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Einrichtung zum Ein- und Ausschalten eines Wechselstromkreises in
Abhängigkeit von einer zu regelnden Größe, .die einen kippfähigen Schwingungskreis
steuert Es ist bereits bekannt, zur Regelung gleichstromvormagnetisierter Drosselspulen
einen aus einem Kondensator und einer mit gesättigtem Eisenkern ausgerüsteten Drosselspule
bestehenden kippfähigen Schwingungskreis vorzusehen, der von der zu regelnden Größe
beeinflußt wird und dessen Strom über Gleichrichter die Gleichstromvormagnetisierungswicklung
der Drosselspulen speist. Es ist auch bekannt, derartige Drosselspulen zur Umsteuerung
von Mehrphasenmotoren zu benutzen, indem der für die eine Drehrichtung maßgebende
Stromkreis eine Drosselspule enthält und der für die andere Drehrichtung maßgebende
Motorstromkreis eine zweite Drosselspule. Die von dem kippfähigen Kreis gelieferte
Gleichstromvormagnetisierung bewirkt dann beim Kippen des Kreises eine sprunghafte
Änderung des Wechselstromwiderstandes der Drosselspulen und damit eine -Ein bzw.
- Ausschaltung eines Motorstromkreises. Es ist ferner an Drosselspulen mit
gesteuerter Gleichstromvormagnetisierung bekannt, auch eine vom eigenen Wechselstrom
über Gleichrichter gespeiste Vormagnetisierungswicklung (Rückkopplungsschaltung)
vorzusehen.
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Die Erfindung betrifft ebenfalls eine Einrichtung zum Ein- und Ausschalten
eines Wechselstromkreises in Abhängigkeit von einer zu regelnden Größe. Diese Größe
steuert dabei einen kippfähigen Schwingungskreis, der seinerseits über Gleichrichter
die Gleichstromvormagnetisierungswicklung einer Drosselspule speist, deren Wechselstrom
geschaltet werden soll. Erfindungsgemäß besitzt die Drosselspule in an sich bekannter
Weise eine vom eigenen Wechselstrom über Gleichrichter .gespeiste Vormagnetisierungswicklung
(Rückkopplungsschaltung), deren Erregung wahlweise derart eingestellt ist, daß bei
der Betriebsspannung-,det Drosselspule
ihr Wechselstromwiderstand
entweder einen durch den Rückkopplungseffekt der Gleichstromvormagnetisierung bedingten
Minimalwert aufweist oder annähernd den ohne Gleichstromvormagnetisierung vorhandenen
Maximalwert. Zu dieser Rückkopplungsvormagnetisierung tritt noch die vom kippfähigen
Schwingungskre.i.s gelieferte Gleichstromvormagnetisierung hinzu. Diese wandelt
bei Vorhandensein von Kippstrom entweder den geschilderten Maximalwiderstand der
Drosselspule in den Minimalwiderstand oder es wird infolge entgegengesetzter Richtung
der zusätzlichen Gleichstromvormagnetisierung gegenüber der Rückkopplungsvormagnetisierung
der vorhandene Minimalwiderstand der Drosselspule in ihren Maximalwiderstand umgewandelt.
Eine derartige Anordnung hat u. a. den Vorteil, daß die Gleichstromvormagnetisierungsamperewindungen
der Drosselspule zum größten Teil von dem eigenen Wechselstrom der Drosselspule
über den Gleichrichter geliefert werden, so daß die von dem kippfähigen Schwingungskreis
gelieferte Vormagnetisierung nur gering ist, was die Größe und die Regelgenauigkeit
des Kippkreises günstig beeinflußt. Ein weiterer wesentlicher Vorteil besteht darin,
daß bei Vorhandensein von zwei Drosselspulen, von denen gleichzeitig die eine einen
Stromkreis einzuschalten und die zweite einen Stromkreis auszuschalten hat, die
Steuerung dieser Drosselspulen von 'dem kippfähigen Kreis sehr einfach durchzuführen
ist, da ,keine zusätzlichen Einrichtungen dafür erforderlich sind, daß die eine
Drosselspule einschaltet und die andere gleichzeitig ausschaltet.
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Im folgenden ist die Erfindung an Hand der Fig. i und 2 der Zeichnung
näher erläutert, wobei Fig. i das Schaltungsschema und Fig. 2 ein Diagramm für die
Wirkungsweise der Gleichstromvormagnetisierung an den beiden Drosselspulen zeigt.
In Fig. i handelt es sich darum, die Spannung einer Fernleitung i mit Hilfe eines
in die Leitung eingeschalteten Drehtransformators 2 konstant zu halten. Der drehbare
Teil des Drehtransformators wird durch einen Drehstrommotor 3 mit symmetrischer
Einphasenkondensatorschaltung verstellt. Die Zuleitung 4. dieses Verstellmotors
ist an die eine Phase der Drehstromleitung i angeschlossen. Die Zuleitungen 5 und
6 werden mit Hilfe der Anordnung nach der Erfindung wahlweise über die Leitung 7
an die zweite Phase der Drehstromleitung angeschlossen. Je nachdem, ob .die Zuleitung
5 oder die Zuleitung 6 Strom führt, läuft der Verstellmotor in der einen oder anderen
Drehrichtung. Der Verstellmotor 3 soll zur Verbesserung des Anzugsmomentes erhöhten
Läuferwiderstand erhalten, indem man etwa die Stirnringe seiner Dämpferwicklung
im Läufer abdreht. Für die Ein- und Ausschaltung des Stromes in den Zuleitungen
5 und 6 dienen nun die in diese Zuleitungen eingeschalteten Drosselspulen 8 und
g. Diese Drosselspulen besitzen je zwei Gleichstromvormagnetisierungswicklungen
1o und i i bzw. 12 und 13. Die Gleichstromvormagnetisierungswicklungen io und 13
werden von Gleichrichtern 14 und 15 gespeist, die wechselstromseitig mit den Wechselstromwicklungen
der Drosselspulen 8 und g in Reihe geschaltet sind. Die Gleichstromvormagnetisierungswicklungen
i i und 12 der beiden -Drosselspulen sind hingegen an Gleichrichter 16 und 17 angeschlossen,
die wechselstromseitig mit je einem Kippkreis 18 und 19 bzw. 2o und 2i in Reihe
geschaltet sind. Diese aus der Reihenschaltung eines Kondensators und einer eisengesättigten
Drosselspule bestehenden Kippkreise sind an -die Spannung zwischen zwei Phasen der
Leitung i angeschlossen.
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Im folgenden ist nun zunächst an Hand des Diagramms der Fig.2 die
Wirkung der durch die Wicklungen io und 13 herbeigeführten Gleichstromvormagnetisierung
an den Drosselspulen geschildert. Die Wirkung der Gleichstromvormagnetisierungswicklungen
i i und 12 ist zunächst außer Betracht gelassen. Das Diagramm zeigt an den Kurven
22 und 23 für die Betriebsspannung der Drosselspule die Abhängigkeit ihres Wechselstromes
I" von dem Vormagnetisierungsgleichstrom Ig. Die Differenz zwischen den Kurven 22
und 23 ist durch Hystereseerscheinungen bedingt. Damit diese Kurven nahe genug zusammenfallen,
ist es zweckmäßig, den Eisenkern der Drosseln 8 und g aus hochwertigem Nickel-Eisen-Blech
anzufertigen. Die durch den Koordinatenmittelpunkt gehende Gerade 24 stellt nun
in Abhängigkeit von dem Wechselstrom I", den durch die Rückkopplung an den Wicklungen
1o bzw. 13 auftretenden Vormagnetisierungsgleichstrom dar. Man sieht, daß diese
Gerade die Kurve 22 in dem Punkt L, schneidet. Da die Abzissen der Geraden 24 bis
zu dem Punkt L, stets größer sind als die zugehörigen Abzissen der Kurve 22, so
wird sich bei einer bestimmten Betriebsspannung die Drosselspule bis zu dem Punkt
L, selbsttätig mit Gleichstrom vormagnetisieren. Andererseits kann man die Abhängigkeit
.der Rückkopplungsgleichstromvormagnetisierung von dem Wechselstrom I" derart bemessen,
daß sie der durch den Koordinatenmittelpunkt gehenden strichpunktierten Geraden
25 entspricht. Diese Gerade schneidet die Kurve 23 in dem Punkt Ra, der in der Nähe
des Koordinatenmittelpunktes liegt. Die Rückkopplungsvormagnetisierung
ist
also hier wesentlich schwächer bemessen als im Fall der Geraden 2¢, wo sich selbsttätig
eine starke Vormagnetisierungeinstellt.
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Man kann nun die der Rückkopplungsvormagnetisierung entsprechenden
Geraden 24 oder :25 dadurch in Richtung der Abzissenächse parallel verschieben,..daß
mit Hilfe der Wicklungen i i oder r2 an den Drosselspulen eine von den Kippkreisen
gelieferte zusätzliche Gleichstromvormagneti.s.ierung erzeugt wird. Ist beispielsweise
die Rückkopplungsvormagnetisierung an der Drosselspuke gemäß der Geraden25 eingestellt
und tritt nun zu dieser Vormagnetisierung noch ein Vormagneti,si,erungsgleichstrom
i" 'hinzu, der von dem Kippkreis geliefert wird, dann entspricht an der Drosselspule
die insgesamt vorhandene Gleichstromvormagnetisierung der nicht mehr durch den Koordinatenmittelpunkt
gehenden strichpunktierten Geraden 26. Durch das Einschalten der vom Kippkreis gelieferten
Gleichstromvormagnetisierung i, wird also der Arbeitspunkt der Drosselspule, der
vorher in der Nähe des Koordinatenmittelpunktes lag (Ra), auf einen bereits im Sättigungsbereich
der Drosselspule liegenden Punkt La verschoben. Während nun an diesem Punkt L" die
Drosselspule bei der Betriebsspannung einen großen Wechselstrom L", durchläßt, läßt
sie an dem Punkt Ra nur einen ganz geringfügigen Strom hindurch, der annähernd derselbe
ist, wie wenn die Drosselspule ohne Gleichstromvormagnetisierung arbeiten würde.
Durch das Einschalten .der zusätzlichen G.leichstromvorma,gnetisierung i" wird also
infolge der geeigneten Dimensionierung der Rückkopplungsvormagnetisierung der Wechselstrom
sprung;haftvon einem kleinen auf einen großen Wert geändert, .d. h. der Wechselstrom
der Drosselspule wird eingeschaltet. Nach dem-' selben Prinzip kann man aber auch
den Wechselstrom ausschalten, indem man .die Rückk opp.lungsgleichstromvormagnetisierung
gemäß der Geraden 2,4 bemißt und den vom Kippkreis gelieferten Vormagnetisierungsgleichstrom
(i, im Diagramm) in entgegengesetzter Richtung wirken läßt. Dadurch wird die Gerade
24 nach links verschoben und geht in die Gerade 27 über, die ihren Arbeitspunkt
R, wieder in der Nähe des Koordinatenmittelpunktes hat, während der Arbeitspunkt
L,, der Geraden 24 im Sättigungsgebiet lag. Durch die Einschaltung der zusätzlichen
Gleichstromvormagnetisierung wird also in diesem Fall der Wechselstrom der Drosselspule
ausgeschaltet.
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Bei der Anordnung der Fig. 1 ist nun die Drosselspule 8 mit ihrer
Rückkopplungswicklung io und ihrer vom Kippkreis gespei.sten Vormagnetisierungswicklung
ii gemäß den Geraden 25 und 26 des Diagramms der Fig.2 bemessen, während die Drosselspule
g mit der Rückkopplungsv ormagnetisierungswicklung 13 und .der vom Kippkreis gespeisten
Vormagnetisierungsw icklung .12 gemäß den Geraden 24 und a7 der Fig. 2 bemessen
ist.
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Wenn also die Spannung in der Fernleiturig i über den zulässigen Wert
hinaussteigt, dann nehmen die Kippkreise 18, i9 bzw. 2o, 21, die vorher nur einen
gang geringfügigen Strom führten, sprunghaft einen hohen Strom auf. Dieser hohe
Strom bewirkt nun an der Wicklung i i bzw. an der Drosselspule 8 eine sprunghafte
Vermehrung des von der Drosselspule aufgenommenen Wechselstromes, während er an
der Wicklung 12 bzw. an der Drosselspule 9 eine sprunghafte Verminderung des von
der Drosselspüle aufgenommenen Wechselstromes herbeiführt. In der Zuleitung 5 des
Motors 3 wird also der Strom einbeschaltet, während er in der Zuleitung 6 ausgeschaltet
ist. Der Motor 3 kommt also in der einen Drehrichtung zum Laufen und verstellt den
Drehtransformator 2 in einem derartigen Sinne, daß dadurch die Netzspannung wieder
auf den richtigen Betrag vermindert wird. Sinkt andererseits die Betriebsspannung
z unter einen bestimmten Wert, dann tritt in .den Kippkreisen wieder ein Kippen
des Stromes in entgegengesetzter Richtung ein und der von diesen Kippkreisen gelieferte
Vormagnetisieru gsgleichstromverschwindet im wesentlichen. An den Drosselspulen
8 und 9 tritt dann der umgekehrte Vorgang ein infolge Verschiebung der Geraden 26
und 27 in die durch den Koordinatenmittelpunkt gehenden Geraden 24 und 25. Der Motor
läuft daher in umgekehrter Richtung und verstellt den Drehtransformator im Sinne
einer Erhöhung der Netzspannung.
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Die beiden Kippkreise 18, ig bzw. 2o, 21 sind nun bezüglich der Spannungshöhe,
bei der ein Kippen des Stromes eintritt, um einen gewissen Betrag verschieden eingestellt.
Fig.3 der Zeichnung veranschaulicht dies. Der Linienzug 28 zeigt die Abhängigkeit
des Stromes T von der Spannung E für den die Drosselspule g speisenden Kippkreis
2o, 2i. Der Linienzug 29 ist hingegen der Drosselspule 8 bzw. dem Kippkreis 18,
ig zugeordnet. Man sieht, daß der .Kippstrom für die Drosselspule 9 bereits bei
der - Spannung EI
sprunghaft den großen Betrag annimmt, während der Kippstrom
für die Drosselspule 8 erst bei der Spannung E2 diesen Betrag annimmt. Zwischen
den Grenzspannungen Ei und E2 der Fernleitung 1 herrscht daher ein Zustand, bei
.dem die Drosselspule 9 Kippstrom führt, während für die Drosselspule 8 es nicht
der Fall ist. Für diesen Zustand arbeiten aber beide Drosselspulen 8 und 9, wie
aus
dem Diagramm der Fig. a liervorgelit bezüglich ihres Wechselstromes auf dem ii der
Nähe des Koordinatenmittelpunktes gelegenen Teil der Kurven. 22 bzw. 23, und zwar
auf den Punkten R" bzw. RZ. Es sind also die Ströme in beiden Zuleitungen 5 und
6 des :'Motors 3 unterbrochen, und der Motor steht still. Die beiden Spannungen
El und. E. stellen daher für die Fernleitung i die betriebsmäßig zulässigen Grenzspannungen
dar, zwischen denen die Regelvorrichtung stillsteht. Je näher diese Grenzspannungen
aneinanderliegen, um so empfindlicher ist die Regelanordnung bezüglich Spannungsschwankungen.
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In Fig. r sind in Reihe finit den Drosselspulen 8 bzw. 9 noch die
Sekundärwicklungen der Transformatoren 30, 31 eingeschaltet. Die Primärwicl.;lungen
dieser Transformatoren werden einerseits vom Wechselstrom des Kipplcreises 18, i9,
andererseits vomWecliselstroln des Kippkreises 2o, 21 durchflossen. Diese Anordnung
dient dazu, die beiden Kippkreise bei kleinen Abweichungen zwischen Ist-und Sollwert
der Spannung, sobald der Motor 3 zu laufen beginnt, in ihre Ausgangslage zurückzuführen,
um eine Überregelung infolge der Breite des Einzelkippbereiches jedes der beiden
Kippkreise zu verhindern. Tritt nämlich an einem der Kippkreise eine sprunghafte
Vergrößerung oder Verkleinerung des Stromes ein, die gemäß dem Diagramm der Fig.
2 den Motor 3 in der einen oder anderen Richtung zum Anlaufen bringt, so hat diese
sprunghafte Veränderung des Wechselstromes des Kippkreises eine derartige Veränderung
der Erregung der Transformatoren 30 oder 31 zur Folge, daß die von diesen Transformatoren
in die Stromkreise der Drosselspulen 8 und 9 eingeführten Spannungen sich derart
ändern, daß dadurch der Wechselstrom dieser Drosselspulen, der gemäß dem Diagramm
der Fig. 2 durch .die Kippkreise ein- bzw. ausgeschaltet wird, nunmehr wieder in
den früheren Zustand zurückgeführt wird. Der Motor läuft daher bei kleinen Spannungsfehlern
nur schrittweise vorwärts, weil durch die Einfügung der Zusatzspannung die Drosselspule
sofort wieder entmagnetisiert und in den früheren Zustand zurückgeführt wird. Nur
bei sehr großen Spannungsfehlern läuft der Motor infolge der Transformatoren
30 und 31 mit voller Geschwindigkeit durch.
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In Reihe finit den Drosselspulen 8 und 9 sind ferner noch die Drosselspulen
32, 33 eingeschaltet. Diese Drosselspulen dienen dazu, eine Ausschaltung des Motors
3 herbeizuführen, wenn der Motor im Links- oder im Rechtslauf den Drehtransformator
2 in eine seiner beiden Endstellungen gebracht hat. Wie schematisch angedeutet,
besitzen die Dro@-selspulen Eisenkerne, die aus zwei Teilen bestehen. Während der
eine Teil festgelagert ist, ist der zweite Teil mit dem Verstellinotor 3 derart
gekuppelt, daß dieser vom Verstellinotor angetriebene Teil des Eisenkerns in der
Elidstellung des Vcrstellmotors in eine die magnetischen Kraftlinien der Drosselspule
anschließende Stellung gebracht wird. Wenn also der Motor 3 sich in der einen Endstellung
befindet, dann ist von den beiden Drosselspulen 32 und 33 der Eisenkern derjenigen
Drosselspule geschlossen, die durch dieses Schließen und die damit be-%virkte Vergrößerung
der Induktivität der Drosselspule ein Abschalten dies Motorstromes herbeiführt.
Der Eisenkern der anderen Drosselspule ist hingegen geöffnet, da liier der Strom
durch eine der Drosselspulen 8 oder 9 unterbrochen ist. In den Zwischenstellungen
sind die Eisenkerne beider Drosselspulen 31 und 32 geöffnet, so daß diese Drosseln
kein wesentliches Hemmnis für den Motorstrom darstellen. Die - beweglichen Eisenteile
der Drosselspulen 32 und 33 kÖnnen auch am Drehregler 2befestigt sein. Um die Schaltwirkung
der beweglichen Eisenteile 3-2 und 33 noch zu erhöhen, kann man zu den Drosselwicklungen
Kondensatoren S parallel schalten.