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Einrichtung zum Konstanthalten der Speisespannung elektrischer Verbraucher
In der Technik besteht häufig die Notwendigkeit, einen Verbraucher unabhängig von
den jeweiligen Belastungsverhältnissen des Netzes mit einer konstanten Speisespannung
zu versorgen. Dieses Problem tritt nicht nur im reinen Laborbetrieb auf, wo an die
Genauigkeit irgendwelcher Messungen erhöhte Anforderungen gestellt werden, sondern
auch im praktischen Betrieb, beispielsweise bei Hochfreduenzsendeanlagen, automatischen
Steuerungen u. dgl.
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Zum Ausgleich von Spannungsschwankungen infolge von Belastungsänderungen
ist es bekannt, in den zum Verbraucher führenden Stromkreis Widerstände einzuschalten,
die nach Maßgabe der jeweiligen Speisespannung zu- oder abgeschaltet werden. so
daß dem Verbraucher eine praktisch konstante Spannung zugeführt wird. Voraussetzung
hierbei ist natürlich, daß die Klemmenspannung des Generators, der Batterie oder
des Gleichrichters, aus .dem der Verbraucher versorgt wird, höher liegt als die
endgültige Speisespannung. Praktisch geht man hierbei etwa in der Weise vor, daß
an die Verbraucherleitung beispielsweise ein Kontaktvoltmeter mit zwei Steuerkontakten
angeschlossen wird, das mit dem einen Kontakt bei einer bestimmten überspannung
-den Stromkreis für ein Hilfsrelais schließt, welches seinerseits einen Widerstand
in den Verbraucherstromkreis einschaltet, das mit dem zweiten Kontakt bei Erreichen
eines bestimmten Mindestwertes ebenfalls über ein Hilfsrelais einen weiteren Widerstand
im '\'erbraucherstromlcreis kurzschließt und das in der (Mittelstellung beide Widerstände
unheeinflußt läßt. Die Speisespannung wird also -zwischen zwei Grenzwerten geregelt,
einem
Höchstwert und einem Tiefstwert, deren Grenzen den jeweiligenAnforderungenentsprechend
zu wählen sind, zwischen denen ein Mittelwert liegt, der dem normalen Betriebszustand
entspricht.
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Nachteilig hierbei ist die Unstabilität der Regelung, die sich in
einem Flattern der 'Kontakte bemerkbar macht. Dies ist erklärlich, wenn man berücksichtigt,
daß bereits 'bei der ersten Berührung des Steuerkontaktes die Regelwirkung einsetzt,
bei deren Einsetzen aber sofort die ursprünglichen Verhältnisse eintreten, d. h.
eine erneute Berührung, die sofort wieder rückgängig gemacht wird. Um zu stabilen
Verhältnissen zu kommen, ist es erforderlich, eine Rückführung vorzusehen, wie dies
in der Regeltechnik an sich bekannt isst. Im vorliegenden Fall läßt sich eine Stabilisierung
in einfacher Weise dadurch erreichen"daß als Steuerorgan für das Zu-bzw. Abschalten
der Widerstände ein beispielsweise als Kreuzspul- oder Drehfeldsystem ausgebildetes
Relais mit zwei Steuerstellungen benutzt wird. Die eine Spule .dieses Relais ist,
gegebenenfalls über Gleichrichter, an die Verbraucherleitung angeschlossen, während
die zweite Spule in einen Hilfsstromkreis derart eingeschaltet :ist, daß diese Spule
lediglich in den eigentlichen Steuerstellungen wirksam ist, und zwar in der Weise,
daß der jeweiligen Stellung entsprechend, bei Überspannungen, Einschalten eines
Widerstandes, die Funktion der ersten Spule unterstützt und umgekehrt bei Unterspannungen,
Kurzschließen eines Widerstandes, herabgemindert wird.
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Zweckmäßigerweise wird auch hier das Zu- und Abschalten der Widerstände
durch Hilfsrelais vorgenommen. Diese können in diesem Fall in dem gleichen Hilfsstromkreis
liegen, wie die zweite Spule des Steuerrelais.
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Die erzielte Regelwirkung ist hierbei folgernde: Beim Auftreten, beispielsweise
einer Überspannung erfolgt zunächst allein mit Hilfe oder ersten Spule die Kontaktberührung.
Ist diese, wenn vielleicht auch nur kurzzeitig,-eingetreten, so wird gleichzeitig
damit die zweite Spule erregt, die die erste Spule in ihrer Funktion unterstützt.
Dies wiederum hat zur Folge, daß die Kontaktberührung in einem Sinne verstärkt wird,
der einer erhöhten Überspannung entsprechen würde, so daß das Steuerorgän also einen
sicheren Kontakt gibt, beidem ein Flattern vermieden wird und der erst beim Unterschreiten
einer bestimmten Spannung gelöst wird. Beim Unterschreiten tritt sinngemäß die gleiche
Wirkung auf, wobei die Funktion der ersten Spule durch die zweite Spule herabgemindert
wird. Notwendigerweise ist hierbei eine Umkehrung der Stromrichtung erforderlich,,
die durch Einschalten von Gleichrichtern ohne weiteres zu erreichen ist.
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Ein Ausführurngsbeispielder Erfindung wird im nachstehenden an Hand
der Abbildung näher erläutert.
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Bei dem in der Zeichnung dargestellten Beispiel handelt es sich um
einen Dreiphasengleichrichter Gh, der auf ein Gleichstromnetz mit der Batterie B,
angedeutet durch die Bezeichnungen ±, arbeitet. Der Gleichrichter Gll-erhält seine
Spannung über einen Transformator Trl, der an die Klemmen R-S-T d es Drehstromnetzes
mittels des Schalters S mit den Sicherungen Si angeschlossen ist. Hinter dem Gleichrichter
in dem Stromkreis zum Verbraucher liegt eine Drossel Dr als Glättungsdrossel, sowie
Widerstände W1, W2, die zur Regelung der Spannung ein- und ausgeschaltet werden.
Zu diesem Zweck ist der Widerstand, W1 durch den Ruhekontakt y1 eines Relais R1
überbrückt, während parallel zu dem Widerstand W2 der Arbeitskontakt r2 eines Relais
R2 angeordnet ist. Die Relais liegen mit dem einen Pol an d er Sekundärwicklung
eines Transformators Tr2, ,der primärseitig an die Klemmen R-S angeschlossen ist,
während der zweite Pol jeweils über einen Gleitrichter G12 bzw. Gl. zu
den
Kontakten E bzw. A eines als Drehfel.dsystem ausgebildeten Relais K führt, dessen
Kontaktorgan mit k bezeichnet und nur schematisch angedeutet ist. Das Kontaktorgan
k ist seinerseits über einen Widerstand W3 an das andere Ende der Sekundärwicklung
des, Transformators Tr2 angeschlossen.
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Das Drehfeldsystem K enthält eine Feldspule F, die an die Verbraucherleitung
mit der Batterie B angeschlossen ist, und eine erste Spule Spl, -die dieser parallel
geschaltet ist. Die zweite Spule Spe ,des Drehfeldsystems ist einpolig mit dem Kontaktorgan
k und somit gleichfalls über den Widerstand W3 mit der Sekundärwicklung des Transformators
Tr2 verbunden, während das andere Ernie an eine A.nzapfung des Widerstandes W3 führt,
so daß ein Spannungsabfall an W3 die Spule Spe zu erregen vermag. Die Spule F als
Feldspule ist feststehend, während die Spulen Spl und Spe drehbeweglich angeordnet
und mit Odem Kontaktorgan k mechanisch gekuppelt sind; also gewissermaßen den Rotor
des Systems bilden.
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Im Betrieb ergibt sich folgende Funktion: Bei einem Ansteigen der
Speisespannung an den Klemmen ± wird die Spule Spl in dem Sinne erregt, daß das
Kontaktorgan k des Drehfeldsystems den Kontakt A zu schließen trachtet. Bei der
ersten Berührurng wird die Spule Spe eingeschaltet und der Stromkreis des Relais
R1 geschlossen. Die SpuleSp2 verstärkt die Funktion oder Spule Spl indem Sinne,
daß eine sichere Berührung zwischen dem Kontaktorgan k und dem Kontakt A eintritt.
Gleichzeitig spricht das, Relais R1 an, welches seinerseits den Kontakt r1 öffnet,
so daß nunmehr in den zum Verbraucher führenden Stromkreis der Widerstand W1 eingeschaltet
ist. Sinkt die Spannung unter einen bestimmten Wert, so kommt der Kontakt E zur
Wirkung. Es wird auch hier wiederum bei der ersten Berührung der Stromkreis der
Spule Spe geschlossen, die in diesem Fall infolge des entgegengesetzt zu dem Gleichrichter
G13 geschalteten Gleichrichters G12 die Wirksamkeit der Spule Spl herabmindert,
d. h. also das Drehmoment des Drehfeldsystems K im entgegengesetzten Sinne wie vorher
beeinflußt, so daß auch hier eine sichere Kontaktgabe zwischen dem Kontaktorgan
k und dem Kontakt E eintritt. Mit -dem Schließen des Kontaktes E spricht das Relais
R2 an, welches seinerseits mit Hilfe des Kontaktes r2 den Widerstand W2 kurzschließt
und
damit die Spannung im Verbraucherstromkreis heraufsetzt.
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In den Zwischenstellungen, die dem normalen Betriebszustand entsprechen,
sind die Kontakte E und A ohne Berührung mit dem Kontaktorgan k des Drehfeldsystems,
so daß die Relais R1 und R2, ebenso die Spule Spe, stromlos sind, d. h. also
der Widerstand W1 überbrückt und,der Widerstand W2 eingeschaltet bleibt. Durch Wahl
der Widerstände W1 und W2 sind dieGrenzwerte einzustellen, in denen die Spannung
geregelt werden soll, während durch W3 die Wirksamkeit der Spule Spe einzustellen
ist.
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Wie bereits eingangs erwähnt, ist der Erfindergedanke in seinem Anwendungsbereich
grundsätzlich von der Betriebsart, d. h. ob Gleichstrom- oder Wechselstromnetz,
unabhängig. Im letzteren Fall ist es erforderlich, in den Stromkreis zum Drehfeld:system
einen Gleichrichter einzuschalten. Beim Betrieb des Hilfsstromkreises mit Gleichstrom
können die Gleichrichter an dieser Stelle entfallen und es ist statt deren beispielsweise
ein Polwender vorzusehen.