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Magnetischer Spannungsregler für Transformatoren mit Stufenschaltwerken Transformatoren für Stufenschaltwerke gestatten eine stufenweise Spannungseinstellung unter Last. Der Antrieb des Stufenschaltwerkes erfolgt über schützengesteuerte Dreh- oder Wechselstrommotoren, die von Hand oder selbsttätig über einen Spannungsregler in Abhängigkeit von der Spannungsabweichung von einem Sollwert gesteuert werden.
Als Spannungsregler sind Kontaktregler bekannt, wobei eine Regelabweichung den Regelimpuls entweder nach dem Prinzip des Fallbügelreglers oder mittels Kontaktrelais bildet und den Antrieb des Stufenschaltwerkes einschaltet. Zur Schonung der Reglerkontakte und des Stufenschaltwerkes werden hierbei auch zusätzliche Einrichtungen unter Verwendung von Zeitrelais angewandt, die bewirken, dass eine Schaltung erst dann erfolgt, wenn die Abweichung längere Zeit bestehen bleibt. Hierbei kann die Schaltverzugszeit auch abhängig von der Grösse und Richtung der Regelabweichung gemacht werden.
Zur Lösung dieser Aufgabe besitzen diese Kontaktregler eine Reihe von Relais mit vielen Kontakten, die eine gewisse Störanfälligkeit besitzen und daher gewartet werden müssen. Anderseits muss man, namentlich bei grossen spannungsgeregelten Transformatoren, auf absolute Sicherheit Wert legen.
Die Erfindung hat einen magnetischen Spannungsregler für Transformatoren mit Stufenschalt- werken, bei denen das Stufenschaltwerk durch einen Motorantrieb betätigt wird, zum Gegenstand, welcher Regler sich dadurch auszeichnet, dass die Spannungsabweichung vom Sollwert kontaktlos in zwei als Gegentaktverstärker betriebenen magnetischen Verstärkern gebildet wird.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert.
Fig. 1 zeigt eine Ausführung des magnetischen Spannungsreglers unter Verwendung von Impulsrelais für die Betätigung des Antriebes des Stufenschalt- werkes. In Fig. 2 ist ein magnetischer Verstärker als Sperrverstärker für die Regeleinrichtung bei starkem Spannungsrückgang dargestellt.
Fig. 3 zeigt einen magnetischen Spannungsregler mit einer zusätzlichen, von der Grösse der Regelabweichung abhängigen Zeitverzögerung und Fig.4a bis 4c die Kennlinien der zugehörigen magnetischen Verstärker.
In Fig. 1 stellt 1 das von dem zu regelnden Transformator gespeiste Netz dar. Die Spannungsabweichung z1 U des Spannungs-Istwertes vom Spannungs-Sollwert (= Regelabweichung) wird von zwei in Gegentaktschaltung angeordneten, selbstsättigenden magnetischen Verstärkern 2 und 3, die über den Transformator 4 von der Transformatorspannung 1 gespeist werden, ermittelt.
Je nachdem, ob die Spannung zu hoch oder zu tief ist, öffnet der Verstärker 3 oder 2, wodurch die Impulsrelais 6 oder 5 an Spannung gelegt werden und Tiefer - oder Höher -Impulse auf den Antrieb 7 des Stufenschaltwerkes geben, bis die Transformatorenspannung den Sollwert innerhalb eines bestimmten Unempfind- lichkeitsbereiches erreicht hat, wo dann beide Verstärker 2 und 3 sperren und damit das betreffende Impulsrelais 5 oder 6 abfällt.
Die Regelabweichung wird in den beiden Verstärkern 2 und 3 magnetisch gebildet. Zu diesem Zweck wird den Steuerwicklungen 2c und 3c der mittels Transformator 8 gemessene Spannungs-Istwert über Gleichrichter 9 und Sollwerteinsteller 10 so zugeführt, dass der Tiefer -Verstärker 3 positiv und der Höher -Verstärker 2 negativ ausgesteuert wird. Der in einem Stromkonstanthalter 14 gebildete konstante Sollwert wird den Steuerwicklungen 2b und 3b so zugeführt, dass 2b entgegen 2c und 3b entgegen 3c wirken. Dadurch wird erreicht, dass bei
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positiver Regelabweichung der Verstärker 3 öffnet und der Verstärker 2 gesperrt bleibt und umgekehrt.
Durch einen mittels Widerstand 15 einstellbaren konstanten Vorstrom in den Wicklungen 2a und 3a, der bei beiden Verstärkern im sperrenden Sinne wirkt, wird ferner erreicht, dass die Verstärker 2 bzw. 3 erst nach einer gewissen Regelabweichung, der Unempfindlichkeit, öffnen. Mittels Widerstand 15 kann die Unempfindlichkeit eingestellt werden. Der Verlauf des Ausgangsstromes Ja der Verstärker 2 bzw. 3 bei Auftreten einer positiven oder negativen Regelabweichung A U ist in Fig. 1b dargestellt. Das sprungartige Verhalten der magnetischen Verstärker 2 und 3 kann in bekannter Weise dadurch erzielt werden, dass der gleichgerichtete Ausgangsstrom jedes Verstärkers auf eine weitere Steuerwicklung rückgekoppelt wird.
Da die vorliegenden Verstärker Wechselstromausgang haben, können auch die Teilströme in den Leistungswicklungen, die einen pulsierenden Gleichstrom darstellen, auf Steuerwicklungen rückgekoppelt werden.
Soll die Transformatorspannung 1 nicht konstant, sondern spannungsabhängig und zusätzlich in Abhängigkeit vom Belastungswirk- oder -blindstrom geregelt werden, so wird in an sich bekannter Weise ein dem mit Stromwandler 11 gemessenen Laststrom proportionaler und einstellbarer Spannungsabfall am Widerstand 13 gebildet, der nach Gleichrichtung in 12 dem Spannungs-Istwert 9 hinzugefügt werden kann.
Die von einem kleinen, selbstanlaufenden Synchronmotor angetriebenen Impulsrelais 5 und 6 bewirken, dass dem Antrieb 7 des Stufenschaltwerkes so lange kurzzeitige Höher - oder Tiefer -Impulse zugeleitet werden, bis die Regelabweichung kleiner als der Unempfindlichkeitsbereich ist. Die Impulsrelais 5 und 6 werden dabei nur für die Dauer der Regelabweichung eingestellt. Grundsätzlich eignet sich dieser Spannungsregler auch für kontaktlose Antriebe, wobei die Einschaltung des Motors und die Drehrichtungsumkehr z. B. mittels magnetischer Verstärker in Abhängigkeit von einer positiven oder negativen Steuergleichspannung erfolgt.
Werden die Verstärker 2 und 3 für Gleichstromausgang ausgebildet, so liefert diese Regeleinrichtung bereits die gewünschten Steuerspannungen für kontaktlose Motorantriebe. Da bei Antrieben von Stufenschaltwerken ein einmal eingeleiteter Schaltvorgang von einer Stufe zur nächsten stets ganz ausgeführt werden muss, kann dann bei kontaktlosen Motorantrieben mittels eines Kontaktes, der mit der Motorbewegung gekuppelt ist, so lange eine positive Steuerspannung an eine weitere Steuerwicklung des Verstärkers 2 bzw. 3 gelegt werden, bis der Schaltvorgang zur nächsten Stufe beendet ist.
Dieser Hilfskontakt braucht nur die geringe Steuerleistung eines magnetischen Verstärkers zu schalten. ' Soll die Regeleinrichtung verzögert ansprechen, können zwischen die Verstärker 2 und 3 bzw. zwischen die Impulsrelais 5 und 6 und den Antrieb 7 bekannte Verzögerungsglieder elektrischer, mechanischer oder elektrisch-magnetischer Art geschaltet werden.
Um zu verhindern, dass die Regeleinrichtung bei anormalen Spannungsabsenkungen, z. B. Kurzschlüssen, den Transformator unnötig hochregelt, kann in an sich bekannter Weise die Regeleinrichtung durch ein Unterspannungsrelais 16 ausgeschaltet werden, das bei Spannungsrückgang, z. B. unter 751/o der Transformatorenspannung, den Transformator 4 primär, oder wie dargestellt, sekundär abschaltet. Anstelle eines derartigen Kontaktrelais kann auch eine kontaktlose Einrichtung in Form eines magnetischen Sperrverstärkers 18 (Fig. 2) verwendet werden, der anstelle des Relais 16 an die Klemmen a, b gelegt wird.
Durch einen einstellbaren, konstanten Vorstrom in Steuerwicklung 18a wird der Verstärkerarbeitspunkt nach A in das sperrende Gebiet gelegt. Sobald die Transformatorspannung, die im öffnenden Sinne auf die Steuerwicklung 18b einwirkt, z. B. 75 % des Nennwertes übersteigt, öffnet der Verstärker, so dass die Regelverstärker 2 und 3 oberhalb dieser Spannungsgrenze ihre geschilderte Reglerfunktion ausüben können. Bei Spannungsrückgang unter 751/9 der Nennspannung sperrt der Verstärker 18, wodurch die Verstärker 2 und 3 ebenfalls gesperrt werden.
Um die Stufenschaltwerke der Transformatoren und die Antriebe zu schonen, besteht der Wunsch, die Schaltzahl pro Zeiteinheit oder die Schaltverzögerung von der Grösse der Regelabweichung abhängig zu machen. Die Anordnung nach Fig. 3 ergibt eine von der Grösse der Regelabweichung abhängige Zeitverzögerung des dem Antrieb 7 zugeführten Regelimpulses mittels einer kontaktlosen Anordnung, bestehend aus den beiden Mess- und Regelverstärkern 2 und 3 für Höher - bzw. Tiefer -Regelung, den zwei Verzögerungsverstärkern 19 und 20 und den beiden Schaltverstärkern 21 und 22. Der Einfachheit halber ist nur die Impulskette für Regelbefehl Höher vollständig dargestellt, für Tiefer ergibt sich sinngemäss dieselbe Anordnung.
Im Messverstärker 2 für Höher wird mittels der im sperrenden Sinne wirkenden Istwert-Steuer- wicklung 2c und der im öffnenden Sinne wirkenden Sollwert-Steuerwicklung 2b entsprechend der Wirkungsweise in Fig. la die Regelabweichung gebildet, wobei der Verstärker nur ausgesteuert wird, wenn die Regelabweichung negativ ist. Die Wicklung 2a dient wieder zur Erzielung eines Unempfindlichkeits- bereiches.
Im Gegensatz zu Fig. la haben jedoch die im Gegentakt arbeitenden Verstärker 2 und 3 ein Kenn- linienverhalten nach Fig. 4a, das heisst der Ausgangsstrom der Verstärker 2 bzw. 3 soll, sobald die Regelabweichung grösser als die Unempfindlichkeit wird, stetig mit der Regelabweichung ansteigen.
Der Arbeitspunkt des Verzögerungsverstärkers 19 ist gemäss Fig. 4b durch einen konstanten Vorstrom in Wicklung 19a auf Punkt A eingestellt, das heisst,
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wenn der Messverstärker 2 keinen Steuerstrom (Tal = 0) der Steuerwicklung 19b zuführt, weil keine Regelabweichung vorhanden ist, ist der Verstärker 19 voll geöffnet und hält damit den Schaltverstärker 21 über die Steuerwicklung 21a gesperrt (Arbeitspunkt A in Fig. 4c), so dass dem Antrieb 7 kein Steuerstrom zugeführt wird (Ja3 = 0). Gemäss Fig. 4c erhält der Schaltverstärker 21 Sprungverhalten durch die Rückkopplungswicklung 21b.
Tritt nun eine negative Regelabweichung -A U auf, die nach Fig. 4a grösser als s ist, so wird der Ausgangsstrom Jal vom Verstärker 2 den Verstärker 19 sperren. Die Sperrung des Verstärkers 19 kann nun mittels der kurzgeschlossenen Steuerwicklung 19c zeitlich verzögert werden, wobei die Zeiteinstellung durch den Widerstand 23 erfolgt. Solange Jag grösser als der zur Sperrung des Verstärkers 21 notwendige Wert Ja.", (Fig. 4c) ist, bleibt der Verstärker 21 gesperrt. Somit macht der Schaltverstärker erst nach Ablauf einer durch die Einstellung des Verstärkers 19 bedingten Totzeit plötzlich auf.
Je grösser die Regelabweichung A U ist, desto schneller wird der Verstärker 19 gesperrt, und desto schneller spricht dann auch der Schaltverstärker 21 an und umgekehrt.
Die beschriebene, magnetische Spannungsregeleinrichtung kann vorteilhaft in Verbindung mit kontaktlosen Motorantrieben und a-induktiven Stufenschaltwerken (ohne Lastschalter-Kontakte) verwendet werden, wodurch eine kontaktlose Spannungsregelung von Stufentransformatoren möglich ist.
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Magnetic voltage regulator for transformers with tap changers Transformers for tap changers allow the voltage to be set in stages under load. The tap changer is driven by protection-controlled three-phase or alternating current motors, which are controlled manually or automatically by a voltage regulator depending on the voltage deviation from a setpoint.
Contact regulators are known as voltage regulators, with a control deviation forming the control pulse either according to the principle of the drop arm regulator or by means of a contact relay and switching on the drive of the tap changer. To protect the controller contacts and the tap changer, additional devices using time relays are used, which mean that switching only takes place if the deviation persists for a longer period of time. The switching delay time can also be made dependent on the size and direction of the control deviation.
To solve this problem, these contact regulators have a series of relays with many contacts that are susceptible to failure and therefore have to be serviced. On the other hand, especially in the case of large voltage-regulated transformers, absolute safety has to be important.
The invention relates to a magnetic voltage regulator for transformers with tap changers, in which the tap changer is operated by a motor drive, which regulator is characterized in that the voltage deviation from the setpoint is formed without contact in two magnetic amplifiers operated as push-pull amplifiers.
Exemplary embodiments of the invention are explained below.
1 shows an embodiment of the magnetic voltage regulator using pulse relays for the actuation of the drive of the step switchgear. In Fig. 2, a magnetic amplifier is shown as a blocking amplifier for the control device in the event of a sharp drop in voltage.
3 shows a magnetic voltage regulator with an additional time delay dependent on the size of the control deviation, and FIGS. 4a to 4c show the characteristics of the associated magnetic amplifiers.
In Fig. 1, 1 represents the network fed by the transformer to be regulated. The voltage deviation z1 U of the actual voltage value from the nominal voltage value (= control deviation) is provided by two self-saturating magnetic amplifiers 2 and 3, which are arranged in a push-pull circuit and which are fed via the transformer 4 are fed by the transformer voltage 1, determined.
Depending on whether the voltage is too high or too low, the amplifier 3 or 2 opens, whereby the pulse relays 6 or 5 are connected to voltage and lower or higher impulses are sent to the drive 7 of the tap changer until the transformer voltage reaches the target value has reached within a certain insensitivity range, where both amplifiers 2 and 3 then block and the relevant pulse relay 5 or 6 drops out.
The control deviation is generated magnetically in the two amplifiers 2 and 3. For this purpose, the control windings 2c and 3c are supplied with the actual voltage value measured by transformer 8 via rectifier 9 and setpoint adjuster 10 in such a way that lower amplifier 3 is controlled positively and higher amplifier 2 is controlled negatively. The constant target value formed in a current stabilizer 14 is fed to the control windings 2b and 3b in such a way that 2b counteracts 2c and 3b counteracts 3c. This ensures that with
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positive control deviation the amplifier 3 opens and the amplifier 2 remains blocked and vice versa.
A constant bias current in windings 2a and 3a, which can be set by means of resistor 15 and which acts in the blocking sense in both amplifiers, also ensures that amplifiers 2 and 3 only open after a certain control deviation, i.e. insensitivity. Resistance 15 can be used to set the insensitivity. The course of the output current Ja of the amplifiers 2 or 3 when a positive or negative control deviation A U occurs is shown in FIG. 1b. The sudden behavior of the magnetic amplifiers 2 and 3 can be achieved in a known manner in that the rectified output current of each amplifier is fed back to a further control winding.
Since the present amplifiers have an AC output, the partial currents in the power windings, which represent a pulsating direct current, can also be fed back to control windings.
If the transformer voltage 1 is not to be constant, but rather voltage-dependent and additionally dependent on the active or reactive load current, an adjustable voltage drop proportional to the load current measured with the current transformer 11 is formed at the resistor 13 in a manner known per se, which after rectification in 12 the voltage actual value 9 can be added.
The impulse relays 5 and 6, driven by a small, self-starting synchronous motor, ensure that the drive 7 of the tap changer is fed brief higher or lower pulses until the control deviation is smaller than the insensitivity range. The pulse relays 5 and 6 are only set for the duration of the control deviation. In principle, this voltage regulator is also suitable for contactless drives, whereby switching on the motor and reversing the direction of rotation z. B. takes place by means of magnetic amplifiers depending on a positive or negative DC control voltage.
If the amplifiers 2 and 3 are designed for direct current output, then this control device already supplies the desired control voltages for contactless motor drives. Since a switching process from one step to the next must always be carried out once a switching process has been initiated in step switchgear drives, a contact that is coupled to the motor movement can then be used to apply a positive control voltage to another control winding of amplifier 2 or 3 can be placed until the switching process to the next level has ended.
This auxiliary contact only needs to switch the low control power of a magnetic amplifier. If the control device is to respond with a delay, known delay elements of an electrical, mechanical or electro-magnetic type can be connected between the amplifiers 2 and 3 or between the pulse relays 5 and 6 and the drive 7.
To prevent the control device from operating in the event of abnormal voltage drops, e.g. B. short circuits that unnecessarily upregulates the transformer, the control device can be switched off in a known manner by an undervoltage relay 16, which when the voltage drops, z. B. below 751 / o of the transformer voltage, the transformer 4 primary, or as shown, switches off secondary. Instead of such a contact relay, a contactless device in the form of a magnetic blocking amplifier 18 (FIG. 2) can be used, which instead of the relay 16 is connected to the terminals a, b.
An adjustable, constant bias current in control winding 18a places the amplifier operating point at A in the blocking area. As soon as the transformer voltage, which acts in the opening sense on the control winding 18b, z. B. exceeds 75% of the nominal value, the amplifier opens so that the control amplifiers 2 and 3 can exercise their described control function above this voltage limit. If the voltage drops below 751/9 of the nominal voltage, the amplifier 18 blocks, whereby the amplifiers 2 and 3 are also blocked.
In order to protect the tap changers of the transformers and the drives, there is a desire to make the number of operations per unit of time or the switching delay dependent on the size of the control deviation. The arrangement according to FIG. 3 results in a time delay, depending on the size of the control deviation, of the control pulse fed to the drive 7 by means of a contactless arrangement, consisting of the two measuring and control amplifiers 2 and 3 for higher and lower control, the two delay amplifiers 19 and 20 and the two switching amplifiers 21 and 22. For the sake of simplicity, only the pulse chain for the higher control command is shown in full; the same arrangement results for lower.
In the measuring amplifier 2 for higher, the control deviation is formed by means of the actual value control winding 2c, which acts in the blocking sense, and the setpoint control winding 2b, which acts in the opening sense, according to the mode of operation in Fig. 1a, the amplifier only being controlled if the control deviation is negative is. The winding 2a again serves to achieve an insensitivity range.
In contrast to FIG. La, however, the push-pull amplifiers 2 and 3 have a characteristic curve behavior according to FIG. 4a, that is, the output current of the amplifiers 2 and 3 should, as soon as the control deviation becomes greater than the insensitivity, steady with the control deviation increase.
The operating point of the delay amplifier 19 is set to point A according to FIG. 4b by a constant bias current in winding 19a, that is to say
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if the measuring amplifier 2 does not feed any control current (Tal = 0) to the control winding 19b because there is no control deviation, the amplifier 19 is fully open and thus keeps the switching amplifier 21 blocked via the control winding 21a (operating point A in FIG. 4c), so that no control current is supplied to drive 7 (Ja3 = 0). According to FIG. 4c, the switching amplifier 21 receives jump behavior through the feedback winding 21b.
If a negative control deviation -A U now occurs which, according to FIG. 4a, is greater than s, the output current Jal from amplifier 2 will block amplifier 19. The blocking of the amplifier 19 can now be delayed in time by means of the short-circuited control winding 19c, the time being set by the resistor 23. As long as Jag is greater than the value Yes "(FIG. 4c) necessary to block the amplifier 21, the amplifier 21 remains blocked. Thus the switching amplifier opens suddenly only after a dead time caused by the setting of the amplifier 19 has elapsed.
The greater the control deviation A U, the faster the amplifier 19 is blocked and the faster the switching amplifier 21 responds and vice versa.
The described magnetic voltage regulating device can advantageously be used in connection with contactless motor drives and a-inductive tap changers (without load switch contacts), whereby a contactless voltage regulation of tap transformers is possible.