Schaltanordnung für die stufenweise, unterbruclislose Änderung einer elektrischen Wechselspaunung. Zur stufenweisen, unterbruchslosen Än derung einer elektrischen Wechselspannung finden häufig Stufentransformatoren Anwen dung, an die der Verbraucher über einen oder mehrere Spannungsteiler an eine oder meh rere Transformator-Anzapfungen angeschlos sen ist.
Durch Trennen einer Spa.nnungs- teiler-Wicklung von einer Anzapfung und Anschliessen derselben an eine neue erfolgt die Spannungsänderung ohne Unterbruch, weil immer wenigstens eine Wicklung an geschlossen bleibt. Diese bewirkt während des Schaltens als Drosselspule eine beträcht liche Spannungsverminderung am Verbrau cher, wenn letzterer nicht einen Leistungs= faktor nahe der Einheit besitzt.
Bei Einpha.- senreihenschlussmotoren für Bahnbetrieb, wo die besagte Schaltung häufig vorkommt, tritt die Spannungsverminderung bei den Anfa,hr- stufen am stärksten auf, weil der Leistungs faktor hier noch gering ist, und macht sich durch vorübergehende Zugkraftverminderung unerwünscht bemerkbar.
Die Drosselspulen spannung und damit die Zugkraftver-
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minderung <SEP> könnten <SEP> zwar <SEP> durch <SEP> magne tische. <SEP> Sättigung <SEP> der <SEP> Spannungsteiler <SEP> ver mindert <SEP> werden, <SEP> aber <SEP> damit <SEP> würden <SEP> für <SEP> den
<tb> Dauerbetrieb <SEP> mehrere <SEP> Nachteile <SEP> geschaffen:
<tb> hoher <SEP> Magnetisierstrom, <SEP> Eisenerwärmung,
<tb> Stromverzerrung. <SEP> Bei <SEP> Spannungsabstufung
<tb> für <SEP> bei <SEP> jeder <SEP> Stufe <SEP> gleichem <SEP> Stromstoss <SEP> wird
<tb> die <SEP> Sättigung <SEP> bei <SEP> den <SEP> untern <SEP> Stufen <SEP> gerade zu <SEP> verunmöglicht, <SEP> weil <SEP> dann <SEP> zwischen <SEP> den
<tb> untern <SEP> Anzapfungen <SEP> die <SEP> kleinsten <SEP> Span nungsdifferenzen <SEP> vorhanden <SEP> sein <SEP> müssen.
<tb> Die <SEP> Erfindung <SEP> besteht <SEP> nun <SEP> in <SEP> einer
<tb> Schaltanordnung, <SEP> bei <SEP> der <SEP> zwar <SEP> vom <SEP> Vorteil
<tb> hoher <SEP> Sättigung <SEP> der <SEP> Spannungsteiler <SEP> Ge brauch <SEP> gemacht <SEP> wird, <SEP> jedoch <SEP> unter <SEP> Be schränkung <SEP> auf <SEP> diejenigen <SEP> Stufen,
<SEP> die <SEP> ohne
<tb> Sättigung <SEP> beim <SEP> Schalten <SEP> beträchtliche <SEP> Span nungsrückfälle <SEP> aufweisen.
<tb> Zur <SEP> Erläuterung <SEP> der <SEP> neuen <SEP> Schaltung <SEP> sind
<tb> in <SEP> Fig. <SEP> 1 <SEP> und <SEP> 2 <SEP> .der <SEP> beiliegenden <SEP> Zeichnung
<tb> zunächst <SEP> zwei <SEP> der <SEP> üblichen <SEP> Schaltungen <SEP> ge zeigt. <SEP> Fig. <SEP> 3 <SEP> zeigt <SEP> die <SEP> beispielsweise <SEP> An wendung <SEP> des <SEP> Erfindungsgedankens <SEP> auf <SEP> eine Schaltung gleichen Prinzips wie in Fig. 1.
Die Vektordiagramme Fig. 4, 5, 6 zeigen die Strom- und Spannungsverhältnisse, vor, wäh rend und nach ,dem Umschalten von Stufe zu Stufe für einen Verbraucher mit grossem Phasen-Verschiebungswinkel 9p, Fig. 7 und 8 den Zustand vor und während dem Um- .
schalten mit kleinem Winkel (p. In den Fig. 1 bis 3 bedeutet: ei, e2, e3, e4, en Anzapfungen des Stufentransformators a; bi bis bn die zugehörigen Schalter; c Span- nungsteiler; d Verbraucher; zum Beispiel einen Reihenschlussmotor. Bei einer Stufe in Fig. 1 seien beispielsweise die Schalter b, und b, eingeschaltet.
Der Übergang zur nächsthöhern Stufe erfolgt durch Ausschal ten von bi und nachheriges Einschalten von b3. Bei der Anordnung nach Fig. 2 seien bei -einer der untersten Stufen<I>b,,</I> b2, b3, <I>b4</I> die geschlossenen Schalter.
Auf die nächst höhere Stufe gelangt man durch Ausschalten .des Schalters b1 und nachheriges Einschalten von b, Nach .dem Öffnen des einen und vor dem Schliessen des andern Schalters wirkt je einer der Spannungsteiler c vorübergehend als Drosselspule. Die Vektordiagramme sind für die Schaltung nach Fig. 1 und 3 gezeichnet.
Fig. 4 gilt für die Stufe mit geschlossenen Schaltern b, und b2, Fig. 5 nach Ausschalten des Schalters bi, und Fig. 6 nach Einschalten des Schalters b3. Die Spannungen El und E, ergeben am Mittelpunkt des Spannungsteilers für den Verbraucher die Spannung E,2, die einen um den Winkel p nacheilenden Strom 112 zur Folge haben möge.
Grösse und Pha senverschiebung ,des Verbraucherstromes zur Verbraucherspannung sind durch die Eigen schaften und den Zustand des Verbrauchers gegeben. Der Strom J,-. setzt sich als vek- torielle Summe der Teilströme J2 und J, zu sammen. Die vektorielle Differenz derselben muss den Magnetisierstrom Jm des Span- nungsteilers ergeben. Nun werde der Schalter b, geöffnet.
Dann ist der ganze Verbrau cherstrom Magnetisierstrom in der Spule - c und induziert die Spannung Ed 1 zum Ver- braucherstrom J_1. Nach dem Einschalten des Schalters b3 herrscht wieder Spannungs teilung, die für den Verbraucher die neue Spannung E.3 (Fig. 6) ergibt.
Je geringer nun die Sättigung des Span- nungsteilers beim Anschluss an b, und b2 ist, umso grösser ist die Spannung Ed im Ver gleich zu E. bis E,_ und umso kleiner die vorübergehende Verbraucherspannung E--, beim Schaltvorgang.
Fig. 7 und 8 zeigen, dass der Spannungs rückfall bei kleinem Winkel @p, also bei den höhern Stufen, vollständig verschwindet, selbst bei geringer Sättigung im Spannungs- teiler. Die Spannung E34 geht beim Schal ten sofort in die höhere Spannung E43 und hierauf in die noch höhere nächste Stufen spannung über.
Gemäss der neuen Schaltung werden nun für die untern Stufen des erwähnten Bei spiels Spannungsteiler mit geringer und für die obern solche mit höherer Windungszahl verwendet. Damit wird die Verwendung hochgesättigter Spannungsteiler zur Ver meidung der Spannungsrückfälle für die untern Stufen ermöglicht und gleichzeitig hohe Sättigung auf den Dauerstufen ver mieden. Die Schaltung ist sehr einfach.
Statt nach Fig. 1 alle ungeradzahligen Schalter an den einen, die geradzahligen Schalter an den -andern Schenkel des Spannungsteilers .anzu schliessen, werden die den Anfahrstufen ent sprechenden Schalter an die verminderten Windungszahlen, die übrigen dagegen an die vollen Spulen angeschlossen.
Sinngemäss gestaltet sich .die Anwendung der neuen Schaltung bei Anordnungen nach Fig. 2 oder bei andern bekannten Schaltungs arten.
Switching arrangement for the step-by-step, uninterrupted change of an electrical alternating voltage. Step transformers are often used for step-by-step, uninterrupted change in an electrical AC voltage, to which the consumer is connected to one or more transformer taps via one or more voltage dividers.
By disconnecting a voltage divider winding from a tap and connecting it to a new one, the voltage change takes place without interruption because at least one winding always remains closed. During switching as a choke coil, this causes a considerable voltage reduction at the consumer if the latter does not have a power factor close to the unit.
In single-phase series motors for railway operation, where the aforementioned switching occurs frequently, the voltage reduction occurs most strongly in the start-up stages because the power factor is still low here, and is undesirably noticeable as a temporary reduction in tractive force.
The choke coil voltage and thus the tractive effort
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<SEP> could be <SEP> reduced by <SEP> magnetic tables. <SEP> saturation <SEP> the <SEP> voltage divider <SEP> will be reduced <SEP>, <SEP> but <SEP> with <SEP> would <SEP> for <SEP> the
<tb> Continuous operation <SEP> several <SEP> disadvantages <SEP> created:
<tb> high <SEP> magnetizing current, <SEP> iron heating,
<tb> current distortion. <SEP> With <SEP> voltage gradation
<tb> for <SEP> at <SEP> every <SEP> stage <SEP> becomes the same <SEP> current surge <SEP>
<tb> the <SEP> saturation <SEP> with <SEP> the <SEP> below <SEP> levels <SEP> just makes <SEP> impossible, <SEP> because <SEP> then <SEP> between <SEP> the
<tb> Below <SEP> taps <SEP> the <SEP> smallest <SEP> voltage differences <SEP> must be present <SEP> <SEP>.
<tb> The <SEP> invention <SEP> consists <SEP> now <SEP> in <SEP> one
<tb> Switching arrangement, <SEP> with <SEP> the <SEP> although <SEP> from the <SEP> advantage
<tb> high <SEP> saturation <SEP> the <SEP> voltage divider <SEP> use <SEP> made <SEP>, <SEP> however <SEP> under <SEP> limitation <SEP> to <SEP> those <SEP> levels,
<SEP> the <SEP> without
<tb> saturation <SEP> when <SEP> switching <SEP> show considerable <SEP> voltage drops <SEP>.
<tb> For the <SEP> explanation <SEP> of the <SEP> new <SEP> circuit <SEP> are
<tb> in <SEP> Fig. <SEP> 1 <SEP> and <SEP> 2 <SEP>. of the <SEP> enclosed <SEP> drawing
<tb> first <SEP> shows two <SEP> of the <SEP> common <SEP> circuits <SEP> shown. <SEP> Fig. <SEP> 3 <SEP> shows <SEP> the <SEP> for example <SEP> application <SEP> of the <SEP> inventive concept <SEP> to <SEP> a circuit of the same principle as in FIG. 1 .
The vector diagrams Fig. 4, 5, 6 show the current and voltage ratios before, during and after, switching from stage to stage for a consumer with a large phase displacement angle 9p, Fig. 7 and 8 the state before and during Around- .
switch with a small angle (p. In Figs. 1 to 3 means: ei, e2, e3, e4, en taps of the step transformer a; bi to bn the associated switches; c voltage divider; d consumer; for example a series motor. At one stage in FIG. 1, for example, the switches b and b are switched on.
The transition to the next higher level takes place by switching off bi and then switching on b3. In the arrangement according to FIG. 2, let <I> b ,, </I> b2, b3, <I> b4 </I> be the closed switches in one of the lowest stages.
The next higher level is reached by turning off switch b1 and then turning on b. After opening one switch and before closing the other, one of the voltage dividers c temporarily acts as a choke coil. The vector diagrams are drawn for the circuit according to FIGS. 1 and 3.
FIG. 4 applies to the stage with closed switches b and b2, FIG. 5 after switching off the switch bi, and FIG. 6 after switching on the switch b3. The voltages E1 and E1 at the midpoint of the voltage divider result in the voltage E, 2 for the consumer, which may result in a current 112 lagging by the angle p.
The size and phase shift, the consumer current to the consumer voltage, are given by the properties and the state of the consumer. The current J, -. is composed as the vector sum of the partial currents J2 and J, together. The vectorial difference between them must result in the magnetizing current Jm 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 Ed 1 to become the consumer current J_1. After switching on the switch b3 there is again voltage division, which results in the new voltage E.3 (Fig. 6) for the consumer.
The lower the saturation of the voltage divider when connected to b, and b2, the greater the voltage Ed compared to E. to E, _ and the lower the temporary consumer voltage E--, during the switching process.
7 and 8 show that the voltage drop completely disappears at a small angle @p, that is, at the higher levels, even with low saturation in the voltage divider. When switching, the voltage E34 changes immediately to the higher voltage E43 and then to the even higher next step voltage.
According to the new circuit, voltage dividers with a lower number of turns are used for the lower stages of the example mentioned and those with a higher number of turns are used for the upper stages. This enables the use of highly saturated voltage dividers to avoid voltage drops for the lower stages and at the same time avoids high saturation on the permanent stages. The circuit is very simple.
Instead of Fig. 1 all the odd-numbered switches to one, the even-numbered switches to the -andern leg of the voltage divider .anzu, the starting stages ent speaking switches are connected to the reduced number of turns, the rest are connected to the full coils.
The use of the new circuit in arrangements according to FIG. 2 or in other known circuit types is analogous.