DE862323C - Voltage regulating device on transformers - Google Patents

Description

Spannungsregelungseinrichtung an Transformatoren Die Erfindung betrifft die kontinuierliche Spannungsregelung von Transformatoren, insbesondere von Lokomotivtransformatoren, in praktisch stromlosem Zustand durch Anwendung von angezapften Spannungsteilern in Form von hintereinandergeschalteten Drosselspulen parallel zur Spannungsstufe. Diese Art der Regelung kann sowohl auf der Hochspannungsseite als auch auf der Niederspannungsseite erfolgen.Voltage regulating device on transformers The invention relates to the continuous voltage regulation of transformers, especially of locomotive transformers, in a practically de-energized state through the use of tapped voltage dividers in the form of choke coils connected in series parallel to the voltage level. This type of regulation can be used both on the high-voltage side and on the low-voltage side take place.

Es sind mehrere Verfahren bekannt, die dieses Problem schon unter Verwendung zweier Drosseln lösen, bei denen durch Veränderung der magnetischen Verhältnisse, die einer Änderung der Spulenreaktanz entspricht, eine Stromlosigkeit in dem zu schaltenden Zweig erreicht wird, wobei der andere Zweig dann den vollen Fahrstrom aufnehmen muß. Man hat die verbesserten Anordnungen so ausgelegt, daß bei der Erhöhung der Reaktanz in der einen Spule eine Erniedrigung in der anderen Spule erfolgt. Diese gegenläufige Änderung der Induktivitätswerte läßt sich in bekannter Weise z. B. durch räumliche Veränderung einzelner Konstruktionsteile erwirken (Verschiebung gewöhnlicher oder Drehung besonders konstruierter, axial geblechter Jochverbindungen bzw. Verdrehung der ähnlich wie bei dem Induktionsregler in einem Motorblechpaket untergebrachten Drossel). Diese Anordnungen sind aber mit hohem Aufwand und andererseits teilweise mit großem Materialverschleiß im Betrieb verbunden. Nach einem anderen Verfahren ist das Problem durch Gleichstromvormagnetisierung gelöst. Die hierbei auftretenden Spannungsverzerrungen stellen den Erfolg aber in Frage; außerdem wäre auch ein hoher konstruktiver Aufwand erforderlich. Denkbar wäre auch eine Anordnung gemäß Fig. a, bei der an die Drosseln z und 2 angekoppelte Hilfsdrosseln 3 und 4 die gewünschte Regelbarkeit der Induktivität übernehmen. Sie führen aber auch zu praktiseh wenig brauchbaren Verhältnissen: Die Erfindung setzt sich zum Ziel, auf wirtschaftliche Art eine gegenläufige Induktivitätsänderung beider vom Fahrstrom bzw. von Fahrstromkomponenten durchflossenen Drosselspulen auf magnetischem Wege zu erzeugen mit oder ohne Beibehaltung der Feinregelung nach dem bisherigen Prinzip.Several methods are known to address this problem Loosen the use of two chokes in which, by changing the magnetic conditions, which corresponds to a change in the coil reactance, a currentlessness in the to switching branch is reached, with the other branch then the full traction current must take up. The improved arrangements have been designed so that when increasing the reactance in one coil decreases in the other coil. This opposite change in the inductance values can be changed in a known manner z. B. caused by spatial change of individual construction parts (shift Ordinary or rotation of specially designed, axially laminated yoke connections or twisting of the similar to the induction regulator in a motor laminated core housed throttle). However, these arrangements are expensive and on the other hand partly associated with great material wear during operation. According to another Method, the problem is solved by direct current bias. The one here occurring voltage distortions put the success in question; moreover would be a high design effort is also required. An arrangement would also be conceivable according to FIG. a, in which auxiliary chokes 3 and 4 coupled to chokes z and 2 the desired controllability of the Take over inductance. You lead but also under conditions that are not very useful in practice: the invention continues to the goal of an opposing change in inductance of both in an economical way Choke coils through which the traction current or traction current components flow on magnetic Generate ways with or without maintaining the fine control according to the previous one Principle.

Sie erreicht dies dadurch, daß sie zur Steuerung der Drosselspulen prinzipiell eine Ringschaltung von zwei Hilfsdrosseln anordnet, wobei den Hauptdrosseln jeweils -eine Hilfsdrossel zugeordnet wird. Dieses Prinzip wird erfindungsgemäß in zwei Ausführungsformen verwirklicht, die nachstehend näher beschrieben werden.It does this by being used to control the choke coils principally arranges a ring circuit of two auxiliary chokes, the main chokes each -an auxiliary choke is assigned. This principle is according to the invention realized in two embodiments, which are described in more detail below.

In der ersten Ausführungsform ist die bisher verwendete Stromteilerdrosselspule so aufgeteilt, daß zwei magnetische Kreise entstehen. Fig. 2 gibt eine derartige Anordnung wieder. Auf den getrennten Eisenkernen i und 2 sitzen die vom Fahrstrom durchflossenen Hauptdrosseln 3 und 4, deren Enden zusammengeschaltet sind und zu dem Lokomotivmotor 5 führen. Die Anfänge dieser Hauptdrosseln 3 und 4 sind über die Hauptschalter 6 und 7 mit den Anzapfungen der Sekundärseite 8 des Transformators verbunden. Die Eisenkerne i und 2 tragen außerdem Hilfswicklungen 9 und io, deren Enden gemeinsam an eine Regeleinrichtung ii angeschlossen sind und deren Anfänge über die zwei Hilfsschalter 12 und 13 derart mit dem anderen Pol der Regeleinrichtung verbunden sind, daß sie einzeln ein-. und ausgeschaltet werden können. Die so zu einem an zwei Stellen eingespeisten Ring zusammengeschalteten Hilfswicklungen üben eine doppelte Funktion aus. Einerseits kompensieren sie die von den Fahrströmen herrührenden Amperewindungen, und andererseits magnetisieren sie die Kerne in der Art, daß die in den Wicklungen 3 und 4 induzierten Spannungen der Stufenspannung das Gleichgewicht halten. Hinsichtlich des . Erregerstromes I, sind die Hilfswicklungen parallel geschaltet, so daß der Erregertransformator dauernd den doppelten Erregerstrom liefern- muß. Für den Kompensationsstrom Ik sind beide Hilfswicklungen jedoch in'Reihe geschaltet, so daß er beim eigentlichen Fahrbetrieb nach außen nicht in Erscheinung tritt. Bezüglich der von den Fahrströmen herrührenden Spannungsabfälle verhält sich die Anordnung genau so wie bisher die Feinregelung.In the first embodiment, the current dividing choke coil used so far is divided so that two magnetic circuits are formed. Fig. 2 shows such an arrangement. The main chokes 3 and 4 through which the traction current flows sit on the separate iron cores i and 2, the ends of which are interconnected and lead to the locomotive engine 5. The beginnings of these main chokes 3 and 4 are connected to the taps on the secondary side 8 of the transformer via the main switches 6 and 7. The iron cores i and 2 also carry auxiliary windings 9 and io, the ends of which are jointly connected to a control device ii and the beginnings of which are connected via the two auxiliary switches 12 and 13 to the other pole of the control device that they are individually connected. and can be switched off. The auxiliary windings that are interconnected to form a ring fed in at two points have a double function. On the one hand, they compensate for the ampere-turns resulting from the traction currents, and on the other hand, they magnetize the cores in such a way that the voltages of the step voltage induced in the windings 3 and 4 maintain equilibrium. With regard to the. Excitation current I, the auxiliary windings are connected in parallel so that the excitation transformer must continuously supply twice the excitation current. For the compensation current Ik, however, both auxiliary windings are connected in series so that it does not appear to the outside during the actual driving operation. With regard to the voltage drops resulting from the traction currents, the arrangement behaves in exactly the same way as the fine control previously did.

Der Schaltvorgang spielt sich wie folgt ab. Zunächst wird der Hilfsschalter ia geöffnet, wodurch' die Hilfswicklung 9 stromlos wird und die kompensierende Wirkung im magnetischen Kreis des Kernes i wegfällt. Die Wicklung 3 magnetisiert nun den Kern i so hoch, daß hier etwa die halbe Stufenspannung auftritt. Da sich bei der Hauptdrossel von Kern 2 nur der Spannungsabfall entsprechend dem doppelten Ström vergrößert, bleibt nahezu die Spannung erhalten, die gleich der halben Stufenspannung ist. Die Hilfswicklung, induziert hier nach wie vor die halbe Stufenspannung. Der Erregertransformator muß wie bei der bisherigen Ausführung den vollen Fahrstrom kompensieren. Andererseits aber ist der Stromkreis über die Wicklung 3 nahezu stromlos geworden, so daß der Schalter 6 in fast stromlosem Zustand geöffnet werden kann. Jetzt läßt sich wie bisher durch Änderung der Erregerspannung ein stufenloser Übergang zur nächsten Fahrstufe erzielen. Die Hauptschalter 6 und 7 werden also praktisch stromlos betätigt, dafür müssen aber die Hilfsschalter i2 und 13 in der Lage sein, die halbe Stufenleistung zu schalten, wenn auch bei wesentlich niederen Strömen, aber dafür entsprechend höherer Spannung.The switching process takes place as follows. First, the auxiliary switch generally open, whereby 'the auxiliary winding 9 is de-energized and the compensating effect disappears in the magnetic circuit of the nucleus i. The winding 3 now magnetizes the Core i so high that about half the step voltage occurs here. Since the Main choke of core 2 only the voltage drop corresponding to twice the current increased, the voltage remains almost unchanged, which is equal to half the step voltage is. The auxiliary winding still induces half the step voltage here. Of the As in the previous version, the excitation transformer must carry the full traction current compensate. On the other hand, however, the circuit via the winding 3 is virtually currentless become, so that the switch 6 can be opened in an almost de-energized state. As before, a smooth transition can now be achieved by changing the excitation voltage achieve the next speed step. So the main switches 6 and 7 are practical de-energized, but the auxiliary switches i2 and 13 must be able to to switch half the stage power, albeit with significantly lower currents, but correspondingly higher voltage.

Da der eigentliche Schaltstrom nur ein Bruchteil des eigentlichen Fahrstromes beträgt, so ist der zu eiwartende Kontaktabbrand wesentlich geringer geworden.Because the actual switching current is only a fraction of the actual Traction current, the expected contact erosion is significantly lower become.

Die praktische Ausführung nach diesem Prinzip erfolgt mit einer normalen zweischenkligen Drosselspule nach Fig. 2 a. Jeder -Schenkel trägt eine Hauptwicklung 3 bzw. 4 und eine Hilfswicklung 9 bzw. io.The practical implementation according to this principle takes place with a normal two-legged choke coil according to FIG. 2 a. Each leg has a main winding 3 or 4 and an auxiliary winding 9 or io.

Den Nachteilen, daß die halbe Stufenleistung (allerdings bei niederem Strom und höherer Spannung) zu schalten ist und des zusätzlichen Einbaues von zwei Hilfsschaltern, steht der Vorteil gegenüber, daß mit verhältnismäßig einfachem Schaltmechanismus eine stufen- und stromlose Regelung, verbunden mit geringem Kontaktabbrand, erreicht wird. Dazu kommt weiterhin der Vorteil, daß zur Feinregelung der bisherige Mechanismus verwendet werden kann.The disadvantages that half the step output (albeit with a lower Current and higher voltage) and the additional installation of two Auxiliary switches, has the advantage that with a relatively simple switching mechanism a stepless and currentless control, combined with low contact wear, is achieved will. In addition, there is the further advantage that the previous mechanism for fine control can be used.

Sofern man auf die Feinregelung verzichtet, kann eine Anordnung nach Fig. 3 verwendet werden. In die gemeinsame Zuleitung der beiden Hilfswicklungen 9 und io ist eine Vorschaltdrosselspule 2 geschaltet, die nun unmittelbar an dem Haupttransformator fest angeschlossen ist. Dadurch wird der Erregertransformator eingespart. Die V6rschaltdrossel ist auf die Hauptdrossel so abgestimmt, daß einerseits im eigentlichen Betriebszustand die Spannungsverhältnisse an der Hauptdrossel so ausgeglichen sind, daß keine Ausgleichsströme fließen können, andererseits beim Schaltvorgang die Spannungsänderung in mäßigen Grenzen bleibt. Zur genauen Anpassung ist die Vorschaltdrosselsptfle mit Anzapfungen versehen.If the fine control is not used, an arrangement can be made according to Fig. 3 can be used. In the common supply line of the two auxiliary windings 9 and io a series choke coil 2 is connected, which is now directly on the Main transformer is permanently connected. This will make the excitation transformer saved. The V6rschaltdrossel is matched to the main throttle so that on the one hand in the actual operating state the voltage ratios at the main choke are as follows are balanced so that no equalizing currents can flow, on the other hand at Switching process the voltage change remains within moderate limits. For precise adjustment the series throttle tank is provided with taps.

Die erfindungsgemäße zweite konstruktive Möglichkeit ist in Fig. 4 dargestellt. Sie verwendet im Gegensatz zur ersten Ausführixng nur eine dreischenklige Drossel und verzichtet auf den besonderen Erregertransformator.The second structural possibility according to the invention is shown in FIG. 4 shown. In contrast to the first version, it only uses a three-legged version Choke and dispenses with the special excitation transformer.

Auf den äußeren Schenkeln :i und 2 sitzen die von den Fahrstromkomponenten I" und I6 durchflossenen Wicklungen 3 und 4, die über die Schalter 5 und 6 an die Sekundärseite 7 des Transformators angeschlossen und bei 8 zum Anschluß an den Motor zusammengeführt sind. Die Schenkel i und 2 tragen weiterhin jeweils eine Hilfswicklung 9 bzw. io mit den Windungszahlen W1 und W2. Die Hilfswicklungen sind hintereinandergeschaltet. Dies hat zur Folge, daß bei einer Änderung von W1 oder WZ sich die Fahrströme IQ und Ib derart ändern, daß der eine Strom in demselben Maße fällt, wie der andere wächst. Im extremen Falle wird durch Veränderung der Windungszahl der Hilfswicklung auf dem einen der beiden Schenkel erreicht, daß der Strom in einem der zwei Zweige zu Null wird. Die Spannungen ändern sich dabei umgekehrt wie die Ströme. Sind die Windungszahlen der zwei Hilfswicklungen einander gleich, W1 = W2, so liegt an beiden Schenkeln die gleiche Spannung, und zwar die halbe Stufenspannung bei gleichen Strömen IQ = Ib = 1/2; macht man W1 = o, so wird der Strom I" auf dem zugeordneten Schenkel i zu o, und die Spannung steigt auf den vollen Betrag der Stufenspannung d U. Wird andererseits W2 = o, so verschwindet der Strom IQ.On the outer legs: i and 2 sit the windings 3 and 4 through which the traction current components I "and I6 flow, which are connected to the secondary side 7 of the transformer via the switches 5 and 6 and are brought together at 8 for connection to the motor. The legs i and 2 each have an auxiliary winding 9 or io with the number of turns W1 and W2. The auxiliary windings are connected in series, which means that when W1 or WZ changes, the traction currents IQ and Ib change in such a way that one current In the extreme case, by changing the number of turns of the auxiliary winding on one of the two legs, the current in one of the two branches becomes zero. If the number of turns of the two auxiliary windings is the same, W1 = W2, then the same voltage is applied to both legs, namely half the step voltage with the same currents IQ = Ib = 1/2; if W1 = o, the current I "on the associated leg i becomes o, and the voltage rises to the full amount of the step voltage d U. On the other hand, if W2 = o, the current IQ disappears.

Je nach Wahl, d. h. je nachdem, ob man oben oder unten schalten will, läßt sich die Motorspannung von auf U oder auf (U + d U) ändern.Depending on your choice, ie depending on whether you want to switch up or down, the motor voltage can be set from change to U or to (U + d U) .

Bei Berücksichtigung der Streuspannungsverhältnisse erfahren die Verhältnisse eine geringfügige Abweichung, denn die den Streuspannungsabfall bewirkende Streureaktanz in der praktischen Ausführung nach Fig. 4a ist um Größenordnungen kleiner als die zugeordnete Hauptreaktanz, so daß deren Einfluß gegenüber den induzierten Spannungen, die der Stufenspannung das Gleichgewicht halten, nicht zu berücksichtigen ist.If the stray voltage ratios are taken into account, the ratios are found a slight deviation, because the leakage reactance causing the leakage voltage drop in the practical embodiment according to FIG. 4a is smaller than that by orders of magnitude assigned main reactance, so that its influence on the induced voltages, which keep the step voltage in equilibrium is not to be taken into account.

Sind die Windungszahlen der Hilfswicklungen W1 und W2 ungleich, dann sind die darin induzierten Spannungen ebenfalls ungleich. Als Folge davon fließt ein Ausgleichsstrom, der die Spannungsgleichheit für die Hilfswicklungen wiederherstellt. Da dieser Ausgleichsstrom durch keine äußeren Ströme kompensiert wird, magnetisiert er den Kern derart, daß der Kraftfluß in dem einen Schenkel verstärkt und in dem anderen geschwächt wird (Fig. 5). Der dabei entstehende Differenzfluß wird von dem mittleren Schenkel aufgenommen, der mit Rücksicht auf die mögliche Größe des Differenzflusses den gleichen Querschnitt hat wie die Außenschenkel. So ist weiterhin bei der erfindungsgemäßen Anordnung darauf zu achten, daß sich die Induktion in den Außenschenkeln vom einfachen auf den doppelten Wert ändern kann, wodurch die Nennsättigung einen entsprechend kleinen Betrag bekommen muß.If the number of turns of the auxiliary windings W1 and W2 are not equal, then the voltages induced therein are also unequal. As a result of it flows a compensating current, which restores the voltage equality for the auxiliary windings. Since this compensating current is not compensated by any external currents, it is magnetized he the core in such a way that the power flow increases in one leg and in that others are weakened (Fig. 5). The resulting differential flow is of the middle leg added, taking into account the possible size of the differential flow has the same cross-section as the outer leg. So is still with the invention Arrangement, make sure that the induction in the outer legs is different from the simple can change to twice the value, whereby the nominal saturation a correspondingly must get a small amount.

Damit die Regelung kontinuierlich vor sich gehen kann, werden zweckmäßigerweise die Hilfswicklungen gemäß Fig. 6 an zwei Kollektoren geführt.So that the regulation can go on continuously, are expedient the auxiliary windings according to FIG. 6 led to two collectors.

Claims (9)

PATENTANSPRÜCHE: i. Transformator, insbesondere Lokomotivtransformator, mit einem in der Mitte angezapften Spannungsteiler aus zwei vom Fahrstrom bzw. Fahrstromkomponenten durchflossenen Drosselspulen parallel zu der Regelstufe, bei dem die kontinuierliche stromlose Regelung durch gegenläufige Änderung der Drosselreaktanzen erzielt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung der Drosselspulen eine Ringschaltung von Hilfsdrosseln vorgesehen ist. PATENT CLAIMS: i. Transformer, in particular locomotive transformer, with a voltage divider tapped in the middle from two of the traction current or traction current components flowed through choke coils parallel to the control stage, in which the continuous currentless control is achieved by changing the throttle reactances in opposite directions, characterized in that a ring circuit of Auxiliary chokes is provided. 2. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß man zwei magnetisch getrennte Drosseln oder eine einzige zweischenklige Drossel verwendet. 2. Arrangement according to claim i, characterized in that that one has two magnetically separated chokes or a single two-legged choke used. 3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf jedem Schenkel der Drossel jeweils eine Hauptiiricklung sitzt. 3. Arrangement according to claim 2, characterized in that on each leg each throttle has a main winding. 4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die einen Enden der Hauptdrossel über Schalter (6 und 7) an den Haupttransformator angeschlossen und die anderen Enden gemeinsam an den -Lokomotivmotor geführt sind. 4. Arrangement according to claim 3, characterized characterized in that one ends of the main choke via switches (6 and 7) connected to the main transformer and the other ends together to the locomotive engine are led. 5. Anordnung nach Anspruch i bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei zu einem Ring zusammengeschlossenen Hilfswicklungen getrennt auf den Kernen bzw. auf den äußeren Schenkeln sitzen und von einer besonderen Regeleinrichtung gesteuert werden. 5. Arrangement according to claim i to 4, characterized in that the two auxiliary windings joined together to form a ring, separated on the cores or sit on the outer legs and by a special control device being controlled. 6. Anordnung nach Anspruch i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß an Stelle der Regeleinrichtung eine auf die Hauptdrossel abgestimmte Vorschaltdrosselspule verwendet wird. 6. Arrangement according to claim i to 5, characterized in that Instead of the control device, a series choke coil matched to the main choke is used. 7. Anordnung nach Anspruch i bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsdrosseln durch zwei Hilfsschalter (i2 bzw. 13) wahlweise stromlos gemacht werden können. B. 7. Arrangement according to claim i to 6, characterized in that the auxiliary chokes can be optionally de-energized using two auxiliary switches (i2 or 13) can be. B. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß eine dreischenklige Drossel verwendet wird. Arrangement according to claim i, characterized in that a three-legged Throttle is used. 9. Anordnung nach Anspruch i und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Schenkel Hauptwicklungen tragen, die wie im Anspruch 4 geschaltet sind. io. Anordnung nach Anspruch i und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei Hilfsdrosseln getrennt auf den äußeren Schenkeln sitzen und zu einem Ring, in Serie zusammengeschaltet sind. ii. Anordnung nach Anspruch i, 7 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß zur Änderung der Windungszahlen der Hilfsdrosseln zwei besondere Kollektoren verwendet werden.9. Arrangement according to claim i and 8, characterized in that that the outer legs carry main windings which are connected as in claim 4 are. ok Arrangement according to claims i and 8, characterized in that the two Auxiliary chokes sit separately on the outer legs and form a ring, in series are interconnected. ii. Arrangement according to claim 1, 7 and 9, characterized in that that to change the number of turns of the auxiliary chokes two special collectors be used.