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Magnetischer Regler Die Erfindung betrifft einen aus gleichstromvormagnetisierten
Drosselspulen aufgebauten magnetischen Regler, der sich neben der erreichbaren hohen
Empfindlichkeit vor allem durch eine sehr einfache Bauweise und einen geringen Aufwand
auszeichnet. Die Anwendungsmöglichkeiten des neuen Reglers sind sehr vielfältig.
Es können hiermit insbesondere Gleichrichter und andere Wechselstromverbraucher,
Stromtore oder Maschinen mit Gleichstromerregung geregelt werden. Bei Regeleinrichtungen
mit Stufenschaltern oder Drehtransformatoren kann der neue Regler zur Steuerung
des Verstellrnotors dienen. Die Ausgangsleistung des Reglers kann gegebenenfalls
durch nachgeschaltete magnetische Verstärker noch erhöht werden. Der magnetische
Regler nach der Erfindung besteht im wesentlichen darin, daß in einem Wechselstromkreis
in Reihe mit einer vorzugsweise durch eine Luftspaltdrosselspule gebildeten Impedanz
die zueinander parallel geschalteten Arbeitswicklungen zweier Drosselspulen liegen,
von denen jede durch eine durch Gleichrichtung ihres Arbeitsstromes oder eines Teiles
davon gewonnene Gleichstromkomponente erregt wird, und auf deren eine außerdem eine
als Steuergröße dienende, von der Regelgröße abgeleitete Gleichstromerregung und
gegensinnig dazu als Vergleichsgröße eine der Arbeitsspannung an der anderen Drosselspule
im wesentlichen proportionale Gleichstromerregung einwirken.
Die
Erfindung möge an Hand zweier in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele
näher erläutert werden. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. i sind die beiden
Drosselspulen mit i und 5 bezeichnet. Jede dieser beiden Drosselspulen besteht in
an sich bekannter Weise aus zwei mit getrennten Kernen ausgerüsteten Teildrosselspulen,
deren Arbeitswicklungen 2 und 2' bzw. 6 und 6' zueinander parallel geschaltet sind,
während die zugehörigen Gleichstromvormagnetisierungswicklungen miteinander in Reihe
liegen. Die Arbeitswicklungen 2 und 2' bzw. 6 und 6' liegen in Parallelschaltung
zueinander in einem an das Wechselstrom-Hilfsnetz 12-i2' angeschlossenen Wechselstromkreis.
In Reihe mit der Parallelschaltung liegt eine Luftspaltdrosselspule 13, die also
somit von dem Gesamtstrom der Arbeitswicklungen beider Drosselspulen i und 5 durchflossen
wird. Jede der beiden Drosselspulen wird durch ihren eigenen Arbeitsstrom vormagnetisiert,
wozu dieser Arbeitsstrom vorher durch eine Hilfsgleichrichteranordnung gleichgerichtet
wird. Diese Hilfsgleichrichteranordnungen sind mit 14 und 15 bezeichnet. Der in
der Hilfsgleichrichteranordnung 14 gleichgerichtete Arbeitsstrom der Drosselspule
i durchfließt die Gleichstromvormagnetisierungswickl@un@gen 3 und 3'. Genauso durchfließt
der in der Hilfsgleichrichteranordnung 15 gleichgerichtete Arbeitsstrom der Drosselspule
5 deren Gleichstromvormagnetisierungswicklungen 7 und 7'. Solche selbstvormagnetisierten
Drosselspulen verhalten sich so, daß in einem großen Bereich die Spannung an ihrer
Arbeitswicklung mit wachsendem Arbeitsstrom nur sehr wenig ansteigt. Diese Tatsache
wird dazu ausgenutzt, um an der Drosselspule i eine Spannung zu gewinnen, die als
Vergleichsgröße für den Regelvorgang benutzt wird. Hierzu ist die Drosselspule i
mit Sekundärwicklungen 4 und 4' ausgerüstet. Die an diesen Sekundärwicklungen auftretende
Spannung wird in einer Hilfsgleichrichteranordnung 16 gleichgerichtet und den Gleichstromvormagnetisierungswicklungen
B und 8' der Drosselspule 5 zugeführt. Auf diese Drosselspule 5 wirkt außerdem die
Regelgröße vormagnetisierend ein. Bei io möge eine die Regelspannung liefernde,
nicht näher dargestellte Gleichspannungsquelle angeschlossen sein. Der von dieser
Spannungsquelle gelieferte Strom wird über einen zur Sollwerteinstellung dienenden
Widerstand i i den Gleichstromvormagnetisierungswicklungen g und g der Drosselspule
5 zugeführt, welche eine Erregung bewirken, die der als Vergleichsgröße dienenden,
von den Gleichstromvormagnetisierungswicklungen 8 und 8' herrührenden Erregung entgegenwirkt.
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Wenn sich: die an die Gleichstromvormagnetisierungswicklungen 9 und
g' angeschlossene Gleichspannung ändert, so ändern sich die Ströme in den Arbeitswicklungen
der Drosselspulen i und 5 gegensinnig. Man kann deshalb eine besonders empfindliche
Regelung dadurch erzielen, daß man die Differenz zwischen den Arbeitsströmen der
Drosselspulen i und 5 gegensinnig .auf die zu regelnde Größe einwirken läßt. Im
vorliegenden Ausführungsbeispiel ist angenommen, daß es sich um die Regelung der
Gleichstromerregung einer elektrischen Maschine handele. Es sind hier zwei Erregerwicklungen
17 und 18 vorgesehen, die je von dem gleichgerichteten Arbeitsstrom einer der beiden
Drosselspulen i bzw. 5 durchflossen werden und die einander entgegenwirken.
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Das Ausführungsbeispiel nach Fig.2 unterscheidet sich von dem nach
Fig. i im wesentlichen dadurch, daß die Hilfsgleichrichteranordnungen 14 und 15,
die zur Gleichrichtung des Arbeitsstromes der Drosselspulen dienen, durch Ventile
ig und ig' bzw.2o und 2o' ersetzt sind. Diese Ventile sind den Arbeitswicklungen
2 und 2' bzw. 6 und 6' der Drosselspulen i und 5 so vorgeschaltet, daß in jeder
Drosselspule-durch die eine Arbeitswicklung nur die positiven und durch die andere
nur die negativen Halbwellen des Arbeitsstromes fließen. Auf diese Weise wird eine
Selbstvormagnetisierung erreicht; ohne daß hierzu besondere Gleichstromvormagnetisierungswicklungen
erforderlich wären. Man spart dadurch erheblich an Wickelraum und an aktivem Material
für die Drosselspulen. Die Steuerspannung wird an einem Widerstand 21 abgegriffen,
dessen Mittelpunkt mit der einen Wechselstromzuleitung 12' verbunden ist, und dessen
Außenklemmen über die entsprechenden Ventile an je eine Arbeitswicklung jeder Drosselspule
so angeschlossen sind, daß in jeder Widerstandshälfte die Differenz der gleichgerichteten
Arbeitsströme zweier zu verschiedenen Drosselspulen gehöriger Arbeitswicklungen
fließt. So fließt beispielsweise in der rechten Hälfte die Differenz zwischen dem
über die Arbeitswicklung 2 und dem über die Arbeitswicklung 6 fließenden Halbwellenstrom.
In vielen Fällen, z. B. dann, wenn es sich um die Regelung der Gleichstromerregung
einer elektrischen Maschine handelt, wird man den Widerstand 21 und. die in ihm
auftretenden Verluste sparen und ihn unmittelbar durch die Wicklungshälften der
Erregerwicklung der Maschine ersetzen können.
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In den Wechselstromkreis, der an die Hilfsgleichrichteranordnung 16
angeschlossen ist, ist bei diesem Ausführungsbeispiel noch eine Sekundärwicklung
22 der Luftspaltdrosselspule 13 eingeschaltet, und zwar so, daß an den Eingangsklemmen
der Gleichrichteranordnung 16 die Differenz zwischen der Wechselspannung an der
Drosselspule i und derjenigen an der Sekundärwicklung 22 der Luftspaltdrosselspule
13 auftritt. In der Sekundärwicklung 22 wird nur ein Teilbetrag der an der Primärwicklung
der Luftspaltdrosselspule 13 auftretenden Spannung induziert. Dadurch wird erreicht,
daß bei Spannungsschwankungen in dem Wechselstrom-Hilfsnetz 12-12' die als Vergleichsgröße
dienende Erregung der Gleichstromvormagnetisierungswicklungen 8 und 8' .fast genau
konstant bleibt.
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Dies sei an Hand der Fig. 3 näher erläutert. In dieser stellt U2 die
Spannungs-Strom-Charakteristik der Arbeitswicklungen der Drosselspule i
dar.
U13 ist die Spannung an der Primärwicklung der Luftspaltdrosselspule 13 bei veränderlichem
Strom. Die Summe aus diesen beiden Spannungen ist gleich -der Netzspannung
UN. Subtrahiert man nun einen Teilbetrag U22 der Spannung U13 an der Luftspaltdrosselspule
13 von der Spannung U2 an der Drosselspule i, so ergibt sich eine Spannung U., die
in dem angedeuteten Schwankungsbereich der Netzspannung UN von ± io °/o praktisch
konstant bleibt.
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Bei dem Regler nach der Erfindung tritt eine gewisse Rückkopplungswirkung
auf,. welche die Empfindlichkeit wesentlich erhöht und folgendermaßen zustande kommt:
Wirkt die Vergleichserregung der Selbstvormagnetisierung der Drosselspulen entgegen,
so erhöht sich bei zu hoher Regelspannung, also bei zu hohem Steuerstrom, die Stromaufnahme
der Arbeitswicklungen der Drosselspule, weil die Kennlinie sich nach unten verschiebt.
Die Gesamtstromaufnahme beider Drosselspulen zusammen richtet sich nach einer mittleren
Kennlinie. Sie wird in diesem Fall also ebenfalls größer. Hierdurch entsteht an
der den beiden Drosselspulen vorgeschalteten Luftspaltdrosselspule 13 ein
größerer Spannungabfall, und -die Spannung an den beiden Drosselspulen i und 5 muß
deshalb etwas abnehmen. Etwa in demselben Maße vermindert sich dann aber auch die
Vergleichserregung, und diese Verminderung der Vergleichserregung wirkt in dem gleichen
Sinn wie eine Vergrößerung des Steuerstromes. Der vorhandene Regelimpuls wird also
verstärkt. Der verstärkte Impuls erzeugt über eine weitere Stromerhöhung eine abermalige
Impulsverstärkung usf. Wie bei anderen Rückkopplungsvorgängen hängt es nur von der
Bemessung ab, welche Verstärkungsgrade erreicht werden. Der theoretisch noch brauchbare
Grenzfall wäre der einer astatischen Regelung. In diesem Fall löst die geringste
Abweichung der Regelgröße vom Sollwert bei genügend langer Einwirkung bereits den
Grenzwert der Ausgangsleistung aus. Eine noch stärkere Rückkopplung hätte eine Art
Kippvorgang zur Folge, da dann eine negative Abweichung der Regelgröße für die Zurückstellung
erforderlich wird.