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Einrichtung zur Steuerung bzw: zur unmittelbaren Betätigung von zur
Spannungsregelung dienenden Apparaten Die zur Regelung der Spannung dienenden Einrichtungen
(Regeltransformatoren, Induktionsregler, Drosselspulen, Widerstände, elektrische
Ventile usw.) werden, wie biekarnnt, durch eine spannungsempfindliche Vorrichtung,
z. B.. ein Relais, gesteuert bzw. betätigt, welche, falls die Spannung von dem konstant
zu haltenden Wert abweicht, die Regeleinrichtung mittelbar oder unmittelbar in der
Weise umschaltet bzw. verschiebt, daß die gewünschte Sollspannung wieder hergestellt
wird.
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Es sind zahlreiche hierfür geeignete spannungsempfindliche Geräte
(Relais) bekannt, z..B. solche, deren. beweglicher Teil sich unter' der Wirklang
einer von der Spannung linear oder quadratisch abhängigen Kraft und einer Gegenkraft,
z. B. einer Feder, bei der Sollspannung in Ruhe und Gleichgewicht befindet, bei
Änderung der Spannung aber in irgendeiner Richtung verschoben wird, je nachdem die
durch die Steuerspannung in der 'Relaisspule entwickelte Kraft steigt oder fällt.
Die brauchbaren spannungsempfindlichen Vorrichtungen müssen äußerst (z. B. bis o,5
bis z vH) empfindlich sein, und es wurden deshalb Anordnungen angewendet, die die
Empfindlichkeit dadurch steigern, daß sie die Änderung der mit der Spannung sich
verändernden Kraftwirkung vergrüßern. Hierzu wurden aus induktiven Scheinwiderständen
bestehende Stromkreise verwendet, bei denen der Scheinwiderstand der einzelnen Elemente
sich in verschiedenem Maße in Abhängigkeit von der Spannungsschwankung ändert. Eine
solche bereits bekannte Anordnung ist: z. B. die Kombination einer oder mehrerer
Drosselspulen bzw. Transformatoren mit ungesättigtem und gesättigtem Eisenkern,
z. B. ein durch Reihenschaltung entstandener Stromkreis, bei welchem im Falle einer
veränderlichen Spannung die Spannung an der. Klemmen der ungesättigten Drosselspule
sich in erhöhtem Maße ändert, weil sich an den Klemmen der gesättigten Drosselspule
die Spannung infolge der Sättigung kaum ändern kann. Daher kann man die Empfindlichkeit
der Vorrichtung steigern, indem
man sie statt an die Klemmen, an
denen die veränderliche Spannung auftritt, an die Klemmen der ungesättigten Drosselspule,
d. h. an diejenigen Klemmen anschließt, an denen die stärker veränderliche Spannung
auftritt.
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Hierzu ist die Verwendung von Wäderstandsgebilden bekannt, die aus
sich mit der Spannungsänderung nicht gleichmäßig verändernden induktiven Scheinwiderständen
in verschiedenen Schaltungen, z. B. aus verschiedenen Drosselspulen bzw. Transformatoren
mit gesättigtem und ungesättigtem Eisenkern in der Wheatstoneschen Brücken-Schaltung,
in Reihen-, Parallel- oder Gegeneinanderschaltung usw., bestehen.
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Mit Hilfe der erwähnten Anordnungen kann die Empfindlichkeit der Vorrichtungen
im allgemeinen gesteigert werden, jedoch kann mit induktiven Scheinwiderständen
die Empfindlichkeit mir bis zu gewissen Grenzen erhöht werden, weil mit der Änderung
der Spannung eine gegenseitige Änderung der induktiven Scheinwiderstände nur in
der Weise möglich ist, daß der eine derselben konstant oder fast konstant bleibt
und praktisch nur der andere veränderlich ist. Es kann in einfacher Weise eine gegenseitig
entgegengesetzte Wirkung, z. B. die Änderung der Scheinwiderstände in entgegengesietzten
Richtungen (Verminderung des einen und gleichzeitige Vergrößerung des anderen Scheinwiderstandes)
nicht .erreicht werden. Ein anderer schwerer Nachteil der Verwendung von Widerstandsgebilden
mit rein induktiven Blindwiderständen besteht darin, daß zur Sicherung einer entsprechenden
Empfindlichkeit ein großer Leerlaufstrom und somit Drosselspulen bzw. Transformatoren
mit beträchtlichem Wattverbrauch erforderlich sind.
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Es wurde ferner vorgeschlagen, zu Regelungszwecken ein Widerstandsgebilde
zu verwenden, in welchem in den Zweigen einer Wheatstoneschef Brücke Ohmsche und
ungesättigte induktive Widerstände, ferner eine zu einem Kondensator parallel geschaltete
gesättigte Drosselspule angeordnet sind, wobei die letzterwähnte Drosselspule durch
mittels eines Gleichrichters bewirkte Gleichstromvormagnetisierung gesättigt wird.
Hierdurch könnte zwar der obenerwähnte schwerwiegende Nachteil grundsätzlich behoben
und der Eigenverbrauch sowie die Empfindlichkeit anscheinend verbessert werden;
in der Tat wirkt jedoch der in dieser Schaltung unentbehrliche Ohmsche Widerstand
auf den Eigenverbrauch und auf die Empfindlichkeit wieder dermaßen zurück, daß die
Fortschrittlichkeit dieser Anordnung, zumal mit Rücksicht auf den infolge des Gleichrichters
erforderlichen bedeutenden baulichen Mehraufwand, mit Recht bestritten werden kann.
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Die Erfindung, für welche ebenfalls die vorteilhafte Eigenschaft der
Parallelschaltung einer gesättigten Induktivität und einer Kapazität nutzbar gemacht
wird, unterscheidet sich von dem oben behandelten Vorschlag u. a. durch die Erkenntnis,
daß ähnliche umständliche, unwirtschaftliche und nicht genügend empfindliche Schaltanordnungen
gar nicht notwendig sind, sondern es bereits genügt, die reine Parallelschaltung
von Kapa7itäten und gesättigten Induktivitäten unmittelbar auf ein betätigendes
Spulensystem der Regeleinrichtung wirken zu lassen. Weiterhin entfällt bei der erfindungsgemäßen
Einrichtung auch die Gleichstromvormagnetisierung der gesättigten Induktivität,
und der gesättigte Zustand derselben wird einfach durch den sie durchfließenden
Wechselstrom hervorgebracht, da in der nachstehend beschriebenen erfindungsgemäßen
Schaltanordnung etwaige Oberwellen des Summenstromes der Parallelschaltung .auf
die Kurvenform der geeigneten Spannung nicht zurückwirken.
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Regeleinrichtung, bei welcher
der die regelnde Verstellung ausführende bewegliche Teil (Läufer) der spannungsempfindlichen
Vorrichtung unter der Summenwirkung von mindestens zwei von dem zu regelnden Netz
gespeisten Spulensystemen besteht, wobei das eine der Spulensysteme unmittelbar
oder zweckmäßig über einen Blindwiderstand an die Netzspannung angeschlossen ist,
während das andere Spulensystem nebst einem Widerstandsgebilde aus sich bei Spannungsänderungen
in bezug aufeinander ungleichmäßig verändernden Scheinwiderständen im von der Netzspannung
gespeisten Steuerstromkreis der spannungsempfindlichen Vorrichtung liegt. Erfindungsgemäß
besteht das Widerstandsgebilde aus einer Induktivität (Drosselspule oder Transformator)
mit gesättigtem Eisenkern und aus einem zu dieser Induktivität parallel liegenden
Kondensator und ist über das eine Spulensystem derart an die Netzspannung angeschlossen,
daß die Betätigung der spannungsempfindlichen Vorrichtung allein mit Hilfe der den
Spulensystemen vom Wechselstromnetz zugeführten Energie :erfolgt, wobei der den
Kondensator enthaltende Stromzweig außer einem zur Einstellung bzw. Regelung der
Spannungsempfindlichkeit dienenden etwaigen Widerstand keinen nennenswerten Ohmschen
Widerstand besitzt und der Eisenkern der Induktivität allein durch den sie durchfließenden
Wechselstrom gesättigt wird. Hierdurch werden bei kleinerem Leerlaufstrom und geringerem
Wattverbrauch wesentlich empfindlichere Steuerstromkreise und im
Aufbau
einfachere Einrichtungen als die bisherigen erhalten.
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Die Zeichnung veranschaulicht beispielsweise die Schaltung der zur
Erhöhung der Spannungsempfindlichkeit von Regelapparaten dienenden-Scheinwiderstände
in einer mit diesen Scheinwiderständen versehenen vollständigen Regeleinrichtung.
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Gemäß der Abbildung enthält die Regeleinrichtung ,ein vom zu regelnden.
Netz gespeistes Widerstandsgebilde, in welchem ein Kondensator c und eine Drosselspule
s, deren Scheinwiderstände sich im Verhältnis zueinander nicht gleichmäßig ändern,
untereinander zum Teil parallel geschaltet sind. Hierdurch ergibt sich eine Schaltanordnung
mit geringem Verlust und Leerlaufstrom, die mit Rücksicht darauf, daß der Scheinwiderstand
im einen Parallelzweig rein induktiv, im anderen hingegen bei entsprechender Bemessung
(als resultierender Scheinwiderstand) kapazitiv ist und außerdem sich die Scheibenwiderstände
nicht gleichmäßig ändern, einen bei Änderung der Spannung in hohem Maße veränderlichen
Summenstrom aufweist.
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Dieser Teil der Einrichtung kann, von der Darstellung abweichend,
auch so getroffen sein, daß der Kondensator c und die Drosselspule s untereinander
,rein parallel, d. h. so geschaltet sind, daß im einen Parallelzweig nur der Kondensator
und im anderen nur die Drosselspule liegt; die dargestellte Anordnung, in welcher
ein Teil der Drosselspule mit dem Kondensator in Reihe geschaltet ist, besitzt gegenüber
diesem nicht dargestellten Fall den Vorteil, da,ß der Kondensator hierdurch eine
erhöhte Klemmenspannung erhält und demzufolge seine Abmessungen und Kosten sich
vermindern lassen.
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Der Summenstrom dieses Widerstandsgebildes kann beider Sollspannung,
auf die man einzuregeln wünscht, ganz ,gering oder sogar Null sein; schon bei geringen.
Abweichungen der Istspannung von der Sollspannung ändert sich .der Summenstrom,
da die Zweige der Parallelschaltung von sich nicht gleichmäßig ändernden Strömen
durchflossen werden. Die beschriebene Schaltung ist deshalb gegen Spannungsänderungen
sehr empfindlich. Im erwähnten, nicht dargestellten Ausführungsfalle ohne einen
dem Kondensator vorgeschalteten Drosselspulenteil kann z. B. die Drosselspule s
so bemessen sein (gesättigte Drosselspule), daß sich ihr Scheinwiderstand bei erhöhter
Spannung vermindert, -während der Kondensator c, dessen Scheinwiderstandentgegen,gesetztes
Vorzeichen besitzt, einen Scheinwiderstand von nahezu konstantem Wert hat, a der
es können eine Drosselspule mit konstantem Scheinwiderstand und ein Kondensator
mit veränderlichem Scheinwiderstand in Betracht kommen, oder aber es kann auch eine
solche Anordnung verwendet werden, bei der das Widerstandsgebilde aus einem Kondensator
mit steigendem Scheinwiderstand und aus einer Drosselspule besteht, deren Scheinwiderstand
.sich bei Spannungserhöhung vermindert.
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Gemäß der Abbildung ist mit dem aus der Drosselspules und dem Kondensatorc
bestehenden Widerstandsgebilde noch ein weiterer Kondensator ei in Reihe geschaltet,
wodurch die Spannungsempfindlichkeit der Schaltun;- noch mehr erhöht wird. Statt
einer Drosselspule kann selbstverständlich stets auch ein Transformator verwendet
werden.
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In dem Ausführungsbeispiel ist ferner in der Läufer .der spannungsempfindlichen
Vorrichtung, der den Umschalter der Anzapfungen eines Hauptstromregeltransformators
r antreibt, während s1 und s2 die -die Summenwirkung ausübenden zwei Spulensysteme
der Vorrichtung bezeichnen. Von diesen Spulensystemen ist s1 mit dem erfindungsgemäßen
Widerstandsgebilde in Reihe geschaltet.
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Bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen wird die Empfindlichkeit
gegenüber den aus rein induktiven Blindwiderständen bestehenden Steuerstromkreisen
dadurch we-
sentlich erhöht, daß einerseits Scheinwiderstände mit entgegengesetztem
Vorzeichen (Kondensator, Drosselspule) verwendet werden, andererseits der eine derselben
praktisch verlustfrei ist und sein Leerlaufstrom den Leerlaufstrom des Steuerstromkreises
nicht nur nicht erhöht, sondern sogar vermindert. Da der Strom des Kondensators
von jenem der Drosselspule abgezogen wird, ist der Leerlaufstrom der Parallelschaltung
kleiner als der Leerlaufstrom der Drosselspule allein, und in, gewissen Schaltungen
kann -derselbe bei der Sollspannung sogar -auf Null kompensiert werden, während
man bei rein induktiven Steuerstromkreisen mit dem Leerlaufstrom und dem Wattverbrauch
von mindestens zwei Drosselspulen rechnen muß. Daher erhöht sich die Empfiridlichkeit
der erfindungsgemäßen Schaltung noch mehr und wird ein Mehrfaches von derjenigen
der erwähnten Stromkreise sein, wenn man bei den beispielsweise beschriebenen Kondensatordrosselspulenschaltungen
denselben Wattverbrauch und Leerlaufstrom zuläßt wie bei den aus rein induktiven
Blindwiderständen gebildeten Stromkreisen. Da die auftretenden Verluste die Empfindlichkeit
wesentlich herabsetzen., ist der aus Drosselspule und Kondensator bestehende Steuerstromkreis
im Interesse der Erhöhung der Empfindlichkeit mögliehst so zu bemessen, daß in ihm
nur
geringe Energieverluste auftreten, d. h. es soll der Ohmsche
Widerstand der Drosselspule möglichst niedrig gehalten werden, und auch der den
Kondensator enthaltende Stromzweig soll keinen nennenswerten Ohmsch@en Widerstand
besitzen. Höchstens zur absichtlichen Verminderung der Empfindlichkeit bzw. zur
Regelung kann es nveckmäßig sein, in diesem Stromzweig einen geringen, gegebenenfalls
veränderbaren Ohms.chen Widerstand einzuschalten, durch dessen teilweise Ein- und
Ausschaltung die Empfindlichkeit vermindert bzw. erhöht werden kann.
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Die erfindungsgemäße spannungsempfindliche Vorrichtung ist, wie das
beschriebene Ausführungsbeispiel zeigt, ein im wesentlichen gemäß der Schaltung
des Blindleistungsmessers geschaltetes Gerät. Solche Geräte sind in der Hauptsache
dadurch gekennzeichnet, daß sie zwei Spulensysteme besitzen, in deren einem ein
nach Maßgabe der anliegenden Spannung der Größe und Richtung nach veränderlicher
Strom fließt, während in dem anderen Spulensystem, den Bli,ndleistungsmessern ähnlich,
ein Blindstrom hervorgerufen wird. Dieser kann entweder so erzielt werden, daß dieses
zweite Spulensystem s=, zweckmäßig in Reihe mit einem entsprechenden induktiven
oder kapazitiven Blindwiderstand (im dargestellten Ausführungsbeispiel in Reihe
mit dem Kondensator c.) an das zu. regelnde Netz angeschlossen wird oder aber (bei
mehrphasigen Systemen) so, daß dieses zweite Spulensystem unmittelbar von einer
vorhandenen, gegenüber der Spannung am ersten Spulensystem in der Phase beinahe
um 9o° verschobenen Spannung gespeist wird. Die zwei Spulensysteme können sich dabei
relativ zu,°inander in Ruhe befinden, z. B. zwei ruhende Spulensysteme bei einem
spannungsempfindlichen Gerät mit umlaufender Ferrarissch eibe bzw. mit umlaufendem
Ferrariszylinder, zwei feststehende Spulensysteme mit kurzgeschlossnem Motorläufer,
zwei umlaufende Spulensysteme mit einem stehenden Ferrariszylinder usw., oder sie
-können sich, wie z. B. das feststehende und das bewegliche Spulensystem eines Blindleistungsmessers,
gegeneinander auch verschieben. Alle diese spannungsempfindlichen Geräte bleiben
dank ihrer dar Schaltung des Blindleistungsmessers entsprechenden Schaltung bei
der Sollspannung in Ruhe, da bei dieser der Summenstrom des spannungsempfindlichen
Steuerstromkreises keine Blindkomponente hat oder sogar Null ist; bei Abweichung
der Spannung von der Sollspannung erhalten aber der spannungsempfindliche Kreis
und das von dessen Summenstrom gespeiste Spulensystem einen induktiven oder kapazitiven_
Blindstrom, worauf das spannungsempfindliche Gerät entsprechend in Tätigkeit gesetzt
wird. Auf diese Weise wird gleichzeitig auch die Wirkung der im spannungsempfindlichen
Steuerstromkreis auftretenden und gegebenenfalls störenden Oberwellen beseitigt;
es besteht nämlich diesbezüglich keine gegenseitige Wirkung, da der Stromkreis des
zweiten Spulensystems, d. h. des Spulensystems s, gegebenenfalls nur gewöhnliche
Scheinwiderstände enthält, in denen praktisch keine Oberwellen auftreten können.
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Der bewegliche Teil der spannungsempfindlichen Vorrichtung kann entweder
Kontakte von Stufentransformatoren oder stetig arbeitende Spannungsregler, wie z.
B. Induktionsregler, ferner Flüssigkeits«-iderstände, Kohlewiderstände, und zwar
unmittelbar oder gegebenenfalls über Übersetzungen, betätigen. Im dargestellten
Fall z. B. betätigt der Läufer in der spannungsempfindlichen Vorrichtung den Stufenschalter
eines Anzapfspartransformators r, welcher mit seiner Sekundärwicklung im zu regelnden
Netz liegt. Mit Rücksicht darauf, daß bei Verwendung der spannungsempfindlichen
Vorrichtung gemäß der Erfindung bereits eine verhältnismäßig geringe Spannungsänderung'
eine bedeutende Wirkung ausübt, ist die Vorrichtung selbst zur Entfaltung großer
Kraftwirkungen geeignet.
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Da die spannungsempfindlichen Vorrichtungen nicht immer dort, wo die
Spannung konstant zu halten ist, sondern z. B. im Mittelpunkt eines größeren Verbrauchergebietes
aufgestellt werden, ist es oft zweckmäßig, die Spannung an dieser Stelle nicht genau
konstant zu halten, sondern bei erhöhter Belastung zu erhöhen. Hierzu kann es zweckmäßig
sein, die Einrichtung zü kompo,undieren, was in der Weise erreicht werden kann,
daß der spannungsempfindliche Stromkreis vom Belastungsstrom beeinflußt wird, z.
B. so, daß irgendeine verwendete Drosselspule oder irgendein verwendeter Transformator
mit zusätzlichen Windungen versehen wird, die vom Belastungsstrom oder von einem
Teil desselben durchflossen sind. Kompoundierung ist aber auch so möglich, daß die
Wirkung der spannungsempfindlichen Vorrichtung vom Belastungsstrom des zu regelnden
Stromkreises abhängig gemacht wird. Zur Ausführung der Kompoundierung in dieser
letzteren Weise ist in der dargestellten Einrichtung die an sich bekannte Kompoundierungsvorrichtung
h vorgesehen. Diese besteht aus einem vom Belastungsstrom erregten Stromwandler
und aus einem im Sekundärkreis desselben liegenden Ohmschen Widerstand, welcher
mit einem einstellbaren Teil der im Belastungsfalle entstehenden Sekundärspannung
zwischen
das Widerstandsgebilde s, c und das Netz geschaltet ist, so daß, sich eine vom Belastungsstrom
abhängige ZusatApannung zur vom Netzerhaltenen Steuerspannung addiert. Die Kompoundierung
kann vom Belastungsstrom oder nur von der Wirkkomponente bzmY. von der Blindkomponente
desselben abhängen.
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Bei Anwendung des beschriebenen spannungsempfindlichen Steuerstromkreises
kann es vorkommen, daß, falls die Spannung eine gewisse Grenze überschreitet, der
Summenstrom labil wird und sich plötzlich erhöht, bei nachträglicher Verminderung
der Spannung aber nicht auf seinen Anfangswert zurückgeht, sondern auf einem höheren
Wert verbleibt. Der in dieser Weise kippende Strom liefert ein.äußerst empfindliches
Regelmittel, da :er bei einer gewissen Spannung plötzlich ansteigt. Da aber der
Summenstrom in. diesem Falle selbst bei nachträglicher'Verringerung der Spannung
nicht-sinkt, ruß dafür Sorge getragen. werden, daß der Strom des kippenden Stromkreises
zeitweilig, z. B. bei, jeder Umsichaltung der Regeleinrichtung, wenigstens auf kurze
Zeit unterbro,chen wird.