DE1054562B

DE1054562B - Schaltungsanordnung zum Steuern oder Regeln einer Wechselspannung

Info

Publication number: DE1054562B
Application number: DEW16596A
Authority: DE
Inventors: James S Malsbary
Original assignee: Wagner Electric Corp
Current assignee: Wagner Electric Corp
Priority date: 1954-05-13
Filing date: 1955-05-02
Publication date: 1959-04-09
Also published as: US2960646A

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Steuern oder Regeln einer Wechselspannung zwischen Spannungsquelle und Verbraucher, bestehend aus wenigstens einem Transformator und einem Steuerglied.

Es sind bereits Schaltungsanordnungen zum Steuern oder Regeln einer Wechselspannung zwischen Spannungsquelle und Verbraucher bekanntgeworden, die aus einem Transformator mit zwei Wicklungen, aus Drosselspulen und Mitteln zum Verändern der Impedanz der Drosselspulen bestehen. Eine Veränderung des Wertes dieser Impedanz ermöglicht es, den Spannungsabfall an der Primärwicklung des Autotransformators zu ändern und dadurch die von dem Transformator erzeugte Spannungserhöhung zu verändern. Dieser Spannungsregulator kann also die Primärspannung nur steigern, aber nicht ihr entgegenwirken.

Gemäß der Erfindung wird vorgeschlagen, daß als Steuerglied eine Wheatstone-Briickenschaltung mit zumindest vier Drosselspulen vorgesehen ist, der an zwei gegenüberliegenden Ecken eine Spannung zugeführt wird und deren beiden anderen Ecken eine Zusatzspannung entnommen wird, und daß die Impedanz von zumindest zwei gegenüberliegenden Drosselspulen verändert wird. Bei der Erfindung wird die Steuerspannung in der Wheatstonebrücke selbst erzeugt und der Primärwicklung oder der Sekundärwicklung zugeführt, so daß es möglich ist, nicht nur die Größe der zugeführten Spannung zu verändern, sondern diese Spannung auch zu benutzen, um entweder die Spannung, mit der sie in Verbindung steht, zu erhöhen oder herabzusetzen.

Gemäß der Erfindung ist ein Transformator mit zumindest zwei Wicklungen vorgesehen, von denen die eine mit den Anschlüssen an der einen Seite der Wheatstone-Brückenschaltung verbunden ist, während die andere Wicklung an die Energiequelle oder an die Belastung angeschlossen ist.

Es kann auch erfindungsgemäß ein Transformator mit zwei Hauptwicklungen und einer Zusatzwicklung vorgesehen sein, wobei die eine der Hauptwicklungen an eine Seite der Wheatstone-Briickenschaltung angeschlossen ist und die Zusatzwicklung die Spannung dem genannten einen Satz Ecken der Brückenschaltung zuführt, während die andere Hauptwicklung an die Energiequelle oder an die Belastung angeschlossen ist.

Die Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung liefert eine veränderliche Ausgleichs- oder Anpassungsspannung, die entweder der Eingangs- oder der Ausgangsspannung des Transformators aufgedrückt wird, so daß die Ausgangsspannung auf einem gewünschten Wert gehalten wird, ungeachtet der Veränderungen der Speisespannung innerhalb vorher-Schaltungsanordnung zum Steuern
oder Regeln einer Wechselspannung

Anmelder:
Wagner Electric Corporation,
St. Louis, Mo. (V.St.A.)

Vertreter: Dr.-Ing. Η. Ruschke, Berlin-Friedenau,
und Dipl.-Ing. Κ. Grentzenberg,
München 27, Pienzenauerstr. 2, Patentanwälte

*> Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 13. Mai 1954

James S. Malsbary_r City of Glendale, Miss. (V.St.A.), ist als Erfinder genannt worden

bestimmter Grenzen. Durch die erfindungsgemäß angeordnete Schaltungsanordnung ist eine Anlage geschaffen worden, bei der die Belastungsspannung innerhalb von V2°/o des Nennwertes konstant gehalten werden kann, wenn die Eingangsspannung zwischen 90 und 110% des Nennwertes variiert.

An Hand der Zeichnungen werden mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben, wobei darstellen:

Fig. 1 ein Schaltschema der bevorzugten Schaltung, in der eine Korrekturwicklung auf dem Kern des Haupttransformators vorgesehen ist,

Fig. 2 ein vereinfachtes Schaltchema der Schaltung der Fig. 1, bei der alle vier Drosseln als im wesentlichen gleich groß dargestellt sind, wobei schematisch zum Ausdruck gebracht wird, daß sie ungefähr den gleichen Blindwiderstand haben; in diesem Falle wird die wirksame Anpassungsspannung »^« gleich Null, und die Speisespannung sowie die Eingangsspannung des Transformators sind im wesentlichen gleich,

Fig. 3 ein Schaltschema, das dem der Fig. 2 ähnlich ist, bei dem jedoch die Blindwiderstände je eines Paares miteinander verbundener Drosseln ungleiche Werte haben; in diesem Falle reduziert die Anpassungsspannung »e« die angelegte Spannung oder ist ihr entgegengerichtet,

Fig. 4 ein Schaltschema, das dem der Fig. 2 und 3 ähnlich ist, bei dem die Anpassungsspannung »<?« die angelegte Spannung erhöht,

Fig. 5 ein Schaltschema mit denselben Schalt-

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elementen und Verbindungen wie in der Fig. 2, mit der Ausnahme, daß der Transformatorkern in senkrechter Stellung dargestellt ist,

Fig. 6 eine erste abgewandelte Schaltung, worin die Korrekturwicklung auf dem Haupttransformatorkern (Fig. 1) durch die Sekundärwicklung eines gesonderten Hilfstransformators ersetzt wurde, dessen Primärwicklung mit den Sekundärleitungen des Haupttransformators verbunden ist,

Fig. 7 ein Schaltschema, das insofern von dem der Fig. 6 abweicht, als die Primärwicklung des gesonderten oder Hilfstransformators an den Eingang anstatt an den Ausgang des Haupttransformators angeschlossen ist,

Fig. 8 eine weiter abgewandelte Schaltung, bei der die Anpassungsspannung der Ausgangsspannung aufgedrückt wird und wobei die Korrekturwicklung auf den Kern des Haupttransformators aufgebracht ist,

Fig. 9 eine weitere Abwandlung der Schaltung, bei der die Korrekturwicklung auf einem gesonderten oder Hilfstransformator angeordnet ist und wobei die Primärwicklung des gesonderten Transformators direkt mit den Klemmen der Sekundärwicklung des Haupttransformators vor dem Brückenkreis verbunden ist,

Fig. 10 eine Abwandlung der Fig. 9, worin die Primärwicklung des gesonderten Transformators an den Sekundärkreis des Haupttransformators an der Belastungsseite des Brückenkreises angeschlossen ist,

Fig. 11 ein Vektordiagramm, das die Spannungsund Stromverhältnisse in der Wheatstonebrücke darstellt, wenn der Belastungsstrom mit der Transformatorspannung gleichphasig ist,

Fig. 12 und 13 Vektordiagramme, die zeigen, wie die im Brückenkreis erzeugte Anpassungsspannung sich vektoriell zur angelegten Speisespannung hinzuaddiert.

Es wird nun auf die Zeichnungen, im besonderen auf die Fig. 1 verwiesen, worin das Bezugszeichen 12 einen üblichen Leistungstransformator in schematischer Darstellung bezeichnet, der eine Sekundärwicklung 14, zwei Primärwicklungen 16 und 18 und eine Korrekturwicklung 20 enthält, welche Korrekturwicklung auf der Primärseite dargestellt ist, die jedoch als eine weitere Sekundärwicklung arbeitet, wie später noch eingehend beschrieben werden wird.

Die Belastungsleitungen 22 und 24 sind mit der Sekundärwicklung 14 verbunden, und die Speiseleitungen 26 und 28 stehen mit den Primärwicklungen 16 und 18 in Verbindung. Die angelegte Speisespannung ist mit V₁ und die Sekundärspannung mit V₂ bezeichnet.

Eine Brückenschaltung 30, mit der die Größe und Richtung einer Anpassungsspannung »e« steuerbar ist, enthält vier Drosselspulen 32, 34, 36 und 38 mit sättigungsfähigen lamellierten Eisenkernen. Jede der sättigungsfähigen Drosselspulen weist eine Gleichstromwicklung und eine Arbeitswicklung auf. In der Beschreibung sind die Gleichstrom- und Arbeitswicklungen mit 32 DC, 32AC, 34 DC, 34AC usw. bezeichnet.

Die Arbeitswicklungen der vier Drosselspulen sind in einer sogenannten Wheatstone-B rückenschaltung verbunden, wobei die Wicklungen 38 ^Cund 32^4 C an einer Ecke 40, die Wicklungen 32 AC und 34 AC an einer Ecke 42, die Wicklungen 34 AC und 36 AC an einer Ecke 44 und die Wicklungen 36 AC und 38 AC an einer Ecke 46 verbunden sind.

Ein Leiter 48 verbindet die Ecke 46 mit einer Seite der Primärwicklung 16, und ein Leiter 50 verbindet

die Ecke 42 mit einer Seite der Primärwicklung 18, wobei die Leistungsverbindung mit dem vorerwähnten Brückenkreis hergestellt wird.

Die anderen beiden Ecken der Brückenschaltung, d. h. die Ecken 40 und 44, sind mit der Korrekturwicklung 20 über die Leiter 52 und 54 verbunden.

Wie oben kurz erwähnt, werden die Impedanzen der Drosselspulen in den Zweigen der Brückenschaltung so eingeregelt, daß einander gegenüberliegende Zweige der Brücke im wesentlichen die gleiche Impedanz haben. Um dieses Ergebnis zu erzielen, sind die Wicklungen 38 DC und 34 DC in Serie geschaltet und in Serienschaltung mit einer Gleichstromquelle 56 und einem veränderlichen ohmschen Widerstand 57 über die Leiter 58 und 60 verbunden.

In gleicher Weise sind die Wicklungen 32 DC und 36 DC in Serienschaltung mit einer Gleichstromquelle 62 und einem veränderlichen ohmschen Widerstand 63 über die Leiter 64 und 66 verbunden.

Auf diese Weise kann offensichtlich durch Einregeln des veränderlichen ohmschen Widerstandes 57 der durch die Wicklungen 38 DC und 34 DC gehende Gleichstrom so geregelt werden, daß er gleichzeitig die Wechselstromimpedanz der Drosselspulen 38 und 34 ändert. Ist beispielsweise der veränderliche ohmsche Widerstand 57 so eingestellt, daß ein relativ kleiner Gleichstrom durch die AVicklungen 38 DC und 34 DC fließt, so wird die Wechselstromimpedanz der Drosselspulen 38 und 34 relativ groß sein. Ist andererseits der durch die Wicklungen 38 DC und 34 DC fließende Gleichstrom relativ groß, so wird die Wechselstromimpedanz der Drosselspulen 38 und 34 relativ klein sein.

In gleicher Weise kann die Impedanz der Drosselspulen 32 und 36 durch Einstellen des veränderlichen Widerstandes 63 geregelt werden.

Obgleich die Veränderung der Impedanzen der Drosselspulen 32, 34, 36 und 38 als durch Einstellung des Gleichstromflusses bewirkt beschrieben wurde, ist aus dem Dargelegten ersichtlich, daß das gleiche Ergebnis durch mechanische Mittel, z. B. durch Verändern der Längsstellung eines innerhalb jeder Drosselspule liegenden Eisenkernes, erzielt werden kann.

Weiterhin kann die Impedanz der verschiedenen Drosselspulen automatisch in Abhängigkeit von irgendwelchen gewählten äußeren Bedingungen, wie z. B. Speisestrom, Belastungsstrom, Ausgangsspannung od. dgl., verändert werden.

In der vorliegenden Beschreibung der Arbeitsweise der Schaltungsanlage wird die Impedanz der verschiedenen Drosselspulen als relativ groß oder als relativ klein bezeichnet werden ohne weitere Erwähnung, auf welche Weise die Veränderung der Impedanz bewirkt wurde, d. h. ob durch Veränderung des Gleichstromflusses in den Wicklungen 34 DC, 38DC und 32 DC, 36DC, ζ. Β. durch Einstellen der veränderlichen Widerstände 57 und 63, durch mechanische Mittel oder durch automatisches Verändern des Stromes in den Gleichstromwicklungen in Abhängigkeit von äußeren Bedingungen.

Wie bereits kurz erwähnt, besteht die Aufgabe darin, die Spannung V₂ auf der Sekundärseite ungeachtet der Veränderungen innerhalb eines vorherbestimmten Bereiches der angelegten Speisespannung V₁ (an den Klemmen 26 und 28) konstant zu halten.
Die Arbeitsweise der Anlage kann entweder vom Standpunkt der Primärwicklung des Transformators her beschrieben werden, wobei der Transformator eine gewisse Anzahl von wirksamen Amperewindungen besitzt, in Abhängigkeit davon, ob die Amperewindungen

der Korrekturwicklung die Amperewindungen der Wicklungen 16 und 18 entweder verstärken oder abschwächen, und in Abhängigkeit von dem Ausmaß der hierbei verursachten Änderungen des Induktionsflusses, oder sie kann beschrieben werden, indem von der Spannung »e« an den Punkten 46, 42 der Brückenschaltung ausgegangen wird, welche Spannung der angelegten Speisespannung in Serienschaltung aufgedrückt oder zugeführt wird, wobei eine Addition oder Subtraktion erfolgt, die von der Beziehung zwischen den Impedanzen der Drosselspulen in der Brückenschaltung abhängt.

Wegen der Schwierigkeit der Berechnung der verschiedenen Spannungen und Ströme beim »wirksamen-Amperewindungen«-Verfahren wird das andere Verfahren für geeigneter gehalten und daher angewendet.

In der folgenden Darstellung werden die Transformatoren als ideal angesehen, d. h., sie sollen als praktisch verlustlos angesehen werden.

Unter Hinweis auf die Fig. 1 und 2 besteht die Aufgabe darin, die Belastungsspannung V₂ an der Sekundärwicklung 14 ungeachtet der Veränderungen der Spannung V₁ an den Zuführungen 26 und 28 konstant zu halten. Dies erfordert, daß der Induktionsfluß im Kern des Transformators 12 konstant gehalten wird, wobei wiederum die Induktion einer konstanten Spannung E in den Primärwicklungen 16 und 18 des Transformators und die Induktion einer weiteren konstanten Spannung in der Korrektunvicklung 20 erforderlich wird. Auf diese Weise löst sich die Forderung von selbst dahingehend auf, die den Primärwicklungen 16 und 18 aufgedrückte Spannung konstant und der induzierten Spannung E gleich und entgegengesetzt gerichtet zu halten, ungeachtet der Veränderungen der Speisespannung V₁ an den Zuführungen 26 und 28.

Unter Hinweis auf die Fig. 2 sei nun angenommen, daß die Speisespannung V₁ normal ist. Es ist deshalb, wenn die Belastungsspannung V₂ normal sein soll, notwendig, daß die Speisespannung V₁ gleich der induzierten Spannung E ist.

Wird angenommen, daß die in der Korrekturwicklung 20 induzierte Spannung eine solche Richtung besitzt, daß das rechtsseitige Ende ein höheres Potential besitzt als das linksseitige Ende, dann wird der Leiter 52 au der Ecke 40 der Brückenschaltung 30 ein höheres Potential besitzen als der Leiter 54 an der Ecke 44 der Brückenschaltung. Sind jedoch die Impedanzen aller Drosselspulen 32, 34, 36 und 38 gleich (wie schematisch in der Fig.2 dargestellt), so wird der Spannungsabfall an den Drosseln 32 und 38 gleich sein und, wenn sie dieselbe Phasenlage haben, werden die Ecken 46 und 42 das gleiche Potential besitzen, und die Anpassungsspannung »e« (über die Ecken 42 und 46) wird Null werden. Die Spannung £ gleicht der Spannung V₁ plus oder minus der Spannung »e«, und insoweit die Spannung »e« Null ist, gleicht die Spannung E der Spannung V_v Wie oben erwähnt, ist die Spannung »e« gleich Null, wenn die Spannungsabfälle an den Drosselspulen 32 und 38 gleich und in Phase sind. Diese Bedingung tritt auf, wenn der durch die Wicklungen 16 und 18 fließende Strom klein ist im Vergleich zu den durch die Drosselspulen fließenden Ströme. Die Bedingungen werden beträchtlich komplizierter, wenn dies nicht zutrifft, wie es der Fall ist, wenn der Transformator einen nennenswerten Belastungsstrom führt. Dieser Fall wird später eingehender behandelt werden.

Unter Hinweis auf die Fig. 3 sei als nächstes angenommen, daß die SpannungF₁ 110% der normalen

Spannung betrage, und es wird deshalb, damit die Spannung E normal werde, notwendig, eine Anpassungsspannung »e« mit der Speisespannung V₁ in Serie zu schalten, die ihr entgegenwirkt oder sie reduziert, oder, um es genauer darzustellen, die Anpassungsspannung »e« muß eine solche Größe und Phasenbeziehung zur Spannung V₁ besitzen, daß die resultierende Spannung E den normalen Wert hat, d. h. 10 % weniger als die Speisespannung V₁. Mit ίο anderen Worten, die Anpassungsspannung »e« muß die Speisespannung um einen Betrag reduzieren, der gleich 10 % der normalen Spannung V₁ ist.

Wie früher erwähnt, besitzt die in der Korrekturwicklung 20 induzierte Spannung eine solche Richtung, 1-5 daß an der Ecke 40 der Brücke ein höheres Potential als an der Ecke 44 erzeugt wird. Deshalb wird, wenn die Impedanz der Drosselspulen 32 und 36 beträchtlich kleiner ist als die Impedanz der Drosseln 34 und 38 (Fig. 3), die Ecke 42 ein höheres Potential besitzen als so die Ecke 46. So wird unter diesen Bedingungen die Anpassungsspannung »e« über die Ecken 42 und 46 der Speisespannung V₁ entgegengesetzt gerichtet sein, und die Spannung E wird gleich der Spannung V₁ minus der Spannung »e« sein. In der Folge wird, wenn die Spannung V₁ 110^fl/o der normalen Spannung beträgt und wenn die Spannung »e« 10% der normalen Spannung V₁ beträgt, die Spannung E den Normalwert haben, und als weitere Folge wird die Belastungsspannung V₂ an der Sekundärwicklung 14 gleichfalls normal sein. Es sei darauf hingewiesen, daß, wenn die Impedanzen der Drosseln 32 und 36 beträchtlich kleiner sind als die Impedanzen der Drosseln 34 und 38, die Spannung »e« über die Ecken 42 und 46 der Brücke im wesentlichen gleich der Spannung an den Zuführungen 52 und 54 der Wicklung 20 ist.

Es sei nun auf die Fig. 4 verwiesen. Beträgt die Spannung V₁ 90 % der normalen Spannung, so muß die Anpassungsspannung »e« gleich 10 % der normalen Spannung V₁ betragen und eine solche Richtung besitzen, daß sie vielmehr verstärkend als schwächend wirkt, wie früher beschrieben wurde. So wird, wenn die Impedanzen der Drosseln 32 und 36 größer sind als die Impedanzen der Drosseln 38 und 34, die Ecke 46 der Brücke ein höheres Potential besitzen als die Ecke 42, und die Spannung »e« über die Ecken 42 und 46 wird sich der angelegten Spannung V₁ hinzuaddieren. Auf diese Weise wird die Spannung E gleich der Spannung V₁ (90% des Normal wertes) plus der Spannung »e« (10% der normalen Spannung V₁ sein, und die Spannung E wird den Normalwert besitzen.
Bis hierher wurde angenommen, daß die Spannungsabfälle an den Brückendrosselspulen die gleiche Phasenlage besitzen. DieseAnnahme wurde gemacht zur Vereinfachung der theoretischen Untersuchungen der Spannungen, die sich ergeben, wenn der in der Primärseite des Transformators fließende Strom klein ist im Vergleich zu dem in den Drosseln fließenden Strom. In Wirklichkeit bestehen jedoch diese gleichphasigen Spannungsbedingungen nur selten. Wird der Transformator belastet, sind die Spannungen an den verschiedenen Drosselspulen nicht länger phasengleich, und die Spannungsbeziehungen werden komplexer. Besitzen z. B. die vier Drosseln gleiche Impedanzen (Fig. 2) und befindet sich der über die Ecken 42 und 46 fließende Belastungsstrom in Phase mit der Spannung an den Zuführungen 52 und 54, so tritt eine Spannung »e« an den Ecken 46 und 42 der Brücke auf, die annähernd rechtwinklig zur Spannung an den Zuführungen 54 und 52 der Wicklung 20 steht oder annähernd rechtwinklig zur Spannung E an den Wiek-

lungen 16 und 18. In diesem Falle ist die Spannung E gleich der Spannung V₁ trotz der Tatsache, daß eine Spannung »£?« an den Ecken 46 und 42 der Brücke auftritt.

Haben die Scheinwiderstände eine solche Größe, daß das Verhältnis des Scheinwiderstandes der Drosselspule 34 zu dem der Drosselspule 32 und das Verhältnis des Scheinwiderstandes der Drosselspule38 zu dem der Drosselspule 36 ziemlich klein ist, dann erreicht die Spannung »e« an den Ecken 46 und 42 der Brücke nahezu eine Phasenübereinstimmung in bezug auf die Spannung an den Zuführungen 54 und 52 der Korrekturwicklung 20 und in bezug auf die Spannung E an den Wicklungen 16 und 18.

Andere und komplexere Beziehungen treten auf, wenn der Strom in den Zuführungen 28 und 26 einen gewissen Wert im Vergleich zu dem in den Leitern 54 und 52 fließenden Strom erreicht.

Dies kann leicht ersehen werden aus der Fig. 11, die ein Vektordiagramm der an den verschiedenen Elementen der in der Fig. 2 dargestellten Brückenschaltung auftretenden Spannung darstellt. Die Fig. 11 zeigt ferner den Verlauf der Ströme in der Schaltung, wenn der Strom in den Zuführungen 28 und 26 und in den Wicklungen 16 und 18 die gleiche Phasenlage besitzt wie die Spannung E an den Wicklungen 16 und 18.

Die Bedeutung der verschiedenen Vektoren in der Fig. 11 ist die folgende:

Vektor 0-2 Spannung an der Korrekturwicklung 20,
0-3 Spannung an der Drossel 34,
2-3' Spannung an der Drossel 38,

2- 3 Spannung an der Drossel 32, 0-3' Spannung an der Drossel 36,

3- 3' Anpassungsspannung »e« an den Ecken 46 und

42 der Brücke,
0-a Strom in den Leitern 28, 48 und 26 und in den

Wicklungen 16 und 18, 0-b Strom in der Drossel 34,
0-c Strom in der Drossel 32.

Es kann mathematisch bewiesen werden, daß der Punkt 3 ebenso wie der Punkt 3' auf einer Parabel herumwandert, vorausgesetzt, daß die Summe der Scheinwiderstände 32 und 34 und die Summe der Scheinwiderstände 38 und 36 konstant bleiben, während das Verhältnis der Scheinwiderstände 32 zu 34 und 36 zu 38 verändert wird.

Die Parabel wird flacher in dem Maße, wie der Strom in den Leitern 28 und 26 und in den Wicklungen 16 und 18 kleiner wird im Vergleich mit dem in den Leitern 54 und 52 der Wicklung 20 fließenden Strom. Ist der Strom in den Leitern 28 und 26 sehr klein im Vergleich mit dem Strom in den Leitern 52 und 54, so wird die Parabel zu einer geraden Linie, die mit der Linie 0-2 (Fig. 11) zusammenfällt.

Wenn dieser Fall eintritt, so stellt das Diagramm die Bedingungen dar, die der Ausgangspunkt der Darstellung waren, d. h. wenn die Größe des Belastungsstromes vernachlässigbar klein ist im Vergleich mit dem in den Drosselspulen fließenden Strömen. Es ist offenbar, daß Vektordiagramme der beschriebenen Art für jede gewünschte Belastung aufgestellt werden können.

Aus Fig. 11 ist noch zu ersehen, daß die Anpassungsspannung »e« an den Ecken 46 und 42 der Brücke (durch den Vektor 3-3' dargestellt) sich in Größe und Phasenwinkel in bezug auf die Spannung an den Ecken 40 und 44 der Brücke (Vektor 0-2) und

an den Zuführungen 54 und 52 der Korrekturwicklung 20 ändert, wenn das Verhältnis der Scheinwiderstände verändert wird.

Wie bereits erwähnt, stellt die Fig. 12 den Zustand dar, wo die Speisespannung V₁ kleiner ist als die Spannung E an den Klemmen der Primärwicklungen 16, 18 des Transformators und die Anpassungsspannung »e« mit der Spannung E den Phasenwinkel a bildet.

Die Fig. 13 zeigt den Zustand, wo die Speisespannung V₁ größer ist als die Spannung E an den Primärwicklungen des Transformators und die Spannung »e« mit der Spannung E einen Phasenwinkel a_t bildet, die ihrerseits gleichphasig mit der Spannung an der Ko-rrekturwicklung 20 ist.

In dem Grenzfall, wobei die Scheinwiderstände 32 und 36 sehr klein oder Null werden, muß die Speisespannung V₁ groß genug sein, um eine Spannung gleich der Primärspannung E plus der Spannung »e« an der Korrekturwicklung zu erzeugen, eine Bedingung, die durch die Linie 0-1-2 der Fig. 12 dargestellt wird. In dem anderen Grenzfall, wobei die Scheinwiderstände 34 und 38 sehr klein oder Null werden, wird die resultierende Spannung durch 0-3 dargestellt.

In der bisherigen Darstellung war angenommen worden, daß der Endpunkt des die Anpassungsspannung »e« darstellenden Vektors auf einer Parabel herumwandert. Wie im vorhergehenden hervorgehoben, tritt dieser Fall ein, wenn die Summe der Scheinwiderstände der Drosselspulen 32 und 34 konstant ist, und die Summe der Scheinwiderstände der Drosselspulen 36 und 38 ebenfalls konstant ist, während das Verhältnis der Scheinwiderstände der Drosselspulen 32 zu 34 und das Verhältnis der Scheinwiderstände der Drosselspulen 36 zu 38 verändert wird.

Auf diese Weise wird offenbar durch Verändern der Impedanzen der Drosselspulen 32, 34, 36 und 38 (entweder manuell oder automatisch, wie bereits beschrieben) die Anpassungsspannung »e« an den Ecken 42 und 46 der Brücke in ihrer Größe und Phasenlage in bezug auf die Spannungii an der Primärwicklung 16 und 18 des Transformators variiert in dem Maße, daß sie entweder die Speisespannung V₁ erhöht oder ihr entgegenwirkt und dabei die Spannung V₂ auf der Sekundärseite konstant erhält.

In gleicher Weise kann man die Spannung E an den Primärwicklungen 16 und 18 jede gewünschte Kurve beschreiben lassen.

Weiterhin vollzieht sich diese »Korrektur« der angelegten Spannung V₁ durch Verändern der Spannung »e« stetig und praktisch gleichzeitig mit der Erfordernis hierfür.

Die Fig. 5 ist den Fig. 1 und 2 ähnlich und ist mit aufgenommen worden, um eine andere Darstellungsweise der Grundschaltung zu zeigen.

In der früher beschriebenen Schaltung (Fig. 1 und 2 bis 5) wurde die an die Ecken 40 und 44 der Brückenschaltung angelegte Spannung, d. h. die Brücken-Speisespannung, einer Korrekturwicklung 20 entnommen, die auf demselben Kern der Primärwicklungen 16 und 18 und der Sekundärwicklung 14 aufgebracht ist. Ferner wurde die Anpassungsspannung »e« an den anderen Ecken 42 und 46 einer LeistungsSpeiseleitung aufgedrückt oder zugeführt.

Im wesentlichen die gleichen Ergebnisse können erzielt werden durch Aufdrücken der von dem Brückenkreis erzeugten Anpassungsspannung »e« auf die Sekundär- oder Belastungsseite des Transformators, deren Spannung geregelt werden soll (Fig. 8). Weiterhin kann ein besonderer oder Hilfstransformator an

Claims

Stelle der Korrekturwicklung 20 zur Lieferung der Brücken-Speisespannung verwendet werden. Zuerst sei die Entnahme der Brücken-Speisespannung aus einer anderen Quelle wie die Korrekturwicklung 20, die auf demselben Kern mit den Wiek- « lungen 16 und 18 aufgebracht war, betrachtet. In der Fig. 6 ist ein Haupttransformator 112 vorgesehen, der dem Haupttransformator 12 der Fig. 5 gleichwertig ist und der die Primärwicklungen 116 und 118 und eine Sekundärwicklung 114 enthält. Eine Brückenschaltung 130 mit vier Drosselspulen, wie vorher beschrieben, ist über die Ecken 142 und 146 in eine der Primärzuleitungen eingeschaltet. Die anderen Ecken 140 und 144 sind mit einer Wicklung 120 verbunden; doch anstatt daß diese Korrekturwicklung sich zusammen mit den Wicklungen 116, 118 und 114 auf dem gleichen Kern befindet, ist sie tatsächlich die Sekundärwicklung des gesonderten Transformators Tv der an den Ausgangskreis des Transformators 112, d. h. an die Zuführungen 124 und 122, angeschlossen ist. Die Arbeitsweise dieser Schaltung ist sehr ähnlich der früher beschriebenen (Fig. 5) insoweit, als die Impedanzen der Drosselspulen verändert werden, um eine Spannung »e« zwischen den Ecken 142 und 146 der Brücke zu erzeugen, und die Spannung »e« wird der Primärspannung aufgedrückt, um die gewünschte Spannung an den Wicklungen 116 und 118 zu erzeugen. Wenn gewünscht, kann die Primärwicklung des besonderen oder Hilfstransformators T1 an die Zuführungsleitungen 126 und 128, wie in der Fig. 7 dargestellt, angeschlossen werden. Die Arbeitsweise dieser Schaltung steht in enger Beziehung zu der in der Fig. 5 dargestellten Schaltung. Die vorliegende Erfindung umfaßt ferner die Schaltung, in der die Anpassungsspannung »e« der Ausgangsspannung des Transformators aufgedrückt wird, dessen Spannung eingestellt bzw. geregelt werden soll, wie in den Fig. 8, 9 und 10 dargestellt. In der Fig. 8 ist ein Transformator 212 mit den Primärwicklungen 216 und 218 und einer Sekundärwicklung 214 vorgesehen. Eine Brücken-Regelschaltung 230 besitzt eine Verbindung über ihre Ecken 242 und 246 zur Ausgangsleitung 224 (im Gegensatz zu ihrer Einschaltung in eine Primärleitung, wie früher beschrieben), wobei die Korrekturwicklung 220 an die anderen Ecken 240 und 244 in der vorher beschriebenen Weise angeschlossen ist. Auf diese Weise wird die an den Ecken 242 und 246 auftretende Anpassungsspannung »e« der Ausgangsspannung entweder additiv oder subtraktiv aufgedrückt in Abhängigkeit davon, ob die Primärspannung unterhalb oder oberhalb der Normalspannung liegt. Ist z. B. die Primärspannung V1 unterhalb der Normalspannung, so wird die Anpassungsspannung »e« durch Verändern der Impedanzen der Drosselspulen (wie früher beschrieben) so eingeregelt, daß sie die Sekundärspannung V2 unterstützt oder vergrößert und sie dabei auf ihrem normalen oder gewünschten Wert erhält. Liegt andererseits die Primärspannung V1 oberhalb der Normalspannung, dann wird die Spannung »e« eine solche Richtung einnehmen, daß sie der Sekundärspannung V2 entgegenwirkt und sie auf ihren Normahvert herabdrückt. In jenem Zeitpunkt, da V1 den Normalwert erreicht hat, werden dann die Impedanzen der Drosselspulen wieder so eingeregelt, daß die Spannung »e« gleich Null wird oder eine solche Phasenlage in bezug auf die Spannungen V1 und V2 hat, daß diese beiden Spannungen im wesentlichen gleich sind. Die Schaltungsausfuhrung gemäß Fig. 9 verbindet sowohl die gesonderte Kraftquelle für den Brückenkreis als auch das Aufdrücken der Korrekturspannung »e« an der Sekundärseite der Schaltungsanordnung. Kurz gesagt ist sie den beiden Schaltungen der Fig. 7 und 8 etwas ähnlich. So werden die Ecken 342 und 346 des Brückenkreises in eine Ausgangs- oder Belastungsleitung geschaltet, und die anderen Ecken 340 und 344 werden mit einer Wicklung 320 verbunden, die die Sekundärwicklung eines gesonderten Transformators T12 darstellt, der an die Sekundärleitungen vor der Brückenschaltung angeschlossen ist. Es ist leicht einzusehen, daß der Transformator T12, wie in der Fig. 10 dargestellt, an die Belastungsseite des Brückenkreises, wenn gewünscht, angeschlossen werden kann. Die bisher betrachteten Darstellungen bezogen sich auf eine Wheatstone-Brückenschaltung mit vier getrennten sättigungsfähigen Kerndrosselspulen, Man kann eine etwas überlegenere Arbeitsweise erhalten, wenn die einander gegenüberliegenden Drosselspulen, die einen Satz bilden, zu einer einzigen »Zwillingsdrossel «-Einheit vereinigt werden, die aus einem einzelnen dreischenkligen Eisenkern mit zwei Arbeitswicklungen und einer Gleichstromwicklung besteht. Der Eisenkern jeder Zwillingsdrosselspule besitzt drei Schenkel, von denen jeder der beiden äußeren Schenkel eine Arbeits wicklung und der innere Schenkel eine einzige Gleichstromwicklung trägt, die die beiden Gleichstromwicklungen der beiden selbständigen Drosselspulen ersetzt. Zusätzlich zu der etwas besseren Arbeitsweise bieten die Zwillingsdrosselspulen noch den weiteren Vorteil, daß sie weniger Eisen und Kupfer benötigen und weniger Raum als zwei gesonderte Drosselspulen beanspruchen. Ferner haben die Zwillingsdrosselspulen die Neigung, eine gleichmäßige Stromverteilung in den beiden Arbeitswicklungen zu bewirken. Auf diese Weise ist offensichtlich eine neuartige Schaltungsanordnung geschaffen worden, bei der die Ausgangsspannung eines Transformators konstant oder auf irgendeinem gewünschten Wert gehalten werden kann, ungeachtet der Veränderungen der Spannung in der Speiseleitung. Ferner wird die Regelung fast augenblicklich im Bedarfsfalle durchgeführt, und die Anpassung wird stetig und ohne Unterbrechung des normalen Flusses weder des Speisestromes noch des Belastungsstroimes bewirkt. Zusätzlich ist die Schaltungsanlage im Aufbau relativ einfach und besitzt keine mechanischen Schalter oder bewegliche Teile, die der Abnutzung unterliegen oder deren Spiel verlorengeht. Es sei darauf hingewiesen, daß die vorhergehende Beschreibung und die Zeichnungen nur der Darstellung und dem Beispiel dienen und daß Veränderungen und Abwandlungen in der vorliegenden Offenbarung, die einem Techniker geläufig sind, als innerhalb des Bereiches der vorliegenden Erfindung liegend angesehen werden. Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zum Steuern oder Regeln einer Wechselspannung zwischen Spannungsquelle und Verbraucher, bestehend aus wenigstens einem Transformator und einem Steuerglied, dadurch gekennzeichnet, daß als Steuerglied eine Wheatstone-Brückenschaltung mit zumindest vier Drosselspulen vorgesehen ist, der

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