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Magnetischer Spannungsregler für Transformatoren mit Stufenschaltwerken Transformatoren für Stufenschaltwerke gestatten eine stufenweise Spannungseinstellung unter Last. Der Antrieb des Stufenschaltwerkes erfolgt über schützengesteuerte Dreh- oder Wechselstrommotoren, die von Hand oder selbsttätig über einen Spannungsregler in Abhängigkeit von der Spannungsabweichung von einem Sollwert gesteuert werden.
Als Spannungsregler sind Kontaktregler bekannt, wobei eine Regelabweichung den Regelimpuls entweder nach dem Prinzip des Fallbügelreglers oder mittels Kontaktrelais bildet und den Antrieb des Stufenschaltwerkes einschaltet. Zur Schonung der Reglerkontakte und des Stufenschaltwerkes werden hierbei auch zusätzliche Einrichtungen unter Verwendung von Zeitrelais angewandt, die bewirken, dass eine Schaltung erst dann erfolgt, wenn die Abweichung längere Zeit bestehen bleibt. Hierbei kann die Schaltverzugszeit auch abhängig von der Grösse und Richtung der Regelabweichung gemacht werden.
Zur Lösung dieser Aufgabe besitzen diese Kontaktregler eine Reihe von Relais mit vielen Kontakten, die eine gewisse Störanfälligkeit besitzen und daher gewartet werden müssen. Anderseits muss man, namentlich bei grossen spannungsgeregelten Transformatoren, auf absolute Sicherheit Wert legen.
Die Erfindung hat einen magnetischen Spannungsregler für Transformatoren mit Stufenschalt- werken, bei denen das Stufenschaltwerk durch einen Motorantrieb betätigt wird, zum Gegenstand, welcher Regler sich dadurch auszeichnet, dass die Spannungsabweichung vom Sollwert kontaktlos in zwei als Gegentaktverstärker betriebenen magnetischen Verstärkern gebildet wird.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert.
Fig. 1 zeigt eine Ausführung des magnetischen Spannungsreglers unter Verwendung von Impulsrelais für die Betätigung des Antriebes des Stufenschalt- werkes. In Fig. 2 ist ein magnetischer Verstärker als Sperrverstärker für die Regeleinrichtung bei starkem Spannungsrückgang dargestellt.
Fig. 3 zeigt einen magnetischen Spannungsregler mit einer zusätzlichen, von der Grösse der Regelabweichung abhängigen Zeitverzögerung und Fig.4a bis 4c die Kennlinien der zugehörigen magnetischen Verstärker.
In Fig. 1 stellt 1 das von dem zu regelnden Transformator gespeiste Netz dar. Die Spannungsabweichung z1 U des Spannungs-Istwertes vom Spannungs-Sollwert (= Regelabweichung) wird von zwei in Gegentaktschaltung angeordneten, selbstsättigenden magnetischen Verstärkern 2 und 3, die über den Transformator 4 von der Transformatorspannung 1 gespeist werden, ermittelt.
Je nachdem, ob die Spannung zu hoch oder zu tief ist, öffnet der Verstärker 3 oder 2, wodurch die Impulsrelais 6 oder 5 an Spannung gelegt werden und Tiefer - oder Höher -Impulse auf den Antrieb 7 des Stufenschaltwerkes geben, bis die Transformatorenspannung den Sollwert innerhalb eines bestimmten Unempfind- lichkeitsbereiches erreicht hat, wo dann beide Verstärker 2 und 3 sperren und damit das betreffende Impulsrelais 5 oder 6 abfällt.
Die Regelabweichung wird in den beiden Verstärkern 2 und 3 magnetisch gebildet. Zu diesem Zweck wird den Steuerwicklungen 2c und 3c der mittels Transformator 8 gemessene Spannungs-Istwert über Gleichrichter 9 und Sollwerteinsteller 10 so zugeführt, dass der Tiefer -Verstärker 3 positiv und der Höher -Verstärker 2 negativ ausgesteuert wird. Der in einem Stromkonstanthalter 14 gebildete konstante Sollwert wird den Steuerwicklungen 2b und 3b so zugeführt, dass 2b entgegen 2c und 3b entgegen 3c wirken. Dadurch wird erreicht, dass bei
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positiver Regelabweichung der Verstärker 3 öffnet und der Verstärker 2 gesperrt bleibt und umgekehrt.
Durch einen mittels Widerstand 15 einstellbaren konstanten Vorstrom in den Wicklungen 2a und 3a, der bei beiden Verstärkern im sperrenden Sinne wirkt, wird ferner erreicht, dass die Verstärker 2 bzw. 3 erst nach einer gewissen Regelabweichung, der Unempfindlichkeit, öffnen. Mittels Widerstand 15 kann die Unempfindlichkeit eingestellt werden. Der Verlauf des Ausgangsstromes Ja der Verstärker 2 bzw. 3 bei Auftreten einer positiven oder negativen Regelabweichung A U ist in Fig. 1b dargestellt. Das sprungartige Verhalten der magnetischen Verstärker 2 und 3 kann in bekannter Weise dadurch erzielt werden, dass der gleichgerichtete Ausgangsstrom jedes Verstärkers auf eine weitere Steuerwicklung rückgekoppelt wird.
Da die vorliegenden Verstärker Wechselstromausgang haben, können auch die Teilströme in den Leistungswicklungen, die einen pulsierenden Gleichstrom darstellen, auf Steuerwicklungen rückgekoppelt werden.
Soll die Transformatorspannung 1 nicht konstant, sondern spannungsabhängig und zusätzlich in Abhängigkeit vom Belastungswirk- oder -blindstrom geregelt werden, so wird in an sich bekannter Weise ein dem mit Stromwandler 11 gemessenen Laststrom proportionaler und einstellbarer Spannungsabfall am Widerstand 13 gebildet, der nach Gleichrichtung in 12 dem Spannungs-Istwert 9 hinzugefügt werden kann.
Die von einem kleinen, selbstanlaufenden Synchronmotor angetriebenen Impulsrelais 5 und 6 bewirken, dass dem Antrieb 7 des Stufenschaltwerkes so lange kurzzeitige Höher - oder Tiefer -Impulse zugeleitet werden, bis die Regelabweichung kleiner als der Unempfindlichkeitsbereich ist. Die Impulsrelais 5 und 6 werden dabei nur für die Dauer der Regelabweichung eingestellt. Grundsätzlich eignet sich dieser Spannungsregler auch für kontaktlose Antriebe, wobei die Einschaltung des Motors und die Drehrichtungsumkehr z. B. mittels magnetischer Verstärker in Abhängigkeit von einer positiven oder negativen Steuergleichspannung erfolgt.
Werden die Verstärker 2 und 3 für Gleichstromausgang ausgebildet, so liefert diese Regeleinrichtung bereits die gewünschten Steuerspannungen für kontaktlose Motorantriebe. Da bei Antrieben von Stufenschaltwerken ein einmal eingeleiteter Schaltvorgang von einer Stufe zur nächsten stets ganz ausgeführt werden muss, kann dann bei kontaktlosen Motorantrieben mittels eines Kontaktes, der mit der Motorbewegung gekuppelt ist, so lange eine positive Steuerspannung an eine weitere Steuerwicklung des Verstärkers 2 bzw. 3 gelegt werden, bis der Schaltvorgang zur nächsten Stufe beendet ist.
Dieser Hilfskontakt braucht nur die geringe Steuerleistung eines magnetischen Verstärkers zu schalten. ' Soll die Regeleinrichtung verzögert ansprechen, können zwischen die Verstärker 2 und 3 bzw. zwischen die Impulsrelais 5 und 6 und den Antrieb 7 bekannte Verzögerungsglieder elektrischer, mechanischer oder elektrisch-magnetischer Art geschaltet werden.
Um zu verhindern, dass die Regeleinrichtung bei anormalen Spannungsabsenkungen, z. B. Kurzschlüssen, den Transformator unnötig hochregelt, kann in an sich bekannter Weise die Regeleinrichtung durch ein Unterspannungsrelais 16 ausgeschaltet werden, das bei Spannungsrückgang, z. B. unter 751/o der Transformatorenspannung, den Transformator 4 primär, oder wie dargestellt, sekundär abschaltet. Anstelle eines derartigen Kontaktrelais kann auch eine kontaktlose Einrichtung in Form eines magnetischen Sperrverstärkers 18 (Fig. 2) verwendet werden, der anstelle des Relais 16 an die Klemmen a, b gelegt wird.
Durch einen einstellbaren, konstanten Vorstrom in Steuerwicklung 18a wird der Verstärkerarbeitspunkt nach A in das sperrende Gebiet gelegt. Sobald die Transformatorspannung, die im öffnenden Sinne auf die Steuerwicklung 18b einwirkt, z. B. 75 % des Nennwertes übersteigt, öffnet der Verstärker, so dass die Regelverstärker 2 und 3 oberhalb dieser Spannungsgrenze ihre geschilderte Reglerfunktion ausüben können. Bei Spannungsrückgang unter 751/9 der Nennspannung sperrt der Verstärker 18, wodurch die Verstärker 2 und 3 ebenfalls gesperrt werden.
Um die Stufenschaltwerke der Transformatoren und die Antriebe zu schonen, besteht der Wunsch, die Schaltzahl pro Zeiteinheit oder die Schaltverzögerung von der Grösse der Regelabweichung abhängig zu machen. Die Anordnung nach Fig. 3 ergibt eine von der Grösse der Regelabweichung abhängige Zeitverzögerung des dem Antrieb 7 zugeführten Regelimpulses mittels einer kontaktlosen Anordnung, bestehend aus den beiden Mess- und Regelverstärkern 2 und 3 für Höher - bzw. Tiefer -Regelung, den zwei Verzögerungsverstärkern 19 und 20 und den beiden Schaltverstärkern 21 und 22. Der Einfachheit halber ist nur die Impulskette für Regelbefehl Höher vollständig dargestellt, für Tiefer ergibt sich sinngemäss dieselbe Anordnung.
Im Messverstärker 2 für Höher wird mittels der im sperrenden Sinne wirkenden Istwert-Steuer- wicklung 2c und der im öffnenden Sinne wirkenden Sollwert-Steuerwicklung 2b entsprechend der Wirkungsweise in Fig. la die Regelabweichung gebildet, wobei der Verstärker nur ausgesteuert wird, wenn die Regelabweichung negativ ist. Die Wicklung 2a dient wieder zur Erzielung eines Unempfindlichkeits- bereiches.
Im Gegensatz zu Fig. la haben jedoch die im Gegentakt arbeitenden Verstärker 2 und 3 ein Kenn- linienverhalten nach Fig. 4a, das heisst der Ausgangsstrom der Verstärker 2 bzw. 3 soll, sobald die Regelabweichung grösser als die Unempfindlichkeit wird, stetig mit der Regelabweichung ansteigen.
Der Arbeitspunkt des Verzögerungsverstärkers 19 ist gemäss Fig. 4b durch einen konstanten Vorstrom in Wicklung 19a auf Punkt A eingestellt, das heisst,
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wenn der Messverstärker 2 keinen Steuerstrom (Tal = 0) der Steuerwicklung 19b zuführt, weil keine Regelabweichung vorhanden ist, ist der Verstärker 19 voll geöffnet und hält damit den Schaltverstärker 21 über die Steuerwicklung 21a gesperrt (Arbeitspunkt A in Fig. 4c), so dass dem Antrieb 7 kein Steuerstrom zugeführt wird (Ja3 = 0). Gemäss Fig. 4c erhält der Schaltverstärker 21 Sprungverhalten durch die Rückkopplungswicklung 21b.
Tritt nun eine negative Regelabweichung -A U auf, die nach Fig. 4a grösser als s ist, so wird der Ausgangsstrom Jal vom Verstärker 2 den Verstärker 19 sperren. Die Sperrung des Verstärkers 19 kann nun mittels der kurzgeschlossenen Steuerwicklung 19c zeitlich verzögert werden, wobei die Zeiteinstellung durch den Widerstand 23 erfolgt. Solange Jag grösser als der zur Sperrung des Verstärkers 21 notwendige Wert Ja.", (Fig. 4c) ist, bleibt der Verstärker 21 gesperrt. Somit macht der Schaltverstärker erst nach Ablauf einer durch die Einstellung des Verstärkers 19 bedingten Totzeit plötzlich auf.
Je grösser die Regelabweichung A U ist, desto schneller wird der Verstärker 19 gesperrt, und desto schneller spricht dann auch der Schaltverstärker 21 an und umgekehrt.
Die beschriebene, magnetische Spannungsregeleinrichtung kann vorteilhaft in Verbindung mit kontaktlosen Motorantrieben und a-induktiven Stufenschaltwerken (ohne Lastschalter-Kontakte) verwendet werden, wodurch eine kontaktlose Spannungsregelung von Stufentransformatoren möglich ist.