-
EINRICHTUNG ZUR SPANNUNGSREGELUNGUND -S?ABILISIERUNG
-
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf regelbare statische Apparate,
nämlich solche zur Regelung und Stabil~ sierung der elektrischen Spannung.
-
Die Erfindung kann bei Gleich- und Wechselstromeinrichtungen, und
zwar überall dort Anwendung finden, wo eine tiefe stufenlose hmplitudenregelung
und Stabilisierung der Spannung gegenüber Netzspannungsschwankungen und Laständenzgen
erforderl.ich ist.
-
Eine der wichtigen Aufgaben auf dem Gebiet der Elektrotechnik ist
die Entwicklung und Verbesserung von kontaktlosen Spannungs-Regelstabilisatoren,
die als ein unbedingt er Teil in der Mehrheit der gegewärtigen elektronischen und
elektrotechnischen Einrichtungen erscheinen und an die Eigenschaften der Speisespannung,
Sche
lligke lt und Siehe rhe lt erhö-irLe Forderungen stellen. ei1 en Eine bekannte Einrichtung
zur Spannungsregelung und -stabilisierung (SU-PS 298 442) enthält einen Transformator
mit Leistungswicklungen auf den Isernschenkeln, wobei ein Teil der Leistungswicklungen
in das durch die Joche begrenzte Fenster verlagert ist. Jedes Joch ist mit Steuerwicklungen
versehen, die zur Gleichstromvormagnetisierung der Joche dienen. Es gibt auch Schalter
für die Anzapfungen der Leistungswicklungen und eine Steuerschaltung, die aus einer
Reihenschaltung von einem Vergleicher, einem Zwischenverstärker und einem an die
Steuerwicklungen der Transformatorjoche angeschlossenen Differenzleistungsverstärker
und Speisequellen für die Schaltteile besteht.
-
Bei der Regelung erfolgt eine Umverteilung der Amperewindungen zwischen
dem Ober- und dem Mltteljoch des Transformators.
-
Die Ausgangsspannung der Einrichtung zur Spannungsregelung und -stabilisierung
gelangt über eine Gleichrichterbrücke des Vergleichers an ein Meßgerät (eine parametrische,
mit Zener-Dioden bestückte Brücke). Das Signal des Meßgeräts wird vom Halbleiter-Relais-Zwischenverstärker
als welcher ein kontaktloses Relais dient, verstärkt und an den Differenzleistungsverstärker
gegeben, der die Steuerwicklungen der Transformatoräoche entweder ab- oder zuschaltet.
Übersteigt die
Ausgangsspannung ihren Sollwert, so steigt der Strom
durch die Steuerwicklung des oberen Transformatorjochs an, der Strom durch die Steuerwicklung
des Mitteljochs geht dagegen zurück.
-
Dabei erhöht sich der magnetische Widerstand des oberen Jochs und
verringert sich der des mittleren Jochs. Die Fltißverkettung eines Teils der Windungen
der Leistungswicklung, die in dem durch die steuerbaren Joche begrenzten Fenster
sngeordnet sind, wird geringer, folglich wird die elektromotorische Karft (ETK)
kleiner1 die in diesen Windungen induziert wird. Die Ausgangsspannung der Einrichtung
zur Regelung und Stabilisierung der Spannung verringert sich ebenfalls. Unterschreitet
die Ausgangsspannung ihren Sollwert, so wechselt das der Meßbrücke entnommenen Signal
seine PoMaritat. Die Polarität des am Differenzleistungsverstä.rker eingangsseitig
anliegenden Ausgangssignals des Zwischenoverqtarkers wechselt auch. Der Strom in
der Wicklung des Oberjochs nimmt nun ab, der in der Wicklung des Mitteljochs zu.
Die magnetische Leitfähigkeit des Oberjochs beginnt zu steigen, die des Mitteljochs
zu fallen. Die Flußverkettung eines Teils der Wicklungen, die im durch die steuerbaren
Joche begrenzten Fenster angeordnet sind, bzw. die in jenen induzierte EMK erhöht
sich dabei. Folglich wird auch die Ausgangsspannung höher. Die Ausgangsspannung
steigt immer weiter, bis sie ihren Sollwert überschreitet. Danach wechselt das der
Meßbrücke entnommene Signal abermals seine Polarität. Die Steuerwicklung des obere:
Jochs
wird zu, die des mittleren Jochs abgeschaltet usw.
-
Infolge der wechselweisen Zuschaltung der Steuerwicklungen der Transformatoräochs
ändert sich so ihr Gleichstrom und mit ihm der Widerstand für n magnetischen Wechselfluß
der steuerbaren Joche in dem Maße, daß die Sollspannung am Ausgang der Einrichtung
zur Spannungsregelung und-stabilisierung aufrechterhalten wird.
-
Durch Änderung des Wertes eines dem Meßgerät vorgeschalteten Widerstands
wird eine stufenlose Regelung der Ausganges spannung der Einrichtung zur Regelung
und Stabilisierung der Spannung erreicht.
-
Die bekannte Einrichthtg zur Spannungsregelung und-stabilisierung
eignet sich/fUr die stufenlose Spannungsregelung bei hohen energetischen Kennzahlen
und geringem Aufwand an Aktivuaterialien.
-
Die Verwendung eines symmetrischen Dphasentransformators mit Jochen
in Gestalt eines in sich geschlossenen Vielecks bringt bei der bekannten Einrichtung
zur Spannung regelung und-stabilisierung eine Vergrößerung des Klirrfaktors der
Ausgangsspannung mit sich, der bei einigen Stellungen des Reglers im Leerlauf 5%,
unter Last 25 bis 30% und mehr erreicht. Dies ist darauf zurückzuführen, daß bei
der Gleichstromvormagnetisierung der steuerbaren Joche in Gestalt eines in sich
geschlossenen Vielecks am Ausgang des Transformators gerade Harmonische erscheinen.
Die geraden Harmonischen
werden beim Anlegen der Transformatorlast,
d.h. bei der Erhöhung der Doppelmagnetisierung der fransformatorjoche (durch das
magnetische Gleich- und Wechselfeld) verstärkt.
-
Die Verwendung eines symmetrischen Dreiphasentransformators mit steuerbaren
Jochen in Gestalt eines Sterns und in der Symmetrieachse liegenden Steuerwicklungen
begrenzt den Regelbereich für die Spannung und gestattet es nicht, die Spannung
phasenweise zu regeln.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Spannungsregelung
und-stabilisierung zu schaffen, bei der eine stufenlose tiefe Spannungsregelung
ohne Unterbrechungen des Betriebsstroms und Überspannungen beim Umschalten der Regelbereiche
auch bei hohen energetischen Kennzahlen und geringem Aufwand an Aktivmaterialien
möglich ware.
-
Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß eine Einrichtung zur
Spannungsregelung und-stabilisierung, die einen Transformator mit Leistungswicklungen
auf den Kernschenkeln, wobei ein Teil der Windungen der Leistungswick lungen in
das durch die Joche mit Steuerwicklungen zum Gleichstromvormagnetisieren der Joche
begrenzte Fenster verlagert ist, einen Schalter für die Anzapfungen der Leistungsikklungen
und mindestens eine Steuerschaltung, bestehend aus einer Reihenschaltung von einem
Vergleicher, einem Zwischenverstärker und einem an die Steuerwicklungen der
Transformatorjoche
angescossenen Differenzleistungsver stärker und einer Speisequelle für die Schaltteile
der Steuerschaltung, enthält, gemäß der Erfindung durch Regelvorrat messer ergänzt
wird, deren Eingänge an den ausgängen des Differenzleistungsverstärkers, an deren
Ausgängen ein elektronischer Umschalter, zusammengeschaltet aus Flipflops, NAND-
und NOR-Gattern, Invertern und Verzögerungsgliedern, liegen, wobei der elektronische
Umschalter mit seinen Ausgängen dem Schalter für die Anzapfungen der Leistungswicklungen
des Transformators vorgeschaltet ist.
-
Die Einrichtung enthalt noch zweckmäßig einen Starter, der am elektronischen
Umschalter liegt und aus einem TransistorS Kondensator und seiner Lade und Entladekette
zusammengeschaltet ist.
-
Die Einrichtung sollte schließlich einen Inverter enthalten, dessen
Eingang über einen Kondensator an einem der und Eingänge des elektronischen Umschalters
/dessen Ausgang über eine Diode am Eingang des Zwischenverstärkers liegt.
-
Der Transformator wird günstig als symmetrischer Dreiphasentransformator
ausgeführt, dessen Kernschenkel immer über 1200 aufeinanderfolgen und in dessen
von den Schenkeln umgrenzten Innenraum ein Unter-, ein Mittel- und ein Oberjoch
eingebracht sind, wobei von allen drei Jochen das Unterjoch nicht steuerbar, dagegen
das Mittel- und Oberjoch steuerbar sind.
-
Die steuerbaren Joche werden mit Vorzug in Gestalt eines Sterns ausgebildet.
-
Die Steuerwicklung des Oberjocs liegt sinnvoll in der Symmetrieachse
des symmetrischen Dreiphasentransformators, die Steuerwicklung des Mitteljochs ist
aus immer in Gegenreihenschaltung miteinander liegenden Einzelspulen auf den Halbjochen
ausgeführt Von Nutzen ist auch die Einführung eines Mittelschenkels bei dem symmetrischen
Dreiphasentransformator, dessen Steuerwicklungen für das Mittel- und Oberjoch hier
aus je drei Spulenpaaren auf den Halbjochen ausgeführt werden, wobei die Spulen
der beiden Steuerwicklungen, die den einzelnen Phasen zugeordnet sind, immer in
Gegenreihenschaltung miteinander liegen und eine eigene Steuerschaltung zur Yerfügung
haben.
-
Eine besonders günstige Lösung ist die Ausführung der steuerbaren
Joche des symmetrischen Dreiphasentransformators in Gestalt eines in sich geschlossenen
Vielecks, wobei ein solches Vieleck jeweils in zwei Teile aufgespalten ist, deren
jeder immer in Gegenreihenschaltung miteinander liegende Spulen der Steuerwicklung
trägt.
-
Von Vorteil ist auch die Anordnung der Speisewicklungen für die Schaltteile
der Steuerschaltung unmittelbar auf den Kernschenkeln des Transformators.
-
Ganz praktisch ist die Verlagerung eines Teils der Windungen der
Speisewicklungen für die Schaltteile der Steuerschaltung
in das
durch die steuerbaren Joche begrenzte Fenster.
-
Vorzugsweise besteht der Transformator aus einem Spartrans-i formator.
-
Im folgenden wird die Erfindung anhand der in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiele näh erläutert.
-
Es zeigen: Fig. 1 das Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Einrichtung
zur Spannungsregelung und -stabilisierung; Fig. 2 das Prinzipschaltbild der Einrichtung
zur Spannung regelung und -stabilisierung mit durch magnetische Kommutierung regelbarem
Transformator mit Differenzialsteuerung der Joche; Fig. 3 das Funktionsschaltbild
für die Umschaltung der Anzapfung der Leistungswicklungen des Transformators mit
Differentialsteuerung der Joche nach dem Spannungsregelvorrat; Fig. 4 die Konstruktion
des durch magnetische Kommutierung regelbaren symmetrischen Dreiphasentransformators
mit Jochen in Gestalt eines in sich geschlossenen Vielecks; Fig. 5 die Draufsicht
des Transformators nach Fig. 4; Fig. 6 die elektrische Schaltung des durch magnetische
Kommutierung regelbaren symmetrischen Dreiphasentransformators mit Jochen in Gestalt
eines in sich geschlossenen Vielecks;
Fig. 7 die Konstruktion des
durch magnetische Kommutierung regelbaren symmetrischen Dreiphasentransformators
mit Jochen in Gestalt eines Sterns, Fig. 8 die Draufsicht des Transformators nach
Fig. 7; Fig. 9 den Schnitt IX-IX der Fig. 7; Fig. 10 die elektrische Schalung eines
symmetrischen Dreiphasentransformators mit magnetischer Kommutierung uld mit wochen
in Gestalt eines Sterns; Fig. 11 die Konstruktion des symmetrischen Dreiphasentransformators
mit zu einem Stern mit Mittelschenkel angeordneten Jochen und phasenweiser Spannungsregelung;
Fig; 12 die Draufsicht des Transformators nach Fig. 11; Fig. 13 die elektrische
Schaltung eines symmetrischen Dreiphasentransformators mit magnetischer Kommutierung
und phasenweiser Spannungsregelungb Fig. 14 die elektrisohe Schaltung eines als
Spartransformator ausgeführten Transformators mit magnetischer Kommutierung und
Anschaltmöglichkeit des regelbaren Teils der Windungen der Wicklung an den Anzapflungen
des nicht regelbaren Teils ihren Windungen, und Fig. 15 die elektrische Schaltung
eines als Spartrans formator ausgeführten Transformators mit magnetischer Kommutierung
und mit umschaltbaren Wicklungsanzapfungen in Sternschaltung;
Die
Einrichtung zur Regelung und Stabilisierung der Spannung enthält einen Transformator
1 (Fig. 1), an dessen Ausgang 2 der Eingang 3 eines Vergleichers 4 liegt. Der Ausgang
5 des Vergleichers 4 ist auf den Eingang 6 eines Zwischenverstärkers 7 mit invertiertem
Ausgang 8 geschaltet. Am Ausgang 8 liegt der Eingang 9 eines Differenzleistungsverstärlcers
10. Die Ausgänge 11 und 12 des Differenzleistungsverstärkers 10 sind an Steuerwicklungen
13 bzw. 14 der Joche des Transformators 1 angescRosen. Die Einrichtung zur Spannung
regelung und-stabilisierung verfügt noch über einen elektronischen Umschalter 15.
Der eine Eingang 16 des elektronischen Umschalters 15 liegt am Ausgang 17 eines
Regelvorratmessers 18, dessen Eingang 19 an den Ausgang 11 des Differenzleistungsverstärkers
10 angeschlossen ist. Der andere Eingang 20 des elektronischen Umschalters 15 liegt
am Ausgang 21 eines zweiten Regelvorratmessers 22, dessen Eingang 23 andenAusgmg
12 des Differenzleistungsverstärkers 10 angeschlossen ist.
-
Die Ausgänge 24, 25, 26 des elektronischen Umschalters 15 führen zu
einem Schalter 27'für die Anzapfungen der Leiste so wicklungen, der mit den Anzapfungen
der Leistungswicklungen des Transformators 1 ausgangsseitig verbunden ist. Die Steuerschaltung
des Transformators 1 stehet schließlich einen Starter 28, einen n Inverter 29 und
eine Speisequelle 30 für die Schaltteile.
-
Der Vergleicher 4 weist eine mit Dioden 32,33, 34, 35,
36,
37 bestückte Gleichrichterbrücke 31 (Fig. 2) auf, die mit dem einen Ausgang 38 über
einen Widerstand 39 an dem einen Eingang 40 einer parametrischen Brücke 41 liegt.
Der andere Ausgang 42 der Gleichrichterbrücke 31 liegt an den ananderen Eingang
42' der parametrischen Brücke 41.
-
Zwischen die Eingänge 40 und 42' der parametrischen Brücke 41 (Fig.
2) ist ein Kondensator 43 eingeschaltet.
-
Die parametrische Brücke 41 ist aus zwei Widerstaden 44, 45 und zvzei
Zener-Dioden 46, 47 zusammengeschaltet. Der Ausgang der parametrischen Brücke 41,
der mit dem Ausgang 5 des Vergleichers 4 identisch ist, führt zum Eingang 6 des
Zwischenverstärkers 7.
-
Der Zwischenverstärker 7 enthält einen Transistor 48, dessen Basis
über einen Widerstand 49 am Ausgang 5 des Vergleichers 4 liegt. Ferner ist die Basis
des Transistors 48 über Dioden 50, 51 in Gegenparallelschaltiing und einen Zusammenschaltungspunkt
52 mit der Speisequelle 30, über einen Rückkopplungswiderstand 53 mit dem Kollektor
eines zweiten Transistors 54 des Zwischenverstärkers verbunden. Der Kollektor des
Transistors 48 liegt über einen Widerstand 55 an der Speisequelle 30, über eine
Diode 56 an der Basis des Transistors 54. Die Basis des Transistors 54 ist über
einen Widerstand 57 an die Speisequelle 30 angeschlossen. Der Emitter des Transistors
54 ist ebenfalls an die Speisequelle 30 angeschlomen. Der Kollektor des Transistors
54 liegt über
einen Widerstand 58 an der Speisequelle 30, über
eine Diode 59 an der Basis des dritten Transistors 60 der Schaltung.
-
Die Basis des Transistors 60 ist ferner über einen Widerstand 61 mit
der Speisequelle 30 verbunden. Der Emitter des Transistors 60 ist über den Zusammenschaltungspunkt
52 an die Speisequ alle 30 angeschlossen. Der Kollektor des Transistors 60 ist über
einen Widerstand 62 mt der Speisequelle 30 verbunden.
-
Der Differenzleistungsverstärker 10 enthit einen Transistor 63, dessen
Basis über eine Diode 64 und einen Zusammenschaltungspunkt 65 am Emitter des gleichen
Transistors 63, am Emitter des zweiten Transistors 66 und an der Speisequelle 30
liegt. Der Kollektor des Transistors 63 ist über eine Parallelschaltung von einer
Diode 67, einem Widerstand 68 und der Steuerwicklung 14 für die Joche des Transformators
1 und einen Zusammenschaltungspunkt 69 rnt der Speisequelle 30 verbunden. Die Basis
des Transistors 66 liegt über eine Diode 70 und den Zusammenschaltungspunkt 65 am
Emitter des gleichen Transistors 66. Der Ko vektor des Transistors 66 ist über eine
Parallelschaltung von einer Diode 71, einem Widerstand 72 und der Steuerwicklung
13 für die Joche des Transformators 1 und den Zusammenschaltungspunkt 69 an die
Speisequelle 30 angeschlossen.
-
Der Regelvorratmesser 18 (Fig. 3) enthält einen Transistor 73, dessen
Basis über einen Widerstand 74 am
Ausgang 11 des Differenzleistungsverstarkers
10 liegt. Der Kollektor des Transistors 73 ist über einen Widerstand 75 an die-
Speisequelle 30, über einen weiteren Widerstand 76 an einem Zusammenschaltungspunkt
77 angeschlossen. Zum gleidhenPunkt 77 ist auch der eine Anschluß eines Kondensators
78 sowie der eine Anschluß einer Zener-Diode 79 geführt. An einem weiteren Zusammenschaltungspunkt
80 liegen außer dem anderen Anschluß des Kondensators 78 der Emitter des Transistors
73 und der Emitter eines zweiten Transistors 81.t Die Basis des Transistors 81 liegt
am anderen Anschluß 82 der Zener-Diode 79. Der Kollektor des Transistors 81 ist
über einen Widerstand 83 mit der Speisequelle 30 (Fig. 1) verbunden.
-
Der Regelvorratmesser 22 ist analog dem Regelvorrat~ messer 18 aufgebaut.
Der Ausgang 21 des zweiten Regelvorrat messers 22 führt zum zweiten Eingang 20 des
elektronischen Umschalters 15.
-
Der elektronische Umschalter 15 weist ein Flipflop 84 auf, dessen
einer Eingang 85 über einen Zusammenschaltungs punkt 86 an dem Eingang 16 des elektronischen
Umschalters 15 und dem einen Eingang 87 eines NOR-Gatters 88 liegt. Auf den anderen
Eingang 89 des Flipflops 84 ist über einen Zusammenschaltungspunkt 90 der Ausgang
91 eines Inverters 92 geschah tet, auf dessen Eingang 93 der Ausgang 94 eines zweiten
NOR-Gatters 95 arbeitet. Der eine Ausgang 96 des Flipflops 84
führt
zu dem einen Eingang 97 eines NAND-Gatters 98. Der andere Ausgang 99 des Flipflops
84 führt über einen Zusarrunenschaltungspunkt 100 zu dem einen Eingang 101 eines
zweiten NAND-Gatters 102 und dem einen Eingang 103 des dritten NMtD-Gatters 104.
-
Der elektronische Umschalter 15 hat noch ein Plipflop 105. Der eine
Eingang 106 des zweiten Flipflops 105 liegt über einen ZusaJrmenschaltungspunkt
107 am zweitenEingang 20 des elektronischen Umschalters 15 und dem einen Eingang
108 des NOR-Gatters 950 Auf den anderen Eingang 108' des zweiten Flipflops 105 ist
über einen Zusammenschaltungspunkt 109 der Ausgang 110 eines zweiten Inverters 111
geschaltet, auf dessen Eingang 112 der Ausgang 513 des NOR-Gattera 88 arbeitet.
Der eine Ausgang 114 des zweiten Flipflops 105 führt zu dem anderen Eingang 115
des dritten WAND-Gatters 104. Der andere Ausgang 116 des zweiten Flipflops 105 führt
über einen Zusammenschaltungspunkt 117 zu dem anderen Eingang 118 des NAND-Gatters
102 und dem anderen Eingang 119 des NAND-Gatters 98.
-
Der Ausgang 120 des NAND-Gatters 98 liegt über einen Zusammenschaltungspunkt
121 am Eingang 122 eines Verzögerungsglieds 123 Der Ausgang 124 des Verzögerungsglieds
123 ist über einen weiteren Inverter 125 mit dem anderen Eingang 126 des NOR-Gatters
88 gekoppelt. Der Ausgang 127 des NAND-Gatters 104 liegt über einen Zusammenschaltungspunkt
128 am Eingang
129 eines zweiten Verzögerungsglieds 130. Der Ausgang
131 des Verzögerungsglieds 130 ist über noch einen Inverter 132 mit dem anderen
Eingang 133 des N0R-Gatters 95 gekoppelt.
-
Der Ausgang 120 des gAND-Gatters 98 liegt über den Zusammenschaltungspunkt
121 weiter am Ausgang 24 des elektronischen Umschalters 15 und Schalter 27 für dieAnzapfungen
der Leistunungen. Der Ausgang 127 des NAND-Gatters 104 liegt über den Zusammenschaltungspunkt
128 noch am Ausgang 26 des elektronischen Umschalters 15 und Schalter 27 für die
Anzapfungen der Leistungswicklungen. Das NAND-Gatter 102 ist über den Ausgang 25
des elektrqnischen Umschalters 15 mit dem Schalter 27 für die Anzapfungen der Leistungswicklungen
verbunden.
-
Der Starter 28 hat unter seinen Schaltteilen einen Transistor 134,
dessen Basis über einen Widerstand 135, einen Zusammenschaltungapunkt 136, eine
Diode 137 an den Emitter des gleichen Transistors 134 und an die Speisequelle 30
angeschlossen ist. Ein Kondensator 138 liegt über einen Zusammenschaltungspunkt
139 an dem einen Anschluß eines zweiten Widerstands 140. Am anderen Anschluß des
Widerstands 140 liegen die Diode 137 und der Emitter des Transistors 134. Am anderen
Anschluß des Kondensators 138 liegen über den Zusammenschaltungspunkt 136 die Diode
137 und der Widerstand 135. Der Kollektor des Transistors 134 ist über einen weiteren
Zusammenschaltungspunkt 141, den dritten
Widerstand 142 und den
Zusammenscllaltungspunkt 139 mit der Speisequelle 30 verbunden. Eine zweite Diode
143 ist über den zum Zusammenschaltuiigspunkt 141 geführten einen Anschluß am Kollektor
des Transistors 134, über den anderen Anschluß am zweiten Eingang 89 des Flipflops
84 angeschaltet; Die dritte Diode 144 ist über den einen Anschluß am Kollektor des
Transistors 134, über den anderen Anschluß am Eingang 106 des zweiten Flipflops
105 angeschaltet.
-
Der Inverter 29 enthält einen Transistor 145 dessen Emitter an die
Speisequelle 30 angeschlossen ist.
-
Die Basis des Transistors 145 ist wie der eine Anschluß eines Kondensators
147 und der eine Anschluß eines Widerstands 148 zu einem Zusammenschaltungspunkt
146 geführt. Der andere Anschluß des Kondensators 147 ist wie der eine Anschluß
eines zweiten Widerstands 150, der eine Anschluß einer Diode 151 und der eine Anschluß
einer zweiten Diode 152 zu einem anderen Zusammenschaltungspunkt 149 geführt. Der
andere Anschluß des Widerstands 150 ist über noch einen Zusammenschaltungs punkt
153 mit der Speisequelle 30 verbunden. Am Zusammenschaltungspunkt 153 liegt auch
der andere Anschluß des Widerstands 148. Der Kollektor des Transistors 145 ist über
den dritten Widerstand 154 und Zusammenschaltungspunkt 153 und an die Speisequelle
30 / über die dritte Diode 155 an den Eingn 6 des Zwischenverstärkers 7 angeschlossen.
Der andere Anschluß der Diode 151 ist über den Zusammenschaltungspunkt 109 an
den
Ausgang 110 des Inverters 111 geführt. Der andere Anschluß der Diode 152 ist an
den Ausgang 17 des Regelvorratmessers 18 geführt.
-
Das Verzögerungsglied 123 enthcjlt einenWiderstand 156, dessen einer
Anschluß am Ausgang 122 des Verzögerungsglieds 123 liegt. Der andere Anschluß des
Widerstands 156 liegt über einen Kondensator 157 an der und Speisequelle 30/ über
eine Zener-Diode 158 am Inverter 125 des elektronischen Umschalters 15. Das Verzögerungsglied
130 ist analog aufgebaut.
-
Der Transformator 1 (Fig. 4 und 5) weist drei immer über 1200 aufeinanderfolgende
Kernschenkel 159 auf. In den von den Kernschenkeln 159 umgrenzten Innenraum des
Eisenkörpers sind ein Unter- 160, ein Mittel- 161 und ein Oberjoch 162 jedes in
Gestalt eines in sich geschlossenen Vielecks, eingebracht. Das Unterjoch 160 ist
nicht steuerbar, das Mittel- 161 und das Oberjoch 162 sind steuerbar. In dem vom
Unterjoch 160, Mitteljoch 161 und einem Teil der Kernschenkel 159 umgrenzten unteren
Fenster des Eisenkörpers ist ein Teil 163 der Windungen der Sekundärwicklung und
die Primärwicklung (in Fig. 4 weggelassen) angeordnet. Der andere Teil 164 der Windungen
der Sekundärwicklung ist in dem durch das Mittel-161 und Oberjoch 162 begrenzten
oberen Penster des Eisenkörpers angeordnet. Die Windungen der beiden Teile 163 und
164 der Sekundärwicklung sind hintere inanderges chalt et. Das
mittlere
161 und obere Joch. 162 bilden unabhängige in sich geschlossene magnetische Kreise.
Die Kerne der steuerbaren Joche, des Mittel- 161 und des Oberjochs 162, sind in
zwei Teile auffgespalten. Das Mittel- 161 unt das Oberjoch 162 tragen ihre Steuerwicklungen
13 bzw. 14. Jede der beiden Steuerwicklungen 13, 14 besteht aus sechs Spulen: je
drei Spulen auf jedem abgespaltenen Teil der Joche 161, 162.
-
Die Spulen der Steuerwicklungen 13, 14 (Fig. 6) für die Joche liegen
immer in Reihengegenschaltung miteinander, so daß die durch den Gleichstrom in den
abgespaltenen Teilen hervorgefufenen magnetischen Felder immer gegeneinander gerichtet
sind. Die Primärwicklung 165 des Transformators 1 ist nach dem Obengesagten in dem
unteren Fenster angeordnet, das das untere Joch 160 (Fig. 4), das mittlere Joch
161 und ein Teil der Kernschenkel 159 umgrenzen. Unmittelbar auf den KernscheAkeln
159 des Transformators 1 sind die Speisewicklungen für die Schaltteile der Steuerschaltung
untergebracht, wobei ein Teil 166 (Fig. 6) der Windungen der Speisewicklung in dem
von dem Unter- 160 (Fig. 4s 5), Mitteijoch 161 und einem Teil der Kernsokenkel 159
umgrenzten unteren Fenster des Eisenkörpers liegt. Der andere Teil 167 (Fig. 6)
der Windungen der Speisewicklung ist in das durch das Mittel- 161 und Oberjoch 162
begrenzte obere Fenster verlagert.
-
Bei dem Transformator 1 (nach Fig. 7 und 8) haben die in den von
den Kernschenkeln umgrenzten Raum eingeführten
Joche das Unter-
160, das Mittel- 161 und das Oberjoch 162, die Gestalt eines Sterns. Die Sekundärwicklung
ist in zwei Teile aufgespalten. Der eine Teil 163 der Windungen der Sekundärwick.Lung
befindet sich im durch das Unter- 160 und Mitteljoch 161 begrenzten unteren, ihr
anderer Teil 164 in dem durch das Mittel- 161 und Oberjoch 162 begrenzten oberen
Fenster des Transformators 1.
-
Die Primä.rwicklung 165 (Fig. 9) liegt ganz in dem durch das Unter-
160 (Fig. 7) und Mitteljoch 161 begrenzten unteren Fenster.
-
Die Steuer,icklung 13 (Fig. 10) für das mittlere Joch 161 ist aus
sechs immer in Gegenreihenschaltung miteinander liegenden Einzelspulen auf seinen
Halbjochen aufgebaut.
-
Die Steuerwicklung 14 für das obere Joch 162 liegt in den Magnetkörperfenstern
in der Symmetrieachse des Transformators 1 (Fig.7).
-
Der Transformator 1 nach Fig. 11 weist drei (immer über 1200 aufeinanderfolgend)
symmetrisch zueinander liegende Kernschenkel 159 auf. In dem von den Schenkeln umgrenzten
Raum befinden sich drei zu einem Stern angeordnete Joche 160, 161, 162 und ein Mittelschenkel
168 (Fig. 12). Die Konstruktion des Transformators 1 nach Fig. 11 unterscheidet
sich von den vorstehend behandelten Ausführungen des Transformators 1 dadurch, daß
die Steuerwicklung 14 für das obere Joch 162, so wie die Steuerwicklung 13 für das
mittlere Joch
161, aus je drei Spulenpaaren 14', 14", 14''' bzw.
13', 13'', 13"'- (Fig. 13) auf ihren Ifalbjochen bestehen. Dabei sind die SRulenpaare
13' und 14', 13" und 14 ", 13 " ' und 14''' des mittleren Jochs 161 einerseits und
des oberen Jochs 162 andererseits für die einzelnen Phasen A, B, C immer in Reihe
untereinander verbunden. Für die unabhängige Steucrung gebraucht man drei ähnliche
Schaltungen wie die nach Fig. 2.
-
überall dort, wo die Ausgangsspannung und die Netzspan nung galvanisch
vonei.nander nicht getrennt zu sein brauchen, das der werden/Gewicht der Aktivmaterialien
und der Arbeitsaufwand bei der HersteLlung geringer, falls man sich für eine Spartransformatorschaltung
mit magnetischer Kommutierung für den Transformator 1 (s. Fig. 14) entscheidet.
-
Bei einem Spartransformator als Transformator 1 wird der andere Teil
164 der Windungen der Sekundärwicklung, der sich in dem durch das Mittel- 161 (Fig.
11) und Oberjoch 162 begrenzten Eisenkörperfenster befindet, durch die Kontakte
169, 170, 171 von Magnetanlassern an die Anzapfungen des ersten Teils 163 (Fig.
14) der Sekundärwicklung, der sich in dem von dem Unter- 160 (Fig. 11), Mitteljoch
161 und einem Teil der Kernschenkel 159 umgrenzten unteren Eisenkörperfenster befindet,
gelegt. Weitere Kontakte 172 des Magnet anlassers sowie Widerstände 173 werden als
Abhilfe für die Stromunterbrechungen beim Umschalten der einzelnen Bereiche verwendet,
innerhalb welcher stufenlos geregelt wird.
-
Bei dem ebenfalls als Spartransformator ausgeführtem Transformator
1 nach Fig. 15, der für die Fälle einer geringen Regelungstiefe sowie einer ausschließlichen
Stabilisierung bestimmt ist, liegt der andere Teil 164 der Windungen der stationär
Sekundärwicklung/an bestimmten Punkten n des ersten Teils 163 der Windungen der
Sekundärwicklung, der im unteren Fenster angeordnet ist. Der Schalter 27 für die
Anzapfungen der Leistungswicklungen ist beispielsweise mit Thyristoren 174, 175,
176, 177, 178, 179 bestückt. Die Thyristoren 174, 175, 176 und die Thyristoren 177,
178, 179 sind jeweils in Reihe untereinander zu Dreiecken verbunden, an deren jeden
Eckpunkt 180, 181, 182,, 183, 184, 185 die Anzapfungen der Leistungswicklungen angeschlossen
sind. Die Pfeile zeigen in der Richtung des vom elektronischen Umschalter 15 (Fig.
1) am Schalter 27 (Fig. 15) für die Anzapfungen der Leistungswicklungen ankommenden
Signals. Mit U1 und U2 werden in Fig. 14 und 15 die Netz- bzw. die Ausgangsspannung
bezeichnet.
-
Die stufenlose Regelung und Stabilisierung der Spannung geht wie
folgt vor sich. Die Ausgangs spannung des Transformators 1 wird dem Eingang 3 des
Vergleichers 4 zugeleitet.
-
Vom Ausgang 5 des Vergleichers 4 wird dem Eingang 6 des Zwischenverstärkers
7 ein Regelabweichungssignal zugeführt, dessen Größe und Polarität von der Abweichung
der Ausgangsspannung von der Sollspannung abhängen. Von dem Zwischenverstärker
7
wird das Regelabweichungssignal verstärkt und an den Eingang 9 des Differenzleistungs
verstärkers 10 gegeben.
-
Der Difierenzleistungsverstärker 10 erhöht den Strom in einer der
Steuerwicklungen 13, 14, und erniedrigt den in der anderen Steuerwicklung so, daß
die Abweichung der Ausgangs spannung von der Sollspannung verschwindet. Gleichzeitig
wird von den Ausgängen 11 und 12 des Dif$eren21eistungsverstärkers 10 ein Signal
auf die Eingänge 19, 23 der Regelvorrast messer 18, 22 gegeben. Erweist es sich,
daß der Regelvorrat für die Spannung erschöpft ist, d.h. eine Erhöhung oder Erniedrigung
der Spannung im gegebenen Bereich nicht mehr möglich ist, so empfängt der elektronische
Umschalter 15 ein Signal vom Regelvorratmesser 18 bzw. 22. Der elektronische Umschalter
15 liefert ein Kommando an den Schalter 27 für die Anzapfungen der Leistungswicklungen
des Transformators 1.
-
Der Schalter 27 für die Anzapfungen der Leistungswicklungen schaltet
die Leistungawicklungen des Transformators 1 so, daß die Einrichtung zur Regelung
und Stabilisierung der Spannung die Erhaltung der Sollspannung gewährleistet.
-
Der Starter 28 dient dazu, daß die Sollspannung sich bei Einschaltung
des Transformators 1 bei dem Minimalwert, und nicht bei einem beliebigen und gar
beim Maximalwert beginnend einstellt.
-
Die Ausgangsspannung des Transformators 1 (Fig. 2) wird von der Gleichrichterbrücke
31 mit den Dioden 32, ... , 37
gleichgerichtet und gelangt über
den Widerstand 39 zu der einen Diagonale 40 - 42' der parametrischen Brücke 41.
Der anderen Diagonale 5 - 52 der parametrischen Brücke 41 wird das Regelabweichungssignal
für die Sollspannung entnommen, dessen Grö3e und Polarität von der Abweichung der
Ausgang Spannung von ihrem Sollwert abhängen. Dieses Signal kommt am Zwischenverstarlcer
7 an. Für den Zwischenverstärker 7 ist ein kontakt loses Relais eingesetzt. Das
Schaltverhalten des Zwischenverstärkers 7 komitit auf Grund einer Mitkopplung des
Kollektors des Transistors 54 über den Widerstand 53 mit der Basis des Transistors
48 zustande. Der Widerstand 49 wie die Dioden 50, 51 dienen als Überspannungsschutz
bei Einschwingvorgängen für den Transistor 48. Der Transistor 60 invertiert das
Signal des Transistors 54. Das an den Kollektoren der Transistoren 54 und 60 des
Zwischenverstärkers 7 abgenommenen Signal wird an den Eingang 9 des Differenzleistungsverstärkers
10 gegeben.
-
Je nach Polarität des an seinem Eingang 9 ankommenden Signals bewirkt
der Differenzleistungsverstärker 10 durch die Transistoren 63 und 66 eine Abschaltung
oder Zuschaltung der Steuerwicklungen 13, 14 für das Mittel- und das Oberjoch 161,
162 (Fig. 4) des Transformators 1.
-
Unterschreitet die Spannung den Sollwert, so wird der Eingang 6 (Fig.
2) des Zwischenverstärkers 7 mit einem positiven Signal beaufschlagt. Dann ist der
Transistor 48 gegesperrt,
der Transistor 54 geöffnet, der Transistor
60 gesperrt. Bei dem Schaltzustand führt die Basis des Transistors 63 ein positives,
die des Transistors 66 ein negatives Signal.
-
Da der Zwischenverstärker 7 ein Schaltverhalten zeigt, arbeiten die
Transistoren 63 und 66 im Schalterbetrieb.
-
Bei obiger Polarität des Eingangssignals des Differenzleistungsverstarkers
10 wird der Transistor 63 in den gesperrten, der Transistor 66 in den leitenden
Zustand versetzt. Der Strom durch die Steuerwicklung 13 für das Mitteljoch 161 nimmt
zu, der durch die Steuerwicklung 14 für das Oberjoch 162 nimmt ab. Entsprechend
wird der magnetische Widerstand des Mitteljoch 161 größer, der magnetische Widerstand
des Oberjochs 162- aber kleiner. Es vergrößert sich derjenige Teil des magnetischen
Flusses, der durch das obere Joch 162 geht und den anderen Teil 164 der Windungen
der Sekundärwicklung erfaßt, der sich im oberen Fenster befindet.
-
Die Flußverkettung und somit die EMK des anderen Teils 164 der Windungen
der Sekundärwicklung, der sich im oberen Fenster befindet, vergrößert sich also
ebenfalls. Die Ausgangsspannung des Transformators 1 steigt, bis sie ihren Sollwert
überhöht.
-
In diesem Fall wird am Eingang 6 des Zwischenverstärkers 7 ein negatives
Signal wirksam. Der Transistor 48 wird leitend, der Transistor 54 gesperrt, der
Transistor 60 leitend. Die Basis des Transistors 66 führt ein positives, die des
Transistors 63 ein negatives Signal. Der Transistor 66 wird gesperrt,
der
Transistor 63 durchgesteuert. Der Strom durch die Steuerwicklung 14 für das obere
Joch 162 nimmt nun zu, der Strom durch die Steuericklung 13 für das mittlere Joch
161 geht zurück. Der magnetische Widerstand des Mitteljochs 161 wird dabei niedriger,
der magnetische Widerstand des oderen Jochs 162 wird höher.
-
Derjenige Teil des WIagnetClusses, der sich über das obere Joch 162
schloß, wird geringer, mit iiini verringert sich auch die Plußverkettung und also
die EIK des anderen Teils 164 der Windungen der Sekundärwicklung, der sich im oberen
Fenster befindet. Die Ausgangsspannung des Transformators 1 fällt immer weiter,
bis sie auch schon unter dem Sollwert liegt. In diesem Augenblick wechselt das von
der parametrischen Brücke 41 ankommende Signal seine Polarität usw.
-
Die eine oder die andere Steuerwicklung 13 bzw. 14 je nach Richtungssinn
der Abweichung der Ausgang von der Sollspannung abwechselnd zuschaltend erreicht
man eine konstaSe Spannung des Transformators 1. Die Vorgabe der Ausganges spannung
erfolgt durch Änderung des Wertes des Widerstandes 39.
-
Die Dioden 67, 71 dienen zur Aufrechterhaltung eines lückenlosen
Stromes in den Steuerwicklungen 13, 14 für die Joche 161 und 162 des Transformators
1 und zur Absicherung der Transistoren 66 und 63 gegen Überspannungen bei Einschwingvorgängen.
Die
Widerstände 68, 72 dienen zur Unterdrückung von hochfrequenten Harmonischen.
-
Wenden wir uns jetzt der Betrachtung der Punktion des Regelvorratmessers
18 (Fig. 3) zu. Der Transistor 73 invertiert das vom Differenzleistungsverstärker
10 ankommende Signal. Befindet sich der Transistor 73 im gesperrten Zustand, so
lädt sich der Kondensator 78 über die Widerstände 75 und 76 auf. Leitet der Transistor
73 Strom, so entlädt sich der Kondensator 78 über die Emitter-Kollektor-Strecke
des Transistors 73 und den Widerstand 76. Die Aufladezeitkonstante des Kondensators
78 übertrifft seine B ntladezeitkonstante wesentlich, weil der Wert des Widerstands
75 um einige Größenordnungen höher liegt als der gesamte Widerstandswert von Widerstand
76 und Emitter-Kolektor-Strecke des stromführenden Transistors 73.
-
Die Werte der Widerstande 75, 76 sind so ausgewählt, daß die Spannung,
bis auf welche sich der Kondensator 78 im Ablauf der stufenlosen Regelung bzw. Stabilisierung
von Spannung aufladen kann, stets unterhalb der Stabilisierungsspannung der Zener-Diode
79 bleibt.
-
Während der Transistor 73 offen bleibt, entlädt sich der Kondensator
78 gänzlich. Auf dem Kondensator 78 werden daher keine Ladungen gespeichert, es
fließt kein Strom durch die Zener-Diodegund der Transistor 81 ist gesperrt. Sobald
aber der Regelvorrat für die Spannung erschöpft ist, lädt sich
der
Kondensator 78 auf eine Spannung auf, die die Durchschlagsspannung der Zener-Diode
79 übersteigt. Hierbei wird der Transistor 81 in den bitenden Zustand versetzt und
gibt ein Signal an den elektronischen Umschalter 15 ab. Der elektronische Umschalter
15 stellt eine Einrichtung mit mehreren stabilen Zuständen dar, deren Zahl gleich
derjenigen der Regelbereiche der Spannung des Transformators 1 ist. Die Funktion
des elektronischen Umschalters 15 basiert auf der Wirkungsweise der zwei Flipflops
84 und 105.
-
Die Ausgänge 96, 99, 114, 116 der Flipflops 84, 105 sind auf die
NAND-Gatter 98, 102, 104 geschaltet. Die NAND-Gatter 98, 102, 104 liefern Kommandos
an den Schalter 27 für die Anzapfungen der Leistungswicklungen. Gleichzeitig erscheint
das Signal vom Ausgang 120 des NAND-Gatters 98 am Eingang 122 des Verzögerungsglieds
123. Das Verzögerungsglied 123 dient dazu, einen Übergang vom ersten Bekelbereich
über den zweiten hinweg gleich zum dritten auszuschließen.
-
Zur Verhinderung der Einschaltung eines beliebigen Regelbereichs außer
dem ersten dient der Starter 28. Bei der Einschaltung der Einrichtung zur stufenlosen
Spannungsregelung und-stabilisierung lädt sich der Kondensator 138 über den Widerstand
135 und die Emitter-Basis Strecke des Transistors 134 auf. Über den Zeitraum der
Aufladung des Kondensators 138 bleibt der Transistor 134 leitend. Vom Kollektor
des Transistors 134 aus erreicht das Nullpotential über die
Dioden
143 und 144 einmal den- einen Eingang 85 des Flipflops 84, zum anderen den Eingang
106 des zweiten Flipflops 105.
-
Die Flipflops 84, 105 nehmen Suatämde an, bei welchen negative Signale
an den beiden Eingangen 97, 119 des NAND-Gatters 98 erscheinen. Das NAND-Gatter
98 liefert ein Signal an den Schalter 27 für die Anzapfungen der leistungswicklungen
des Transformators 1. Das Schalten der Ansapfungen der Leistungswicklungen des Transformators
1 können die Kontakte von Magnetanlassern, Thyristoren oder auch beliebige andere
-Schaltgeräte übernehmen. Im vorliegenden Fall werden diewenigen Anzapfungen der
Leist ungswiklungen angeschaltet, welchen die kleinste Ausgangsspannung entspricht.
Ist der Regelvorrat bei diesem Bereich erschöpft, so kommt vom Regel vorratmesser
18 am Eingang 85 des Flipflops 84 ein Nullsignal an. Das Flipflops 84 kippt um Bei
dem neuen Zustand des Flipflops 84 treten die beiden negativen Signale an den Singängen
101, 118 des.NAND-Gatters 102 auf. Bei den NAND-Gattern 98 und 104 dagegen führt
mindestens jeweils ein Eingang das positive Signal. Das NARD-Gatter 102 gibt ein
Signal an den Schalter 27 für die Anzapfungen der Leistungswicklung-en ab, auf welches
hin andere Anzapfungen der Leistungswicklungen des Transformators 1 angeschaltet
werden.
-
Gleichzeitig wird das Signal vom Ausgang 17 des Regelvor-5 ratmessers
18 am Eingang 87 des NOR-Gatters 88 wirksam. Das NOR-Gatter 88 wechselt dennoch
seinen Zustand nicht, weil
sein vorheriger Zustand durch das Signal
vom Inverter 125 aufrechterhalten wird. Der Inverter 125 wechselt seinen Zustand
nach dem Umschalten des Flipflops 84. Dies bewirkt das vom NAIJD-Gatter 98 ankommende
Signal und geschieht nach Ablauf einer Haltezeit, deren Dauer größer ist als die
für das Umschalten der Anzapfungen der Leistungswicklungen des Transformators 1
zu beanspruchende Zeit.
-
Geht die Sollspannung auch über den zweiten Regelbereich nicht gleich
hinaus, so setzt der Prozeß der stufenlosen Regelung und Stabilisierung der Spannung
ein, und das den Verbrauch des Regelvorrats signalisierende Nullpotential verschwindet
am Eingang 87 des NOR-Gatters 88. Ist aber die Sollspannung immer noch höher als
die größtmögliche Spannung aus dem zweiten Bereich, so führt der Eingang 87 des
NOR-Gatter 88 nach wie vor das Nullpotential. Nach einiger Zeit, deren Dauer vom
Verzögerungsglied 123 abhängt, erscheint das Nullpotential nach dem Inverter 125
auch am anderen Eingang 126 des NOR-Gatters 88. Das NOR'Gatter 88 wechselt seinen
Zustand, und das Nullpotential tritt nach dem Inverter 111 am Eingang 108' des zweiten
Flipflops 105 auf. Das zweite Flipflop 105 wird umgesetzt. Den anderen Zustand nehmen
auch die NAND-Gatter 102, 104 an. Hierbei führen die beiden Eingänge 103, 115 des
NAND-Gatters 104 die negativen Signale. Zum Schalter 27 für die Anzapfungen der
Leistungswicklungen des Transformators 1 wird ein Kommando zum Einschalten des dritten
Spannungsbereichs
geschickt, in dem stufenlos geregelt wird.
-
Der Übergang vom dritten Regelbereich zum zweiten und vom zweiten
zum ersten erfolgt wie oben, nur daß der Regelvorratmesser 22 dem elektronischen
Umschalter 15 den Verbrauch des Regelvorrats der Spannung signalisisert.
-
Der Übergang zu einem Bereich mit höheren Spannungswerten zieht eine
kurzzeitige Spannungsspitze nach sich, deren Höhe mit der Regelungstiefe bei dem
Regelbereich zusammenfällt Ursache dieser Erscheinung ist die Vormagnetisierung
des Mitteljochs 161 (Fig. 4) des Transformators 1 im Zeitpunkt der Umschaltung der
Anzapfungen der Leistungswicklungen des Transformators 1, was dem Durchfahren der
höchsten Spannung des gegebenen Bereichs gleichkommt. Zur Unterdrückung dieser Spannungaspitze
wird ein negatives Signal vom Kollektor des Transistors 145 (Fig. 3) auf den Eingang
6 (Fig. 1) des Zwischenverstärkers 7 gegeben.
-
Beim Eintreffen des negativen Signals am Zwischenverstärker 7 (Fig.
2) wird die Steuerwicklung 13 des mittleren Jochs 161 (Fig. 4) des Transformators
1 abgeschaltet, weshalb sich die Ausgangsspannung erniedrigt. Der Transistor 145
(Fig. 3) wird von dem vom Ausgang 17 des Regelvorratmessers 18 und Ausgang 113 des
NOR-Gatters 88 ankommendem positiven Signal an seiner Basis gesperrt, d. h. gerade
dann, wenn der Regelvorrat der Spannung verbraucht ist und auf den nächsthöheren
Spaneungsbereich umgeschaltet werden muß.
-
Der andere Regelvorratmesser 22 arbeitet in genau gleicher Weise
wie der Regelvorratmesser 18.
-
So erhält man durch Kombination von stufenloser Regelung in einem
kleineren Bereich mit automatischer Umschaltung der einzelnen Regelbereiche eine
Einrichtung zur stufenlosen Spannungsregelung mit hohen energetischen Daten bei
geringem Aufwand an Aktivmaterialien.
-
In der Einrichtung zur Spannungsregelung und-stabilisierung kann
der durch Vormagnetisierung der Joche regeIbsr Transformator 1 (Fig. 4) sowohl ein
Ein-, als auch ein Drei phasentransformator eingesetzt werden. Zur Vermeidung einer
Unsymmetrie der Phasenspannungen gegeneinander werden, der symmetrische Dreiphasentransformator
1 mit immer uDer 120< aufeinanderfoJgenden Kernschenkeln 159 und in den von den
Schenkeln umgrenzten Raum eingebrachte Jochen 160, 161, 162 verwendet. Bei dem symmetrischen
Dreiphasentransformator 1 sin das Mittel- 161 und das Oberjoch 162, die steuerbar
sind und die Gestalt eines in sich geschlossenen Vielecks haben, jeweils in zwei
Teile aufgespalten. Ein jeder abgespaltener Teil der Joche 161 und 162 trägt die
Spulen der Steuerschaltungen 13 -und 14 (Fig. 6). Diese Spulen sind so untereinander
verbunden, daß die durch den Gleichstrom erzeugten magnetischen Felder in den abgespaltenen
Teilen der steuerbaren Joche 161 und 162 immer gegeneinander gerichtet sind. Hierdurch
gleichen sich die infolge der Gleichstromwormagnetisierung der Joche 161
und
162 entstehenden geraden Harmonischen gegenseitig aus.
-
Dabei gleichen sich auch die EMK's der Grundwelle in den Steuerwicklungen
13 und 14 gegenseitig aus. Eine solche Konstruktion des durch Vormagnetisierung
der Joche 161, 162 regelbaren symmetrischen Dreiphasentransformators 1 (Fig.4,5)
gestattet es, den Klirrfaktor bei der Einrichtung zur Spannungsregelung und-stabilisierung
bis auf Werte von unter 5% herabzusetzen.
-
Bei der Einrichtung zur Regelung und Stabilisierung der Spannung
kann auch der symmetrische Dreiphasentransformator 1 (Fig. 7, 8, 9) verwendet werden,
dessen Joche 161 und 162 die Gestalt eines Sterns haben. Da die Steuerleistung bei
dem oberen Joch 162 des Transformators 1, die zur Verdrängung des Leerlaufflusses
verbraucht wird, wesentlich kleiner als die Steuerleistung bei dem mittleren Joch
161 ist, wird das Joch 162 mit einer in der Symmetrieachse des Transformators 1
liegenden Steuerwicklung 14 versehen. Diese Steuerwicklung 14 magnetisiert das obere
Joch 162 in Gestalt eines Sterns. Die Steuerwicklung 13 für das mittlere Joch 161
ist mit Einzelspulen aufgebaut. Die Spulen werden auf den Halbjochen jedes Sternstrahls
(Fig. 7, 9) angeordnet und immer in Reihe (Fig. 10 untereinander verbunden. Eine
solche Konstruktion des Transformators 1 (Fig. 7) erlaubt eine stufenlose Spannungsregelung
mit einem niedrigen Klirrfaktor (von nicht über 5%) im vorgegebenen Spannungsbereich.
Doch diese Konstruktion des Dreiphasentransformatora
1 erlaubt
es nicht, die Spannung bei Bedarf phasenweise zu regeln. Um dem abzuhelfen, wird
bei der Einrichtung zur Spannungsregelung und-stabilisierung der durch Vormagnetisierung
der sternförmigen Joche 161, 162 regelbare symmetrische Dreiphasentransformator
1 nach Fig. 11, 12 verwendet. Dieser unterscheidet sich vom Transformator nach Fig.
j bis 9 dadurch, daß er noch einen Mittelschenkel 168 (Fig. 12) hat und die Steuerwicklungen
13, 14 (Fig. 13) aus je drei Spulenpaaren 13', 13", 13''' bzw. 14', 14'&, 14"'
auf den Halbjochen aufgebaut sind. Die Spulenpaare 13' und 14', 13" und 14", 13'''
und 14"' der beiden Steuerwicklungen 13, 14, die den einzelnen Phasen A, B, C zugeordnet
sind, sind jeweils in Reihe miteinander verbunden und an ei-genen Steuerschaltungen
angeschlossen. Jede dieser Schaltungen ist identisch mit der nach Fig. 2. Bei Änderung
des Steuerstroms durch die beiden Paare zum Beispiel 13' und 14' erfolgt die Regelung
der einschlägigen Phase. Der Mittelschenkel 168 (Fig. 12) dient zur Verminderung
des Einflusses einer Phase auf die anderen bei Last- oder Netzunsymmetrien.
-
Überall dort, wo die Ausgangsspannung und die Netzspannung galvanisch
nicht voneinander getrennt zu sein brauchen, werden Gewicht der Aktivmaterialien
und Arbeitsaufwand bei der Herstellung der Einrichtung zur Regelung und Stabilisierung
der Spannung geringer, falls man für den Transformator 1 (Fig. 14) eine Spartransformatorschaitung
wählt. In Pig. 14
ist eine Spartransformatorschaltung für den Transformator
1 (Fig. 14) gezeigt, die es gestattet, die Ausgangsspannung in drei Stufen ohne
Unterbrechungen des Betriebsstroms praktisch bis auf Null stufenlos (innerhalb der
einzelnen Stufen) herunterzuregulieren. Der nichtlückende Betriebsstrom wird bei
Übergängen vom einer Anzapfung. auf die andere bei dem einen Teil 163 der Windungen
der Sekundärwicklung im unteren Fenster der mit Hilfe der Kontakte 172 eines Magnetanlassers
und/Widerstände 173 aufrechterhalten.
-
Für die Fälle einer geringen Regelungstiefe oder gar ausschließlichen
Stabilisierung der Spannung ist der andere Teil 164 (Fig. 15) der Windungen der
Sekundärwicklung im oberen Fenster an einal bestimmten Punkt n des ersten Teils
163 der Windungen der Sekundärwicklung im unteren Fenster stationär angeschlossen.
Der Schalter 27 für die Anzapfungen der Leistungswicklungen, aufgebaut aus Thyristoren
174, ...
-
179, ändert die Windungszahl, indem er die Anzapfungen des einen Teils
163 der Windungen der Sekundärwicklung im unteren Fenster zu einem Stern miteinander
verbindet. Vom elektrischen Umschalter 15 (Fig. 3) werden Signale an die Steuerelektroden
der Thyristoren 174, 175, 176 bzw. 177 geliefert.
-
Bei geöffneten Thyristoren 174, 175, 176 sind die Eckpunkte 180, 181,
18? in Stern geschaltet. Dabei steigwn die Spannung je Windung . und die Ausgangs
spannung U2 an. Normalerweise sind die Thyristoren 174, 175, 176 dann geöffnet,
wenn das
Mitteljoch 161 (Fig. 12) vormagnetisiert und die Netzspannung
U1 niedrig ist. Ein Teil 1631 der Windungen der Sekundärwicklung im unteren Fenster
arbeitet bei geöffneten Thyristoren 174, 175, 176 nicht. Bei geöffneten Thyristoren
177, 178, 179 sind die Eckpunkte 183, 184, 185 in Stern geschaltet. Die Netzspannung
U1 ist an alle Windungen der Wicklung im unteren Fenster angelegt. Die Spannung
je Windung fällt ab. Die Ausgangsspannung U2 erniedrigt sich auch. Das Signal, auf
welches hin die Thyristoren 177, 178, 179 öffnen, kommt vom elektronischen Umschalter
15 (Fig. 3) normalerweise dann an, wenn das obere Joch 162 (Fig. 12) vormagnetisiert
und die Netzspannung U1 hoch ist. Die Schalter 27 für die Anzapfungen der Leistungswicklungen
können mit Magnetanlassern, Thyristoren oder auch anderen Schaltgeräten realisiert
werden.
-
Leerseite