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Anordnung einer Drosselspule in einem Wechselstromkreis Es ist bekannt,
zur Koiistanthaltung der Spannung in Reihe mit dem Verbraucher eine Drosselspule
zu schalten, deren Vorinagnetisierung so geändert wird, daß die Spannung am Verbraucher
konstant gehalten wird. Derartige Drosselspulen sind aber beispielsweise nicht zur
Konstanthaltung der Spannung einer Fernleitung durch Änderung des der Fernleitung
entnommenen Blindstromes geeignet. Es ist auch bekannt, eine Drosselspule als Anlaßwiderstand
zu benutzen, indem man die Wechselstromwicklung der Drosselspule in Reihe mit dem
Motor schaltet und die Gleichstromwicklung der Drosselspule mit dem gleichgerichteten
Strom der Drosselspule speist.
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Gemäß der Erfindung kann man eine solche Drosselspule, deren Vormagnetisierung
in Abhängigkeit vom Strom der Drosselspule geändert wird, noch für andere Zwecke
verwenden, und zwar zur Konstanthaltung der Spannung dadurch, daß man die Drosselspule
parallel zum Netz legt und den Strom der Drosselspule oder einen Teil desselben
nach Gleichrichtung der Gleichstromwicklung der Drosselspule zuführt. Statt einer
Drosselspule kann auch ein Transformator verwendet «-erden. Die gleichstromvormagnetisierte
Drosselspule, deren Vormagnetisierung vom Wechselstrom der Drosselspule abhängig
ist, kann man auch erfindungsgemäß zur Erhöhung der Empfindlichkeit von Regelrelais
verwenden, indem man eine solche Drosselspule in Reihe mit dein Relais schaltet
und den Relaisstrom oder einen proportionalen Teil desselben nach Gleichrichtung
der Gleichstromwicklung der Drosselspule zuführt. Die Anordnung nach der Erfindung
bietet den Vorteil, daß die Empfindlichkeit von Regelvorgängen erhöht wird, da bei
parallel zum Netz liegender Drosselspule schon bei einer geringen Änderung der Spannung
eine große Blindstromänderung auftritt und somit die Spannung sehr genau konstant
gehalten wird, während, wenn die Drosselspule in Reihe mit einem Relais liegt, schon
bei geringen Änderungen der zu überwachenden Größe bereits große Änderungen des
Stromes im Relais erzielt werden. Schaltet man z. B. ein Relais mit einer derartigen
Drosselspule an eine veränderliche Spannung, die durch das Relais geregelt werden
soll, so wird bereits bei einer geringen Änderung der Spannung das Relais mit Sicherheit
ansprechen. Verwendet man außer dieser Gleichstromwicklung, die von einem Strom
gespeist wird, der durch Gleichrichtung des Wechselstromes der Drosselspule gewonnen
wird,
noch eine zweite Gleichstromwicklung - auf der Drosselspule,
so kann man bei geeigneter Bemessung erreichen; daß bei kleinen Änderungen der Spannung
sich der Strom sPrunghaft ändert. Zweckmäßig verwendet man statt einer Drosselspule
zwei Drosselspulen' oder eine dreischenklige Drosselspüle, weil man dann die Anordnung
so treffen kann, daß der Fluß der Grundwelle im Gleichstromkreis keine EMK induziert;
durch welche ein Wechselstrom der Grundwelle im Gleichstromkreis hervorgerufen wird.
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In der Zeichnung sind verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung
dargestellt. Fig. i zeigt die Schaltung für ein Spannungsrelais. Da:s Relais i wird
über einen Spannungswandler 2 von der Spannung eines Generators 13 erregt,
die konstant gehalten werden soll. In Reihe mit dem Relais liegen die Drosselspulen
3 und q., und zwar sind im Ausführungsbeispiel ihre Wechselstromwick-Lungen 5 und
6 parallel geschaltet. Jede Drosselspule besitzt außerdem noch je eine Gleichstromwicklung
7 bzw. 8, die erfindungsgemäß von einem Strom erregt werden, der proportional dem
Wechselstrom der Drosselspulen ist. Zu diesem- Zweck ist eine Gleichrichteranordnung
i i vorgesehen, die aus vier Gleichrichtern, beispielsweise Trockengleichrichtern,
wie Kupfer-Kupferoxyd-Gleichrichtern, in Graetzscher Schaltung besteht. Statt unmittelbar
den Wechselstrom gleichzurichten, könnte man auch beispielsweise einen Widerstand
im Stromkreis der Drosselspulen vorsehen und die Spannung an diesem Widerstand gleichrichten
und den Wicklungen 7 und 8 zuführen. Die Spannung könnte auch an dem Relais selbst
abgenommen werden, da die Spannung am Relais proportional dein Wechselstrom der
Drosselspulen ist. Außer diesen Wicklungen besitzt jede Drosselspule noch je eine
besondere Wicklung 9 bäw. io, die von einer Gleichstromquelle 12 konstanter Spannung
erregt werden. Die Gleichstromwicklungen 7 und 8 bzw. 9 und io sind so geschaltet,
daß die Summe der in dem Gleichstromkreis induzierten EMKK der Grundwelle gleich
Null ist. Statt die Wechselstromwicklungen der beiden Drosselspulen parallel zu
schalten, könnte man sie auch in Reihe legen und die Drosselspuleneisenkerne in
entsprechender Weise so vormagnetisieren, daß sie vom Gleichstromfeld im entgegengesetzten
Sinne durchsetzt werden. Statt zweier Drosselspulen kann man auch eine dreischenklige
Drosselspule verwenden; die beispielsweise in an sich bekannter Weise auf den Außenschenkeln
die unterteilte Wechselstromwicklung und auf dem Mittelschenkel die Gleichstromwicklungen
trägt. In Fig. 2 ist der Zusammenhang zwischen dem Wechselstrom J1, der durch das
Relais i ,fließt, und der Gleichstromvormagnetisierung 1, -1- J3 für verschiedene
konstante Spannungen (U1, U2, U3) des Spännungs-«-andlers 2 aufgetragen, wobei die
Gleichströme 1., und J3 auf die gleiche Windungszahl bezogen sind. Der gleichgerichtete
Strom 12 ist proportional dem Wechselstrom h, so daß die durch den Nullpunkt gezogene
Gerade G den Zusammenhang zwischen J1 und J2 für J3 = o ergibt. Diese Gerade schneidet
die Kurven konstanter Spannung Ui, U2 bzw. Us in den Punkten ä, b
bzw. c.
Die den Punkten a, b bzw. c entsprechenden Werte des Wechselstromes J1 sind in Fig.
3 über U eingetragen, wodurch man den Wechselstrom J1 als Funktion der Spannung
U bei J, = o erhält. Wie Fig. 3 zeigt, ändert sich der Wechselstrom J1 sehr stark
in Abhängigkeit von der Spannung U, da die in Fig.2 durch den Nullpunkt gehende
Gerade G die Spannungskurven Ui, U2 und U3 sehr flach schneidet. Durch Änderung
von J3 läßt sich die Gerade G in Fig. 2 parallel zu sieh selbst verschieben. Dadurch
wird bei einem Strom J3, der in demselben Sinne wie J@ vormagnetisiert, die linke,
in Fig. 3 gezeichnete Kurve J3= -1- Konstanz erhalten, während bei einem Strom Jg,
der im entgegengesetzten Sinne wie J2 vormagnetisiert, die rechte in Fig. 3 gezeichnete
Kurve 1s - -Konstanz erhalten wird. Den Neigungswinkel der Geraden G in Fig. 2 kann
man beispielsweise durch Änderung der vorn Strom J2 durchflossenen Windungszahl
einstellen. Dadurch, daß sich, wie Fig. 3 zeigt, bei geringer Änderung der Spannung
U des Spannungswandlers 2 eine sehr starke Änderung des Wechselstromes
11 ergibt, wird das Relais i außerordentlich empfindlich, so daß es schon
bei geringen Änderungen .der Spannung anspricht. Das Relais i kann beispielsweise
ein Differentialrelais sein, dessen eine Spule vom Wechselstrom J1 und dessen andere
von einem konstanten Strom derart erregt wird, daß es bei der Sollspannung in der
Mittellage steht. Ändert sich die Spannung, so schlägt das Relais nach der einen
oder anderen Seite aus und bringt dadurch einen in Fig. i nicht dargestellten Motor
zum Rechts- oder Linkslauf, durch welchen die Erregung des Generators
13 so geändert wird, daß die Sollspannung wiederhergestellt wird. Statt eines
Differentialrelais kann auch ein Relais verwendet werden, dessen Anker durch eine
gespannte Feder bei dein Sollwert der Spannung in der Mittellage gehalten wird.
Man kann auch zwei Relais verwenden, die beim Sollwert beispielsweise ihre Kontakte
geöffnet haben, und von denen das
eine bei Überschreitung, das andere
bei Unterschreitung des Sollwertes der Spannung seinen Kontakt schließt.
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Die Steilheit von J1 in Abhängigkeit von der Spannung U kann bis zum
Kippen gesteigert werden. Dies geschieht dann, wenn der V ormagnetisierungsgleichstrom
J3 dem Gleichstrom J2 entgegenwirkt und die Neigung der Geraden G in Fig. 2 so gewählt
wird, daß die Kurve konstanter Spannung in einem Punkte berührt wird. In Fig. 4
ist die Abhängigkeit des Wechselstromes J1 von der Vormagnetisierung bei zwei Spannungen
U1 und U.., angegeben. Die Gerade G ist um den Betrag J3 nach links verschoben.
Befindet man sich beispielsweise bei der Spannung U2, so ist der Punkt d stabil,
wie sich auf folgendem ergibt: Denkt man sich den Wechselstrom J1 gröl')er, als
dem Punkt d entspricht, so ergibt die Kurve U. einen bestimmten Wert des
Gleichstromes A -i- J3. Die Gerade r aber, welche den Zusammenhang zwischen dem
Wechselstrom J1 der Drosselspule und dem Gleichstrom J2 angibt, zeigt, daß der Gleichstrom
J2 + J3 nicht so groß werden kann, wie es durch die Kurve U2 gefordert würde. Die
Gleichstromvormagnetisierüng ist daher zu klein, d. h. der Wechselstrom J, wird
wieder kleiner und kehrt auf den Wert zurück, der durch den Punkt d gegeben ist.
Der Punkt g auf der Kurve U2 ist dagegen nicht stabil. Denkt man sich nämlich, daß
der Wechselstrom J1 kleiner wird, als dem Wert g entspricht, so sieht man, daß der
durch die Gerade G gegebene Gleichstrom stets kleiner bleibt als derjenige Gleichstrom,
der durch die Kurve U2 gefordert wird. Der Strom J1 wird daher immer kleiner, bis
man wieder auf den Punkt d kommt.
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In ähnlicher Weise ergibt sich, daß der Punkt f auf der Kurve
Ui stabil, der Punkt e
dagegen nicht stabil ist.
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Befindet man sich nun beim Punkt d und steigt die Spannung von U2
auf den Wert Ui, so steigt der Wechselstrom J1 auf den dem Punkt e entsprechenden
Wert und kippt von dort sofort .auf dein dem Punkt f entsprechenden Wert. Bei Verringerung
der Spannung dagegen auf den Wert U2 findet ein Zurückkippen vom Punkt g nach dem
Punkt d statt. Entweder schließt also das vom Wechselstrom J1 gespeiste Relais i
in diesem Falle seinen Kontakt mit sehr großem Drehmoment oder es öffnet ihn vollständig,
so daß immer eine einwandfreie Kontaktgabe erzielt wird.
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Das Relais i kann auch beispielsweise zur Einregelung einer konstanten
Spannung mit Hilfe von Stufentransformatoren verwendet werden, wobei je nach dem
Ausschlage das Relais ein Motor zum Rechts- oder Linkslauf veranlaßt wird, der die
Anzapfungen des Transformators so weit verstellt, bis wieder die konstant zu haltende
Spannung erreicht ist. Der Spannungswandler 2 wird dann ebenso wie in Fig.i von
dieser konstant zu haltenden Spannung erregt.
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Der Gleichstrom J3 kann auch über Gleichrichter von der Spannung des
Spannungswandlers 2 selbst erzeugt werden, wodurch sich allerdings der Gleichstrom
J3 porportional mit der Spannung ändert. An Stelle der Kurven J1 = f (U)
für J3 = konst. in Fig. 3 werden jetzt Kurven J, = f (U) für J =
3
konst. erhalten, die aber in dem Anwendungsgebiet denselben grundsätzlichen
Verlauf besitzen.
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Durch Regelung des konstanten Gleichstromes oder des von der Netzspannung
hervorgerufenen Gleichflusses kann man die Stromstärke des Wechselstromes J1 einstellen.
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Man kann die Anordnung auch beispielsweise verwenden für Relais, welche
eine andere Betriebsgröße als die Spannung etwa die Frequenz, konstant halten sollen,,
Zu diesein Zweck wird die Anordnung nach Fig. i an eine im wesentlichen konstante
Wechselspannung angeschlossen. Statt der Gleichstromquelle 12 konstanter Spannung
tritt dann eine Gleichspannung, die von der Größe der Netzfrequenz abhängig ist.
Zu diesem Zweck kann man beispielsweise die Spannungen an der Drosselspule eines
Spannungsresonanzkreises gleichrichten, der von der Netzspannung erregt wird, und
den Wicklungen 9 und io zuführen. Die von der Drosselspulenspannung des Resonanzkreises
erregten Wicklungen 9 und io wirken den Wicklungen 7 und 8 entgegen. Die Bemessung
wird so getroffen, daß bei der normalen Frequenz die Gerade G die Kurve J1
= f
(J2 -E- J3) am oberen Knie schneidet. Man würde also im Diagramm nach
Fig.4 den Strom J3 etwas kleiner und die Steilheit der Geraden G so wählen; daß
die Kurve U1 in einem Punkt geschnitten wird, der tiefer liegt als der Punkt f.
Wird nun die Frequenz größer, so wird auch die Spannung an der Drosselspule des
Resonanzkreises größer. Dadurch wird die Gerade G nach links verschoben und der
Wechselstrom im Relais kleiner, so daß das Relais abfällt und beispielsweise einen
Kontakt schließt, durch welchen der Drehzahlverstellmotor der Kraftmaschine derart
angetrieben wird, daß die Netzfrequenz wieder auf ihren Sollwert zurückgeführt wird.
Zweckmäßig wählt man dabei die Neigung der Geraden G so, daß schon bei geringen
Änderungen der Frequenz eiee sprunghafte Verkleinerung des Wechselstromes im Relais
erfolgt. Um auch Frequenzänderungen
auszugleichen, wenn die Frequenz
unter den Sollwert sinkt, wird ein zweites Relais vorgesehen, bei dem an Stelle
der Gleichstromquelle 12 konstanter Spannung eine Gleichspannung dient, die beispielsweise
der Spannung am Kondensator des Spannungsresonanzkreises proportional ist. Auch
bei diesem Relais wird die Anordnung zweckmäßig so getroffen, daß, sobald die Frequenz
unter einen bestimmten Wert sinkt, der Relaisstrom sprunghaft kleiner wird, wodurch
das Relais abfällt und den Drehzahlv erstellmotor der Kraftmaschine so beeinflußt,
daß die Netzfrequenz wieder auf ihren Sollwert zurückgeführt wird. Man kann die
Anordnung auch so treffen, daß bei der Sollfrequenz der Strom im Relais klein ist,
bei Änderung der Frequenz dagegen ansteigt.
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Zweckmäßig verwendet man außer der von der Netzfrequenz abhängigen
Vormagnetisierung noch eine konstante Vormagnetisierung. Die von der Netzfrequenz
abhängige Vormagnetisierung wird dann so gewählt, daß sie bei der Sollfrequenz gleich
Null ist, bei der Änderung der Sollfrequenz nach der einen oder anderen Richtung
positiv oder negativ wird. Zu diesem Zweck kann man beispielsweise eine Spannung
von der zu überwachenden Frequenz auf die Reihenschaltung einer Drosselspule und
eines Kondensators zur Einwirkung bringen, die so abgestimmt ist, daß man bei der
normalen Frequenz ungefähr in der Mitte des aufsteigenden Astes der Resonanzkurve
arbeitet. Die Spannung an der Drosselspule des Resonanzkreises wird gleichgerichtet
und mit einer konstanten Gleichspanliung verglichen. Die Differenz aus diesen beiden
Spannungen gibt die von der Netzfrequenz abhängige Vormagnetisierung. Die konstante
Vormagnetisierung wird so eingestellt, daß im Normalbetrieb nur ein geringer Wechselstrom
durch das Relais fließt. Die Anordnung wird so getroffen, daß die Gerade G (Fig.
q.) bei steigender Netzfrequenz nach rechts verschoben wird, zweckmäßig derart,
daß sich der Strom sprunghaft vergrößert, so daß das Relais angezogen wird. In entsprechender
Weise wird für das Relais, welches bei sinkender Frequenz ansprechen soll, die Anordnung
so getroffen, daß, sobald die Frequenz von ihrem Sollwert nach unten abweicht, die
Vormagnetisierung so geändert wird, daß sich der Strom sprunghaft vergrößert, wodurch
das Relais angezogen wird.
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In Fig. 5 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung für die Spannungsregelung
von Wechselstiomfernleitungen dargestellt. An die Wechselstromfernleitung 2o ist
die Drosselspule 21 angeschlossen, die einen dreischenkeligen Kern besitzt. Die
äußeren Schenkel tragen die Wechselstromwicklung. Auf den Mittelschenkel sind zwei
Gleichstromwicklungen 22 und 23 aufgebracht, von denen die Wicklung 23 über die
Gleichrichteranordnung 26 und den Stromwandler -27 in Abhängigkeit vom Wechselstrom
der Drosselspule 21 erregt wird, während die andere Wicklung 22 über einen Gleichrichter
-25 und einen Spannungswandler 24. in Abhängigkeit von der Netzwechselspannung erregt
wird. Der Gleichrichter 25 kann ein Einweggleichrichter sein, da der Spannungswandler
2.. den Leerlaufzustand verträgt, «nährend die Gleichrichteranordnung 26 beim Stromwandler
27 so gewählt werden muß, daß dieser sekundär nicht unterbrochen wird. Da sich der
Blindstrom, wie aus Fig.3 ersichtlich, schon bei sehr geringen Änderungen der Netzspannung
außerordentlich stark ändert, wird die Spannungsstabilität der Leitung stark vergrößert.
In Fig. 5 ist nur eine einzige Drosselspule dargestellt. Bei langen Übertragungsleitungen
werden mehrere Drosselspulen an einzelne Punkte der Leitung verteilt. Die Wicklung
22 wird zweckmäßig der Wicklung 23 entgegengeschaltet derart, daß ein möglichst
steiler Anstieg des Wechselstromes bei Änderung der Leitungsspannung erfolgt.
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Durch Regelung des von der Netzspannung erzeugten Gleichstromes kann
man die Stärke des Wechselstromes ändern.
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Um annähernd genau konstante Spannung zu erhalten, kann man auch die
Amperewindungen der Wicklung 22 bei steigender Spannung verringern und bei sinkender
Spannung vergrößern, wenn die Wicklungen einander entgegenwirken. Dies kann z. B.
durch ein Spannungsrelais erreicht werden, das durch einen Verstellmotor einen Widerstand
in dem Vormagnetisierungskreis ändert. Man kann auch die Wicklung 22 beispielsweise
von der Differenz zweier- Spannungen speisen, die in verschiedener Weise von der
Netzspannung abhängig sind derart, daß bei steigender Netzspannung die Erregung
der Wicklung 22 verringert, bei sinkender Netzspannung dagegen vergrößert wird.
Zweckmäßigerweise wird die Anordnung so bemessen, daß sich die Differenzspannung
stärker als linear mit der Netzspannung ändert. Wirken die beiden Wicklungen 23
und 22 in demselben Sinne, so müssen bei steigender Spannung die Amperewindungen
der Wicklung 22 vergrößert, bei sinkender Spannung dagegen verringert werden.
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Die Erfindung kann auch bei Anordnungen zur Konstanthaltung von Spannungen
benutzt werden, bei denen ein Verbraucher von einem Transformator gespeist wird.
Dieser wird primärseitig über einen Widerstand an
die Netzspannung
angeschlossen. Die Sekundärseite speist den Verbraucher. Der Wechselstrom des Transformators
wird gleichgerichtet und der GleichstromvormagnetisierungswicklungdesTransformators
zugeführt. Bei steigender Spannung wird der dein Transformatorprimär- oder -sekundärstrom
entsprechende Vormagnetisierungsstrom erhöht und damit die Induktivität des Transformators
verringert, so daß die Spannung am Transformator wegen des Vorschaltwiderstandes
sinkt.
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Sinkt die Spannung, so wird die dem Primär- oder Sekundärstrom entsprechende
Vormagnetisierung kleiner und damit die Induktivität des Transformators größer,
so daß ein kleinerer Teil der Spannung auf den vor dem Transformator liegenden Widerstand
entfällt.
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Außer der Ausnutzung der Verstärkerwirkung der in Reilie mit dem Relais
liegenden Drosselspule kann man auch noch die infolge der magnetischen Trägheit
auftretencle Verzögerung ausnutzen, da es manchmal erwünscht ist, daß bei nur kurzzeitiger
Änderung der zu überwachenden Größe das Relais nicht zum Ansprechen kommt. Zu diesem
Zweck kann man die magnetischen Verhältnisse so wählen, daß die Verzögerung sehr
groß wird. Eine große Verzögerung kann man z. B. erhalten, wenn man die Gerade G
in Fig. q. durch entsprechende Wahl der Gegenerregung und der vom gleichgerichteten
Wechselstrom hervorgerufenen Erregung so legt, daß sie nahezu eine Wendetangente
zur Kurve 11 = f (J2 -[- J3) darstellt.