DE107676C - - Google Patents

Description

PATENTAMT

Regelungstransformator.

Die vorliegende Erfindung betrifft die Regelung der vermittelst der Secundärwickeiung eines mit Wechselstrom gespeisten stationären Transformators erzeugten elektromotorischen Kraft, und bezweckt, die Verstärkung oder Schwächung der letzteren um einen beliebigen Betrag mit allmäligem Verlauf ausführbar zu machen.

Unter den Methoden, welche für die Regelung eier elektromotorischen Kraft von unmittelbar durch Transformatoren mit Wechselstrom gespeisten Arbeitsstromkreisen vorgeschlagen wurden, besteht die vielleicht üblichste in der Veränderung der wirksamen Länge entweder der Primärwickelung oder der Secundärwickeiung mit Hülfe einer geeigneten Schaltvorrichtung. Im Falle von grofsen Transformatoren und hohen elektromotorischen Kräften erfordert diese Methode entweder die Anordnung einer Ubermäfsig grofsen, praktisch sich verbietenden Anzahl von Schluisstücken im Schalter, sowie entsprechender Theilungen der Transformatorwickelung, oder die Vornahme ubermäfsig starker und dabei plötzlicher Veränderung der elektromotorischen Kraft zwischen benachbarten Theilwickelungen.

Ein anderer Vorschlag geht dahin, die Regelung zu bewirken vermittelst eines Apparates, der mit zwei in inductive Beziehung zu einander gesetzten Wickelungen so ausgerüstet ist, dafs deren gegenseitige Lage geändert werden kann und so ,die elektromotorische Kraft magnetisch beeinflufst wird. Diese Methode gestattet indefs nicht, alle Forderungen, welche eine abgestufte Regelung eines Stromkreises von normal hoher Spannung stellt, in befriedigender Weise zu erfüllen; insbesondere hinderlich werden Gröfse und Construction des Apparates und das bei seiner Bewegung zu überwindende Drehmoment.

Die vorliegende Erfindung besteht nun in einer solchen Verbindung der gekennzeichneten Methoden, dafs die Vortheile beider ohne ihre Nachtheile sich erzielen lassen. Dies wird in folgender Weise erreicht:

Eine der Transformatorwickelungen wird so in Theilwickelungen getheilt,, dafs dieselben nach einander ein- oder ausgeschaltet werden können, und gleichzeitig ein .magnetischer Regulator so angeordnet, dafs er für jede solche Theilwickelung in Thätigkeit tritt, so zwar, dafs, ehe noch die Ein- J^ezw. Ausschaltung einer Theilwickelung e^olgt, die elektromotorische Kraft durch den magnetischen Regulator angenähert auf die Gröfse gebracht wird, welche ihr durch die Ein- bezw. Ausschaltung gegeben werden soll.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung ist in ^ig. ι ein zu ihrer Ausführung dienlicher Schalter und in Fig. 2 ein Diagramm der Thätigkeit des inductiven Regulators dargestellt.

A und B bedeuten die Wechselstromzuleitung für den stationären Transformator C mit der Primärwickelung c und der im Arbeitsstromkreis F G liegenden Secundärwickeiung c¹. D ist die Schalterplatte, concentrisch besetzt mit einem äufseren Schlufsring d und innerem Schlufsring d¹, einer äufseren Reihenfolge von Schlufssegmenten i, 3, 5, 7 und einer inneren Reihe Segmente 2, 4, 6, 8, wo-,be.i die Segmente der beiden Reihenfolgen zu

einander versetzt sind. D¹ ist der mittelst Zapfens D² central zu den Ringen und Segmenten gelagerte Schaltarm mit zwei Bürsten e²e⁸, die so angeordnet sind, dafs e² unter beständigem Schlufs mit Ring d nach einander auf den Segmenten' i, 3, 5, 7, und e³ unter beständigem Schlufs mit Ring d¹ nach einander auf den Segmenten 2, 4, 6, 8 schleift. Die Länge der Segmente 1 bis 8 ist so bemessen, dafs jede Bürste mit dem folgenden zugehörigen Segment in Berührung kommt, ehe die andere Bürste das Segment, auf dem sie zur Zeit schleift, verläfst.

Die Primärwickelung c des Transformators ist, mit dem linken Ende beginnend, in gleichen Abständen durch Leiter i^a, 2^a, 3% 4% 5 ^a, 6^a, 7 ^a und 8^a mit den Segmenten bezw. 1, 2, 3,4, 5, 6, 7 und 8 verbunden; der vom rechten Ende ausgehende Leiter g^a bildet die Klemme zum Anlegen des Speiseleiters A.

E ist ein inductiver Regulator, dessen Primärspule e in einem Nebenschlufs zur Secundärwickelung c^l des Transformators C liegt, während seine Secundärspule e¹ mit dem einen Ende an den Ring d und mit dem anderen Ende an den Ring d¹ sowie die Klemme für den Speiseleiter B gelegt ist. Eine der Regulatorspulen ist mechanisch mit dem Schaltarm D¹ verbunden, so zwar, dafs, während letzterer den von einem Schlufssegment eingenommenen Raum durchmifst, die durch den Strom der Spule e in der Spule e¹ inducirte elektromotorische Kraft von einem Maximum auf der einen Seite von Null zu einem Maximum auf der anderen Seite von Null wechselt.

Die inductive Verschiebung der Primär- und Secundärspule kann auf verschiedene Weise hergestellt werden. Beispielsweise kann, wie bei dem du Bois-Reymond'schen Schlittenapparat, die Secundärspule so verschoben werden, dafs die Inductionswirkung minimal oder, praktisch gesprochen, gleich Null ist. Um zu bewirken, dafs dieses während einer Umdrehung achtmal geschieht, wäre ein Zahnradgetriebe mit dem Verhältnifs 1 : 8 und ein mit dem letzten Zahnrad verbundenes Excenter oder eine Kurbel anzuordnen. Man könnte auch durch ein entsprechend angeordnetes Getriebe abwechselnd einen Isolirkern und einen Eisenkern in die Spulen hinein- und herausschieben. Eine mögliche Form wäre beispielsweise ein Ring aus abwechselnden Holz- und Eisensegmenten, der sich in entsprechend segmentförmig gebogenen Spulen bewegt.

Als Ausführungsbeispiel ist in Fig. 1 die Secundärwickelung e¹ des Regulators E auf einer Spindel k^x angeordnet, die durch Getriebe k k¹ an die Achse D- des Schaltarmes D geschlossen ist. Der Durchmesser des Rades k ist = Y₄ des Durchmessers des treibenden Rades k¹, also dreht sich, während der Schaltarm um 90°, z. B. vom Anfang des Segmentes ι an das Ende des Segmentes 2 verstellt wird, die Regulatorsecundärwickelung durch 360⁰. Während jeder halben Umdrehung von e¹ geht die' in ihr durch den Strom der Regulatorprimärwickelung inducirte elektromotorische Kraft von einem Maximum auf der einen Seite von Null über in ein Maximum auf der entgegengesetzten Seite von Null. Die Verbindung der Regulatorsecundären e¹ mit den Ringen dd¹ (und Klemme für J3) ist durch Schleiffedern und Ringe e^x e^xx gedacht.

Gesetzt nun, der Schaltarm D¹ nehme die in Fig. ι punktirte Stellung ein, und das bewegliche Glied des Regulators E befinde sich in solcher Lage, dafs letzterer ein Maximum inductiver Wirkung entgegengesetzt zur elektromotorischen Kraft der Speiseleitung A B ausübe, wie im Diagramm Fig. 2 durch den Punkt· m ausgedrückt. Werden nun Arm D¹ und das bewegliche Glied des Regulators E in Richtung des Uhrzeigers gedreht, so geht die von e auf e¹ ausgeübte inductive Wirkung durch Null — dargestellt durch den Punkt ^ (Fig. 2) ·—· und steigt zu ' einem positiven Maximum an — m¹ (Fig. 2) —,. d. h. die elektromotorische Kraft der Speiseleitung A B wird zunächst schwächer sein als die normale um einen Betrag, der allmälig von m nach \ abnimmt, und wird dann allmälig um den gleichen, durch die Linie \-m} (Fig. 2) veranschaulichten Betrag wachsen. Die in den Punkten 9/ und i^a zugeführte elektromotorische Kraft wird daher während der Bewegung des Schaltarmes allmälig verstärkt, folglich auch die elektromotorische Kraft im Arbeitsstromkreise FG bis am Schlufs der Bewegung, d. i. wenn die Bürste e² eben das Segment 1 verlassen will, die elektromotorische Kraft im Arbeitsstromkreise ungefähr gleich ist derjenigen, welche darin entwickelt würde, wenn der Theil i^a, 2^a der Primärer; c ausgeschaltet und die normale elektromotorische Kraft der Speiseleitung in den verbleibenden Theilen wirksam wäre. Ehe nun noch Bürste e² das Segment 1 verläfst, kommt Bürste e³ in Berührung mit Segment 2. Hierdurch werden der Theil i^a, 2 ^a der Primärwickelung c des Transformators und die Secundäre e¹ des Regulators E kurz geschlossen, so dafs die elektromotorische Kraft in i^a, 2^a derjenigen in e¹ entgegenwirkt; die Bürste e² verläfst daher das Segment 1, ohne dafs Strom in der Spule e ¹ oder im Theil i^a, 2^a zu unterbrechen wäre. Jetzt nimmt der Schaltarm D' eine Lage ein, in welcher die Bürste e³ mit Segment 2 Schlufs macht, die Bürste e² das Segment 1 verlassen hat; die Spule e¹ ist ausgeschaltet, und es übt der Regulator E keinen Einflufs mehr aus auf die elektro-

motorische Kraft der Speiseleitungen A B. Indem nun aber der Schaltarm D¹ nach dem anderen Ende des Segmentes 2 sich bewegt, werden die Spulen des Regulators E wieder in die gegenseitige Lage gebracht, welche sie beim Ausgang des Schaltarmes aus der punktirten Lage inne hatten. Die Veränderung der in der Spule e¹ inducirten elektromotorischen Kraft wird in Fig. 2 durch die Linie m^l-^^l-m² wiedergegeben. Macht Bürste e² Schlufs mit dem Segment 3 und verläfst Bürste e³ das Segment 2, so wird die Spule e¹ des Regulators wieder eingeschaltet und wirkt auf Verminderung der elektromotorischen Kraft der Leitung A B um den durch den Punkt m² (Fig. 2) bezeichneten Betrag. Indem diese elektromotorische Kraft durch die Abschnitte 3 ^a bis 9 ^a der Primärwickelung £ des Transformators C wirkt, inducirt sie in der Secundärwickelung des letzteren eine elektromotorische Kraft, welche äquivalent ist derjenigen, welche durch die normale elektromotorische Kraft der Leitung A B erzeugt würde, wenn dieselbe an die Abschnitte 2^a bis 9^a der Primärwickelung c gelegt wäre; folglich vollzieht sich die Aenderung der elektromotorischen Kraft des Arbeitsstromkreises nicht jählings, wenn der Abschnitt 2^a, 3^a ausgeschaltet wird.

Während der Bewegung der Bürste e² längs des Segmentes 3 übt der Regulator E die durch Linie m²-%²-m³ (Fig. 2) wiedergegebene Wirkung aus. Befindet sich der Schaltarm D¹ in der in Fig. 1 mit vollem Strich gezeichneten Lage, so-ist die Wirkung des Regulators auf die elektromotorische Kraft der Speiseleitung A B gleich Null, entsprechend dem Punkt ^² (Fig. 2). Bei dieser Lage des Schaltarmes^ wird die normale elektromotorische Kraft der Speiseleitung A B in den Abschnitten 3 ^a bis g^a der Primärwickelung c wirksam. Mit der Weiterbewegung des Armes wächst die elektromotorische Kraft dieser Abschnitte und folglich auch die secundäre elektromotorische Kraft, bis sie, wenn die Ausschaltung des Abschnittes 3% 4^a durch Schlufs der Bürste e³ mit Segment 4 sich vollzieht, angenähert gleich ist dem Betrage, welcher durch die normale elektromotorische Kraft der Speiseleitung A B erzeugt würde, wenn diese den Abschnitten 4^a bis 9^a zugeführt würde.

Aus dem Dargelegten ergiebt sich, dafs, wenn die Drehung des Schaltarmes Z)¹ weiter fortgesetzt wird, der elektromotorischen Kraft der Speiseleitung A B zunächst eine allmälig fallende elektromotorische Kraft entgegengesetzt, und sie dann durch eine allmälig ansteigende elektromotorische Kraft verstärkt wird, wenn die Bürste e² auf den Segmenten 5 und 7 schleift, während, wenn die Bürste e³ in Berührung mit den Segmenten 4, 6 und 8 ist, der Regulator E keinen Einflufs auf die elektromotorische Kraft der Speiseleitung A B ausübt. Kurz, wenn der Punkt m³ (Fig. 2) die Wirkung des Regulators ausdrückt, so ist die elektromotorische Kraft des Arbeitsstromkreises diejenige, welche die normale Potentialdifferenz der Speiseleitung A B vermittelst der Abschnitte 4^a bis 9^a der Primärwickelung c hervorruft. Entspricht dann die Wirkung des Regulators dem Punkt m⁴ (Fig. 2), so ist die elektromotorische Kraft der Speiseleitung A B entsprechend geschwächt, aber sie wirkt nur vermittelst der Abschnitte 5 ^a bis g ^a der Primärwickelung c, indem die Abschnitte r^a bis 5^a ausgeschaltet sind. Im Punkt ^⁴ des Diagramms (Fig. 2) wirkt die normale elektromotorische Kraft der Speiseleitung A B durch die Abschnitte 5^a bis 9^a der Wickelung c, im Punkt m⁵ wieder eine verstärkte eletromotorische Kraft, und die elektromotorische Kraft des Arbeitsstromkreises ist äquivalent derjenigen, welche erzielt würde, wenn man die normale elektromotorische Kraft der Speiseleitung AB durch die Abschnitte 6^a bis 9^a der Wickelung c wirken liefse. Der Punkt m⁶ (Fig. 2) entspricht dem Augenblick, wo die verminderte elektromotorische Kraft der Speiseleitung durch die Abschnitte y^a bis 9^a wirkt, {⁶ dem Augenblick, wo letztere durch die normale elektromotorische Kraft wirken, und to⁷ dem Augenblick, wo sie durch eine verstärkte elektromotorische Kraft wirksam werden und. im Arbeitsstromkreise dieselbe Wirkung hervorrufen, als wenn die normale elektromotorische Kraft durch die Abschnitte 8^a bis g ^a wirksam wäre, was dann der Fall ist, wenn Bürste e³ in * Berührung mit dem Segment 8 tritt. In den Punkten ^⁷ und m⁹ ist die Spule e ^x ausgeschaltet, und wenn die Bürste e³ das Ende des Segmentes 8 erreicht, läuft der Arm D¹ mit einem Ansatz/¹ gegen den Anschlag/, womit seiner Weiterdrehung ein Ende gesetzt ist.

Aus dem Dargelegten ersieht man, dafs die elektromotorische Kraft des Arbeitsstromkreises gesteigert wird durch allmäligen Zuwachs, und nicht in plötzlichen Sprüngen, wie es der Fall sein würde, wenn die Abschnitte der primären Umwandlerwickelung ohne zwischenliegende Potentialänderungen nach einander ausgeschaltet würden.

Man ersieht ferner, dafs die Beschränkung der inductiven Regelung auf Punkte von verhältnifsmäfsig kleiner PotentialdifTerenz die Anwendung eines verhältnifsmäfsig kleinen Regulators thunlich macht, welcher leicht und wirksam zu bewegen ist.

Vollzieht man die Drehung des Schaltarmes D¹ entgegengesetzt zur Richtung des Uhrzeigers, so bewirkt man entsprechend die Verminderung der secundären elektromotorischen Kraft.

Ist für die Regelung der elektromotorischen Kraft gröfsere Abstufung erwünscht, als durch die auf der Zeichnung veranschaulichte Anordnung möglich, so kann dies dadurch erreicht werden, dafs man die erforderliche Zahl von Verbindungen i^abisn^a vorsieht, einen Schalter mit der entsprechenden Anzahl von festliegenden Schlufsstücken benutzt, und zwischen letzteren und dem inductiven Regulator eine Anordnung trifft, welche den Schaltarm absatzweise bewegt, wenn das bewegliche Glied des Regulators die für das Aus- oder Einschalten eines Abschnittes der Transformatorwickelung geeignete Lage erreicht.

Die Erfindung soll die Veränderung der wirksamen Länge entweder der primären oder der secundären Wickelung des Transformators umfassen, und können ferner Bauart und Anordnung der Theile sowohl in mechanischer wie in elektrischer Beziehung Abänderung erfahren, so lange das Wesen der Erfindung dadurch nicht betroffen wird.

Claims (1)

1. Patent-Anspruch:

   Ein Schalter zur Aenderung der von der Secundärwickelung eines stationären Transformators entwickelten elektromotorischen Kraft, dadurch gekennzeichnet, dafs die Bewegung des Schaltarmes einerseits die wirksame Länge einer der Transformatorwickelungen, andererseits während des Ueberganges von einem Schlufsstück zum folgenden die inductive Beziehung zwischen zwei Spulen, von denen die eine im Speisestromkreis, die andere im Secundä'rstromkreis liegt, ändert und dadurch eine allmä'lige Aenderung der elektromotorischen Kraft vor jeder Aenderung der Wickelungslänge bewirkt.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen.