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Stromregelsystem hoher Stromkonstanz für Gleichstromverbraucher
Für bestimmte Zwecke der Kerntechnik, so z. B. für Isotopenseparatoren werden Magnetfelder höch- ster Konstanz benötigt. Bei Verwendung von Elektromagneten, die aus einem öffentlichen Stromversor- gungsnetz angespeist werden und beträchtliche Leistungen aufnehmen, tritt die Unzukömmlichkeit einer zu geringen zeitlichen Konstanz der Netzspannung auf, die gewöhnlich um viele Grössenordnungen gerin- ger ist, als es für den Strom der Elektromagnete erforderlich ist. Beispielsweise darf die zugelassene, auf den Nennwert des Stromes bezogene Stromschwankung nur 0, mollo betragen, während ein normales Strom- versorgungsnetz langsamen und raschen Änderungen im Ausmasse von 51o bis lolo seiner Netzspannung unterliegt.
Es ist eine Einrichtung zur Konstanthaltung oder Begrenzung der Energieaufnahme mehrerer elektrischer Energieverbraucher bekannt, bei der ein wahlweise ausgesuchter Verbraucher oder eine Gruppe von Verbrauchern in Abhängigkeit vom Gesamtverbrauch so geregelt wird, dass sein Verbrauch bei wachsendem Verbrauch der übrigen verringert wird und umgekehrt. Hiebei erfolgt die Energieregelung diskontinuierlich und weist daher nur eine beschränkte Genauigkeit auf.
Weiters ist eine Schaltungsanordnung zur Stabilisierung der bei konstanter Speisespannung oder konstantem Speisestrom einem einzigen Verbraucher zugeführten Leistung gegenüber Änderungen des Verbraucherwiderstandes mittels in Reihe und bzw. oder parallel zum Verbraucher eingeschalteter Widerstände bekannt. Diese Anordnung hat nur bei einem einzigen Widerstandswert des Verbrauchers eine exakte stabilisierende Wirkung und ist daher für Zwecke der Kerntechnik unbrauchbar.
Die Erfindung betrifft ein Stromregelsystem hoher Stromkonstanz für Gleichstromverbraucher, insbesondere für Elektromagnete in Isotopenseparatoren, bei dem die geforderte hohe Konstanz des Magnetfeldes auch bei Anspeisung der Elektromagnete aus einem öffentlichen Stromversorgungsnetz gewährleistet wird.
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Verbraucher mit einem Saugstromkreis mit regelbarer Stromaufnahme parallelgeschaltet ist und dieser Parallelschaltung ein von einem Grobregler auf einen den Sollwert des Verbraucherstromes übersteigenden Wert geregelter, den Gesamtstrom der Parallelschaltung bildender Speisestrom zugeführt ist, wobei die Stromaufnahme des Saugstromkreises mittels eines Feinreglers so geregelt ist, dass er die jeweilige Differenz zwischen dem Sollwert des Verbraucherstromes und dem der Parallelschaltung gelieferten Speisestrom aufnimmt.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist der Feinregler als kombinierter Strom-und Spannungsregler ausgebildet, wobei als Sollwert des auf konstante Verbraucherspannung regelnden Spannungs- reglerteiles die Stellgrösse des auf konstanten Verbraucherstrom regelnden Stromreglerteiles dient.
Praktisch handelt es sich hiebei um einen Stromregler mit unterlagerter Spannungsregelung.
Nach einem ändern Merkmal der Erfindung ist als Grobregler ein stetig oder im Zweipunktbetrieb arbeitender Regler mit PJ-Verhalten verwendet. Als Stellglied des Grobreglers dient ein stromsteuernder magnetischer Verstärker mit nachgeschalteten Gleichrichtern in Graetzschaltung, wobei im Steuerkreis des magnetischen Verstärkers eine Drossel eingeschaltet ist.
Als Messglied des Grobreglers ist ein Messwiderstand oder Gleichstromwandler im Speisestromkreis des Verbrauchers oder ein Wechselstromwandler im Netzwechselstromkreis des Systems vorgesehen.
Erfindungsgemäss ist zwischen Gleichrichterschaltung und Verbraucher parallel zum Verbraucher ein
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Kondensator geschaltet.
Gemäss einem weiteren Merkmal der Erfindung enthält der Feinregler einen Stromreglerteil, der als stetig arbeitender Regler mit PI- oder PID-Verhalten ausgebildet ist und weiters einen Spannungsregler- teil, der als stetig oder im Zeitpunktbetrieb arbeitender Regler mit sehr kleiner Stellzeit ausgebildet ist.
Als Messglied des Stromreglerteiles dient vorzugsweise ein Messwiderstand im Verbraucherstromkreis.
Vorteilhafterweise dient als Stellglied des Feinreglers eine in den Saugstromkreis geschaltete, vom
Spannungsreglerteil gesteuerte, vorzugsweise im Schaltbetrieb arbeitende, Elektronenröhren-oder Tran- sistorstufe.
Erfindungsgemäss dienen als Sollwertgeber für den Grobreglerund den Stromreglerteil des Feinreglers
Normalelemente oder durch Zenerdioden od. dgl. stabilisierte Gleichspannungsquellen.
Es ist vorteilhaft zwischen Kondensator und Verbraucher eine Siebkette einzuschalten.
Besonders günstig ist die Anspeisung des erfindungsgemässen Stromregelsystems aus einem Mehrpha- senwechselstromnetz, da dabei der Aufwand für die Siebung geringer wird.
Im Speisekreis des Verbrauchers ist ein Grobregler eingeschaltet, bei dem als Stellglied vorzugsweise ein stromsteuernder magnetischer Verstärker verwendet wird, dessen Rechteckimpulse durch eine nachge- schaltete Graetzgleichrichterschaltung gleichgerichtet werden. Restwelligkeit, verursacht durch nicht ideale Eisenkennlinien des magnetischen Verstärkers, kann durch einen dem Gleichrichter nachgeschalte- ten Kondensator aufgenommen werden. Um Steuerkreiswechselstrom zu unterbinden, ist im Steuerkreis des magnetischen Verstärkers eineDrossel vorzusehen. Im Speisestromkreis des Verbrauchers liegt ein Mess- widerstand, dessen Spannungsabfall als Messgrösse dem Grobregler zugeführt wird.
Mit Hilfe der Grobre- gelung wird an den Verbraucher ein solcher Strom geliefert, dass das Stromangebot auch noch bei der geringsten vorkommenden Netzspannung und dem höchsten auftretenden Verbraucherwiderstand grösser ist als der Nennstrom des Verbrauchers. Der überschüssige Differenzstrom, den der Verbraucher also nicht benö- tige, wired vom Saugstromzweig, der parallel zum Verbraucher liegt, aufgenommen. Die Stromaufnahme dieses Saugstromzweiges ist durch einen Feinregler geregelt. Prinzipiell würde eine reine Stromregelung genügen derart, dass der Verbraucherstrom gemessen wird und die Differenz des Soll-Verbraucherstromes (Nennstromes) zum angebotenen Strom abgeleitet wird.
Bei Verbrauchern mit grosser Induktivität würde die Messung der Abweichung des Verbraucherstromes von seinem Sollwert (Nennwert) zu langsam erfolgen, was bei Elektromagneten für Isotopenseparatoren unzulässig wäre. Um nun auch rasche Stromänderungen zu erfassen, ist eine zusätzliche, spannungsabhängige Regelung vorgesehen, die die bei Stromschwankungen auftretende induktive Spannung am Verbraucher erfasst. Die bei der spannungsabhängigen Regelung zulässigen prozentuellen Verbraucherspannungsschwankungen s, j richtensich nach den zulässigen prozentuellen Schwankungen si des Verbraucherstromes, die einen vorgegebenen Wert nicht überschreiten sollen. Dabei spielt die bei einer Stromänderung in induktiven Verbrauchern auftretende Selbstinduktionsspannung eine wesentliche Rolle.
Bei Berechnung der prozentuellen Schwankungen ergibt sich, dass die Regelzeit TR des Reglers des Spannungsregelkreises im Verhältnis zur Zeitkonstante TV des Verbrauchers, die etwa 0, 1-10 sec betragen kann, so zu bemessen ist, dass die Produkte aus diesen Zeitkonstanten und den entsprechenden prozentuellen Spannungs- und Stromschwankungen des Verbrauchers der Gleichung su TR = si. TV genügen. Diese Gleichung kann man auch so interpretieren, dass grosse Spannungsschwankungen su rasch ausgeregelt werden müssen ; ergeben sich geringere Spannungsschwankungen su, so kann mit einer grösseren Regelzeit TR des Spannungsregelkreises das Auslangen gefunden werden. Das Produkt s. T wird als höchstzulässige Regelfläche bezeichnet.
Die Schaltung eines Ausführungsbeispieles des erfindungsgemässen Stromregelsystems ist in der Zeichnung dargestellt. Mit 1 ist der Elektromagnet eines Isotopenseparators bezeichnet, der aus dem Netz 2, 2' über einen magnetischen Verstärker 3 mit einer nachgeschalteten Gleichrichterschaltung 4 in Graetzschal- tung angespeist wird. Der Speisestrom J wird durch einen Grobregler 5 über die Steuerseite des magnetischen Verstärkers 3 konstant gehalten. Hiebei dient zur Messung des Stromes J ein in den Gleichstromzweig eingeschalteter Widerstand 6. Als Messglied für den Speisestrom J kann aber auch ein Gleichstromwandler im Speisestromkreis des Verbrauchers 1 oder ein Wechselstromwandler im Netzwechselstromkreis des Systems verwendet werden.
Mit 7 ist eine in den Steuerkreis des magnetischen Verstärkers 3 eingeschaltete Steuerkreisdrossel bezeichnet, die so gross ist, dass ein Steuerkreiswechselstrom unterbunden wird. Bei der fast idealen Arbeitsweise des nach Art eines Gleichstromwandleis funktionierenden magnetischen Verstärkers 3 führt der Arbeitskreis rechteckige Strcmformen von weitgehend exakter Ausbildung, die nach Gleichrichtung schon ohne Siebung einen reinen Gleichstrom ergeben. Restimpulse, verursacht durch nicht ideale Eisenkennlinien, werden durch einen Kondensator 8 aufgenommen. Wenn die sich am Kondensator 8 aufstauende
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