DE102014116846A1 - Electromagnetic mains voltage regulation and Smart Grid application - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung beschreibt eine Vorrichtung (10) und ein Verfahren zur Bereitstellung einer geregelten Netzspannung (UR) insbesondere in 400V Ortsnetzen mit Überspannungen von bis zu 20%. Die Vorrichtung (10) benutzt eine elektromagnetische Steuerspule (23) auf einem Steuermagnetkern (43) und steuert damit den komplexen Spannungsabfall von Leistungsspulen (11, 12), durch die der zu regelnde Wechselstrom fließt, wobei der magnetische Kreis der Leistungsspulen (11, 12) durch den Steuermagnetkern (43) fließt und die Vormagnetisierung des Steuermagnetkerns (43) im Sinne der Regelung variiert wird. Somit gelingt auf überraschend einfache und zuverlässige Weise eine sichere Netzspannungsregelung auf elektromagnetischer Basis ohne empfindliche und teure elektronische Leistungshalbleiter. Die Netzspannungsregelung wird insbesondere eingesetzt, um Netzspannungsschwankungen auszugleichen oder gezielt im Sinne einer Smart Grid Regelung eine geeignete lokale Netzspannung einzustellen.The present invention describes a device (10) and a method for providing a regulated line voltage (UR) in particular in 400V local networks with overvoltages of up to 20%. The device (10) uses an electromagnetic control coil (23) on a control magnetic core (43) and thus controls the complex voltage drop of power coils (11, 12) through which the alternating current to be controlled flows, the magnetic circuit of the power coils (11, 12 ) flows through the control magnetic core (43) and the bias of the control magnetic core (43) is varied in the sense of regulation. Thus, in a surprisingly simple and reliable manner, a safe mains voltage control on an electromagnetic basis without sensitive and expensive electronic power semiconductors. The mains voltage control is used in particular to compensate for mains voltage fluctuations or to set a suitable local grid voltage in the sense of a smart grid control.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine wartungsarme und effiziente Vorrichtung zur Netzspannungsregelung und auf ein Verfahren zur Smart Grid Anwendung zum Zweck der Spannungsstabilisierung z.B. in Industriegebieten. Die Vorrichtung ist geeignet, auch stark schwankende Netzspannungen mit geringem Aufwand auf den Sollwert zu stabilisieren und auch Überspannungen von mehr als 10% oberhalb des Sollwertes auf Werte im Sollbereich abzusenken. Die Erfindung ist vor allem im Niederspannungsbereich unter 1000V nutzbar, bevorzugt für lokale 400V Netze. Die Erfindung dient insbesondere der Steuerung der Netzspannung, die Verbrauchern zur Verfügung steht, indem der Sollwert der Spannungsregelung entsprechend vorgegeben wird.The invention relates to a low-maintenance and efficient device for mains voltage regulation and to a method for smart grid application for the purpose of voltage stabilization, e.g. in industrial areas. The device is suitable for stabilizing even strongly fluctuating mains voltages with little effort to the setpoint and also to lower overvoltages of more than 10% above the setpoint to values in the setpoint range. The invention can be used above all in the low-voltage range below 1000V, preferably for local 400V networks. The invention is used in particular to control the mains voltage, which is available to consumers by the setpoint of the voltage regulation is set accordingly.

Die Aufgabe der Spannungsstabilisierung entsteht seit etwa dem Jahr 2000 verstärkt durch die dezentral einspeisenden Energiequellen wie Photovoltaik- Anlagen und Windkraft-Anlagen. Diese erzeugen bei Hochleistung erhöhte Spannungen von mehr als 440V bis hin zu 460V und mehr. Und dies obwohl maximal 400V + 10% = 440V Netzspannung zulässig sind. Gleichzeitig sind an diesen lokalen Netzen elektrische Motoren von Pumpen, Kompressoren und andere Verbraucher angeschlossen, die für Spannungen von 380V +– 5% ausgelegt sind, also für 360 ... 400V. Die nun seit Zulassung der erhöhten Spannungen auftretenden ca. 20% höheren Spannungen führen zur Fehlbelastung der Motoren, zu reduziertem Wirkungsgrad, zu verkürzter Lebensdauer und zu steigendem Ausfallrisiko. Im Extremfall erlischt sogar die Betriebserlaubnis, wie z.B. bei explosionsgeschützten Vorrichtungen. Die durch zu hohe Netzspannungen erzeugten Wertverluste der Anlagen durch Mehrverbrauch, kürzere Lebensdauer und vermehrten Wartungsaufwand betragen bis zu 50 Prozent.Since around 2000, the task of voltage stabilization has been increasingly created by the decentrally feeding energy sources such as photovoltaic systems and wind power plants. At high power, these generate increased voltages of more than 440V up to 460V and more. And this although maximum 400V + 10% = 440V mains voltage are allowed. At the same time, electrical motors of pumps, compressors and other consumers connected to voltages of 380V + - 5%, ie for 360 ... 400V, are connected to these local networks. The higher voltages, which are now around 20% higher since the increased voltages are admitted, result in incorrect motor loads, reduced efficiency, shortened service life and increasing failure risk. In extreme cases, even the operating permit expires, as e.g. in explosion-proof devices. The value losses of the systems due to excess power consumption, shorter service life and increased maintenance costs caused by excessive mains voltages amount to up to 50 percent.

Stand der TechnikState of the art

Aus dem Stand der Technik ist dem Fachmann bekannt, die Netzspannung mit einem Transformator auf einen gewünschten Wert zu transformieren. Dazu werden elektromagnetische Vorrichtungen benutzt, die mindestens eine Primärwicklung haben und mindestens eine Sekundärwicklung. Im Sonderfall (Spartrafo) kann die Sekundärwicklung teilweise identisch mit der Primärwicklung sein. From the prior art, it is known to the person skilled in the art to transform the mains voltage with a transformer to a desired value. For this purpose, electromagnetic devices are used which have at least one primary winding and at least one secondary winding. In a special case (autotransformer), the secondary winding can be partially identical to the primary winding.

Neue Entwicklungen, wie die der Firma Magtech aus Norwegen 2007 ( DE60215381T2 ), nutzen regelbare Transformatoren, die als regelbare Ortsnetztransformatoren (RONT) in den Handel gebracht werden. Diese verändern das Transformationsverhältnis zwischen Mittelspannung (10.000V) und der Niederspannung (400V). Zu diesem Zweck sind sehr große und schwere Wickelgüter erforderlich, was Nachteile in Kosten, Größe und Gewicht darstellt. Weit ältere Technologien nutzten vor der Einführung der elektronischen Regler steuerbare Induktivitäten, um z.B. bei Schweißgeräten den Schweißstrom stufenlos absenken zu können, zum Zweck der Verbesserung der Schweißnaht. Z.B. die Erfindung von Messer Griesheim 1967 ( DE1690597 ).New developments, such as the Magtech company from Norway 2007 ( DE60215381T2 ), use controllable transformers, which are marketed as controllable local power transformers (RONT) in the trade. These change the transformation ratio between medium voltage (10,000V) and low voltage (400V). For this purpose, very large and heavy winding goods are required, which is disadvantageous in terms of cost, size and weight. Far older technologies used controllable inductances prior to the introduction of the electronic controllers, in order to be able to steplessly lower the welding current in welding machines, for the purpose of improving the weld seam. For example, the invention of Messer Griesheim 1967 ( DE1690597 ).

Steuerbare Induktivitäten wurden auch ca. 1920, also vor hundert Jahre für die Amplitudenmodulation benutzt. Z.B. die Pungs Drossel der Lorenz AG zur Amplitudenmodulation hochfrequenter Funksignale (AM Radio).Controllable inductors were also used around 1920, ie one hundred years ago for amplitude modulation. For example, the Pungs choke of Lorenz AG for the amplitude modulation of high-frequency radio signals (AM Radio).

Problemstellung problem

Die heute üblichen und verfügbaren Regelvorrichtungen für die Spannungsstabilisierung hingegen benutzen elektronische Regler und elektronische Halbleiterbauelemente, um die Spannung konstant zu halten. Diese hoch belasteten Bauteile haben eine im Vergleich zu konventionellen Ortsnetztrafos sehr geringe Lebensdauer, ein hohes Ausfallrisiko und damit hohe Wartungskosten und Risiken. Deshalb werden bisher meist nur konventionelle Ortsnetztrafos (ONT) eingesetzt. Die Folge ist, dass in den Netzleitungen, an denen die dezentralen Energiequellen angeschlossen sind, bei Hochleistung sehr hohe Spannungen anfallen. Diese sehr hohen Spannungen treten schwankend für einige Minuten bis einige Stunden auf, müssten also dringend durch geeignete Regelvorrichtungen stabilisiert werden.On the other hand, the control devices for voltage stabilization that are customary and available today use electronic regulators and electronic semiconductor components in order to keep the voltage constant. These highly loaded components have a very short lifespan compared to conventional local power transformers, a high failure risk and thus high maintenance costs and risks. Therefore, mostly only conventional local network transformers (ONT) are used. The consequence is that in the power lines to which the decentralized energy sources are connected, at high power very high voltages occur. These very high voltages fluctuate for a few minutes to a few hours, so should urgently be stabilized by appropriate control devices.

Aufgabe der ErfindungObject of the invention

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine wartungsarme, extrem zuverlässige, langlebige und sichere Vorrichtung zur Spannungsstabilisierung zur Verfügung zu stellen und ein verfahren, um damit die auftretenden zu hohen und ggfs. auch zu geringen Spannungen im lokalen Netz auszugleichen. Die Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren gemäß Anspruch 8.The object of the present invention is to provide a low-maintenance, extremely reliable, durable and safe device for voltage stabilization and a method to compensate for the occurring too high and possibly. Too low voltages in the local network. The object is achieved by a device according to claim 1 and a method according to claim 8.

Die erfindungsgemäße Technologie ist gekennzeichnet durch die Verwendung eines Wickelgutes auf einem Steuermagnetkern, der durch einen Steuerstrom teilweise oder ganz in die magnetische Sättigung gebracht wird, in Kombination mit mindestens einer, bevorzugt mit zwei entgegengesetzt durchflossenen Leistungswicklungen, deren magnetischer Kreis zumindest teilweise durch den teilweise gesättigten Steuermagnetkern verläuft.The inventive technology is characterized by the use of a winding material on a control magnetic core, which is brought by a control current partially or completely in the magnetic saturation, in combination with at least one, preferably with two oppositely flowing power windings whose magnetic circuit at least partially by the partially saturated Control magnetic core runs.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 nutzt Wickelgüter 11, 13, 23 aus z.B. Kupfer oder Aluminium, um über Einflüsse des elektromagnetischen Feldes die Netzspannung UN verändern auf die geregelte Spannung UR. Kennzeichnend ist dabei dass am zur Regelung verwendeten Wickelgut 23 ein vom Steuerstrom 34 abhängiger komplexer Spannungsabfall UN-UR auftritt, der mit der Höhe des Steuerstromes 34 und mit der Intensität des Sättigungsfeldes im Kern 43 abfällt. Maximaler Steuerstrom bedeutet also minimalen Spannungsabfall an den Leistungsspulen 11 und 12. Die Vorrichtung erreicht die Veränderung der Spannung also nicht durch veränderte Halbleitereigenschaften sondern durch veränderte elektromagnetische Eigenschaften. Dennoch ist die Vorrichtung kein Transformator, hat also keine Primär- und Sekundärwicklung.The device according to the invention 10 uses winding goods 11 . 13 . 23 For example, from copper or aluminum, to change over the influence of the electromagnetic field, the mains voltage UN to the regulated voltage UR. Characteristic is that on the winding material used for control 23 one from the control current 34 dependent complex voltage drop UN-UR occurs, which coincides with the magnitude of the control current 34 and with the intensity of the saturation field in the nucleus 43 drops. Maximum control current thus means minimal voltage drop across the power coils 11 and 12 , The device does not achieve the change in voltage by changing the semiconductor properties but by changing the electromagnetic properties. Nevertheless, the device is not a transformer, so has no primary and secondary winding.

Die Regeleinheit 30 hat mindestens einen Eingang 31 für die Messspannung UR = 32 gemessen z.B. an Klemme 15. Der Regler wird versorgt mit geeigneter Speisespannung über 35. Über Schnittstelle 37 erhält der Regler den Sollwert 39. Zum Zweck der Smart Grid Steuerung kann die Leitung 38 eine Fernsteuerungsleitung sein.The control unit 30 has at least one entrance 31 for the measuring voltage UR = 32 measured eg at terminal 15 , The controller is supplied with suitable supply voltage 35 , Via interface 37 the controller receives the setpoint 39 , For the purpose of smart grid control, the line 38 be a remote control line.

Der Steuerstrom 34 ist im bevorzugten Fall ein Gleichstrom und erzeugt durch die Wicklung 23 im Steuermagnetkern 43 eine Gleichstrom- Vormagnetisiserung. Höhe des Steuerstromes 34 wird durch einen Regler so eingestellt, dass sich Verbraucherseitig die gewünschte Netzspannung ergibt. Wenn also z.B. Netzseitig UN = 460V anliegen, wird ein so hoher Steuerstrom 34 eingestellt, dass sich verbraucherseitig knapp UR = 400V ergeben, was für Anlagen, die 380V +– 5% benötigen, noch akzeptabel ist.The control current 34 is in the preferred case a direct current and generated by the winding 23 in the control magnetic core 43 a DC premagnetization. Height of the control current 34 is set by a controller in such a way that the desired mains voltage results on the load side. If, for example, UN = 460V are applied to the mains, then such a high control current will occur 34 adjusted that close to UR = 400V on the consumer side, which is still acceptable for systems that require 380V + - 5%.

Dem Regler 30 wird zur Einstellung des Steuerstromes 34 die Höhe der verbraucherseitigen Spannung UR zu Grunde gelegt im Vergleich zum Sollwert 39. Für den Fall dass die Netzspannung zu hoch ist, verringert der Regler den Steuerstrom so lange bis die verbraucherseitige Spannung auf den gewünschten Spannungswert abgesenkt ist. Dabei reduziert sich auch das Sättigungsfeld im Steuermagnetkern. Für den Fall dass die Netzspannung abfällt, erhöht der Regler 30 den Steuerstrom 34 bei Bedarf bis auf den Maximalwert. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der Vorrichtung ein Transformator 60 vorgeschaltet, z.B. ein Spartransformator, mit dem die Netzspannung UN im Fall zu geringer Netzspannung hochtransformiert werden kann. Z.B. um 10 Prozent von UN = 350V auf UT = 385V. Die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 ist diesem Trafo 60 nachgeschaltet und erzeugt daraus einen geregelte Netzspannung von z.B. exakt UR = 380V. Der vorgeschaltete Trafo 60 ist bevorzugt nur dann aktiv, wenn die Netzspannung UN zu gering ist, z.B. wenn große Verbraucher das Netz belasten und dennoch keine der dezentralen Energiequellen aktiv ist, z.B. bei Dunkelheit und gleichzeitiger Windstille. The regulator 30 is used to set the control current 34 the level of the consumer-side voltage UR is used as a basis compared to the setpoint 39 , In the event that the mains voltage is too high, the controller reduces the control current until the load-side voltage is lowered to the desired voltage value. This also reduces the saturation field in the control magnet core. In the event that the mains voltage drops, the controller increases 30 the control current 34 if necessary up to the maximum value. In a particularly preferred embodiment, the device is a transformer 60 upstream, for example, an autotransformer with which the mains voltage UN can be transformed up in the case of low line voltage. For example, by 10 percent of UN = 350V to UT = 385V. The device according to the invention 10 is this transformer 60 downstream and generates from this a regulated mains voltage of eg exact UR = 380V. The upstream transformer 60 is preferably only active when the mains voltage UN is too low, for example, when large consumers load the network and yet none of the decentralized energy sources is active, eg in the dark and simultaneous calm.

Die Aktivierung des vorgeschalteten Trafos 60 kann z.B. vor dem Einschalten großer Verbraucher erfolgen, wenn diese zu wenig Spannung vorfinden würden. Die Deaktivierung des vorgeschalteten Trafos 60 kann erfolgen, wenn die Notwendigkeit der Spannungsanhebung nicht mehr besteht. Dabei besteht aber parallel die Möglichkeit, der nachfolgenden Spannungsabsenkung durch die erfindungsgemäße elektromagnetische Vorrichtung 10.The activation of the upstream transformer 60 For example, it can be done before switching large consumers if they would find too little voltage. The deactivation of the upstream transformer 60 can take place when the need for the voltage boost no longer exists. However, in parallel there is the possibility of the subsequent voltage reduction by the electromagnetic device according to the invention 10 ,

Ausführungsbeispieleembodiments

Im bevorzugten Ausführungsfall besteht die elektromagnetische Regelvorrichtung aus einem mehrteiligen Magnetkern 40 aus geeigneten Kernblechen. Der Magnetkern 40 hat drei Aufnahmebereiche 41, 42, 43 für Wickelgüter (z.B. Kupferspulen). Eine Spule 23, die Steuerspule (S), umschließt den mittleren der Aufnahmebereiche 43 des komplexen Kerns 40 und erzeugt dort ein steuerndes Sättigungsfeld im sogenannten Steuerkern 43. Der eine Aufnahmebereich 41 ist von einer ersten Leistungsspule (L1) 11 umschlossen und der andere Aufnahmebereich 42 von einer zweiten Leistungsspule (L2) 12 im Gegentakt. D.h. z.B. mit der genau gleichen Wicklungsart aber in entgegengesetzter Stromrichtung. Die magnetischen Kreise der beiden Leistungsspulen 11, 12 führen jeweils durch den Steuerkern 43. Durch die veränderliche Sättigung des Steuerkerns 43 verändert sich der elektromagnetische Zustand im Kernmaterial und damit verändert sich auch die Induktivität der Leistungsspulen 11, 12. Die beiden Leistungsspulen werden über Leitung 13 im sogenannten Gegentakt in Serie geschaltet und die Phase der Netzspannung UN wird am Eingang 14 angeschlossen. Bezüglich des Nullleiters 50 liegt dann am Ausgang 15 der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 eine geregelte reduzierte Spannung UR an, wobei die Spannungsreduzierung von der Höhe des Steuerstromes 34 abhängig ist. Die Höhe des Steuerstromes 34 wird z.B. nach Vorgabe eines Sollwerts 39 über einen elektronischen Regler 30, analog oder digital, so eingestellt, dass die gewünschte Spannung UR am Ausgang 15 der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 erzeugt wird. Die Vorrichtung 10 kann je nach Dimensionierung der Magnetspulen 11, 12, 23 und der Magnetkerne 40 für Leistungen von 10kVA, 30kVA, 100kVA oder mehr ausgelegt werden. Die Massen der Wickelgüter und Kerne sind dabei erheblich geringer als die bei vergleichbar wirkenden regelbaren Transformatoren. Sie betragen im Ausführungsbeispiel nur ca. 15% der Masse eines konventionellen regelbaren oder schaltbaren 400V Transformators für die gleiche Verbraucherleistung.In the preferred embodiment, the electromagnetic control device consists of a multi-part magnetic core 40 from suitable core sheets. The magnetic core 40 has three recording areas 41 . 42 . 43 for winding goods (eg copper coils). A coil 23 , the control spool (S), encloses the middle of the reception areas 43 of the complex kernel 40 and generates there a controlling saturation field in the so-called control core 43 , The one receiving area 41 is from a first power coil (L1) 11 enclosed and the other recording area 42 from a second power coil (L2) 12 in push-pull. That is, for example, with the exact same type of winding but in the opposite direction of current. The magnetic circuits of the two power coils 11 . 12 each lead through the control core 43 , Due to the variable saturation of the control core 43 The electromagnetic state in the core material changes, and so does the inductance of the power coils 11 . 12 , The two power coils are via line 13 connected in series in the so-called push-pull and the phase of the mains voltage UN is at the input 14 connected. Regarding the neutral 50 is then at the exit 15 the device according to the invention 10 a regulated reduced voltage UR, wherein the voltage reduction of the height of the control current 34 is dependent. The height of the control current 34 becomes eg after specification of a desired value 39 via an electronic controller 30 , analog or digital, adjusted so that the desired voltage UR at the output 15 the device according to the invention 10 is produced. The device 10 can depending on the dimensions of the solenoid coils 11 . 12 . 23 and the magnetic cores 40 be designed for power of 10kVA, 30kVA, 100kVA or more. The masses of the winding goods and cores are considerably lower than those of comparable controllable transformers. In the exemplary embodiment, they are only about 15% of the mass of a conventional controllable or switchable 400V transformer for the same consumer power.

Ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel benutzt zudem einen langlebigen und wartungsfreien analogen Stromsteller 30, um den Steuerstrom 34 der Steuerwicklung 23 so weit zu erhöhen oder zu reduzieren, bis die gewünschte Spannung am Ausgang erreicht ist. Die Spannungsversorgung 35 des Reglers 30 erfolgt z.B. durch Netzspannung UR oder UN und ein integriertes Netzteil. Das Steuersignal für den Sollwert 39 kommt z.B. drahtlos oder per Kabel 38 zum Empfänger 37.A particularly preferred embodiment also uses a durable and maintenance-free analog power controller 30 to the control current 34 the tax winding 23 increase or reduce until the desired voltage at the output is reached. The power supply 35 of the regulator 30 takes place eg by mains voltage UR or UN and an integrated power supply. The control signal for the setpoint 39 comes eg wirelessly or by cable 38 to the recipient 37 ,

Eine weitere besonders bevorzugte Ausführungsform benutzt alternativ zum analogen Regler einen digitalen PI Regler, um den Steuerstrom 34 für das Sättigungsfeld im Steuermagnetkern 43 so einzustellen, dass am Verbraucher, dem die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 vorgeschaltet ist, genau die gewünschte Spannung UR erreicht ist.Another particularly preferred embodiment uses, as an alternative to the analog controller, a digital PI controller to control the control current 34 for the saturation field in the control magnetic core 43 adjust so that the consumer, the device of the invention 10 upstream, exactly the desired voltage UR is reached.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform benutzt einen Vorschalt- Transformator 60, besonders bevorzugt in Sparwicklung, um zunächst die Netzspannung UN hoch zu transformieren auf UT, z.B. um 10%, um dann die hoch transformierte Spannung UT durch die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 auf einen Spannungswert UR zu regeln, der im besonders bevorzugten Fall höher ist als der ursprüngliche Wert der Netzspannung UN. Another preferred embodiment uses a ballast transformer 60 , particularly preferably in economy winding, in order first to transform the line voltage UN high to UT, for example by 10%, in order to then apply the highly transformed voltage UT through the device according to the invention 10 to regulate to a voltage value UR, which is in a particularly preferred case higher than the original value of the mains voltage UN.

Das Verfahren zur Regelung der zur Verfügung gestellten Spannung umfasst folgende Schritte:

  • a) Aufnahme eines Spannungssignales 32 in den Regler 30, bevorzugt Aufnahme des Spannungs-Signals vom Ausgang 15 der Vorrichtung 10 oder alternativ Spannungssignal direkt vom Verbraucher.
  • b) Falls Spannung 32 dort im Vergleich zum Sollwert 39 zu hoch: Reduzierung des Steuerstroms 34 durch Spule 23 zur Reduzierung der Sättigung im Steuerkern 43, zurück zu a)
  • c) Falls Spannung 32 im Vergleich zum Sollwert 39 zu niedrig: Erhöhung des Steuerstroms 34 zur Erhöhung der Sättigung im Steuermagnetkern 43, zurück zu a)
  • d) Falls Steuerstrom 34 gleich Maximalwert: der Spannungsabfall an Vorrichtung 10 ist minimal. Keine weitere Regelungsfunktion in Vorrichtung 10 möglich. Optional wird Vorschalt-Trafo 60 wird aktiviert.
The method of controlling the voltage provided includes the following steps:
  • a) recording a voltage signal 32 into the regulator 30 , preferably recording the voltage signal from the output 15 the device 10 or alternatively voltage signal directly from the consumer.
  • b) If voltage 32 there compared to the setpoint 39 too high: reduction of the control current 34 through coil 23 to reduce saturation in the control core 43 back to a)
  • c) If voltage 32 compared to the setpoint 39 too low: increasing the control current 34 to increase the saturation in the control magnetic core 43 back to a)
  • d) If control current 34 equal to maximum value: the voltage drop across the device 10 is minimal. No further control function in device 10 possible. Optionally, ballast transformer 60 is activated.

Das besonders bevorzugte Verfahren für die Vorrichtung mit Vorschalt-Trafo umfasst zusätzlich die Schritte:

  • e) Falls Steuerstrom 34 fast maximal oder maximal: Aktivierung des Vorschalt-Trafos 60 und Hochtransformation der Netzspannung UN auf UT
  • f) Nun zurück zu a)
  • g) Erfassung der Netzspannung UN. Falls diese wieder ansteigt: Deaktivierung des Vorschalt-Trafos 60 bei der nächsten Gelegenheit
  • h) Nächste Gelegenheit ist bei stufenlos schaltbaren Trafos 60 sofort, bei nur leistungslos schaltbaren Trafos 60 der nächste leistungslose Fall, z.B. ein einer Arbeitspause des Verbrauchers.
The particularly preferred method for the device with ballast transformer additionally comprises the steps:
  • e) If control current 34 almost maximum or maximum: Activation of the ballast transformer 60 and high transformation of the mains voltage UN to UT
  • f) Now back to a)
  • g) detection of the mains voltage UN. If this increases again: deactivation of the ballast transformer 60 at the next opportunity
  • h) The next opportunity is with continuously variable transformers 60 Immediately, with only powerless switchable transformers 60 the next powerless case, eg a break in the work of the consumer.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010
Elektromagnetische Vorrichtung Electromagnetic device
1111
Leistungswicklung 1 Power winding 1
1212
Leistungswicklung 2 Power winding 2
13 13
Leitungsbrücke L1 L2Cable bridge L1 L2
1414
Spannungseingang netzseitig Voltage input on the mains side
1515
Spannungsausgang verbraucherseitig Voltage output on the consumer side
1616
interner Anschluss Leistungsspule L1 internal connection of power coil L1
1717
interner Anschluss Leistungsspule L2 internal connection power coil L2
2323
Steuerspule S Control coil S
24 24
Masse für Steuerspannung Gleichstrom Ground for control voltage DC
2525
Steuerspannung Gleichstrom eingestellt von SR Regelvorrichtung 30 Control voltage DC adjusted by SR control device 30
3030
Regelvorrichtung für Einstellung des Steuerstroms 34 an Klemme 25 Control device for setting the control current 34 at terminal 25
3131
Anschluss für Messsignal Wechselspannung UR Connection for measuring signal AC voltage UR
3232
Messleitung Spannungsmessung an Klemme 15 Test lead Voltage measurement at terminal 15
3333
Anschluss für Steuerstrom 34 zur elektromagnetischen Vorrichtung Connection for control current 34 to the electromagnetic device
3434
Steuerstrom Gleichstrom für Steuerspule 23 Control current DC for control coil 23
3535
Spannungsversorgung der Regelvorrichtung 30 Power supply of the control device 30
3737
Schnittstelle für Sollwertsignal 39 Interface for setpoint signal 39
3838
Übertragungselement für Sollwertsignal 39 Transmission element for setpoint signal 39
39 39
SollwertvorgabeSetpoint
4040
Magnetkern zusammengesetzt Magnet core assembled
41 41
Aufnahmebereich für L1Recording area for L1
4242
Aufnahmebereich für L2 Recording area for L2
4343
Aufnahmebereich für S und Steuermagnetkern Recording area for S and control magnetic core
50 50
Nullleiterneutral
5151
Referenz Nullleiter für Netzspannung Reference neutral for mains voltage
5252
Referenz Nullleiter für Regelspannung Reference neutral for standard voltage
60 60
Vorschalttransformatorballast transformer

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 60215381 T2 [0004] DE 60215381 T2 [0004]
  • DE 1690597 [0004] DE 1690597 [0004]

Claims (9)

Vorrichtung zur Spannungsregelung insbesondere an Stromnetzen dadurch gekennzeichnet, dass sie folgende Bauteile und Komponenten enthält: a) Elektromagnetische Vorrichtung (10) mit Steuerspule (23) auf Steuermagnetkern (43) zur Erzeugung eines Sättigungsfeldes im Steuermagnetkern (43), b) und mindestens eine Leistungsspule (11, 12) auf einem Leistungsmagnetkern 41, 42 mit magnetischem Kreis, der durch den Steuermagnetkern 43 verläuft, c) und komplexer Magnetkern (40) für die Führung der magnetischen Kreise der Wickelgüter (11, 12) und (23) d) und Vorrichtung (30) zur Einstellung des Steuerstroms (34) durch die Steuerspule (23) abhängig von Sollwert (39) und der gemessenen erzeugten Nutzspannung (32), e) und Anschluss der lokalen Netzspannung (UN) oder der optional vortransformierten Netzspannung (UT) an der Vorrichtung (10), insbesondere am Eingang (14) der Leistungsspule (11) f) Anschluss des Verbrauchers am Spannung (UR) führenden Ausgang (15) der Leistungsspule (12).Device for voltage regulation, in particular on power grids, characterized in that it comprises the following components and components: a) Electromagnetic device ( 10 ) with control coil ( 23 ) on control magnetic core ( 43 ) for generating a saturation field in the control magnetic core ( 43 ), b) and at least one power coil ( 11 . 12 ) on a power magnetic core 41 . 42 with magnetic circuit passing through the control magnet core 43 runs, c) and complex magnetic core ( 40 ) for the guidance of the magnetic circuits of the winding goods ( 11 . 12 ) and ( 23 ) d) and device ( 30 ) for setting the control current ( 34 ) through the control coil ( 23 ) depending on setpoint ( 39 ) and the measured generated useful voltage ( 32 ), e) and connection of the local mains voltage (UN) or the optionally pre-transformed mains voltage (UT) to the device ( 10 ), in particular at the entrance ( 14 ) of the power coil ( 11 ) f) Connection of the consumer to the voltage (UR) leading output ( 15 ) of the power coil ( 12 ). Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Regelung (30) den Sollwert (39) benutzt und das Spannungssignal (32) und den Steuerstrom (34) so hoch einstellt, dass am Spannungs-Mess-Signal (32) möglichst die gewünschte Spannung (UR) anliegt, insbesondere indem die Steuerstromstärke (34) reduziert wird wenn die gemessene Spannung (32) höher ist als der Sollwert (39).Device according to claim 1, characterized in that regulation ( 30 ) the setpoint ( 39 ) and the voltage signal ( 32 ) and the control current ( 34 ) so high that the voltage measurement signal ( 32 ) as far as possible the desired voltage (UR), in particular by the control current ( 34 ) is reduced when the measured voltage ( 32 ) is higher than the setpoint ( 39 ). Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass je Phase des Stromnetzes paarweise Leistungsspulen (11) und (12) in elektromagnetischer Gegentaktschaltung verwendet werden, insbesondere gleiche Wicklungszahlen, gleiche Wicklungsgeometrie aber entgegengesetzte Stromrichtung und Induktion.Device according to one of the preceding claims, characterized in that in each phase of the power network, pairs of power coils ( 11 ) and ( 12 ) are used in electromagnetic push-pull circuit, in particular the same number of turns, same winding geometry but opposite current direction and induction. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein gemeinsamer zusammen gesetzter Magnetkern (40) verwendet wird, mit den Aufnahmebereichen (41, 42) und (43) für die Leistungsspulen (11) und (12) sowie für die Steuerspule (23), wobei die Steuerspule (23) im Aufnahmebereich (43) zwischen den beiden Aufnahmebereichen (41) und (42) der Leistungsspulen (L1, L2) angebracht ist, insbesondere im mittleren der drei Schenkel des Magnetkerns (40).Device according to one of the preceding claims, characterized in that a common magnetic core ( 40 ) is used with the recording areas ( 41 . 42 ) and ( 43 ) for the power coils ( 11 ) and ( 12 ) as well as for the control coil ( 23 ), whereby the control coil ( 23 ) in the reception area ( 43 ) between the two recording areas ( 41 ) and ( 42 ) of the power coils (L1, L2) is mounted, in particular in the middle of the three legs of the magnetic core ( 40 ). Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese eine Kombination mit einem Regler (30) zur Spannungs-Regelung an einer einphasigen Netzleitung bildet, wobei der Sollwert (39) nach den Ansprüchen des Verbrauchers oder des Netzes vorgegeben wird (Smart Grid).Device according to one of the preceding claims, characterized in that it has a combination with a regulator ( 30 ) for voltage regulation on a single-phase power line, the setpoint ( 39 ) according to the requirements of the consumer or the network (Smart Grid). Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass drei paarweise Kombinationen aus je einer elektromagnetischen Vorrichtung (10.1, 10.2, 10.3) mit Regelvorrichtungen (30.1, 30.2, 30.3) zur Spannungs-Regelung an einer dreiphasigen Netzleitung vorgesehen sind, wobei der jeweilige Sollwert der drei Phasen (39.1, 39.2, 39.3) nach den Ansprüchen des Verbrauchers oder des Netzes vorgegeben wird, insbesondere im Sinne einer Smart Grid Regelung.Device according to one of the preceding claims, characterized in that three pairwise combinations of one electromagnetic device each ( 10.1 . 10.2 . 10.3 ) with regulating devices ( 30.1 . 30.2 . 30.3 ) are provided for voltage regulation on a three-phase power line, wherein the respective desired value of the three phases ( 39.1 . 39.2 . 39.3 ) according to the requirements of the consumer or the network, in particular in the sense of a smart grid regulation. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese kombiniert ist mit mindestens einem vor- geschalteten Transformator (60), insbesondere Spartransformator, der die Netzspannung (UN) elektromagnetisch transformiert auf (UT), insbesondere anhebt, insbesondere um etwa 5 bis 10 Prozent.Device according to one of the preceding claims, characterized in that it is combined with at least one upstream transformer ( 60 ), in particular autotransformer, which electromagnetically transforms the mains voltage (UN) to (UT), in particular raises, in particular by about 5 to 10 percent. Verfahren zur Regelung einer Netzspannung an einem Wechselspannungsnetz für Verbraucher, wobei folgende Schritte ausgeführt werden: a) Erfassen der Wechselspannung (32), insbesondere am Netzausgang (15) oder direkt am Verbraucher durch die Regelvorrichtung (30) b) Vergleichen der erfassten Spannung (32) mit einem Sollwert (39) c) Einstellung eines Steuerstroms (34), insbesondere Gleichstrom, für eine Steuerspule (23) als Teil einer Vorrichtung (10) gemäß Ansprüchen 1 bis 7 durch Verringerung des Steuerstroms (34), wenn die gemessene Spannung (32) zu hoch ist und Erhöhung des Steuerstroms (34), wenn die gemessene Spannung zu gering ist. d) optional Zuschalten eines Vorschalttransformators (60) für den Fall dass die Steuerspannung (34) bereits sehr weit oder ganz auf den Maximalwert angehoben ist.Method for regulating a mains voltage on an AC voltage network for consumers, the following steps being carried out: a) detecting the AC voltage ( 32 ), especially at the network output ( 15 ) or directly at the consumer by the control device ( 30 ) b) comparing the detected voltage ( 32 ) with a setpoint ( 39 ) c) setting a control current ( 34 ), in particular direct current, for a control coil ( 23 ) as part of a device ( 10 ) according to claims 1 to 7 by reducing the control current ( 34 ), when the measured voltage ( 32 ) is too high and increasing the control current ( 34 ) if the measured voltage is too low. d) optional connection of a ballast transformer ( 60 ) in the event that the control voltage ( 34 ) is already raised very far or completely to the maximum value. Verfahren gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Sollwert (39) für die Regelvorrichtung (30) durch eine Smart Grid Technologie dynamisch und zeitlich veränderlich vorgegeben wird und der Steuerstrom (34) entsprechend variiert wird und die elektromagnetische Vorrichtung (10) einen entsprechenden komplexen Spannungsabfall erzeugt, so dass der Sollwert soweit wie innerhalb der Regelgrenzen möglich erreicht wird.Method according to claim 8, characterized in that the nominal value ( 39 ) for the regulating device ( 30 ) is given dynamically and temporally variable by a smart grid technology and the control current ( 34 ) is varied accordingly and the electromagnetic device ( 10 ) generates a corresponding complex voltage drop, so that the setpoint is reached as far as possible within the control limits.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20210407731A1 (en) * 2018-11-26 2021-12-30 Siemens Energy Global GmbH & Co. KG Magnetically controllable choke coil having central connection

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1690597A1 (en) 1967-04-15 1971-06-03 Messer Griesheim Gmbh Device for adjusting a direct current, in particular the control current of a transducer for welding current sources
DE60215381T2 (en) 2001-11-21 2007-08-23 Magtech A/S CONTROLLABLE TRANSFORMER

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE610832C (en) * 1932-05-15 1935-03-18 Siemens Schuckertwerke Akt Ges Arrangement for keeping the voltage constant in alternating current circuits
US2287754A (en) * 1938-11-30 1942-06-23 Siemens App Und Maschinen Gmbh Power amplifier
BE503590A (en) * 1946-09-30
US2885627A (en) * 1954-06-10 1959-05-05 Varo Mfg Co Inc Voltage regulating device
US3466531A (en) * 1968-05-27 1969-09-09 Chu Quon Chin Magnetic voltage control apparatus

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1690597A1 (en) 1967-04-15 1971-06-03 Messer Griesheim Gmbh Device for adjusting a direct current, in particular the control current of a transducer for welding current sources
DE60215381T2 (en) 2001-11-21 2007-08-23 Magtech A/S CONTROLLABLE TRANSFORMER

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20210407731A1 (en) * 2018-11-26 2021-12-30 Siemens Energy Global GmbH & Co. KG Magnetically controllable choke coil having central connection

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