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Einrichtung zur Konstanthaltung der Verbraucherspannung bei Anordnungen
zur Umformung von Gleichstrom in Wechselstrom oder umgekehrt mittels Entladungsgefäße
Bei der Umformung von Gleichstrom in Wechselstrom oder umgekehrt ist es wünschenswert,
die Verbraucherspannung unabhängig von der Belastung konstant zu halten.
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Es sind Einrichtungen bekannt, bei welchen diese Regelung durch spannungsabhängig
gesteuerte Regelschalter in Verbindung mit Regeltransformatoren bewirkt wird, ferner
solche, bei welchen zur Spannungsregelung Drosselspulen oder Z.wischenphasentransformatoren
dienen, deren magnetische Sättigung von Hand oder selbsttätig in Abhängigkeit vom
Strom verändert wird, z. B. durch zusätzliche Eisenkerne und Spannungswicklungen,
welche an der Gleichspannung liegen. Die ersten Anordnungen haben den Nachteil mechanischer
Schwerfälligkeit, welche in der Massenträgheit des Regelschalters bedingt ist, die
letzteren Anordnungen haben den Nachteil, daß der ausregelbare Spannungsbereich
bei Belastungsschwankungen durch die Erreichung der Eisenkernsättigung zietnlich
begrenzt ist.
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Erfindungsgemäß wird zur Konstanthaltung der Verbraucherspannung eine
zusätzliehe Schaltvorrichtung vorgesehen, welche abhängig von der Größe der Verbraucherspannung
beim Unterschreiten einer vorbestimmten Belastung, etwa der halben Last, durch zusätzliche
Gleichstromerregung auf dem dritten Schenkel im Falle der Wechselstrom-Gleichstrom-Umformung
der. Sättigung entgegenwirkt, im Falle der Gleichstrom-Wechselstrom-Umformung sie
unterstützt, und die beim Überschreiten einer vorbestimmten Belastung, etwa der
halben Last, den ursprünglichen Magnetisierungszustand wieder herstellt.
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Nachfolgend wird die Erfindung an Hand der Zeichnung näher erläutert.
Abb. z zeigt eine Schaltanordnung zur Gleichrichtung von Wechselstrom und Abb. 2
eine Schaltanordnung zur Umformüng von Gleichstrom in Wechselstrom.
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In Abb. r werden die in Dreieckschaltung miteinander verbundenen Primärwicklungen
eines Transformators von den Leitungen 1,:2 und 3 mit Dreiphasenwechselstrom gespeist.
Die Sekundärseite des Transformators besteht aus zwei in Sternschaltung geschalteten
Windungssätzen
5 und 6, deren Nullpunkt über die Wicklungen 7 und 8 eines sogenannten Zwischenphasentransformators
an den negativen Leiter 9 eines Gleichstromverbraucherkreises angeschlossen sind.
Die Anschlüsse der einzelnen Phasen der Sekundä rwindungssätze 5 und 6 führen zu
je einer Gleichrichterröhre io mit Glühkathode. Die Erfindung beschränkt sich jedoch
nicht auf diese besonderen Röhren, sondern es kann auch jede andere Art von Entladungsröhren
benutzt werden. Die Kathoden dieser Röhren oder Gleichrichter sind zueinander parallel
geschaltet und werden über einen Transformator i i von den Wechselstromleitern 2
und 3 mit Heizstrom versorgt. Der positive Leiter des Gleichstromverteilungsnetzes
ist mit dem Mittelpunkt der Sekundärwicklung des Transformators i i verbunden.
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Der Zwischenphasentransformator ist mit einem dritten Schenkel 13
versehen, der eine von dem Generator 16 über einen Widerstand 17 erregte Sättigungswicklung
15 trägt. Der Zwischenphasentransformator enthält noch einen Luftspalt 1q..
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Ist die Wicklung 15 noch nicht an eine Spannungsquelle angeschlossen,
so tritt folgendes ein.
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Bei zunehmender Belastung nimmt die zwischen den Leitern 9 und 12
bestellende Spannung ab und der durch die Wicklungen 7, 8 des Zwischenphasentransfarmators
fließende Strom zu, so daß der magnetische Fluß in jedem der beiden zugehörigen
Schenkel steigt. Beide Flüsse überlagern sich im dritten Schenkel 13 in gleichem
Sinne und rufen eine wachsende Eisensättigung im 7-wischenpliasentransformator hervor.
Mit steigender Sättigung geht gleichzeitig die magnetische Verkettung der beiden
Dreiphasensystenie 5, 6 zurück, so daß die Vorrichtung schließlich wie ein unverkettetes
Sechsphasensystem mit nur einem Nullpunkt wirkt. Die Folge davon ist ein Anstieg
der Gleichspannung, und zwar bei der Anordnung nach Abb. i im Verhältnis
0,955 : o,827. Dieser Spannungsanstieg tritt nicht augenblicklich ein, sondern
nimmt allmählich mit steigendem Strom in den Wicklungen 7, 8 zu zwischen dem Zustand,
in welchem der Zwischenphasentransformator noch voll wirkt, und dem Zustand, in
welchem seine Wirkung vollständig ausgeschaltet ist. Diese Methode der Spannungsänderung
hat den Nachteil eines kleinen Regelungsbereiches und des Absinkens der magnetischen
Verkettung bei Vollast.
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Erfindungsgemäß wird zur Beseitigung dieses Nachteiles eine zusätzliche
Schalteinrichtung vorgesehen, deren Regelvorgang im Zusammenhang mit der eben beschriebenen
Spannungsregelung durch den Anstieg der Magnetisierung im Transformatorkern im folgenden
dargetan werden soll.
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Für die Umwandlung von Wechselstrom in Gleichstrom ist der Wicklungssinn
und die Stromrichtung der Spule 15 auf dein Kern 13 so getroffen, daß das durch
sie erzeugte Feld dem vom gleichgerichteten Strom erzeugten Feld entgegenwirkt.
Beim Ansteigen der Gleichspannung im Netz 9, 12 infolge sinkender Last wird der
Kern i9 angezogen, der Schalter 18 geschlossen und das Feld im Schenkel 13 geschwächt.
Dieses bedeutet für die ganze Drossel eine resultierende Feldschwächung und ein
Zurückfallen in den ungesättigten Zustand und damit einen Rückgang der Gleichspannung
im Netz 12, 9. Bei Zunahme der Belastung fällt der Anker i9 infolge Abnahme der
Verbraucherspannung ab und setzt damit das Gegenfeld der Zusatzwicklung 15 auf einen
durch den Widerstand 17 bestimmten Wert herab.
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Steigt jetzt die Last weiter im Netz 9, 12, so fällt zunächst die
Gleichspannung. Das Relais 18, i9 spricht nicht an, dafür steigt aber das Feld im
Schenkel 13 der Drossel durch den Stromanstieg in den Spulen 7, 8, und durch
allmählich eintretende Eisensättigung nimmt trotz steigender Last die Gleichspannung
des Netzes zu.
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Bei der beschriebenen Anordnung verhindert also die zusätzliche Schaltvorrichtung
den Spannungsanstieg über eine bestimmte Größe durch Herabsetzen der Feldstärke
bei Unterschreiten einer vorbestimmten Belastung, etwa der halben Last.
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Durch die Verknüpfung beider Regelungsinethoden, d. h. der Spannungsregelung
mittels der Sättigung des Zwischenphasentransformators in dem Bereich für höhere
Belastung (bei erniedrigter Verbraucherspannung) und mittels der Feldänderung durch
die zusätzliche Schaltvorrichtung in dem Bereich für kleinere Belastung (bei erhöhter
Verbraucherspannung), wird es ermöglicht, die Verbraucherspannung über einen sehr
großen Belastungsbereich annähernd konstant zu halten.
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Eine ähnliche Anordnung kann auch bei einem Dreifach-Zweiweggleichrichter
oder bei einem Vierphasengleichrichter erreicht werden. Bei der Dreifach-Zweiweggleichrichteranordnung
entspricht der durch die Sättigung des Zwischenphasentransformators hervorgerufene
Spannungsanstieg dem Verhältnis 0955 : 0,637, bei einem Vierphasengleichrichter
dem Verhältnis o,9oo : o,637.
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In Abb. 2 ist eine Anordnung dargestellt, bei der Gleichstrom in Wechselstrom
umgeformt wird. Der positive Leiter 2o des Gleichstromnetzes ist über die Windungen
2 und 25 eines Zwischenphasentransformators
mit den Nullpunkten
der Primärwicklungen -2-2 und -23 verbunden. Die freien Windungsenden der Wicklungen--2
und 23 stehen in leitender Verbindung mit je einer Anode mehrerer Dreielektrodenröhren.
Die sekundären, in Dreieck geschalteten Wicklungen -27 geben an das Verteilungsnetz
28 Wechselstrom ab.
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Der zwischen die Nullpunkte der Wicklungen 2-2 und 23 geschaltete
Zwischenphasentransforniator ist mit einem eine Wicklung 2c) tragenden dritten Schenkel
versehen. Ebenso trägt ein in den Gitterkreis zwischen die die Gitterspannung liefernden
Wicklungssätze 34., 35 eingeschalteter Zwischenphasentransformator auf seinem mittleren
Schenkel eine Sättigungsspule 32. Die SättigungssPulen 29 und 32 «-erden von einer
Stromquelle 31 gespeist. Die einzelnen Wicklungen der Wicklungssätze 3d. und 35
sind an die Gitter der Dreielektrodenröhren 26 angeschlossen. Die Gittererregung
wird durch induktive Kopplung der Wicklungen 34 und 35 mit den Primär-,v icklungen
22 und 23 eines Transformators erhalten, dessen Sekundärwid:lung -27 an ein taktgebendes.
Wechselstromnetz angeschlossen ist.
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In dem zwischen den Primärnullpunkten liegenden Zwischenphasentransforniator
sind Luftspalte 30 von solcher -Größe vorgesehen, (laß die Anordnung bei
leichter Last so wirkt, wie wenn kein Zwischenphasentransformator vorhanden wäre,
d. h. als Sechsphasensystem, dessen Phasenwicklungen sämtlich in einem einzigen
Nullpunkt unmittelbar zusammengeschlossen sind. Der Zwischenphasentransforinator
wird erst bei größerer Belastung wirksaiii, und das System gibt dann als doppeltes
Dreipliasensy stein sekundär eine entsprechend höhere Spannung ab. Denn bei der
Gleichstrom - Wechselstrom - Umformung gelten grundsätzlich dieselben Zahlenverhältnissezwischen
Wechselspannung und Gleichspannung wie beim Gleichrichterbetrieb, so daß beim t"bergang
vom sechsphasigen zum doppeltdreipliasigen Wechselrichterbetrieb eine Erhöliung
derWechselspannung imVerliältniso,955 0,827 eintritt. Hierzu kommt noch, daß der
Strom in der Sättigungswicklung 29 in einer solchen Richtung fließt, daß der über
die Wicklungen 2 1, und 25 fließende Strom die Sättigung des Kernes unterstützt.
Ist die abgegebene Spannung niedrig, dann wird der Kontakt bei 33 unterbrochen,
wodurch der Widerstand 36 in den Sättigungsstromkreis eingeschaltet und der Sättigungsstrom
verringert wird. Infolge der Verringerung des Sättigungsstromes wird der Zwischenphasentransformator
wirksam, und zwar steigt die Wirksamkeit mit zunehmender Belastung. Die Anordnung
wirkt dann etwa bei Nennlast wie ein doppeltes Dreiphasensystem mit entsprechend
höherer Sekundärspannung. Die beiden sich gegenseitig unterstützenden Effekte des
Regelungssystems können auch einzeln benutzt werden.
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Wenn der Anodenstrom von der Drei- auf die Sechsphasenwirkung übergeführt
wird, muß gleichzeitig auch der Gitterstromkreis eine ähnliche Veränderung mitmachen.
Dies wird durch die Sättigungserscheinungen des im Gitterkreis liegenden Zwischenphasentransformators
erreicht. Der Gitterstrom hat das Bestreben, bei schwachen Belastungen größer zu
sein als bei schweren Belastungen. Dieser größere Gitterstrom sättigt über den mittleren
Schenkel den von ihm durchflossenen Phasentransformator, wodurch dieser außer Tätigkeit
tritt und die Gitter in der Sechsphasenschaltung ähnlich den Anoden wirksam werden.
In demselben Zeitpunkt, in welchem durch Spannungsvergrößerung der Kontakt 33 den
Widerstand 36 kurzschließt und den Sättigungsstrom des Anodenzwischenphasentransformators
vergrößert, wird gleichzeitig der Gitterzwischenphasentransformator gesättigt. Diese
Veränderung des Gitterstromkreises wirkt gleichfalls im Sinne einer Überführung
in unmittelbare Sechsphasenschaltung in Übereinstimmung mit der Änderung im Anodenstromkreis.