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Selbsttätige Steueranordnung für Kontaktumformer Im Patent
930 401 ist eine selbsttätige Steueranordnung für Kontaktumformer beschrieben,
bei der ein Meß- und Steuergerät ein mit wechselnden Betriebsverhältnissen sich
änderndes zeitliches Wechselspannungsintegral während eines zu überwachenden Zeitabschnittes
jeder Periode mißt und in Abhängigkeit davon die Lage der Schaltzeitpunkte gegenüber
der Phasenlage der Wechselspannung zusätzlich beeinflußt. Damit kann verhindert
werden, daß bei gewissen Änderungen des Betriebszustandes die Unterbrechungsbedingungen
wesentlich schlechter werden, oder daß der Umformer in einen unerwünschten Betriebsbereich
gelangt. Von dem im Hauptpatent angegebenen Ausführungsbeispiel werden Änderungen
des für die Kommutierung maßgebenden Blindwiderstandes, die z. B. bei wahlweiser
Speisung des Umformers aus verschiedenen Netzen oder bei Umschaltung von normalem
Meßbetrieb auf Betrieb mit einer Notstromanlage vorkommen können, nur zum Teil erfaßt,
nämlich insofern damit eine entsprechende Änderung der Kommutierungsspannung verbunden
ist. Die Veränderung der Stromwendegeschwindigkeit infolge der veränderten Größe
der Blindwiderstände im Kommutierungskreis wird dagegen nicht berücksichtigt. Demgegenüber
bietet sich eine Verbesserungsmöglichkeit, wenn in Reihe mit den Unterbrechungsstellen
Schaltdrosseln angeordnet sind, deren beim Nennstromwert hochgesättigte Magnetkerne
durch
ihre Entsättigung in der Nähe des Stromnullwertes eine verlängerte stromschwache
Pause hervorrufen. Die Verbesserung besteht erfindungsgemäß darin, daß die Steueranordnung
an eine Schaltdrosselwicklung angeschlossen ist.. Dies hat zur Folge, däß nicht
das gesamte Integral f u dt der verketteten Spannung u während der Meßzeit
t erfaßt wird, von dem ein Teil während der eigentlichen Kommutierungszeit
für die Stromwendung verbraucht wird, sondern das Integral f uD dt der an der Schaltdrossel
in Erscheinung tretenden und sich mit dem augenblicklichen Magnetisierungszustand
des Schaltdrosselkernes ändernden anteiligen Spannung uD. Befindet sich der Kern
im ungesättigten Gebiet, so liegt praktisch die gesamte verkettete Wechselspannung
an der Schaltdrossel; solange jedoch der Kern gesättigt ist, also während des eigentlichen
Kommutierungsvorganges, liegt praktisch keine Spannung an der Schalt drossel, so
daß der für die Stromwendung aufzubringende und deshalb vom Blindwiderstand des
Kommutierungskreises abhängige Anteil des gesamten Spannungsintegrals auf die Steueranordnung
ohne weiteres keinen Einfluß hat. Auf diese Weise wird erreicht, daß Änderungen
des Blindwiderstandes der Kommutierungskreise von der selbsttätigen Steueranordnung
stets derart berücksichtigt werden, daß sie das richtige Ergebnis des Steuervorganges
nicht verfälschen können.
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Zur Erläuterung der Erfindung sei zunächst der im Hauptpatent erwähnte
Fall betrachtet, daß die Steueranordnung ein jedes Mal während der Überlappungszeit
einander ablösender Phasen gemessenes Spannungsintegral dadurch konstant zu halten
hat, daß sie durch Verstellung der Schaltzeitpunkte die Überlappungszeit ändert.
Liegt das Meß- und Steuergerät an der Schaltdrossel der abzulösenden Phase, so wird
ihm ein Strom zugeführt, der proportional ist dem Spannungsintegral - - -
das im Schaltdrosselkern eine - Induktionsänderung von dem zu Beginn seiner Urnmagnetisierung
vorhandenen Sättigungswert +BS bis zu dem zu Beginn der Kontaktöffnung erreichten
Induktionswert BA hervorruft. Die Steuereinrichtung wird so eingestellt, daß sie
dieses Integral auf einem Wert konstant hält, der um einen den Betriebsverhältnissen
angepaßten Betrag kleiner ist als das zur vollständigen Umsättigung von +BS auf
-BS erforderliche Spannungsintegral. Dadurch werden alle Änderungen sämtlicher für
den Verlauf der Stromwendung und Ummagnetisierung maßgebenden Größen erfaßt; der
Ausschaltzeitpunkt hat dann innerhalb der stromschwachen Pause in jedem Betriebszustand
die gleiche relative Lage. Der Umformer arbeitet also, da betriebsmäßig stets der
gleiche Anteil der stromschwachen Pause hinter dem Ausschaltzeitpunkt zur Berücksichtigung
von Störungen und Unregelmäßigkeiten mechanischer oder elektrischer Natur zur Verfügung
steht, mit konstanter relativer Sicherheit. Voraussetzung für das Gesagte sind gute
magnetische Eigenschaften der Drosselkerne, deren magnetische Kennlinie im ungesättigten
Gebiet möglichst wenig gegen die Flußachse geneigt sein, an den Übergangsstellen
in die gesättigten Gebiete möglichst scharfe Sättigungsknicke aufweisen und in den
gesättigten Gebieten möglichst parallel zur Erregerachse verlaufen soll.
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Weist die Kennlinie der Schaltdrosselkerne in den gesättigten Gebieten
noch eine merkliche Neigung gegenüber der Erregerachse auf, so tritt an die Stelle
des Sättigungsendwertes +BS derjenige Sättigungswert Br, der dem jeweiligen Belastungsstrom
I entspricht und mit diesem veränderlich ist. Durch die Steuereinrichtung
wird dann bei gleicher Arbeitsweise das Spannungsintegral
erfaßt und konstant gehalten. Demzufolge ändert sich BA mit wechselnder Belastung
gleichsinnig mit Bi. Bei geringerer Belastung erfolgt die Ausschaltung näher
dem Ende der stromschwachen Pause als bei höherer Belastung. Dies kann durch eine
zusätzliche Beeinflussung des Steuer- und Meßgerätes mit Hilfe des Belastungsstromes
I ganz oder teilweise ausgeglichen werden. Diese zusätzliche Beeinflussung braucht
aber nicht, wie bei dem erwähnten Ausführungsbeispiel des Hauptpatentes, auf das
für die Stromwendung aufzubringende Spannungsintegral Rücksicht zu nehmen, sondern
sie hat lediglich die Bedeutung einer verhältnismäßig geringfügigen Korrektur; der
Belastungsstrom I braucht hier der vom Spannungsintegral herrührenden Steuerkraft
nur in solchem Maße entgegenzuwirken, daß der konstant zu haltende Wert des Spannungsintegrals
bei höherer Belastung mindestens um einen Teil des dem Unterschied der Induktion
bei verschieden hohen Belastungsströmen entsprechenden Betrages größer ist als bei
geringerer Belastung. - .
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. Für die Steuereinrichtung können die gleichen Regel- und Hilfsgeräte
in der gleichen Schaltung wie im Hauptpatent beschrieben und dargestellt verwendet
werden,- mit Ausnahme der Anschlüsse, die nicht an zwei wechselstromseitige Zuführungsleitungen,
sondern statt dessen an die Hauptwicklung oder an eine Hilfswicklung der zugehörigen
Schaltdrossel der abzulösenden Phase zu legen sind. Der Anschluß an eine Hilfswicklung
bietet den Vorteil einer Potentialtrennung, während es bei Anschluß an die Hauptwicklung
unter Umständen erforderlich ist, die Leitungen der Steueranordnung über einen Isoliertransformator
zu führen.
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Im Hauptpatent ist als weiteres Ausführungs= beispiel eine Steueranordnung
beschrieben, mit der bei Drehstromumformern mit einer einzigen Schaltdrossel für
zwei im Gegentakt arbeitende Unterbrechungseinrichtungen einer Phase zwecks Einhaltung
der sogenannten 6o°-Bedingung ein Begrenzungsanschlag verstellt werden kann, durch
den bei willkürlich herbeigeführter oder unwillkürlich eintretender Senkung der
Wechselspannung der höchstzulässige
Aussteuerungsgrad des Umformers
bzw. die Verstellung der Einschaltzeitpunkte in Richtung des Schnittpunktes der
Spannungskurven der einander ablösenden Phasen derart begrenzt wird, daß außer der
Stromwendung auch die rechtzeitige Umsättigung der Schaltdrossel innerhalb der Zeitspanne
von 6o° e1. sichergestellt wird, die für eine Phase des Wechselstromsystems von
Beginn eines Kommutierungsvorganges bis zur nächstfolgenden Einschaltung mit entgegengesetzter
Stromrichtung zur Verfügung steht. Auch diese Anordnung kann zwecks Berücksichtigung
von Änderungen des Blindwiderstandes der Kommutierungskreise unter Verwendung der
gleichen Regel-und Hilfsgeräte statt an zwei wechselstromseitige Zuführungsleitungen
auch an eine Schaltdrossel angeschlossen werden, z. B. in der Weise, daß das Meß-und
Steuergerät jedesmal während der Überlappungszeit einander ablösender Phasen an
der Schaltdrossel der stromübernehmenden Phase liegt. Dadurch wird ein Spannungsintegral
erfaßt, das zwischen dem Einschaltzeitpunkt, in dem die Schaltdrossel der stromübernehmenden
Phase die Induktion B, hat, und dem Ausschaltzeitpunkt, in dem die Sättigung dieser
Drossel bis zur Induktion BS bzw. BI fortgeschritten ist, auftritt. Die Differenz
BS-Bj kann auch hier durch eine zusätzliche belastungsabhängige Beeinflussung des
Reglers kompensiert werden. Die Steueranordnung muß so wirken, daß, wenn das gemessene
Integral einen durch die 6o°-Bedingung gegebenen Höchstwert überschreitet, der Begrenzungsanschlag
im Sinne einer Herabsetzung des Aussteuerungsgrades verstellt wird. Bei diesem Ausführungsbeispiel
liefert das erfaßte Spannungsintegral einen verhältnismäßig geringen zeitlichen
Mittelwert der Steuerspannung, so daß zur Aufbringung der erforderlichen Steuerenergie
ein verhältnismäßig hoher Steuerstrom erforderlich ist, dessen Verlauf noch dazu
gegenüber dem Mittelwert stark überhöhte Spitzenwerte aufweist, die unter Umständen
von den zur Steuerung benutzten Unterbrechungskontakten nicht mehr ohne schädliches
Schaltfeuer ertragen werden. Dem kann jedoch in gewissen Fällen durch eine zusätzliche
Verstärkungseinrichtung abgeholfen werden.
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Man erhält von vornherein einen größeren Mittelwert der Steuerspannung
für den gleichen Zweck durch Erfassung des Integrals
"Hierzu ist die Steueranordnung so anzuschließen, daß das Meß- und Steuergerät jedesmal
in der 60° el. entsprechenden Zeitspanne zwischen den Einschaltpunkten zweier sich
unmittelbar nacheinander schließenden und zu verschiedenen Gleichstrompolen gehörenden
Unterbrechungsstellen an der Schaltdrossel der sich später schließenden Unterbrechungsstelle
liegt, d. h. also bis auf die Anschlüsse in der gleichen Schaltung, wie sie das
entsprechende Ausführungsbeispiel gemäß Fig. ¢ des Hauptpatentes zeigt. In diesem
Falle muß die Steueranordnung so wirken, daß sie den Anschlag im Sinne einer Herabsetzung
des Aussteuerungsgrades verschiebt, wenn das gemessene zeitliche Spannungsintegral
einen durch die 6o°-Bedingung gegebenen Mindestwert unterschreitet.