DE967409C

DE967409C - Anordnung zur Spannungsregelung und Strombegrenzung (sog. Kniekurvenregelung) eines transduktorgesteuerten Gleichrichters

Info

Publication number: DE967409C
Application number: DEA14993A
Authority: DE
Inventors: Anders Koehler
Original assignee: ASEA AB
Current assignee: ABB Norden Holding AB
Priority date: 1951-01-29
Filing date: 1952-01-22
Publication date: 1957-11-07
Also published as: US2634394A

Description

Anordnung zur Spannungsregelung und Strombegrenzung (sog. Kniekurvenregelung) eines transduktorgesteuerten ,Gleichri.chters Es ist bekannt, einen Regler abwechselnd von einer Spannung und einem Strom derart abhängig zu machen, daß keine dieser Größen einen vorausbestimmten Wert -überschreiten kann (sogenannte Kniekurvenregelung), und zwar dadurch, daß in einen spannungsansprechenden Stromkreis ein Gleichrichter eingeschaltet ist, durch welchen ein dem Belastungsstrom proportionaler Strom geleitet wird. Wenn letzterer Strom einen gewissen Wert überschreitet, bestimmt er allein den Strom im ansprechenden Kreis, welcher dadurch von einem spannungsansprechenden in einen Stromansprechenden übergeht. Eingehende Uttersuchungen haben nun gezeigt, daß es für die Schaffung einer Kniekurvenregelung der jetzt genannten Art möglich ist, den den Strom einführenden Gleichrichter in einen spannungsansprechenden Stromkreis einzuschalten, der einen spannungsabhängigen Widerstand enthält, und daß eine solche Einschaltung sogar in gewissen Fällen wesentliche Vorteile bietet. Eine derartige Einschaltung bildet den Gegenstand vorliegender Erfindung.
In der Zeichnung zeigt Fig. i zum Vergleich ein Schaltbild eines Spannungsreglers mit konstantem Vergleichsstrom und einem der Spannung proportionalen, ansprechenden Strom und mit Strombegrenzung durch einen in den ansprechenden Kreis eingeschalteten Gleichrichter grundsätzlich bekannter Art, während Fig.2 bis 4 drei verschiedene Ausführungsformen der Erfindung zeigen; Fig.5 ist ein Diagramm über die Wirkungsweise einer Schaltung nach Fig. 2.
In Fig. i ist i ein Regeltransduktor, der einen an Wechselstromklemmen 2 angeschlossenen, eine Belastung 4 speisenden Gleichrichter 3 steuert. Es ist beabsichtigt, durch den Regeltransduktor die Spannung an der Belastung normal konstant zu halten, aber auch erforderlichenfalls bei gewissen Belastungsverhältnissen - beispielsweise bei einem vollen oder teilweisen Kurzschluß oder bei stark entladenem Zustand einer als Belastung dienenden Sammlerbatterie - die Spannung so weit zu erniedrigen, daß der Strom einen gewissen Wert nicht überschreiten kann. Um diese Aufgaben zu erfüllen, hat der Transduktor zwei einander entgegenwirkende Wicklungen, von denen eine, i i, von einem Konstantstromgerät 5 und die andere, 12, von den Klemmen der Belastung, gegebenenfalls in Reihe mit einem nicht dargestellten konstanten Widerstand, gespeist wird. Gegebenenfalls kann der Transduktor auch eine mit der Wicklung i i zusammenwirkende Selbstmagnetisierung besitzen, die schematisch durch den Pfeil 13 angedeutet wurde. Durch die jetzt genannten Geräte wird die Spannung über der Belastung praktisch konstant gehalten.
In dem Stromkreis durch die Wicklung 12 sind jedoch auch die Gleichstrompole eines Gleichrichters 6 eingeschaltet, dessen Wechselstrompole an einen im Hauptstromkreis liegenden Stromwandler 7 angeschlossen sind. Der Gleichrichter kann einen Glättungskondensator 8 besitzen. Solange der Wert des vom Stromwandler gelieferten Stromes sich unter dem Wert des Stromes hält, der im spannungsansprechenden Kreis bei normalem Wert der zu regelnden Spannung fließt, hat der Gleichrichter 6 keinen Einfluß auf den Strom in diesem Kreis, sondern dieser Strom wird gänzlich von der Spannung bestimmt. Falls dagegen der vom Stromwandler abgegebene Strom den durch die Spannung bedingten überschreitet, bestimmt der erstere Strom allein den Strom im ansprechenden Kreis, und der Regeltransduktor wirkt also derart, daß letzterer Strom -- und damit der Belastungsstrom - auf einen gewissen Wert begrenzt wird.
Die jetzt beschriebene Anordnung und ihre Wirkungsweise im großen und ganzen sind an und für sich bekannt, aber dagegen dürfte es nicht im einzelnen bekannt sein, wie die Anordnung bei Strombegrenzung wirkt und wie insbesondere die Spannungsverhältnisse im ansprechenden Kreis dabei sich gestalten. Nimmt man beispielsweise an, daß die Belastung eine solche ist, daß die Spannung auf den halben Wert erniedrigt werden muß, um den Strom auf den zulässigen Wert zu begrenzen, so bedeutet dies - da der Strom in der Wicklung 12 keinen beträchtlichen Schwankungen im Regelbereich unterliegen darf -, daß der Gleichrichter 6 die andere Hälfte der normalen Spannung liefern muß. Mit dieser Spannung muß also der Stromwandler belastet werden. Hiermit ist das gemäß dem untenstehenden erreichte Ergebnis zu vergleichen.
In Fig. 2 hat der Regeltransduktor i eine Selbstmagnetisierung 13, eine mitwirkende Wicklung i t, die von der Spannung der Belastung über einen konstanten Widerstand 14 (der gegebenenfalls in der Wicklung selbst liegen kann) gespeist wird, und eine entgegenwirkende Wicklung 12, die von der Spannung der Belastung über einen bei wachsender Spannung abnehmenden spannungsabhängigen Widerstand 15 gespeist wird. In Reihe mit den letzteren Geräten liegen die Gleichstrompole eines Gleichrichters 6, der auf der Wechselstromseite von einem Stromwandler 7 gespeist wird.
In Fig. 5 bezeichnen die Abszissen E die Spannung zwischen den Klemmen der Belastung, während die Ordinaten i die Ströme in den Regelwick-. lungen des Transduktors bezeichnen. Der Strom in der mitwirkenden Wicklung i i als Funktion der Spannung E wird durch die Gerade i11 dargestellt, da der Widerstand im entsprechenden Kreis konstant ist. Der Strom in der entgegenwirkenden Wicklung 12 wird durch die Kurve i12 dargestellt, da der Strom durch den spannungsabhängigen Widerstand 15 verhältnismäßig schneller als die Spannung wächst. Der Schnittpunkt zwischen den beiden Kurven i11 und i12 entspricht dem normalen Wert der Spannung E, und die beiden senkrechten Geraden E"i" und E,"ax auf beiden Seiten desselben entsprechen den Werten, zwischen denen die Spannung normal schwanken darf (der Abstand zwischen diesen Geraden ist in etwas übertriebenem Maßstab im Verhältnis zur gewöhnlich zulässigen Schwankung dargestellt).
Falls in dieser Schaltung die Spannung erniedrigt.werden muß, beispielsweise auf die Hälfte, um den Strom auf den zulässigen Wert zu begrenzen, sinkt hierbei der Strom in der mitwirkenden Transduktorwicklung i i zur Hälfte (Punkt i, in Fig. 5). Um hierbei nahezu denselben Strom in die entgegenwirkende Transduktorwicklung zu liefern, braucht der Gleichrichter 6 nur eine Zusatzspannung Es zu liefern, die bedeutend weniger als die Hälfte - im dargestellten Beispiel nur ein Viertel - der normalen Spannung beträgt. Gleichzeitig braucht der vom Gleichrichter gelieferte Strom nur etwa die Hälfte des nach Fig. i erforderlichen zu betragen. Die gesamte Belastung des Gleichrichters - und damit des Stromwandlers - sinkt somit auf einen geringen Teil der nach Fig. i erforderlichen, weshalb diese Geräte bedeutend kleiner oder - falls sie reichlich bemessen werden - die Genauigkeic der Strombegrenzung bzw. die Knieschärfe der Kurve, die von der Streuung des Stromwandlers und Leckung des Gleichrichters abhängen, bedeutend verbessert werden können.
Der Gleichrichter 6 kann gegebenenfalls in die gemeinsame Leitung zwischen dem einen Pol der Belastung und den Regelwicklungen des Transduktors eingeschaltet werden, wobei die Wirkurig nicht ganz so ausgeprägt wie in Fig. a wird, aber immer eine Verbesserung gegenüber Fig. i darstellt.
In Fig. 3 wirkt die Spannung der Belastung auf eine Brückenschaltung konstanter und spannungsabhängiger Widerstände 16 bzw. 17, deren Brückenstrom eine Regelwicklung 18 des Transduktors i durchfließt. In Reihe mit den spannungsabhängigen Widerständen (gegebenenfalls nur mit dem einen) sind Gleichrichter i9 eingeschaltet, die vom Stromwandler 7 gespeist werden, bei zwei Gleichrichtern von getrennten Sekundärwicklungen 7', 7" des Stromwandlers. Die Wirkungsweise ist im wesentlichen dieselbe wie in Fig. a.
In Fig. q. wirkt die Spannung der Belastung auch auf eine Brückenschaltung konstanter und spannungsabhängiger Widerstände 16 bzw. 17, deren Brückenstrom eine Regelwicklung 18 des Transduktors i durchfließt. Ein Gleichrichter 2o, der vom Stromwandler 7 gespeist wird, liegt in Reihe mit der ganzen Brückenschaltung.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Anordnung zur Spannungsregelung und Strombegrenzung (sogenannte Kniekurvenregelung) eines transduktorgesteuerten Gleichrichters, gekennzeichnet durch die Anwendung folgender für sich bekannter Merkmale, nämlich einer von der zu regelnden Spannung beeinflußten Kombination konstanter und spannungsabhängiger Widerstände, die eine mit der Abweichung der Spannung vom Nennwert veränderliche Amperewindungszahl auf dem Transduktor ergibt, und eines in den spannungsansprechenden Stromkreis eingeschalteten Gleichrichters, der einen mit dem Belastungsstrom veränderlichen und praktisch nur v oii diesem abhängigen Strom führt. a. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß an die Spannung angeschlossene Stromkreise, deren einer einen konstanten und ein anderer einen spannungsabhängigen Widerstand enthält, auf getrennte und einander entgegenwirkende Wicklungen des Tränsduktors wirken und der einen mit der Belastung veränderlichen Strom führende Gleichrichter in dem den spannungsabhängigen Widerstand_enthaltenden Stromkreis eingeschaltet ist. 3. Anordnung nach Anspruch a, dadurch gekennzeichnet, daß der den mit der Belastung veränderlichen Strom führende Gleichrichter in einem für die an die Spannung angeschlossenen Stromkreise gemeinsamen Stromkreis eingeschaltet ist. .4-. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daßi ein an die Spannung angeschlossener Stromkreis eine Brückenschaltung konstanter und spannungsabhängiger Widerstände enthält, deren Brückenstrom den Transduktor beeinflußt, während Gleichrichter, die mit dem Belastungsstrom veränderliche Ströme führen, in einem oder mehreren der Brückenzweige in Reihe mit den spannungsabhängigen Widerständen eingeschaltet sind. 5. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß ein an die Spannung angeschlossener Stromkreis eine Brückenschaltung konstanter und spannungsabhängiger Widerstände, dessen Brückenstrom den Transduktor beeinflußt, in Reihe mit einem Gleichrichter enthält, der einen mit dem Belastungsstrom veränderlichen Strom führt. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 696 503; schweizerische Patentschrift Nr. 238 907; britische Patentschrift Nr. 641977.