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Einrichtung zur selbsttätigen Spannungsregelung, vorzugsweise von
Trockengleichrichtern Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur selbsttätigen
Spannungsregelung von Stromkreisen. Sie ist besonders geeignet für die selbsttätige
Spannungsregelung von Trockengleichrichtern, wobei entweder die Spannung konstant
gehalten oder nach einer bestimmten Spannungsstrom'kennlinie geregelt werden kann.
Die Erfindung setzt zunächst voraus, daß ein Regler vorhanden ist, in dessenEingangskreis
ein Steuergleichstrom fließt, rler von der zu regelnden Spannung, wenn <Liese
eine Wechselspannung ist, nach vorheriger Gleichrichtung derselben bzw. von einer
von der zu regelnden Größe abhängigen Gleichspannung beeinflußt wird. Einen Regler,
für den diese, Verhältnisse zutreffen, stellt z. B. die vormagnetisierte Drossel
dar. Die Erfindung eignet sich infolgedessen besonders gut für die Fälle, in denen
vormagnetisierte Drosseln zur Regelung benutzt werden. Eine weitere Voraussetzung
besteht darin, daß in dem Steuerstromkreis des Reglers auch noch eine Vergleichsspannung
wirksam ist, die den Sollwert der Regelung bestimmt. Derartige Regeleinrichtungen
sind an sich bekannt. Bei diesen bekannten Regeleinrichtungen wird die Vergleichsspannung,
die den Sollwert der Regelung festlegt, entweder konstant gehalten oder nach einer
bestimmten Gesetzmäßigkeit in Abhängigkeit von anderen Größen des Verbraucherstromkreises
bzw. des speisenden Stromkreises geändert, um eine bestimmte Kennlinie zu erhalten.
Hierbei zeigt es sich nun, .daß die zu regelnde Größe niemals ganz genau auf den
jeweils vorgeschriebenen Sollwert gebrächt werden kann, weil in dem Steuerstromkreis
des Reglers Ohmsche Spannungsabfälle auftreten, die sich mit dem Steuerstrom ändern
und durch entsprechende Abweichungen der Regelspannung von dem Sollwert gedeckt
werden müssen.
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Dieser Nachteil wird gemäß der Erfindung dadurch beseitigt, daß im
Steuerstromkreis des Reglers Hilfsregelmittel vorgesehen sind,
welche
die auf den Regler einwirkende Gesamtspannung in Abhängigkeit von dem Steuerstrom
so beeinflussen, daß bei einer Änderung des Steuerstromes die hierdurch bedingte
Änderung der Spannungsabfälle in dem Steuerstromkreis des Reglers zumindest zum
Teil kompensiert wird. Betrachtet man beispielsweise dieRegelung derAusgangsspannung
eines Trockengleichrichters auf einen konstanten Wert, wobei im Steuerstromkreis
des Reglers der zu regelnden Spannung eine Vergleichsspannung entgegengeschaltet
ist, so kann, wenn die Vergleichsspannung konstant gehalten wird, eine dauernde
Erhöhung des Steuerstromes nur dadurch erreicht werden, daß auch die geregelte Ausgangsspannung
eine bleibende Erhöhung erfährt. Bei Anwendung der Erfindung wird dagegen die Vergleichsspannung
um einen der Zunahme der Ohmschen Spannungsabfälle im Steuerstromkreis entsprechenden
Wert herabgesetzt, so daß die Erhöhung des Steuerstromes keine Erhöhung der Regelspannung
über den vorherigen Wert erfordert. Der Steuerstrom kann mit anderen Worten bei
konstant bleibender. Regelspannung innerhalb eines gewissen Bereiches alle beliebigen
Werte annehmen.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
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Fig. i zeigt eine Schaltung für die Ladung einer Pufferbatterie
lt aus einem Wechselstromnetz w. Das Netz speist über einen Transformator
f die Eingangsseite eines Trokkengleichrichters g, an dessen Gleichstromklemmen
die Batterie h liegt. Der Primärseite des Gleichrichtertransformators f ist als
Regeleinrichtung eine Drosselspule e vorgeschaltet, deren Induktivität durch wechselnde
Gleichstromvorrnagnetisierung ihres Eisenkernes geregelt wird. Hierzu dient die
Vorniagnetisierungswicklung s, die über den Hilfsgleichrichter d an -die
Isle-minen der Batterie lt
angeschlossen ist. Der Gleichrichter d liefert
cläbei eine Spannung, die in bezug auf die Vormagnetisierungswicklung s der Batteriespannung
entgegengerichtet ist.
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Die Spannung des Hilfsgleichrichters d muß in diesem Fall die Batteriespannung
g überwiegen, wenn in der Vorrnagnetisierungswicklung s ein Strom fließen soll.
Der Hilfsgleichrichter d ist nun an einen magnetischen Spannungsgleichhalter a bekannter
Art angeschlossen, und zwischen beide ist dieReihenschaltung einer im Sättigungsbereich
arbeitenden Drossel b und eines Kondensators c äe-#;chaltet. Es ist bereits vorgeschlagen
«-orden, einen solchen Reilienresonanzkreis dazu zu benutzen, tun die Spannungsabfälle,
die durch den Belastungatroni in einer Spannungsquelle hervorgerufen werden, zu
kompensieren. Auch hier hat dieser Reilienresonanzlcreis a1 sogenannter Lastausgleich
zunächst die Aufgabe, den Spannungsabfall, der durch den Belastungsstrom des Spannungsgleichhalters
a. in diesem auftritt, auszugleichen. Wesentlich für die Erfindung ist aber nun,
daß der Lastausgleich darüber hinaus noch so bemessen ist, daß mit wachsendem Belastungsstrom
des Spannungsgleichhalters die Spannung an den Gleichstromklemmen des Hilfsgleichrichters
d ansteigt. Dadurch wird das Ansteigen der Ohmschen Spannungsabfälle in dem die
Vorinagnetisierungswicklung s enthaltenden Steuerstromkreis bei wachsendem Steuerstrom
kompensiert, so daß .der Steuerstrom bei konstanter Batteriespannung beliebige Werte
innerhalb des vorgesehenen Bereiches annehmen kann. Um eine Zunahme des Steuerstromes
zu bewirken, braucht sich also die Batteriespannung nicht mehr zu ändern.
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Die Regelstromkreise werden zweckmäßig so bemessen, daß die Widerstände
mit positivem Temperaturkoeffizienten und die niit negativem Temperaturkoeffizienten,
insbesondere die Widerstände der Gleichrichterzellen, aufeinander abgestimmt sind
und sich hinsichtlich ihrer Temperaturabhängigkeit gegenseitig kompensieren. Es
ist vorteilhaft, -die Gleichrichterelemente des Hilfsgleichrichters d so reichlich
zu ,bemessen, daß sich ihr Widerstandswert durch Alterung nicht ändert. An Stelle
der Batteriespannung kann auch eine z. B. durch Spannungsteilung davon abgeleitete
Gleichspannung als Regelspannung verwendet werden. Das gleiche gilt sinngemälä auch,
wenn die Anordnung zum Regeln anderer Betriebsgrößen verwendet wind.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. a wirkt die zu regelnde Spann ungnicht
unmittelbar auf den hier ebenfalls alsvormagnetisierterTran sformator e ausgebildeten
Hauptregler, sondern auf Regeliinittel auf der Eingangsseite des Hilfsgleichrichters
d ein. Die Drosselspule b des Lastausgleichs finit der Arbeitswicklung p
ist hier mit Vormagnetisieru.ngswicklungen ausgerüstet, von denen die eine, g, über
einen Einstellwiderstand t von der konstant zu halfenden Batteriespannung erregt
wird, während die andere, r, von dem den Hilfsgleichrichter d und die Vorniagnetisierungswicklung
s des Hauptreglers e durchfließenden Steuerstrom erregt wird. Die Vornia1netisierungswicklung
r wird so bemessen, daß durch ihren Einfluß der I-astausgleich b, c die Eigenschaft
erhält, nicht nur die Spannungsabfälle in dein Spannungsgleichlialteru, sondern
auch die Änderung der Ohnischen Spannungsabfälle in dein Stromkreis der Vorniagnetisierungswicklung
s auszugleichen. Es geniigen dann verschwindend geringe Änderungen des Vorinagnetisierungsar@-jtnes
in der «-icklung cl und damit in der
Batteriespannung, um starke
Änderungen des Vormagnetisierungsstromes in derWicklungs hervorzurufen.
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An Stelle der Batterie Ja können auch andere Verbraucher, z.
B. galvanische Anlagen, gespeist werden. Auf der Eingangsseite kann statt der in
den Fi.g. i und z dargestellten I?inpliasenschaltung auch eine Mehrphasenschaltung
angewendet werden. Mehrphasige Schaltungen sind in den Ausführungsbeispielen nach
den Fig. 3 und 5 dargestellt.
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ach Fig. 3 wird der Hauptgleichrichter g aus dem Dreiphasennetz ze
über einen Transformator gespeist. dessen Primärwicklung f r in Sternschaltung mit
aufgelöstem Sternpunkt und dessen Sekundärwicklung [.-in Dreieckschaltung angeordnet
ist. Die Hauptregeldrosseln e bilden in Reihe mit den zur Regelung des Hilfsgleichrichters
i dienenden Hilfsdrosselspulen k die Sternverbindungen für die Primärwicklung f,
des Gleichrichtertransforinators. Die Drosselspulen e bestehen in jeder Phase aus
zwei hintereinandergeschalteten Teildrosseln, von denen jede eine Gleichstromvormagnetisierungswicklung
s enthält. Die zu ein und derselben Phase gehörigen Vormagnetisierungswicklungen
s sind dabei gegensinnig hintereinandergeschaltet, damit sich die in ihnen induzierten
Wechselspannungen gegeneinander aufheben. Außerdem sind sämtliche Vormagnetisierungswicklungen
s der drei Phasen miteinander in Reihe geschaltet. Der die Wechselstromwicklungen
der Hauptregeldrosseln e durchfließende Primärstrom des Gleichrichtertransformators
teilt sich auf die Hilfsdrosseln k und über clen parallel dazu geschalteten Hilfsgleichrichter
i auf die Normagnetisierungswicklungen s auf. je nachdem, ob der induktive Widerstand
der Hilfsdrosseln k groß oder klein ist, ist mithin der Vormagnetisierungsstrom
für die Hauptregeldrosseln klein oder groß. Durch diese Schaltung, bei der der Steuerstrom
nur auf die Vormagnetisierung der Hilfsdrosselspulen k einwirkt, wird eine wesentliche
Erhöhung der Regelempfindlichkeit erreicht.
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Der Hilfsgleichrichter d wird wieder über eineu Spannungsgleichhalter
a und den als lUfsregelmittel dienenden Lastausgleich b, c gespeist. Seine Eingangsspannung
kann mittels des Anzapftransformators o verschieden eingestellt werden. Auf seiner
Ausgangsseite liegt eine Giättungsdrossel n und ein Widerstand m, der zugleich dem
Steuerstromkreis der Hilfsdrosseln k angehört und somit die der Ausgangsspannung
des Hauptgleichrichters entgegengeschaltete Vergleichsspannung liefert. Der Widerstand
in ist also durch den Strom des Hilfsgleichrichters d @ urbelastet. Durch eine geeignete
Bemessung des Lastausgleichs erhält der Ausgangskreis des Hilfsgleichrichters d,
bezogen auf die Klemmen des Widerstandes in, eine derart steigende Spannungsstrornkennlinie,
daß die dadurch bedingten Änderungen der än dem Widerstand in auftretenden Vergleichsspannungen
die Änderungen der Ohmschen Spannungsabfälle in dem Stromkreis der Vorinagnetisierungswicklungen
der Hilfsdrosseln k ausgleichen. Der Steuerstrom ändert sich infolgedessen plötzlich
von einem Grenzwert zum anderen, wenn die Ausgangsspannung des Hauptgleichrichters
g von dem eingestellten Sollwert abweicht.
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In Fig. a ist durch die Linie A# die Abhängigkeit der Spannung an
den Klemmen des Widerstandes in vom Strom f,1 des Steuergleichrichters d bzw. vom
Steuerstrom ik der Drosselspulen k dargestellt. Ist der Strom id - \ u11,
so ist die Spannung an den Klemmen des Widerstandes in .am kleinsten. Sie soll dann
gerade um den Spannungsabfall d L', den der Steuerstrom ik in den Gleichstromwicklungen
und den Drosselpulen k hervorruft, kleiner sein als die einzuregelnde Ausgangsspannung
U des Hauptgleichrichters g. Ist der Steuerstrom ik Xull, so erreicht der vom Steuergleichrichter
herrührende Stromanteil id im Widerstand m seinen Höchstwert, und es soll dann die
Spannung an - den Klemmen des Widerstandes gleich der gewünschten Spannung U des
Hauptgleichrichters sein. Die Gleichstrom-,Vicklungen der Drosselspulen k sind dann
stromlos, da sich in ihrem Stromkreis die Spannungen aufheben. Die kleinste Spannungsabweichung
am Hauptgleichrichter bewirkt eine starke Änderung des Steuerstromes und eine daraus
folgende Regelwirkung. Damit auch bei plötzlichen Belastungsänderungen und bei Betriebszuständen,
für die die Anordnung nicht bemessen ist, keine falsche Regelwirkung auftreten kann,
wird in den Steuerstromkreis zweckmäßig ein Ventil l gelegt, das eine Stromumkehr
verhindert.
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In dem Ausführungsbeispiel nach Fig.5 haben die Regeldrosselspulen
e je vier Wicklungen. Die Wicklungen i sind je einer Phase der Primärwicklung f1
des Gleichrichtertransformators vorgeschaltet. Die Wicklungen a haben Zickzackschaltung
und liegen in Reihe mit dem Verbraucher auf der Ausgangsseite des Hauptgleichrichters
g. Die Wicklungen 3 liegen, gleichfalls in Zackzackschaltung, in Reihe mit einem
Vorschaltwiderstand j an der Ausgangsspannung des Gleichrichters g. Die Wicklungen
.I sind die Steuerwicklungen und werden von der Ausgangsspannung des Gleichrichtertransformators
über einen magnetischen Verstärker v und einen Hilfsgleichrichter i gespeist. Parallel
zu
ihrem Stromkreis liegt außerdem ein geeigneter Widerstand u zur Einstellung der
gewünschten Stromstärke. Der magnetische Verstärger v wird gemeinsam von der Ausgangsspannung
des Hauptgleichrichters'- und vom Steuergleichrichter (i aus in ähnlicher Weise
gesteuert, wie die Drosselspulen k im Ausführungsbeispiel nach Fig.3. Der magnetische
Verstärker v liegt mit seinen Wicklungen i an der Eingangsspannung des Haupthleichrichters
g. Es wird ihm also eine Spannung zugeführt, die sich im Sinne der Regelung ändert.
Dadurch kommt eine Art Rückkopplung zustande, die die erforderliche Steuerleistung
vermindert. Die Lastausgleichseinrichtungen b, c des Steuergleichrichters d sind
so bemessen, daß sie die Widerstände der Steuerwicklungen 2 des magnetischen Verstärkers
v mitausgleichen. Eine dritte Wicklung 3 ist von dessen Ausgangsstrom durchflossen.
f=luch hier kann der Steuerstrom bei der Sollspannung des Hauptgleichrichters g
alle Werte zwischen Null und crem Höchstwert annehmen und sich bei Spannungsänderung
von einem - Grenzwert zum anderen ändern. Der erwähnte Widerstand zc dient zur Vorbelastung
des magnetischen Verstärkers. Der Steuerstrom kann daher bis zu einer dieser Vorbelastung
entsprechenden Höhe negative Werte annehmen. Man erspart also durch die Anwendung
des Widerstandes 2c die Anbringung einer vierten Wicklung (Gegenwicklung) am Verstärker
v.