DE173910C

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Publication number: DE173910C
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Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

KLASSE 21c. GRUPPE

CLARgNCE FELDMANN in DARMSTADT.

Verfahren zur Regelung von Wechselstromkreisen.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 27. Mai 1905 ab.

Bei Wechselstrombetrieben mit veränderlicher oder auch gleichbleibender Periodenzahl handelt es sich in manchen Fällen darum, einen Richtungswiderstand (eine Impedanz) zu verändern, und dies pflegt dann in der Weise zu geschehen, daß man den mag-

. , netischen Widerstand des Kreises, sei es^r durch Änderung der Sättigung, sei es durch Verstellung des Eisenkernes, beeinflußt.

ίο Durch vorliegende Erfindung wird die Zahl dieser Mittel um ein neues vermehrt, das den Vorzug besonderer Einfachheit besitzt und sowohl an Stelle der bekannten Mittel als auch neben diesen anwendbar ist.

Das neue Verfahren besteht darin, daß zu der Drosselspule oder der Induktanz des Wechselstromapparates, z.B. einer Umformer-, Motor- oder Generator-Armatur, deren Impedanz geändert werden soll, ein veränderlicher Widerstand parallel geschaltet wird, der ganz oder nahezu induktionsfrei ist, oder dessen Induktanz ζ. B. bei Verwendung von Eisendraht klein ist gegenüber seinem Widerstände und der zu verändernden Induktanz, der also eine kleine Zeitkonstante besitzt.

Dieses Verfahren stützt sich auf folgende theoretische Erwägung:

Schaltet man parallel zu einem rein induktiven Widerstände χ (Fig. 1) oder einer Reaktanz χ = 2 π ρ L, worin ρ die Periodenzahl, L den Koeffizienten der Selbstinduktion oder die Induktanz bedeutet, einen völlig iduktionsfreien Widerstand r, so ist der Richtungswiderstand oder die Impedanz der Schaltung gegeben durch den Ausdruck:

r χ

j/r² + x²

Stellt also die Strecke OA (Fig. 2) die Reaktanz χ und die auf ihr senkrechte Strecke O B den ohmischen Widerstand r vor, so ist die Impedanz ihrer Kombination nach Größe und Richtung gegeben durch den Abstand O C des Punktes O von A B.

Je kleiner also r oder O B gewählt wird, desto kleiner wird die Impedanz O C und desto kleiner auch ihre wattverzehrende Komponente O D, mit wachsendem r dagegen wächst die Impedanz und ihre wattlose Komponente O E. Die Grenzwerte der Impedanz sind Null für r = o, und OA oder x. für r = 00.

Durch passende Wahl der Verhältnisse kann man also die Impedanz innerhalb weiter Grenzen verändern. Es ist dabei gleichgültig, ob man den Widerstand r von Hand oder selbsttätig regelbar macht und ob man die Reaktanz χ dauernd konstant hält oder ebenfalls verändert. Ebenso ist es gleichgültig, ob man statt eines rein induktiven, praktisch schwer herstellbaren Widerstandes χ eine Impedanz, d. h..einen Widerstand wählt, der neben der rein induktiven auch eine ohmische Komponente hat, insofern nur seine Zeit-

konstante einen hohen Wert besitzt. Besonders einfache Ausführungen ergeben sich, wenn man parallel zur Impedanz χ einen Eisendraht oder allgemein einen mit wachsender Temperatur zunehmenden Widerstand schaltet, insbesondere, wenn es sich darum handelt, mit wachsender Periodenzahl die Wirkung der Reaktanz χ stärker zu vergrößern, als der Zunahme der Periodenzahl ρ

ίο entsprechen würde.

Denn wenn χ in Fig. 3 die Reaktanz, r einen hierzu parallel geschalteten Widerstand· aus Eisendraht darstellt, so teilt sich der Gesamtstrom J in einen durch χ fließenden Teilstrom J' und in einen durch r fließenden Teilstrom J". Die von der Reaktanz χ verzehrte wattlose Spannung E₀ ist gleich J' x. Die Impedanz ^ der in Fig. 3 schematisch gezeichneten Verbindung von χ und r ergibt sich geometrisch aus Fig. 4 als Höhe eines rechtwinkligen Dreiecks mit den Katheten χ und r. Wenn nun bei annähernd konstanter und etwas wachsender Stromstärke J der Widerstand r auf r' (Fig. 4) anwächst, so wird infolgedessen J" kleiner, dafür aber /' und folglich auch E₀ = J' χ größer werden. Wächst nun außerdem die Periodenzahl p, so vergrößert sich ihr proportional χ bis zum Werte x' und die Impedanz ^ nimmt

den größeren Wert \' (Fig. 4) an. Die wattlose Spannung E₀ aber ist wegen der gleichzeitigen Vergrößerung von J' und χ mehr als proportional zur Periodenzahl gewachsen. Will man umgekehrt die resultierende Im-

.35 pedanz %' mit wachsender Periodenzahl auf den kleineren Wert \ bringen, so kann man zu diesem Zwecke einen Widerstand r' parallel schalten, der mechanisch oder selbsttätig durch den zu regelnden Strom oder die zu regelnde Spannung auf den Wert r verkleinert wird.

Man kann also z. B. den Schalthebel eines Rheostaten durch einen Fliehkraftregler verstellen lassen oder parallel zu χ einen Kohlen- oder Flüssigkeitswiderstand mit negativem Temperaturkoeffizienten- anordnen.

Solche Anordnungen können unter anderem beim Betriebe rotierender Umformer mit konstanter oder wechselnder Periodenzahl verwendet werden.

Selbstverständlich kann das neue Regelungsverfahren auch mit bereits bekannten vereinigt werden.

So kann man z. B. die .Drosselspüle χ '55 (Fig. 5) in ihrer Wirkung erst verstärken, dann unbeeinflußt lassen und schließlich schwächen, indemman durch einen Umschalthebel h oder auf andere Weise, etwa durch Relais, ihr erst einen wachsenden Widerstand T₁, sodann keinen bezw. einen unendlich großen und schließlich den abnehmenden Widerstand r₂ parallel schaltet.

Oder man kann bei der in Fig. 6 gezeichneten Reihenschaltung von Lampen I mit parallel zu ihnen geschalteten Drosselspulen χ die mit wachsendem Strome zunehmenden Widerstände T₁ in Serie zu den Lampen / und die" mit wachsendem Strome abnehmenden Widerstände r₂ in Serie zu den Drosselspulen χ schalten, um durch Vergrößerung der Drosselwirkung mit wachsender Stromstärke die Regelung des Systems zu verbessern bezw. seinen Regelungsbereich zu erweitern. Will man dagegen die Drosselwirkung mit wachsender Stromstärke vermindern, so hätte man die mit wachsendem Strome abnehmenden Widerstände r₂ parallel zu den Drosselspulen, die entgegengesetzt wirkenden Widerstände r_x aber in Serie zu den Drosselspulen zu schalte«. Dies kann z. B. auch. geschehen, wenn durch entsprechende Sättigung der Kerne der Drosselspulen das System auch ohne diese Regelung schon «ine gewisse, mäßige Selbstregelung besitzt, und es würde alsdann die Möglichkeit, einen Teil der Lampen / ohne Verringerung des Leistungsfaktors des Systems auszuschalten, erheblich erhöht werden.

Neben diesen nur als Beispiel genannten Anwendungen sind noch viele andere Anwendungsarten möglich, und insbesondere wird man auch dann von dem vorliegenden Verfahren mit Vorteil Gebrauch machen können, wenn z. B. bei Wechselstromerzeugern für die elektrische Beleuchtung von Eisenbahnzügen die Periodenzahl zufällig oder absichtlich schwankt. ^

Ob es sich um ein- oder mehrphasigen, verketteten oder unverketteten Wechselstrom handelt, ist für das vorliegende Verfahren belanglos.

Claims

Pate nt-An Sprüche:

ι . Verfahren zur Regelung von Wechselstromkreisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Impedanz des Stromkreises durch Regelung induktionsfreier, zu induktiven Widerständen parallel geschalteter Widerstände verändert wird.
2. Schaltung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung von Eisenwiderständen in Parallelschaltung zu Drosselspulen mit oder ohne gleichzeitige Verwendung von Kohlenwiderständen in Reihe mit den Drosselspulen.
3. Schaltung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung von Kohlenwiderständen in Parallelschaltung zu Drossel-

spulen mit oder ohne gleichzeitige Verwendung von Eisenwiderständen in Reihe mit den Drosselspulen.
4. Schaltung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1 zur Regelung von Reihenschaltungssystemen, bei denen Drosselspulen parallel zu den Stromverbrauchern, z. B. Lampen oder Gruppen von solchen, geschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, daß Kohlenwiderstände in Reihe mit den Drosselspulen oder Eisenwiderstände in Reihe mit den Lampen angeordnet sind, oder daß beide Anordnungen gleichzeitig benutzt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.