DE1250536B

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Publication number: DE1250536B
Application number: DEK45822A
Authority: DE
Publication date: 1967-09-21

Description

DEUTSCHES MM PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT H02j; H02p
DeutscheKl.: 21c-67/70

Nummer: 1250 536

Aktenzeichen: K 45822 VIII b/21 c

1 250 536 Anmeldetag: 5.Februar 1962^

Auslegetag: 21. September 1967

Die Erfindung betrifft einen Wechselspannungsoder Stromregler, der aus einem in Serie mit einem Anpassungstransformator an die Klemmen des speisenden Netzes geschalteten Transduktor besteht, während parallel zu einer an den Ausgangsklemmen liegenden Last ein spannungsabhängiges Glied geschaltet ist, das vorzugsweise auf Änderungen des EfTektivwertes der Ausgangsspannung anspricht und mit einem Regelverstärker verbunden ist, der an die Gleichstrom-Vormagnetisierungswicklung des Transduktor einen solchen Magnetisierungsstrom in rückregelndem Sinne liefert, daß am Reglerausgang eine nahezu konstante und einstellbare Ausgangsspannung erreicht wird.

Ein derartiger, bereits in der deutschen Patentschrift 1004 269 bekanntgewordener Wechselspannungsregler ist in Fi g. 1 der Zeichnungen gezeigt und besteht

aus der Serienschaltung eines Spartransformators Tr und eines Transduktors Dr, der als steuerbarer Längswiderstand^vor die Primärwicklung des Spartransformators geschaltet ist. Ändert sich die dem Regler an den Eingangsklemmen R, MP zugeführte Wechselspannung um einen bestimmten Betrag in positiver oder negativer Richtung bezüglich des Nennwertes oder wird die dem Regler nachgeschaltete Last nach Betrag und/oder Phase in bestimmten Grenzen geändert, so bewirkt ein spannungsabhängiges Glied SpG in Verbindung mit einem Regelverstärker RV eine Veränderung der Gleichstrom-Vormagnetisierung in der Steuerwicklung WST des Transduktors Dr und hält so die Wechselspannung an den Ausgangsklemmen r, mp konstant.

Je nach dem Regelzustand tritt durch die Serienschaltung von Transduktor und Transformator stets eine gewisse Winkeldrehung des Spannungsvektors zwischen Eingangs- und Ausgangsspannung des Reglers auf, auch wenn dieser mit einem rein ohmschen Widerstand belastet ist. Erfplgt an den Ausgangsklemmen r, mp ein Laststoj?; z. B. von 0 auf 100 °/₀, so muß der Steuerstrom in der Steuerwicklung WST des Transduktors so weit verändert werden, daß sich dessen Induktivität infolge der dadurch bedingten Änderung der Spannungsaufteilung zwischen den Klemmenl und 2 am Spartransformator und an der Arbeitswicklung des Transduktors entsprechend einstellt und man trotz der Belastung an den Klemmen r, mp wieder die konstante Spannung erhält.

Ein wesentlicher Nachteil der bekannten Schaltung besteht darin, daß es beim Auftreten einer Störgröße verhältnismäßig lange dauert, bis sich die Regler-Ausgangsspannung wieder auf ihren Nennwert ein-

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estellt hat.

Wechselspannungs- oder Stromregler
Anmelder:

Gustav Klein, Schongau/Lech, Sudetenstr. 12

Als Erfinder benannt:
Gustav Klein, Schongau/Lech

Den gleichen Nachteil verhältnismäßig großer Totzeit zeigen auch andere vorbekannte Reglerschaltungen, wie sie beispielsweise in U. Lamm, »The Transductor«, 1948, S. 23 (dabei handelt es sich zum Unterschied vom Erfindungsgegenstand außerdem um eine Gleichrichterschaltung, bei der der gleichgerichtete Laststrom rückgekoppelt wird), oder in der deutschen Patentschrift 917 311 (bei der dort gezeigten Schaltung erfolgt die Steuerung nicht wie beim Erfindungs-. gegenstand einfach mit Gleichstrom, sondern mit einem oberwellenhaltigen Wechselstrom, der gleichgerichtet und durch Beeinflussung des Oberwellengehaltes verändert wird) oder in der deutschen Auslegeschrift 1 077 317 (auch hier wird zur Steuerung eine Wechselspannung, und zwar von dreifacher Netzfrequenz, verwendet) oder in der Zeitschrift »Proceedings IEE«, Part C, 103 (1956), S. 81 bis 94, oder als Ramey-Schaltung in der Zeitschrift »Funk-Technik«, 8 (1953), S. 628 und 629, beschrieben sind.

Erfindungsgemäß wird der bei sämtlichen bekannten Schaltungen auftretende obenerwähnte Nachteil bei dem Wechselspannungs- oder Stromregler der eingangs bezeichneten Art dadurch vermieden, daß auf den Schenkeln des Transduktors außer den Wechselstrom-Arbeitswicklungen und der Gleichstrom-Vormagnetisierungswicklung auch noch Kompensationswicklungen aufgebracht sind, über die der Laststrom des Reglers geschleift ist. Die Windungszahl der Kompensationswicklung braucht dabei z. B. nur 10 % der Windungszahl der Arbeitswicklung betragen. Bei Auftreten einer stoßartigen Belastung werden über diese Kompensationswicklung Gegenamperewindungen erzeugt, die ohne Verzögerung die Induktivität des Transduktor vermindern, so daß die Gleichstrom-Vormagnetisierung viel weniger verändert zu werden braucht, als es bei einem Regler nach F i g. 1 der Fall ist. Oszillographische Messungen der Regelzeit zeigen, daß die Regelgeschwindigkeit bei einem Regler mit Kompensationswicklung beträchtlich größer ist als bei einem im übrigen vollkommen gleichartig aufgebauten Regler

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Claims

ohne Kompensationswicklung. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Reglers besteht darin, daß der Ausregelbereich der Eingangsspannung erweitert wird, indem nämlich bei Vollast und einer auftretenden Unterspannung infolge der Kompensationswicklung die Induktivität des Transduktors verkleinert wird. Vorzugsweise kann der Transduktor entweder in Strombegrenzungs- oder Sättigungswinkelschaltung verwendet werden. Um den Regler auch für Schaltungen anwendbar zu machen, wie sie insbesondere in der Vielfachtelefonie zur Fernspeisung von Nachrichtengeräten über die Nachrichten-Übertragungsleitungen dienen, kann er vorzugsweise symmetrisch aufgebaut sein, indem zwischen Netz und Verbraucher ein Trenntransformator geschaltet ist und der Transduktor auf der Sekundärseite des Trenntransformators in Serie mit dem Verbraucher geschaltet ist, wobei über die Kompensationswicklungen des Transduktors der Primärstrom des Trenntransformators geschleift ist. Um die durch den Transduktor verzerrte Kurvenform der Ausgangsspannung zu verbessern, kann man in weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung für die einzelnen Oberwellen Siebglieder vorsehen. Damit die kapazitive Komponente derartiger Siebglieder die Reglereigenschaften insbesondere im Leerlauf nicht verschlechtert, wird sie vorteilhafterweise durch einen im Transformator vorgesehenen Luftspalt kompensiert. Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen an Hand der weiteren Zeichnungen, in denen F i g. 2 eine Ausführungsart des erfindungsgemäßen Reglers zeigt, bei dem der Transduktor in Strombegrenzungsschaltung verwendet wird, F i g. 3 eine andere Ausführungsart des erfindungsgemäßen Reglers wiedergibt, bei dem der Transduktor in Sättigungswinkelschaltung verwendet wird, und F i g. 4 den erfindungsgemäßen Regler in symmetrischer Schaltung wiedergibt. Gemäß F i g. 2 liegen die Arbeitswicklungen Wa, Wa' des Transduktors Dr in Serie mit der an die Eingangsklemmen R, MP des Reglers angeschlossenen Wechselspannungsquelle. Genauso wie in F i g. 1 wird die Steuerwicklung WST des Transduktors Dr über ein (in F i g. 2 nicht gezeigtes) spannungsabhängiges Glied und einen (ebenfalls nicht gezeigten) Rcgclverstärker mit einer der Ausgangsspannung an den Klemmen r, mp proportionalen Gleichspannung versorgt. In Serie mit den Arbeitswicklungen Wa, Wa1 ist ferner der zwischen den Klemmen 1 und 2 liegende Teil der Autotransformatorwicklung geschaltet. Der an den Klemmen 1 und 3 des Transformators entnommene Ausgangsstrom durchfließt die in Serie dazu geschalteten Kompensationswicklungen Wc, Wc', die ebenfalls auf den Schenkeln des Transduktors Dr angeordnet sind. Zur Kompensation der Blindleistung in Niederspannungs-Wechselstromnetzen sind seit einer Reihe von Jahren Metallpapierkondensatoren in Gebrauch, die keine Ölfüllung haben. Um solche Kondensatoren auch für Siebglieder der Oberwellen der Ausgangsspannung von Wechselspannungsreglern einzusetzen, ohne ihre Nennspannung im Betrieb zu überschreiten, ist es wegen der Spannungsaufteilung auf Kondensator und Transduktor insbesondere für Siebkreise zur Unterdrückung der Oberwellen niederer Ordnungszahl, z. B. der zweiten, dritten oder fünften, vor- teilhaft, diese in F i g. 2 mit den Ziffern Γ und 2' bezeichneten Siebglieder an eine oder auch mehrere getrennte Anzapfungen 4 des Transformators Tr anzuschließen, die eine niedrigere Spannung als die Ausgangsspannung des Reglers (beispielsweise 220 Volt) aufweisen. Durch die Serienschaltung von Siebdrossel und Kondensator erhöht sich nämlich die Spannung am Kondensator für den Grundwellenanteil. Die mit den Ziffern 3' und 4' bezeichneten Siebglieder für die mit geringeren Amplituden auftretenden Oberwellen höherer Ordnung liegen bei der gezeigten Ausführungsform parallel zu den Ausgangsklemmen /', mp. Es ist bekannt, daß derartige Siebkreise für die Grundwelle einen kapazitiven Scheinwiderstand darstellen. Um die Reglereigeiischaftcn insbesondere im Leerlauf nicht zu verschlechtern, kompensiert man durch Einbau eines Luftspaltes in den Spartransformator Tr die kapazitive Komponente derart, daß auch bei Leerlauf und einer prozentualen Überfiequciiz des Netzes die Soll-Ausgangsspitniumg des Reglers noch gehalten werden kann, wenn der Magnetisierungs-Gleichstrom des Transduktois gegen Null geht. Es ist auch möglich, durch den mit Luftspalt versehenen Transformator und einen /11 seinen Anschlüssen 1 und 3 parallelgeschalleten Kondensator einen Parallel resonanzkreis für die Grundwclle der speisenden Netzspannung zu bilden, was bei nicht so hohen Ansprüchen an die Sinustreue der Ausgangsspannung den Aufwand für die Kurvenfornisiebung wesentlich vermindern kann. Line brauchbare Siebung der Oberwellen insbesondere höherer Ordnungszahl erreicht man nämlich bereits mil einer Blindleistung in den Gliedern des Parallelkieises, die doppelt so groß ist wie die maximale Scheinleistung der Last. Die gleichen Wirkungen erhält man bei einer Regelschaltung gemäß I·' i g. 3, in der der Transduktor nicht in Stroiubegrenzungs-, sondern in Sättigungswinkelschaltung verwendet wird. Diese Schaltung unterscheidet sich von der in F i g. 2 gezeigten in ihrem Aufbau dadurch, daß die beiden Arbeitswicklungen Wa und Wa des Transduktors nicht in Serie, sondern über entgegengesetzt gerichtete elektrische Ventile parallel geschaltet sind. Bei der Fernspeisung von Nachrichtengeräten, die insbesondere in der Vielfachtelefonie gleichzeitig über die Nachrichten-Übertragungsleitung erfolgt, kann es vorteilhaft sein, die Schaltung vollkommen symmetrisch aufzubauen, wie dies in F i g. 4 gezeigt ist. Der Transformator Tr ist hier als Trenntransformator zwischen dem Reglereingangskreis und dem -ausgangskreis ausgeführt. Der Transduktor Dr ist dabei mit seinen Arbeitswicklungen Wa, Wd auf der Sekundärseite des Trenntransformators Tr angeordnet, und der Primärstrom wird über die Kompensationswicklungen Wc, Wc' des Transduktors geführt. Man erhält dabei die gleiche Wirkung wie bei den Schaltungen nach F i g. 2 und 3. Patentansprüche:

1. Wechselspannungs- oder Stromregler, bestehend aus einem Transduktor, der in Serie mit einem Anpassungs-Transformator an die Klemmen des speisenden Netzes geschaltet ist, während parallel zu einer an den Ausgangsklemmen liegenden Last ein spannungsabhängiges Glied geschaltet ist, das vorzugsweise auf Änderungen des Effektivwertes der Ausgangsspannung anspricht und mit einem Regelverstärker verbunden ist, der an