DE913672C - Einrichtung zur selbsttaetigen Spannungsregelung in Wechselstromkreisen - Google Patents

Einrichtung zur selbsttaetigen Spannungsregelung in Wechselstromkreisen

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DE913672C
DE913672C DES5635D DES0005635D DE913672C DE 913672 C DE913672 C DE 913672C DE S5635 D DES5635 D DE S5635D DE S0005635 D DES0005635 D DE S0005635D DE 913672 C DE913672 C DE 913672C
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DE
Germany
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direct current
voltage
rectifier arrangement
auxiliary rectifier
current
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Application number
DES5635D
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English (en)
Inventor
Otto Werner
Rudolf Zabel
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05FSYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F1/00Automatic systems in which deviations of an electric quantity from one or more predetermined values are detected at the output of the system and fed back to a device within the system to restore the detected quantity to its predetermined value or values, i.e. retroactive systems
    • G05F1/10Regulating voltage or current
    • G05F1/12Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is ac
    • G05F1/32Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is ac using magnetic devices having a controllable degree of saturation as final control devices

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Electromagnetism (AREA)
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  • Automation & Control Theory (AREA)
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Description

  • Einrichtung zur selbsttätigen Spannungsregelung in Wechselstromkreisen Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine empfindliche Spannungsregeleinrichtung für Wechselstromkreise zu schaffen, welche ohne mechanische Kontakte arbeitet und geeignet ist als Spannungsgleichhalter, insbesondere auch in mehrphasigen Stromkreisen, zu arbeiten. Die Erfindung setzt die Verwendung eines Regelorgans voraus, in dessen Eingangsstromkreis ein Steuergleichstrom fließt, der von der geregelten Spannung abhängig ist. Um Schwankungen der geregelten Spannung in verstärkte Schwankungen des Steuergleichstromes umzusetzen, wird in an sich bekannter Weise ein Indikatorglied benutzt. Dieses Indikatorglied muß eine Kennlinie besitzen, nach welcher jedem Wert der geregelten Wechselspannung ein ganz bestimmter Wert des Steuergleichstromes entspricht. Dabei soll zwecks Erzielung einer hohen Regelgenauigkeit einer geringen Änderung der geregelten Spannung eine starke Änderung des Steuerstromes entsprechen. Die Kennlinie des Indikatorgliedes muß außerdem weitgehend frequenzunabhängig sein und soll in dem benutzten Bereich einen möglichst geradlinigen Verlauf zeigen.
  • Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß als Steuergleichstrom der durch eine Hilfsgleichrichteranordnung gleichgerichtete Strom einer als Indikator wirkenden, in Reihe mit der Hilfsgleichrichteranordnung an der geregelten Spannung liegenden und von dem Steuergleichstrom oder einem Teil davon vormagnetisierten Drosselspule dient. Eine solche durch ihren eigenen gleichgerichteten Strom vormagnetisierte Drosselspule zeigt eine Spannungsstromkennlinie, die über einen verhältnismäßig großen Strombereich nur einen ganz geringen, praktisch linearen Anstieg der Spannung zeigt. Da in Reihe mit der Arbeitswicklung der als Indikator dienenden Drosselspule über die Hilfsgleichrichteranordnung der gesamte Steuerstromkreis einschließlich der Vormagnetisierungswicklungen der Drosselspule liegt, würde durch den Spannungsabfall an den letztgenannten Teilen die Kennlinie wesentlich steiler werden. In dem gleichen Sinne wirkt der unvermeidbare ohmsche Spannungsabfall in den Wechselstromwicklungen der Drosselspule selbst. Um die gewünschte flache Spannungsstromkennlinie für die Abhängigkeit der geregelten Ausgangsspannung von dem Steuergleichstrom zu erhalten, ist es deshalb zweckmäßig, die einzelnen Teile so zu bemessen, daß die Gesamtheit der erwähnten ohmschen Spannungsabfälle bei einem mittleren Steuergleichstrom kleiner ist als 2o °(o des induktiven Spannungsabfalles an der Indikatordrosselspule. Damit der Einfluß des Spannungsabfalles in dem Steuerstromkreis auf die Kennlinie der Indikatordrosselspule klein bleibt, ist es außerdem erforderlich, daß dieser Spannungsabfall auf der Wechselstromseite der mit der Wechselstromwicklung der Indikatordrosselspule in Reihe geschalteten Hilfsgleichrichteranordnung tatsächlich mit dem Strom in Phase ist, also einen rein ohmschen Spannungsabfall darstellt. In diesem Fall addiert sich nämlich der Spannungsabfall an den Wechselstromklemmen der Hilfsgleichrichteranordnung senkrecht zu dem induktiven Spannungsabfall an der Drosselspule, während anderenfalls in ihm eine Komponente enthalten ist, die sich zu dem induktiven Spannungsabfall an der Drosselspule algebraisch addiert. Nun enthält der Steuerstromkreis ja die unvermeidbaren Induktivitäten, welche durch die Eingangswicklung des Regelorgans und die Vormagnetisierungswicklung der Indikatordrosselspule gebildet werden. Das wirkt sich auf der Wechselstromseite der Hilfsgleichrichteranordnung in einer Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung aus. Man kann diesen Einfluß der im Steuerstromkreis liegenden Induktivitäten dadurch beseitigen, daß man parallel zu den Gleichstromklemmen der Hilfsgleichrichteranordnung einen entsprechend bemessenen Kondensator schaltet.
  • In Fig. i der Zeichnung ist als Ausführungsbeispiel der Erfindung die Schaltung eines dreiphasigen Spannungsgleichhalters dargestellt. Dabei dienen als Regelorgane in den Phasenleitungen ebenfalls gleichstromvormagnetisierte Drosselspulen; deren Vormagnetisierungswicklungen von dem Steuer= Bleichstrom durchflossen werden. Zur Erhöhung der Empfindlichkeit erhalten die als Regelorgan wirkenden vormagnetisierten Drosselspulen eine zusätzliche, dem Strom in ihren Arbeitswicklungen proportionale Gleichstromvormagnetisierung, die dadurch zustande kommt, daß über jede Wechselstromwicklung dieser Drosselspulen jeweils nur eine Halbwelle des Wechselstromes der betreffenden Phase fließt.
  • Das speisende Drehstromnetz sei an die Punkte R, S und T und der Verbraucher an die Klemmen U, V und W angeschlossen. Als Regelorgan liegt in jeder Phase eine gleichstromvormagnetisierte Drosselspule i, welche aus zwei Teildrosselspulen besteht. Die Wechselstromwicklungen 2 und 2' der beiden Teildrosselspulen jeder Phase sind unter Zwischenschaltung von Ventilen 5 und 5' zueinander parallel geschaltet. Die Durchlaßrichtung der Ventile 5 und 5' ist so gewählt, daß über die eine Teildrosselspule jeweils nur die positiven, über die andere nur die negativen Halbwellen des Wechselstromes der betreffenden Phase fließen können. Die beiden Teildrosselspulen sind mit gegensinnig in Reihe geschalteten Vormagnetisierungswicklungen 3 und 3' ausgerüstet, welche von dem Steuergleichstrom Ist durchflossen werden. Ein die Ventile 5 und 5' überbrückender Kondensator 6 setzt die Spannungsbeanspruchung dieser Ventile herab. Zwischen die gleichstromvormagnetisierten Drosselspulen i und die Verbraucheranschlüsse ist noch ein nicht näher bezeichneter Spartransformator mit den Wicklungen ,7 geschaltet, der die Aufgabe hat, bei Nennspannung auf der Verbraucherseite den Spannungsabfall in den gleichstromvormagnetisierten Drosselspulen x auszugleichen. Außerdem kann der Spartransformator als induktive Vorbelastung für die gleichstromvormagnetisierten Drosselspulen dienen. Er wird deshalb zweckmäßig mit einem Luftspalt ausgerüstet.
  • An dem Spartransformator wird nun ein Teilbetrag der geregelten Ausgangsspannung abgegriffen und den in Reihe geschalteten Wechselstromteilwicklungen g und g' der Indikatordrosselspule 8 zugeführt. In Reihe mit diesen Wechselstromteilwicklungen g und g' der Indikatordrosselspule 8 liegt außerdem die Wechselstromseite einer Hilfsgleichrichteranordnung i i, an deren Gleichstromklemmen der Steuerstromkreis angeschlossen ist. Der über die Wechselstromteilwicklungen g und g' fließende Wechselstrom durchfließt also in Form des Steuerstromes Ist nach erfolgter Gleichrichtung durch die Hilfsgleichrichteranordnung 1i die Vormagnetisierungswicklungen 3 und 3'. Ein Teil des Steuerstromes Ist durchfließt außerdem die Vormagnetisierungswicklungen io und io' der Indikatordrosselspule 8, welche miteinander in Reihe geschaltet sind und einen solchen Wicklungssinn besitzen, daß sie die beiden Kerne der Indikatordrosselspule 8 in bezug auf deren Wechselstromerregung in entgegengesetztem Sinne erregen. Parallel zu den miteinander in Reihe geschalteten Vormagnetisierungswicklungen io und io' liegt ein Widerstand 13.
  • An die Gleichstromklemmen der Hilfsgleichrichteranordnung ii ist ein Kondensator 12 angeschlossen, welcher, wie bereits oben erwähnt, dazu dient, die Induktivitäten des Steuerstromkreises zukompensieren, so daß an den Gleichstromklemmen der Hilfsgleichrichteranordnung ii wenigstens für die Grundwelle Strom und Spannung miteinander in Phase sind.
  • Um den Regelbereich der gleichstromvormagnetisierten Drosselspulen i zu erweitern und ihre Kennlinie an die Kennlinie des Indikatorgliedes anzupassen, erhalten die Drosselspulen i noch eine zusätzliche konstante Vormagnetisierung. Hierzu dienen die Wicklungen 4 und 4', die in Reihe miteinander über eine Hilfsgleichrichteranordnung 14 an einen Teilbetrag der als praktisch konstant zu betrachtenden geregelten Ausgangsspannung angeschlossen sind.
  • Bei der dargestellten dreiphasigen Anordnung ist für jede Phase eine besondere Indikatordrosselspule vorgesehen, so daß alle drei Phasen unabhängig voneinander geregelt werden. Auf diese Weise gelingt es, auch den Einfluß unsymmetrischer Belastungen auf die Spannungen auszugleichen.
  • Aus den Fig.2 und 3 geht das Verhalten des Indikatorgliedes näher hervor. Über dem Steuerstrom Jst ist zunächst die Spannung U, an den Wechselstromteilwicklungen 9 und 9' der Indikatordrosselspule 8 aufgetragen. Diese Spannung enthält, wie in dem Vektordiagramm der Fig. 3 dargestellt, eine induktive Komponente Ui und eine wesentlich kleinere ohmsche Komponente U9u,. U11 ist die Spannung an den Wechselstromklemmen der Hilfsgleichrichteranordnung ii. Wenn der Kondensator 12 (Fig. i) richtig bemessen ist, dann ist die Spannung U11 eine rein ohmsche Spannung, d. h. ihr Vektor steht, wie in Fig. 3 dargestellt, auf dem Vektor U9i der induktiven Drosselspulenspannung senkrecht. Die Resultierende aus den Spannungen U, und U11 ist die Spannung U7, welche der geregelten Spannung proportional ist. Man erkennt aus den Fig. 2 und 3, daß, wenn U11 eine rein ohmsche Spannung darstellt, die Kennlinie U7 nur umwesentlich steiler verläuft als die Kennlinie U9. Die Abhängigkeit der Spannung U7 von dem Steuerstrom Ist ist aber in einem verhältnismäßig weiten Bereich so gering, daß eine geringe Änderung der Ausgangsspannung bereits eine starke und eindeutige Änderung des Steuerstromes Ist zur Folge hat.
  • Die Vorstromkennlinie der Hilfsgleichrichteranordnung ii hat auf die Kennlinie des Indikatorgliedes nur einen geringen Einfluß. Wird, was ja wohl stets der Fall sein wird, als Hilfsgleichrichteranordnung ii eine Trockengleichrichteranordnungverwendet, so macht sich eine Alterung der Trockengleichrichter dadurch bemerkbar, daß die Kennlinie des Indikatorgliedes durch das Anwachsen des ohmschen Spannungsvektors steiler und damit die Regelgenauigkeit geringer wird. Rückstromänderungen der Hilfsgleichrichteranordnung ii bedingen dagegen eine starke Verschiebung der Reglerkennlinie, da durch den Rückstrom der Gleichstrommittelwert des Vormagnetisierungsstromes geändert wird. Es empfiehlt sich deshalb, für die Hilfsgleichrichteranordnung ii eine Selengleichrichteranordnung zu verwenden, da diese den kleineren Rückstrom hat. Eine Alterung in Form einer Widerstandszunahme in Vorwärtsrichtung läßt sich durch geringe Strombelastung weitgehend vermeiden.
  • Anstatt die Wechselstromteilwicklungen 9 und 9' der Indikatordrosselspule 8 miteinander in Reihe zu schalten, kann man sie auch in an sich bekannter Weise zueinander parallel schalten. Bei einer solchen Schaltung wird jedoch die Indikatorkennlinie infolge des Oberwellengehaltes leicht unstetig.

Claims (7)

  1. PATENTANSPRÖCHE: i. Einrichtung zur selbsttätigen Spannungsregelung in Wechselstromkreisen, bei welcher im Eingangsstromkreis des Regelorgans ein von der geregelten Spannung abhängiger Steuergleichstrom fließt, dadurch gekennzeichnet, daß als Steuergleichstrom der durch eine Hilfsgleichrichteranordnung gleichgerichtete Strom einer als Indikator wirkenden, in Reihe mit der Hüfsgleichrichteranordnung an der geregelten Spannung liegenden und von dem Steuergleichstrom oder einem Teil davon vormagnetisierten Drosselspule dient.
  2. 2. Einrichtung nach Anspruch i, gekennzeichnet durch eine solche Bemessung der als Indikator wirkenden Drosselspule, der Hilfsgleichrichteranordnung und des an diese angeschlossenen Gleichstromkreises, daß der ohmsche Spannungsabfall in der Arbeitswicklung der Drosselspule und an den Wechselstromklemmen der Hilfsgleichrichteranordnung höchstens 2o % des induktiven Spannungsabfalles in der Drosselspule beträgt.
  3. 3. Einrichtung nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu den Gleichstromklemmen der Hilfsgleichrichteranordnung ein Kondensator liegt, der so bemessen ist, daß die Spannung an den Wechselstromklemmen der Hilfsgleichrichteranordnung mit dem zugehörigen Wechselstrom nahezu in Phase ist. q..
  4. Einrichtung nach Anspruch i oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die als Indikator dienende Drosselspule aus zwei Teildrosselspulen besteht, deren Wechselstrom- und Gleichstromwicklungen je für sich derart miteinander in Reihe geschaltet sind, daß in beiden Teildrosselspulen der Wicklungssinn der Gleichstromwicklungen in bezug auf die Wechselstromwicklungen verschieden ist.
  5. 5. Einrichtung nach Anspruch i oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von vormagnetisierten Drosselspulen als Regelorgane diese je aus zwei zueinander parallel geschalteten Teildrosselspulen bestehen, deren Arbeitswicklungen je mit einem Ventil solcher Durchlaßrichtung in Reihe geschaltet sind, daß die positive Halbwelle des Wechselstromes über die eine, die negative über die andere Teildrosselspule fließt.
  6. 6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Teildrosselspulen zusätzlich durch einen praktisch konstanten Gleichstrom vormagnetisiert werden.
  7. 7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der praktisch konstante Gleichstrom von der geregelten Wechselspannung über eine Hilfsgleichrichteranordnung erzeugt wird. B. Einrichtung nach Anspruch i oder einem der folgenden zur Regelung eines Mehrphasenstromkreises, dadurch gekennzeichnet, daß für jede Phase eine besondere Indikatordrosselspule vorgesehen ist.
DES5635D 1943-12-17 1943-12-17 Einrichtung zur selbsttaetigen Spannungsregelung in Wechselstromkreisen Expired DE913672C (de)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1151055B (de) * 1955-03-30 1963-07-04 Wagner Electric Corp Selbsttaetiger Spannungsregler mit einem ueber eine Brueckenschaltung an eine Wechselspannungsquelle angeschlossenen Transformator
DE1156160B (de) * 1958-04-28 1963-10-24 Sorensen Ard A G Verfahren zur Regelung von verketteten Dreiphasenspannungen unter Verwendung von drei sterngeschalteten Einphasenspannungsreglern und nach dem Verfahren arbeitender Dreiphasenspannungsregler

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE1151055B (de) * 1955-03-30 1963-07-04 Wagner Electric Corp Selbsttaetiger Spannungsregler mit einem ueber eine Brueckenschaltung an eine Wechselspannungsquelle angeschlossenen Transformator
DE1156160B (de) * 1958-04-28 1963-10-24 Sorensen Ard A G Verfahren zur Regelung von verketteten Dreiphasenspannungen unter Verwendung von drei sterngeschalteten Einphasenspannungsreglern und nach dem Verfahren arbeitender Dreiphasenspannungsregler

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