DE972173C - Einrichtung zur selbsttaetigen Regelung von Spannungen oder Stroemen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur selbsttätigen Regelung von Spannungen oder Strömen in Abhängigkeit von der Differenz zwischen der Regelgröße und einer vorzugsweise konstanten Vergleichsgröße, bei der die Regelgröße die Vormagnetisierung einer oder mehrerer Drosseln beeinflußt. Erfindungsgemäß dient als Vergleichsgröße die magnetische Spannung eines Magneten, vorzugsweise eines Dauermagneten, in der Weise, daß die durch die Regelgröße und die Vergleichsgröße erzeugten Magnetfelder in einer Reihenschaltung auf die Drossel einwirken, vorzugsweise derart, daß sich die Magnetfelder beim Sollwert der Vergleichsgröße aufheben.

Zwei Ausführungsbeispiele der Einrichtung der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt.

In Fig. ι ist die Drossel zweischenklig ausgeführt und mit ι bezeichnet. Ihre beiden Schenkel 2 und 3 tragen je zur Hälfte die Wicklung 4, in der der zu regelnde Wechselstrom fließt. An den Jochen der Drossel ist der Vormagnetisierungskreis angeschlossen, der die in Reihe geschalteten Vormagnetisierungswicklungen 5 und 6 und einen Dauermagneten 7 aufweist. An Stelle des Dauermagneten 7 kann auch ein Elektromagnet als Vergleichsgröße vorgesehen sein. Dieser benötigt jedoch eine gleichbleibende Spannungsquelle und hedeutet so einen beständigen Verlust und einen erhöhten Aufwand.

Es erscheint bei Verwendung eines Dauermagneten vorteilhaft, diesem einen besonderen magnetischen Nebenschluß mit einem Luftspalt

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zuzuordnen und so auszubilden, daß der Fluß des Dauermagneten ein Mehrfaches des Flusses beträgt, der beim Vorliegen einer Differenzfeldstärke größtenfalls entstehen kann. Im Ausführungsbeispiel wird der Nebenschluß durch zwei polschuhartige Winkelstücke 8 und g gebildet. Der mehrfach größere Fluß durch den Nebenschluß dient dazu, die Rückwirkung von Fluß änderungen auf den Dauermagneten zu vermeiden und eine ίο entmagnetisierende Einwirkung des durch den Wechselstrom in der Drosselwirkung 4 erzeugten Wechselflusses zu verhindern. Es ist jedoch auch möglich, dies durch besondere Anordnung der AVicklung4 auf den Drosselschenkeln 2 und 3 zu verhindern. Die Wicklung 4 wird hierzu so geschaltet, daß der magnetische Wechselfluß der beiden Drosselschenkel entgegengesetzt fließt, so daß der Wechselfluß über die Joche der Drossel einen geschlossenen magnetischen Kreis bildet. An den Anschlußstellen der Drossel an den Vormagnetisierungskreis kann dann praktisch kein magnetischer Wechselfluß austreten, da die magnetische Wechselspannung dort in jedem Augenblick annähernd gleich Null ist.

In Fig. 2 ist eine Doppelanordnung der Einrichtung nach der Erfindung dargestellt in einem Anwendungsbeispiel zur Spannungsregelung eines Generators, von dem jedoch nur die Erregerwicklung 10 gezeichnet ist. Diese ist über eine Verstärkereinrichtung 11, die beispielsweise als Magnetverstärkereinrichtung mit der Vormagnetisierungswicklung 13 ausgeführt ist, an die Ausgangsklemmen 14 und 15 der Regeleinrichtung angeschlossen. Der speisende Wechselstrom liegt an den Klemmen 16 und 17, während die Klemmen 18 und 18' die Istwert-Eingangsklemmen darstellen. Die Ventilanordnung 29 in Grätzschaltung richtet die steuernde Istspannung gleich und speist die in Reihe geschalteten Wicklungen 19 bis 22, deren Felder das magnetische Gegenfeld zu den Dauermagneten 23 und 24 bilden. Heben sich die magnetischen Feldstärken gegenseitig auf, so wird keine Vormagnetisierung der Drosselkerne 25 bis 28 bewirkt, und der Widerstand ihrer Spulen ist groß. Heben sich dagegen die Feldstärken nicht auf, so werden die Drosselkerne vormagnetisiert, und zwar betrags- und richtungsabhängig je nach Überwiegen oder Unterschreiten der Feldstärke der Dauermagneten in bezug auf die Magnetfelder der Wicklungen 19 bis 22. Die Wicklungen der Drosselkerne 25 bis 28 sind sämtlich parallel geschaltet und speisen über Ventile 30 bis 33 die Vormagnetisierungswicklung 13 des Magnetverstärkers 11. Der steuernde Wechselstrom wird in seinen Halbwellen getrennt beeinflußt: die eine Halbwelle über die Wicklungen der äußeren Drosselkerne 25 und 28, die andere Halbwelle über Wicklungen der beiden inneren Drosselkerne und 27. Die getrennte Beeinflussung wird durch entsprechende Schaltung der Ventile 30 bis 33 und der Wicklungen auf den Drosselkernen 25 bis 28 bewirkt. Die eingezeichneten Pfeile geben die Stromrichtung der Wechselstromhalbwellen und die Richtung der durch sie erzeugten Magnetfelder an. Durch die Schaltung ist eine entmagnetisierende Wirkung des Drosselwechselstromes auf die Dauermagneten 23 und 24 vermieden.

Zur Erläuterung der Regelwirkung der Einrichtung nach Fig. 2 sei zunächst angenommen, daß die an den Klemmen 18 und 18' zugeführte Ist-Spannung unter dem Sollwert liege. Dann überwiegt die Feldstärke der Dauermagneten 23 und 24 über die der Wicklungen 19 bis 22, und es ergibt sich ein entsprechender Vormagnetisierungsfluß in den Drosselkernen 25 bis 28. Dadurch verändert sich der Widerstand ihrer Drosselspulen, und in der Vormagnetisierungswicklung der Magnetverstärkeranordnung 11 tritt eine so gerichtete Gleichstromkomponente auf, daß diese eine Verstärkung bewirkt. Die Erregung durch die Erregerwicklung 10 des nicht mit dargestellten Generators erhöht sich, und als Folge ergibt sich schließlich eine Spannungsregelung des Generators, bis die durch die Feldstärke der Dauermagneten 23 und 24 bestimmte Sollspannung wieder erreicht wird. Im umgekehrten Falle, wenn die Generatorspannung zu hoch ist, ist die Feldstärke des Dauermagneten geringer, und es findet eine Vormagnetisierung entgegengesetzter Richtung statt. Infolge der durch die Halbwellen des Drosselwechselstromes hervorgerufenen Selbstmagnetisierung kehrt sich die Gleichstromkomponente in der Wicklung 13 um, und die Erregerwicklung 10 des Generators wird geringer erregt.

Durch Veränderung des Luftspaltes im Nebenschluß des die Sollgröße darstellenden Dauermagneten kann die Feldstärke und damit der Sollwert bei der Regeleinrichtung nach der Erfindung in einfacher Weise geändert werden. Es kann vorteilhaft sein, die Kerne der Drosselspulen aus Werkstoff mit annähernd rechteckiger magnetischer Kennlinie herzustellen, damit von bestimmten Punkten des Regelbereiches ab eine besonders große und wirksame Regelwirkung erzielt oder der Einfluß von Schwankungen der speisenden Wechselspannung vermindert wird.

Einer weiteren vorteilhaften Einrichtung nach der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, die die Vormagnetisierung der Drossel bewirkende Differenzfeldstärke sowohl durch Parallelschaltung der Magnetfelder von Regel- und Vergleichsgröße wie auch durch Hintereinanderschaltung dieser beiden Größen zu erzeugen, also zugleich bei einem Flußvergleich auch einen Vergleich magnetischer Spannungen durchzuführen.

In Fig. 3 ist hierfür ein Beispiel dargestellt. Der Dauermagnet 34 erzeugt die Vergleichsgröße. Seinem Fluß ist der Fluß des Elektromagneten 35 mit der Wicklung 36 parallel geschaltet, und außerdem wirkt der Dauermagnet 34 der magnetischen Spannung der durch die Wicklungen 37 und 38 erzeugten magnetischen Spannung entgegen. Die Richtungen der einzelnen magnetischen Spannungen sind durch Pfeile gekennzeichnet. An den Klemmen 39 und 40 wird der Istwert der Regelung zugeführt. Die beeinflußte Drossel ist mit 41 bezeich-

net, ein Widerstand mit 42. Es kann vorteilhaft sein, im Gegensatz zum Ausführungsbeispiel nach Fig. 3, die Wicklungen 36, 37 und 38 in ihrem Zusammenwirken so anzuordnen, daß z. B. durch die Wicklung 36 eine Rückführungswirkung bei der Regelung erzielt wird.

Gegenüber einem bloßen Feldvergleich ergeben sich durch die Einrichtung nach der Erfindung Bemessungsvorteile, insbesondere kann die den Istwert erzeugende Magnetwicklung mit geringem Wattverbrauch und kleiner Zeitkonstante ausgeführt werden. Der besondere Vorteil der Einrichtung nach Fig. 3 ist außerdem darin zu sehen, daß ein besonderer mittels Hilfspolschuhen angebrachter magnetischer Nebenschluß entbehrt werden kann, da die durch Änderungen der Regelgröße bedingten störenden und entmagnetisierenden Einflüsse sich praktisch nicht auf den Vergleichsdauermagneten auswirken können, sondern von dem Kern des Magneten 36 abgefangen werden. Es ist zur Kleinhaltung der Zeitkonstante der Einrichtung vorteilhaft, die Induktivität der die vergleichende magnetische Spannung erzeugenden Wicklungen klein zu halten und mit vergrößertem ohmschem Widerstand auszuführen bzw. besondere Widerstände vorzusehen. Ein solcher Widerstand ist z. B. der Widerstand 42 in Fig. 3.

Claims (9)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Einrichtung zur selbsttätigen Regelung von Spannungen oder Strömen in Abhängigkeit von der Differenz zwischen der Regelgröße und einer vorzugsweise konstanten Vergleichsgröße, bei der die Regelgröße die Vormagnetisierung einer oder mehrerer Drosseln beeinflußt, dadurch gekennzeichnet, daß als Vergleichsgröße die magnetische Spannung eines Magneten, vorzugsweise eines Dauermagneten, dient in der Weise, daß die durch die Regelgröße und durch die Vergleichsgröße erzeugten Magnetfelder in einer Reihenschaltung auf die Drossel einwirken, vorzugsweise derart, daß sich die Magnetfelder beim Sollwert der Vergleichsgröße aufheben.

2. Einrichtung nach Anspruch 1 mit einem Dauermagneten zur Feldvergleichung, dadurch gekennzeichnet, daß dem Dauermagneten ein besonderer magnetischer Nebenschluß mit Luftspalt zugeordnet ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine derartige Ausbildung des Luftspaltes, daß der Fluß des Dauermagneten über den Luftspalt ein Mehrfaches des Flusses beträgt, der beim Vorliegen einer Differenzfeldstärke größtenfalls entstehen kann.

4. Einrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern der Drossel aus Werkstoff mit annähernd rechteckiger magnetischer Kennlinie besteht.

5. Einrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Drossel mit mehreren parallelen Schenkeln und darauf verteilten Wicklungsteilen ausgeführt ist, vorzugsweise derart, daß durch die Magnetisierung der steuernden Differenzfeldstärke eine gleichmäßige Beeinflussung des speisenden Wechselstromes in beiden Halbwellen erfolgt.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine derartige Anordnung der Drosselwicklungsteile, daß die durch den Drosselwechselstrom erzeugte magnetische Wechselspannung an den Einmündungsstellen in den Vormagnetisierungskreis in jedem Augenblick annähernd gleich Null ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie als symmetrische Doppelanordnung ausgeführt ist mit der Drossel als Mittelteil, beiderseits angeordneten vormagnetisierenden Feldwicklungen für die Regelgröße und diesen zugeordneten Vergleichssollwerterzeugern, vorzugsweise Dauermagneten mit besonderen Luft-Spaltnebenschlüssen.

8. Einrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vormagnetisierungsbeeinflussung der Drossel außer eines Vergleichs der magnetischen Spannung der Regelgröße mit der der Vergleichsgröße zusätzlich ein magnetischer Flußvergleich mittels eines zu der Vergleichsgröße parallel geschalteten Magnetfeldes vorgesehen ist.

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine der von der Regelgröße beeinflußten Wicklungen (z. B. Wicklung 36, Fig. 3) im Sinne einer Rückführungswirkung auf die Regelung geschaltet ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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