-
Einrichtung zur Regelung der Spannung von Wechselstromkreisen Die
Erfindung betrifft eine elektrische Regeleinrichtung mit einem Resonanzkreis zur
überwachung der Leitfähigkeit von elektrischen Röhren, mit deren Hilfe die Spannung
von Wechselstromkreisen geregelt wird. -Es sind bisher keine ruhenden elektrischen
Regeleinrichtungen bekanntgeworden, welche es auf einfache Weise ermöglichen, elektrische
Maschinen und Apparate, Beispiels= weise Generatoren, umlaufendePhasenschieber,
veränderliche Impedanzen usw. nach einer bestimmten Kennlinie innerhalb eines Spannungsbereichs
zu regeln, wobei die Kennlinie in verschiedener Weise innerhalb eines vorausbestimmten
Bereichs selbsttätig oder von Hand eingestellt werden kann. Bekannt sind nur Einrichtungen
für andere Zwecke, z. B. zur Wechselrichtung von Gleichstrom öder zur Gleichhaltung
der Stromstärke von Leuchtröhren, die mit Hilfe von gittergesteuerten Entladungsgefäßen
in Gleichrichterschaltung arbeiten, und zwar unter Verwendung eines nicht linearen
Resonanzkreises, der aus einem Widerstand, einer sättigungsfähigen Drossel und einer
mit diesen in Reihe geschalteten Kapazität besteht. Außerdem ist eine elektrische
Regeleinrichtung bekannt, bei der ein nicht linearer Resonanzkreis ohne Eisen mit
seiner Spannung das Gitter einer Gleichrichterröhre steuert.
-
Es ist aber oft notwendig, die Arbeitskennlinie elektrischer Apparate
abschnittsweise vorzubestimmen, wenn die Spannung eines zugehörigen Stromkreises
sich in weiten Grenzen ändert. So ist es z. B. erforderlich, bei Strom-erzeugenl
unter gewissen Verhältnissen die Felderregung in einer neuen vorbestimmten Weise
zu steuern, wenn die Netzspannung sich innerhalb anderer Grenzen als bisher verändert.
Von einem umlaufenden
Phasenschieber kann z. B. einmal konstante
Blindleistung und das andere Mal ein Gleichhalten der Spannung verlangt werden.
-
Mit Hilfe der Erfindung ist es nun möglich, auf einfache Weise, auch
bei serienmäßig erzeugten Einrichtungen, vorbestimmteA_rbeitskennlinien elektrischer
Systeme in Anpassung an die verschiedenen Betriebe zu erzielen. Die Einrichtung
nach der Erfindung verwendet zur Spannungsregelung in Wechselstromkreisen gittergesteuerte
Entladungsstrecken in Gleichrichterschaltung, denen eine von der zu regelnden Wechselspannung
abhängige phasenveränderliche Gitterwechselspannung über einen nicht linearen Resonanzkreis,
der aus einem zweckmäßig regelbaren Widerstand, einer sättigungsfähigen Drossel
und einer hiermit in Reihe geschalteten Kapazität besteht, -zugeführt wird. Die
Erfindung besteht darin, daß die in der Phase veränderliche Spannung des Kondensators
des Resonanzkreises mit einer weiteren Wechselspannung, die von der zu regelnden
Wechselspannung unmittelbar abhängig ist, zusammengesetzt und die sich aus beiden
Spannungen ergebende Resultierende zur Gittersteuerung des Gleichrichters verwendet
wird. Die Resonanzbedingungen können z. B. mittels der Eisendrossel verändert werden.
-
In den Zeichnungen stellt Abb. i schematisch und beispielsweise eine
Ausführung nach der Erfindung dar, mit deren Hilfe die Erregerwicklung eines Generators
durch die elektrischen Röhrenstromkreise gespeist wird. Abb. 2 zeigt die Arbeitskennlinien
bei verschiedenen Einstellungen. Die Diagramme I bis V der Abb. 3 zeigen die Charakteristiken
der verschiedenen in Abb. i dargestellten Apparate.
-
In der Abb. i wird gezeigt, wie die Erregerwicklung 3 eines Generators
2, der im Stator eine Dreiphasenivicklung q. besitzt, durch den Stromkreis i der
elektrischen Entladungsröhren mit Gleichstrom gespeist wird. Der elektrische Röhrenstromkreis
i und die Statorwicklung .:1. werden hierbei von einem Drehstromnetz 5 gespeist.
Der Stromkreis i enthält entsprechende.Aggregate, um die elektrische Energie in
die Wicklung 3 zu übertragen. Beispielsweise können die Röhren 6 und 7 als Dampfentladungsröhren
ausgebildet sein, welche die Anoden 8, Kathoden 9 und Steuerelektroden io besitzen.
Ein Transformator I i, welcher eine Sekundärwicklung 12 mit- einem elektrischen
Mittelpunkt 12' besitzt, wird vom Netz 5 über die Leitung 13 gespeist. Die Vollweggleichrichtung
erfolgt über die Röhren 6 und 7. Die Erregerwicklung 3 der Maschine 2 ist mit dem
elektrischen Röhrenstromkreis über die Leitung 14 verbunden.
-
Die Leitfähigkeit der Röhren 6 und 7 wird durch einen Erregerstromkreis
15 gesteuert, welcher den Elektroden dieser Röhren eine von der Netzspannung herrührende
Spannung zuführt. Die Erregung des Stromkreises 15 kann so eingerichtet werden,
daß der elektrische Röhrenkreis i in einer bestimmten Weise innerhalb eines gewissen
Bereichs der Netzspannung geregelt wird. Dadurch werden verschiedene Arbeitscharakteristiken
in verschiedenen Spannungsbereichen ermöglicht. Der Stromkreis 15 enthält in an
sich bekannter Weise einen nicht linearen Resonanzkreis, in dem eine Kapazität 16,
eine sättigungsfähige Induktivität 17 und ein einstellbarer Ohmscher Widerstand
18, der einen Schleifkontakt 19 besitzt, eingeschaltet sind. Die Leitung 2o verbindet
diesen Stromkreis mit einer Phase des Netzes 5. Ein Transformator 21, welcher eine
Primärwicklung 22 und eine Sekundärwicklung 23 besitzt und von dem Netz 5 durch
die Leitung 24 gespeist wird, wird dazu benutzt, um dem Stromkreis 28 eine sinusförmige
Spannung aufzudrücken. Die Resultierende aus der Spannung, welche an der Kapazität
16 auftritt, und der Spannung, «-elche an der Sekundärwicklung 23 des Transformators
21 angenommen wird, wird der Primärwicklung 26 des Transformators 25 über die Leitung
28 und 29 zugeführt. Die Sekundärwicklung 27 des Transformators 25 wird mit den
Gittern i o der Röhren 6 und 7 über die Leitung 3o verbunden. Die Gitterstromkreise
enthalten je einen Gitterwiderstand 31 und einen parallel zu diesem liegenden Kondensator
32. Der Mittelpunkt 27' der Sekundärwicklung 27 des Transformators 25 wird finit
den Kathoden 9 der Röhren 6 und 7 über die Leitung 33 verbunden.
-
Obwohl die Einrichtung nach der Erfindung in dem vorgenannten Ausführungsbeispiel
nur zur Speisung von Erregerwicklungen elektrischer Generatoren dient, kann sie
natürlich auch in jedem beliebigen elektrischen Stromkreis allgemein Verwendung
finden-Die Wirkungsweise der Einrichtung, welche beispielsweise in Abb. i dargestellt
ist, kann am besten erklärt werden, wenn man annimmt, daß ein gleichgerichteter
Strom zur Speisung der Erregerwicklung ; des Generators 2 aus dem Drehstromnetz
5 über die Röhren 6 und 7 bezogen wird. Unter der Annahme, daß die Netzspannung
kleiner ist als die Spannung, bei welcher der nicht lineare Stromkreis in Resonanz
ist, arbeitet die Einrichtung als ein Z«reipliasengleichric'iter und hat dabei in
der Hauptsache Phasenübereinstimmung zwischen den Spannungen, welche an den Gittern
i o, und den Spannungen. welche zwischen den Anoden 8 und Kathoden a der Röhren
6 und 7 herrschen. Unter diesen Bedingungen wird der Strom, welcher durch
die
Röhren fließt, am größten sein und ebenso die Gleichspannung. Wenn die Gitterspannung
der Spannung zwischen den Anoden 8 und den Kathoden 9 der Röhren nacheilt, wird
der Strom, der durch die Röhren 6 und 7 fließt, kleiner werden und somit auch eine
Verkleinerung der Spannung in dem Gleichstromkreis 14 bewirken.
-
In der Anordnung nach der Erfindung gemäß Abb. i ist der Röhrenstromkreis
i so eingerichtet, daß bei einer Abnahme der Spannung des Drehstromkreises 5 die
Spannung des Gleichstromkreises 14 konstant gehalten werden kann, sich vergrößert
oder verkleinert. Will man eine Vergrößerung der -Spannung im Gleichstromkreis 14
bei einer Verkleinerung der Spannung im Drehstromnetz 5 erhalten, so wird der Erregerstromkreis
15 so eingestellt, daß innerhalb eines normalen Bereichs der Netzspannung die Spannungen,
welche an die Gitter der Röhren 6 und 7 gelegt sind, hinter den Spannungen an den
zugehörigen Anoden und Kathoden der Röhren um einen entsprechenden Winkel nacheilen.
Durch Verstellen der Konstanten des nicht linearen Stromkreises wird über einen
vorherbestimmten Netzspannungsbereich eine Phasenverzögerung der Spannungen an den
Gittern i o bewirkt. Die kritische Resonanzspannung des nicht linearen Kreises wird
bezüglich der Netzspannung so gewählt, daß. beim Sinken der Netzspannung die Phase
der Spannungen, welche den Gittern io aufgedrückt werden, vorverschoben wird. Der
die Röhren durchfließende Strom wird dabei vergrößert.
-
Die Arbeitsweise des. Erregerstromkreises 15 wird an Hand der Diagramme
der Abb. 3 erläutert. Im Diagramm I stellt die Kurve ü die Spannung zwischen der
Anode und Kathode einer der beiden Röhren, beispielsweise 6, dar. Diese Spannung
ist bedeutend kleiner als die kritische Resonanzspannung des nicht linearen Stromkreises
im Erregerstromkreis 15. Die Kurve b stellt die Spannung, welche an der Sekundärwicklung
23 des Transformators 21 auftritt, dar. Die Kurve c zeigt die Spannung, welche an
der Kapazität 16 auftritt, während die Kurve d die resultierende Spannung an der
Primärwicklung 26 des Transformators 25 wiedergibt. Während des Arbeitens unterhalb
der kritischen Resonanzspannung ist die Spannung an der Kapazität 16 relativ klein
verglichen mit den anderen Spannungen "im Erregerstromkreis 15. Diese Spannung eilt
der Spannung des Wechselstromkreises 5 um einen Winkel von nahezu i8o° nach. Wenn
jedoch die Spannung des Wechselstromkreises 5 die kritische Resonanzspannung erreicht,
welche durch die Kurve e im Diagramm 1 dargestellt ist, so wird die Spannung
an der Kapazität 16 in ihrem Wert vergrößert und in ihrer Phasenlage vorverschoben,
so daß eine Verzögerung der Spannung, welche an den Gittern i o liegt, bewirkt wird.
-
Diagramm II stellt einige Spannungen im Erregerstromkreis dar, wenn
die Spannung des Netzes 5 die Resonanzspannung erreicht. Die Kurve f des Diagramms
II zeigt die Spannung, welche nun an der Sekundärwicklung 23 des Transformators
21 auftritt, und Kurve g die Spannung an der Kapazität 16, während die Kurve lt
die resultierende Spannung, welche der Primärwicklung 26 des Transformators a5 aufgedrückt
wird, darstellt. Sobald die Spannung des Wechselstromkreises 5 die kritische Resonanzspannung
erreicht, wird die resultierende Spannung lt an der Primärwicklung 26 des Transformators
25 in ihrer Phasenlage gegenüber der Spannung des Stromkreises 5 nacheilend und
bewirkt so eine Nacheilung der Gitterspannung gegen die Anoden-Kathoden-Spannung
derRöhren. Unter den Bedingungen, welche in den Kurven des Diagramms I dargestellt
sind, besteht gewöhnlich Phasenübereinstimmung zwischen den Gitter- und Anodenspannungen.
Die erzeugte Spannung erreicht dabei ihren größten Wert bei einer gewissen aufgedrückten
Spannung. Wenn jedoch unter den Bedingungen, die im Diagramm II gezeigt werden,
die Spannungen an den Gittern io in ihrer Phasenlage gegen die Spannungen zwischen
den Anoden und Kathoden nacheilend werden, so wird der Strom, welcher durch die
Röhren fließt, kleiner sein als im vorhergehenden Fall. Die Spannung, welche dem
Gleichstromkreis 14 durch die Röhren 6 und 7 aufgedrückt wird, wenn die Bedingungen
des Diagramms II bestehen, wird durch die Kurve f des Diagramms III dargestellt.
-
Die Kurven des Diagramms IV stellen die Spannungen in dem Erregerstromkreis
15 und die Phasenverschiebung, welche man erhalten kann, wenn andere Konstanten
der Elemente 16,- 17 und 18 eingestellt werden als im Diagramm II, dar. Dabei ist
es möglich, durch geeignete Wahl der Konstanten des nicht linearen Stromkreises
den Bereich der Phasenverschiebung zwischen den Gitter- und den Anodenspannungen
der Röhren zu verändern und somit eine beträchtliche Veränderung der Spannung des
Gleichstromkreises zu erreichen.
-
Das Diagramm V stellt die Spannungen in dem Erregerstromkreis 15 dar,
wenn die Spannung des Netzes 5 über den Bereich der kritischen Resonanzspannung
vergrößert wird, wobei der Widerstand i 9 einen entsprechenden Wert hat. Kurve i
stellt die Spannung, welche an der Sekundärwicklung 23 auftritt,
Kurve
g die Spannung an der Kapazität 16
und Kurve lt die resultierende Spannung
an der Primärwicklung 26 des Transformators 25 dar. Es sei bemerkt, daß die Spannung
der Kapazität 16 nach der Spannung . des Transformators 23 vorgerückt und
in ihrem Wert vergrößert wird, um eine Verkleinerung in der Phasenverschiebung zwischen
der Spannung 1a an der Primärwicklung 26 und der Spannung des Netzes 5 zu bewirken,
wenn die Netzspannung über den Bereich der kritischen Resonanzspannung anwächst.
-
In Abb. 2 der Zeichnungen sind Kurven dargestellt, welche die Verschiedenheit
der Spannung des Gleichstromkreises 14 als eine Funktion der Spannung des Netzes
5 für verschiedene Werte des Ohmschen Widerstandes 18 darstellen, wobei der
Stromkreis 14 Induktivitäten enthält. Die Kurven h, nt, n und o stellen
die Beziehungen zwischen der Spannung des Gleichstromkreises und der Spannung des
Stromkreises 5 für verschiedene Werte des Ohmschen Widerstandes 18 bei Vergrößerung
des letzteren dar, während die Kurven als Bezugslinie gilt. Durch die Wahl der Widerstandswerte
18 entsprechend der Spannung des Stromkreises 5 und den Werten der Kapazität
16 und Induktivität 17 ist es möglich, eine Vielzahl von Arbeitscharakteristiken
der verwendeten Apparate zu erhalten. So stellt z. B. die Kurve o mit einem relativ
hohen Wert des Ohmschen Widerstandes 18
eine Kurve dar, die in der Hauptsache
eine konstante Spannung im Stromkreis 14 bei Spannungen im Netz 5 innerhalb der
vorbestimmten Werte zeigt. Von dein Punkt g bis zum Punkt o' in der Kurve o wird
die Vergrößerung der Gleichspannung und die Vergrößerung der Spannung an den Elektronenröhren
6 und 7 bewirkt. Innerhalb dieses Bereichs der Spannungen arbeitet der Stromkreis
unterhalb der kritischen Resonanzspannung und als Folge hiervon besteht im wesentlichen
Phasenübereinstimmung zwischen den Spannungen am Gitter io und den Spannungen zwischen
den Elektroden 8 und g. Bei der Spannung, welche durch den Punkt o' der Kurve o
dargestellt wird, erreicht die Spannung des Drehstromnetzes 5 den Bereich der kritischen
Resonanzspannung und bewirkt dadurch eine Nacheilung der Spannung an den Gittern
i o. Bei der Wahl eines kleinen ZViderstandswertes 18 können andere Arbeitscharakteristiken,
beispielsweise die Kurven fz, itr und n
erhalten werden.
-
Die Arbeitscharakteristik, die durch die Kurve m dargestellt wird,
ist von besonderem Interesse, da sie eine lineare Vergrößerung der Gleichspannung
bei Vergrößerung der Drelistromspannung zwischen den Punkten q und in' zeigt. Bei
einer weiteren Vergrößerung der letzteren in dem Bereich der kritischen Resonanzspannung,
die durch die Kurven des Diagramms IV dargestellt werden, wird eine Nacheilung in
der Phasenlage der resultierenden Erregerspannung 1i gegen die Spannung 5 bewirkt,
was eine Verkleinerung der Gleichspannung 14 zur Folge hat und in der Kurve durch
die Punkte in' und in" gezeigt wird. Bei Spannungen, die größer sind
als die dem Punkt nz" entsprechenden Werte, wird eine Voreilung hervorgerufen, durch
welche der Strom, den die Röhren 6 und 7 führen, und damit die Gleichspannung vergrößert
wird. Die Phasenbezeichnungen der Spannungen, welche im Erregerstromkreis
15 innerhalb des Bereichs der durch die Punkte in', in" der Kurve
m dargestellten Werte auftreten, sind in dem Diagramm IV der Abb.3 gezeigt, während
die Phasenbeziehungen der Spannungen des Drehstromnetzes 5, welche einem größeren
Werte als der dem Punkt in" entsprechenden Spannung entsprechen, sind in
dem Diagramm V dargestellt.
-
Wenn die Konstanten des Erregerstromkreises so gewählt werden, daß
die Arbeitscharakteristiken den in Abb. 2 in der Kurve iz dargestellten Verlauf
annehmen, muß der Röhrenkreis r die Speisung der Feldwicklung 3 so bewirken, daß
ein vorbestimmtes Kippmoment bei verschiedenen Spannungswerten des Stromkreises
5 aufrechterhalten tvir d. Wenn sich die Erregung des Stromkreises i 5 unterhalb
des Punktes n' der Kurve iz einstellt, wird der Erregerstromkreis eine Vergrößerung
der Gleichstromspannung 14 bei gleichzeitiger Verminderung der Netzspannung bewirken.
Auf diese Weise wird, wenn die Netzspannung sich verkleinert, die Erregung der Erregerwicklung
3 vergrößert, um ein vorherbestimmtes Minimum des Kippmoments aufrechtzuerhalten.
Natürlich muß dabei die Charakteristik der Drehstromspannung, sich innerhalb des
Bereichs der kritischen Resonanzspannung des nicht linearen Stromkreises halten.
Die Größe der Änderung der Drehstromspannung, die eine Erregungsänderung in der
Wicklung 3 bewirkt, kann durch entsprechende Wahl des Widerstandswertes 18
eingestellt werden.