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Einrichtung zur Steuerung von Spannungsreglern für die Einführung
von Zusatzspannungen in parallel arbeitenden LeitunLen Eine Regelung der Stromverteilung
in parallelen Wechselstromleitungen kann man durch Zusatzspannungen erreichen, die
in eine oder mehrere Parallelleitungen eingefügt und nach Größe und Richtung geregelt
werden. Der praktischen Anwendung solcher Spannungsregler stellen sich jedoch insofern
Schwierigkeiten entgegen, als für die selbsttätige Einstellung der Regler bisher
verwickelte Meßeinrichtungen notwendig waren, die die Einstellung der Regler wie
auch die Ströme in den Parallelleitungen, und zwar nach Größe und Phase, miteinander
vergleichen mußten. Die Einstellung der Spannungsregler von Hand ist aus den gleichen
Gründen überaus schwierig, da der eine Spannungsregler durch seine Verstellung die
Betriebsverhältnisse für den anderen Spannungsregler verändert.
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Die Erfindung stellt es sich zur Aufgabe, ein Zusammenarbeiten von
Spannungsreglern in Parallelleitungen, insbesondere auch in zum gleichen Knotenpunkt
führenden oder vom gleichen Knotenpunkt ausgehenden Speiseleitungen eines Maschennetzes,
zu ermöglichen, ohne daß verbindende Steuerleitungen zwischen den Spannungsreglern
erforderlich sind. Es werden dabei die Spannungsreglerspulen von der Leitungsspannung
und vom Wirk- und Blindstrom der Leitung beeinflußt. Erfindungsgemäß wird den Spannungsreglerspulen
zusätzlich die algebraische Summe zweier Spannungen zugeführt, welche der Wirk-
und der Blindkomponente des Leitungsstromes proportional sind. Statt des Wirk- und
Blindstromes der Leitung können als Regelkriterien jedoch auch die Wirk- und Blindleistung
Verwendung finden.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
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Fig. i zeigt ein Prinzipschaltbild der Erfindung, in dem der Einfachheit
halber die einzelnen Leitungen nur einphasig dargestellt sind. Nach dem Ausführungsbeispiel
führen zwei Zusatztransformatoren i und 2 in die Parallelleitungen 3 und q. je eine
der Größe nach regelbare Spannung ein. Zur Steuerung der die Zusatztransformatoren
verstellenden Spannungsregler sind diesen Stromwandler 3 i bzw. 41 und Spannungswandler
32 bzw. 42 zugeordnet, die in die Leitungen 3 und q. eingeschaltet bzw. an diese
angeschlossen sind. In Fig. 2 ist beispielsweise das Schaltbild des den Zusatztransformator
i der Fig. i steuernden Spannungsreglers dargestellt, während Fig. 3 das zugehörige
Arbeitsdiagramm zeigt. Der den Zusatztransformator 2 (Fig. i) steuernde Spannungsregler
ist in der gleichen
Weise ausgebildet. In Fig. 4 sind die Charakteristiken
der zusammenarbeitenden Spannungsregler dargestellt.
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Sind R, S, T die Phasen der Leitung 3 (Fig. 1),
so liegt an
der Sekundärwicklung des Spanriungswandlers 32 die Spannung esT, während in der
Sekundärwicklung des Stromwandlers 31 der Strom iR fließt (Fig. 3). Der Strom iR,
der z. B. bei induktiver Netzlast der Phasenspannung eR nacheilen wird, besitzt,
bezogen auf die Spannung eR, gemäß Fig. 3 eine Wirkkomponente iwR und eine Blindkomponente
'BR-An der Sekundärwicklung des Spannungswandlers 32 liegen in Reihe miteinander
ein Vorschaltwiderstand i i, die Wicklung des den -Zusatztransformator z verstellenden
Spannungsreglers, die mit dem Widerstand 12 und der Induktivität 13 in das Schaltbild
der Fig. -, eingesetzt ist, ferner ein Widerstand 14 und schließlich eine Drossel
'i 5. Ari den Widerstanal 14 ist unter Vorschaltung eines "Zwischenstromwandlers.i6
die Sekundärwicklung des Stromwandlers 31 gelegt. Die Sekundärwicklung des
Zwäschenstromwandlers 16 ist an die Klemmen der Drossel 15 angeschlossen. -In Fig.2
ist die Stromverteilung durch Pfeile dargestellt. Die in die Schaltung durch den
Stromwandler 31 eingeführten Ströme -sind mit durchgezogenen Pfeilen, die in die
Schaltung durch den Spannungswandler 32 eingeführten Ströme sind mit gestrichelten
Pfeilen dargestellt. Wie Fig. 2 zeigt, addieren sich die beiden Ströme im Widerstand
14, während sie in der Drossel 15 gegeneinander gerichtet sind.
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Für die in Fig.2 eingesetzte Stromverteilung ist ferner angenommen,
daß die Impedanz des Widerstandes 14 und der Drossel 15 sehr klein ist im Verhältnis
zur Gesamtimpedanz der Reglerspule (i3 und 12) und des Vorschaltwiderstandes i i.
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Gemäß Fig. 3 setzt sich nun in der 5chältung der Fig. 2 die Spannung
esT an der Se- " kündärwicklung des Wandlers 3t2 vektoriell zusammen aus mehreren
Teilspannungen. Im Sekundärkreis des Wandlers 32 entsteht zu- . nächst ein Spannungsabfall
e durch den vom Spannungswandler selbst eingeführten Strom iE. - Dieser Strom
erzeugt einen Ohmschen Spannungsabfall in den Widerständen 12, 1i und 14 sowie einen
induktiven Spannungsabfall in der Induktivität 13 und der Drossel 15. Die Spannung'e
setzt sich also zusammen aus dem -Ohmschen Spannungsabfall iE (W12 -f- Wll+ W14)
und dem induktiven Spannungsabfall iE-(Wi3 + W15), wobei W12, Wli und Wl, bzw. W13
und W15 die Ohmschen bzw. die induktiven Widerstände der Schaltungselemente-sind.
" . ' Der in der Sekundärwicklung des Stromwandlers 31 fließende Strom ip erzeugt
sowohl einen Spannungsabfall im Widerstand 14, der gleich iR #W14 ist, als auch
einen der Phase nach hierzu senkrechten Spannungsabfall in der Drossel 15 mit der
Größe iR # LVis. Die durch den Strom iR an der Drossel 15 und am Widerstand 14 hervorgerufenen
Spannungsabfälle lassen sich in zwei Komponenten zerlegen, die man sich durch die
Wirk- und Blindkomponenten des Stromes iR, bezogen auf die Spannung eR, erzeugt
denken kann.
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Bei der praktischen Ausführung des Spannungsreglers ist die Spannung
e der Größe nach von der Spannung eST nicht sehr unterschieden; in Fig. 3 wurde
das Diagramm der Deutlichkeit halber etwas verzerrt gezeichnet. Für die Spannungsregelung
ist die Spannung e maßgebend, da eine .dieser Spannung proportionale Spannung, nämlich
der Spannungsabfall an dem Widerstand 12 und der an der Induktivität 13, an der
Erregerspule des Spannungsreglers liegt und von diesem konstant gehalten wird, während
die Größe der- Netzspannung eST, die im Sinne einer belastungsabhängigen Kompoundierung
größer als der Spannungsnennwert e ist, infolge des Einflusses des Stromwandlers
31 auf den Regeleorgang von dem Strom in der Leitung 3 (Fig. i) abhängt. Der Unterschied
zwischen den Spannungen eST und eist ein Maß für die vom Spannungsregler
eingeführte Zusatzspannung. Aus dem Diagramm der Fig. 3 ergibt sich nun, daß die
Größe der Zusatzspannung praktisch im wesentlichen nur bestimmt wird durch die Spannungskomponenten
iw,R # W, und iBR # W14. Da W14 und W15 Konstanten sind, hängt die Zusatzspannung
bei der Schaltung nach --Fig. 2 also ab von einem bestimmten Anteil des Blindstromes
und des Wirkstromes der Leitung 3 (Fig. i).
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Durch geeignete Umschaltungen läßt sich offenbar auch eine fallende
Charakteristik, also Abnahme der Leitungsspannung mit zunehmendem Strom, erzielen,
falls eine solche Charakteristik in Sonderfällen erwünscht sein sollte. ° Fig. 4
zeigt die sich mit der Schaltung der Fig. 2 ergebenden Regelcharakteristiken. Es
ist dabei angenommen, daß" die die beiden Zusatztransformatoren i und 2 steuernden
Spannungsregler mit verschiedener Einzelcharakteristik entsprechend verschiedener
Einstellung der Schaltungswiderstände arbeiten. In Fig. 4 ist die Spannung esT abhängig
von der Summe der Anteile des Wirk- und des Blindstromes, die die Regler in Form
proportionaler Spannung erhalten, aufgetragen. Der Einfachheit halber mögen die
Widerstände W14 und W,5 so gewählt sein, daß der Abszissenmaßstab
i
gewählt werden kann als Summe von iwR und iBR. Liegen die die beiden Zusatztransformatoren
x und z (Fig. z) steuernden Spannungsregler an den aneinandergrenzenden Enden paralleler
Leitungen, so ist die Spannung eST für beide Regler die gleiche. Die die Zusatztransformatoren
verstellenden Spannungsregler können, wie Fig. q. zeigt, nur dann in Ruhe sein,
wenn einer bestimmten Spannung esT auch bestimmte Wirk- und Blindströme in den Leitungen
3 und q. (Fig. r) zugeordnet sind. Die Regler arbeiten also selbsttätig stabil.
-Die Konstanten der Schaltung können so. gewählt sein, daß im normalen Betriebe
Ausgleichströme in den Leitungen 3 und q. nicht fließen.
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Die neue Schaltung ist auch dann brauchbar, wenn die Spannungen der
den Zusatztransformatoren r und 2 zugeordneten Regler nicht die gleichen sind, wenn
sich also zwischen den Einbaustellen der Regler Leitungen mit beträchtlicher Impedanz
befinden, in denen durch die Belastungsströme des Netzes ein Spannungsabfall auftritt.
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Die Regelung der Zusatzspannung kann derart vorgenommen werden, daß
die Spannungsreglerwicklung, die im Schaltbild der Fig.2 durch den Ohmschen Widerstand
r2 und die Induktivität 13 dargestellt wird, über einen Magnetanker und zwei Kontaktsätze
auf einen Verstellmotor einwirkt, der einen Regeltransformator steuert; der Regeltransformator
kann stufenlos als Schub- oder Gleittransformator oder auch als Anzapftransformator
gebaut sein.
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Zur Benutzung der neuen Einrichtungen für Einphasennetze kann man
die Schaltungen nach Fig.2 grundsätzlich beibehalten; nur muß man durch Einschaltung
eines Kondensators oder einer Drosselspule in den Stromwandlerkreis dafür Sorge
tragen, daß der der Wirkkomponente des Leitungsstromes entsprechende Anteil des
Stromwandlerstromes in der Phase gegenüber der dem Spannungswandler zugeführten
Spannung um 9o° verschoben wird.