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Elektrischer Übertrager Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen
Übertrager mit regelbaren Drosseln, bei welchen der Drosselwechselstrom mit Hilfe
von Gleichrdchteränordnungen gleichgerichtet und zur Erzeugung einer rückkoppelnden
Eigengleicherregung verwendet wird.
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Das Wesen der Erfindung besteht darin, daß die vom Übertrager aufgenommene
bzw. abgegebene Leistung durch Änderung des Verhältnisses von Wechselerregung zu
Eigengleicherregung mit Hilfe eines dem Drosselspulenstrom dm wesentlichen gleichfrequenten
Wechselstromes in Abhängigkeit von einem System mit vorgegebenem Frequenzgang geregelt
wird. Man erhält auf diese Weise eine Gesamtanordnung, bei welcher bei kleinsten
Frequenzänderungen außerordentlich große Leistungsänderungen ausgelöst werden können.
Die Anordnung läßt sich mit besonderem Vorteil zur Frequenz- bzw. Drehzahlregelung
von elektrischen Maschinen verwenden.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele für die - Verwirklichung
des Erfindungsgedankens schematisch dargestellt.
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In Fig. i eist mit I die regelbare Drossel und mit II ein System mit
vorgegebenem Frequenzgang schematisch dargestellt. Laie regelbare Drossel besteht
aus zwei vorzugsweise aus hochpermeablem Stoff bestehenden Kernen i, 2, auf denen
in an sich
bekannter Weise die Arbeitswicklungen 3, 4 angeordnet
sind. Der Eingang A, B des Mertragers wird an eine VA'echselspannung :gelegt,
deren Frequenz beispielsweise durch die Anordnung geregelt werden soll. Von der
Wechselspannungsquelle 5 fließt der Wechselstrom über einen Wechselstromverbraucher
6 und die beiden Wicklungen 3, 4 der Gleichrichterano.rdnung 7 zu, aus der der mit
Hilfe der Rückkopplungswicklung 8 die rückkoppelnde Eigengleichenregung bewirkende
Gleichstrom entnommen wird. In derselben Weise fließt ein Wechselstrom über die
beiden Widerstände 9, r o, die eine Nachbildung der Drosseln 3, 4 bzw. der Gleichrichteranordnung
7 darstellen.
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Das System II mit vorgegebenem Frequenzgang besteht aus den zwei Resonanzkreisen
i z, 12 und den beiden Widerständen 13; -14. An die Stelle dieses Systems kann ein
beliebiges anderes System mit ausgeprägtem Frequenzgang treten, beispielsweise ein
Hoch- oder Tiefpaß, ein Bandpaß oder Bandfilter oder auch ein einfacher Resonanzkreis
mit elektrischen oder elektromagnetischen Wechselwiderständen. Der Eingang des Systems
II ist im dargestellten Ausführungsbeispiel der gleiche, nämlich A, B, wie
der Eingang des Systems I. Die beiden Eingänge können indes auch getrennt von verschiedenen
Stromquellen gespeist werden.
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Ist die Frequenz der Stromquelle 5 gleich der Resonanzfrequenz der
Schwingkreise i r, 12, so fließt .in der Wicklung 15 der Brücke des Systems II kein
Wechselstrom, wenn die Widerstände 13, 14 in geeigneter Weise gewählt sind. Weicht
-,die Frequenz der Wechselstromquelle 5 von der Resonanzfrequenz der Kreise i r,
12 ab, so entsteht in der Wicklung 15 ein Brückenstrom, dessen Phase von der Richtung
der Frequenzänderung abhängt. Tritt beispielsweise eine Erhöhung der Frequenz ein,
so eilt der in der Wicklung 15 fließende Strom der Netzspannung der Stromquelle
5 in der Phase voraus, bei Frequenzerniednigung bleibt- er in der Phase zurück.
Beim Durchgang durch die.Sollfrequenz hat der Brückenstrom die gleiche Phase wie
die Netzfrequenz, die Intensität des Brückenstromes wächst mit der Abweichung von
:der Sollfrequenz. Intensität und Phase des. Brückenstromes werden mit Hilfe des
Transformators 17 von der Wicklung 15 des Systems II auf die Wicklung 16 ,des- Systems
I übertragen.
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In der Wicklung r6 fließt kein .Strom, wenn in der Wicklung 15 kein
.Strom fließt, d. h. wenn die Netzfrequenz mit der Resonanzfrequenz der Schwingkreise
11, 12 übereinstimmt und,die Nachbildungswiderstände g, 1o geeifgnet gewählt sind.
Der die Eigengleicherregung bewirkende, in die Gleichrichteranordnung 7 fließende
Wechselstrom I -, hat, dann dieselbe Größe wie der die Wechselerregung bewirkende
Arbeitswechselstrom I -Q. Solange in der Wicklung 16 kein Strom fließt, ist demnach
ein ganz bestimmtes Verhältnis von Wechselerregung zu rückkoppelnder Eigengleichenregung
vorhanden.
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Bei Abweichung der Netzfrequenz von der Resonanzfrequenz der Kreise
11, r2 wird über die Wicklung 15 -ein Strom in den als Steuerkreis bezeichneten
Kreis mit der Wicklung 16 induziert. Da dieser Strom zwischenDrossel und Gleichrichteranordnung,
das ist im Punkt C, eingeführt wird, ist der in die Gleichrichteranordnung 7 fließende
Wechselstrom nunmehr um den Strom I - S, der im Steuerkreis fließt, größer als der
die Wechselerregung der Drossel bewirkende Arbeitswechselstrom I -". Dieser vergrößerte
Wechselstrom wird nun über die Gleichnichteranordnung 7 zur Erzeugung einer gegenüber
früher ebenfalls vergrößerten Eigengleidherregung benutzt. Ist der in der Wicklung
16 fließende Strom in Phase mit dem Arbeitswechselstrom, so wird das Verhältnis
von Wechselerregung zu Eigengleicherregung gegenüber früher erniedrigt und damit
.der iinduktive Widerstand der Drosselanordnung herabgesetzt. Bei gegenphasigem
Strom wind in analoger Weise der induktive Widerstand der Drosselanordnung erhöht.
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Die von .der Drosselanordnung aufgenommene bzw. an den Verbraucher
6 abgegebene elektrische Leistung ist somit von Größe und Phase des in .der Wicklung
16 fließenden Wechselstromes und damit auch von Größe und Phase des in der Wicklung
15 fließenden Wechselstromes, der seinerseits eine Funktion der Abweichung der Frequenz
der Wechselstromquelle von der Resonanzfrequenz der Schwingkreise isst, abhängig.
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Legt man die in Fig. 1 gezeigte Anordnung als Ausgleichslast .an einen
Generator, der von einem nicht zu steifen Motor angetrieben wird) und somit in seiner
Drehzahl sehr lastabhängig ist in der Weise, daß bei Drehzahl- bzw. Frequenze.rniedrigung
die von der Anordnung aufgenommene Leistung absinkt bzw. bei Drehzahlerhöhung ansteigt,
so werden Drehzahl- bzw. Frequenzschwankungen, wie sie bei Änderung der Antriebsleistung
oder bei Änderung der am Motor oder Generator liegenden Nutzlast auftreten, ausgeglichen.
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Zur Regelung von Maschinen mit großerLe@istung ist .die reine Lastregelung
zu verlustreich. Man kann jedoch mit einer .der Anordnung der Fig. i entsprechenden
Anordnung die Drehzahl des Antriebsmotors beispielsweise durch Steuerung des Motorfeldes
oder durch Steuerung der Drosselklappen eines Verbrennungsmotors ebenfalls mit günstigem
Wirkungsgrad regeln. Ein Ausführungsbeispiel dieser Art zeigt Fig. 2. Das Drosselspulensystem
ist hier wieder mit I und das System mit vorgegebenem Frequenzgang mit II bezeichnet.
Bei der D.rosselspulenanordnung ist die Verknüpfung des Arbeitswechselfeldes mit
dem rückkoppelnden Eigengleichfeld mit Hilfe der Einweggleichrichter 21, 22, 23,
24 ,durchgeführt, die iin zwei Mittelpu,nktschaltungen mit dem Transformator 25
liegen. Jede Mittelpunktscbaltung entspricht in ihrer Wirkungsweise dem in Big.
i gezeigten Drosselspulensystem I. Die Verbraucher 26, 27 der beiden Mittelpunktschaltungen
sind der Haupterregung 28, 29 des Motors 3o so zugeordnet, daß sie das Erregerfeld
in entgegengesetztem Sinne beeinflussen können.
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Die steuerbaren Drosseln ,sind mit 31, 32, 33, 34 bezeichnet. Sie
bestehen aus den Kernen 35, 36, 37, 38,
auf denen die ,Arbeitswicklungen
39, 40, 0, 42 und die von dem die Drosseln steuernden gleichfrequenten Wechselstrom
durchflossenen Wicklungen 43, 44, 45, 4'6 angeordnet sind. Die Speisung der Anordnung
erfolgt über eine zur Einstellung der Phase vorgesehene. Einrichtung, z. B. eine
Drossel 48, aus dem mit dtem Motor 30 gekuppelten Wechselstromgenerator47 reit Hilfedes
Transformators 2@5. Motor und Generator können dabei auch als Einankerumformerzusammengefaßtsein.
DieHaupternegung des Motors ist im Ausführungsbeispiel ebenfalls dem Generator 47
über eine Gleichr.ichteranordnung 49 entnommen.
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Als System II mit vorgegebenem Frequenzgang ist wieder die gleiche
Brückenschaltung wie in Fig. i verwendet. Es besteht aus den beiden Schwingkreisen
5o, 51, die auf die Sollfrequenz abgestimmt sind, und zwei Widerständen 52, 53.
Die Speisung der Brückenschaltung II erfolgt ebenfalls vom Generator 47, während
der Brückenstrom dem System 1 über die Steuerwicklungen 43, 44, 45, 46 zugeführt
wird.
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Hat der Generator 47 die Sollfrequenz, so ist die Brücke im Gleichgewicht,
und der Wechselstrom in den Steuerwicklungen ist Null. Das Verhältnis von Wechselerregung
zu Eigengleiaherregung im System I ist daher bei beiden Mittelpunktschaltungen das
gleiche, und somit sind auch die Ströme in den Verbraucherwicklungen 26, 27 gleich.
Da die beiden Wicklungen der Erregung des Motors im entgegengesetzten Sinne zugeordnet
sind, wirkt in diesem Falle als Erregerfeld nur das in der Wicklung 28 aufgebaute
Hauptfeld.
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Weicht die Frequenz des Generators beispielsweise .nach oben von der
Sollfrequenz ab, so wird der Widerstand der Resonanzkreise kapazitnv, und der iin
den Steuerwicklungen .infolge der Verstimmung,der Brückenschaltung fließende Wechselstrom
beeinflußt die Drosseln .der beiden Mittelpunktschaltungen in der Weise, daß das
im Kern vorhandene Wechselfeld der einen Mittelpunktschaltu.ng erhöht und dasjenige
der anderen Mittelpunktschaltung erniedrigt wird. Dadurch wird in beiden Miittelpunkt@schaltungen
das Verhältnis zwischen Wechselerregung und Eigengleicherregung in entgegengesetzter
Richtung geändert. Aus demselben Grunde, wie dies bei dem in Fig. i gezeigten Ausführungsbeispiel
dargelegt ist, steigt damit der Strom in .dem Verbraucher der einen M,ittelpunktschaltung
an, während er in dem Verbraucher der anderen Mittelpunktschaltung abnimmt. Die
Verbraucher sind nun der Erregung des Motors so zugeordnet, daß das infolge der
Abweichung der beiden Verbraucherströme sich dem Haupterregerfeld überlagernde Zusatzfeld
den Motor 30 so beeinflußt, daß seine Dehzähl wieder sinkt.
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Erniedrigt sich aus irgendeinem Grunde die Drehzahl ,des Motors und
damit die Frequenz des Generators, so wird der Widerstand der Resonanzkreise induktiv,
und die Drosseln der beiden Mittelpunktschaltungen erhalten über die Steuerwicklungen
ein Wechselfeld, das das Verhältnis 'von Wechselerregung zu Eigengleicherregung
in entgegengesetzter Weise wie in dem vorerwähnten Falle beainflußt. Die Summe der
in den Wicklungen 26 und 27 aufgebauten Zusatzfelder überlagert sich dem Hauptfeld
in der Weise, daß die Drehzahl wieder ansteigt.