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Relaisfreie Einrichtung zur selbsttätigen Spannungsregelung in Wechselstromnetzen
Die Erfindung betrifft eine relaisfreie Einrichtung zur selbsttätigen Regelung der
Spannung in Wechselstromnetzen, bei der das auf Spannungsänderungen ansprechende
Organ unmittelbar den Regelschalter betätigt.
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Bei den bekannten Einrichtungen dieser Art wird als spannungsabhängiges
Schaltorgan ein Motor verwendet, wie er bei Elektrizitätszählern üblich ist. Es
liegt auf der Hand, daß derartige selbsttätige Spannungsregler infolge ihres mangelhaften
Durchzugsmomentes nur für ganz kleine Leistungen brauchbar sind. Aus diesem Grunde
ist bereits vorgeschlagen worden; an Stelle des Zählermotors einen Einphasenwechselstrom-1\Tebenschlußmotor
zu verwenden, der in einer unter Benutzung von Ohmschen Widerständen, Induktivitäten
und Kapazitäten gebildeten Schaltung an das zu regelnde Netz gelegt wird. Eine derartige
Anordnung besitzt zwar das gewünschte große Anzugs- und Durchzugsmoment, ist aber
mitunter insofern nachteilig, als der Nebenschlußmotor einen Kollektor aufweist.
Dieser bedarf naturgemäß infolge der unvermeidbaren Funkenbildung einer sorgfältigen
Wartung und kann außerdem nicht unter Öl laufen.
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Zur Vermeidung derartiger Nachteile ist es bekannt, bei relaisfreien
Einrichtungen zur selbsttätigen Spannungsregelung als Schaltorgan einen Asynchronmotor
zu verwenden, der unter Vorschaltung von Ohmschen Widerständen, Induktivitäten und
Kapazitäten an das zu regelnde Netz angeschlossen ist. Die bekannten Anordnungen
weisen eine stetige Regeltrennlinie auf.
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Zweck der Erfindung ist es, die stetige Regeltrennlinie in eine Springresonanzkennlinie
umzuwandeln, wodurch ein besonders kräftiger Steuereffekt erzielt und gleichzeitig
der Vorteil :erreicht wird, daß der Regelvorgang stabil wird und bei .erreichter
Nennspannung .abschließt.
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Gemäß der Erfindung wird dies bei relaisfreien Einrichtungen zur selbsttätigen
Spannungsregelung in Wechselstromnetzen mit Hilfe eines Regeltransformators, der
von einem Asynchronmotor mit zwei Phasenwicklungen gesteuert wird, von denen die
eine, die Regelphase, über ein spannungsabhängiges Widerstandsgebilde aus Eisendrossel,
Kondensator und Ohmschem Widerstand am Netz liegt und die andere unmittelbar von
der Netzspannung gespeist wird, dadurch erreicht,. daß als spannungsabhängiges Widerstandsgebilde
eine aus drei Kreisen bestehende Kettenschaltung verwendet wird, von denen der :erste
eine Eisendrossel von mittlerer Sättigung und eine Kapazität, der zweite eine weitere,
größere Kapazität und einen vorzugsweise
regelbaren Ohmschen Widerstand
und der dritte die R,gel.piias° des Asynchronmotors und einen vorzugsweise regelbaren
Ohmschen Widerstand enthält. Bei den verwendeten Asvnchronmotoren handelt es sich
dabei um solche, die eine ausreichende innere Dämpfung gegen einphasigen Weiterlauf
nach Abschluß des Regelvorganges aufweisen.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes
dargestellt.
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Im Gegensatz zu der bekannten Regelkcnn-Iinie, die etwa nach Abb.
i der Zeichnung verläuft, wird erfindungsgemäß der Asynchronmotor mit einer Kennlinie
betrieben, die einen Springpunkt aufweist und beispielsweise in Abb.3 wiedergegeben
ist. Eine derartige Kennlinie läßt sich mit der in Abb. 4 wiedergegebenen Schaltung
erzielen, bei der an der zu regelnden Leitung i in Parallelschaltung eine Eisendrossel
2 mit mittlerer Sättigung und ein Kondensator 3 liegen, die über einen Widerstand
4. miteinander verbunden sind. Am Verzweigungspunkt 5 ist ein Ohmscher Widerstand
6 und am Verzweigungspunkt 7 ein weiterer Kondensator 8 angeschlossen, die durch
die Leitung g zueinander parallel liegen. An den Verzweigungspunkten i o und i i
sind der Ohmsche Widerstand 12 und die eine Phasenwicklung 13 des Asynchronmotors
angeschlossen. Die anderen Enden dieser beiden in Parallelschaltung liegenden Organe
sind über die Leitung 14 geerdet oder an eine zweite Netzphase gelegt. Zwischen
der Leitung i und der Erde oder der zweiten Phase liegt auch die zweite Phasenwicklung
15 des Asynehronmotors, die mit einem Ohmsch en Widerstand 16 in Reihe geschaltet
ist. Der Kur zschlußläufer 17 ist über die Welle 18 mit der nicht dargestellten
Regelkontaktvorrichtung des zugehörigen Stufentransformators verbunden.
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Die -Eisendrossel 2 arbeitet mit einer mittleren Induktion. Die Kapazität
8 ist groß gegenüber dar Kapazität 3, deren Scheinwiderstand angenähert gleich dem
Scheinwiderstand der Drossel e bei der Nennspannung ist. Die Widerstände 6 und 12
liegen in der Größenordnung des Scheinwiderstandes des Kondensators 8 bzw. der Wicklung
13. Der Widerstand 4 ist klein gegenüber dem Scheinwiderstand von 2 und 3.
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Der Sperrkreis aus der Eisendrossel2 und dem Kondensator 3 ergibt
eine Kennlinie gemäß dem gestrichelten Teil der Abb.2, was ohne weiteres verständlich
ist. Der Widerstand 6 des nächsten Kreises der Kettenschaltung beeinflußt die Größe
des in diesem Kreise angeordneten Kondensators B. Man kann daher bei einer entsprechenden
Bemessung oder Einstellung des vorzugsweise regelbaren Widerstandes 6 die Kennlinie
der Anordnung gemäß Abb.2 zum Kippen bringen, was durch den ausgezogenen Teil der
Kurve dargestellt ist. Dabei wirkt sich der Widerstand 4, der zwischen den beiden
ersten Kreisen der Kettenschaltung angeordnet ist, hauptsächlich in der Weise aus,
daß durch ihn die Sollspannung auf den gewünschten Wert eingestellt werden kann.
Der Widerstand 12 im letzten Kreis der Kettenschaltung hat die Aufgabe, eine seitliche
Verschiebung der Gesamtkennlinie zu bewirken. Wie in Abb.3 in stark ausgezogenen
Linien dargestellt ist, soll dadurch erreicht werden, daß bei Spannungserhöhungen
oder -erniedrigungen der Sollspannung etwa gleich große Ströme in der geregelten
Triebwicklung auftreten und der Motor daher in beiden Drehrichtungen das gleiche
Anzugsmoment aufweist.
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Die größere Stabilität der Kennlinie gemäß Abb.3 gegenüber einer solchen
nach Abb. i wird in folgendem gesehen: Sinkt z. B. bei dem Schaubild nach Abb. 2
die Netzspannung E unter den Wert E", so springt der Strom im Sperrkreis
sogleich auf einen hohen Wert im Gebiete der Voreilung, und zwar entspricht er etwa
der Größe der Strecke 4-3-Der Regelmotor setzt sich rasch in Bewegung und regelt
die Spannung wieder hinauf, und zwar über die Sollspannung hinweg bis zum Punkt
i. Nunmehr springt der Strom in dem Sperrkreis aus dem Gebiet der Voreilung vom
Punkt i in das Gebiet der Nacheilung auf den Punkt 2 hinüber. Es tritt ein Phasenwechsel
auf. Der Regelmotor kehrt seine Drehrichtung um und regelt die etwas zu hohe Netzspannung
wieder auf den Punkt E0 herunter. Dieser Punki liegt, wie aus Abb.3 erkennbar ist,
auf der Ordinatenachse des Systems, so daß beim Erreichen des Punktes E0 der Regelkennlinie
der Strom im Sperrkreis und damit in der einen Triebwicklung des Regelwerkmotors
verschwindet, wodurch der Regelmotor zur Ruhe kommt und der Regelvorgang beendet
ist.
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Selbstverständlich kann die vorstehend angegebene Regelkennlinie in
ihrem Verlauf geringfügig abgeändert werden. So kann z. B. für besondere Zwecke
ein ständiges Hinundherregeln innerhalb einer bestimmten Spannungstoleranz erwünscht
sein. Hierzu ist dann nur erforderlich, durch eine entsprechende Bemessung der Widerstände
den tiefsten Punkt der sattelförmigen Einbuchtung der Regelkennlinie von- der Ordinatenachse
weg in das Gebiet des vor- oder nacheilenden Stromes zu verschieben.