DE1206992B

DE1206992B - Elektrische Regelanlage zum Regeln einer Ausgangsspannung mit einem Brueckenkreis

Info

Publication number: DE1206992B
Application number: DEW23969A
Authority: DE
Inventors: Erwin B Hilker
Original assignee: Wagner Electric Corp
Current assignee: Wagner Electric Corp
Priority date: 1957-08-26
Filing date: 1958-08-25
Publication date: 1965-12-16
Also published as: US2931970A

Description

Elektrische Regelanlage zum Regeln einer Ausgangsspannung mit einem Brückenkreis Die Erfindung betrifft eine elektrische Regelanlage zum Regeln einer Ausgangsspannung mit einem Brückenkreis und mit einer Einrichtung, die den Gleichgewichtszustand des Brückenkreises regelt.
Derartige Einrichtungen sind insbesondere in der Form von Phasenbrücken an sich bekannt. In solchen Schaltungen ist im allgemeinen eine Vorrichtung mit veränderlicher Impedanz mit den Ausgangsanschlüssen des Brückenkreises verbunden.
Es ist auch schon eine Einrichtung zur Phasendrehung von Wechselspannungen, insbesondere für die Gittersteuerung von Gasentladungsgefäßen bekannt, bei der mindestens zwei gleichstromvormagnetisierte Drosselspulen so geschaltet und so vormagnetisiert werden, daß zur Erzielung der gewünschten Phasendrehung die Gleichstromvormagnetisierung der einen Drosselspule vergrößert, die der anderen verringert wird. Für diese Einrichtung hat man auch bereits vorgeschlagen, die beiden Drosselspulen in Reihe zu schalten, so daß sie zwei Zweige einer Brückenschaltung bilden, während die anderen beiden Zweige durch zwei unveränderliche Scheinwiderstände oder durch eine Transformatorwicklung mit Mittelanzapfung gebildet sind.
Bei einer anderen bekannten Regeleinrichtung für Wechselstromverbraucher mit Hilfe einer Brückenschaltung wird der betreffende Wechselsiromverbraucher über eine gittergesteuerte Entladungsröhre gesteuert, die an die diagonalen Brückenpunkte einer Gleichrichterbrücke angeschlossen ist.
Die bekannten Regeleinrichtungen haben vor allem den Nachteil, daß sich die Impedanz im Ausgang des Brückenkreises nicht ändert, wenn der Brückenkreis seinen Gleichgewichtszustand ändert, und es treten störende höhere Harmonische der Spannungskomponenten auf.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu vermeiden.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Vorrichtung veränderlicher Impedanz mit einem Spannungsregelkreis verwendet, die mit den Ausgangsanschlüssen des Brückenkreises verbunden ist und die Ausgangsspannung im wesentlichen frei von harmonischen Komponenten hält und so aufgebaut ist, daß sie für den Brückenkreis eine niedrige Impedanz darbietet, wenn dieser sieh in einem vorher bestimmten elektrischen Zustand befindet, und die bei einer Abweichung des elektrischen Zustandes des Brückenkreises von dem erwünschten Zustand eine höhere Impedanz aufweist. Die genannte Vorrichtung mit veränderlicher Impedanz kann vorteilhaft auch eine besondere Regeleinrichtung umfassen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der elektrischen Regelanlage nach der Erfindung weist der Brückenkreis mindestens zwei Drosseln mit sättigungsfähigem Kern auf, von denen jede eine Arbeitswicklung und eine Steuerwicklung mit einer Regeleinrichtung zur Regelung der Impedanz jeder der Drosseln aufweist.
Der Vorteil der neuen Regelanlage besteht vor allem darin, daß sich die Impedanz der Vorrichtung, die mit den Ausgangsanschlüssen des Brückenkreises verbunden ist, ändert, sobald der Brückenkreis seinen Gleichgewichtszustand ändert, und daß die harmonischen Spannungskomponenten dadurch vermindert werden, die anderenfalls in der geregelten Ausgangsspannung auftreten würden. Die elektrische Regelanlage nach der Erfindung übt also ihre Regelfunktion sicherer, zuverlässiger und genauer aus als die bisher bekanntgewordenen Regelanlagen. Außerdem kann die Phasenverschiebung zwischen der Speisespannung und der Ausgangsspannung klein und im wesentlichen konstant gehalten werden. Die neue Anlage eignet sich sowohl für Handbetätigung als auch für automatischen Betrieb.
Weitere Vorteile und Merkmale des Erfindungsgegenstandes werden aus der nun folgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen hervorgehen, die bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung zeigen und in denen F i g. 1 ein Schaltbild einer Ausführungsform einer Spannungsregelvorrichtung und eines Harmonischenunterdrückers nach der Erfindung ist; F i g. 2 ist ein vereinfachtes Schaltbild der in der F i g. 1 gezeigten Schaltung, aus der die selbsttätigen Regelkomponenten der Impedanzen der die Wheatstonebrücke bildenden Drosseln mit sättigungsfähigem Kern entfernt wurden, F i g. 3 ein weiteres Schaltbild, das nur den Mindestwechselstromkreis zeigt, wobei die Regeleinrichtung zum Einstellen der Impedanz der Unterdrükkungsdrossel sowie der Impedanzen der die Wheatstonebrücke bildendenden Drosseln mit sättigungsfähigem Kern weggelassen wurden; F i g. 4 besteht aus zwei Vektordiagrammen, die die Speisespannung und die Primärspannung bei normaler Speisespannung zeigen und wenn diese größer ist als die Primärspannung; F i g. 5 besteht aus einer Anzahl von Kurven, die den Wert der zu den Drosseln der Wheatstonebrücke und zur Drossel des Unterdrückers fließenden Gleichströme für verschiedene Werte der Speisespannung zeigt; F i g. 6 zeigt eine Anzahl von Kurven, die die Blindwiderstandswerte der verschiedenen Drosseln bei verschiedenen Werten der Speisespannung zeigen; F i g. 7 ist ein Schaltbild einer abgeänderten Ausführungsform der Erfindung, F i g. 8 eine graphische Darstellung der charakteristischen Kurve des Spannungsdetektors 152 der F i g. 7, F i g. 9 eine graphische Darstellung der Regelcharakteristikkurven der Verstärker 160 und 162 der F i g. 7 und einer eine Resultante dieser Kurven bildende Kurve, F i g. 10 eine graphische Darstellung der Regelcharakteristikkurve des Verstärkers 196 der F i g. 7, F i g. 11 eine graphische Darstellung der Impedanzkurve der Unterdrückerdrossel 112 der F i g. 7, F i g. 12 ein Vektordiagramm der Phasenbeziehung zwischen den verschiedenen Transformatorspannungen bei Anwendung der Erfindung und ohne diese und F i g. 13 ein Teilschaltbild, das eine weitere abgeänderte Ausführungsforte der Unterdrückerregelung zeigt.
In der Zeichnung bezeichnet die Bezugsziffer 10 einen Leistungstransformator, dessen Ausgangsleistung geregelt werden soll. Die Ausgleichsspannung, die der Spannung des Transformators 10 "überlagert werden soll, wird in einem Brückenkreis 12 erzeugt, wobei die Höhe und die Richtung der Ausgleichsspannung von einem Regelkreis 14 bestimmt wird.
Die Bezugsziffer 15 bezeichnet allgemein einen Unterdrückerkreis und einen Regler, der der Erfindungsgegenstand ist und der in Verbindung mit dem vorgenannten Brückenkreis verwendet wird.
Der Transformator 10 weist eine Sekundärwicklung 16 auf, an die eine Belastung über die Leitungen 17 und 18 angeschlossen ist, sowie eine Primärwicklung 20 und eine Korrrekturwicklung 22.
Die Wheatstonsche Brücke 12 enthält vier Drosseln 24, 26, 28 und 30 mit sättigungsfähigem Kern, von denen jede eine Wechselstromwicklung und eine Gleichstromwicklung aufweist, welche beiden Wicklungen die gleichen Bezugsziffern, jedoch mit einem entsprechenden Zusatz versehen, tragen. Die Wechselstromwicklungen der Drosseln sind an den Ecken 32, 34, 36 und 38 miteinander verbunden.
Das eine Ende der Primärwicklung 20 des Transformators ist über einen Leiter 40 mit der Ecke 38 der Brücke verbunden, während das andere Ende an eine Speiseleitung 42 angeschlossen ist. Das eine Ende der Korrekturwicklung 22 ist Über einen Leiter 46 mit der Ecke 36 verbunden, während das andere Ende über einen Leiter 48 an die gegenüberliegende Ecke 32 angeschlossen ist. Die übrige Ecke 34 ist über einen Leiter 45 an die andere Speiseleitung 44 angeschlossen.
Von den Gleichstromwicklungen der Drosseln sind die Wicklungen 24DC und 28DC in Serie geschaltet und über die Leiter 52, 54 sowie über einen Gleichrichterkreis 56 an einen ersten Verstärker 50 angeschlossen. Dieser Teil der Schaltung wird später als erste Gleichstromquelle bezeichnet.
In der gleichen Weise sind die Wicklungen 26DC und 30DC in Serie geschaltet und über die Leiter 60, 62 sowie über einen Gleichrichterkreis 64 an einen zweiten Verstärker 58 angeschlossen. Dieser Teil der Schaltung wird später als zweite Gleichstromquelle bezeichnet.
Beide erste und zweite Gleichstromquellen werden von der Belastungsseite des Transformators 10 aus über die Leiter 66 und 68 mit Strom versorgt, die an die Belastungsleiter 17 bzw. 18 angeschlossen sind, Die Ausgangsleitung jeder der beiden Gleichstromquellen ist ferner abhängig von der Spannung an den Leitern 66 und 68 (d. h. der Belastungsspannung), und zwar auf Grund des durch die Leiter 70, 71, 72 und 73 und durch einen Spannungsdetektor 74 und einen Gleichrichterkreis 76 fließenden Stromes, der einen verhältnismäßig stärkeren Strom bei jeder Spannungsänderung, wenn die Spannung an den Leitern 66 und 68 einen vorherbestimmten Wert übersteigt, durchläßt, Der den Unterdrückerkreis und Regler 15 bildende Teil der Schaltung (F i g. 1) enthält eine Drossel 78 mit sättigungsfähigem Kern, die eine Wechseistromwicklung 78 A,C und eine Gleichstromwicklung 78 DC aufweist: Das eine Ende der Wicklung 78 AC ist über einen Leiter 45 an die Ecke 34 der Brücke angeschlossen, während das andere Ende über einen Leiter 80 mit der gegenüberliegenden Ecke der Brücke verbunden ist. Die Wicklung 78DC ist ihrerseits mit einem Unterdrückerregler 82 verbunden (symbolisch dargestellt). Um die Beschreibung der Arbeitsweise zu erleichtern, ist in der F i g. 2 der Unterdrückerregler 82 so dargestellt, als bestände er aus einem von Hand bedienbaren veränderlichen Widerstand und einer Batterie. In Wirklichkeit kann die Batterie durch einen Gleichrichterkreis ersetzt werden, der seine Wechselstromeingangsleistung von der konstanten Wechselspannung erhält, die an den Leitern 17 und 18 der Ausgangswicklung des Transformators 10 auftritt, während der Regler so ausgebildet werden kann, daß er selbsttätig auf gewählte äußere Bedingungen anspricht, wie später noch beschrieben wird.
Die Gleichstromerregung der Unterdrückerdrossei wird auf einen verhältnismäßig hohen Wert heraufgesetzt, wenn die Speisewechselspannung normal ist, um die Impedanz der Wechselstromwicklung der Unterdrückerdrossel herabzusetzen. Andererseits wird die Gleichstromerregung der Unterdrückerdrossel auf einen sehr niedrigen Wert herabgesetzt, wenn die Speisespannung einen nicht normalen Wert aufweist, um die Impedanz der Wechselstromwicldung der Unterdrückcrdrossel auf einen sehr hohen Wert zu erhöhen.
Die normale Speisespannungsbedingung ist ein besonderer Punkt der Arbeitskurve C (F i g. 5), an dem der Unterdrückerkreis 15 höchst wirksam ist und dis höheren harmonischen Spannungen und die daraus herrührenden Spannungsspitzen an gewissen Punkten der Drossel wie auch die Phasenverschiebung zwischen Speisespannung und Ausgangsspannung herabsetzt, wie später eingehend erläutert wird. Arbeitsweise Obwohl die Arbeitsweise vom Standpunkt der Primärwicklung 20 aus erläutert werden kann, die eine gewisse Anzahl »wirksamer Amperewindungen« besitzt, je nachdem die Amperewindungen der Korrekturwicklung 22 die Amperewindungen der Wicklung 20 entweder »unterstützen« oder ihnen »entgegenwirken«, ist es leichter, die Korrekturwicklung so zu beschreiben, als erzeuge sie eine Spannung e (F i g. 3), die an den Ecken 34 und 38 des Brückenkreises auftritt und die in die Spannung E (F i g. 3) »eingespeiste wird, wobei sie je nach der Beziehung der Impedanzen der Drosseln im Brückenkreis die Spannung E unterstützt oder ihr entgegenwirkt.
Angenommen, .die Speisespannung V1 sei normal, so muß diese, wenn die Belastungsspannung VQ normal sein soll, gleich der induzierten Spannung E sein, d. h., die eingespeiste Spannung E ist im wesentlichen unwirksam.
Angenommen, die in der Korrekturwicklung 22 induzierte Spannung weise eine solche Richtung auf, daß das rechte Ende der Wicklung ein höheres Potential besitzt als das linke, so liegt an der Ecke 32 der Brücke ein höheres Potential als an der Ecke 36.
Weisen jedoch die Gleichströme aus den Gleichstromquellen. 50 und 58 (F i g. 2) einen solchen Wert auf, daß die Impedanzen aller Drosseln ?4, 26, 28 und 30 einander gleich sind (wie in der F i g. 3 dadurch dargestellt, daß die vier Zweige der Drosselbrücke gleich lang sind), so sind die Spannungsabfälle an den Drosseln 24 und 30 einander gleich, und wenn sie die gleiche Phasenlage haben, so weisen die Ecken 34 und 38 das gleiche Potential auf, und die Ausgleichs- oder »eingespeiste« Spannung e ist gleich Null.
Liegt andererseits die aufgedrückte Spannung V1 oberhalb des Normalwertes, so muß die eingespeiste Spannung ein einer Richtung wirken, die der Spannung V1 entgegenwirkt, so daß die Spannung E kleiner wird als die Spannung V1. Unter diesen Bedingungen werden die von den Gleichstromquellen 50 und 58 (F i g. 2) gelieferten Ströme ungleich, wobei die Impedanzen der Drosseln 24 und 28 kleiner werden als die Impedanzen der Drosseln 26 und 30. Infolgedessen weist die Ecke 34 des Brückenkreises ein höheres Potential auf als die Ecke 38, und die Spannung e wird vektoriell von V1 subtrahiert. Liegt die Speisespannung V1 unterhalb des Normalwertrs, so ist das Potential an der Ecke 38 höher als das an .der Ecke 34, weshalb die Spannung e die Spannung V1 unterstützt, Bisher wurde angenommen, daß die Spannungsabfälle an den Brückendrosseln die gleiche Phasen-Lage haben, um die theoretischen Überlegungen zu vereinfachen. Die Annahme gleichphasiger Beziehugen zwischen den Sparmungsabfällen an den Brückendrosseln ist ziemlich berechtigt, wenn der in der Primärwicklung des Transformators fließende Strom klein ist im Vergleich zu den in den Drosseln fließenden Strömen. In Wirklichkeit bestehen diese gleichphasigen Spannungsbedingungen jedoch nur selten. Ist der Transformator belastet, so sind die Spannungen an den verschiedenen Drosseln nicht mehr gleichphasig, und die Spannungsbeziehungen werden verwickelter. Besitzen beispielsweise die vier Drosseln gleiche Impedanzwerte und ist der durch die Ecken 34 und 38 fließende Laststrom gleichphasig mit der Spannung an den Leitern 48 und 46, so liegt die an den Ecken 34 und 38 der Brücke auftretende Spannung e annähernd unter einem rechten Winkei zu der Spannung an den Leitern 46 und 48 der Wicklung 22 oder annähernd unter einem rechten Winkel zur Spannung E an der Wicklung 20 (F i g. 4). In diesem Fall gleicht die Spannung E praktisch der Spannung V1 trotz der Tatsache, ,daß die Spannung e an den Ecken 34 und 38 der Brücke auftritt.
Sind die Blindwiderstandswerte derart, daß das Verhältnis des Blindwiderstandes der Drossel 26 zu dem der Drossel 24 und das Verhältnis des Blindwiderstandes der Drossel 30 zu dem der Drasse128 ziemlich klein ist, so erreicht die Spannung e an den Ecken 38 und 34 der Brücke eine fast gleichphasige Beziehung zu der Spannung an den Leitern 46 und 48 der Korrekturwicklung 22 und zu der Spannung E an der Wicklung 20. Dies ist in der F i g. 4 dargestellt, in der die Bahn der Spitze des Vektors e gezeigt wird, wenn die Impedanzen der Brückendrosseln sich ändern, weil die Speisespannung sich von einem unterhalb des Normalwertes zu einem oberhalb des Normalwertes liegenden Wert ändert. Die Bahn der Vektorspitze e ist in der F i g. 4 als Parabel dargestellt. Dies trifft im allgemeinen zu und wird durch theoretische Überlegungen gestützt, In der Praxis hat sich jedoch gezeigt, daß die Sollkonstanten gewöhnlich derart sind, daß die Höhe der Parabel kleiner ist als in der F i g. 4. dargestellt, wobei die Bahn der Spitze des Vektors e sich einem Kreis annähert.
Daher ist unter den Bedingungen, bei denen E gleich V1 und der Brückenkreis im Gleichgewicht ist, wobei die Impedanzen der verschiedenen Drosseln einander gleich sind, die überlagerte Spannung e nicht erforderlich; liegt sie jedoch unter einem rechten Winkel zu E, so führt dies zu einer Phasenverschiebung zwischen E und V1. Infolgedessen ist es bei den Bedingungen, bei denen die Speisespannung V1 normal ist, angebracht, die Spannung e auf einen Mindestwert herabzusetzen, was eine der Funktionen der Unterdrückerdrossel78 ist. Würde die Impedanz der Unterdrückerdrossel78 auf Null herabgesetzt, etwa durch eine Kurzschlußverbindung zwischen den Ecken 34 und 38, so würde ohne Frage keine Phasenverschiebung zwischen V1 und E bestehen.
Als nächstes sei nunmehr die Form der Blindwiderstandskurve für die Unterdrückerdrossel 7$ betrachtet. Die F i g. 5 zeigt, in welcher Weise sich die Gleichströme zu den verschiedenen Drosseln als Funktion der Speisespannung V1 ändern. Die Kurven A und B hängen von der Charakteristik der Verstärker 50 und 58 und der des Spannungsdetektors 74 ab. Die Kurve C zeigt die am besten geeigneten Gleichstromwerte für die Unterdrückerdrossel, die durch handbedientes Verändern der Erregung der Gleichstromwicklung der Unterdrückerdrossel ermittelt wurden, wobei die günstigsten Erregungswerte als Funktionen der Speisespannung bestimmt wurden.
Da sich jedoch das Interesse in erster Linie auf die Impedanz der verschiedenen Drosseln richtet, zeigt die F i g. 6 die Blindwiderstandskurven für dieselben Drosseln für verschiedene Prozente der normalen Speisespannung V1. Daraus ist zu ersehen, daß sich die Kurven A' und B' für die beiden Gruppen von Drosseln im Brückenkreis bei 100 % der normalen Speisespannung kreuzen, wobei die Impedanzen beider Gruppen von Drosseln gleich sind und die Wheatstonebrücke sich im Gleichgewicht befindet, d. h., E ist gleich V1. Da bei diesen Bedingungen keine Notwendigkeit für eine überlagerung oder Einspeisung einer Spannung e besteht, so weist die Impedanz der Unterdrückerdrossel 78 (Kurve C') zu dieser Zeit einen Mindestwert auf.
Könnte die Impedanz der Unterdrückerdrossel78 bei normaler Speisespannung auf Null herabgesetzt werden, so würde dies einer Kurzschlußverbindung der Ecken 34 und 38 gleichkommen, die überlagerte Spannung würde daher Null sein, und es würde keine Phasenverschiebung zwischen V1 und E auftreten. Dieser Bedingung nähert sich die vorliegende Anordnung sehr nahe an. Bei einer tatsächlich durchgeführten Untersuchung wurde bei Verwendung einer Drossel mit sättigungsfähigem Kern dieser Ausführung der Wert von e von 7,5 auf 2,2% der Lastspannung herabgesetzt.
Liegt andererseits die Speisespannung V1 oberhalb oder unterhalb des Normalwertes, so übt die überlagerte Spannung e eine nützliche Funktion aus, wobei während dieser Bedingungen die Gleichstromerregung der Unterdrückerdrosse178 den Wert Null oder einen sehr niedrigen Wert aufweist (F i g. 5, Kurve C), so daß deren Wechselstromimpedanz auf einem sehr hohen Wert gehalten wird (F i g. 6, Kurve C').
Wie bereits erwähnt, reduziert die- Unterdrückerdrossel 78 ferner. die höheren Harmonischen im Brückenkreis und in der Ausgangsspannung. Der Haupteinwand gegen die Anwesenheit von höheren Harmonischen rührt daher, daß sie den Fernsprechverkehr stören. Ferner hängt das Ausmaß der Störung von der Höhe der Spannung als solcher und der Frequenz der Harmonischen ab (d. h., ob es sich um die dritte, vierte, fünfte oder sechste Harmonische handelt, usw.) und nicht von der Größe der Harmonischen im Vergleich zu der Gesamtspannung.
Die Erfahrung hat gezeigt, daß die an den Wechselstromwickiungen der Drosseln in der Brücke und besonders an den Ecken 34 und 38 auftretenden harmonischen Spannungen ihren Höchstwert erreichen, wenn die Speisespannung V1 gleich der Spannung E ist, wobei diese höheren Harmonischen auf Grund der Transformatorwirkung in die in der Sekundärwicklung des Transformators 10 induzierte Spannung reflektiert werden. Gerade bei dieser Bedingung setzt die Drossel 78 diese höheren Harmonischen an den Ecken 34 und 38 stark herab.
Dasselbe gilt für die Unterdrückung der höheren Harmonischen in den einzelnen Drosseln des Brückenkreises. Außerdem werden bei Verwendung der Unterdrückerdrossel78 die Spitzen der Spannungswellen an den einzelnen Drosseln stark herabgesetzt, da sie das Ergebnis der höheren harmonischen Spannungen sind. Beispielsweise zeigte bei einem Transformator, bei dem keine Unterdrückerdrossel 78 verwendet wurde, ein Oszillograph, daß die Spannungswelle an den einzelnen Drosseln ziemlich steil und bei einem ziemlich hohen Spitzenwert durchaus verzerrt war. Bei Verwendung der Unterdrückerdrossel 78 war die Wellenform geglättet, und die Spitze betrug nur 58 % der Spannungsspitze ohne Unterdrückerdrossel 78.
Es hat sich ferner gezeigt, daß die von der Regelanlage bei Verwendung der Unterdrückerdrossel für die meisten Belastungsbedingungen benötigte Blindleistung geringer war als ohne Verwendung der zusätzlichen Drossel. Dies zeigte sich besonders dann, wenn die Speisespannung V1 normal war.

Bei einer Untersuchung wurden die folgenden Ergebnisse erhalten:

Drossel Volt Ampere Blindleistung

24 (und 28) 176 1,76 310

26 (und 30) 187 0,8 150 oder

(150 -f- 310)-2 = 920 VA

24 (und 28) 128 0,9 115

26 (und 30) 127 0,5 63,5

78 88 1,68 198 oder

(115 -I- 63,5) . 2 -I- 198 = 555 VA

Somit betrug die Blindleistung, wenn die Unterdrückerdrossel verwendet wurde, 555 VA und ohne Verwendung der Drossel 920 VA.

Daraus geht hervor, daß ein neuartiger Unterdrücker für Harmonische geschaffen wurde, der die Ausgangsspannung und die Spannung an den einzelnen Drosseln im Brückenkreis im wesentlichen frei von höheren Harmonischen hält, die normalerweise den Fernsprechverkehr stören, der die Spannungsspitzen an den einzelnen Brückendrosseln herabsetzt und der die Phasenverschiebung zwischen der aufgedrückten Spannung und der Ausgangsspannung wesentlich reduziert, wenn die Speisespannung normal ist. Außerdem setzt er die von der Drossel-Wheatstonebrücke verbrauchte Blindleistung und damit die gesamte Eingangsblindleistung des Transformators herab, besonders dann, wenn die Speisespannung normal ist. Der selbsttätige Regelkreis Die F i g. 7 bis 13 der Zeichnungen zeigen eine abgeänderte Ausführungsform der obigen Vorrichtung in Form einer selbsttätigen Spannungsregelvorrichtung 110 mit zugehörigen Diagrammen. Mit dieser Spannungsregelvorrichtung steht ein Harmonischen- und Phasenverschiebungsunterdrücker 112 und eine Unterdrückerregeleinrichtung 114 in Verbindung, die selbsttätig die Impedanz des Unterdrückers 112 regelt.
Der selbsttätige Spannungsregelkreis 110 umfaßt einen Leistungstransformator 116, eine Kompensationsspannungsvorrichtung 118 und eine Regeleinrichtung 120, die die Arbeit der Vorrichtung 118 selbsttätig regelt, um die Ausgangsspannung V, des Transformators 116 ungeachtet der Schwankungen der Speisespannung V1 innerhalb vorausbestimmter Grenzen im wesentlichen konstant zu halten. Es sei lediglich für die Zwecke der Darstellung angenommen, daß die Ausgangsspannung V, im wesentlichen konstant gehalten wird. während die Speisespannung V1 innerhalb des Bereiches von + 10% des normalen oder gewünschten Wertes schwanken kann.
Der Transformator 116 gleicht dem in der F i g. 1 dargestellten Transformator 10 und besitzt eine Primärwicklung 122, die über die Kompensationsspannungsvorrichtung 118 und die Netzleitungen 123 und 124 an eine mit 125 bezeichnete Wechselspannungsquelle angeschlossen ist, eine Sekundärwicklung 126, die an die Leiter 127 und 128 zwecks Übertragung der Leistung zu einer Belastung 129 angeschlossen ist, sowie eine Korrekturwicklung 130, die später erläutert wird.
Die Kompensationsspannungsvorrichtung 118 weist einen Wheatstone-Brückenkreis 132 auf, der nach der Darstellung aus vier Drosseln 134, 136, 138 und 140 mit sättigungsfähigem Kern besteht, die so miteinander verbunden sind, daß sie die vier Impedanzzweige der Brücke bilden. Der Brückenkreis 132 gleicht dem in der F i g. 1 dargestellten Brückenkreis 12, trägt jedoch andere Nummern zum Kennzeichnen der Elemente. Es wird nicht für erforderlich -gehalten, den Brückenkreis 132 im einzelnen zu beschreiben.
Die Regelwicklungen 134DC und 138DC des Brückenkreises 132 sind in Serie geschaltet, und ein diesen beiden Regelwicklungen zugeführtes Signal bestimmt die Impedanz der diametral gegenüberliegenden Drosselwicklungen 134AC und 138AC. Die Regelwicklungen 136DC und 140DC sind gleichfalls in Serie geschaltet, und ein diesen beiden Regelwicklungen zugeführtes Signal bestimmt die Impedanz der anderen diametral gegenüberliegenden Drosselwicklungen 136AC und 140AC.
Obwohl der Brückenkreis 132 nach der Darstellung vier getrennte Kerne mit einer Wechselstromwicklung und einer Gleichstromregelwicklung auf jedem Kern aufweist, können je nach Wunsch andere Wicklungs- und Kernanordnungen verwendet werden. Beispielsweise kann jede Gruppe von diametral gegenüberliegenden Drosseln zu einer einzigen »Doppeldrossel«-Einheit vereinigt werden, die einen dreischenkeligen Kern mit zwei Wechselstromwicklungen und einer gemeinsamen Gleichstromregelwicklung enthält. Jeder der äußeren Schenkel würde eine Wechselstromwicklung tragen, während der Mittelschenkel mit der gemeinsamen Gleichstromwicklung versehen ist. In diesem Falle enthält der Brückenkreis zwei Sätze von Drosseln mit sättigungsfähigem Kern, wobei jeder Satz aus einer Zwillingsdrossel besteht.
Ein Leiter 149 verbindet das eine Ende der Primärwicklung 122 mit der Ecke 148 des Brückenkreises, während die diametral gegenüberliegende Ecke 144 des Brückenkreises mit der Netzleitung 123 verbunden ist. Die anderen diametral gegenüberliegenden Ecken 142 und 146 sind über die Leiter 150 und 151 an die Korrekturwicklung 130 angeschlossen.
Die Korrekturwicklung 130 erzeugt eine Spannung, die den Ecken 142 und 146 des Brückenkreises aufgedrückt wird, so daß eine Kompensations- oder Ausgleichsspannung e erzeugt wird, die an den anderen Ecken 144 und 148 der Brücke auftritt. Für die Zwecke der Beschreibung sei angenommen, daß die Anzahl der Windungen der Korrekturwicklung 10% der Anzahl der Windungen der Primärwicklung 122 betrage, so daß die Spannung an der Korrekturwicklung 10% der induzierten Spannung beträgt, wodurch eine Kompensation einer ungefähr 10%igen Änderung der Speisespannung ermöglicht wird. Die Kompensationsspannung e liegt der Wirkung nach mit der Spannung E der Primärwicklung in Serie, wobei je nach den Gleichgewichtsbedingungen oder relativen Impedanzen der beiden Paare von diametral gegenüberliegenden Drosseln des Brückenkreises die Spannung e entweder im wesentlichen unwirksam, die Speisespannung V1 unterstützt oder dieser entgegenwirkt, wobei die induzierte Spannung E derart beeinflußt wird, daß die Höhe der Ausgangsspannung V., im wesentlichen konstant auf dem gewünschten oder normalen Wert gehalten wird.
Bei der in der F i g. 7 dargestellten Ausführungsform regelt der Regelkreis 120 selbsttätig die Gleichgewichtsbedingungen der Drosselbrücke 132 durch Zuführen von Steuersignalen (den kleinen Schwankungen der geregelten Ausgangsspannung VZ entsprechend) zu den Gleichstromwicklungen der Drosseln des Brückenkreises. Der Regelkreis 120 enthält einen Spannungsdetektor 152 mit zwei Eingangsklemmen 154, die nach der Darstellung über die Leiter 155 und 156 an den Ausgangskreis des Transformators 116 angeschlossen sind. und mit zwei Detektorausgangsklemmen 158, die zwei Verstärkern 160 und 162 Steuersignale zuführen. Die Ausgangsleistung dieser Verstärker liefert den Strom für die Gleichstromwicklungen der Brücke.
Die in der Zeichnung dargestellten Verstärker sind sich selbst sättigende Magnetverstärker bekannter Ausführung. Der Verstärker 160 weist zwei sättigungsfähige Magnetkerne 163 und 164 mit den Blindwiderstands- oder Arbeitswicklungen 165 bzw. 166, den Gleichstromregelwicklungen 167 bzw. 168 und den Vorspannungswicklungen 169 bzw. 170 (Gleichstrom) auf. Jede der Arbeitswicklungen ist zu einem Zweigkreis geschaltet, wobei die Zweige zwischen den gemeinsamen Verbindungspunkten 171 und 172 der beiden Zweige parallel geschaltet sind. Der Verbindungspunkt 171 ist an eine Wechselstromeingangsklemme 173 eines Ganzwellen-Brückengleichrichers 174 angeschlossen, während der Verbindungspunkt 172 über eine Klemme 175 mit dem Leiter 155 in Verbindung steht. Die andere Wechselstromeingangsklemme 176 des Gleichrichters 174 steht über einen Anschluß 178 mit dem Leiter 156 in Verbindung. Die Anschlüsse 175 und 178 bilden die Wechselstromeingangsklemmen des Verstärkers, während die Anschlüsse 173 und 176 dieWechselstromausgängsklemmen des Verstärkers wie auch die Wechselstromeingangsklemmen des Gleichrichters 174 bilden.
Ein Einwegventil oder Halbwellengleichrichter 180 ist mit der Arbeitswicklung 165 in Serie geschaltet, während ein Halbwellengleichrichter 181 mit der Arbeitswicklung 166 in Serie geschaltet ist. Die Halbwellengleichrichter 180 und 181 besitzen eine entgegengesetzte Beziehung oder Polung in bezug auf eine Speisespannung, die den Verstärkereingangsklemmen 175 und 178 zugeführt wird, so daß die Gleichrichter Strom bei entgegengesetzten Halbperioden der Netzspeisespannung führen und an den Verstärkerausgangsklemmen173 und 176 eine Wechselstromausgangsleistung erzeugen. Daher fließt in jeder der Arbeitswicklungen 165 und 166 ein Halbwellen-oder intermittierenderGleichstrom und erzeugt magnetomotorische Kräfte einer Richtung zum Sättigen der Kerne und zum Herabsetzen der Impedanz der Arbeitswicklungen. Die aus diesen magnetomotorischen Kräften herrührende magnetische Sättigung wird als Selbstsättigung bezeichnet, und die Richtung oder der Sinn dieser magnetomotorischen Kräfte, die durch die Pfeile an den Arbeitswicklungen angedeutet ist, wird als die Sättigungsrichtung bezeichnet. Magnetomotorische Kräfte im entgegengesetzten Sinne suchen die Impedanz der Arbeitswicklungen zu erhöhen und sind als entsättigende magnetomotorische Kräfte bekannt, wobei die Richtung oder der Sinn dieser magnetomotorischen Kräfte als die Entsättigungsrichtung bezeichnet wird. Die relativen Richtungen der magnetomotorischen Kräfte, die sich aus dem in den verschiedenen Vorspannungs- und Regelwicklungen fließenden Strom ergeben, werden durch Pfeile bei diesen Wicklungen angedeutet.
Im allgemeinen trägt bei einer Anordnung, bei der pro Verstärker zwei getrennte Kerne verwendet werden, jeder Kern eine Arbeitswicklung und zumindest eine Regelwicklung, während bei eng beieinanderliegenden Kernen oder, wenn der bekannte einzelne dreischenkelige Kern verwendet wird, eine einzelne Regelwicklung beide Kerne oder den Mittelschenkel des dreischenkeligen Kerns umschließen kann. In jedem Falle werden die induzierten Wechselspannungen oder die Wechselflüsse infolge des durch jede Arbeitswicklung fließenden pulsierenden Stromes in bezug auf die Regelwicklungen und die Vorspannungswicklungen, wenn solche verwendet werden, zum Verschwinden gebracht.
Der sich selbst sättigende Verstärker 162 gleicht dem Verstärker 160, weshalb gleiche Teile mit den gleichen, ein Häkchen tragenden Nummern versehen sind. Die Wechselstromeingangsklemmen beider Verstärker sind nach der Zeichnung an dieselbe Kraftquelle angeschlossen, d. h., beide sind mit den Leitern 155 und 156 verbunden, die ihrerseits an die Ausgangsleiter 127 und 128 des Transformators angeschlossen sind.
Der Ausgangswechselstrom des Verstärkers 160 wird von dem Ganzwellengleichrichter 174 gleichgerichtet, dessen Gleichstromausgänge 183 und 184 den Drosselbrückenregelwicklungen 136DC und 140DC über einen einstellbaren Widerstand 185 Gleichströme zuführen. Der Ausgangswechselstrom des Verstärkers 162 wird vom Ganzwellengleichrichter 174' gleichgerichtet, dessen Gleichstromausgänge 183' und 184' den Drosselbrückenregelwicklungen 134DC und 138DC über einen einstellbaren Widerstand 185' Gleichströme zuführen.
Die Regelwicklungen 167, 168, 167' und 168' sind in Serie geschaltet und an die Gleichstromausgangsklemmen eines Ganzwellengleichrichters 187 über einen einstellbaren Widerstand 188 angeschlossen. Die Wechselstromeingänge des Gleichrichters 187 sind an die Ausgänge 158 des Spannungsdetektors 152 angeschlossen.
Die Regelwicklungen 167 und 168 sind so ausgeführt und angeschlossen, daß der Stromfluß durch diese Wicklungen zu entsättigenden magnetomotorischen Kräften führt, die die Ausgangsleistung des Verstärkers 1.60 herabzusetzen suchen. Die Regelwicklungen 167' und 168' sind jedoch so ausgeführt und angeschlossen, daß der durch diese fließende Strom zu sättigenden magnetomotorischen Kräften führt, die die Ausgangsleistung des Verstärkers 162 zu erhöhen suchen. Daher werden die Regelwicklungen der Ausgangsleistung des Spannungsdetektors entsprechend erregt, wobei, wie durch die Pfeile an den Regelwicklungen jeden Verstärkers angedeutet, der vom Detektor 152 gelieferte Strom bewirkt, daß der Ausgangsstrom des einen Verstärkers anwächst, während der Ausgangsstrom des anderen Verstärkers bestrebt ist, sich für eine gegebene Veränderung des vom Detektor gelieferten Stromes zu vermindern.
Die Vorspannungswicklungen jeden Verstärkers werden an irgendeine geeignete Stromquelle angeschlossen. Nach der Zeichnung sind die Vorspannungswicklungen 169 und 170 des Verstärkers 160 über einen einstellbaren Widerstand 191 an eine Batterie 190 angeschlossen. Der Vorbelastungsstrom weist eine solche Richtung auf, daß die erzeugte magnetomotorische Kraft in der Sättigungsrichtung liegt, wie durch die Pfeile an den Wicklungen 169 und 170 angedeutet. Die Stärke des Vorbelastungsstromes ist so bemessen, daß die Ausgangsleistung des Verstärkers 160 hoch ist oder den höchsten Wert erreicht, wenn den Regelwicklungen 167 und 168 ein kleines oder ein Signal Null zugeführt wird. Die Vorbelastungswicklungen 169' und 170' des Verstärkers 162 werden nach der Zeichnung aus einer Batterie 190' über einen einstellbaren Widerstand 191' mit Strom versorgt, wobei die Richtung des Vorbelastungsstromes in diesen Wicklungen so gewählt ist, daß die erzeugte magnetomotorische Kraft in der Entsättigungsrichtung liegt, wie durch die Pfeile an diesen Wicklungen angedeutet ist. Die Stärke dieses Vorbelastungsstromes ist so bemessen, daß die Ausgangsleistung des Verstärkers 162 niedrig ist oder den Mindestwert aufweist, wenn den Regelwicklungen 167' und 168' ein kleines oder ein Signal Null zugeführt wird.
Der Spannungsdetektor 152 wirkt als Stromregelventil, das erst dann einen nennenswerten Strom durchläßt, wenn die seinem Eingang 154 zugeführte Spannung einen vorausbestimmten kritischen Wert übersteigt, wonach das Anwachsen des Stromflusses zu seinem Ausgangskreis in direktem Verhältnis zum Spannungsanstieg oberhalb dieses kritischen Wertes steht.
Es sei hier lediglich für die Zwecke der Beschreibung angenommen, daß die Ausgangsspannung V.. innerhalb von ± 1ll(o des vorausbestimmten oder normalen Wertes gehalten werden soll, selbst wenn die Speisespannung zwischen + l0 % und -101/o ihres Normalwertes schwankt. Die F i g. 8 zeigt daher eine typische Kurve des Detektors 152, bei der der Ausgangsstrom des Detektors (zu den Regelwicklungen 167, 168, 167' und 168') auf der Abszisse und die Ausgangsspannung V., in Prozenten der Normalspannung auf der Ordinate aufgetragen ist.
Aus dieser Kurve ist zu ersehen, daß der Detektor einen geringen oder vernachlässigbaren Ausgangsstrom aufweist, wenn die Ausgangsspannung V, ihren zulässigen Mindestwert (99% des Normalwertes) erreicht, und daß der Ausgangsstrom rasch und im wesentlichen proportional zum Ansteigen der Ausgangsspannung V, oberhalb des zulässigen Mindestwertes anwächst.
Es kann jeder geeignete Spannungsdetektor mit einer ähnlichen Charakteristikkurve wie die der F i g. 8 verwendet werden. Der in der F i g. 7 dargestellte Detektor 152 ist von bekannter Ausführung und besteht einfach aus einer Wicklung auf einem sättigungsfähigen Kern, die so bemessen ist, daß der Kern bei einer gewünschten Höhe der zugeführten Spannung sich zu sättigen sucht, so daß der durch die Wicklung fließende Strom nach der Sättigung rasch ansteigt.
Die in der F i g. 9 gezeigte Kurve A stellt die Regelcharakteristik des Verstärkers 160 dar (d. h. die Ausgangsleistung des Verstärkers 160 zu den Wicklungen 136 DC und l40 DC, bezogen auf den aus dem Detektor 152 fließenden Strom), während die Kurve B die Charakteristikkurve des Verstärkers 162 darstellt (d. h. die Ausgangsleistung des Verstärkers 162 zu den Wicklungen 134DC und 138DC, bezogen auf den aus dem Detektor 152 fließenden Strom). Es sei darauf hingewiesen, daß bei einem vom Detektor 152 den Regelwicklungen 167, 168, 167' und 168' zugeführten vernachlässigbaren oder Regelstrom Null die Ausgangsleistung des Verstärkers 160 einen hohen oder den Höchstwert erreicht wie am Punkt a, der Kurve A, während die Ausgangsleistung des Verstärkers 162 einen Mindestwert aufweist wie am Punkt bi der Kurve B. Wenn der Ausgangsstrom vom vernachlässigbaren Wert aus anwächst, so nimmt die Ausgangsleistung des Verstärkers 160 (Kurve A) vom Höchstwert (Punkt a1) zu einem Mindestwert (Punkt a2) ab, während der Ausgangsstrom des Verstärkers 162 (Kurve B) vom Mindestwert aus (Punkt b1) zu einem Höchstwert (Punkt b2) anwächst. Aus den F i g. 8 und 9 ist daher zu ersehen, daß die Ausgangsleistung des Verstärkers 162 der Höhe der Ausgangsspannung oberhalb des zulässigen Mindestwertes direkt proportional ist, während die Ausgangsleistung des Verstärkers 160 der Höhe der Ausgangsspannung oberhalb des zulässigen Mindestwertes umgekehrt proportional ist.
Die beiden Kurven A und B sind in derselben F i g. 9 dargestellt und kreuzen sich an einem Punkt p, an dem der Ausgangsstrom eines jeden der Verstärker der gleiche ist und einen verhältnismäßig niedrigen Wert aufweist. Der Wert der Ausgangsleistung jeden Verstärkers ist am Punkt p der gleiche, wobei die beiden Paare der einander diametral gegenüberliegenden Drosseln der Brücke 132 in gleichem Maße erregt sind und die Brücke sich im Gleichgewicht befindet. Offensichtlich kann die Gestalt der Kurven A und B und der Ort des Kreuzungspunktes p verändert werden, beispielsweise indem das Verhältnis des Stromes in den Vorbelastungswicklungen 169 und 170 in bezug auf den Strom in den Vorbelastungswicklungen 169' und 170' verändert wird.
Die Arbeitsweise der vollständigen Spannungsregelvorrichtung 110 wird hier nur kurz erläutert. Besitzt die Ausgangsspannung V2 ihren normalen Wert, so wird keine Ausgleichs- oder Kompensationsspannung e benötigt. Beträgt die Ausgangsspannung V" 100 % ihres Normalwertes (F i g. 8), so erzeugen daher die Verstärker 160 und 162 gleiche Regelströme (Punkt p in der F i g. 9), die den beiden Paaren einander diametral gegenüberliegenden Brückendrosseln zugeführt werden, so daß die Brücke 132 sich im Gleichgewicht befindet. Unter der Annahme, daß die Spannungsabfälle an den Drosseln in der Brücke einander gleich sind und die gleiche Phasenlage aufweisen (eine Bedingung, die später eingehend behandelt wird), so ist die Spannung an den Brückenecken 144 und 148 verhältnismäßig niedrig und im wesentlichen unwirksam im Hinblick auf die Ausgangsspannung V2.
Steigt die Speisespannung V1 oberhalb ihres Normalwertes an, so sucht die Ausgangsspannung V2 anzusteigen und bewirkt ein Anwachsen des Ausgangsstromes des Detektors 152, wobei der Ausgangsstrom des Verstärkers 162 anwächst, während der Ausgangsstrom des Verstärkers 160 schwächer wird, wie aus den Kurven A und B der F i g. 9 zu ersehen ist. Das Anwachsen des Ausgangsstromes des Verstärkers 162 sucht die Brückendrosseln 134 und 138 zu sättigen, so daß sich die Impedanz der Wicklungen 134 AC und 138 AC vermindert, während die Schwächung des Ausgangsstromes des Verstärkers 160 die Impedanz der Drosselwicklungen 136AC und 140AC zu erhöhen sucht. Daher ist der Brückenkreis 132 unabgeglichen, und es tritt an den Anschlußpunkten 144 und 148 der Brücke eine Ausgleichsspannung e auf. Diese Spannung weist eine solche Höhe und relative Polarität oder Phasenwinkel in bezug auf V1 auf, daß sie V1 entgegenwirkt oder schwächt, wobei die primäre oder induzierte Spannung E herabgesetzt wird, so daß der Anstieg von V1 kompensiert und die Ausgangsspannung V2 im wesentlichen konstant gehalten wird, d. h. innerhalb der vorausbestimmten Grenzen.
Sinkt andererseits die Speisespannung V1 unterhalb ihres Normalwertes ab, so sucht die Ausgangsspannung V2 sich zu vermindern und bewirkt ein Schwächerwerden der Ausgangsleistung des Detektors 152 mit der Wirkung, daß die Ausgangsleistung des Verstärkers 160 anwächst, während die Ausgangsleistung des Verstärkers 162 absinkt. Das Anwachsen des Ausgangsstromes des Verstärkers 160 sucht die Brückendrosseln 136 und 140 zu sättigen und die Impedanz der Wicklungen 136AC und 140 A C herabzusetzen, während das Schwächerwerden des Ausgangsstromes des Verstärkers 162 die Impedanz der Brückendrosselwicklungen134AC und 138AC zu erhöhen sucht. Unter diesen Bedingungen ist der Brückenkreis wieder unabgeglichen, und es tritt an den Anschlüssen 144 und 148 der Brücke eine Ausgleichsspannung e auf. In diesem Falle besitzt die Ausgleichsspannung eine solche Höhe und relative Polarität oder Phasenwinkel in bezug auf VJ, daß V1 unterstützt oder verstärkt wird, wobei die primäre oder induzierte Spannung E so ansteigt, daß die Schwächung von V1 kompensiert und die Ausgangs- Spannung innerhalb der vorausbestimmten Grenzwerte im wesentlichen konstant gehalten wird.
Bisher wurde beim selbsttätigen Regelkreis angenommen, daß die Spannungsabfälle an den Brückendrosseln kophasig seien, um die theoretische Erläuterung des Regelkreises 110 zu vereinfachen. Die kophasige Beziehung zwischen den Spannungsabfällen an den Brückendrosseln wird nahezu erhalten, wenn der in der Primärwicklung 122 des Transformators 116 fließende Strom klein ist im Vergleich zu dem in den Drosseln. der Brücke 132 auf Grund der Spannung an der Korrekturwicklung 130 fließenden Strom. Diese kophasigen Spannungsbedingungen sind jedoch nur selten vorhanden. Ist der Transformator belastet, so sind die Spannungsabfälle an den verschiedenen Drosseln des Brückenkreises nicht kophasig auf Grund des durch die Brückendrosseln fließenden Laststromes, und die Spannungsbeziehungen werden verwickelter. Es hat sich beispielsweise gezeigt, daß unter Belastungsbedingungen, wenn die Brücke sich im Gleichgewicht befindet, d. h., wenn in den Gleichstromregelwicklungen der Brückendrosseln gleiche Ströme fließen, an den Ecken 144 und 148 eine unerwünschte Spannung e auftritt, die ungefähr unter einem rechten Winkel zu der Spannung an der Korrekturwicklung 130 und der Spannung E an der Primärwicklung 122 liegt. In einem solchen Falle liegen die Höhe der Primärspannung E in der Nähe ihres Normalwertes und die Höhe der Spannung V2 in der Nähe ihres Normalwertes ungeachtet dessen, daß die Spannung e an den Ecken 144 und 148 der Brücke auftritt. Jedoch ist die Phase der Primärspannung E und damit der Spannung V., in bezug auf die Speisespannung V1 wesentlich verschoben. Es hat sich ferner gezeigt, daß diese unerwünschte Spannung e verhältnismäßig hohe Harmonische enthält, die in die Ausgangsspannung V, übertragen werden und die den Fernsprechverkehr stören können, wenn die Spannungsregelvorrichtung 110 benutzt wird, um Leistung über Leitungen zu übertragen, die in der Nähe von Fernsprechleitungen liegen.
Ist der Brückenkreis 132 unabgeglichen, beispielsweise wenn das Verhältnis der Impedanzwerte der Blindwiderstandswicklung 140AC und der Blindwiderstandswicklung 134AC und das Verhältnis der Impedanzwerte der Drosselwicklungen 136AC und 138AC ziemlich klein ist, so erreicht andererseits die Spannung e an den Ecken 144 und 148 eine nahezu kophasige Beziehung zu der Spannung an der Korrekturwicklung 130 oder den Ecken 142 und 146 sowie auch zur Primärspannung E. Infolgedessen ist in diesem Falle die Phasenverschiebung zwischen V1 und V, gering. Auch sind die Größen der Harmonischen in der Kompensationsspannung bei unabgeglichener Brücke gering.
Daher ist bei normaler Eingangsspannung V1 und normaler Ausgangsspannung V, der Brückenkreis im Gleichgewicht, und an den Brückenecken 144 und 148 tritt eine Spannung e auf, die im wesentlichen unter einem rechten Winkel zur primären oder induzierten Spannung E liegt und die zu verhältnismäßig hohen Harmonischen in der Ausgangsspannung V, und einer beträchtlichen Phasenverschiebung zwischen V1 und VZ führt. Infolgedessen ist es, wenn die Ausgangsspannung normal ist und eine Kompensationsspannung nicht benötigt wird, jedoch auftritt, von Vorteil, die Höhe dieser Kompensationsspannung e auf einen Mindestwert herabzusetzen, welche Maßnahme ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist.
Bei der dargestellten Ausführungsform der Erfindung wird die unerwünschte, bei normaler Ausgangsspannung V" an den Anschlüssen 144 und 148 der Brücke auftretende Kompensationsspannung e stark reduziert, wobei die Harmonischen in der Ausgangsspannung auf einen Mindestwert herabgesetzt und ferner die Phasenverschiebung zwischen der Speisespannung Vl und der Ausgangsspannung Vz stark vermindert wird. Dies wird dadurch erreicht, daß die Vorrichtung 112 mit veränderlicher Impedanz, die als Harmonischen- und Phasenverschiebungsunterdrücker bezeichnet wird, an die Ecken 144 und 148 des Brückenkreises 132 angeschlossen wird, wobei die Impedanz der Vorrichtung den Schwankungen der geregelten Ausgangsspannung V2 entsprechend selbsttätig derart verändert wird, daß bei normaler Ausgangsspannung V@ die Impedanz der Vorrichtung einen Mindestwert aufweist und bei Abweichung der Ausgangsspannung vom Normalwert die Impedanz der Vorrichtung verhältnismäßig hoch ist.
Der in der F i g. 7 dargestellte Phasenverschiebungs- und Harmonischenunterdrücker 112 weist eine Drossel mit einem sättigungsfähigen Magnetkern 192 auf, der eine Blindwiderstandswicklung 194 und eine Gleichstromregelwicklung 195 trägt. Die Wicklung 194 besitzt zwei Anschlüsse, von denen der eine mit der Ecke 144 und der andere mit der Ecke 148 des Brückenkreises 132 verbunden ist.
Der Unterdrückerregelkreis 114 in der F i g. 7 enthält einen Selbstsättigungs-Magnetverstärker 196, der den Verstärkern 160 und 162 etwas ähnlich ist. Der Verstärker 196 wird den Ausgangsspannungsschwankungen entsprechend geregelt und dessen Ausgangsleistung der Regelwicklung 195 der Unterdrückerdrossel 112 zugeführt.
Der Verstärker 196 enthält zwei sättigungsfähige Magnetkerne 198 und 199 mit den Blindwiderstands-oder Arbeitswicklungen 200 bzw. 202, den Regelwicklungen 204 bzw. 205, den Regelwicklungen 206 bzw. 207 und den Vorbelastungswicklungen 208 bzw. 209.
Die Arbeitswicklungen 200 und 202 bilden zwei parallele Zweigkreise 210 und 212, wobei die gegenüberliegenden Enden der Zweige gemeinsame Verbindungspunkte 214 und 215 aufweisen. In den Zweig 210 ist in Serie mit der Arbeitswicklung 200 ein Halbwellengleichrichter 216 geschaltet, während in den Zweig 212 in Serie mit der Arbeitswicklung 202 ein Halbwellengleichrichter 217 geschaltet ist. Der Verbindungspunkt 214 ist an die Klemme 218 zweier Verstärker - Wechselstromausgangsklemmen 218 und 218' angeschlossen, während der Verbindungspunkt 215 an die Klemme 220 zweier Verstärker-Wechselstromeingangsklemmen 220 und 220' angeschlossen ist. Die Eingangsklemme 220' und die Ausgangsklemme 218' sind miteinander verbunden.
Die Eingangsklemmen 220 und 220' sind an eine mit 222 bezeichnete Wechselstromquelle angeschlossen, während die Wechselstromausgangsklemmen 218 und 218' des Verstärkers an einen Ganzwellengleichrichter 224 angeschlossen sind, dessen Gleichstromausgangsklemmen an die Regelwicklung 195 der Phasenverschiebungs- und Harmonischenunterdrückerdrossel 112 angeschlossen sind. Die Stromquelle 222 für den Verstärker kann aus irgendeiner geeigneten Wechselstromquelte bestehen, wobei beispielsweise die Klemmen 220 und - 22f an den Ausgangskreis des Transformators 116 mit im wesentlichen konstanter Ausgangsspannung angeschlossen werden können.
Die Halbwellengleichrichter 216 und 217 besitzen eine entgegengesetzte Polung oder Beziehung zu der demArbeitseingangskreis 220-220' zugeführten Speisespannung, so daß die Gleichrichter bei abwechselnden Halbperioden der Speisespannung Strom leiten und an den Ausgangsklemmen 218 und 218' einen Wechselstrom erzeugen. Daher fließt in den Arbeitswicklungen 20(l und 202 ein intermittierender pulsierender Gleichstrom und erzeugt sättigende magnetomotorische Kräfte, die die Kerne zu sättigen suchen und die Ausgangsleistung der Verstärker zu erhöhen. Die Richtung dieser sättigenden magnetomotorischen Kräfte ist durch die Pfeile an den Arbeitswicklungen 200 und 202 angedeutet.
Die beiden Regelwicklungen 204 und 205 des Verstärkers 196 sind in Serie geschaltet und über die Leiter 226 und 227 und über einen einstellbaren Widerstand 228 an die Gleichstromausgangsklemmen 183 und 184 des Gleichrichters 174 angeschlossen und werden deshalb entsprechend der Ausgangsleistung des Verstärkers 160 erregt. Die beiden Regelwicklungen 206 und 207 des Verstärkers 196 sind in der gleichen Weise in Serie geschaltet und über die Leiter 229 und 230 und über einen einstellbaren Widerstand 231 an die Gleichstromausgänge 183' und 184' des Gleichrichters 174' angeschlossen und werden deshalb entsprechend der Ausgangsleistung des Verstärkers 162 erregt. Daher regeln in der Schaltung der F i g. 7 die Ausgangsleistungen der Verstärker 160 und 162 die relativen Impedanzen der Drosseln in der Brücke 132 und bestimmen ferner die Ausgangsleistung des Verstärkers 196, die ihrerseits die Impedanz der Unterdrückerdrossel 112 regelt.
Die Vorbelastungswicklungen 208 und 209 sind nach der Darstellung in Serie geschaltet und an eine als Batterie 233 bezeichnete Stromquelle über einen Widerstand 234 angeschlossen, der einstellbar ist. Wie durch die Pfeile an diesen Vorbelastungswicklungen angedeutet, liegen die aus dem hindurchfließenden Vorbelastungsstrom herrührenden magnetomotorischen Kräfte in der Sättigungsrichtung und suchen die Ausgangsleistung des Verstärkers zu erhöhen. Die Stärke des Vorbelastungsstromes für den Verstärker 196 ist so eingestellt, daß bei einem in den Regelwicklungen 204, 206, 207 und 205 fließenden Gesamt-Mindestregelstrom die Ausgangsleistung des Verstärkers 196 ihren Höchstwert erreicht.
Die Regelwicklungen 204, 205, 206 und 207 sind so angeordnet und angeschlossen, daß die aus dem diese Wicklungen durchfließenden Strom herrührenden magnetomotorischen Kräfte in der entsättigenden Richtung liegen, wie durch die Pfeile an den Wicklungen angedeutet, d. h., diese magnetomotorischen Kräfte wirken der Sättigung entgegen und setzen die Ausgangsleistung des Verstärkers 196 herab. Daher beeinflussen die Ausgangsströme aus beiden Verstärkern 160 und 162 den Verstärker 196 in demselben Sinne, so daß deren vereinte Wirkung durch die Kurve C in der F i g. 9 dargestellt werden kann. Bei einem verhältnismäßig niedrigen Wert des Ausgangsstromes jedes der Verstärker 160 und 162 am Kreuzungspunkt p ist die Veränderung des Ausgangsstromes eines der Verstärker größer als die Veränderung des Ausgangsstromes des anderen für eine gegebene Veränderung des Ausgangsstromes des Detektors. Die Kurve C stellt die Regelamperewindungen des Verstärkers 196 dar und wird durch ,Addieren der Augenblickswerte der Kurven A und B erhalten.
Die F i g.10 zeigt die Regelcharakteristik D des Verstärkers 196.
Die F i g.11 zeigt eine Kurve Z, die die Impedanzkurve der Unterdrücker-Blindwiderstandswicklung 194 in bezug auf die Regelcharakteristik des Verstärkers 196 darstellt. Es ist zu ersehen, daß die Ausgangsleistung des Verstärkers 196 (Kurve D) sich in bezug auf die Rgel-Amperewindungen des Verstärkers (Kurve C) umgekehrt verändert, d. h., die Ausgangsleistung des Verstärkers 196 nimmt ab, wenn sich die Amperewindungen vermehren, und umgekehrt. Aus den Kurven D und Z (F i g. 10 und 11) ist ferner zu ersehen, daß die Impedanz der Blindwiderstandswicklung 194 sich in bezug auf die Ausgangsleistung des Verstärkers 196 umgekehrt verändert.
Bei im Betrieb normaler Ausgangsspannung V., erzeugt der Detektor 152 ein Regelsignal (Punkt n in der F i g. 8), das den Regelwicklungen der Verstärker 160 und 162 zugeführt wird, und das bewirkt, daß deren entsprechende Ausgangsleistungen gleich werden, wie am Kreuzungspunkt p in der F i g. 9 dargestellt. Dabei werden die beiden Paare der diametral gegenüberliegenden Wicklungen des Drosselbrückenkreises 132 mit gleichen Regelgleichströmen versorgt, wobei die Brücke abgeglichen ist. Gleichzeitig werden die Regelwicklungen 204, 205 und 207 des Verstärkers 196 von einem Regelsignal mit einem Mindestwert erregt, wie am Punkt m der Kurve C angedeutet, so daß der Verstärker 196 eine Höchstausgangsleistung aufweist (Punkt dl auf der Kurve D in F i g. 10) mit der Wirkung, daß durch die Regelwicklung 195 der Unterdrückerdrossel ein verhältnismäßig starker Strom fließt und die Impedanz der Wechselstromwicklung 194 auf einen Mindestwert herabsetzt (Punkt z, der Kurve Z in F i g. 11). Daher ist -die Brücke bei normaler Ausgangsspannung V, im Gleichgewicht, und die sonst anwesende unerwünschte Spannung e wird dadurch im wesentlichen unwirksam gemacht, daß die Unterdrückerdrossel eine sehr geringe Impedanz besitzt und an die Brückenecken 144 und 1.48 angeschlossen ist.
Könnte die Impedanz der Unterdrückerdrosselwicklung bei normaler Ausgangsspannung auf Null herabgesetzt werden, so würde dies in der Auswirkung einem Kurzschluß an den diametral gegenüberliegenden Ecken 144 und 148 der Brücke gleichkommen, wobei die Ausgleichsspannung e auf den Wert Null herabgesetzt würde, und es gäbe keine höheren Harmonischen in der Ausgangsspannung und auch keine Phasenverschiebung zwischen der Speisespannung und der Ausgangsspannung als ein Ergebnis der Regelanlage. Mit Hilfe der vorliegenden Erfindung wird dieses Ergebnis nahezu erreicht. Bei einer durchgeführten Untersuchung wurde der Wert der Ausgleichsspannung e bei abgeglichener Brücke und bei einer Ausgangsspannung mit dem gewünschten Wert um ungefähr 70% herabgesetzt.
Schwankt andererseits die Ausgangsspannung oberhalb oder unterhalb des Normalwertes, so bewirkt d, -r Ver@tir',-e-- 196 selbsttätig eine Erhöhung der Impedanz der Drosselwicklung 194, so daß die Kompensationsspannung e wirksam wird und die Ausgangsspannung V2 innerhalb der vorausbestimmten Grenzwerte hält.
Su2ht beispielsweise die Ausgangsspannung V2 über den Normalwert anzusteigen, weil sich die Speisespannung V1 auf 11011/o ihres Normalwertes erhöht hat, so bewirkt die geringe Erhöhung der Ausgangsspannung ein Ansteigen der Ausgangsleistung des Detektors 152 auf einen hohen Wert (Punkt h der Kurve in F i g. 8), wobei die Ausgangsleistung des Verstärkers 162 auf einen verhältnismäßig hohen Wert (Punkt b2, Kurve B), die Ausgangsleistung des Verstärkers 160 dagegen auf einen niedrigen Wert (Punkt a." Kurve A) gebracht wird. Dieser Vorgang bewirkt, daß die Drosselbrücke 132 aus dem Gleichgewicht gerät und eine Korrekturspannung e erzeugt, die der aufgedrückten Spannung V1 entgegenwirkt, so daß die primäre oder induzierte Spannung E im wesentlichen konstant gehalten wird. Gleichzeitig werden die aus den Signalströmen aus den Verstärkern 160 und 162 herrührenden entsättigenden magnetomotorischen Kräfte auf einen hohen Wert erhöht (Punkt cl der Kurve C), und die Ausgangsleistung des Verstärkers 196 auf einen niedrigen Wert herabgesetzt (Punkt d., der Kurve D in F i g.10), weshalb die Impedanz der-Unterdrückerdrosselwicklung 194 einen hohen Wert aufweist (Punkt z2 der Kurve Z in F i g. 11). Da die Impedanz der Wicklung 194 groß ist, so hat sie im wesentlichen auf die in der Brücke erzeugte Spannung e keinen Einfiuß. Die Spannung e ist deshalb wirksam und wirkt der Speisespannung V1 entgegen, wobei die Tendenz entsteht, die primäre oder induzierte Spannung E herabzusetzen und die Ausgangsspannung V2 innerhalb der vorausbestimmten Grenzwerte zu halten.
Sucht die Ausgangsspannung V2 vom Normalwert aus abzusinken, weil beispielsweise die Speisespannung sich auf 9011/o ihres Normalwertes vermindert, so bewirkt die geringe Verminderung der Ausgangsspannung eine Herabsetzung des Ausgangsstromes des Detektors 152 auf einen niedrigen Wert (Punkt I der Kurve in F i g. 8). Die Schwächung des Ausgangsstromes des Detektors 152 bewirkt eine Erhöhung der Ausgangsleistung des Verstärkers 160 (Punkt a1, Kurve A in F i g. 9) und eine Herabsetzung der Ausgangsleistung des Verstärkers 162 (Punkt bi, Kurve B), wobei Regelsignale erzeugt werden, die den Brückenkreis 132 aus dem Gleichgewicht bringen. Gleichzeitig weisen die entsättigenden magnetomotorischen Kräfte, die aus den Signalströmen aus den Verstärkern 160 und 162 herrühren, die den Regelwicklungen des Verstärkers 196 zugeführt werden, einen hohen Wert auf (Punkt c2, Kurve C). Infolgedessen wird die Ausgangsleistung des Verstärkers 196 wieder auf einen niedrigen Wert herabgesetzt (Punkt d2, Kurve D in F i g. 10) mit der Wirkung, daß die Impedanz der Unterdrückerdrosselwicklung 194 einen hohen Wert aufweist (Punkt z2, Kurve Z). Wegen der hohen Impedanz der Wicklung 194 bei unabgeglichenem Brückenkreis wird die in der Brücke 132 erzeugte Spannung e wieder wirksam, unterstützt jedoch in diesem Falle die Speisespannung V1 und sucht die primäre oder induzierte Spannung E zu erhöhen und dabei die Ausgangsspannung V2 innerhalb der vorausbestimmten Grenzwerte zu halten.
In der F 1 g. 12 ist die Arbeitsweise der Anlage der F i g. 7 und die Wirkung des Unterdrückers 112 und des Regelkreises 114, die die Phasenverschiebung zwischen V1 und 172 stark vermindern und auf einem Mindestwert halten, graphisch dargestellt. Bei der F i g. 12 wird angenommen, daß die Ausgangsspannung V2 sich auf Grund der Schwankungen der Speisespannung V1 zu verändern sucht. Der Vektor o-a stellt die Speisespannung mit dem Normalwert, der Vektor o-b die Speisespannung oberhalb des Normalwertes und derVektor o-c die Speisespannung unterhalb des Normalwertes dar. Die gestrichelt gezeichnete Kurve r stellt den Ort der Spitzen der Vektoren der Kompensationsspannung dar, der sich ergeben würde, wenn der selbsttätige Unterdrücker nicht verwendet wird. Die Kurve s stellt den Ort der Spitzen der Vektoren der Kompensationsspannung bei Verwendung des selbsttätigen Unterdrückers dar.
Liegt V1 oberhalb des Normalwertes (Vektor o-b), so ist die Brücke 132, wie oben beschrieben, unabgeglichen, wobei die Kompensationsspannung e, die an den Brückenanschlüssen 144 und 148 auftritt, durch den Vektor o-b' dargestellt wird. Die Addition dieser Vektoren ergibt den Vektor E, der die gewünschte normale primäre oder induzierte Spannung darstellt, die erforderlich ist, um die normale Ausgangsspannung zu erhalten. Liegt V1 unterhalb des Normalwertes, wie durch den Vektor o-c dargestellt, so ist die Brücke im entgegengesetzten Sinne unabgeglichen, wobei die Kompensationsspannung e durch den Vektor o-c' dargestellt wird. Die Addition der Vektoren o-c und o-c' ergibt wieder den Vektor E. Steigt die Speisespannung über den Normalwert hinaus an oder sinkt sie unter den Normalwert ab, so wirkt die Kompensationsspannung e derart auf die Primärspannung ein, daß die Ausgangsspannung im wesentlichen auf ihrem Normalwert gehalten wird.
Der Vektor o-a" stellt die Spannung dar, die an den Brückenanschlüssen 144 und 148 auftreten würde, wenn die Speise- und die Ausgangsspannungen im wesentlichen die normalen wären, und wenn der selbsttätige Unterdrücker nicht verwendet würde. Der Vektor o-a" steht im wesentlichen auf V1 senkrecht und weist eine solche Größe auf, daß bei der Addition mit dem Vektor o-a der normalen Speisespannung der Vektor EN der Primärspannung erhalten wird. Es ist offenbar, daß die Phasenverschiebung zwischen EN und V1 ziemlich groß ist, was bedeuten würde, daß die Phasenverschiebung zwischen V1 und V., gleichfalls ziemlich groß wird.
Der Vektor o-a' stellt die herabgesetzte Spannung dar, die an den Brückenanschlüssen 144 und 148 auftritt, wenn die Ausgangsspannung V2 normal ist und wenn der selbsttätige Unterdrücker nach der Erfindung verwendet wird.
Die Addition des Normalspeisespannungsvektors o-a mit dem Vektor o-a' ergibt den erwünschten Primärspannungsvektor E. Daraus geht hervor, daß die Phasenverschiebung zwischen der Speise- und der Ausgangsspannung herabgesetzt und im wesentlichen konstant gehalten wird, wenn die Ausgangsspannung V2 den gewünschten Wert aufweist.
Es hat sich ferner gezeigt, daß die von der Regelanlage bei Verwendung der geregelten Unterdrückerdrossel (für die meisten Belastungsbedingungen) benötigte Blindleistung geringer war als die ohne Unterdrückerdrossel benötigte Blindleistung.
Die F i g. 13 zeigt ein Teilschaltbild einer abgeänderten Ausführungsform der Erfindung, bei der wie bei der Schaltung der F i g. 7 die Unterdrückerdrossel 112 entsprechend den Schwankungen der Ausgangsspannung V2 geregelt wird. Bei der in der F i g. 13 dargestellten Schaltung besitzt der Unterdrückerregelverstärker 196a nur zwei Regelwicklungen 236 und 238, die mit Gleichstrom aus einem Ganzwellengleichrichter 240 versorgt werden. Die Wechselstromeingangsklemmen des Gleichrichters 240 erhalten eine Spannung zugeführt, die der Differenz zwischen den Ausgangswechselspannungen der Verstärker 160 und 162 proportional ist.
Daher ist die eine der Wechselstromeingangsklemmen des Gleichrichters 240 über einen Leiter 242 an die Wechselstromausgangsklemme 173 des Verstärkers 160 angeschlossen, während die andere Eingangsklemme des Gleichrichters über einen Leiter 244 an die Wechselstromausgangsklemme 173' des Verstärkers 162 angeschlossen ist. Deshalb regeln die Ausgangsleistungen der Verstärker 160 und 162 wie bei der Schaltung der F i g. 7 die Impedanz der Drossel 112.
Nach der Darstellung ist der Verstärker 196a nach F i g. 13 wie der Verstärker 196 der F i g. 7 mit Vorbelastungswicklungen 208' und 209' und einer Vorbelastungsstromquelle 233', 234' versehen.
Der Vorbelastungsstrom fließt durch die Vorbelastungswicklungen 208' und 209' in der Sättigungsrichtung, wobei die Stärke dieses Stromes so bemessen ist, daß im Ausgangskreis des Verstärkers 196a ein starker Strom fließt, wenn in den Regelwicklungen 236 und 238 ein schwacher oder Signalstrom mit dem Wert Null fließt.
Die den Eingangsklemmen des Gleichrichters 240 zugeführte Signalspannung schwankt von Null bis zu einem verhältnismäßig hohen Wert entsprechend der Differenz zwischen den Wechselstromausgangsleistungen der Verstärker 160 und 162.
Weist die Ausgangsspannung V2 ihren Normalwert auf, so sind die Ausgangsströme der Verstärker 160 und 162 im wesentlichen gleich und bewirken einen Abgleich der Brücke 132. Deshalb ist das Potential zwischen den Anschlüssen 173 und 178 im wesentlichen gleich dem Potential zwischen den Anschlüssen 173' und 178', da beide Verstärker im wesentlichen gleiche Ströme im wesentlichen gleichen Belastungen zuführen; wobei die Belastungen in diesem Falle aus den Gleichstromregelkreisen der Brücke 132 bestehen. Daher ist die Spannung an den Anschlüssen 173 und 173' und damit an den Wechselstromeingängen des Ganzwellengleichrichters 240 im wesentlichen gleich Null. Daraus geht hervor, daß bei normaler Ausgangsspannung V2 und abgeglichener Brücke durch die Regelwicklungen 236 und 238 nur ein schwacher oder gar kein Strom fließt und die Ausgangsleistung des Verstärkers 196a den höchsten Wert besitzt mit der Wirkung, daß die Impedanz der Unterdrückerdrosselwicklung 194, wie gewünscht, den kleinsten Wert aufweist.
Sinkt die Ausgangsspannung V2 unter den Normalwert ab, beispielsweise weil die Speisespannung auf 90% ihres Normalwertes absinkt, so erhöht sich die Ausgangsleistung des Verstärkers 160, während sich die Ausgangsleistung des Verstärkers 162 vermindert. Da die Veränderung des Ausgangsstromes des Verstärkers 160 (Kurve A in F i g. 9) größer ist als die Veränderung des Ausgangsstromes des Verstärkers 162 (Kurve B in F i g. 9), weisen die Anschlüsse 173 und 173' verschiedene Potentiale auf, und an den Leitern 242 und 244 liegt eine Wechselspannung. Der von dieser Wechselspannung gezogene Strom wird vom Ganzewellengleichrichter 240 gleichgerichtet und erregt die Regelwicklungen 236 und 238, wobei eine entsättigende magnetomotorische Kraft erzeugt wird, die die Ausgangsleistung des Verstärkers 196a herabsetzt mit der Wirkung, daß die Impedanz der Wechselstromwicklung 194 erhöht wird.
Steigt die Ausgangsspannung V2 über den Normalwert an, beispielsweise weil sich die Speisespannung auf 110% des Normalwertes erhöht, so erhöht sich die Ausgangsleistung des Verstärkers 162, während sich die Ausgangsleistung des Verstärkers 160 vermindert. Da die Änderung der Ausgangsleistung des Verstärkers 162 größer als die Änderung der Ausgangsleistung des Verstärkers 160 (Kurven A und B in F i g. 9), so sind die Potentiale an den Anschlüssen 173 und 173' verschieden, und an den Leitern 242 und 244 liegt eine Wechselspannung, wobei erstsättigende magnetomotorische Kräfte erzeugt werden und die Ausgangsleistung des Verstärkers 196a herabgesetzt wird mit der Wirkung, daß die Impedanz der Drosselwicklung 194 hoch wird.
Dabei wird die Unetrdrückerdrossel112 in der F i g. 13 ferner selbsttätig entsprechend den Veränderungen der Ausgangsspannung V2 derart geregelt, daß die Unterdrückerdrosselwicklung 194 an den Brückenanschlüssen 144 und 148 eine Mindestimpedanz darbietet, wenn die Ausgangsspannung normal ist, und eine verhältnismäßig hohe Impedanz, wenn die Ausgangsspannung sich vom Normalwert zu entfernen sucht.
Die den Brückenecken 142 und 146 in der F i g. 7 zugeführte Spannung wird aus der Korrekturwicklung 130 des Transformators 116 erhalten, kann jedoch auch aus einem gesonderten Transformator erhalten werden. Soll beispielsweise ein Belastungskreis ohne Verwendung eines Transformators, wie der Transformator 116, an die Netzleitung angeschlossen werden, so kann die diesen Brückenecken zugeführte Spannung aus einem besonderen Transformator erhalten werden, der an den Belastungskreis angeschlossen wird.
Obwohl nach der F i g. 7 der Brückenkreis 132 in Serie mit der Primärwicklung des Transformators 116 an die Netzleitung 123 angeschlossen ist, kann er an die Sekundärseite des Transformators angeschlossen werden, wenn dies gewünscht wird. Obwohl nach der Darstellung der Brückenkreis über Leitungen mit der Netzleitung in Verbindung steht, kann er an diese über einen zusätzlichen Transformator angeschlossen werden. In diesem Falle wird an Stelle der direkten Verbindung der Brückenecken 144 und 148 mit der Netzleitung, wie dargestellt, die Primärwicklung des zusätzlichen Transformators an diese Brückenecken angeschlossen, wobei die Sekundärwicklung in die Netzleitung eingeschaltet wird.
Es versteht sich, daß die vorstehende Beschreibung und die Zeichnungen sich nur auf Ausführungsbeispiele beziehen und daß Abänderungen und Abwandlungen, die von Sachkundigen leicht vorgenommen werden können, als im Rahmen der Erfindung liegend angesehen werden, die nur von den folgenden Ansprüchen abgegrenzt wird.

Claims

Patentansprüche: 1. Elektrische Regelanlage zum Regeln einer Ausgangsspannung mit einem Brückenkreis und mit einer Einrichtung, die den Gleichgewichtszustand des Brückenkreises regelt, g e k e n n -z e i c h n e t d u r c h eine Vorrichtung veränderlicher Impedanz (15) mit einem Spannungsregelkreis (82), die mit den Ausgangsanschlüssen (34, 38) des Brückenkreises (12) verbunden ist, die Ausgangsspannung im wesentlichen frei von harmonischen Komponenten hält und so aufgebaut ist, daß sie dem Brückenkreis eine niedrige Impedanz darbietet, wenn dieser sich in einem vorherbestimmten elektrischen Zustand befindet, und die bei einer Abweichung des elektrischen Zustandes des Brückenkreises von dem vorbestimmten Zustand eine höhere Impedanz aufweist (F i g.1).
2. Elektrische Regelanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Brückenkreis mindestens zwei Drosseln (24 bis 30) mit sättigungsfähigem Kern, enthält, von denen jede eine Arbeitswicklung (24AC bis 30AC) und eine Steuerwicklung (24DC bis 30DC) mit einer Regeleinrichtung (50, 58) zur Regelung der Impedanz jeder der Drosseln aufweist.
3. Elektrische Regelanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß diese eine primäre Haupttransformatorwicklung (20) und eine Korrekturwicklung (22) umfaßt, daß der Brückenkreis (12) aus einem Wheatstone-Brückenkreis besteht, der mindestens vier Impedanzen (24 bis 30) aufweist, die so zusammengeschaltet sind, daß zwei Paare einander gegenüberliegender Impedanzen und zwei Paare einander gegenüberliegender Eingangs- und Ausgangsanschlüsse gebildet werden, daß ein Leiter (40) die eine Seite der primären Haupttransformatorwicklung mit dem einen Anschluß der Anschlußpaare verbindet, daß zwei Eingangsleiter (42, 44) vorgesehen sind, von denen der eine mit dem anderen Anschluß des einen Anschlußpaares verbunden und der andere mit der anderen Seite der primären Haupttransformatorwicklung verbunden ist, wobei die Hauptwicklung über die Eingangsleiter mit dem Brückenkreis in Reihe geschaltet ist, und daß Leiter (46, 48) vorgesehen sind, die die Korrekturwicklung mit dem anderen Paar der genannten Brückenanschlüsse (32, 36) verbinden, und daß die Regeleinrichtung für den Brückenkreis Verstärker (50, 58) umfaßt, die die Größe mindestens einer Gruppe von Impedanzen (24 bis 30) verändern können.
4. Elektrische Regelanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung mit veränderlicher Impedanz (15) eine Drossel mit sättigungsfähigem Kern (78) und einer Gleichstromwicklung (78DC) aufweist, deren Strom in einer Einrichtung (82) verändert werden kann.
5. Elektrische Regelanlage nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (82) zum Verändern der Impedanz der Vorrichtung (15) auf gewählte äußere Bedingungen anspricht.
6. Elektrische Regelanlage nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch Steuerwicklungen (24DC bis 30DC) der Impedanzen (24 bis 30), die über Gleichrichter (56, 64) mit den Verstärkern (50, 58) in Reihe liegen.
7. Elektrische Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Brükkenkreis aus einem Wheatstone-Brückenkreis (132) mit zwei Gruppen einander gegenüberliegender Impedanzen (134, 138 und 136, 140) und mit zwei Gruppen gegenüberliegender Knotenpunkte (144, 148 und 142, 146) besteht, daß eine Einrichtung vorgesehen ist, die der einen Gruppe von Knotenpunkten (142, 146) eine Spannung zuführt, daß eine Einrichtung mit geregelter Spannung (160, 162) vorgesehen ist, welche die Größe mindestens einer Gruppe von Impedanzen auf Grund einer gewählten Bedingung bei einer elektrischen Spannung zwecks Erzeugung einer veränderlichen Spannung an der anderen Gruppe von Knotenpunkten (144, 148) verändern kann, daß die Einrichtung (112) mit veränderlicher Impedanz zwischen die Knotenpunkte (144, 148) des Brückenkreises (132) geschaltet ist und daß eine die Impedanz regelnde Einrichtung (196) vorgesehen ist, welche die Größe der Impedanz in der Impedanzeinrichtung in Abhängigkeit von der gewählten elektrischen Bedingung verändert (F i g. 7). B.
Elektrische Regeleinrichtung nach Anspruch 7; dadurch gekennzeichnet, daß die gewählte elektrische Bedingung sich von einem Normalwert aus zu Werten über und unter dem Normalwert verändert und daß die Impedanzregeleinrichtung die Größe der Impedanz in der Impedanzeinrichtung auf einen Mindestwert herabsetzt, wenn die elektrische Bedingung dem Normalwert entspricht.
9. Elektrische Regeleinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen mit geregelter Spannung aus Magnetverstärkern bestehen, die die Größe beider Gruppen von Impedanzen in Abhängigkeit von der gewählten elektrischen Bedingung in der Einrichtung verändern, und eine erste und eine zweite Ganzwellen-Brückengleichrichteranordnung (174, 174') umfassen und daß die Impedanzregelvorrichtung auf die Summe der Ströme anspricht, die aus der ersten und der zweiten Ganzwellen-Brückengleichrichteranordnung fließen (F i g. 7).
10. Elektrische Regeleinrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Verändern der Größe der Impedanz beider Gruppen von Impedanzen in Abhängigkeit von der gewählten Bedingung mit einer ersten und einer zweiten elektrischen Spannungsquelle, wobei die Impedanzregeleinrichtung auf die Differenz der Spannungen der beiden Spannungsquellen anspricht.
11. Elektrische Regeleinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Impedanzen aus Drosseln mit sättigungsfähigem Kern bestehen.
12. Elektrische Regeleinrichtung nach Anspruch 7 und 9, gekennzeichnet durch Leitungen (123, 149), welche den Brückenkreis (132) mit einander gegenüberliegenden Brückenknotenpunkten (144, 148) an den Eingangskreis anschließen, und dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (112) mit veränderlicher Impedanz eine Drossel (192) mit sättigungsfähigem Kern umfaßt, daß die Spannungsregeleinrichtung mit ersten Einrichtungen (162) verbunden ist, die einen Strom erzeugen, welcher der oberhalb eines vorherbestimmteneWertes liegenden elektrische Ausgangsgröße direkt proportional ist, und daß zweite Einrichtungen (160) einen Strom erzeugen, welcher der oberhalb des vorbestimmtenWertes liegenden elektrischen Ausgangsgröße umgekehrt proportional ist, und daß die Impedanzregeleinrichtung auf die Ströme anspricht und die Impedanz der Drossel auf einen Mindestwert herabsetzt, wenn die Ströme im wesentlichen einander gleich sind (F i g. 7).
13. Elektrische Regeleinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Impedanzregeleinrichtung die Größe der Impedanz der Drossel nur dann auf einen Mindestwert herabsetzt, wenn die elektrische Ausgangsgröße einen vorausbestimmten Wert aufweist.
14. Elektrische Regeleinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein an eine Spannungsquelle (125) anschließbarer Eingangskreis (123, 124) und ein an eins Belastung (129) anschließbarer Ausgangskreis (127, 128) vorgesehen ist, daß der Wheatstone-Brückenkreis zwei Gruppen von Drosseln (134, 138 und 136, 140) mit sättigungsfähigem Kern und zwei Gruppen einander gegenüberliegender Knotenpunkte (144, 148 und 142, 146) umfaßt, wobei Leitungen (123, 149) den Brückenkreis (132) und die gegenüberliegenden Knotenpunkte (144, 148) in Reihe zwischen den Speiseeingangskreis und den Ausgangskreis schalten, daß der Spannungsregelkreis eine erste, an die eine Gruppe von Drosseln angeschlossene Gleichstromquelle (160) und eine zweite, an die andere Gruppe von Drosseln angeschlossene Gleichstromquelle (162) enthält und daß eine Impedanzregeleinrichtung (196a) vorgesehen ist, die die Größe der Impedanz der Einrichtung (112) mit veränderlicher Impedanz in Abhängigkeit von der Summe der Gleichströme verändert, die aus der ersten und der zweiten Gleichstromquelle fließen, und mindestens einen Magnetverstärker mit zwei Steuerwicklungen (236, 238) enthält, die über einen Gleichrichter (240) mit anderen Gleichrichtern (174, 174') in Verbindung stehen (F i g. 7, 13).
15. Elektrische Regeleinrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetverstärker eine Arbeitswicklung (200, 202) mit Mittelanzapfung aufweist und die Steuerwicklungen (236, 238) in einem Sinn gewickelt sind, daß sie der magnetomotorischen Kraft der Arbeitswicklung entgegenwirken (F i g. 13).
16. Elektrische Regeleinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Impedanzeinrichtung (112) aus einer Drossel mit sättigungsfähigem Magnetkern (192), einer Wechselstromarbeitswicklung (194) und einer Gleichstromsteuerwicklung (195) auf dem Kern besteht, die die Impedanz der Arbeitswicklung regeln kann. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 694120, 966183; deutsche Auslegeschrift Nr. 1018 982.