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Anordnung zur Konstanthaltung der Spannung in Wechselstromkreisen
Zur Konstanthaltung der Spannung in Wechselstromkreisen, beispielsweise zur Konstanthaltung
der Spannung eines Kleinabnehmers in den Ausläuferleitungen großer Netze mit stark
schwankender Spannung, ist bereits vorgeschlagen worden, den Arbeitspunkt einer
im Wechselstromkreis liegenden Induktivität (Transformator oder Drosselspule) auf
der Magnetisierungskurve zu beeinflussen.
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Die Erfindung stellt eine Verbesserung dieser Anordnung dar. Gemäß
der Erfindung wird die Gleichstromvormagnetisierung dieser Induktivität in Abhängigkeit
von der Stärke der Vormagnetisierung einer zweiten Induktivität beeinflußt. Der
Arbeitspunkt der zweiten Induktivität wird in Abhängigkeit von dem Unterschied zwischen
der Istwertspannung und der Sollwertspannung beeinflußt, wobei man zweckmäßigerweise
die Differenz von Ist- und Sollwertspannung elektrisch bildet und durch diese Differenzspannung
die Vormagnetisierung bewirkt. Die Anordnung hach der Erfindung bietet u. a. den
Vorteil, daß auch bei hoher Anforderung an die Regelgenauigkeit die Magnetisierungsleistung
für die erste Induktivität und der Kupferaufwand verhältnismäßig gering werden.
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In der 1#ig. i ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
i ist eitle dreischenklige Drosselspule mit den Wechselstromwicklungen 2, die auf
den äußeren 'Schenkeln aufgebracht sind, und der auf dem mittleren Schenkel liegenden
Gleichstromwicklung 3. Durch Veränderung der Vormägnetisierung der Drosselspule
z durch Änderung der Stärke der Erregung der Gleichstromwicklung 3 wird der Arbeitspunkt
der Induktivität i auf der llagnetisierungskurve verschoben, so daß die Drosselspule
z einen kleineren oder größeren Widerstand je nach der Stärke der Vormagnetisierung
hat. Dadurch läßt sich erreichen, daß die Spannung U, des Abnehmers bei wechselnder
Belastung oder schwankender Spannung Z "i annähernd konstant gehalten wird. Erfindungsgemäß
erfolgt die Vormagnetisierung der Drosselspule i in Abhängigkeit von der Stärke
der Vormagnetisierung einer zweiten Induktivität 5. Diese, Induktivität 5 besteht
aus einem dreischenkligen Eisenkern. Die Wechselstromwicklungen 6 liegen auf den
äußeren Schenkeln. In Reihe mit der Wechselstromwicklung V liegt die Gleichrichteranordnung4,
die aus vier Gleichrichtern, z. B. Kupfer-Kupferoxyd-Gleichrichtern, in Graetzscher
Schaltung besteht und deren Gleichstrompole an die Wicklung 3 angeschlossen sind.
Der mittlere Schenkel der Drosselspule 5 trägt die Gleichstruiu«-icl;-lting 7.
je nach der Stärke der Vormagnetisierung besitzt die Drosselspule 5 einen
höheren oder geringeren Widerstand, wodurch die Shannung an der Gleichrichteraiiordnung
- mid damit der Gleichstrom in der Drossel ,; klc#ilier
bzw. größer
wird. Die Vormagnetisieruii- der Drosselspule 3, für (iie nur noch sehr geringe
Leistungen erforderlich sind, erfolgt durch eine elektrische Differenzbildung von
Soll-und Istwertspannung des Verbraucher;, die von den Gleichrichte ranordnungen
c) und 8 geliefert wird. Von der Spannung Z"_ wird die Gleichrichteranordnung 8
gespeist. Die Gleichstrompole sind über einen M'iderstand io g eschlossen. Die Sollw-ertspannung,
d. h. die konstante oder nahezu konstante Vergleichspannung, welche die Gleichrichteranordnuna
9 erregt, wird im Ausführungsbeispiel von der Sekundärseite eines hochgesättigten
Transformators ii abgenommen, dessen Prirnärw-icklung in Reihe mit einem Widerstand
12 an der Spannung U, liegt. An Stelle eines hochgesättigten Transformators kann
auch beispielsweise die Spannung für die Gleichrichteranordnung 9 an einer hochgesättigten
Drosselspule abgenommen «-erden. Die konstant zu haltende Spannung kann auch mit
beliebigen anderen Konstanthalteschaltungen aus der Setzwechselspannung gewonnen
werden, beispielsweise durch j-erwendung von Eisenwasserstoffwiderständen, gesättigten
Elektronenröhren. Glimmlampen usw. Man kann die konstant zu haltende Spannung auch
beispielsweise einer Batterie entnehmen, die vorzugsweise ständig aufgeladen wird.
Die 'Wicklung ; ist an die beiden Minuspole der Gleichrichteranordnungen 8 und 9
angeschlossen, deren Pluspole miteinander verbunden sind. Es wirkt also auf die
Gleichstromwicklung ; ein Strom ein, der proportional der Differenz aus Sollwertspannung
und Istwertspannung cles Verbrauchers ist.
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Die Anordnung wird nun zweckmäßig so hemessen, daß, wenn die Verbraucher
abgeschaltet sind und die Spannung U1 ihren größten Wert besitzt, die von den Gleichrichteranordnungen
S und 9 erzeugten Spannungen gleich groß sind. Die Drosselspule 5 ist dann nicht
vormagnetisiert. Sie stellt daher einen sehr hohen Widerstand dar, so daß die Drosselspule
i nur gering vormagnetisiert wird. Fällt nun die Spannung U_, so überwiegt die von
der Gleichrichteranordnung 9 erzeugte Spannung. D:c Drosselspule 5 w_rd vormal-iietisiert,
der Widerstand der Drosselspule :; wird infolgedessen geringer, so üaß die Gleiclistromvormagiletisierung
der Drosselspule i ansteigt. Dadurch sinkt ihre Induktivität, so daß die Spannung
L"= wieder ansteigt. Die Anordnung läßt sich liun leicht so einrichten, daß hei
einem verhältni-zin;il3ig geringen Absinken der Spannung i'-.= bereits eine so starke
@"nrniagnetisici-ung Gier Drosselspule i erfolgt, (laß sich ein Glciciigewichtszustand
mit einer Spannurs- L".= einstellt, die stets nur wenig vorn Sollwert abweicht.
Die Anordnung nach. der l:rfiit(Ilni!z bietet den Vorteil, daß der Bereich, in welchem
die Istwertspannung der Gleichrichteranordnung S die Sollwertspannung der Gleichrichteranordnung
9 überschreitet (labiler Bereich), weggeschnitten ist, da die Gleichrichteranordnung
9 keinen Vorbelastungswiderstand besitzt, so daß kein Strom über die Drosselspule
fließen kann, wenn die Istwertspannung die Sollwertspamiung überschreitet. @@,ird
auch die Gleichrichteranordnung 9 mit einem Vorbelastungswiderstand versehen, so
legt man in Reihe mit der Wicklung ; einen Gleichrichter, der so geschaltet ist,
daß nur Strom durch die Wicklung 7 fließen kann, wenn die Spannung der Gleichrichteranordnung
9 überwiegt.
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3n Stelle der dreischenkligen Drosselspulen i und 3 können auch beispielsweise
zwei einschenklige Drosselspulen verwendet werden.
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Z: m eine Regelung der Sekundärspannung auch noch bei sehr kleinen
Belastungen zu ermöglichen, empfiehlt es sich, nickellegiertes Eisen (Permalloy
u. a.) zu verwenden, welches sich bereits bei relativ schwacher Vormagnetisierung
sättigt.
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Die Anordnung erlaubt ausschließlich eine Spannungssenkung von U=
gegenüber U1. Um auch die Spannung U= auf einen höheren Wert als U1 einregem zu
können, kann man noch einen Zusatztransformator vorsehen, der je nach dem gewünschten
Regelbereich geschaltet wird. Zweckmäßig wird man diesen Zusatztransformator auf
die Seite der geregelten Spannung legen, da dann seine -MagnetisierungSieistung
als günstige Vorbelastung für die Drossel i wirkt. Dem Zusatztransformator kann
man auch zweckmäßig noch eine besondere Hilfswicklung geben und von dieser die Gleichrichteranordnung
S speisen, so daß die Spannung an deren Gleichrichtern herabgesetzt wird.
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I: m eine sehr große Änderung des Widerstandes bei Änderung der Gleichstromvorniaglietisierung
zu erhalten, -kann man parallel zur Drosselspule i oder zur Drosselspule 5 oder
auch zu beiden einen ili dem gezeichneten Ausführungsbeispiel nicht dargestellten
Kondensator schalten, der zweckmäßig so bemessen ist, daß bei der Vormagnetisierung
o vier Kondensator annähernd in Resonanz mit der Induktivität der Drossel i bei
5o Hertz. ist, während bei steigender Vorinagnetisierung der Widerstand des aus
Drossel und Kapazität zebildeten Kreises abnimmt.
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3n Stelle der Drosselspule i kann auch ein Transformator verwendet
werden. Irin Ausführungsbeispiel hierfür -zeigt Nil-..:. Soweit die Teile mit denen
der Ihr. i übereinstimmen, sind dieselben Bezugszeichen gewählt. Die konstant zu
haltende Spannung L% , wird der Sekundärwicklung 24 eines dreischenkligen
Transformators
21 entnommen, dessen Primärwicklung 22 in Reihe mit der Drosselspule 25 von der
Netzspannung U1 erregt wird. Der mittlere Schenkel des Transformators 21 trägt eine
Gleichstromwicklung 23, welche an die Gleichrichteranordnung 4 angeschlossen ist,
die aber im Gegensatz zur Anordnung nach Fig. x nicht in Reihe mit der Wechselstromwicklung
6 der Drosselspule 5, sondern parallel zu ihr geschaltet ist. In Reihe mit der Parallelschaltung
der Gleichrichteranordnung 4. und der Wicklung 6 liegt eine Drosselspule 26. Die
Gleichstromwicklung 7 der Drosselspule 5 wird «-ie beim Ausführungsbeispiel nach
der Fig. i von der Differenz zweier Spannungen erregt, von denen die eine der Sollwertspannung,
die andere der Istwertspannung des Verbrauchers proportional ist. Die Bemessung
wird zweckmäßigerweise so getroffen, daß, wenn die Verbraucher abgeschaltet sind
und die Spannung U1 ihren größten Wert -besitzt, die von den Gleichrichteranordnungen
8* und 9 erzeugten Spannungen gleich groß sind. Die Drosselspule 5 ist dann nicht
vormagnetisiert. Sie stellt daher einen hohen Widerstand dar, so daß die Gleichrichteranordnung
q_ einen starken Strom durch die Wicklung 23 des Transformators 21 sendet. Der Transformator
besitzt daher einen geringen Widerstand. Fällt nun die Spannung U@, so überwiegt
die von Bier Gleichrichteranordnung 9 erzeugte Spannung; die Drosselspule 5 wird
vormagnetisiert. Dadurch wird der Widerstand der Drosselspule geringer; und wegen
des konstanten Vorschaltwiderstandes 26 entfällt jetzt eine geringere Spannung auf
die Gleichrichteranordnung .l. Die Vormagnetisierung des Transformators 21 wird
daher geringer, so daß der Anteil, welchen die Drosselspule 25 von der Gesamtspannung
U1 aufnimmt, kleiner wird und die Sekundärspannung des Transformators entsprechend
steigt, so daß die Spannung U, wieder nahezu auf ihren ursprünglichen Wert gebracht
wird.
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.1n Stelle einer Drosselspule 5 kann man auch einen Transformator
verwenden, dessen Primärwicklung in Reihe mit einem Widerstand von der Spannung
U.2 erregt wird und dessen Sekundärwicklung die Gleichrichteranordnung 4. speist.
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An Stelle der dargestellten Trockengleichrichter können auch zur Gleichrichtung
der Spannungen andere Gleichrichter, beispielsweise Glühkathodengleichrichter, verwendet
werden.
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In der Zeichnung ist die Schaltung für Einphasemwechselstrom gezeichnet.
In sinngemäßer Abänderung können die Schaltungen auch für Drei- oder lIehrphasenströme
verwendet werden.