Wicklung des Induktionsreglers. Es soll der Moment, wo die Spannung am Induktionsregler gleich der Spannung der entsprechenden Transformatorstufe ist, dargestellt sein. Sobald sich die Kontakte des Schalters C₂ berühren, wird der Motorstrom nicht mehr ausschließlich über den Schalter C₁ nießen, sondern bei Fig. 1 fast vollständig über C₂, weil der Widerstand der Wicklung i₂ wesentlich größer ist als der der Transformatorspule ; bei Fig. 2 wird nur die Hälfte des Gesamtstromes über c₂ fließen, weil dann der induktive Spannungsabfall in der Wicklung i₂ Null ist. Beim öffnen der Schalter C₂ wird der Strom gewaltsam unterbrochen, es entsteht eine Verhältnismäßig große Funkenspannung, die dem Spannungsabfall in der Wicklung i_% entspricht.

Nach der vorliegenden Erfindung soll nun die Spannung am Induktionsregler so beeinflußt werden, daß Öffnen und Schließen eines Schalters möglichst in stromlosem Zustand erfolgt, daß also z. B. beim Schließen nur ein Teil des gesamten Stromes, möglichst ein verschwindend kleiner Teil, durch den gerade geschlossenen Schalter fließen kann. Es wird dabei gewissermaßen in dem Schaltkreis s, c₂, i_z, C₁ dem sich normalerweise im Schalter ausbildenden Strom ein zusätzlicher Strom überlagert, der in in Größe mit jenem übereinstimmt, dessen Phase aber um ¹Z₂ Per. verschoben ist.

Ein Ausführungsbeispiel ist in Fig. 3 gegeben, und zwar für den Fall, daß der Motor in der Mitte der Sekundärwicklung i_z des In-

duktionsreglers angeschlossen ist. Gegenüber der Schaltung nach Fig. 2 kommt gemäß der Erfindung noch der Hilfstransformator h hinzu, der die Aufgabe hat, die in der Wicklung i_% durch die Wicklung i_x induzierte Spannung so zu beeinflussen, daß sich beim Schließen des Schalters C₂ keine gleichmäßige Verteilung des Belastungsstromes auf die Kontakte C₁ und c₂ ergibt, sondern, daß der größte Teil, möglichst der ganze Strom, durch den Schalter C₁ fließt. Dann soll der ganze Strom auf den Kontakt C₂ übergeleitet werden. Der bewegliche Kontakt am Transformator h wird hierzu verschoben, die in den Primärkreis des Induktionsreglers eingeführte Zusatzspannung nimmt ab, wird Null, der Strom verteilt sich gleichmäßig auf Schalter C₁ und C₂ und ändert schließlich ihr Vorzeichen. Sobald der Motorstrom im wesentlichen durch Kontakt C₂ fließt, kann C₁ geöffnet werden. Es ist nicht unbedingt notwendig, die Spannung am Transformator h allmählich zu ändern; um bei verringerter Stromstärke zu schalten, genügt es schon, das Vorzeichen der in dem Primärkreis des Induktionskreises eingefügten Zusatzspannung umzukehren. Der verschiebbare Kontakt am Transformator h kann Wegfallen, und es genügt, die Enden der einen Wicklung (wegen der geringen Stromstärke wird man im allgemeinen die Sekundärwicklung wählen) zu vertauschen, wobei vor der Umschaltung die zum Hilfstransformator führenden Leitungen zweckmäßig kurzgeschlossen werden, um Stromunterbrechung zu vermeiden.

Zur Einstellung der genauen Phase der Spannung am Transformator h können zu einer der Wicklungen desselben ohmische und induktive Widerstände parallel geschaltet werden. Auch wird es zweckmäßig sein, den Hilfstransformator so auszubilden, daß die Sekundärwicklung keine wesentliche Rückwirkung ausübt, d. h. man wird den Transformator für hohen Magnetisierungsstrom bauen.

Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel ändert die zusätzliche Spannung ihre Größe und Phase mit dem Belastungsstrom (Motorstrom). In vielen Fällen kann man auf diese

Änderung verzichten, besonders wenn man die Zusatzspannung für einen mittleren Belastungsstrom und für einen mittleren Leistungsfaktor im Belastungskreis einstellt. Oft hat auch die Spannung an der Sekundärwicklung s des Haupttransformators schon die passende Phase, so daß es zur Beeinflussung der Stromverteilung auf die Schalter C₁ und C₂ schon genügt, den Anschlußpunkt der Primärwicklung des Induktionsreglers an der Sekundärwicklung s zu verändern. Der Hilfstransformator h in Fig. 3 ist dann nicht erforderlich. Man kann aber auch die Anschlußpunkte der Primärwicklung des Induktionsreglers fest lassen, die bisher üblichen, in den Fig. ι und 2 dargestellten Schaltungen also beibehalten, wenn man den Induktionsregler so baut, daß die in der Sekundärwicklung i₂ induzierte Spannung größer ist als die einer Spannungsstufe am Transformator. Gleichheit der Ströme in den Schaltern C₁ und C₂ wird dann erreicht, bevor sich die Wicklungsachsen von J₁ und i₂ decken. Verdreht man, von dieser Stellung ausgehend, den Induktionsregler so, daß die Wicklungsachsen besser übereinstimmen, dann wird der Strom auf Schalter C₁ geleitet, c₂ wird entlastet. Verdreht man den Induktionsregler so, daß die Wicklungsachsen noch mehr divergieren, dann wird Strom auf Schalter c₂ geleitet und C₁ entlastet. In Fig. 4 ist zur Erläuterung die Abhängigkeit der effektiven Spannung an der Sekundärwicklung des Induktionsreglers als Funktion der Einstellung des Induktionsreglers aufgetragen. Die Abszissen geben gleichzeitig den Winkel an, den die Wicklungsachsen miteinander einschließen. Die höchste Spannung am Induktionsregler (E) wird nun größer gewählt als die Spannung an benachbarten Anschlüssen des Transformators s, die etwa den Wert e haben möge. Die Belastung der Schalter wird dann (Schaltung Fig. 2 vorausgesetzt) in der Stellung des Induktionsreglers, wo die Spannung in der Sekundärwicklung des Induktionsreglers ebenfalls den Wert e hat, dieselbe sein. Um den Strom auf Schalter C₁ zu leiten, wird die Spannung des Induktionsreglers durch Verringerung von α vergrößert, um den Strom auf Schalter c₂ zu leiten, wird die Spannung durch Vergrößerung von α verringert. Bei der Schaltung nach Fig. i, wo der Anschlußpunkt des Motors an einem Ende der Sekundärwicklung des Induktionsreglers liegt, ist die Spannung am Induktionsregler nur wenig gegenüber der Spannung * am Transformator zu verringern, um den Schalter C₁ zu entlasten.

Bei den letzten Anordnungen sind die Zusatzspannungen in Phase mit der Spannung an der Sekundärwicklung s des Haupttransformators. Es wurde schon früher angedeutet, daß diese Phase auch häufig dem mittleren Leistungsfaktor des Belastungskreises entspricht. In den Fällen, wo dies nicht von selbst erfüllt ist, kann man es durch geeignete Abmessungen des Induktionsreglers oder durch Einfügen von ohmischen oder induktiven Widerständen in den Schaltkreis s, c₂, i₂, C₁ erreichen. Da sich die Phase des Belastungsstromes auch oft mit der zugeführten Spannung ändert, empfiehlt es sich, in die einzelnen Abzweigleitungen von der Sekundärwicklung s des Transformators entsprechend be-

messene ohmische und induktive Widerstände ■einzuschalten.

Zweckmäßig ist auch die Kombination der zuletzt beschiebenen Anordnungen mit einem Hilfstransformator h, wie ihn die Schaltung Fig. 3 angibt. Der Transformator h kann dann eine feste Einstellung erhalten und hat im wesentlichen den Zweck, den Spannungsabfall im Induktionsregler mehr oder weniger ίο vollkommen zu kompensieren, so daß schon eine geringe Spannung genügt, um die Verteilung der Ströme in den Schaltern C₁ und C₂ zu ändern.

Die Erfindung gilt sinngemäß auch für Mehrphasenstrom, wobei die Schaltung teilweise noch vereinfacht werden kann, da sich die Phasenregelung bei Mehrphasenstrom leichter erreichen läßt.

Claims

Patent-Ansprüche:

i. Spannungsregelung mit Stufentransformator und Induktionsregler, gekennzeichnet durch Einrichtungen, die beim Ab- oder Zuschalten eines Stufenschalters durch Beeinflussung der Spannung des Induktionsreglers an den Schaltstellen das Auftreten des Stromes in normaler Stärke verhindern, indem sie kurz vor dem öffnen oder Schließen des Stufenschalters den Strom ganz oder zum größten Teil auf den anderen noch geschlossenen Stufenschalter übertragen, zum Zwecke, das Schaltfeuer zu verringern und ein Zusammenschweißen der Kontaktstellen des Schalters zu verhindern.
2. Spannungsregelung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteilung der Ströme auf die gleichzeitig geschlossenen Stufenschalter durch Änderung der gesamten der Primärwicklung des Induktionsreglers zugeführten Spannung geschieht.
3. Spannungsregelung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die höchste Spannung in der Sekundärwicklung des Induktionsreglers größer ist als die Spannung einer Transformatorstufe und die Zu- und Abschaltung der einzelnen Stufen in solchen Stellungen des Induktionsreglers erfolgt, daß der Bedingung des Anspruchs 1 genügt wird.
4. Spannungsregelung nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von ohmischen zu induktiven Widerständen der Schaltkreise, gebildet aus Transformator, Stufenschalter und Sekundärwicklung des Induktionsreglers, der am häufigsten auftretenden Phase des Belastungsstromes angepaßt wird.
5. Spannungsregelung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteilung der Ströme auf die gleichzeitig eingeschalteten Stufenschalter durch einen Reihenschlußtransformator bewirkt wird, dessen Primärwicklung im Belastungskreis, dessen Sekundärwicklung im Primärkreis des Induktionsreglers liegt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.