-
Relaisschaltung zur Wirkleistungsregelung in Drehstromsystemen Es
ist bekannt, zur Wirkleistungsregelung in Drehstromsystemen eine Relaisschaltung
zu verwenden, die aus zwei Spannungswandlern und einem Stromwandler besteht, die
so an das Netz angeschlossen sind, daß bei cos y = i die Summenspannung der Spannungswandler
in Phase mit dem Strom des Stromwandlers ist. Die in Reihe geschalteten Sekundärwicklungen
der Spannungswandler speisen die in Reihe geschalteten zwei Spulen eines Relais,
während die Sekundärwicklung des Stromwandlers einerseits an die Verbindungsleitung
der beiden Relaisspulen, andererseits zum Mittelpunkt einer Drosselspule führt,
die parallel zu den in Reihe geschalteten Sekundärwicklungen der Spannungswandler
liegt. Parallel zur Sekundärwicklung des Stromwandlers ist ein regelbarer Widerstand
angeordnet. Diese bekannte Relaisschaltung hat den Nachteil, daß bei Einstellang
eines höheren Stromes mit Hilfe des Regelwiderstandes eine Änderung des Fehlwinkels
verursacht wird, weil der gesamte Belastungswiderstand des Stromwandlers, der sich
aus den Relaiswiderständen und dem Regelwiderstand ergibt, eine mehr Ohmsche Phasenrichtung
annimmt. Des weiteren muß bei dieser Schaltanordnung der Gesamt. ansprechstrom des
Relais von einem einzigen Stromwandler geliefert werden, der unter Umständen überlastet
wird.
-
Durch die Anordnung gemäß der Erfindung sollen die vorbezeichneten
Nachteile bekannter Schaltungen wenigstens teilweise vermieden werden, und zwar
ohne Mehraufwand an technischen Mitteln und unter Benutzung von Geräten normaler
Ausführung.
-
Nach der Erfindung enthält die Relaisschaltung zur Wirkleistungsregelung
in Drehstromsystemen einen Spannungswandler, der
gegebenenfalls
über in jeder Phase angeordnete Vorwiderstände eine ihm sekundärseitig parallel
geschaltete Doppeldrosselspule speist, zu der die an sich in Reihe geschalteten
Relaisspulen parallel liegen, und einen oder zwei sekundärseitig parallel geschaltete
Stromwandler, deren mit einem Paralleleinstellkreis versehene Sekundärwicklungen
einerseits an die Verbindungsleitung der beiden Relaisspulen, andererseits an den
Mittelpunkt der Doppeldrossel angeschlossen sind.
-
Die Schaltanordnung gemäß Fig. i weist zwei Stromwandler in Verbindung
mit einem Spannungswandler auf. Eine Schaltung mit dem gleichen Aufwand an technischen
Mitteln ist zwar bekannt. Bei dieser sind jedoch die beiden Stromwandler abweichend
von der Anordnung gemäß der Erfindung nicht parallel zu einem Einstellwiderstand
angeordnet, sondern bei der bekannten Anordnung liegen die Sekundärwicklungen beider
Stromwandler in Reihe und parallel zu Widerständen, die mit den Wandlern durch eine
Querverbindung verbunden sind. Der nutzbare Strom des ersten Wandlers fließt bei
der bekannten Ausführung zum größten Teil über den dem zweiten Wandler -zugeordneten
Widerstand, der des zweiten Wandlers über den dem ersten Wandler zugeordneten Widerstand.
Des weiteren bildet der Parallelwiderstand zur Sekundärwicklung jedes Wandlers einen
besonderen Stromkreis, in dem gleichfalls ein Teil des Stromes nutzlos umgesetzt
wird. Diese bekannte Anordnung enthält also zusätzliche Verbraucher und macht es
daher erforderlich, die Stromwandler für ein Vielfaches der Leistung zu bemessen.
Als weiterer Nachteil der bekannten Schaltanordnung inuß erwähnt werden, daß bei
ihr der Spannungswandler anormal, nämlich auf der Sekundärseite mit einer Mittelanzapfung
ausgerüstet ist.
-
Bei der Anordnung nach der Erfindung sind die beiden Stromwandler
a" und 2b" wie aus der Zeichnung (Fig. i) ersichtlich, sekundärseitig parallel geschaltet.
Die Strom- und Spannungsverhältnisse dieser Schaltung sind in den Vektorbildern
(Fig.2) dargestellt, die wie alle folgenden Bilder der Einfachheit halber für reine
Wirkleistung gezeichnet sind. Der Spannungswandler i liefert die in Fig. i, oberes
Bild, gezeichnete Spannung U in Richtung mit der Spannung TS. Diese Spannung verursacht
das Fliegen eines Stromes J" in den Relaisspulen 5, 6, der im unteren Vektorbild
der Fig. 2 bezeichnet ist. Die Ströme der beiden Str omwandler J,. und J, addieren
sich vektoriell und erzeugen einen Gesamtstrom, der in Phase mit der Spannung U
bzw. mit dem Strom J" ist und dessen Teilströme Ja
und Jl, in den Wicklungen
5, 6 des Leistungsrelais in positiver oder negativer Richtung dem Strom J" überlagert
sind. Das Vektorbild läßt erkennen, daß bei der Schaltanordnung nach Fig. i jeder
Stromwandler nur einen Teil des Relaisansprechstromes zu liefern hat. Hierdurch
wird die Leistung eines Wandlers auf ungefähr das r/1/3 = 0,577-fache der Leistung
des Wandlers der bekannten Anordnung herabgesetzt.
-
Bei der Darstellung der Stromdiagramme war vorausgesetzt, daß der
Ohmsche Vorschaltwiderstand 3, 4. im Relaisstromkreis so groß ist, daß der induktive
Widerstand der Relaisspulen 5, 6 vernachlässigt werden kann. Die Vorschaltwiderstände
können nun aber nicht willkürlich vergrößert werden, da sonst bei zu hohen Widerständen
auch die Wandlerleistungen zu groß werden. Daher hat die Induktivität der Relaisspulen
in den meisten Fällen noch einen wesentlichen Einfluß.
-
In Fig.3 ist das Vektorbild für die Schall tung nach Fig. i unter
Berücksichtigung der Induktivität der Relaisspulen gezeichnet, wie sie sich für
einen praktischen Fall annähernd ergibt. Hierbei ist angenommen, daß der Regelwiderstand
9 zunächst ausgeschaltet, d. h. gleich unendlich ist. Der Strom J" ist nicht in
Phase mit der Spannung U, sondern gegen diese um den Winkel ip verschoben. Die Relaisströme
J" und Jv sind jedoch nach wie vor in Phase mit dem Strom J, des Wandlers, da sich
die Spannung U. an den Stromwandlern so einstellt, daß dieser Strom durch die Widerstände
der Relaisspulen einschließlich der Vorschaltwiderstände fließt. Das Relais weist
daher eine um den Winkel @ falsche Phasenverschiebung des Stromes, d. h. einen Leistungswert
U # J # cos (qp + V), auf.
-
Bei Einstellung eines höheren Stromes mit Hilfe des Regelwiderstandes
9 erhält der gesamte Belastungswiderstand der Stromwandler, der sich aus der Parallelschaltung
der Widerstände der Relais 5, 6 und des Regelwiderstandes 9 ergibt, eine mehr Ohmsche
Phasenrichtung, so da.ß der Spannungsvektor UW mehr in Richtung des Spannungsvektors
U gedreht wird. Damit stellen sich dann auch die Ströme Ja und Jb, mehr und
mehr in die Richtung des Stromes J" ein. Bei dieser Schaltung ändert sich also der
Fehlwinkel bei Regelung des Einstellwiderstandes.
-
In Fig. q. ist nun eine Schaltung dargestellt, bei der ein Fehlwinkel
nicht auftritt. Wie ersichtlich, wird hierbei nur ein Spannungswandler i und nur
ein Stromwandler 2 benötigt. Aus dem Vektorbild gemäß Fig.5 geht des weiteren hervor,
daß die Ohmschen Vorwiderstände 3, q. mit den induktiven Widerständen 5, 6 der Relaisspulen
so abgeglichen sind, daß der Strom J" gegenüber der Spannung
U
eine Phasenverschiebung von 3o° aufweist. Der Stromwandler 2, der in die Phase R
eingeschaltet ist, liefert ebenfalls einen um 3o° gegenüber der Spannung U verschobenen
Strom, d. h. sein Strom ist also in Phase mit dem Strom J.. Die Teilströme
Ja und Jb überlagern sich dem Strom 1" in gleicher oder in entgegengesetzter
Richtung, so daß in den Relaisspulen 5, 6 Ströme von @einander abweichender Größe
fließen. Das auf den Anker des Leistungsrelais 8 einwirkende Drehmoment ist nunmehr
bestimmt durch die Differenz aus den Quadraten der in den Relaisspulen fließenden
Ströme.
-
Um nun bei Einstellung größerer Stromstärken mittels des der Sekundärwicklung
des Stromwandlers parallel geschalteten Widerstandes die Phasenverhältnisse nicht
zu stören, muß dieser Widerstand ebenfalls so eingerichtet sein, daß Strom und Spannung
einen Phasenwinkel von 30° miteinander einschließen. Der Parallelkreis besteht nach
der Erfindung aus einem Ohmschen oder/und induktiven Widerstand, in vorliegendem
Falle aus dem Ohmschen Widerstand 9 und einer Drossel i o, die beide gleichzeitig
geregelt werden müssen. Da die Induktivität der Relaisspulen unter Umständen schwankt,
können zur Erzielung größerer Unabhängigkeit von Schwankungen Zusatzdrosseln gleichbleibender
Induktivitäteingeschaltet werden.
-
Die Schaltanordnung nach Fig. ¢ hat allerdings noch den Nachteil,
daß der G@esamtansprechstrom des Relais von einem Stromwandler geliefert wird, bei
dem die Gefahr einer Überlastung besteht. Außerdem ist es bei dieser Anordnung unter
Umständen noch schwierig, den Parallelkreis für die geforderte gleiche Phasenlage
zu regeln.
-
Die Schaltanordnung nach Fig. 6 vermeidet auch diese Nachteile. Hier
liegt die Spannungsteilerdrossel 7 hinter den Ohmschen Vorwiderständen 3, q. der
Relaisspulen 5, 6. Für die Spannung am Stromwandler 2 ist daher nur noch der Spannungsabfall
über die Relaisspülen maßgebend. Die Leistung des Wandlers wird daher wesentlich
kleiner sein als bei der vorbeschriebenen Anordnung, und zwar um einen Wert, der
vom Sinus 30°=0,5 ab-_ hängt.
-
Fig. 7 zeigt die Strom- und Spannungsverhältnisse dieser Anordnung.
Auch hier sind die Vorwiderstände 3, q. so gewählt, daß der Strom in den Relaisspulen
5, 6 gegenüber der Spannung U des Spannungswandlers i eine Phasenverschiebung von
3o° aufweist. Zu berücksichtigen wäre noch, daß die Drossel einen Magnetisierungsstrom
J," aufnimmt, der jedoch klein gehalten werden kann, weil die Drossel eisengeschlossen
ist. Praktisch kann angenommen werden, daß die Spannung U, an den Relaisspulen nahezu
rein induktive Phasenlage gegenüber den Strömen J" und Jb hat. Zur Einstellung höherer
Stromstärken muß daher im Parallelkreis zum Stromwandler :eine regelbare Drosselspule
io vorgesehen werden.
-
In Fig. 8 ist eine Schaltanordnung darg ; stellt, die im wesentlichen
mit derjenigen von Fig.6 übereinstimmt. Statt der Regeldrossel ist jedoch hier ein
Spartransformator i i vorgesehen. Hierdurch werden Schwierigkeiten, die etwa bei
der Regelung auf gleiche Phasenlage mit dem Widerstand der Relaisspule eintreten
könnten, vermieden. Der hier vorgesehene Spartransformator mit Anzapfu,ngen kann
grundsätzlich bei allen vorbeschriiebenen Schaltungen Anwendung finden. Zu beachten
ist allerdings, daß auch der Spartransformator einen Magnetisierungsstrom aufnimmt,
der den Strom des Stromwandlers vermindert und daher einen kleinen Fehlwinkel verursacht.
Der Magnetisierungsstrom kann jedoch im Vergleich zum Strom des Stromwandlers sehr
klein gehalten werden, so daß der geringfügige Fehler praktisch vernachlässigt werden
kann.