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Einrichtung zur selbsttätigen Spannungsregelung von elektrischen Weellselstromkreisen.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur selbsttätigen Spannungsregelung von elektrischen Wechselstromkreisen, bei denen ein regelbarer Transformator durch einen Motor gesteuert wird, der zugleich zum Antrieb des Regelwerkes wie auch als spannungsempfindliches Organ dient.
Besondere spannungsempfindliche Relais zur Steuerung des Motors fallen daher fort.
Bei den bekannten Einrichtungen dieser Art wird ein Induktionsmotor mit zwei Triebwicklungen verwendet, dessen eine Triebwicklung über einen im wesentlichen aus einer gesättigten Drosselspule und einem auf sie abgestimmten Kondensator in Parallelschaltung bestehenden Sperrkreis an das zu regelnde Netz geschaltet wird. Bei der Sollspannung heben sich die Wirkungen der Drossel und des
Kondensators in dem Sperrkreis auf, so dass kein Strom fliesst und der Regler in Ruhe bleibt.
Bei einer Spannungserniedrigung oder-erhöhung dagegen, also bei einer Abweichung vom Sollwert der Spannung wird durch den Sperrkreis ein voreilender oder nacheilender Strom in der einen Triebwicklung des Motors hervorgerufen, so dass sich dieser in der einen oder andern Richtung in Bewegung setzt und die abweichende Netzspannung wieder auf den Sollwert einregelt. Dabei werden bei den bekannten Einrichtungen vorzugsweise solche Motoren verwendet, wie sie bei Elektrizitätszählern üblich sind und daher nur für ganz kleine Regelleistungen verwendet werden können.
Die Erfindung stellt eine Verbesserung der bekannten Einrichtung dar und bezweckt, eine selbsttätige relaisfreie Regeleinrichtung zu schaffen, die imstande ist, auch grössere Leistungen zu bewältigen, die ferner keine kostspielige Wartung benötigt und auch nur verhältnismässig geringe Anschaffungskosten erfordert. Eine solche Einrichtung wäre sehr geeignet zur Regelung der Spannung in Netzausläuferleitungen. Denn bekanntlich sind diese Ausläuferleitungen, die zu irgendwelchen fernliegenden Verbrauchern führen, grösstenteils schon an sich unwirtschaftlich, so dass die Vermehrung der Anlagekosten durch ein bedientes Unterwerk zur Spannungsregelung nicht in Betracht kommt.
Anderseits macht sich aber gerade in ihnen ein starker Spannungsabfall bemerkbar, so dass beim Zuund Abschalten der angeschlossenen Verbraucher grosse Spannungsschwankungen in den Ausläuferleitungen auftreten können.
Nach der Erfindung wird nun als spannungsempfindlicher Regelwerksmotor ein Asynchron-
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ordnet werden kann. Eine besondere Wartung des Motors ist dann nicht erforderlich.
Jedoch muss Vorsorge getroffen werden, dass der Asynchronmotor, der bekanntlich bei unsymmetrischem Drehfeld zu einphasigem Lauf neigt, sich nach erfolgtem Anlauf nicht von der durch den
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beim Lauf des Motors die gegenelektromotorische Kraft derartige Werte annehmen, dass eine völlige Veränderung der Regeleharakteristik möglich ist. Deshalb werden ferner nach der Erfindung in dem Sperrkreis für die eine Triebwieklung ausser der eisengesättigten Drossel und dem auf sie abgestimmten Kondensator noch weitere Kondensatoren und auch Ohmsche Widerstände vorgesehen.
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Alle Widerstandselemente des Sperrkreises können erfindungsgemäss sehr hoch beansprucht und daher räumlich klein bemessen werden, weil sie ebenso wie der Regelwerksmotor im Öl des Transformators angeordnet sind. Es ergibt sieh somit eine betriebssichere Regeleinrichtung von geringem Raumbedarf, die in einem wetterfesten Gehäuse untergebracht, z. B. als Masttransformatorstation, sich selbst überlassen bleiben kann.
Unter Umständen kann es zweckmässig sein, den Asynchronmotor im Gegensatz zu den bekannten Regelchara1. -teristiken etwa nach Fig. 1 der Zeichnung mit einer Regelcharakteristik zu betreiben, die eine sogenannte Springsresonanz aufweist und in Fig. 2 wiedergegeben ist. Eine derartige Charakteristik, deren Wesen weiter unten noch näher erläutert wird, ist durchaus stabil und schliesst den Regelvorgang, da der Strom für die eine Triebwieklung im Punkte Eo der Fig. 2 gleich Null ist und einen ausgeprägten Tiefpunkt der Regelkurve darstellt, bei erreichter Sollspannung sicher ab. Der Sperrkreis lässt sich dabei in der aus Fig. 3 ersichtlichen Weise ausführen.
An die zu regelnde Leitung 1 ist in Parallelschaltung eine Eisendrossel 2 mit mittlerer Sättigung und ein Kondensator 3 angeschlossen, die über einen Widerstand 4 miteinander verbunden sind. Am Verzweigungspunkte 5 ist ein Ohmseher Widerstand 6 und am Verzweigungspunkte 7 ein Kondensator 8 angeschlossen, die durch die Leitung 9 zueinander parallel liegen. An den Verzweigungspunkten jM und 11 sind der Ohmsehe Widerstand 12 und die eine Triebwicklung 1. 3 des Asynchronmotors angeschlossen. Die andern Enden dieser beiden in Parallelschaltung liegenden Organe sind über die Leitung 14 geerdet oder an eine zweite Netzphase gelegt. Zwischen der Leitung 1 und der Erde oder der zweiten Phase liegt auch die zweite Triebwicklung 15 des Asynchronmotors, die mit einem Ohmschen Widerstand 16 in Reihe geschaltet ist.
Der Kurzschlussläufer 17 ist über die Welle 18 mit der nicht dargestellten Regelkontaktvorrichtung des zugehörigen Stufentransformators verbunden.
Die Eisendrossel 2 arbeitet mit einer mittleren Induktion. Die Kapazität 8 ist gross gegenüber der Kapazität 3, deren Scheinwiderstand angenähert gleich dem Scheinwiderstand der Drossel 2 bei der Nennspannung ist. Die Widerstände 6 und 12 liegen in der Grössenordnung des Scheinwiderstandes
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der Widerstände 4,6 und 12 erzielen. Der Regelvorgang ist hiebei folgender :
Sinkt z. B. gemäss Fig. 2 die Netzspannung E unter den Wert von Eo, so springt der Strom in dem Sperrkreis sogleich auf einen hohen Wert im Gebiete der Voreilung, u. zw. entspricht er ungefähr der Grösse der Geraden 4-3. Der Regelmotor setzt sieh rasch in Bewegung und regelt die Spannung wieder hinauf, u. zw. über die Sollspannung hinweg bis zum Punkte 1.
Nunmehr springt der Strom in dem Sperrkreis aus dem Gebiete der Voreilung vom Punkt 1 in das Gebiet der Nacheilung auf den Punkt 2 hinüber. Es tritt ein Phasenwechsel auf. Der Regelmotor kehrt seine Drehrichtung um und regelt die etwas zu hohe Netzspannung wieder auf den Punkt Eo herunter. Dieser Punkt liegt, wie aus Fig. 2 erkennbar ist, auf der Ordinatenaehse des Systems, so dass beim Erreichen des Punktes Eo der Regelcharakteristik der Strom im Sperrkreis und damit in der einen Triebwicklung des Regelwerkmotors verschwindet, worauf der Regelmotor zuverlässig zur Ruhe kommt und der Regelvorgang beendet ist.
Während die Widerstände 4,6, 12 Empfindlichkeit und Eigenschaften der Springeharakteristik bedingen, die natürlich auch jede Übergangsform annehmen kann, ist der Widerstand 12 ausserdem für die Arbeitsweise des Asynchronmotors von grosser Wichtigkeit. Der in der Hilfsphasenwicklung 15 durch den hohen Ohmsehen Widerstand 16 zum Strom der Regelphasemvicklung 13 angenähert in Phasenquadratur gesetzte Hilfsstrom, der nur wenig durch die gegenelektromotorische Kraft des Motors beeinflusst wird, veranlasst den Motor zur Selbsterregung und zum einphasigen Lauf nach erfolgtem Anlauf. Hiedurch wird die Geschwindigkeit des Regelvorganges ausserordentlich erhöht.
Dafür besteht aber die Gefahr des Überlaufens beim Phasenweehsel in der Regelphasenwicklung 18 bei zu kräftigem Einsetzen dieses Zusatzeffektes. Zur Regelung dieser Selbsterregung dient der Parallelwiderstand 12.
Er verhindert ausserdem noch eine übermässig starke Rückwirkung der gegenelektromotorischen Kraft der Regelphasenwieklung auf die Regelcharakteristik, die in der Nähe des Ruhepunktes Eo wieder auf den für Stillstand gültigen Verlauf nach Fig. 2 zurückkommen muss.
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bestimmten Spannungstoleranz erwünscht sein. Hiezu ist dann nur erforderlich, durch eine entsprechende Bemessung der Widerstände den tiefsten Punkt der sattelförmigen Einbuchtung der Regelcharakteristik von der Ordinatenaehse weg in das Gebiet des vor-oder nacheilenden Stromes zu verschieben.
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