Einrichtung zur selbsttätigen Spannungsregelung von elektrischen Wechselstromkreisen. Die Erfindung bezieht sich auf eine Ein richtung zur . selbsttätigen Spannungsrege lung von elektrischen Wechselstromkreisen, bei denen ein regelbarer Transformator durch einen Motor gesteuert wird, der zugleich zum Antrieb des Regelwerkes wie auch als span nungsempfindliches Organ dient: Besondere spannungsempfindliche Relais zur Steuerung des Motors fallen daher fort.
Bei den bekannten Einrichtungen dieser Art wird ein Induktionsmotor mit zwei Trieb wicklungen verwendet, bei dem die eine Triebwicklung über einen im wesentlichen aus einer gesättigten Drosselspule und einem auf sie abgestimmten Kondensator in Pa rallelschaltung bestehenden Sperrkreis an das zu regelnde Netz geschaltet wird.
Bei der Sollspannung heben sich der induktive Stromanteil der Drossel und der kapazitive Stromanteil des Kondensators in dem Sperr kreis auf, so dass kein Strom fliesst und die Regelapparatur in Ruhe bleibt.
Bei einer Spannungserniedrigung oder -erhöhung da gegen, also bei einer Abweichung vom Soll wert der Spannung wird durch den Sperr kreis ein voreilender oder nacheilender Strom in der einen Triebwicklung des Motors her vorgerufen, so dass sich dieser in der einen oder andern Richtung in Bewegung setzt und die abweichende Netzspannung wieder auf den Sollwert einregelt. Dabei werden bei den bekannten Einrichtungen vorzugs weise solche Motore verwendet,
wie sie bei Elektrizitätszählern üblich sind und daher nur für ganz kleine Regelleistungen verwen det werden können.
Die Erfindung stellt eine Verbesserung der bekannten Einrichtung dar und bezweckt, eine selbsttätige relaisfreie Regeleinrichtung zu schaffen, die imstande. ist, auch grössere Leistungen zu bewältigen, die ferner keine kostspielige Wartung benötigt und auch nur verhältnismässig geringe Anschaffungskosten erfordert.
Eine solche Einrichtung ist sehr geeignet zur Regelung der Spannung in Netzausläuferleitungen. Denn bekanntlich sind diese Ausläuferleitungen, die zu irgend welchen fernliegenden Verbrauchern führen, grösstenteils schon an sich unwirtschaftlich, so dass die Vermehrung der Anlagekosten durch eine mit Bedienungspersonal besetzte Unterstation zur Spannungsregelung nicht in Betracht kommt.
Anderseits macht sich aber gerade in ihnen ein starker Spannungs abfall bemerkbar, so dass beim Zu- und Ab schalten der angeschlossenen Verbraucher grosse Spannungsschwankungen in den Aus läuferleitungen auftreten können.
Nach der Erfindung wird nun als span nungsempfindlicher Regelwerksmotor ein Asynchronmotor mit einem Kurzschlussläufer und zwei Triebwicklungen verwendet und dieser mitsamt dem den Sperrkreis für die eine Triebwicklung darstellenden Wider standsgebilde in dem mit<B>01</B> gefüllten Be hälter des Regeltransformators untergebracht. Der Kurzschlussläufermotor kann das für die Bewältigung grösserer Regelleistungen er forderliche grosse Anzugs- und Drehmoment entwickeln.
Da er keinen Kollektor aufweist, kann er ohne die Gefahr einer Funkenbil dung im<B>01</B> des Transformators versenkt an geordnet werden. Eine besondere Wartung des Motors ist dann nicht erforderlich.
Der Asynchronmotor neigt bekanntlich bei unsymmetrischem Drehfeld zu einphasi gem Lauf, so dass er sich nach erfolgtem Anlauf von der durch den Sperrkreis ge regelten Triebwicklung unabhängig macht und einphasig weiterläuft. Ausserdem kann beim Lauf des Motors die gegenelektro- motorische Kraft derartige Werte annehmen, dass eine völlige Veränderung der Regel charakteristik möglich ist.
Diese Nachteile können dadurch vermieden werden, dass in dem Sperrkreis für die eine Triebwicklung ausser der eisengesättigten Drossel und dem auf sie abgestimmten Kondensator noch wei tere Kondensatoren und auch Ohmsche Wi derstände vorgesehen werden.
Alle Widerstandselemente des Sperr kreises können sehr hoch beansprucht und da- her räumlich klein bemessen werden, weil sie ebenso wie der Regelwerksmotor im Öl des Transformators angeordnet sind. Es er gibt sich somit eine betriebssichere Regel einrichtung von geringem Raumbedarf, die in einem wetterfesten Gehäuse untergebracht, z. B. als Masttransformatorstation, sich selbst überlassen bleiben kann.
Unter Umständen kann es zweckmässig sein, den Asynchronmotor im Gegensatz zu den bekannten Regelcharakteristiken etwa nach Fig. 1 der Zeichnung mit einer Regel charakteristik zu betreiben, die eine so genannte Springresonanz aufweist und in Fig. 2 wiedergegeben ist. Eine derartige Charakteristik, deren Wesen noch weiter unten näher erläutert wird, ist durchaus sta bil und schliesst den Regelvorgang, da der Strom für die eine Triebwicklung im Punkte E" der Fig. 2 gleich Null ist und einen aus geprägten\. Tiefpunkt der Regelkurve dar stellt, bei erreichter Sollspannung sicher ab.
Die Ausbildung des Sperrl-Ireises lässt sich dabei in der aus Fig. 3 ersichtlichen Weise durchführen.
Bei dieser ist an die zu regelnde Leitung 1 in Parallelschaltung eine Eisendrossel 2 mit mittlerer Sättigung und ein Kondensator 3 angeschlossen, die über einen Widerstand 4 miteinander verbunden sind. Am Verzwei gungspunkte 5 ist ein vorzugsweise regel barer Ohmscher Widerstand 6 und am Ver zweigungspunkte 7 ein Kondensator 8 ange schlossen, die durch die Leitung 9 zueinander parallel liegen. An den Verzweigungspunk ten 10 und 11 sind der vorzugsweise regel bare Ohmsche Widerstand 12 und die eine Triebwicklung 13 des Asynchronmotors an geschlossen. Die andern Enden dieser beiden in Parallelschaltung liegenden Organe sind über die Leitung 14 geerdet. oder an eine zweite Netzphase gelegt.
Zwischen der Lei tung 1 und der Erde oder der zweiten Phase liegt auch die zweite Triebwicklung 15 des Asynchronmotors, die mit einem Ohmschen Widerstand 16 in Reihe geschaltet ist. Der Kurzschlussläufer 17 ist über die Welle 18 mit der nicht dargestellten Regelkontakt- vorrichtung des zugehörigen Stufentransfor mators verbunden.
Die Eisendrossel 2 arbeitet mit einer mittleren Induktion. Die Kapazität 8 ist gross gegenüber der Kapazität 3, deren Scheinwiderstand angenähert gleich dem Scheinwiderstand der Drossel 2 bei der Nenn spannung ist. Die Widerstände 6 und 12 liegen in der Grössenordnung des Schein widerstandes des Kondensators 8 bezw. der Wicklung 13. Der Widerstand 4 ist klein gegenüber dem Scheinwiderstand von 2 und B.
Die Regelcharakteristik mit Springreso nanz lässt sich durch eine entsprechende Di mensionierung der Widerstände 4, 6 und 12 erzielen. Der Regelvorgang ist hierbei fol gender: Sinkt zum Beispiel in Fig. 2 die Netz spannung E unter dem Wert von Eo, so springt der Strom in dem Sperrkreis sogleich auf einen hohen Wert im Gebiete der Vor- eilung, und zwar entspricht er ungefähr der Grösse der Geraden 4-3. Der Regelmotor setzt sich rasch in Bewegung und regelt. die Spannung wieder hinauf, und zwar über die Sollspannung hinweg bis zum Punkte 1.
Nunmehr springt der Strom in dem Sperr kreis aus dem Gebiete der Voreilung vom Punkt 1 in das Gebiet der Nacheilung auf den Punkt 2 hinüber. Es tritt ein Phasen- Wechsel auf. Der Regelmotor kehrt seine Drehrichtung um und regelt die etwas zu hohe Netzspannung wieder auf den Punkt E" herunter.
Dieser Punkt liegt, wie aus Fig. 2 erkennbar ist, auf der Ordinatenachse des Systems, so dass beim Erreichen des Punktes E, der Regelcharakteristik der Strom im Sperrkreis und damit in der einen Trieb wicklung des Regelwerksmotors verschwin det, so dass der Regelmotor zuverlässig zur Ruhe kommt und der Regelvorgang beendet ist.
Die Widerstände 4, 6 und _12 bedingen die Empfindlichkeit und die Einbuchtung der- Kennlinie. Selbstverständlich kann man die Verhältnisse auch so wählen, dass sich die Einbuchttmg mehr einer horizontalen Abflachung annähert. Der Widerstand 12 hat ausserdem noch eine zweite Aufgabe zu erfüllen. Der Asyn- chronmotor wird beim Erfindungsgegenstand mit einer Hilfsphasenwickluug 15 betrieben, in welcher infolge des in dem Stromkreis vorgesehenen hohen Widerstandes 16 ein Strom fliesst, der zu dem Strom in der andern Wicklung 13 angenähert um 90 phasenver schoben ist.
Der Strom in der Hilfsphase 15, der nur wenig durch die gegenelektro- motorische Kraft des Motors beeinflusst wird, veranlasst den Motor zur Selbsterregung und zum einphasigen Lauf nach erfolgtem An lauf. Für den Regelvorgang ist dieser an sich bekannte Vorgang zunächst nicht nachteilig. Er ist aber unerwünscht in dem Augenblick, wenn der Strom in der Hauptwicklung 13 beim Erreichen der Sollspannung verschwin det bezw. sein Vorzeichen umkehrt.
Der Wi derstand 12 dient nun dazu, bei entspre chender Bemessung, die Selbsterregung des Asynchronmotors derart zu begrenzen, dass eine Störung des Regelvorganges durch Über laufen bei der Sollspannung nicht auftritt.
Selbstverständlich kann die vorstehend angegebene Schaltung in einzelnen Teilen ab geändert werden. So kann beispielsweise für Sonderzwecke ein ständiges Hin- und Her regeln innerhalb einer bestimmten Spannungs toleranz erwünscht sein. Hierzu ist dann nur erforderlich, durch eine entsprechende Bemessung der Widerstände den tiefsten Punkt der sattelförmigen Einbuchtung der Regelcharakteristik von der Ordinatenachse weg in das Gebiet des vor- oder nacheilen den Stromes zu verschieben.