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Anordnung zur Lastaufteilung zwischen zwei Spannungsquellen. Die Erfindung
bezieht sich auf Anordnungen zur Lastaufteilung zwischen zwei Spannungsquellen,
wobei eine Steuerung ohne Zuhilfenahme bewegter Teile mittels einer gleichstromvormagnetisierten
Drossel durchgeführt wird.
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Bei Verteilungsanlagen elektrischer Energie wird häufig verlangt,
die Lastaufteilung auf die einzelnen Spannungsquellen in einer vorbestimmten Weise
vorzunehmen. So kann z. B. gefordert werden, daß bei normalen Betriebsbedingungen
nur eine der beiden Spannungsquellen Strom liefert, während die andere in Reserve
gehalten und nur belastet wird, wenn die erste Spannungsquelle ausfällt. Mitunter
wird auch gewünscht, daß die eine Spannungsquelle bis zu einem vorbestimmten Belastungswert
allein arbeitet und die zweite Spannungsquelle erst bei Überschreiten dieses Belastungswertes
einen Teil der Last übernimmt.
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Es ist schon vorgeschlagen worden, die Lastaufteilung zwischen zwei
Spannungsquellen, von denen mindestens eine eine Wechselstromquelle ist, unter Verwendung
von gleichstromvormagnetisierten Drosseln
durchzuführen, die im
Stromkreis der Wechselstromquelle liegen. Die Fig. i zeigt eine derartige Anordnung.
Jede der beiden Spannungsquellen i und 3 kann die volle Belastung übernehmen. Gewöhnlich
speist das Wechselstromnetz i den Gleichstromverbraucher 2 über die Gleichrichteranordnung
4, während die Batterie 3 in Reserve gehalten wird. Die Lastaufteilung wird mit
Hilfe einer Drosselspule 5 durchgeführt, deren Wicklung 6 in die eine Wechselstromspeiseleitung
der Gleichrichteranordnung 4 eingeschaltet ist, während die Wicklung 7 von dem den
Verbraucher 2 speisenden Gleichstrom durchflossen wird. Die Spannungsquelle 3 kann
auch eine Gleichstrommaschine oder eine andere Gleichrichteranordnung sein.
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Die Wirkungsweise ist folgende: Erfordert der Verbraucher 2 nur einen
geringen Strom, so ist der Scheinwiderstand der Drosselspule 5 groß, und es fließt
nur ein geringer Ladestrom in die Batterie 3, der dazu dient, diese im geladenen
Zustand zu halten. Beginnt der Belastungsstrom zu wachsen, so würde ohne die Drossel
5 die Batterie 3 den Belastungsstrom im wesentlichen übernehmen, da der Spannungsabfall
in der Gleichrichteranordnung ,4 mit zunehmendem Strom größer wird. Da es jedoch
erwünscht ist, daß die Batterie jederzeit volle Ladung aufweist, damit sie beim
Ausfallen des Netzes i mit ihrer ganzen Kapazität zur Verfügung steht, ist die Drosselspule
5 so ausgebildet und geschaltet, daß sie mit zunehmendem Belastungsstrom gesättigt
wird. Dadurch verringert sich der Scheinwiderstand der Drossel, so daß die von der
Gleichrichteranordnung 4 abgegebene Spannung trotz steigendem Belastungsstrom konstant
bleibt. Die Belastung wird also ausschließlich von der Spannungsquelle i übernommen.
Ist an Stelle der Batterie ein Gleichstromgenerator vorhanden, so ist naturgemäß
die Einhaltung der obengenannten Bedingung hinsichtlich des Ladestromes nicht notwendig,
und die Spannungen der Gleichrichteranordnung und der Gleichstrommaschinen sind
so einzustellen, daß bei normalen Betriebsbedingungen dem Gleichstromgenerator kein
Strom entnommen wird.
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In ähnlicher Weise kann auch verlangt werden, daß eine Gleichspannungsquelle
unterhalb eines vorgegebenen Belastungswertes die gesamte Belastung allein übernimmt
und daß erst die diesen vorgegebenen Wert überschreitende Belastung durch eine zweite
Spannungsquelle, z. B. eine Gleichrichteranordnung, aufgenommen wird. Dies kann
in ähnlicher Weise wie oben beschrieben dadurch erreicht werden, daß in die Wechselstromspeiseleitung
der Gleichrichteranordnung eine Drosselspule eingeschaltet wird, deren Gleichstromvormagnetisierungswicklung
von dem Belastungsstrom der zweiten Spannungsquelle durchflossen wird.
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Die Erfindung betrifft nun eine Verbesserung der bekannten Anordnungen
und besteht darin, daß die Gleich- und Wechselstromwicklungen der Drosselspule auf
getrennten Schenkeln eines Kernes angeordnet sind, der mit einem weiteren, nicht
bewickelten Schenkel versehen und so ausgebildet ist, daß unterhalb einer vorbestimmten
Gleichstromvormagnetisierung der Scheinwiderstand der Drosselspule im wesentlichen
unveränderlich ist und oberhalb derselben mit zunehmender Gleichstromvormagnetisierung
verringert wird.
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Fig.2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Drosselspule
besitzt einen vierschenkeligen Kern ig, von dessen vier Schenkeln der Schenkel 2o
die Gleichstromwicklung 24 trägt. Auf den Schenkeln 22 und 23 befinden sich
die Wechselstromwicklungen 25 und 26. Diese Wicklungen, die sowohl miteinander in
Reihe als auch zueinander parallel geschaltet sein können, sind so angeordnet, daß
der von ihnen erzeugte magnetische Fluß möglichst ausschließlich in den Schenkeln
22 und 23 verläuft und keinen der anderen Schenkel 2o und 21 durchsetzt. Diese Anordnung
der Wechselstromwicklungen ist zur Vermeidung des Entstehens einer Wechsel-EMK in
dem Gleichstromkreis bekannt.
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Der Schenkel ei stellt einen magnetischen Nebenschluß für den von
der Gleichstromvormagnetisierungswicklung 24 erzeugten Fluß dar und besteht aus
einer besonderen Eisenlegierung, die eine hohe Anfangspermeabilität hat. Ein solches
Material weist ferner einen verhältnismäßig scharf ausgeprägten Sättigungspunkt
auf, und jenseits dieses Sättigungspunktes verläuft die Magnetisierungskurve verhältnismäßig
flach und geradlinig. Ein solches Material kann beispielsweise eine Nickel-Eisen-Legierung
mit 78;50/0 Nickel und 21,5 % Eisen sein. Dieser magnetische Nebenschluß kann in
geeigneter Weise in den Kern ig eingefügt werden. Besteht z. B. der Kern rg aus
lamelliertem Eisen, so wird man den Schenkel 21 aus dünnen Blechen zusammensetzen,
die zwischen die Bleche des Hauptkernes ig eingefügt werden.
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Für die Wirkungsweise der Drosselspule gemäß Fig.2 ergibt sich nun
folgendes: Solange der durch die Gleichstromvormagnetisierungswicklung 24 erzeugte
Fluß noch nicht den Schenkel ei sättigt, wird er im wesentlichen durch den Schenkel
21 hindurchgehen. Wird der Sättigungspunkt überschritten, so verringert sich der
-Mittelwert der Permeabilität im Schenkel 2i, und es werden
zusätzliche
Flüsse die Schenkel 2z und 23 durchsetzen und dabei den Scheinwiderstand im Wechselstromkreis
herabsetzen. Es ergibt sich somit die Wirkung, daß unterhalb einer vorgegebenen
Gleichstromvormagnetisierung durch die Wicklung 24 der Scheinwiderstand im Wechselstromkreis
im wesentlichen unveränderlich ist, oberhalb dieses Wertes dagegen infolge der Sättigung
des Schenkels 21 stetig verringert wird.
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Die Arbeitskennlinie der Drosselspule gemäß Fig. 2 ist in Fig. 4 durch
die Kurve A dargestellt. Wie dieser Kurve entnommen werden kann, ist der Scheinwiderstandsverlauf
in Abhängigkeit vom Strom in der Gleichstromvormagnetisierungswicklung 24 unterhalb
des vorgegebenen Belastungswertes im wesentlichen waagerecht. Wird dieser vorgegebene
Belastungswert überschritten, so verringert sich der Scheinwiderstand mit wachsender
Gleichstromvormagnetisierung. Zum Vergleich ist der Scheinwiderstandsverlauf einer
normalen gleichstromvormagnetisierten Drosselspule durch die Kurve B veranschaulicht.
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Die in Fig.2 gegebene Ausführungsform kann in verschiedener Weise
abgeändert werden. Eine solche Abänderung ist in Fig. 3 veranschaulicht. Der Kern
ig besteht ganz aus dem gleichen Werkstoff, weist dafür aber einen Luftspalt 28-
auf.
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Die Wirkungsweise ist folgende: Im Bereich kleiner Belastungen wird
die von der Wicklung 24 gelieferte Gleichstromvormagnetisierung nahezu ausschließlich
durch den als magnetischen Nebenschluß ausgebildeten Schenkel 2,7 gehen, weil dieser
Schenkel einen wesentlich kleineren magnetischen Widerstand darstellt als der Weg
über die zueinander parallel geschalteten Schenkel 22. und 23 und den Luftspalt
28. Sobald jedoch der Schenkel 27 gesättigt ist, wird ein Teil des von der
Gleichstromvormagnetisierungswicklung 24 erzeugten Flusses die Schenkel 22 und 23
über den Luftspalt 28 durchsetzen und dann in ähnlicher Weise wie bei der Ausführung
der Drosselspule gemäß Fig.2 den Scheinwiderstand im Wechselstromkreis herabsetzen.