DE971838C - Einrichtung zur Spannungsregelung von Wechselstromkreisen durch Teilaussteuerung der Spannungshalbwellen - Google Patents

Einrichtung zur Spannungsregelung von Wechselstromkreisen durch Teilaussteuerung der Spannungshalbwellen

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DE971838C
DE971838C DES4317D DES0004317D DE971838C DE 971838 C DE971838 C DE 971838C DE S4317 D DES4317 D DE S4317D DE S0004317 D DES0004317 D DE S0004317D DE 971838 C DE971838 C DE 971838C
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DE
Germany
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current
voltage
magnet
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control
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DES4317D
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English (en)
Inventor
Rudolf Dipl-Ing Streich
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Siemens AG
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Siemens AG
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    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05FSYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F1/00Automatic systems in which deviations of an electric quantity from one or more predetermined values are detected at the output of the system and fed back to a device within the system to restore the detected quantity to its predetermined value or values, i.e. retroactive systems
    • G05F1/10Regulating voltage or current
    • G05F1/12Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is ac

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  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Driving Mechanisms And Operating Circuits Of Arc-Extinguishing High-Tension Switches (AREA)

Description

  • Einrichtung zur Spannungsregelung von Wechselstromkreisen durch Teilaussteuerung der Spannungshalbwellen Es ist bekannt, die Spannung eines Wechselstromkreises mit Hilfe von zwei in Gegenschaltung angeordneten gittergesteuerten Entladungsventilen zu regeln, mit denen aus jeder Halbwelle nur ein Teil ausgesteuert wird. Damit kann eine praktisch stufenlose Spannungsregelung in Wechsel- und Drehstromkreisen erreicht werden.
  • Nach der Erfindung wird vorgeschlagen, an Stelle von Ventilen eine mechanische Schalteinrichtung mit periodisch betätigten, synchron gesteuerten Kontakten, die zur Spannungssenkung jedesmal nur während eines Teiles einer Halbwellendauer geschlossen sind, und mit einer Einrichtung zur Verstellung der gegenseitigen Lage des Kontaktschließungs- und des Kontaktöffnungszeitpunktes zu verwenden. Wesentliche Vorteile einer solchen Regeleinrichtung sind unter anderem kleine Abmessungen, einfacher Aufbau und bequeme Bedienung der Regelgeräte wie bei den bekannten Einrichtungen mit Entladungsventilen, außerdem aber geringere Verluste als bei jenen, wo der Spannungsabfall der Entladungsstrecke den Wirkungsgrad erheblich beeinträchtigen kann.
  • Zur Spannungsregelung können ähnliche Kontakteinrichtungen verwendet werden wie für Kontaktgleichrichter, bei denen die Regelung der Gleichspannung durch Teilaussteuerung durch Verstellung der Schaltzeitpunkte bekannt ist. Bestehen die Kontakteinrichtungen aus je zwei ruhenden Kontakten und einer beweglichen Schaltbrücke, die von einem Synchronmotor durch Exzenter od. dgl. über Stößel entgegen einer Rückstellkraft abgehoben wird, so kann die Zeitspanne, in der die Kontakte geöffnet sind, durch Verstellung der ruhenden Kontakte gegenüber dem Hubbereich des Stößels geregelt werden. Da hierbei der Einschaltzeitpunkt stets um den gleichen Betrag in entgegengesetztem Sinne verstellt wird wie der Ausschaltzeitpunkt, so werden vorteilhaft bei Belastung die Schaltzeitpunkte zusätzlich gemeinsam gegenüber der Phasenlage der Wechselspannung gleichsinnig um so viel verstellt, daß der Ausschaltzeitpunkt in die Nähe des Stromnullwertes fällt. Diese zusätzliche Verstellung kann durch Ständerverdrehung des antreibenden Synchronmotors oder durch einen diesem vorgeschalteten Drehregler beispielsweise zwangläufig durch ein Getriebe bewirkt werden, sofern die Phasenlage des Stromes gegenüber der Spannung unveränderlich ist, wie z. B. in reinen Wirkstromkreisen für Heizung und Beleuchtung. Ändert sich jedoch die Phasenlage des Stromes während des Betriebes, so ist eine stromabhängige Steuerung der Kontakte angebracht, damit sich die Kontakte bei verschiedenen Belastungszuständen stets in der Nähe des Stromnullwertes öffnen. Bei Starkstrom kann zur Erleichterung der Stromunterbrechung mit den Kontakten ein veränderlicher Widerstand in Reihe geschaltet sein, durch dessen periodische Veränderung in der Nähe des Stromnullwertes eine stromschwache Pause hervorgerufen wird, z. B. eine Schaltdrossel mit beim Nennstromwert hochgesättigtem Magnetkern, der sich in der Nähe des Stromnullwertes entsättigt.
  • Während Ventile wegen ihrer Sperrwirkung immer nur paarweise für beide Stromrichtungen verwendbar sind, genügt dazu eine einzige Kontakteinrichtung, wenn diese mit der doppelten Wechselspannungsfrequenz arbeitet. Die Verwendung von zwei oder noch mehr zueinander parallel geschalteten Kontakteinrichtungen, die abwechselnd nacheinander je eine Stromhalbwelle bzw. bei herabgeregelter Spannung nur einen Teilausschnitt davon übertragen, kann im Hinblick auf eine Stromentlastung bei hohen Stromstärken und zur mechanischen Entlastung durch kleinere Betätigungsfrequenz jeder einzelnen Kontakteinrichtung vorteilhaft sein. Es ist auch möglich, eine Teilaussteuerung nicht in jeder Halbwelle, sondern nur in jeder zweiten oder dritten Halbwelle usw. vorzunehmen und in den dazwischenliegenden Halbwellen die Kontakte geschlossen zu lassen. Ebenso besteht die Möglichkeit, nicht von jeder Halbwelle, sondern nur von jeder zweiten oder dritten Halbwelle usw. einen Ausschnitt zu übertragen. Mit den vorgenannten Mitteln kann unter Umständen eine erhöhte Regelgenauigkeit innerhalb eines begrenzten Regelbereiches erzielt werden. Wenn vermieden werden soll, daß der geregelte Strom eine Gleichstromkomponente hat, so ist zur Teilaussteuerung bzw. zur übertragung jede dritte, fünfte oder siebente usw. Halbwelle auszuwählen.
  • Eine hohe Anpassungsfähigkeit an wechselnde Belastungszustände wird durch eine Einrichtung zur elektromagnetischen Betätigung und Steuerung der Kontakte erreicht. Eine solche Einrichtung mit besonders geringer magnetischer und mechanischer Trägheit und mit dementsprechend sehr kleinen Eigenzeiten kann z. B. für die Kontaktschließung und -öffnung mit je einem Haltemagneten mit einer in der Nachbarschaft seines Ankers angeordneten Auslösewicklung und einem zwischen der magnetischen Spannungsquelle seines Hauptkraftflusses und der Steuerwicklung vom Magnetkreis des Haltekraftflusses abgezweigten, einen Luftspalt enthaltenden magnetischen Nebenschluß ausgerüstet sein. Ein Beispiel dafür zeigt Fig. i der Zeichnung.
  • Die Schalteinrichtung i i enthält zwei Ausschaltmagneten 12, die zugleich ruhende Kontaktstücke darstellen, einen Anker 13, der eine bewegliche Kontaktbrücke bildet und an gespannten Klaviersaitendrähten 1q. schwingfähig aufgehängt ist, und einen dreischenkligen Einschaltmagneten 15. Die Hauptkraftflüsse der Magneten können durch Erregung mit Gleichstrom hervorgerufen werden. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel rühren sie von Dauermagneten her, deren Pole mit N und S bezeichnet sind. Die Magneten 12 sind seitlich mit Messingplatten abgedeckt, von denen in der Zeichnung die vorderen weggelassen sind. An den Polschuhen sind silberne Kontaktleisten angelötet. Auch der Anker 13 ist zur guten Kontaktgabe mit zwei seitlich angelöteten Silberleisten versehen. Die Schenkel der Magneten 12 enthalten Durchbrechungen, in denen die Ausschaltsteuerwicklung 16 angeordnet ist. Ein Strom in dieser Wicklung wirkt also nicht in Längsrichtung des Hauptkraftflusses magnetisierend, sondern seine feldschwächende bzw. feldverdrängende Wirkung beruht ausschließlich auf Quermagnetisierung. Außerdem schützen magnetische Nebenschlüsse 17 die Dauermagneten vor einer übermäßigen Verringerung des Hauptkraftflusses. Sie sind nicht gesättigt, damit sie auch den über den Anker 13 verlaufenden Teil des Hauptkraftflusses bei dessen Verdrängung ohne weiteres aufnehmen. Der Einschaltmagnet 15 hat ebenfalls einen Dauermagneten, dazu eine um den mittleren Schenkel angeordnete Steuerwicklung 18 und magnetische Nebenschlüsse i9. Die Steuerwicklung 18 wirkt längsmagnetisierend. Sie kann in feldverstärkendem Sinne erregt werden, so daß der Anker 13 vom Magneten 15 angezogen wird. Hier wird er dann auch nach dem Verschwinden der Erregung festgehalten. Damit ist die Schalteinrichtung i i betriebsbereit. Die Betriebsbereitschaft kann auch durch mechanische Bewegung des Ankers 13 zum Magneten 15 hin herbeigeführt werden. Die Steuerwicklung des Einschaltmagneten kann ebenso wie diejenige der Ausschaltmagneten so angeordnet sein, daß sie nicht längsmagnetisierend wirkt.
  • In Fig.2 ist eine Regelanordnung mit solchen Kontakteinrichtungen für eine Drehstromanlage als Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt. Für jede Phase sind zwei Schalteinrichtungen i i vorgesehen, von denen die eine die positiven und die andere die negativen Halbwellen führt. In Reihe damit liegt ein Verbraucher 2o, dessen einzelne Phasen über Schaltdrosseln 21 an ein Drehstromnetz 22 angeschlossen sind. Die Anordnung der Kontakteinrichtungen am Sternpunkt ist insofern vorteilhaft, als solche Kontakteinrichtungen einseitig gemeinsames Potential haben. Die Steuereinrichtung ist nur für eine Phase vollständig gezeichnet. Zur Steuerung der Haltemagneten dienen beispielsweise Sättigungswandler. Für den Einschaltvorgang ist ein Sättigungswandler 23 für jede Phase vorgesehen. Er wird von einer Hilfsspannung gleicher Frequenz wie die Hauptwechselspannung und regelbarer Phasenlage gegenüber der Hauptwechselspannung erregt und ist hierzu über einen Drehregler 24 an das Drehstromnetz 22 angeschlossen. Die Phasenlage der Einschaltimpulse kann statt mit einem Drehregler auch durch eine regelbare Wechselstromvormagnetisierung der Sättigungswandler 23 oder mit Hilfe geeigneter Scheinwiderstände mit regelbarer Wirk-und Blindkomponente verstellt werden. Die Einschaltsteuerwicklungen der beiden Kontakteinrichtungen einer Phase sind hintereinandergeschaltet. Da diese Wicklungen längsmagnetisierend auf das Hauptfeld wirken, so spricht jeder Einschaltinagnet nur auf Stromstöße einer Richtung an. Die Einschaltung der beiden Kontakteinrichtungen einer Phase erfolgt also mit einem Zeitwinkelabstand von i8o°. Die Auslösewicklungen der Ausschaltinagneten sind an eine Schaltdrosselwicklung angeschlossen. Sie haben keine längsmagnetisierende Komponente, die Magneten wirken infolgedessen nicht polarisiert. Damit sie abwechselnd arbeiten, sind mit ihnen Ventile 25 gegensinnig in Reihe geschaltet. Das Ausschalten erfolgt in jedem Falle stromabhängig und damit selbsttätig durch die in der Schaltdrossel. bei ihrer Entsättigung in der Nähe der Stromnullwerte hervorgerufenen Stromimpulse. Es können geeignete zusätzliche 1littel gegen schädliches Schaltfeuer und Materialwanderung vorgesehen werden, z. B. Einschaltkerne für die Schaltdrosseln, Vormagnetisierung derselben sowie vorzugsweise kapazitive Nebenwege zu den Trennstrecken.
  • In den Endlagen des gesamten Regelbereiches kann die Betätigung der Kontakteinrichtungen unterdrückt werden, d. h., bei der Spannung Null wird das Einschalten und bei der vollen Spannung das Ausschalten der Kontakteinrichtungen unterbrochen. Bei den obenerwähnten mechanisch angetriebenen Kontakten ergibt sich dies ohne weiteres durch eine über die Endlagen der Regelung hinausgehende weitere Verstellung der Lage der ruhenden Kontakte gegenüber der Hubstrecke des Stößels, wodurch die bewegliche Schaltbrücke jenseits der einen Endlage außer Eingriff mit den ruhenden Kontakten und jenseits der anderen Endlage außer Eingriff finit dem Stößel kommt. Damit ist die Vereinigung von Regel- und Schaltgerät erreicht. Bei elektromagnetisch betätigten Kontakteinrichtungen können die Steuerstromkreise der Einschaltmagneten und der Ausschaltmagneten durch Hilfsschalter unterbrochen werden. Statt dessen können die Kerne der steuernden Sättigungswandler so hoch vormagnetisiert werden, daß sie dauernd gesättigt bleiben und infolgedessen keine Steuerimpulse abgeben. Die Regeleinrichtung kann so ausgestaltet werden, daß sie zugleich als Leitungs- und Kurzschlußschutz dient.
  • Die ganze Steuereinrichtung kann besondere Bedeutung vor allem für Beleuchtungsanlagen (Saal-oder Bühnenbeleuchtung) erreichen, wobei sich durch die praktisch ohmsche Belastung ein außerordentlich geringer Schaltdrosselaufwand ergibt. Für solche Anwendungen kann die Steuerung der einzelnen Kontakte in an sich bekannter Weise in Stellwerken mit entsprechendem Gruppenantrieb od. dgl. vorgenommen werden. Die Einzel- und Summensteuerung der einzelnen Steuerkreise kann durch mechanische Mittel oder durch entsprechende Vormagnetisierungen oder durch Drehtransformatoren, die den einzelnen Steuerstromkreisen bzw. Gruppen solcher Stromkreise zugeordnet sind, durchgeführt werden. Die in solchen Anlagen übliche Vorwahl der Stromkreise kann durch Schaltung der Steuerstromkreise erreicht werden, wodurch sich außerordentlich kleine und übersichtliche Steuergeräte (Stellwerke) ergeben.
  • Für die Regelung von Elektroöfen od. dgl. ist die unmittelbare Beeinflussung der Steuergeräte durch einen Thermostaten oder ein Thermoelement, gegebenenfalls über magnetische Verstärker, möglich.

Claims (7)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Einrichtung zur Spannungsregelung von Wechselstromkreisen durch Teilaussteuerung der Spannungshalbwellen, gekennzeichnet durch eine mechanische Schalteinrichtung mit periodisch betätigten, synchron gesteuerten Kontakten, die zur Spannungssenkung jedesmal während eines Teiles einer Halbwellendauer geöffnet sind, und mit einer Einrichtung zur Verstellung der gegenseitigen Lage des Konta'htschließu,ngs- und des Kontaktöffnungszeitpunktes.
  2. 2. Einrichtung nach Anspruch i, gekennzeichnet durch eine stromabhängige Steuerung der Kontakte, derart, daß sie sich bei Belastung in der Nähe des Stromnullwertes öffnen.
  3. 3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mit den Kontakten ein periodisch veränderlicher, stromverzerrender Widerstand, insbesondere eine Schaltdrossel mit beim Nennstromwert hochgesättigtem Magnetkern, durch dessen Entsättigung in der Nähe des Stromnullwertes eine die Stromunterbrechung erleichternde stromschwache Pause hervorgerufen wird, in Reihe geschaltet ist.
  4. Einrichtung nach Anspruch i, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur elektromagnetischen Betätigung und Steuerung der Kontakte.
  5. 5. Einrichtung nach Anspruch .4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kontaktschließung und zur Kontaktöffnung j e ein Haltemagnet mit einer in der Nachbarschaft seines Ankers angeordneten Auslösewicklung und mit einem zwischen der magnetischen Spannungsquelle seines Hauptkraftflusses und der Auslösewicklung vom Magnetkreis des Haltekraftflusses abgezweigten, einen Luftspalt enthaltenden magnetischen Nebenschluß vorgesehen ist.
  6. 6. Einrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine solche Anordnung der Steuerwicklung des Ausschaltmagneten, daß die mit ihr hervorgerufene Gesamterregung praktisch keine auf der Bahn des Hauptkraftflusses längsmagnetisierende Wirkung ausübt.
  7. 7. Einrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine solche Anordnung der Steuerwicklung des Einschaltmagneten, daß die mit ihr hervorgerufene Erregung längsmagnetisierend wirkt. B. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktschließung durch eine mit der Wechselspannung frequenzgleiche Hilfsspannung mit regelbarer Phasenlage gegenüber der Hauptspannung gesteuert wird. g. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktöffnung durch den Stromverlauf in der Nähe des Stromnullwertes gesteuert wird. io. Einrichtung nach Anspruch 8 und 9, gekennzeichnet durch einen von der Hilfswechselspannung erregten Sättigungswandler zur Steuerung des Einschaltmagneten und einen von dem zu unterbrechenden Strom erregten Sättigungswandler zur Steuerung des Ausschaltmagneten. i i. Einrichtung nach Anspruch 3 und io, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslösewicklung des Ausschaltmagneten an eine Schaltdrosselwicklung angeschlossen ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 378 225; französische Patentschriften Nr. 863 046, 876 68o, 878 429, 881 500.
DES4317D 1944-10-27 1944-10-28 Einrichtung zur Spannungsregelung von Wechselstromkreisen durch Teilaussteuerung der Spannungshalbwellen Expired DE971838C (de)

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