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Einrichtung zur Regelung bzw. Konstanthaltung der. Spannungen eines
Mehrpha:sennetzes Die Erfindung bezieht sich .auf eine Einrichtung zur Regelung
bzw. Konstanthaltung der Spannungen eines M-ehrphasennetzes mittels eines Regeltransformators
(Stufentransformators, Induktionsreglers o. .d:gl.), welcher selbsttätig durch einen
Wechselstrommotor verstellt wird.
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Es ist bekannt, .den Verstellmotor von Transformatoren mit Hilfe von
Kontakten eines die Netzspannung bzw. den Netzstrom überwachenden Relais in der
Weise zu steuern, daß der Motorstromkreis je nach der Abweichung :der überwachten
Spannung vorn Sollwert in. der einen oder in der anderen Richtung eingeschaltet
wird. Diese Steuereinrichtungen. haben den: N achteil, daß die im Betrieb häufig
schaltenden Kontakte nur eine begrenzte Lebensdauer haben. Es ist deshalb auch bereits
vorgeschlagen worden, den Antriebsmotor zweiphasig, auszubilden und ihn mit Hilfe
eines Schwingungskreises, der in die Zuleitung. der einen Phase des Motors eingeschaltet
ist, zu steuern. In Abhängigkeit von der Spannung am Netz entsteht dann am Schwingungskreis
eine .eben zur Steuerung des Motors dienende Spannung; eine solche Einrichtung arbeitet
ohne jegliche Kontakte. Ein -Nachteil :dieser Anordnung ist jedoch, daß sie - immer
nur auf Schwankungen :der einen Phase anspricht, was insofern: unerwünscht ist,
als meist .die Aufgabe besteht, -die Spannung eines Mehrphasennetzes zu regeln..
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Gemäß der Erfindung wird deshalb bei einer Einrichtung zur Regelung
der Spannung eines M ehrphasennetzes mittels eines durch einen -N1ator betätigten
Regeltransformators .die Anordnung so getroffen, daß die Ständerwicklung bzw. die
Ständerwicklungen des Motors .über Kombinationen von Scheinwiderständen
derart
an das zu regelnde Netz angeschlossen sind, daß der Motor nur bei Abweichung des
Mittelwertes aus allen Phasenspannungen von einem vorgegebenen Sollwert in Umdrehung
versetzt wird.
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Zur näheren:! Erläuterung der Erfindung sind in den Zeichnungen -Ausführungsbeispiele
dargestellt.
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In Abb. i ist das zu regelnde Dreiphasennetz mit R, S, T bezeichnet.
Der an das Netz angeschlossene Regeltransformator i, der z. B. als Stufentransformator
ausgebildet ist, liegt primärseitig unmittelbar am Netz, während er seine Regelspannungen
dein Netz über den dreiphasigen Hilfstransformator 2 aufdrückt. Zur Verstellung
des Regeltransformators dient :der dreiphasige -Motor 3, dessen einzelne Ständerwicklungen
an je zwei Phasen des hinsichtlich seiner Spannung konstant zu haltenden Dreiphasennetzes
liegen. In die Zuleitungen zu zwei Ständerwicklungen sind Regeleinrichtungen .4
bzw .@ in Form von Widerstandsgebilden aus Eisen- und Luftdrosselspulen bzw. Baus
Parallelschaltungen von Drosselspulen und Kondensatoren eingeschaltet. Diese Widerstandskombinationen
werden. zweiter unten im einzelnen erläutert. Sie sind im übrigen an sich bekannt.
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Die Wirkungsweise der Anordnung nach Abb. i ist folgende. Bei einer
Abweichung der Spannung R S oder S T vom Sollwert wird über die Regeleinrichtung
.l bzw. 4 eine entsprechende vergrößerte Spannungsabweichung an der Motorphase 5
bzw. 6 erzeugt, so daß in Verbindung finit der Spannung an der Motorphase 7 ein
Drehfeld entsteht. Wenn die Netzspannung R S nach oben und die Netzspannung S T
nach unten von ihrem Sollwert um den gleichen Betrag abweichen, heben sich die erzeugten
Steuerspannungen an den Motorphasen 5 und 6 auf, und der Motor bleibt in Ruhe. Erst
wenn sich der Mittelwert der Netzspannungen verändert, entsteht am :Motor ein Drehfeld.
Wenn also die Netzspannungen R S und S T beide im gleichen Sinn von ihren Sollwerten
abweichen oder aber die Abweichung im verschiedenen Sinn und mit verschiedenem Betrag
auftritt, so erfolgt eine Verstellung des Motors, welcher die Abweichung durch Betätigen
des Regeltransformators wieder rückgängig macht.
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In Abb. 2 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung dargestellt,
die sich insbesondere für ein Dreiphasennetz mit Nulleiter bzw. mit künstlichem
Nullpunkt eignet. Der Antriebsmotor 3 für den Transformator i ist vierphasig ausgebildet.
In den Zuleitungen zu den Wicklungen 5, 6 und 7 liegt je eine Steuereinrichtung
d., 4' bzw. q." in Form einer Widerstandskombination. Die Motorwicklungen 5,
6 und 7 werden hier von den verketteten Spannungen R S, S T und
T R des zu regelnden Netzes gespeist, die Motorwicklung 8 dagegen liegt an
der einfachen Phasenspannung O R. Bei dieser Anordnung erfolgt in derselben Weise
wie bei der in Abb. i gezeigten Anordnung die Verstellung des Regeltransformators
in Abhängigkeit vom Mittelwert -der drei verketteten Spannungen.
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Bei der Anordnung nach Abb. 3 ist für je zwei der drei Phasen ein
besonderer Dreipliasenmotor 3, 13 und 23 vorgesehen. Die drei Motoren wirken
auf eine gemeinsame, den Transformator verstellende Achse, die durch to angedeutet
ist. Je eine der in Dreieck geschalteten. Ständerwicklungen der Motoren ist über
eine Widerstandskombination .I bzw. 14 bzw. 24 an verschiedene Phasenleiter des
Netzes angeschlossen. Die Mitfelanzapfungen 9', i9' bzw. 29' dieser Ständerwicklungen
und die jeweils gegenüberliegenden Eckpunkte 9 bzw. i9 bzw. 29 sind, gegebenenfalls
über Transformatoren 1i, 21, 31, an den Nullpunkt und einen der Phasenleiter
angeschlossen. Es ist ersichtlich, daß auch in diesem Falle die Verstellung der
Achsefo und damit des Regeltransforniators nur in Abhängigkeit von einer Verändorung
des Mittelwertes der verketteten Spannungen des N etzes R S T erfolgt.
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In Abb..I ist dargestellt, in welcher Weise die Widerstandskombinationen
in den Zuleitungen des Verstellmotors ausgebildet sein können. Es ist dabei eine
Anordnung entsprechend Abb. i angenommen. Die Ständerwicklung 7 des :Motors 3 liegt
unmittelbar am -Netz, während die Wicklungen 5 und 6 von den Sekundärwicklungen
der Trausforinatoren 15 bzw. 16 gespeist «-erden. Die Primärwicklungen dieser Transformatoren
sind in zwei Hälften. 25' und 25" bzw. 26' und 26" aufgeteilt. Die Wicklung.25'
ist einerseits mit dem Phasenleiter R und andererseits über die Drosselspule 35
mit dem Phasenleiter T verbunden. Die Wicklung 25" liegt ebenfalls an dem Phasenleiter
R und über die Drosselspule 35' an dem Phasenleiter T. Die Wicklungen:25' und 25"
haben einen derartigen Wickelsinn, daß sich die Wirkungen der in ihnen fließenden
Ströme beim Solltvert der Spannung R T aufheben und keinen Transformatorfluß
erzeugen. «'eicht dagegen die Spannung R T von ihrem Sollwert nach oben oder nach
unten ab, so überwiegt entweder der Strom in der Wicklulig 25' oder der Strom in
der Wicklung 25", so daß an der :Motorwicklung 5 eine Spannung gleichphasig oder
gegenphasig zur Spannung R T erzeugt wird. Dieselben Betrachtungen gelten sinngemäß
auch für denTrausforinator 16 mit den Primärwicklungen 26' und 26" sowie den beiden
Drosselspulen 36 und 36'. Die
eine der beiden Drosselspulen in der
Wilderstandskoinbination ist jeweils mit einem gesättigten Eisenkern versehen, während
die andere Drosselspule ungesättigt ist bzw. als Luftspaltdrosselsp.ule oder Luftdrosselspule
ausgebildet ist. Auf diese Weise wird bei Abweichung der Phasenspannung R T bz«-.
S T die entstehende Steuerspannung entprechend vergrößert.
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An Stelle der ungesättigten Drosselspulen 35' und 36' können auch
Kondensatoren verwendet werden, wobei dann der Wickelsinn der Wicklungen z5" bzw.
26" gegenüber der vorher beschriebenen Anordnung umgekehrt «-erden muB. Da der Strom
der Kondensatoren dabei im übrigen gegen den Strom ,der Eisendrosselspulen 35 bzw.
36 um i8o elektrische Grade verschoben ist, können in diesem Falle die Transformatoren
15 bzw. 16 überhaupt weggelassen werden. Es entsteht dann eine Einrichtung, wie
sie z. B. in Abb. 5 dargestellt ist. In je einer Zuleitung der Ständerwicklungen
5 und 6 liegt hier eine Parallelschaltung aus einer Eisendrosselspule 35 bzw- 36
und einem Kondensator 45 bzw. 46. In Reihe mit dieser Parallelschaltung liegt ein
weiterer Kondensator 55I bzw. 56.
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Abb. 6 zeigt ein weiteres, in vielen Fällen besonders vorteilhaftes
Ausführungsbeispiel der Erfindung. Der wieder zum Antrieb des Transformators dienende
Motor 3 besitzt eine in Dreieck geschaltete dreiphasige Ständerwicklung 5, 6, 7.
Die Wicklung 5 igt über eine als Brückenschaltung ausgebildete Widerstandskombination
an die Phasenleiter S, T gelegt. Dem Motor wird ferner eine gegen die Spannung
S' T um 9o° verschobene Phasenspannung an den Punkten 9 und 9' zugeführt.
Diese Spannung kann z. B-., gegebenenfalls über einen nicht bezeichneten Transformator,
vom Nulleiter und dem Phasenleiter R abgegriffen werden. Die zur Steuerung dienende
Brückenschaltung besteht aus zwei in Reihe geschalteten Widerständen 22 und 23,
die die eine Hälfte der Brücke bilden und einen, konstanten Wert haben. Die andere
Hälfte .der Brücke besteht aus zwei sich in Abhängigkeit von Schwankungen der Netzspannung
ändernden Widerständen bzw. Scheinwiderständen.. Im vorliegenden Falle sind zwei
regelbare Kohledruckwiderstandssäulen 32 und 33 verwendet. Diese Kohlesäulen werden
in bekannter Weise durch Spulen 36 und 37 und entsprechende Antriebsmittel beim.
Sollwert der Netzspannung in einer Mittellage gehalten. Zur Speisung dieser Erregerspulen
36 und 37 dient z. B. eine Gleichrichteranordnung 38, die dreiphasig, an das Netz
angeschlossen ist. Der dreiphasige Anschluß bewirkt, daß sich die Erregung der Spulen
36 und 37 und damit der Widerstand der Kohlesäulen 32 und 33 stets in Abhängigkeit
vom Mittelwert der Spannungen des Netzes ändert.
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Die Spulen 36 und 37 wirken auf die Kohl:esäulen 32 und 33 im einzelnen
in der Weise, daß beim Ansteigen der vom Gleichrichter gelieferten Spannung die
eine Säule, z. B. 32, zusammengedrückt und gleichzeitig die andere Säule 33 gelockert
wird. Hierdurch ändert sich das Gleichgewicht der Brückenschaltung, so daß an der
Motorwicklung 5 eine Spannung wirksam wird. Beim Sinken der vom Gleichrichter 38
gelieferten Spannung entsteht an der Motorwicklung 5 eine Spannung in umgekehrter
Richtung, da jetzt die Kohlesäule 32 gelockert und die Säule 33 zusammenb preßt
wird.
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Abb.7 stellt eine ähnliche Anordnung wie die Abb.6 dar, jedoch sind
hier, was in vielen Fällen vorteilhaft ist, die beiden Kohlesäulen 32 und 33 zu
einer baulichen Einheit mit einer einzigen Erregerspule 39 zusammengefaßt.
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Die Abb. 8 zeigt eine weitere Widerstandskornbination, ,die gemäß
der Erfindung zur Steuerung eines dreiphasigen Antriebsmotors verwendet werden kann.
Es ist hier ein Transformator 69 in V-Schaltung dargestellt; gegebenenfalls kann
jedoch auch eine Sternschaltung verwendet werden. Die primären Wicklungen 7o und
7i sind miteinander und außerdem direkt (bzw. über die dritte Phase bei Sternschaltung)
mit dem Phasenleiter T des Netzes verbunden. Die äußeren. Anschlüsse der Wicklungen
7o und 71 sind dagegen über je ein Drosselspulenpaar 72 und 73 bz-,V. 74 und 75
an die Phasenleiter R und S gelegt. Die Drosselspulen 72 und 74 sind starkgesättigt
und haben also eine flache Magnetisierungscbarakteristik, während die Spulen 73
und 75 schwach .gesättigt bzw. mit einem Luftspalt oder als Luftdrosselspulen ausgeführt
sind. Die Drosselspulen 72 und 75 sind mit dein Phasenleiter S, die Spulen 73 und
74 mit dem Phasenleiter R verbunden. Es fließen dann in den Wicklungen
70 und 71 die geometrischen Differenzen der Ströme in den Spulen 72 und 73
bzw. 74 und 75. Beim Sollwert der Netzspannung sind die Ströme JI in der Wicklung
70 und JII in der Wicklung 71 gleich. Die Spannungen an den Wicklungen
70 und 71 haben dann keine Verschiebung gegeneinander. Weicht die Netzspannung
jedoch von ihrem Sollwert nach oben ab, so ergeben sich in den Wicklungen 7 o und
71 Ströme J, und J,1, die eine Phasenverschiebung gegeneinander besitzen. Es entsteht
dann im Eisenkern .des Tranaformators 69 ein Drehfeld. An den Klemmen 78, 79, 8o
der Sekundärwicklungen 76 und 77 des Transformators 69 kann dann also ein
Drehstrom
zut Speisung des Antriebsmotors für den Regeltransformator abgenommen werden.
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Die Drosselspulen 72 und 74 können gemäß Abb. 9 zu einer Drosselspule
81 zusam.mengefaßt werden, ebenso die Drosselspulen ; ,, und 75 zu einer Drosselspule
82, die gegebenenfalls mit einem Luftspalt versehen ist. Der Transformator
69 kann auch, wie die Abb. g zeigt, als Spartransformator ausgebildet werden.
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Außer den dargestellten Anordnungen sind natürlich noch andere Ausführungsformen
im Sinne der Erfindung möglich. Es kommt nur jeweils darauf an, die Widerstandskombination
derart auszubilden und einzuschalten, daß der Antriebsmotor des Regeltransformators
stets vom Mittelwert aus allen Phasenspannungen beeinflußt wird.