DE470324C - Einrichtung zur wahlweisen Umformung elektrischer Arbeit von konstanter Wechselstromspannung in Arbeit von konstantem Strom oder umgekehrt - Google Patents

Description

• Einrichtung zur wahlweisen Umformung elektrischer Arbeit von konstanter Wechselstromspannung in Arbeit von konstantem Strom oder , umgekehrt Es gibt in der Elektrotechnik eine Reihe von Fällen, in denen es darauf ankommt, den Strom unabhängig von der veränderlichen Belastung konstant zu halten (z. B. Reihenschaltung von Bogenlampen, Schmelzöfen o.dgl.). Da normalerweise das Netz mit konstanter Spannung betrieben wird, sind hierfür besondere Einrichtungen erforderlich. Auch der umgekehrte Fall kann von Bedeutung sein. Beispielsweise bietet es insbesondere für Übertragungen mit hoher Spannung in gewissen Fällen Vorteile, die Hauptlinien statt mit konstanter Spannung mit konstantem Strom zu speisen und an den Abzweigstellen auf konstante Spannung umzuformen.
• Es sind nun bereits Einrichtungen bekannt, die eine solche Umformung herbeiführen, ohne daß es erforderlich ist, besondere Regelapparate zu verwenden, die je nach der Belastung von Hand oder selbsttätig verstellt werden müssen. Schaltungen dieser Art sind zuerst von B o u c h e r o t angegeben worden. Abb. i und a zeigen diese Schaltungen. RL sind induktive, R, kapazitive Blindwiderstände, R,r ist der veränderliche Belastungswiderstand, S die primäre Stromquelle, T ein Transformator, der gegebenenfalls auch fortfallen kann. Wählt man bei der Schaltung nach Abb. i .die Blindwiderstände derart, daB RL = RC ist, so gilt für den Sekundärstrom J2 die Gleichung Hierin bedeutet: E"1 die konstante Primärspannung, J1 den aus der Stromquelle S entnommenen Strom, ü das Übersetzungsverhältnis des Transformators.
• Dieselbe Beziehung gilt für die Schaltung nach Abb. 2, wenn gewählt wird: Rci = R,2 - RLl - RL2-Die praktische Verwertbarkeit dieser Schaltungen wird durch die große Leistung der Blindwiderstände (Drosselspulen und Kondensatoren), welche hierzu erforderlich ist, beeinträchtigt. Jede Ersparnis in dieser Richtung bedeutet eine wesentliche Verbesserung. Beträgt beispielsweise die erstrebte Nutzleistung in konstantem Strom L" kW oder kVA, so werden gebraucht für die Schaltung nach Abb. i im günstigsten Fall: 2,83 L" BkW an Drosselspulen und Kondensatoren, nach Abb. a im günstigsten Fall: a L" BkW an Drosselspulen und Kondensatoren. Die zweite Schaltung ist daher der ersteren insofern überlegen, als hierfür rund 3o 0,'o weniger Leistung an- Blindwiderständen benötigt wird. Sie hat aber den - Nachteil, daß die Bliridwiderstände in vier Einheiten aufgeteilt werden müssen, während bei der Schaltung nach Abb. r nur zwei Einheiten erforderlich sind. Je kleiner die Einheit, desto teurer ist der spezifische Herstellungspreis (je BkW), infolgedessen wird der genannte Vorteil praktisch durch die Vierteilung wieder aufgehoben.
• Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Einrichtung, welche die Vorteile der beiden vorgenannten Schaltungen miteinander vereinigt, also nur zwei Blindwiderstände benötigt, deren Gesamtleistung nur L. BkW zu betragen braucht, um eine Nutzleistung von L" kW oder kVA zu @erzielen. Dies wird dadurch erreicht, daß man einen Transformator verwendet, dessen eine Spule in der Mitte angezapft und mit dem .einen Pol .des Netzes verbunden wird, während von den beiden Enden derselben Spule das eine über einen kapazitiven und das andere über :einen induktiven Blindwiderstand an den zweiten Pol des Netzes gelegt wird, wobei die Blindwiderstände den, gleichen oder angenähert gleichen Widerstandswert besitzen.
• Ein -Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Abb. 3 dargestellt. A bedeutet die Anzapfung am Transformator, die übrigen Zeichen sind dieselben wie bei den früheren Abbildungen.
• Für diese Schaltung gilt wieder die Beziehung d. h. der Nutzstrom J2 ist konstant, da alle Größen auf der rechten Seite der Gleichung vollkommen oder fast unveränderlich sind. Umgekehrt geht aus der Gleichung hervor, dapa die Einrichtung bei Anschluß an Wein Netz mit unveränderlicher Stromstärke (J2 = konstant) auf der Sekundärseite elektrische Arbeit von praktisch konstanter Spannung abgibt, einerlei welchen Schwankungen die Belastung ausgesetzt ist. Die erforderliche Gesamtleistung der zwei für die Schaltung benötigten Blindwiderstände beträgt z 1"" wenn La die Nutzleistung der Einrichtung bedeutet.
• Es bedeutet naturgemäß keine Abweichung von dem Erfindungsgegenstand, wenn man statt der einen Wicklung mit mittlerer Anzapfung zwei getrennte Wicklungen wählt und deren vier Enden in der angegebenen Weise mit den Blindwiderständen und den beiden Polen des Netzes verbindet. Auch kann man die Blindwiderstände, anstatt sie unmittelbar in den Primärstromkreis einzuschalten, mittelbar unter Zwischenschaltung eines Transformators verwenden. Dies wird insbesondere für den kapazitiven Widerstand von Wert sein, um, ohne Rücksicht auf die gegebene :Netzspannung, die wirtschaftlich günstigsten Spannungsverhältnisse bei den Kondensatoren ausnutzen zu können.
• Da E'2 = J2 # RX ist, so erhält man bei Einsetzen des oben angegebenen Wertes von J., für die Sekundärspannung (verlustlos Blindwiderstände vorausgesetzt) die Beziehung: Die Spannung E2 nimmt also mit dem Widerstand R" der Nutzlast linear zu, d. h. E2 wird bei offenem Sekundärkreis (R, - oc) selbst unendlich groß und gefährdet infolgedessen, sofern nicht besondere Vorsichtsmaßregeln getroffen werden, die Einrichtung auf das äußerste. Erfindungsgemäß wird daher bei den -Einrichtungen nach Abb. r bis 3- und sämtlichen ähnlichen Schaltungen einer 'der Blindwiderstände oder der Transformator oder beide so ausgebildet, daß sie bei Erreichen einer für die Einrichtung als gefährlich betrachteten Spannung ihren Widerstand bzw. beim Transformator das ü'bersetznngsverhältnis selbsttätig lindern und dadurch die -durch die vorstehende Gleichung für E2 gegebene Abhängigkeit aufheben. Dies wird beispielsweise bei dem induktiven Widerstand dadurch erreicht, daß man hierfür eisengefüllte Drosselspulen verwendet, die so bemessen sind, .daß das Eisen bei dem der Vollastleistung entsprechenden Nutzwiderstand bis zum Knie oder angenähert bis zum Knie der Magnetisierungskurve gesättigt ist. Bei übersch-reitung .dieses Wertes des Belastungswiderstandes, welche gleichbedeutend ist mit einer überlastung der beiden Blindwiderstände, nimmt der Widerstandswert des induktiven Blindwiderstandes schnell ab; damit ist die Voraussetzung für das Funktionieren der ganzen Einrichtung, nämlich die Gleichheit der Blindwiderstände RL und R, gestört und der weiteren überlastbarkeit und damit dem weiteren Anstieg der Sekundärspannung eine relativenge Grenze gezogen. Der gleiche öder ein ähnlicher Effekt läßt sich erreichen, wenn man den Transformator T so bemiß.t, daß er bei Vollast am Knie oder in der Nähe des Knies der Sättigungskurve arbeitet und infolgedessen das ÜUbersetzungsverhältnis ü bei Überschreitung der zulässigen Belastung bzw. der zulässigen Spannung abnimmt, so daß ein weiterer wesentlicher Anstieg der Sekundärspannung verhindert wird. Zweckmäßig wird man von den beiden angegebenen Werten gleichzeitig Gebrauch-machen und damit die Schutzwirkung gegen Überlastungen und überspannungen noch verbessern.
• Ein anderes Mittel, den angegebenen Zweck zu erreichen, bestünde beispielsweise in der Verwendung eines Relais, welches bei überscUreitung der zulässigen Spannung anspricht, den einen der B&ndwiderstände kurzschließt oder die Sekundärseite des Transformators kurzschli'eßtoder iein.e!ikihistlichen Belastungswiderstand von solcher Größe einschaltet, daß die Spannung unterhalb ihres gefährlichen Betrages gehalten wird. Die Einrichtungen dieser Art sind bekannt, sie brauchen daher nicht im einzelnen beschrieben zu werden.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Einrichtung zur wahlweisen Umformung elektrischer Arbeit von konstanter Wechselstromspannung in Arbeit von konstantem Strom oder umgekehrt, dadurch gekennzeichnet, daß der Mittelpunkt einer Transformatorwicklung oder der Verbindungspunkt zweier hintereinandergeschalteter gleicher Transformatorwicklungen an den einen: Pol des Netzes unmittelbar angeschlossen ist, während der andere Pol des Netzes über einen kapazitiven Blindwiderstand mit dem einen Ende und über einen der Kapazität an Widerstandswert gleichen induktiven Blindwiderstand mit dem anderen Ende der Transformatorwicklung bzw. der Transformatorwicklungen verbunden. ist. a. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstandswert einer der beiden Blindwiderstände oder das übersetzungsverhältnis des Transformators oder beide zugleich unmittelbar oder durch Zuschaltung von Widerständen beliebiger Art selbsttätig derart veränderlich -sind, daß die lineare oder nahezu lineareAbhängigkeit der Sekundärspannung von der Belastung bei hberschreitung vorbestimmter Betriebsgrößen gestört und dadurch eine Gefährdung der Anlage vermieden wird.