-
Anordnung zur Strom- oder Spannungsregelung von Wechselstromanlagen
Zur Regelung der Spannung elektrischer Leitungen dienen in vielen Fällen angezapfte
Sekundärwicklungen von Transformatoren. Durch den Anschluß der Leitung an verschiedene
Anzapfungen der Sekundärwicklung eines Transformators läßt sich die Spannung auf
einer Übertragungsleitung stufenweise verändern und so an die jeweils gegebenen
Lastverhältnisse anpassen.
-
Es ist bereits eine Anordnung zur selbsttätigen Regelung eines Stufentransformators
bekanntgeworden, deren Ist-Größe nicht nur von der Spannung auf .der elektrischen
Leitung, sondern auch von dem Strom dieser Leitung abhängt. Zur Messung dieser Ist-Größe
dient ein Meßinstrument, dessen Zeigerstellung in regelmäßigen zeitlichen Abständen
abgetastet wird. Ähnlich wie bei der Konstanthaltung einer Ofentemperatur läßt sich
hierbei ein Unempfindlichkeitsbereich einstellen, durch den eine Verstellung des
Stufentransformators nur erfolgt, wenn die Ist-Größe ihre Sollstellung um einen
bestimmten einstellbaren Wert über- oder unterschreitet. Durch diesen Unempfindlichkeitsbereich
wird also erreicht, daß die Verstelleinrichtung des Stufentransformators nicht dauernd
in Betrieb ist. Allerdings besteht hier noch der Nachteil, daß z. B. ein kurzer
Spannungsstoß im Augenblick der Messung eine Verstellung des Stufentransformators
bewirken kann, die anschließend bei der nächsten Messung wieder rückgängig gemacht
werden muß.
-
Es ist weiterhin zur Regelung von Stufenschaltwerken bereits eine
Anordnung vorgeschlagen worden, bei der die Regeleinrichtung zwei Magnetverstärkereinheiten
mit bistabilem Verhalten enthält, von denen je einer nur dann einen Ausgangsstrom
abgibt, wenn die Ist-Größe der zu regelnden Spannung einen Soll-Wert um einen bestimmten
Betrag (Unempfindlichkeitsbereich) über- oder unterschreitet. Die Magnetverstärkereinheiten
weisen von einem konstanten einstellbaren Strom durchflossene Steuerwicklungen zur
Einstellung des Unempfindlichkeitsbereiches auf. Diese Anordnung kann auch Verzögerungsglieder
zwischen dem Regler und dem Stellmotor enthalten, so daß kurzzeitige Spannungsstöße
nicht mehr zur Einleitung eines Regelvorganges führen können. Allerdings wird hier
der Vergleich der Soll- und Ist-Größe unmittelbar im Magnetverstärker selbst vorgenommen,
so daß Verzerrungen der Spannung auf der Leitung durch Oberwellen wiederum einen
Regelvorgang einleiten können, ohne daß die Ist-Größe den zulässigen Bereich verlassen
hat.
-
Eine weitgehende Beruhigung des Regelvorganges und eine robuste und
gegen Störungen unempfindliehe Regelung bei derartigen Regeleinrichtungen mit Stellgliedern
ist die Aufgabe der Erfindung. Sie geht aus von einer Anordnung zur Strom- oder
Spannungsregelung von Wechselstromanlagen mit Stellgliedern in Gestalt von Induktionsreglern,
Stufenreglern und/oder Stelltransformatoren -aufweisenden Regeleinrichtungen mit
einem bistabilen Magnetverstärker, der aus zwei paarig aufgebauten Teilverstärkern
besteht, die von einem konstanten einstellbaren Strom durchflossene Steuerwicklungen
zur Einstellung eines Unempfindlichkeitsbereiches aufweisen, und deren nur bei überschreiten
einer bestimmten Regelabweichung auftretende Ausgangsspannungen über einen Zeitverzögerungskreis
das Stellglied steuern. Die Erfindung besteht darin, daß die Steuerwicklungen des
Magnetverstärkers über ein der Aussiebung von Störgrößen dienendes elektrisches
Filter an die Ausgangsklemmen einer Fehlermeßeinrichtung angeschlossen sind, deren
Ausgangsspannung nach Größe und Polarität der Soll-Ist-Wertabweichung des zu regelnden
Stromes bzw. der zu regelnden Spannung entspricht.
-
Ein Ausführungsbeispiel der neuen Anordnung ist im einzelnen an Hand
der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 eine Einrichtung nach der Erfindung,
F i g. 2 ein Diagramm, welches den Ausgangsstrom des Magnetverstärkers 60 nach F
i g. 1 als Funktion der von der Fehlermeßeinrichtung in F i g. 1 ausgehenden Fehlerspannung
darstellt.
-
Nach F i g. 1 speist eine Wechselstromquelle 12 einen durch ein Stufenschaltwerk
stufenweise in
seiner Sekundärspannung veränderbaren Transformator,
der primär- oder sekundärseitig eine Anzahl von Wicklungsanzapfungen aufweist. Der
aus dem Transformator und dem Stufenschaltwerk bestehende Regeltransformator ist
mit 18 bezeichnet. An die Sekundärwicklung des Regeltransformators 18 sind Übertragungsleitungen
11 und 13 angeschlossen, die mit ihren anderen Enden mit einer zu speisenden Last
14 verbunden sind.
-
Zur Betätigung des Regeltransformators 18 im Sinne einer Konstanthaltung
der Spannung an den Klemmen 102 und 104 ist ein in beiden Drehrichtungen arbeitender
Motor 47 für das Stufenschaltwerk in Abhängigkeit von einem erfindungsgemäßen Regler
10 gebracht.
-
Der Regler 10 ist in Abhängigkeit von der Spannung am Ausgang des
Regeltransformators 18 gebracht, und zwar durch einen an die übertragungsleitungen
11 und 13 mittels seiner Primärwicklung 15 angeschlossenen Spannungswandler 16.
Seine Sekundärwicklung 17 ist mit einer Fehlermeßeinrichtung 30 einerseits
unmittelbar und andererseits über einen Anpassungskreis 20 verbunden.
-
Die dem Eingang der Fehlermeßeinrichtung 30 zugeführte Spannung entspricht
jeweils der Spannung in dem zu regelnden Laststromkreis. Die Fehlermeßeinrichtung
30 erzeugt ausgangsseitig eine Fehlergleichspannung, die proportional der jeweiligen
Abweichung des Ist-Wertes vom Soll-Wert der Spannung an der Last 14 ist.
-
Der Aäpassungskreis 20 dient zur Eliminierung des Einflusses
des Spannungsabfalls im Laststromkreis auf die Fehlermeßeinrichtung 30. Er besteht
aus der Reihenschaltung zweier Stellwiderstände 26 und 28 mit einer Drosselspule
23 sowie einem Widerstand 25, der zwischen beiden Stehwiderständen und einem Abgriff
der Drosselspule angeschlossen ist. Die Stehwiderstände 26 und 28 stehen mit in
der Übertragungsleitung 13 angeordneten Stromwandlern 22 bzw. 24 in Speiseverbindung.
Die Vektorsumme der Sekundärspannung des Wandlers 16 und der Zusatzspannung des
Anpassungskreises 20 ist dem Eingang der Fehlermeßeinrichtung 30 zugeführt.
-
Die Fehlermeßeinrichtung 30 besteht aus einem Sättigungstransformator
61 mit zwei .Wicklungen 57 und 59, Mehrweggleichrichtern 32 und 34 und Widerständen
36 und 38: Der eine Wechselstrompol des Gleichrichters 32 ist mit der Drosselspule
23 verbunden, der andere Wechselstrompol ist über die Wicklung 57 mit der Sekundärwicklung
17 in Verbindung gebracht, und an die beiden Gleichstrompole ist der Widerstand
36 angeschlossen. Es tritt eine Gleichspannung am Widerstand 36 auf, die im wesentlichen
proportional der Wechselspannung am Eingang der Fehlermeßeinrichtung ist. Der Gleichrichter
34 ist wechselstromseitig mit der Wicklung 59 des Sättigungstransformators 61 verbunden.
An dem mit seinen Gleichstrompolen verbundenen Widerstand 38 tritt eine Gleichspannung
auf, die im wesentlichen konstant ist.
-
Die Gleichspannungen an beiden Widerständen sind gegeneinander gerichtet.
Da beide Widerstände bezüglich der Ausgangsklemmen 27 und 29 der Fehlermeßeinrichtung
30 in Reihe liegen, tritt an ihnen bei Nichtübereinstimmung von Ist- und Soll-Wert
der Regelgröße eine Differenzgleichspannung auf, die von der Eingangswechselspannung
abhängig ist. Die Polarität dieser nachfolgend als Fehlerspannung bezeichneten Differenzgleichspannung
hängt davon ab, ob der Spannungsabfall am Widerstand 38 größer oder kleiner als
der Spannungsabfall am Widerstand 36 ist. Die Fehlerspannung ist über ein Filter
aus einem Kondensator 68 und Induktivitäten 62 und 64 den Eingangsklemmen 19 und
21 eines bistabilen Magnetverstärkers 60 zugeführt. Das Filter dient zur Aussiebung
von Störsignalen.
-
Der Magnetverstärker 60 besteht aus zwei Teilmagnetverstärkern
MA 3 und MA 4, von denen der eine bei positiver Fehlerspannung, der
andere bei negativer Fehlerspannung eine Ausgangsspannung erzeugt. Der Verstärker
MA 3 besteht aus zwei Magnetkernen 110 und 114, die je eine
Teilwicklung der zweiteiligen Lastwicklung LW 3 enthalten. Zur Selbstsättigung
sind die beiden Teile der Lastwicklung LW 3 jeweils mit selbstsättigenden
Gleichrichtern 152 und 154 in Reihe geschaltet.
-
Die Reihenschaltung des einen Teiles der Lastwicklung L W 3 mit dem
Gleichrichter 152 liegt dabei parallel zu der Reihenschaltung des anderen Teiles
der Lastwicklung LW 3 mit dem Gleichrichter 154. Entsprechendes gilt für den Verstärker
MA 4 hinsichtlich der beiden Magnetkerne 120 und 124 sowie der LastwicklungenLW4
und der selbstsättigenden Gleichrichter 156 und 158.
-
Die Lastwicklungen LW 3 und LW 4 des Magnetverstärkers
60 werden über Leiter 138 und 139 von einer Wechselstromquelle 130 gespeist. Zwischen
den genannten Parallelkreisen und den Leitern 138 und 139 der Wechselstromquelle
130 sind Doppelweggleichrichter 132 und 134 angeordnet, an deren Gleichstrompolen
180 und 182 bzw.184 und 186 der Ausgangsgleichstrom der Teilverstärker
MA 3 und MA 4 auftritt.
-
Den Magnetkernen 110 und 114 bzw.120 und 124 sind außerdem in Reihe
liegende zweiteilige positive Rückkopplungswicklungen PF 3 bzw. PF 4 zugeordnet,
die mit den Gleichstrompolen 180 und 182 über Leiter 190 und 192 und einen Stellwiderstand
142 bzw. mit den Gleichstrompolen 184 und 186 über Leiter 194 und 196 und einen
Stellwiderstand 146 verbunden sind. Im Betrieb erzeugt der durch die positiven Rückkopplungswicklungen
PF3 und PF4 fließende Strom eine magnetomotorische Kraft, die die vom Strom in den
Lastwicklungen LW3 und LW4 erzeugte unterstützt.
-
Zur Gleichstromerregung der beiden Teilverstärker MA 3 und
MA 4 sind zweiteilige Hilfswicklungen BW 3 und BW 4 den Magnetkernen 110,
114 bzw. 120 und 124 zugeordnet. Die Hilfswicklungen B W 3 und B W 4 sind an eine
Gleichstromquelle 136 über Stellwiderstände 144 bzw. 148 angeschlossen. Im Betrieb
erzeugt der die Hilfswicklungen B W 3 und BW 4
durchfließende Strom eine magnetomotorische
Kraft, die der magnetomotorischen Kraft entgegenwirkt, welche durch den die Lastwicklungen
LW 3 und LW 4 durchfließenden Strom erzeugt wird.
-
Ferner sind den Magnetkernen 110 und 114 bzw. 120 und 124 noch Steuerwicklungen
C W 1 und CW 2
zugeordnet.
-
Die Steuerwicklungen CW 1 und CW 2 sind untereinander in Reihe
liegend mit den Eingangsklemmen 19 und 21 verbunden. Die Steuerwicklungen C W 1
sind so auf ihren Magnetkernen 110 und 114 angebracht, daß beim Fließen eines Stromes
in Pfeilrichtung 155 (Klemme 19 positiv gegen Klemme 21)
ein Magnetfluß
erzeugt wird, der die magnetische Kraft des durch die entsprechende Lastwicklung
LW 3 fließenden Stromes unterstützt. Die Steuerwicklungen CW2sind dagegen auf ihren
Magnetkernen 120 und 124 so angeordnet, daß beim Fließen des Stromes in Pfeilrichtung
155 ein dem Magnetfluß den Lastwicklungen LW 4 entgegengesetzter Magnetfluß entsteht.
-
Die Wirkungsweise des Magnetverstärkers 60 ist in F i g. 3 näher erläutert.
Bei bestimmter Bemessung des Stromes in den positiven Rückkopplungswicklungen PF
3 und PF 4 durch die Stellwiderstände 142 und 144 wird dem Magnetverstärker 60 eine
bistabile Charakteristik aufgezwungen gemäß F i g. 3. Bei Abweichung der Fehlerspannung
der Fehlermeßeinrichtung 30 vom Wert 0 in positiver oder negativer Richtung auf
einen Wert A oder B wird der Ausgangsstrom des betreffenden Teilverstärkers
MA 3 oder MA 4 plötzlich von einem unbedeutenden Wert io auf einen
vorbestimmten Wert il bzw. i2 steigen.
-
Wenn beispielsweise die Spannung an den Klemmen 102 und 104 der Last
14 über den Soll-Wert so weit ansteigt, daß die Ausgangsspannung .der Fehlermeßeinrichtung
30 den positiven Wert B erreicht, fließt der Strom in Richtung des Pfeiles 155 in
F i g. 1, und der Ausgangsstrom des Teilverstärkers Mai springt auf den Wert
i2. Bei Absinken der Spannung an den Klemmen 102 und 104 unter den Soll-Wert erzwingt
die Ausgangsspannung der Fehlermeßeinrichtung 30 durch die Steuerwicklungen CW
1 und C W 2 einen Stromfluß in entgegengesetzter Richtung des Pfeiles 155.
Bei Erreichen des Wertes A der Ausgangsspannung steigt der Ausgangsstrom des Teilverstärkers
MA 4 plötzlich auf den Wert il an. Bei Abnahme der Ausgangsspannung der Fehlermeßeinrichtung
30 wird der Ausgangsstrom von MA 3 und MA 4 seinen bestimmten Wert
so lange aufrechterhalten, bis die Fehlerspannung den Wert C bzw. D unterschreitet.
Die Polarität der Fehlerspannung bestimmt, ob der Teilverstärker MA 3 oder
MA 4 seinen Ausgangsstrom abgibt.
-
Die Ansprechgrenze des Reglers 10 - dargestellt durch die Strecke
0A bzw. OB - kann durch Ändern des Stromes in den Hilfswicklungen BW 3 und
B W 4 mittels der Stellwiderstände 144 und 148 verändert werden. Der Arbeitsbereich
des Reglers 10 ist gegeben durch die Differenz zwischen dem Wert der Fehlerspannung
der Fehlermeßeinrichtung 30, der notwendig ist, um den vorbestimmten Ausgangsstrom
il bzw. 1, des Teilverstärkers MA 3 oder MA 4
zu erzeugen, und dem
Wert der Ausgangsspannung, auf den die Fehlerspannung abnehmen kann, bevor der Ausgangsstrom
auf den Wert 1o sinkt. Der Arbeitsbereich ist abhängig von der Größe des positiven
Rückkopplungsstromes der Rückkopplungswicklungen PF3 und PF4; er ist mit Hilfe der
Stellstände 142 bzw. 146 einstellbar.
-
Ein dem Magnetverstärker 60 nachgeschalteter Zeitverzögerungskreis
100 enthält einen zweiten bistabilen Magnetverstärker 90 mit zwei Teilverstärkern
MAI und MA 2. Der Teilverstärker MA 1
hat eine den beiden Magnetkernen
70 und 74 zugeordnete zweiteilige Lastwicklung LW 1, .die mit Brückengleichrichtern
71, 73, 75 und 79 verbunden und an eine Wechselstromquelle 66 über Leiter 65 und
67 zur Selbstsättigung des Teilverstärkers angeschlossen ist, wobei die Klemme 72
zwischen den Gleichrichtern 71 und 73 positiv gegenüber der Klemme 77 zwischen den
Gleichrichtern 75 und 79 ist. Entsprechend ist die den beiden Magnetkernen 80 und
84 zugeordnete zweiteilige Lastwicklung LW 2
des Teilverstärkers
MA 2 an Brückengleichrichter 81, 83, 85 und 87 angeschlossen und von der
Wechselstromquelle 66 über die Leiter 65 und 67 gespeist. Die Ausgangsspannung des
Teilverstärkers MA 2 tritt an den Klemmen 86 und 82 auf, wobei die Klemme
86 zwischen den Gleichrichtern 85 und 87 positiv ist gegenüber der Klemme 82 zwischen
den Gleichrichtern 81 und 83. Eine positive zweiteilige Rückkopplungswicklung PF
1 ist an die Klemmen 72 und 77 über einen Widerstand 69 und eine positive zweiteilige
Rückkopplungswicklung PF2 über einen Widerstand 89 an die Klemmen 82 und 86 angeschlossen.
Zwei je zweiteilige Hilfswicklungen BW 1 und BW 2 zur Gleichstromvorerregung
der Teilverstärker sind in Reihenschaltung an eine gemeinsame Gleichstromquelle
angeschlossen. Eine zweiteilige Hilfssteuerwicklung AC 1 ist mit den Klemmen
180 und 182 des Teilverstärkers MA 3 verbunden. Eine zweiteilige Hilfssteuerwicklung
AC 2 ist ist mit den Klemmen 184 und 186 des Teilverstärkers MA 4 verbunden.
Eine zweiteilige Wicklung MC 1 ist, in Reihe mit einer Gasentladungsröhre 93 und
einem Spannungsteiler 33 liegend, parallel zu der Hilfssteuerwicklung AC 1 geschaltet.
Ein Kondensator 91 ist parallel zur Reihenschaltung der Wicklung MC 1 mit der Gasentladungsröhre
93 angeordnet. In gleicher Weise ist eine zweiteilige Wicklung MC2 in Reihenschaltung
mit einer Gasentladungsröhre 95 und einem Spannungsteiler 35 der Hilfssteuerwicklung
AC 2 parallel geschaltet. Parallel zur Gasentladungsröhre 95 und der Wicklung
MC 2 liegt ein Kondensator 92.
-
Die Wirkungsweise des Magnetverstärkers 90 entspricht im wesentlichen
der des Magnetverstärkers 60. Um einen Ausgangsstrom am Teilverstärker
MA 1 oder MA 2 zu erhalten, ist es notwendig, daß der Ausgangsstrom
einer der beiden über die Hilfssteuerwicklung AC 1 und die Wicklung MC
1 bzw. die Hilfssteuerwicklung AC 2 und die Wicklung MC
2
fließt. Die Gasentladungsröhre 93 bzw. 95 verhindert einen Stromfluß über
die Wicklung MC 1 bzw. MC 2 so lange, bis der Ausgangsstrom des Teilverstärkers
MA 3 bzw. MA 4 eine solche Ladung des Kondensators 91 bzw. 92 über
den Widerstand des Spannungsteilers 33 bzw. 35 herbeiführt, bei der die zur Zündung
der Gasentladungsröhre 93 bzw. 95 notwendige Spannung erreicht wird. Die Zeit, während
der der Ausgangsstrom des Teilverstärkers MA 3
bzw. MA 4 fließen muß,
um die betreffende Gasentladungsröhre zünden und einen Stromfluß durch die Wicklung
MC 1 bzw. MC 2 treiben zu können, hängt von der Zeitkonstanten des
aus dem Kondensator 91 bzw. 92 und dem Spannungsteiler 33 bzw. 35 bestehenden Kreises
ab.
-
Aufgabe des Magnetverstärkers 90 ist die Verzögerung eines Ausgangsstromes
an den Klemmen 72 und 77 bzw. den Klemmen 82 und 86 bei Auftreten des Ausgangsstromes
eines der Teilverstärker MA 3 oder MA 4. Der Ausgangsstrom des Teilverstärkers
MA 1
bzw. MA 2 tritt dabei nur auf, wenn der Ausgangsstrom des Teilverstärkers
MA 3 bzw. MA 4 die Wicklung MC 1 bzw. MC 2 durchfließt.
-
An den Ausgangsklemmen des Magnetverstärkers 90 ist die Steueranordnung
des Umkehrmotors 47 angeschlossen. Die Steueranordnung umfaßt ein
Relais
41 mit Kontakten 37 und 44, das an die Klemmen 72 und 77 angeschlossen ist, und
ein Relais 43 mit Kontakten 39 und 42, das an die Klemmen 82 und 86 angeschlossen
ist.
-
Der Umkehrmotor 47 enthält einen Anker 45 und zwei Erregerwicklungen
51 und 49 für jede Drehrichtung. Der Anker kann in Reihe mit .der
einen oder anderen Erregerwicklung durch Anschluß an die Klemmen 36 und 46 mit Gleichstrom
gespeist werden. Der Umkehrmotor läuft in der einen Richtung an, wenn der Kontakt
37 des Relais 41 geschlossen ist, und in der anderen Richtung bei Schließen des
Kontaktes 39 des Relais 43. Ein Widerstand 53 wird durch den zweiten Kontakt 44
des Relais 41 bei Erregung desselben dem Kondensator 91 parallel geschaltet. In
entsprechender Weise schaltet der zweite Kontakt 42 des Relais 43 dem Kondensator
92 einen Widerstand 55 parallel, wenn das Relais 43 erregt ist.
-
Die Wirkungsweise des Reglers 10 ist folgende: Sobald die Spannung
an den Klemmen 102 und 104 der Last 14 einen bestimmten Soll-Wert übersteigt, tritt
eine Ausgangsspannung an den Klemmen 27 und 29 der Fehlermeßeinrichtung 30 auf,
die der Abweichung der Ist-Spannung vom Soll-Wert entspricht; sie ist in bereits
erwähnter Weise durch den Anpassungskreis 20 an den Spannungsabfall in den Leitern
11 und 13 angepaßt. Wenn die Fehlerspannung der Fehlermeßeinrichtung einen bestimmten
Wert erreicht, tritt ein bestimmter Ausgangsstrom an den Klemmen 180 und 182 des
Magnetverstärkers 60 auf. Falls der Ausgangsstrom eine bestimmte Zeit fließt, d.
h. falls die Abweichung der Ist-Spannung vom Soll-Wert eine entsprechende Zeit vorliegt,
dann tritt an den Ausgangsklemmen 72 und 77 des Magnetverstärkers 90 ein Strom auf,
der das Relais 41 erregt. Dadurch wird der Umkehrmotor 47 über seine Erregerwicklung
49 an Spannung gelegt. Er betätigt das Stufenschaltwerk des Transformators so, daß
die -Spannung an den Klemmen 102 und 104 der Last 14 auf den Soll-Wert heruntergeregelt
wird.
-
Wenn dagegen die Spannung an den Klemmen 102 und 104 der Last 14 unter
den Soll-Wert sinkt, erzeugen entsprechend- die Teilverstärker MA 4 und 141A
2 einen Ausgangsstrom, der das Relais 43 erregt. Dieses schließt über seinen
Kontakt 39 den Anker 45 in Reihe mit der Erregerwicklung 51 an die Klemmen 36 und
46 an. Der Umkehrmotor 47 betätigt in diesem Falle das Stufenschaltwerk des Transformators
so, daß die Spannung an den Klemmen 102 und 108 .der Last 14 auf den Soll-Wert hochgeregelt
wird.
-
Geringe Abweichungen der Spannung an der Last 14 rufen keine Betätigung
des Stufenschaltwerkes des Transformators 18 hervor; wenn sie innerhalb der genannten
Ansprechgrenze des bistabilen Magnetverstärkers 60, liegen. Kurzzeitige Spannungsabweichungen,
deren Dauer kleiner als die Ansprechverzögerung des Verzögerungskreises
100 sind, bewirken ebenfalls keine Betätigung des Stufenschaltwerkes.