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Einrichtung zur kontaktlosen Regelung einer Wechselspannung Die Erfindung
bezieht sich auf eine Einrichtung zur kontaktlosen Regelung einer Wechselspannung,
beispielsweise zur Konstanthaltung der Spannung von Kleinabnehmern, die in Ausläuferleitungen
großer Netze mit stark schwankender Spannung angeordnet sind.
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Gemäß der Erfindung speist die zu regelnde Wechselspannung einen eine
eisenhaltige Drosselspule und einen Kondensator enthaltenden kippfähigen Kreis,
und der Strom dieses kippfähigen Kreises speist über Gleichrichter die Gleichstromvormagnetisierung
von Drosselspulen oder Kondensatoren, die ihrerseits mit ihrer Wechselspannung die
zu regelnde Wechselspannung beeinflussen bzw. diese Wechselspannung liefern.
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Die Einrichtung nach der Erfindung ergibt den Vorteil, daß bereits
bei einer - sehr geringen Änderung der Wechselspannung eine große Steuerleistung
zur Verfügung steht, so daß die Spannung sehr genau konstant gehalten werden kann.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die Regeleinrichtung keine beweglichen Teile
aufweist und sämtliche Konstruktionselemente der Regeleinrichtung sich durch große
Unempfindlichkeit und lange Lebensdauer auszeichnen. Die neue Regeleinrichtung stellt
daher keine Ansprüche an Wartung, was gerade bei Regeleinrichtungen für Kleinabnehmer
von großer Bedeutung ist.
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An sich ist es bereits bekannt, einen eine eisenhaltige°Drosselspule
und einen Kondensator enthaltenden kippfähigen Kreis dazu zu benutzen, ein Relais
zu betätigen, wobei also das Relais durch den Strom des kippfähigen Kreises bei
einem bestimmten Wert dieses Stromes ein- bzw. ausgeschaltet wird. Der Strom des
kippfähigen Kreises liefert also keine kontinuierliche Steuerleistung wie bei der
Erfindung, wo er die Gleichstromvormagnetisierung von Drosselspulen oder Transformatoren
speist.
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Vorteilhaft dient die Differenz zweier Spannungen, von denen die eine
durch Gleichrichtung des Strömes im Resonanzkreis, die andere durch Gleichrichtung
der zu regelnden Spannung gewonnen wird, als Steuerspannung für die die Wechselspannung
beeinflussende Einrichtung.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
In Fig. i ist i i der Verbraucher, dessen Spannung U1 konstant gehalten werden soll,
unabhängig davon, wie groß die Netzspannung Uze ist. Zu diesem Zweck wird zu der
Netzspannung Ui, eine Spannung U5 addiert und von ihr eine Spannung,UO subtrahiert,
um die Verbraucher-
Spannung L.%11 zu erhalten. Je nachdem, ob U;,
größer oder kleiner als U6 ist, ist auch die Spannung U" größer öder kleiner als
die Netzspannung U,.,. Die Spannungen U;; und LT, werden von vormagnetisierten Transformatoren
i und 2 erzeugt. Die Transformatoren besitzen je einen dreischenkligen Eisenkern,
auf dessen mittlerem Schenkel die Gleichstromwicklung 7 bzw. 8 und die Kurzschlußwicklungen
9 bzw. io aufgebracht sind. Die letzteren dienen dazu, jeden Wechselfluß von der
Gleichstromwicklung fernzuhalten. Die Sekundärwicklungen 5 und 6 liegen im Stromkreis
des Verbrauchers i i. Die Primärwicklungen 3 und .I sind in Reihe an die Netzspannung
U, angeschlossen. je nach der Größe der Induktivität der Transformatoren i und 2
ist L'3 größer oder kleiner als U4 und damit bei gleichen Übersetzungsverhältnissen
der Transformatoren i und 2 U,, größer oder kleiner als U, und damit U11 größer
oder kleiner als die Netzspannung U,_. Ist die Spannung U" größer oder kleiner als
der Sollwert, so wird entweder der eine oder der andere Transformator so vormagnetisiert,
daß U11 nur wenig von dem gewünschten Wert abweicht.
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Der Gleichstrom für die Vormagnetisierung der Transformatoren i und
2 wird einer Differenzschaltung entnommen, die bei zu hoher Spannung Ull z. B. eine
positive Spanliting D ti liefert, im umgekehrten Falle eine negative Spannung. -
Zu diesem Zweck wird die Spannung U1, über einen Wandler 17 der Gleichrichteranordnung
15 zugeführt, die aus vier Gleichrichtern in Graetzscher Schaltung besteht, so daß
an deren Belastungswiderstand 2o eine Gleichspannung vorhanden ist, die der Spannung
Ull proportional ist. Dieser Spannung wirkt eine zweite Spannung an dem Widerstand
21 entgegen, die von der Gleichrichteranordnung 16 erzeugt wird. Diese Gleichrichteranordnung
ist über einen Kondensator i9 und eine Drosselspule 18 mit Eisenkern an die Spannung
Ull angeschlossen. Die Gleichspannung an dem Widerstand 21 ist daher dem Strom des
aus Kondensator und Drosselspule gebildeten Resonanzkreises proportional. Durch
geeignete Wahl der Konstanten des Resonanzkreises kann man erreichen, daß der Resonanzkreisstrom
in dem Regelbereich stärker als proportional mit der Spannung U" zu- bzw. übnimtnt.
Zweckmäßig bemißt man dabei die Eisensättigung der Drosselspule 18 und ihren Ohmschen
Widerstand so, daß man bei dem Sollwert der Spannung ti" an der Kippgrenze des Resonanzkreises
arbeitet, so daß bei Änderung der Spannung (I" der Resonanzkreisstrom außerordentlich
stark mit der Spannung LT" anwächst. Gegebenenfalls ist es noch erforderlich, um
dies zu erreichen, einen in Fig. i nicht dargestellten Ohmschen Widerstand in Reihe
mit der Drosselspule 18 zu schalten. In Fig. 2 sind in Abhängigkeit von L',1 die
Spannungen an den Widerständen 2o und 21 aufgetragen. Die Spannung U., ist proportional
U". Die Spannung U., wächst bz«-. fällt dagegen infolge der Bemessung des Resonanzkreises
in der Nähe des Sollwertes der Spannung U" bei Änderung der Spannung L'" sehr stark.
Die Differenz A u der beider. gleichgerichteten Spannungen wird über die Gleichrichter
13 bzw. 1.4 derart den beiden Wicklungen 7 bzw. 8 zugeführt, daß je nach der Richtung
der Spannung Ait entweder nur der eine oder der andere Transformator vormagnetisiert
wird. Durch die beschriebene. Schaltung gelingt es, die Spannung des Verbrauchers
annähernd konstant zu halten, während die Netzspannung größer oder kleiner als die
Verbraucherspannung sein kann. Statt den Resonanzkreisstrom unmittelbar gleichzurichten,
kann man auch die Spannung an der Drosselspule iS oder am Kondensator i9 gleichrichten.
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Die Wirkungsweise der Anordnung ist folgende: Sind die an den beiden
Widerständen 2o und 21 erzeugten Spannungen gleich groll, so ist die Spannungsdifferenz
A is gleich Null. Steigt nun beispielsweise die Spannung L-11, so erhöht
sich die Spannung am Widerstand 20 proportional, während die Spannung am Widerstand2i
stärker zunimmt. Infolgedessen entsteht eine positive Spannungsdifferenz A u.. durch
welche ein Strom über den Gleichrichter 13 gesandt wird. Infolgedessen wird die
Induktivität des Transformators i, da er vormagnetisiert wird, kleiner, die Spannung
LT; sinkt, und die Spannung U, wird erhöht, so daß die Verbraucherspannung U, wieder
nahezu auf ihren Sollwert gebracht wird. Im umgekehrten Falle, wenn die Verbraucherspannung
sinkt, überwiegt die Spannung am Widerstand 2o, und es wird der Transformator a
von der negativen Spannungsdifferenz Ait über den Gleichrichter 14 erregt, wodurch
die Spannung U6 kleiner und die Spannung U; größer wird. Den Wert, auf welchen die
Spannung Ull geregelt wird, kann man beispielsweise durch Veränderung des Übersetzungsverhältnisses
des Wandlers 17
einstellen oder dadurch, daß man beispielsweise die vom Gleichrichter
14 bzw. 13 ausgehende Leitung nicht am unteren Ende des Widerstandes 21 bzw.
2o, sondern an einen Anzapfpunkt desselben anschließt.
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Statt die Transformatoren i und 2 von der Differenz zweier gleichgerichteter
Spannungen zu erregen, kann man sie auch in Abhängigkeit von der Differenz zweier
gleichgerichteter Ströme erregen, von denen der eine
durch Gleichrichtung
eines der Verbraucher-Istwertspannung proportionalen Stromes erzeugt wird, während
der andere durch Gleichrichtung des Resonanzkreisstromes ähnlich wie in der Anordnung
gemäß Fig. i erzeugt wird.
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Man kann die Anordnung auch so treffen, daß die Vormagnetisierung
des Transformators i erhöht und die des Transformators 2 erniedrigt wird, wenn -die
Spannung U11 den Sollwert überschreitet, während die Vormagnetisierung des Transformators
2 erhöht und die des Transformators i erniedrigt wird, wenn die Spannung U11 unter
den Sollwert sinkt. Zu diesem Zweck erhält jeder Transformator noch eine besondere
Wicklung, die konstant erregt wird. Die von der Steuerspannung gespeisten Wicklungen
7 und 8 werden dann, wenn die Steuerspannung so erzeugt wird wie im Ausführungsbeispiel
gemäß Fig. i, ohne Vorschaltung von Gleichrichtern 13 und 1q. an die Widerstände
2o und 2 1 angeschlossen, und ihr Wicklungssinn wird entsprechend gewählt.
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Man kann die Änderung der Induktivität der Transformatoren i und 2
auch in Abhängigkeit von der Spannung U12 durchführen, wenn die Verbraucher ungefähr
konstanten Widerstand besitzen.
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Statt eines dreischenkligen Transformators kann man auch zwei normale
zweischenklige Transformatoren verwenden, die von den Gleichstromwicklungen so erregt
werden, daß keine Wechselspannung im Gleichstromkreis auftreten kann. Man kann auch
beispielsweise die beiden dreischenkligen Transformatoren zu einem fünfschenkligen
Transformator zusammenfassen.
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Die Einrichtung gemäß der Erfindung ist im Ausführungsbeispiel für
Einphasenstromkreis dargestellt. In entsprechender Weise kann sie auch für Drei-
oder Mehrphasenstromkreise Anwendung finden. Als Gleichrichter können beispielsweise
Trockengleichrichter, wie Kupfer-Kupferoxyd-Gleichrichter, verwendet werden.