DE640683C

DE640683C - Einrichtung zur Regelung einer Betriebsgroesse von elektrischen Anlagen mittels gittergesteuerter Gas- oder Dampfentladungsgefaesse

Info

Publication number: DE640683C
Application number: DEA64245D
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Claus Froehmer
Original assignee: AEG AG
Current assignee: AEG AG
Priority date: 1931-11-26
Filing date: 1931-11-26
Publication date: 1937-01-09

Description

Die Erfindung betrifft eine Regeleinrichtung für elektrische Anlagen, bei der die Regelung mittels gittergesteuerter Dampfoder Gasentladungsstrecken erfolgt. Durch Änderung der Phasenlage des Potentials des Gitters eines derartigen Entladungsgefäßes gegenüber dem Potential der Anode wird der Zeitpunkt der Zündung verändert und damit auch der durch die Gefäße fließende Effektivwert des Anodenstromes. Durch Änderung der Phasenlage des Gitterpotentials gegenüber 'dem Anodenpotential in Abhängigkeit von der zu regelnden Größe, wird auf diese Weise ein Anodenstrom erzeugt, der dazu verwendet wird, um die zu regelnde Betriebsgröße auf den erforderlichen Wert einzuregeln.

Gemäß der Erfindung wird bei einer Änderung der zu regelnden Größe die Phasenlage des Gitterpotentials nicht nur in Abhängigkeit von der zu regelnden Größe verändert, sondern es ist noch eine zusätzliche Beeinflussung vorgesehen. Eine derartige zusätzliche Beeinflussung ist zwar zu bestimmten Zwecken, in erster Linie zur Beherrschung von Pendelerscheinungen, wie .sie bei statischen Reglern infolge der Änderung der stationären Verhältnisse auftreten, bereits vorgeschlagen worden. Die vorliegende Erfin dung betrifft jedoch eine ganz andere Aufgäbe, die ebenfalls bei Röhrenreglern von Bedeutung ist. Bekanntlich ist die Einstellung bei einem derartigen stetig arbeitenden Regler nur für einen ganz bestimmten Belastungsfall, beispielsweise für halbe Last, genau. Ändert sich die Belastung in der einen oder anderen Richtung, so bleibt wegen der veränderlichen Verstärkungsziffer des Röh-, renreglers stets ein Restfehler bestehen, der zwar manchmal verhältnismäßig klein sein kann, jedoch trotzdem die Regelgenauigkeit unangenehm beeinflußt. Insbesondere wirkt sich dieser Restfehler ungünstig aus, wenn der Sollwert der zu regelnden Betriebsgröße willkürlich einstellbar sein soll. Entweder muß man dann bei den bekannten Einrichtungen einen unter Umständen beträchtlichen Restfehler in Kauf nehmen oder aber der Bereich, in welchem der Sollwert verändert werden kann, muß sehr klein gehalten werden.

Diese Schwierigkeit kann bei den genannten Reglern in Verfolgung des Erfindungsgedankens durch eine ganz bestimmte, zusätzliche Beeinflussung behoben werden, und zwar wird erfindungsgemäß durch eine oder mehrere der in Auswirkung des Regelvorganges unmittelbar beeinflußten Größen eine zusätzliche Veränderung der Phasenlage des Gitter-

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Dr.-Ing. Claus Fröhmer in Berlin-Charlottenburg.

potentials in der Weise herbeigeführt, daß die für die vollständige Ausregelung der zu regelnden Größe erforderliche Phasenver™: Schiebung erhalten bleibt. Eine derartige Regelung ist von großer Bedeutung bei <fer£ Regelung elektrischer Maschinen. Sie käi^ßi aber auch in gleicher Weise bei Gleichrichteranlagen verwendet werden. Zur Herbeiführung der erforderlichen Phasenverschiebung ίο zwischen Gitter- und Anodenpotential können Drehfeldtransformatoren oder aus Ohmschen Widerständen und Reaktanzen bestehende Brückenschaltungen verwendet werden.

In der Abb. ι ist ein Ausführungsbeispiel rs der Erfindung dargestellt, und zwar handelt es sich hier um die Spannungsregelung eines Drehstromgenerators i. Der Generator speist das Netz 2, dessen Spannung konstant gehalten werden soll. 3 ist die Feldwicklung des Generators, die von der Erregermaschine 4 gespeist wird. 5 ist die Erregerwicklung der Erregermaschine. Die Erregerleistung wird von dem Transformator 6 über die gittergesteuerten Dampfentladungsgefäße 7 und 8 geliefert. Die beiden Gefäße liegen in Doppelweggleichrichterschaltung. Die Gitter der beiden Gefäße erhalten ihre Spannung über den Transformator 9 und die Schutzwiderstände 10 und 11. Die Primärseite des Transformators 9 ist über die Schleifringe 12 und 13 an die Sekundärwicklung des Drehtransformators 14 angeschlossen. Die Primärwicklung des Drehtransformators wird über den Spannungswandler 15 von dem Netz 2 gespeist. An den Spannungswandler ist ferner noch das Drehrelais 16 angeschlossen. Das Drehrelais kann wie ein normaler Kurzschlußläufermotor oder auch wie ein Zähler ausgebildet sein. Es wird durch eine Feder 17, die an dem Punkt 18 angreift, am Umlaufen verhindert. 19 ist ein Handrad, mit dem über die Zahnstange 20 der Endpunkt 21 der Feder 17 verstellt werden kann. Die Verdrehung des Drehrelais 16 ist ein Maß für die Größe der zu regelnden Spannung des Netzes 2. Das Drehrelais ist mit dem Drehtransformator 14 unmittelbar gekuppelt, so daß dessen Sekundärteil um den gleichen Winkel wie das Drehrelais verdreht wird.
Der Stator des Drehtransformators 14 ist gegenüber dem Rotor drehbar gelagert. Zu seiner \^rerdrehung dient der Hubmagnet 22, dessen beweglicher Teil 23 an dem Punkt 24 angreift. Eine gleichfalls an dem Stator des Drehtransformators angreifende Feder 25, die an dem Punkt 26 befestigt ist, wirkt als Rückstellkraft. Der Hubmagnet 22 ist über den Einstellwiderstand 27 an den Punkten 30 und angeschlossen. Er erhält infolgedessen einen der Erregerspannung der Erregermaschine proportionalen Strom. Seine Verstellkraft ist infolgedessen unabhängig von der zu regelnden Größe, jedoch abhängig von einer durch die Regelung unmittelbar beeiniailußten Größe.

Einrichtung nach Abb. 1 arbeitet fol-

' ' Sinkt die Spannung des Netzes 2, so wird die Drehkraft des Drehrelais 16 geringer und Punkt 18 wandert nach unten. Gleichzeitig wird der Rotor des Drehtransformators 14 gegenüber dem Stator des Drehtransformators so verstellt, daß die Phasenverschiebung zwischen der Netzspannung und der an den Schleifringen 12 und 13 abgenommenen Spannung kleiner wird. Das hat zur Folge, daß die über den Gittertransformator 9 gespeisten Gitter der Röhren 7 und 8 innerhalb der einzelnen Perioden früher öffnen, so daß der Effektivwert des Anodenstromes größer wird. Es steigt infolgedessen die Erregung der Erregermaschine 4 und damit auch die Spannung der Erregermaschine. Das Hauptfeld 3 des Generators 1 wird infolgedessen verstärkt und die Spannung des Netzes 2 steigt wieder.

Mit dem Steigen der Erregerspannung an der Feldwicklung 5 erhält auch der Hubmagnet 22 einen größeren Strom. Er zieht seinen Anker stärker an und dreht dabei den Stator des Drehtransformators um einen gewissen Betrag nach. Gleichzeitig mit der wieder gestiegenen Netzspannung steigt auch das Drehmoment des Drehrelais 16, so daß der Punkt 18 wieder auf seine der Normalspannung entsprechende Lage hinwandert und der Rotor des Drehtransformators ebenfalls wieder zurückgedreht. wird. Da aber auch der Stator unter Einwirkung der gestiegenen Erregerspannung gedreht wurde, ist die relative Lage zwischen Stator und Rotor nunmehr so eingestellt, daß die zur Haltung der Klemmenspannung notwendige höhere Erregung bestehen bleibt. Es ist hierbei jeder Erregerspannung eine ganz bestimmte Drehung des Stators des Drehtransformators zugeordnet. Durch Änderung des Widerstandes 27 kann dabei die Empfindlichkeit in beliebigen Grenzen geändert werden.

In den Abb. 2 und 3 sind die Vorgänge durch Vektoren und Liniendiagramme dargestellt. Vektor OA stelle in Abb. 2a die Lage des Ankers des Drehrelais und damit auch diejenige des Rotors des Drehtransformators bei richtiger Spannung dar, Vektor OB die relative Lage des Stators des Drehtransfor- χ mators. φ± ist der relative Phasenverschiebungswinkel, welcher für den dargestellten Fall der Phasenverschiebung zwischen Gitter- und Anodenpotential der Entladungsgefäße entspricht. Abb. 2b stellt das Liniendiagramm des Anoden- und Gitterpotentials der Entladungsgefäße dar. e_a ist das Anodenpoten-

(MO

tial, e_g das Gitterpotential. Der schraffierte Teil entspricht dem Fließen des Anodenstromes. Sinkt die Spannung, so geht OA in Abb. 2a in die Lage OA', OB behält zunächst seine.Lage bei, da sich die Erregerspannung noch nicht geändert hat. Es entsteht der neue Winkel φ_ί -j- φ₂. φ₂ entspricht der Vergrößerung derjenigen Zeit, während welcher der Anodenstrom der Gefäße fließen kann. Aus ίο Abb. 3b ist die neue Lage des Gitterpotentials zu ersehen und die veränderte Größe des Anodenstromes. Die alte Lage von e_t ist gestrichelt noch miteingezeichnet. Da durch den vergrößerten Anodenstrom die Erregung der Erregermaschine und damit auch die Netzspannung steigt, wandert das Drehrelais und damit auch der Vektor OA' wieder nach OA zurück (Abb. 3a). Würde eine Verdrehung des Stators des Drehtransformators nicht stattfinden, so würde sich wieder der Winkel Cp₁ einstellen, was zur Folge hätte, daß wiederum die Erregerspannung absinkt und damit auch die Netzspannung.

Durch die Nachdrehung· des Stators des Drehtransformators wird nun dafür gesorgt, daß die dem neuen Zustand zugeordnete höhere Erregung bestehen bleibt. Der Vektor OB wandert unter Einwirkung des von der höheren Erregerspannung gespeisten Hubmagneten in seine neue Lage OB'. OA' wandert zurück auf die der Sollspannung entsprechende Stellung OA bzw. OA". Zwischen OA" und OB' bleibt der Winkel φ_ί + φ₂ erhalten. Der Winkel AOB bzw. A" OB' ist ein Maß für den in dem betreffenden Augenblick herrschenden Erregungszustand.

Die räumliche Lage des Vektors OA entspricht der Sollspannung des Netzes. Sie ist bestimmt durch die Lage des Punktes 21, der mittels des Handrades 19 auf jeden beliebigen Wert eingestellt werden kann. Dadurch ist es möglich, jede gewünschte Netzspannung· zu erhalten.

Es ist nicht unbedingt erforderlich, daß der Stator und der Rotor des Drehtransformators drehbar angeordnet sind. Es können die Verdrehungen des Drehrelais und des Hubmagneten beispielsweise über ein Differentialgetriebe miteinander verglichen werden und die resultierende Verdrehung auf den Rotor des Drehtransformators übertragen werden.

Da der Drehtransformator immerhin eine gewisse Trägheit besitzt, ist es zweckmäßig, um eine schnell wirkende Regelung zu erhalten, wenn das Drehrelais 16 eine solche Masse oder Dämpfung erhält, daß es sich bei einer Änderung der überwachten (Spannung nach einer Halbschwingung auf den neuen Wert einstellt. Während dieser Halbschwingung bewegt es sich zwar über den neu einzustel- j lenden Wert hinaus. Infolge der Trägheit des Drehtransformators und der übrigen Teile wirkt sich diese Bewegung jedoch nicht in ein Überregeln aus, denn nach der Halbschwingung kommt das Drehrelais schon in seiner neuen Lage zur Ruhe.

Verwendet man für die Regelung statt eines Drehrelais und eines Drehtransformators eine Brückenschaltung, so wird das Gitter der Röhren zweckmäßigerweise an die Brückenspannung gelegt, während die Größe der Reaktanzen oder der Ohmschen Wider-, stände sowohl in Abhängigkeit von der zu regelnden Größe als auch in Abhängigkeit von der durch die Regelung unmittelbar beeinflußten Größe (z.B. Erregerspannung) verändert wird.

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Regelung einer Betriebsgröße von elektrischen Anlagen mittels ' aus einem Wechselstromnetz gespeister, gittergesteuerter Dampf- oder Gasentladungsgefäße, bei denen die Phasenlage des Gitterpotentials gegenüber dem Anodenpotential in Abhängigkeit von der zu regelnden Größe verändert wird, insbesondere zur Regelung elektrischer Maschinen, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Veränderung der zu regelnden Größe durch eine oder mehrere der in Auswirkung der Regelung unmittelbar beeinflußten Größen eine zusätzliche Veränderung der Phasenlage des Gitterpotentials gegenüber dem Anodenpotential in der Weise herbeigeführt wird, daß die für! die Ausregelung der zu regelnden Größe erforderliche Phasenverschiebung zwischen Anoden- und Gitterpotential erhalten bleibt.

2. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung der Gitter der Entladungsgefäße ein Drehfeldtransformator vorgesehen ist, bei dem die Phasenverschiebung zwischen Primär- und Sekundärwicklung sowohl von der zu regelnden Größe als auch von der in Auswirkung der Regelung unmittelbar beeinflußten Größe abhängig ist.

3. Regeleinrichtung nach Anspruch 1 ,und 2, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl der Primär- als auch der Sekundärteil des Drehfeldtransformators beweglich angeordnet sind, und daß der eine bewegliehe Teil von der zu regelnden Größe und der andere bewegliche Teil in Abhängigkeit von der durch die Regelung unmittelbar beeinflußten Größe verstellt wird.

4. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Wert der zu regelnden Größe eine bestimmte

Stellung des einen beweglichen Teiles des Drehfeldtransformators und jedem Wert der durch die Regelung unmittelbar beeinflußten Größe eine bestimmte Stellung des anderen beweglichen Teiles des Drehfeldtransformators zugeordnet ist.

S- Einrichtung nach Anspruch ι bis 4, insbesondere zur Spannungsregelung mehrphasiger Maschinen, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung der Gitter der Entladungsgefäße (7, S) ein Drehtransformator (14) verwendet ist, dessen Primärwicklungen von der Netzspannung (2) gespeist werden und bei dem die Phasenverschiebung zwischen den Primär- und Sekundärwicklungen sowohl in Abhängigkeit von der zu regelnden Größe als auch in Abhängigkeit von der Erregerspannung oder dem Erregerstrom der zu regelnden Hauptmaschine (1) oder deren Erregermaschine (4) verstellt werden.

6. Einrichtung nach Anspruch 1 bis S, dadurch gekennzeichnet, daß die Einwirkung der zu regelnden Größe und der durch die Regelung unmittelbar beeinflußten Größe auf die relative Phasenverschiebung zwischen Primär- und Sekundärwicklung des Drehtransformators durch verstellbare Federn (17), Vorschaltwiderstände (2^7) o. dgl. einstellbar ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die in Abhängigkeit von der zu regelnden Größe den Drehfeldtransformator verstellende Vorrichtung (16) eine derartige Masse und Dämpfung besitzt, daß sie sich bei einer Änderung der überwachten Größe nach einer Halbschwingung auf den neuen Wert einstellt.

8. Einrichtung nach Anspruch 1, insbesondere für Vollweggleichrichterschaltungen, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung der Gitter der Entladungsgefäße eine Ohmsche Widerstände und Reaktanzen enthaltende Brückenschaltung dient, deren Widerstände oder Reaktanzen sowohl von der zu regelnden Größe als auch von der in Auswirkung der Regelung unmittelbar beeinflußten Größe abhängig sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen