DE1173577B

DE1173577B - Magnetverstaerkeranordnung

Info

Publication number: DE1173577B
Application number: DEW27894A
Authority: DE
Inventors: John F Reuther; James T Carleton
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1959-06-25
Filing date: 1960-05-21
Publication date: 1964-07-09

Description

Magnetverstärkeranordnung Die Erfindung bezieht sich auf eine Magnetverstärkeranordnung, die insbesondere zur Regelung von Generatoren vorteilhaft anwendbar ist.
Eine Aufgabe der Regelungstechnik besteht häufig darin, eine Regelgröße abhängig von mehreren Steuergrößen zu beeinflussen. In vielen Anwendungsfällen, z. B. bei der Regelung von Generatoren, soll aber die von dem Regler gelieferte Ausgangsgröße nur von der jeweils größten (oder auch kleinsten) von zwei oder mehreren Steuergrößen abhängen. Hierzu werden sogenannte Diskriminator- oder Abwägeschaltungen verwendet. Bei den bisher gebräuchlichen Anordnungen dieser Art wurde meist ein Vergleich der relativen Größe der Spannungen der beiden Steuersignale durchgeführt. Diese Methode hat jedoch gewisse Nachteile. Zum Beispiel kann die Differenz zwischen den Steuerspannungen so groß sein, daß es notwendig wird, die eine der beiden Signalspannungen vor dem Vergleich zu verstärken. Neben dem dadurch bedingten zusätzlichen Aufwand wird bei einer solchen Anordnung vor allem die Stabilität der gesamten Steuer- und Regelanordnung beeinträchtigt.
Die gestellte Aufgabe läßt sich im Rahmen der Erfindung besonders vorteilhaft lösen, wenn in dem Regel- oder Steuerkreis eine Magnetverstärkeranordnung zur Erzeugung einer Steuerdurchflutung, deren Wert immer nur der größeren (bzw. kleineren) von zwei Steuergrößen proportional ist, vorgesehen ist.
Erfindungsgemäß sind bei einer solchen Anordnung die den beiden Steuergrößen zugeordneten Steuerwicklungen mit den Steuerspannungsquellen in Serie geschaltet und eine oder zwei zusätzliche Steuerwicklungen vorgesehen, die über eine Gleichrichterventilanordnung zwischen dem Verbindungspunkt der Steuerspannungsquellen und dem Verbindungspunkt der beiden erstgenannten Steuerwicklungen angeschlossen sind.
Einzelheiten der Erfindung werden an Hand der Zeichnungen beschrieben.
Als Anwendungsbeispiel wird eine Generatorregelanordnung beschrieben, bei der eine der Ausgangsspannung proportionale Größe die Funktion der einen Signalspannung und eine zweite, der abgegebenen Leistung proportionale Größe die Funktion einer zweiten Signalspannung übernimmt.
F i g. 1 zeigt ein einfaches Ausführungsbeispiel der Erfindung; in F i g. 2 wird eine weitere Möglichkeit der Verdrahtung der Steuerwicklungen gezeigt; F i g. 3 zeigt das vollständige Schaltbild eines geregelten Synchrongenerators; in F i g. 4 ist die Arbeitskennlinie des in F i g. 3 verwendeten Magnetverstärkers aufgetragen.
Der in F i g. 1 gezeigte Diskriminator- und Verstärkerstromkreis besteht aus einem Magnetverstärker 60 in Doublerschaltung. Der Magnetverstärker besteht aus zwei Transduktordrosseln mit den Kernen 124 und 126. Die Arbeitswicklungen 32 und 34 der beiden Drosseln sind mit Selbstsättigungsventilen 62 und 64 zu einer Doublerschaltung vereinigt, die über einen Transformator 70 mit den Wicklungen 82 und 84 aus einer Wechselspannungsquelle 36 gespeist wird, und an die über eine Gleichrichterbrückenschaltung 92 ein Gleichstromverbraucher 100 angeschlossen ist. Jeder der beiden Drosseln besitzt eine erste Steuerwicklung 46 bzw. 48 und ein zweite Steuerwicklung 56 bzw. 58. Diese beiden Steuerwicklungen der beiden Drosseln sind mit zwei Steuerspannungsquellen 40 und 50 zu folgendem Kreiszusammengeschaltet: Steuerspannungsquelle40, Klemme 42, Wicklung 46 des Kerns 124, Wicklung 48 des Kerns 126, Klemme 101 der Gleichrichterbrücke 96, zweite Steuerwicklung 56 des Kerns 124, zweite Steuerwicklung 58 des Kerns 126, Steuerspannungsquelle 50, Klemmen 52 und 54, Klemme 103 der Gleichrichterbrücke 96 und erste Spannungsquelle 40, Klemme 44.
Auf jeden der beiden Kerne 124 bzw. 126 ist noch eine dritte Steuerwicklung 72 bzw. 74 angeordnet. Auch diese beiden Wicklungen sind in Serie geschaltet und über ein Siebglied, bestehend aus dem Widerstand 88, an die beiden Gleichstromklemmen 105 und 107 der Gleichrichterbrücke 96 angeschlossen, die durch einen Kondensator 94 überbrückt ist. Die Steuerwicklungen 72, 74 sind in der Weise in Serie geschaltet, daß die durch die hervorgerufene Durchflutung bei der eingezeichneten Richtung der Ströme Il, 1, und l) die von den Arbeitswicklungen hervorgerufene Magnetisierung unterstützt. Durch den Widerstand 88 wird verhindert, daß die Serienschaltung der Steuerwicklungen 72 und 74 durch die Gleichrichteranordnung 96 kurzgeschlossen wird. Er dient somit zur Verbesserung der Ansprechgeschwindigkeit der Magnetverstärkeranordnung. Der zu den Ausgangsklemmen 105 und 107 des Gleichrichters 96 parallel geschaltete Kondensator 94 dient zur Verminderung der Oberwellen, die in der dritten Steuerwicklung 72 und 74 erzeugt werden. Auf den beiden Kernen 124 bzw. 126 ist ferner je eine Vormagnetisierungswicklung 76 bzw. 78 angeordnet. Diese Wicklungen sind über einen Einstellwiderstand 86 an eine Gleichstromquelle konstanter Spannung (Leiter 102 und 104) angeschlossen. Die durch diese beiden Wicklungen 76, 78 hervorgerufene Durchflutung in den beiden Kernen wirkt der von den Arbeitswicklungen 32, 34 hervorgerufenen Durchflutung entgegen.
Als positive Richtung für die Steuergröße, die einer der drei Wicklungen zugeführt wird, wird diejenige definiert, die in den entsprechenden Kernen eine Durchflutung hervorruft, die die von den Arbeitswicklungen verursachte Durchflutung unterstützt, die also den magnetischen Arbeitspunkt der Kerne in Richtung auf die Sättigung zu verschieben trachtet und damit die Größe des Ausgangssignals des Magnetverstärkers vergrößert. Nach dieser Voraussetzung sind also die eingezeichneten Richtungen der Ströme Il und l", die die durch die Pfeile anaedeuteten Magnetisierungen hervorrufen, also positiv zu bezeichnen.
Wenn z. B. unter Voraussetzung der eingezeichneten positiven Stromrichtung der Strom Il größer als der Strom I., ist, dann fließt der Differenzstrom I ,o = Il - 1z in der eingezeichneten Richtung von der oberen Klemme 101 des Gleichrichters 96 durch einen der Gleichrichter dieser Brücke zur Klemme 105, dann durch die zusätzliche Steuerwicklung 72 und 74 zur Klemme 107 der Gleichrichteranordnung 96 und von da über einen anderen dieser Gleichrichterarme zur Klemme 103. Vorausgesetzt, daß die Windungszahl aller Steuerwicklungen des Magnetverstärkers 60 im wesentlichen gleich N ist, dann errechnet sich die resultierende Amperewindungszahl zu NI, 4-Nh=N(Il-1")=2NIl. (1) Wie Gleichung (1) zeigt, ist also unter den obigen Voraussetzungen die gesamte wirksame Steuerdurchflutung nur von dem Strom Il abhängig, der ja voraussetzungsgemäß größer als l., angenommen wurde.
Geht man von den gleichen- Voraussetzungen wie oben aus, nimmt aber an, daß nunmehr 1_ größer als Il sein soll, dann fließt ein Differenzstrom 1,) =1_, - Il von der unteren Klemme 103 des Gleichrichters 96 durch einen der Gleichrichterzweige zur Klemme 105, von da durch die zusätzliche Steuerwicklung 72 und 74 zur Klemme 107 des Gleichrichters 96 und durch einen Zweig dieses Gleichrichters zur Klemme 101 der Gleichrichteranordnung 96. Man erkennt also, daß infolge der Wirkung der Gleichrichterbrücke 96 der Differenzstrom lD, unabhängig von dem Größenverhältnis der beiden Steuerströme Il und l." die zusätzliche Steuerwicklung 72 und 74 stets in der gleichen Richtung durchfließt, während der Wert des Stromes l,, dem Betrag der Differenz zwischen h und 1_, entspricht. In diesem Fall berechnet sich die in den Kernen des Magnetverstärkers 60 wirksame Gesamtdurchflutung nach der Gleichung: Nil +NL,+NIl)=2N7_. (2) Wie man dieser Gleichung entnehmen kann, ist jetzt die wirksame Gesamtdurchflutung dem Steuerstrom I_, proportional, der ja hier voraussetzungsgemäß größer als l1 angenommen wurde.
Zusammenfassend gilt also, daß die Ausgangsgröße des Magnetverstärkers 60 stets abhängig ist von dem algebraisch größeren der beiden Steuerströme 1 und 2. Die Arbeitsweise des in F i g. 1 gezeigten Kreises wird auch dann nicht verändert, wenn einer der Steuerströme oder beide in einer Richtung fließen, die der eingezeichneten entgegengesetzt ist. Wenn nur einer der beiden Steuerströme in bezug auf die definierte Stromrichtung negativ wird, dann ändert sich die Ausgangsgröße des Magnetverstärkers 60 abhängig von dem anderen positiven Steuersignal. Wenn beide Signale negativ werden, dann ändert sich die Ausgangsgröße in Abhängigkeit von derjenigen der beiden Steuergrößen, die algebraisch größer, d. h. dem Betrag nach kleiner ist. Durch die Art und Weise der Verkettung der dritten Steuerwicklungen 72 und 74 mit den zugehörigen Kernen 1.24 und 126 läßt sich der Magnetverstärker 60 in besonderen Anwendungsfällen entsprechend anders ausführen, so z. B. daß die Ausgangsgröße dieses Magnetverstärkers immer von dem algebraisch kleineren der beiden Eingangssignale abhängig ist.
In F i g. 2 ist eine weitere Ausführungsmöglichkeit des in F i g. 1 verwendeten Magnetverstärkers gezeigt. Auf den beiden Eisenkernen 124 und 126 sind jeweils zwei zusätzliche Steuerwicklungen 156, 158 und 166, 168 gezeigt. Diese beiden Wicklungen übernehmen die Funktion der zusätzlichen Steuerwicklung 72, 74 des in F i g. 1 gezeigten Magnetverstärkers, die in diesem Ausführungsbeispiel wegfällt. Im einzelnen sind folgende zwei Stromkreise zu beachten: Von Klemme 101 der Gleichrichterbrücke 96 nach F i g. 1 führt der Kreis über einen Gleichrichter 196, die in Serie geschalteten Wicklungen 166 und 168 über einen Widerstand 186 zu der Klemme 103. Ein zweiter Stromkreis führt von der Klemme 101 über den entgegengesetzt gepolten Gleichrichter 198, die Wicklung 156, 158 über Widerstand 188 ebenfalls zur Klemme 103. Der Vorteil dieser abgeänderten Schaltungsanordnung gegenüber der in F i g. 1 gezeigten besteht in der Einsparung von Gleichrichtern. Dagegen ist eine weitere zusätzliche Steuerwicklung erforderlich. Die Funktions- und Arbeitsweise unterscheidet sich von der im Zusammenhang mit F i g. 1 beschriebenen lediglich dadurch, daß je nach Vorzeichen des Differenzstromes entweder die eine oder die andere der beiden zusätzlichen Steuerwicklungen vom Differenzstrom durchflossen wird, während bei dem in F i g. 1 gezeigten Magnetverstärker dank der Funktionsweise der Brückenschaltung in jedem Fall die zusätzliche Steuerwirklung unabhängig von dem Vorzeichen der Stromdifferenz in gleicher Richtung durchflossen wurde. Die Funktions- Beschreibung für die Schaltung nach F i g. 1 gilt in allen Einzelheiten auch für eine Ausführungsform des Magnetverstärkers, wie sie in F i g. 2 dargestellt wird. Die vollständige Schaltung erhält man dann, wenn in F i g. 1 die Gleichrichterbrücke 96, das Glättungsglied, bestehend aus Kondensator 94 und Widerstand 88, sowie die Steuerwicklung 72, 74 weggelassen werden und dieser Steuerstromkreis für den Differenzstrom ersetzt wird durch die in F i g. 2 gezeigte Schaltung.
In F i g. 3 wird ein Anwendungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Es handelt sich dort um eine Anordnung zur Regelung der Klemmenspannung eines Synchrongenerators 210. Dieser Generator besitzt eine Feldwicklung 212, die von einer Erregermaschine 220 gespeist wird. Die Ausgangsklemmen 215, 217 und 219 des Generators sind mit Ausgangsleitern 214, 216 und 218 verbunden. Der Synchrongenerator ist beispielsweise als Drehstromgenerator ausgeführt. Die erwähnte Erregermaschine 220 besteht aus einem Anker 222, einer Selbsterregerwicklung 224 und zwei weiteren Erregerwicklungen 226 und 228, von denen die eine, 226, im Sinne einer Schwächung, die andere, 228, im Sinne einer Unterstützung des durch die Selbsterregerwicklung 224 hervorgerufenen Erregerflusses wirken. Diese beiden Wicklungen werden, wie im folgenden beschrieben, von der Regleranordnung gespeist. Um die Ausgangsspannung des Generators 210 auf einen vorbestimmten Wert zu halten, ist ein geschlossener Reglerkreis 230 vorgesehen, der ein Fehleranzeigesystem 350 enthält, mit dessen Hilfe ein Signal gewonnen wird, dessen Größe proportional zur Abweichung der Ausgangsklemmenspannung des Generators von dem vorgegebenen gewünschten Wert ist. Ferner ist ein Regelgerät 240 mit Magnetverstärkern in Gegentaktanordnung vorgesehen, das zwischen die Ausgangsklemmen des Generators und die beiden zusätzlichen Erregerwicklungen 226 und 228 der Erregermaschine 220 geschaltet ist.
Ein weiterer Kreis 310 dient der Aufrechterhaltung einer Mindesterregung des Generators. Er ist ebenfalls an den Ausgang des Generators 210 angeschlossen und liefert ein Signal, das von dem Abstand von der Stabilitätsgrenze des Generators abhängt. Das Ausgangssignal dieses Begrenzungsstromkreises arbeitet ebenfalls mit dem Gegentaktmagnetverstärker 240 des Reglers 230 zusammen und soll ein Außertrittfallen des Generators 210 bei bestimmten Arbeitsverhältnissen verhindern. Die eben bsechriebenen Stromkreise 350 und 310 sind über ihre Ausgangsklemmen 347, 346 bzw. 367, 365 und die Steuerwicklungen 320, 318, 316, 314 sowie 336, 334, 332 und 330 in Reihe geschaltet. An diesen Kreis ist zwischen der Klemme 346 und der Verbindung der Wicklungen 314 und 336 die Wechselstromseite eines Gleichrichters 362 angeschlossen, an dessen Gleichstromseite der Steuerwicklungssatz 302, 304, 306 und 308 in Hintereinanderschaltung liegt. Auf diese Weise wird der Gegentaktmagnetverstärker 240 bzw. das Reglersystem 230 von der Summen-bzw. Differenzspannung in der Weise beeinfiußt, daß jeweils nur der algebraisch höhere oder auch niedere (bei entsprechender Umpolung der Gleichrichter) Wert der von den Kreisen 350 bzw. 310 gegebenen Signale wirksam wird.
Zunächst soll die Arbeitsweise des Stromkreises 350 beschrieben werden, der ein Ausgangssignal liefert, dessen Größe proportional zur Abweichung der Generatorgrenzspannung von ihrem Sollwert ist. Dieser Stromkreis 350 besteht aus einem Dreiphasenvollweggleichrichter 326 und einer Gleichspannungsquelle 315, deren Spannung im wesentlichen konstant ist. Der Gleichrichter 326 liegt an den Sekundärwicklungen 324 der Transformatoren 323, deren Primärwicklung 322 über die Leitungen 214,216 und 218 mit den Klemmen des Generators 210 verbunden sind. Die Ausgangsspannung des Gleichrichters 326 wird über eine Siebkette, bestehend aus der Drossel 396 und der Querkapazität 398, geglättet. Es ergibt sich so eine Gleichspannung, die sich in ihrer Größe mit der Ausgangsspannung des Generators 210 ändert. Ein verhältnismäßig hochohmiger Widerstand 344 ist zwischen die Klemme 345 und die Klemme 347 geschaltet. Als Vergleichsspannungsquelle dient die Batterie 315, die über einen hochohmigen Widerstand 354 zwischen die Klemmen 347 und 346 angeschlossen ist. Das an den Ausgangsklemmen 347 und 346 des Stromkreises 350 abgegebene Signal entspricht der Differenz zwischen den Ausgangssignalen des Vollweggleichrichters 326 und der Vergleichsspannung 315 und ist somit ein Maß für die Abweichung der Ausgangsspannung des Generators 210 von dem gewünschten vorbestimmten Wert. Die Richtung des an den Ausgangsklemmen 346 und 347 abgegebenen Signals hängt davon ab, ob die von dem Gleichrichter 326 gelieferte Spannung größer oder kleiner als die Vergleichsspannung der Bezugsquelle 315 ist.
Wie der F i g. 3 zu entnehmen ist, besteht der Gegentaktmagnetverstärker 240 aus zwei Magnetverstärkeranordnungen 242 und 244, von denen wiederum jede aus zwei Transduktordrosseln mit den Kernen 250, 252 bzw. 254 und 256 besteht. Jeder der beiden Magnetverstärker 242, 244 entspricht der in der F i g. 1 gezeigten Anordnung des Magnetverstärkers 60. In dem gezeigten Beispiel sind die Magnetverstärker in Doublerschaltung verwendet. Die Arbeitswicklungen der beiden jedem Magnetverstärker zugeordneten Transduktordrosseln sind über Selbstsättigungsventile, z. B. 266, 268, parallel geschaltet. Das gleiche gilt für die Magnetverstärkeranordnung 244, bei der die Arbeitswicklungen 262 und 264 über die Ventile 270 und 272 parallel geschaltet sind. Beide Magnetverstärkeranordnungen werden bei dieser Ausführung über einen Transformator 274 mit der Primärwicklung 276 und zwei Sekundärwicklungen 278 und 280 vom Generator 210, also mit einer der Ausgangsspannung des Generators verhältnisgleichen Spannung gespeist. Der Magnetverstärker 242 speist über einen Gleichrichter 282 eine zusätzliche Erregerwicklung 228 der Erregermaschine 220 im feldverstärkenden Sinn, der Magnetverstärker 244 über den Gleichrichter 282 eine dritte Erregerwicklung 226 im feldschwächenden Sinn. Hierbei dienen veränderliche Widerstände 286 bzw. 287 zur genauen Einstellung im Sinne einer Abstimmung der Gesamtverstärkung.
Um die beiden Magnetverstärkereinheiten 242 und 244 in bestimmter Weise vormagnetisieren zu können, sind Wicklungen 290, 292, 294 und 296 auf den entsprechenden Magnetkernen 250, 252, 254 und 256 angeordnet. Diese Wicklungen sind alle in Serie geschaltet und werden über einen einstellbaren Widerstand aus einem Gleichspannungsnetz, bestehend aus den Leitern 296 und 298, gespeist. Der Wicklungssinn dieser hintereinandergeschalteten Vormagnetisierungswicklungen ist so gewählt, daß ein durch sie hind=urchfließender Strom in den entsprechenden Magnetkernen eine Durchflutung hervorruft, die der durch den Stromfluß durch die jeweilige Arbeitswicklung hervorgerufenen Magnetisierung entgegenwirkt (vgl. die eingezeichneten Zählpfeile). Um die Ausgangsgröße der Magnetverstärkeranordnung 240 abhängig von dem von dem Stromkreis 350 gelieferten Signal zu machen, sind alle Transduktordrosseln mit einem ersten Satz von Steuerwicklungen 330, 332, 334 und 336 versehen. Diese Steuerwicklungen sind in Serie geschaltet und einerseits an die Klemme 347 der Anordnung 350, andererseits an die obere Klemme des Gleichrichters 362 angeschlossen. Die untere Klemme der Gleichrichteranordnung 362 ist mit der anderen Ausgangsklemme 346 der Schaltungsanordnung 350 verbunden. Die Steuerwicklungen 330, 332, 334 und 336 sind so angeordnet bzw. so hintereinandergeschaltet, daß ein durch sie hindurchfließender Strom in den entsprechenden Transduktorkernen eine Magnetisierung hervorruft, die entweder die von den Arbeitswicklungen hervorgerufene Kernmagnetisierung unterstützt oder auch schwächt, je nachdem, ob die Ausgangsspannung des Gleichrichters 326 kleiner oder größer als die Spannung der Vergleichsspannungsquelle 315 ist. Wenn z. B. das Ausgangssignal des Vollweggleichrichters 326, das ja ein Maß für die Ausgangsspannung des Generators 210 ist, größer als die Bezugsspannung der Quelle 315 ist, dann erzeugen die erwähnten Steuerwicklungen eine Magnetisierung, deren Richtung in F i g. 3 durch die vollausgezogenen Pfeile angegeben ist. Ist dagegen das von den Gleichrichtern 326 gelieferte Ausgangssignal kleiner als das Signal der Bezugsquelle 315, dann erzeugen die erwähnten Steuerwicklungen eine Magnetisierung in den ihnen zugeordneten Transduktorkernen, die durch den gestrichelt angedeuteten Pfeil in F i g. 3 angegeben ist.
In F i g. 3 ist mit 310 die Begrenzerstromkreisanordnung bezeichnet. Sie dient - wie bereits erwähnt - zur Aufrechterhaltung einer Mindesterregung. Sie soll im folgenden kurz beschrieben werden. Zwei Trenntransformatoren 370 und 380 sind mit ihren Primärwicklungen 372 und 382 zueinander parallel an die Sekundärwicklungen 324 der Transformatoren 323 angeschlossen. An ihren Sekundärwicklungen 374 und 384 entsteht somit gleichfalls eine Spannung, die der Generatorspannung direkt proportional ist. Die Transformatoren sind dabei so ausgelegt, daß die dem Gleichrichter 394 zugeführte Spannung größer ist als die, die vom Transformator 380 über einen Widerstand 392 dem zweiten Gleichrichter 396 zugeführt wird. Der erwähnte Widerstand 392, der zweckmäßigerweise regelbar ausgeführt ist, wird gleichzeitig von einem Stromwandler 342 gespeist. Es entsteht somit an ihm eine Spannung, die der Strombelastung des Generators, insbesondere der Phase 217 proportional ist. An den Eingangsklemmen des Gleichrichters 396 wird demnach eine Spannung wirksam, die der Vektorsumme der Spannungen an der Sekundärwicklung 384 des Transformators 380 und der Spannung an dem Widerstand 392 proportional ist. Die von den beiden Gleichrichtern 394 und 396 gelieferten Gleichspannungen werden in der Weise an einen mit einem Abgriff versehenen Widerstand 368 angeschaltet, daß die Pluspole dieser beiden Spannungen mit den beiden äußeren Klemmen des Widerstandes und die beiden Minuspole mit dem Abgriff dieses Widerstandes verbunden sind. Dementsprechend wird an den Widerstand 368, der aus den beiden Hälften 368A und 368B besteht, die Differenz der von den beiden Gleichrichtern gelieferten Gleichspannungen wirksam. Diese Differenzspannung wird dann durch ein aus einer Drossel 366 und einem Querkondensator 364 bestehendes Siebglied geglättet, und den Ausgangsklemmen 365 und 346 des Begrenzerstromkreises 310 zugeführt.
Die Anordnung 310 arbeitet wie folgt mit der gesamten Regelanlage zusammen: Um in besonderen Arbeitsbedingungen die Ausgangsgröße des Verstärkers 240 auch abhängig zu machen von dem Signal, das die Begrenzeranordnung 310 liefert, sind auf den Transduktorkernen weitere Steuerwicklungen 314, 316, 318 und 320 angeordnet. Auch diese Steuerwicklungen sind in Serie geschaltet und einerseits über einen hochohnligen Widerstand 352 an die Klemme 365, andererseits an die obere Klemme der Gleichrichteranordnung 362 angeschlossen. Die untere Klemme dieser Gleichrichteranordnung 362, die mit der Klemme 346 des Stromkreises 350 verbunden ist, ist ebenfalls mit der zweiten Ausgangsklemme 367 des Begrenzerstromkreises 310 verbunden. Die erwähnten Steuerwicklungen zweiter Art 314, 316, 318 und 320 sind ebenfalls auf den ihnen zugeordneten Kernen 250, 252, 254 und 256 so angeordnet, daß die von ihnen hervorgerufene Magnetisierung in den entsprechenden Magnetkernen entweder die von den entsprechenden Arbeitswicklungen hervorgerufene Magnetisierung schwächt oder unterstützt, je nachdem, welches Vorzeichen die von dem Begrenzerstromkreis 310 gelieferte Signalspannung an den Klemmen 365 und 367 besitzt.
Entsprechend der Erfindung soll die von den Magnetverstärkern gelieferte Ausgangsgröße jeweils nur von dem algebraisch größeren oder - je nach Wunsch - auch von dem algebraisch kleineren der von den beiden Stromkreisen 350 und 310 gelieferten Signale abhängen. Diesem Zweck dienen die dritten Steuerwicklungen 330, 332, 334 und 336, die auf jedem der Transduktoren vorgesehen sind. Während die Steuerwicklungen erster und zweiter Art 330, 332, 334, 336, 314, 316, 318, 320 über einen Widerstand 352 zwischen die Klemmen 347 und 365 angeschlossen sind, sind die in Serie geschalteten Steuerwicklungen dritter Art 302, 304, 306 und 308 über einen Widerstand 356 an die beiden noch freien Klemmen des Gleichrichters 362 angeschlossen. Der in diesen Steuerwicklungen dritter Art im Betriebszustand fließende Strom ist stets gleich der Differenz zwischen den beiden Signalströmen, die von der Regleranordnung 350 und von der Begrenzeranordnung 310 geliefert werden. Die Größe dieses Differenzstromes ändert sich mit der Differenz dieser beiden Spannungen. Es ist jedoch nur der absolute Betrag der Differenz maßgebend, d. h., die Stromrichtung des Differenzstromes ist immer dieselbe, unabhängig davon, welche von diesen beiden Signalspannungen jeweils größer ist. Demgegenüber ist die Stromrichtung des in den Steuerwicklungen erster und zweiter Art fließenden Stromes auch von dem Vorzeichen der von den Anordnungen 350 und 310 gelieferten Signale abhängig (wie dies die in F i g. 3 eingezeichneten Pfeile andeuten sollen). Die Steuerwicklungen dritter Art sind auf den beiden Magnetverstärkereinheiten in der Weise angeordnet, daß die beiden Wicklungen 302 und 304 der Magnetverstärkereinheit 242 in den ihnen zugeordneten Kernen 250 und 252 eine Magnetisierung hervorrufen, die die von den entsprechenden Arbeitswicklungen 258 und 260 hervorgerufene Magnetisierung unterstützt. Die beiden anderen, dem zweiten Magnetverstärker 244 zugeordneten Wicklungen 306, 308 dagegen rufen in den ihnen zugeordneten Transduktorkernen 254 und 256 eine Magnetisierung hervor, die der von den entsprechenden Arbeitswicklungen 262 und 264 hervorgerufenen Durchflutung entgegenwirkt.
Durch die beschriebene Schaltungsanordnung wird erreicht, daß die gesamte von den beiden Erregerwicklungen 226 und 228 erzeugte Felderregung jeweils nur von der größeren oder auch von der kleineren von zwei Signalgrößen, die z. B. hier von den beiden Anordnungen 350 und 310 geliefert werden, abhängig ist. Im folgenden wird diejenige Richtung eines Steuersignals als positiv bezeichnet, die eine Vergrößerung der Ausgangsgröße der Magnetverstärkeranordnung 242 und gleichzeitig eine Verkleinerung der Ausgangsgröße der Magnetverstärkeranordnung 244 bewirkt. In diesem Sinne sind also Steuerströme, die in den Steuerwicklungen Magnetisierungsflüsse hervorrufen, die mit den in F i g. 3 voll gezeichneten Pfeilen übereinstimmen, als positiv zu bezeichnen, während Ströme, die Magnetisierungen entsprechend den gestrichelt gezeichneten Pfeilen hervorrufen, als, negativ zu bezeichnen sind.
Die Funktionsweise der Regelanordnung wird im folgenden in Verbindung mit der in F i g. 3 dargestellten Verstärkerkennlinie erläutert: Es wird vorausgesetzt, daß entsprechend der normalen Arbeitsweise die von der Anordnung 350 gelieferte Spannung größer ist als die von dem Begrenzerstromkreis 310 gelieferte Spannung. Die Regelung der Erregung des Generators ist demnach ausschließlich abhängig von der an den Klemmen 346 und 347 auftretenden Spannung der Stromkreisanordnung 350. F i g. 4 zeigt die Kennlinie der resultierenden Durchflutung der Erregermaschine 222, die sich aus dem Zusammenwirken der beiden Erregerwicklungen 226 und 228 ergibt. Als Abszisse ist die gesamte Steuerdurchflutung der Magnetverstärker aufgetragen, die sich aus dem Zusammenwirken aller Steuerwicklungen ergibt. Der Vektor 430 entspricht der durch den von der Bezugsspannungsquelle 315 gelieferten Strom hervorgerufenen Durchflutung. Diese ist unabhängig von der vom Generator gelieferten Spannung. Der Vektor 440 dagegen entspricht der Durchflutung, die von dem von der Gleichrichteranordnung 326 gelieferten Strom mittels der Steuerwicklungen 330, 332, 334 und 336 hervorgerufen wird. Der eingezeichnete resultierende Wert für die Steuerdurchflutung ergibt sich z. B. gerade dann, wenn der Generator seine Sollspannung abgibt. Die Größe des Vektors 440 ändert sich mit der Ausgangsspannung des Generators. Der Vektor 450 stellt somit die Differenz zwischen den beiden Vektoren 430 und 440 dar und gibt die resultierende Steuerdurchflutung an. Da sich der Vektor 440 in Abhängigkeit von der Ausgangsspannung des Generators ändert, ändert sich selbstverständlich auch der Vektor 450 im gleichen Verhältnis. Steigt z. B. die Generatorspannung über den gewünschten Sollwert an, dann wird auch der Vektor 440 größer, so daß sich unter Umständen der resultierende Differenzvektor 450 in seiner Richtung umkehrt. Der normale Arbeitspunkt der Regelanlage ist in F i g. 4 mit 420 bezeichnet. Bei dieser Einstellung tritt an den Ausgangsklemmen des Generators die gewünschte Sollspannung auf. Die vom Begrenzerstromkreis 310 hervorgerufene Durchflutung ist durch den Vektor 460 dargestellt. Die gezeichnete Größe und Richtung dieses Vektors entspricht dem Normalbetrieb dieser gesamten Regelanordnung. Wie man erkennt, ist der Vektor 450 algebraisch größer als der Vektor 460. Folglich ist die resultierende, von der Magnetverstärkeranordnung 240 gelieferte Gesamtdurchflutung nur abhängig von Änderungen des Vektors 450.
Für die folgende Betrachtung wird Normalbetrieb der Anlage vorausgesetzt, wobei der Durchflutungsvektor 460 die in F i g. 4 gezeigte Richtung hat. Wächst nun die Ausgangsspannung des Generators 210 über den gewünschten Sollwert, dann fließt ein Strom von dem Stromkreis 350 durch die erste Steuerwicklung 330 bis 336 des Magnetverstärkers 240 und setzt dadurch die Ausgangsleistung des Magnetverstärkers 242 herab und vergrößert zugleich die Ausgangsleistung des Magnetverstärkers 244 der Gegentaktmagnetverstärkeranordnung 240. Der Strom in der Feldwicklung 226 der Erregermaschine 220 wird daher vergrößert, während der Strom in der anderen Erregerwicklung 228 verringert wird. Dadurch wird eine Verminderung der Ausgangsspannung der Erregermaschine 220 erzielt. Diese kleinere Ausgangsspannung der Erregermaschine 220 hat aber auch eine Verminderung der Erregung des Generators 210 zur Folge und bewirkt somit eine Hreabsetzung der Ausgangsspannung dieses Generators. Eine Verminderung der Ausgangsspannung des Generators 210 unter den gewünschten Sollwert hat eine Vergrößerung der gesamten Steuerdurchflutung in positiver Richtung zur Folge (im Sinne der definierten Richtungsverhältnisse). Der Ausgangsstrom, der von der Magnetverstärkereinheit 242 geliefert wird, steigt an, während der von der Magnetverstärkereinheit 244 gelieferte Strom kleiner wird. Es wird also der von der Wicklung 228 der Erregermaschine 220 hervorgerufene Fluß verstärkt und gleichzeitig der entgegengesetzt wirkende Fluß, der mit der Erregerwicklung 226 verkettet ist, vermindert. Somit ergibt sich eine insgesamt größere Erregung und dadurch wieder eine Erhöhung der Ausgangsspannung des Generators 210.
Das an den Klemmen der Anordnung 310 auftretende Ausgangssignal, das den Wicklungen 314, 316, 318 und 320 des Magnetverstärkers 240 zugeführt wird, folgt direkt der Charakteristik des Generators 210, die für das Außertrittfallen des Generators maßgebend ist. Wenn der in F i g. 3 gezeigte Generator 210 innerhalb der belastungsabhängigen Stabilitätsgrenzen arbeitet, liefert der Begrenzungsstromkreis 310 an seinen Klemmen 365 und 367 eine Spannung, wie sie nach Größe und Polarität durch den Vektor 460 in F i g. 4 angegeben ist. Das Reglersystem 230 hängt in diesem Fall nur von der von der Anordnung 350 gelieferten Regelspannung an den Klemmen 347 und 346 ab. Die von dem Begrenzerstromkreis an den Klemmen 365 und 367 gelieferte Spannung bleibt also ohne Einfluß auf die Genratorregelung. Wenn sich jedoch die Bedingungen ändern und die an den Generator 210 angeschlossene Last anwächst, so daß die Spannung an den Widerstandsteil 378B größer als die an dem Widerstandteil 368A anfallende Spannung wird, dann beginnt die von dem Begrenzerstromkreis 310 gelieferte Spannung das Reglersystem 230 zu beeinflussen.
Dieser Betriebsfall wird in F i g. 4 durch den Vektor 470 veranschaulicht. Sobald aber die ven dem Begrenzerstromkreis gelieferte Ausgangsspannung algebraisch größer als die von dem Reglerstromkreis 350 gelieferte Spannung wird (Vektor 450 in F i g. 4), dann ist die gesamte Regelanordnung allein abhängig von der an den Klemmen 365 und 367 des Begrenzerstromkreises 310 gelieferten Spannung. Setzt man diesen Fall voraus und weiter, daß die Ausgangsklemme 367 positiv ist in bezug auf die Klemme 365, dann fließt Strom von links nach rechts durch,die Steuerwicklungen 3l_4 bis 320 des Magnetverstärkers 240 und erzeugt so eine Durchflutung in den einzelnen Magnetverstärkerkernen, wie sie durch die stark ausgezogenen Pfeile in F i g. 3 angedeutet ist. Da die wirksame gesamte Steuerdurchflutung des Magnetverstärkers 240 nur von dem vom Begrenzerstromkreis 310 gelieferten Signal abhängt, wird die Ausgangsgröße der Magnetverstärkereinheit 242 vergrößert und der Ausgang der Einheit 244 verkleinert. Dadurch wird die gesamte Erregermaschine 220 vergrößert, was eine Erhöhung der von der Erregermaschine 220 gelieferten Spannung zur Folge hat. Dadurch erhöht sich auch der durch die Erregerwicklung 212 des Generators 210 fließende Strom und verhindert damit ein Außertrittfallen des Generators. Die gestrichelt gezeichneten Pfeile neben den Steuerwicklungen 314 bis 320 zweiter Art geben die Richtung der Magnetisierung an, die durch diese Wicklung in dem Fall hervorgerufen wird, in dem der Generator innerhalb der Stabilitätsgrenzen der Erregung arbeitet. Statt der hier angewendeten statischen Begrenzung der Generatorerregung kann ebenfalls eine der bekannten dynamischen Begrenzungsverfahren angewendet werden.
In bestimmten Anwendungsfällen erweist es sich zweckmäßig, mehrere der genannten Steuerstromkreise in der Weise zusammenzuschalten, daß die Magnetverstärker ein Ausgangssignal liefern, das nur von dem größten von mehreren Eingangssignalen abhängt.

Claims

Patentansprüche: 1. Magnetverstärkeranordnung zur Erzeugung einer Steuerdurchflutung, deren Wert immer nur der größeren (bzw. kleineren) von zwei Steuergrößen proportional ist, d a d u r c h g e k e n nzeichnet, daß die den beiden Steuergrößen zugeordneten Steuerwicklungen mit den Steuerspannungsquellen in Serie geschaltet sind und daß eine oder zwei zusätzliche Steuerwicklungen vorgesehen sind, die über eine Gleichrichterventilanordnung zwischen dem Verbindungspunkt der Steuerspannungsquellen und dem Verbindungspunkt der beiden erstgenannten Steuerwicklungen angeschlossen sind.
2. Anordnung nach Anspruch 1 mit nur einer zusätzlichen Steuerwicklung, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Steuerwicklung mit den Gleichspannungsklemmen einer Gleichrichterbrücke verbunden ist und daß die Wechselspannungsklemmen der Gleichrichterbrücke zwischen dem Verbindungspunkt der Steuerspannungsquellen und dem Verbindungspunkt der Steuerwicklungen angeschlossen sind.
3. Anordnung nach Anspruch 1 mit zwei zusätzlichen Steuerwicklungen, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzlichen Steuerwicklungen jeweils über ein Gleichrichterventil zwischen dem Verbindungspunkt der beiden Steuerspannungsquellen und dem Verbindungspunkt der beiden anderen Steuerwicklungen angeschlossen sind, wobei die Ventile mit entgegengesetzter Durchlaßrichtung mit den Steuerwicklungen in Serie geschaltet sind.
4. Anordnung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Windungszahl aller Steuerwicklungen gleich groß ist.
5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Transduktordrosseln in einer Doublerschaltung angeordnet sind.
6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils die beiden gleichartigen Steuerwicklungen der beiden Transduktordrosseln so in Serie geschaltet sind, daß diese Steuerwicklungen in beiden Kernen Magnetisierungen hervorrufen, die alle entweder die von den Arbeitswicklungen hervorgerufene Magnetisierung unterstützen oder alle ihr entgegenwirken, je nach der Richtung des durch die in Serie geschalteten Steuerwicklungen fließenden Stromes.
7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Magnetverstärker in Doublerschaltung zu einer Gegentaktmagnetverstärkeranordnung vereinigt sind, wobei sämtliche gleichartigen Steuerwicklungen sinngemäß in Serie geschaltet sind. B.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die von der bzw. den zusätzlichen Steuerwicklungen hervorgerufene Magnetisierung - unabhängig von den Größen- und Richtungsverhältnissen der beiden Steuersignale - die von den Arbeitswicklungen hervorgerufene Magnetisierung unterstützt.
9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der durch die zusätzliche(n) Wicklung(en) fließende Strom immer gleich dem Betrag der Differenz zwischen den durch die beiden anderen Steuerwicklungen fließenden Signalströme ist.
10. Anordnung nach Anspruch 5 bis 9 in Anwendung zur Spannungsregelung von Generatoren, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregerwicklung des Generators, die mittels eines Magnetverstärkers eingestellt wird, jeweils nur der größeren (kleineren) von zwei Steuergrößen proportional ist.
11. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Stromkreisanordnung vorgesehen ist, die an ihren Ausgangsklemmen eine Spannung liefert, die der Abweichung der Generatorspannung von einem gewünschten Sollwert proportional ist und als erste der beiden Einflußgrößen den Steuerwicklungen erster Art der Magnetverstärkereinheit zuge- führt wird.
12. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Stromkreisanordnung vorgesehen ist, die an ihren Ausgangsklemmen eine Spannung liefert, die für jeden Belastungszustand des Generators die Grenzwerte für die Generatorerregung bestimmt, in denen ein stabiler Betrieb möglich ist, und die als zweite Einflußgröße den Steuerwicklungen zweiter Art der Magnetverstärkeranordnung zugeführt wird.
13. Anordnung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß als. Magnetverstärker eine Gegentaktanordnung vorgesehen ist, bei der alle Steuerwicklungen gleicher Art in der Weise in Serie geschaltet sind, daß die Ausgangsgrößen der beiden Teilverstärker gegensinnig von der Steuergröße abhängen, also bei Veränderung der Steuergröße die Ausgangsgröße des einen Teilverstärkers abnimmt und die des anderen Teilverstärkers zunimmt.
14. Anordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Teilmagnetverstärker eine getrennte Erregerwicklung speist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr. 1006 012.