DE529389C - Switching arrangement for the step-by-step, uninterrupted change of an electrical alternating voltage using a step transformer and voltage divider - Google Patents

Description

Schaltanordnung für die stufenweise, unterbrechungslose Änderung einer elektrischen Wechselspannung mittels Stufentransformators und Spannungsteilers Zur stufenweisen, unterbrechungslosen Änderung einer elektrischen Wechselspannung finden häufig Stufentransformatoren Anwendung, an die der Verbraucher über einen oder mehrere Spannungsteiler an eine oder mehrere Transformatoranzapfungen angeschlossen ist. Durch Trennen einer Spannungsteilerwicklung von einer Anzapfung und Anschließen derselben an eine neue erfolgt die Spannungsänderung ohne Unterbrechung, weil immer wenigstens eine Wicklung angeschlossen bleibt. Diese bewirkt während des, Schaltens als Drosselspule eine beträchtliche Spannungsverminderung am Verbraucher, wenn letzterer nicht einen Leistungsfaktor nahe der Einheit besitzt. , Bei Einphasenrefi.henschlußmotoren für Bahnbetrieb, wo die besagte Schaltung häufig vorkommt, tritt die Spannungsminderung bei den Anfahrstufen am stärksten auf, weil der Leistungsfaktor hier noch gering ist, und macht sich durch vorübergehende Zugkraftv erminderung unerwünscht bemerkbar. Die Drosselspulenspannung' und damit die Zugkraftminderun.g könnten zwar durch magnetische Sättigung der Spannungsteiler vermindert werden, aber damit würden für den Dauerbetrieb mehrere Nachteile geschaffen: hoher Magnetisierungsstrom, Eisenerwärmung, Stromverzerrung. Im weiteren bewirkt gerade bei den unteren Stufen eine bestimmte Spannungszunahme eine wesentlich größere Stromzunahme als bei höheren Stufen. Wenn also für alle Stufen beim übergang zur nächst höheren Stufe gleiche Stromzunahme gefordert wird, müssen die Spannungsdifferenzen zwischen zwei benachbarten Transformatoranzapfungen der unteren Stufen entsprechend klein gewählt werden. Der Spannungsteiler rnuß aber für die höheren Spannungsdifferenzen der oberen Stufen bemessen werden und kann deshalb unmöglich schon bei den kleineren Spannungen der unteren Stufen magnetisch gesättigt sein.Switching arrangement for the gradual, uninterrupted change of a electrical alternating voltage by means of step transformer and voltage divider Zur Find gradual, uninterrupted change in an electrical alternating voltage Frequently step transformers application to which the consumer has one or more Voltage divider is connected to one or more transformer taps. By disconnecting a voltage divider winding from a tap and connecting it the same to a new one, the voltage change takes place without interruption, because always at least one winding remains connected. This causes during, switching as a choke coil a considerable voltage reduction at the consumer, if the latter does not have a power factor close to the unity. , For single-phase reference motors for rail operations, where the said circuit occurs frequently, the voltage reduction occurs at the start-up levels, because the power factor is still low here is, and is undesirably noticeable through a temporary reduction in pulling force. The choke coil voltage and thus the reduction in tensile force could indeed be caused by magnetic The saturation of the voltage divider would be reduced, but this would allow for continuous operation created several disadvantages: high magnetizing current, iron heating, current distortion. Furthermore, it causes a certain increase in tension, especially in the lower stages a much larger increase in current than at higher levels. So if for everyone Levels the same increase in current is required at the transition to the next higher level, must be the voltage differences between two neighboring transformer taps the lower levels can be selected to be correspondingly small. But the voltage divider must for the higher voltage differences of the upper stages are and can be dimensioned therefore impossible even with the lower voltages of the lower stages magnetically be saturated.

Die Erfindung besteht nun in einer Schaltanordnung, bei der eine hohe Sättigung des Spannungsteilers bei den unteren Stufen unabhängig von der bei den oberen Stufen erforderlichen Spannung ermöglicht wird. Damit ist die Sättigung auch auf jene Stufen beschränkbar, die ohne Sättigung beim Schalten beträchtliche Spannungsrückfälle aufweisen würden.The invention now consists in a switching arrangement in which a high Saturation of the voltage divider in the lower stages independent of that in the upper stages required voltage is made possible. So that's saturation too can be restricted to those levels which, without saturation, produce considerable voltage drops when switching would exhibit.

Zur Erläuterung der neuen Schaltung sind in Abb. z und a der beiliegenden Zeichnung zunächst zwei der üblichen Schaltungen gezeigt. Abb._ 3 . zeigt die beispielsweise Anwendung des' Erfindungsgedankens auf eine Schaltung gleichen Prinzips wie in Abb. i. Die Vektordiagramme (Abb. q., 5, 6) zeigen die Strom- und Spannungsverhältnisse vor, während und. nach-dem-Umschalten von Stufe zu Stufe für einen Verbraucher mit großem Phasenverschiebungswinkel,ga, Abb. 7 und den Zustand vor und während dem Umschalten mit kleinem Winkel p.To explain the new circuit, Fig. Z and a of the enclosed Drawing first shows two of the usual circuits. Fig_ 3. shows the example Application of the concept of the invention to a Circuit based on the same principle as in Fig. i. The vector diagrams (fig. Q., 5, 6) show the current and voltage relationships before, during and. after switching from level to level for a consumer with large phase shift angle, ga, Fig. 7 and the state before and during Switching with a small angle p.

In den Abb. i bis 3 bedeuten e1, e=, e.,, e", et die Anzapfungen des Stufentransformators a, b, bis b" die zugehörigen Schalter, c die Spannungsteiler, d die Verbraucher. Bei einer Stufe .in Abb. i seien beispielsweise die Schalter b, und b. eingeschaltet. Der Übergang zur nächst höheren Stufe erfolgt durch Ausschalten von b, und nachheriges Einschalten von b3. Bei der Anordnung nach Abb.2 seien bei einer der untersten Stufen b" b_, b3, b4 die geschlossenen Schalter. Auf die nächst höhere Stufe gelangt man durch Ausschalten des Schalters b, und nachheriges Einschalten von b.. Nach dem öffnen des einen und vor dem Schließen des anderen Schalters wirkt je einer der Spannungsteiler c vorübergehend als Drosselspule.In Figs. I to 3, e1, e =, e. "E", et denote the taps of the step transformer a, b, to b "the associated switches, c the voltage dividers, d the consumers. At a stage in Fig. I, for example, let switches b and b. switched on. The transition to the next higher level takes place by switching off b, and then switching on b3. In the arrangement according to Fig.2, let the switches be closed at one of the lowest levels b " b_, b3, b4. The next higher level is reached by switching off switch b and then switching on b .. After opening one and before the other switch is closed, one of the voltage dividers c acts temporarily as a choke coil.

Die Vektordiagramme sind für die Schaltung nach Abb. i und 3 gezeichnet. Abb. ;I gilt für die Stufe mit geschlossenen Schaltern b, und b2, Abb. 5 nach Ausschalten des Schalters b, und Abb. 6 nach Einschalten des Schalters b3. Die Spannungen El und E; ergeben am Mittelpunkt des Spannungsteilers für den Verbraucher die Spannung E,_, die einen um den Winkel,9 nacheilenden Strom J" zur Folge haben möge. Größe und Phasenverschiebung des Verbraucherstromes zur Verbraucherspannung sind durch die Eigenschaften und den Zustand des Verbrauchers gegeben. Der Strom J" setzt sich als v ektorielle Summe der Teilströme J2 und J, zusammen. Die vektorielle Differenz derselben muß den Magnetisierungsstrom J. des Spannungsteilers ergeben. Nun werde der Schalter b, geöffnet. Dann ist der ganze Verbraucherstrom Magnetisierungsstrom in der Spule c und induziert die Spannung E'd 1 zum Verbraucherstrom J21. Nach dein Einschalten des Schalters bg herrscht wieder Spannungsteilung, die für den Verbraucher die neue Spannung E" (Abb. 6) ergibt.The vector diagrams are drawn for the circuit according to Figs. I and 3. Fig.; I applies to the stage with closed switches b and b2, Fig. 5 after switching off switch b, and Fig. 6 after switching on switch b3. The voltages El and E; result at the center of the voltage divider for the consumer the voltage E, _, which may result in a current J "lagging by the angle J "is composed of the vector sum of the partial flows J2 and J, together. The vectorial difference of the same must result in the magnetizing current J. of the voltage divider. Now switch b is opened. Then the entire consumer current is magnetizing current in the coil c and induces the voltage E'd 1 to the consumer current J21. After switching on the switch bg there is again voltage division, which results in the new voltage E "(Fig. 6) for the consumer.

Je geringer nun die Sättigung des Spannungsteilers beim Anschluß an b, und b2 ist, um so größer ist die Spannung Ed und um so kleiner die vorübergehende Verbraucherspannung_E" beim Schaltvorgang.The lower the saturation of the voltage divider when connected to b, and b2, the larger the voltage Ed and the smaller the transient Consumer voltage_E "during the switching process.

Abb. 7 und 8 zeigen, daß der Spannungsrückfall bei keinem Winkel q für den Fall des Reihenschlußmotors, also bei den höheren Stufen, vollständig verschwindet, selbst bei geringer Sättigung im Spannungsteiler. Die Spannung E34 geht beim Schalten sofort in die höhere Spannung E34 und hierauf in die noch höhere nächste Stufenspannung über.Figs. 7 and 8 show that the voltage drop does not occur at any angle q in the case of the series motor, i.e. at the higher stages, disappears completely, even with low saturation in the voltage divider. The voltage E34 goes out when switching immediately to the higher voltage E34 and then to the even higher next step voltage above.

Gemäß der neuen Schaltung werden nun für die unteren Stufen des erwähnten Beispiels Spannungsteiler mit geringer und für die oberen solche mit höherer Windungszahl verwendet. Damit wird die Verwendung hochgesättigter Spannungsteiler zur Vermeidung der Spannungsrückfälle-für die unteren Stufen ermöglicht und gleichzeitig hohe Sättigung auf den Dauerstufen vermieden. Die Schaltung ist sehr einfach. Statt nach .ebb. i alle ungeradzahligen Schalter an den zinen, die geradzahligen Schalter an den anderen Schenkel des Spannungsteilers anzuschließen, werden die den Anfahrstufen ent-. sprechenden Schalter an eine verminderte Windungszahl, die übrigen .dagegen an die vollen Spulen angeschlossen.According to the new circuit, for the lower stages of the mentioned For example voltage divider with a lower number of turns and for the upper ones with a higher number of turns used. This avoids the use of highly saturated voltage dividers the voltage drops-allows for the lower levels and at the same time high saturation avoided on the duration levels. The circuit is very simple. Instead of .ebb. i all odd-numbered switches on the zinen, the even-numbered switches on the Connecting the other legs of the voltage divider will be the start-up stages un-. speaking switch to a reduced number of turns, the rest .on the other hand connected to the full coils.

Sinngemäß gestaltet sich die Anwendung der neuen Schaltung bei Anordnungen nach Abb.2 oder bei anderen bekannten Schaltungsarten.The use of the new circuit for arrangements is similar according to Fig.2 or with other known types of circuit.

Claims (1)

PATRNTAI\TSPRUCH Schaltanordnung für die stufenweise, unterbrechungslose Änderung einer elektrischen Wechselspannung mittels Stufentransformators -und Spannungsteilers, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Spannungsteiler bei einer .beschränkten Zahl von Anfangsstufen doppelseitig nur mit einem Teil seiner Windungszahl angeschlossen ist. ,PATRNTAI \ TSPRUCH Switching arrangement for the gradual, uninterruptible Change of an electrical alternating voltage by means of a step transformer and voltage divider, characterized in that at least one voltage divider at one Number of initial stages connected on both sides with only a part of its number of turns is. ,