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Anordnung zur Spannungsregelung mit Hilfe von gleichstromvormagnetisierten
Drosselspulen oder Transformatoren Um die Spannung eines Verbrauchers zu regeln,
ist es bekannt, im Wechselstromkreis eine mit Gleichstrom vormagnetisierte Drosselspule
oder einen Transformator vorzusehen und die Vormagnetisierung von der Verbraucherspannung
abhängig zu machen. Beispielsweise hat man in Reihe in die Leitung eine Drosselspule
eingeschaltet und die Gl.eicchstromvormagnetisierung so von der Verbraucherspannung
abhängig gemacht, daß diese annähernd unverändert bleibt.
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Bei Drehstromnetzen könnte man drei einphasige Drosselspulen verwenden
und die Gleichstromwicklungen der Drosselspulen in Reihe an eine gemeinsame Gleichspannungsquelle
anschließen. Eine solche Anordnung ist in Fig. r der Zeichnung dargestellt. Im Zuge
der Phasen R, S und T des Drehstromnettes liegen drei Drosselspulen r, a und 3,
deren Gleichstromwicklungen in Reihe geschaltet an der Gleichspannungsquelle 4 über
einen regelbaren Widerstand 5 liegen, der entsprechend der Spannung des Verbrauchers
6 geändert wird. Dadurch ändert sieh der die Drosselspulen durchfließende Vormagnetisierungsgleichstrom
und damit die Induktivität der Drosselspulen. Statt dreier einphasiger Drosselspulen
könnte eine Drehstromdrosselspule mit zusätzlichem Schenkel angewendet werden. Bei
solchen Anordnungen ist also der V ormagnetisierungsstrom für alle Drosselspulen
derselbe, bzw. bei Anwendung einer Drehstromdrosselspule sind die Gleichstromampere#,vindungen
für alle eine Phasenwicklung tragenden Schenkel die gleichen.
Gemäß
l der Erfindung wird nun bei gleichstronivr.rniagnetisierten Drosselspulen oder
Transformatoren, die in verschiedenen Stromkreisen oder in verschiedenen Phasen
eines .\Iehrphasennetzes liegen, die Anordnung nicht so getroffen, daß für jede
Einzeldrosselspule der Vormagnetisierungsgleichscroin der gleiche ist, sondern so,
daß allen 1)rosselspulen oder Transformatoren derselbe Gleichfluß' aufgezwungen
wird. Hierzu kann nian beispielsweise einen .Mantelkern vorsehen und dessen einen
Sclieiikel durch drei l,enster unterteilen, so daß in dieseln im ganzen sechs Schenkel
entstehen. le zwei (Itii'Ch ein Fenster getrennte Schenkel erhalten die zu einer
Phase gehörigen @%'eciiselstroniwicl:-hingen, und auf dem anderen Rahmenteil wird
die Gleichstromwicklung atifgel)r:tclit, so (lal.i die zu den verschiedenen Phasen
gehörigen Schenkel hinsichtlich des Gleicliflusses in Reibe geschaltet sind und
damit die einzelnen Drosselspulen denselben niagnvtischen Gleichfluli erhalten.
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Die E urteile, die dadurch auftreten, dafl niart allen Drosselspulen
den gleichen niagnetischen Gleichflul.i aufzwingt, sind folgende. Wie bereits erwähnt,
erhalten bei der Anordnung nach Fig. i alle drei Drosselspulen denselben Gleichstrom.
Bei unsymmetrischer Verbraucherlast zeigt sich nun, dal.1 auch die Verbraucherspannung
bei gemeinsamer Regelung des Vormagnetisierungsgleichstronies, wie in Fig. i dargestellt,
unsymmetrisch wird. Dies beruht darauf, daß die vormagnetisierte Drosselspule angenähert
nur einen @-@'echselstrom hindurchläßt, der proportional mit der Gleicbstromvormagnetisierung
ist. Infolgedessen erhält jede Phase praktisch denselben @Vechselstroni. Wird nun
der Widerstand einer Phase verkleinert, so erhält dieser Verbraucherzweig auch eine
verringerte Spannung, und auf die zu dieser Phase gehörige Drosselspule entfällt
eine erhöhte Spannung. Aus diesem Grunde miißte man die drei Pliasen getrennt von
je einem Steuergerät regeln.
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Erzwingt man aber, daß der magnetische Gleichfuß in allen drei Drosselspulen
der gleiche ist, so wird dieser -Nachteil beseitigt. Zur Erläuterung der Wirkungsweise
zeigt Fig. a die Magnetisierungskurve für die Augenblickswerte finit dein Sä ttigungsfluß
Os. l.rhält jede Drosselspule denselben magnetischen Gleiclifluß OL, so ist auch
der sie durchsetzende Wechselfl1113 0", praktisch derselbe, und damit sind die von
den Drosselspulen der einzelnen Phasen aufgenommenen Spannungen untereinander gleich,
was gleiche Ve rbraticherspannungen zur Folge hat.
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111 Fig. 3 ist ein Ausführungsbeispiel einer Drosselspule gemäß
der Erfindung dargestellt. Die Drosselspule l.,estelit aus eineng Rahmenkern 7,
dessen linker Schenkel 8 drei Fenster besitzt. Es entstehen so drei Schenkelgruppen
12, 13 und 14. Die erste Schenkelgruppe 1= trägt die Wicklungen der Phase R, die
zweite 13 die der Phase S und die dritte i.1 die der Phase 7'. Die Schaltung der
\`echselstromwickluugen ist so getroffen, daß in jeder Schenkelgruppe der magnetische
`%'ecliselfltili in den beiden Schenkeln entgegengesetztes Vorzeichen besitzt. Ie(le
Schenkelgruppe finit ihren \Vicklungen bihlut eine Einzrldrosselspule. Auf dem rechten
Schenkel des Rahmenkernes ist die hlriclistronitc-icl;lting io aufgebracht, welche
den magnetischen Gleichfluß erzeugt. Durch die Reihenschaltung der ztt den verschiedenen
Phasen gehörigen Schenkelgruppen können die einzelnen Phasen zwanglänfig nur denselben
magnetischen (ileichfltiß erhalten. Dadurch wird erreicht, daß jede Phase bzw. jede
1?inzeldr(>sselsl)ule nur denselben Wechselflug, also dieselbe @@echselsliannung
aufnehmen kann. Dadurch, daß innerhalb einer Schettkelgrupl>e der gleichen Phase
die magnetischen Wechselflüsse entgegengesetztes 'V"orzeichen besitzen, der magnetische
Gleichflug aber beide Schenkel in gleichem Sinn durchsetzt, wird, erreicht, daß
ini Wechselstromkreis keine geradzahligen Oberwellen auftreten. lin Ausführungsbeispiel
ist die Gleichstromwicklung io an eine Spannungsquelle i i angeschlossen, deren
Spannung von der unveränderlich zu haltenden Verbraucherspannung abhängig gemacht
wird. Wie ini einzelnen diese Abhängigkeit und Regelung stattfindet, ist fier die
Erfindung nicht wesentlich, so daß nähere Einzelheiten in der Zeichnung nicht dargestellt
sind. Jede Schenkelgruppe, d.li. jedeDrosselspule könnte auch von der Wecliselstromseite
anders erregt werden, d. 1i. es ist nicht notwendig, daB sie nur eine einzige Phasenwicklung
trägt; die Schenkelgruppen könnten beispielsweise von den verketteten Strömen erregt
werden, indem jede Schenkelgruppe zwei von verschiedenen Phasen erregte Wicklungen
gleicher Wendungszahl entgegengesetzter Schaltrichtung erhält.
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Da durch die Sättigung Oberwellen auftreten, ist es unter Umständen
zweckmäßig, die Anordnung so zu treffen, (laß die fünften und siebenten Oberwellen
unterdrückt werden. Wie bekannt, ist dazu erforderlich, da8 zwei gleiche Drehstronidrosselspulen
vorgesehen werden, deren magnetische Wechselflüsse 11111 jeweils 30 elektrische
Grade gegeneinander versetzt sind.
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Hierzu kann inan die eine Drehstroniili-osselspule finit uni + i#5,
die andere mit um - j.5 elektrische Grade drehender Zickzack-..chaltting versehen
und die leiden Drosselspulen
parallel oder in Reihe schalten. Man
könnte aber auch z. B. die eine in Stern und die andere in Zickzack mit
30 elektrischen Graden Drehung schalten. Wesentlich ist dabei noch, daß die
beiden Drosselspulen hinsichtlich der dritten Oberwellen im Fluß gleich sind, d.
h., wenn diese bei der einen Drosselspule nicht auftreten, müssen sie auch bei der
anderen unterdrückt werden.
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Eine besonders einfache Ausführungsform, bei der die beiden mehrphasigen
Drosselspulen einen gemeinsamen Eisenkern besitzen, zeigt Fig. 4.. Es ist wieder
ein Rahnienkern 15 vorgesehen. Jeder Schenkel des Rahmenkernes ist durch drei Fenster
uAterteilt. Die Wechselstromwicklungen sind mit 16 bezeichnet. In Fig. 5 ist die
Richtung der Flüsse angegeben. Gegenüber der Phase R eilt der Fluß R+ um 15
elektrische Grade vor, der Fluß R- um 15 elektrische Grade nach, was, wie
bereits erwähnt, durch Zickzackschaltungen erreicht werden kann. Entsprechendes
gilt für die Flüsse S+, S-und T+, 7'-. Für die negativen Werte dieser Flüsse sind
die gleichen Bezeichnungen, 'die jedoch mit einem Strich versehen sind, verwendet.
In Fig. ¢ ist überdies noch die Richtung der magnetischen Wechselflüsse durch Pfeile
angegeben. Wählt man diese durch entsprechenden Anschluß der Wicklungen in der in
Fig. 4. dargestellten Weise, so führen die Querjoche, wie aus dem Diagramm der Fig.
5 hervorgeht, nur Wechselflüsse von ungefähr der Hälfte der Schenkelflüsse. Die
Gleichstromwicklungen 17 sind auf den Hauptschenkeln aufgebracht.
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Die Anwendung der Erfindung ist nicht beschränkt auf Dreiphasendrosselspulen,
sondern kann auch bei anderen mehrphasigen Drosselspulen in Frage kommen. Die Anwendung
der Erfindung ist auch nicht darauf beschränkt, daß die Drosselspulen in Reihe in
der Leitung liegen, wie in Fig. i dargestellt, sondern sie könnten auch parallel
zum Verbraucher geschaltet werden. Sie könnten dann auch in Dreieck geschaltet «-erden.
Es könnten aber auch Schaltungen angewendet werden, wie sie z. B. in einphasiger
Darstellung in den Fig. 6, 7 und 8 dargestellt sind. In Fig.6 ist eine Spannungsteilerschaltung
dargestellt, bei der die Sekundärwicklungen der Transformatoren i8 und ig in Reihe
in entgegengesetztem Sinn in der Leitung liegen, wobei der eine Transformator 18
mit Gleichstrom vormagnetisiert wird. In Fig.7 ist ein Teil des Transformators 2o
durch die Drosselspulen 21 und. 22 überbrückt, von denen die erste vormagnetisiert
wird. Fig. 8 zeigt eine Spannungsteilerschaltung mit den beiden Transformatoren
23 und 24, und galvanischer Trennung des Verbrauclierstromkreises vom Netz. Auch
hier werden bei Drehstrom- oder anderen Mehrphasenschaltungen die vormagnetisierten
Drosselspulen 21 bzw. Transformatoren 18, 23 mit gemeinsamer Gleichflußregelung
ausgeführt. Ebenso könnten diese Drosselspulen bzw. Transformatoren mit Oberwellenkompensation
ausgeführt werden. Führt man die Transformatoren ig bzw. 2o bzw. 2.1. mit kleinem
oder keinem Luftspalt aus, so sättigen sie sich ebenfalls, und es empfiehlt sich,
dann auch diese oberwellenfrei auszuführen.
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Die Anordnung nach der Erfindung ist auch dann anwendbar, wenn Drosselspulen
in verschiedenen Stromkreisen liegen, z. B. wenn von einem Einphasennetz zwei Verbraucher
gespeist werden und jeder Verbraucher durch eine-einphasige Drosselspule geregelt
wird. Führt man auch hier die Anordnung so durch, daß beide Drosselspulen den gleichen
magnetischen Gleichfluß erhalten, so kann man bei veränderlicher -Netzspannung die
Verbraucherspannungen beider Abnehmer mit einer einzigen Regeleinrichtung unverändert
halten oder auf beliebige andere, aber untereinander gliche Werte regeln. Eine solche
Drosselspule könnte beispielsweise in ähnlicher Weise wie die der Fig. 3 ausgebildet
werden. Es fiele z. B. dann das untere Fenster mit der Wicklung T fort, während
die mit R bezeichnete Leitung die eine zu dem einen Verbraucher führende, die mit
S bezeichnete die zum anderen Verbraucher führende Leitung wäre. Aber auch wenn
z. B. Zwei- oder Mehrpha.senverbraucher durch j e eine Mehrph;asendrosselspule geregelt
werden sollen, kann man die Anordnung so treffen, daß jede Einzeldrosselspule sowob@l
der einen als auch der anderen Mehrphasendrosselspule den gleichen magnetischen
Gleichfluß erhält.