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Schaltanordnung zur Beeinflussung der Spannung oder des Stromes eines
Regelstromkreises mit Hilfe eines thermonegativen Widerstandes Gegenstand der Erfindung
ist eine Schaltanordnung, zur Beeinflussung der Spannung oder des Stromes eines
Regelstromkreises für beliebige Zwecke mit Hilfe eines thermonegativen Widerstandes,
der im Gleichstromkreis einer Drosselspule, oder eines Transformators liegt.
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Gemäß der Erfindung besitzt die Spannungsstromkennlinie des bei einer
solchen Schaltanordnung verwendeten thermonegativen Widerstandes einen abfallen-den
Ast, und der jeweilige Arbeitspunkt der Regeleinrichtung liegt auf diesem abfallenden
Ast. Durch diese Wahl der Lage des Arbeitspunktes erzielt man den Vorteil, daß schon
bei einer geringen Änderung des zu regelnden Stromes oder der zu regelnden Spannung
eine starke Änderung der Vormagnetisierung der Drosselspule bzw. des Transformators
eintritt. Die Anordnung zeichnet sich aus durch eine besonders hohe Empfindlichkeit.
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In der Zeichnung sind verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung
dargestellt. In Fig. i wird über eine Gleichrichteranordnung z, die beispielsweise
aus vier Kupferoxydgleichrichtern in Graetzscher Schaltung bestehen kann, eine Batterie
3 gespeist. Um die Batterie unabhängig von Schwankungen der Netzspannung und dem
Belastungszustand der Batterie stets auf dieselbe Spannung aufzuladen, liegt in
Reihe mit der Gleichrichteranordnung z eine Drosselspule i. 4. ist die Wechselstromquelle,
z. B. das Netz. Die Drosselspule i besitzt zwei Vormagnetisierungswicklungen 5 und
6, die einander entgegenwirken. Die Wicklung 5 wird vom gleichgerichteten Strom
durchflossen, während die Wicklung 6 über den Ohmschen Widerstand 7 mit fallender
Spannungsstromcharakteristik an die Batteriespannung angeschlossen ist.
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Die Drosselspule i ist im Ausführungsbeispiel nur schematisch dargestellt.
Praktisch wird man eine Drosselspule mit dreischenkligem Kern verwenden, dessen
mittlerer Schenkel die Gleichstromwicklungen trägt, während auf den äußeren Schenkeln
die Wechselstromwicklung aufgebracht ist. Die auf den beiden Außenschenkeln aufgebrachten
Teilwicklungen können in Reihe oder parallel geschaltet seid. Man kann auch die
Gleichstromm,icklungen auf den Außenschenkeln anbringen und die Wechselstromwicklung
auf den Mittelschenkel legen. Statt einer dreischenkligen Drosselspule kann man
auch zwei zweischenklige Drosselspulen verwenden, die dann in bekannter Weise so
geschaltet werden,
daß die Grundes elle des Wechselstromes nicht
auf die Gleichstromvormagnetisierung einwirkt.
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Um zu verhindern, daß bei abgeschaltetem Verbraucher die Spannung
an den Wechst`lstromklemmen der Gleichrichteranordnung zu stark ansteigt, kann man
parallel zu der Wechselstromseite der Gleichrichteranordnung eine Drosselspule schalten.
Da häufig die Gleichrichteranordnung über einen Zwischentransformator angeschlossen
wird - die Primärwicklung des Transformators liegt dann in Reihe mit der Wechselstromwicklung
der Drosselspule i -, kann man auch statt einer besonderen Drosselspule parallel.
zur Gleichrichteranordnung diesem Transformator einen Luftspalt geben oder sein
Eisen genügend sättigen., In Fig. 2 ist die Spannungscharakteristik b des Ohmschen
Widerstandes mit fallender Charakteristik, d. i. also desjenigen Widerstandes, bei
dem in einem gewissen Bereich die Spannung bei steigendem Strom fällt, dargestellt.
Zw eckmä.ßigerw eise wird man im Wendepunkt der Spannungscharakteristik arbeiten,
der in Fig. ? mit A bezeichnet ist, und wird den Widerstand der Wicklung 6 sa bemessen,
daß er ebenso groß ist wie der Widerstand des Widerstandes i im Arbeitspunkt. Man
wird also den Widerstand der Wicklung 6 so wählen, daß er eine Spannungscharakteristik
besitzt, wie sie in Fig. z durch die Gerade a angegeben ist; und zwar ist in Fig.
z hierbei die obere Horizontale (Ea) als Nullinie verwendet. Die Reihenschaltung
der beiden Widerstände gibt dann die Spannungscharakteristik c. Arbeitet man im
Normalbetrieb im Punkt A' dieser Kurve, so sieht man, daß, sobald die Spannung an
der Batterie über die Spannung E'Q steigt, eine beträchtliche Zunahme des Stromes
in der Wicklung 6 erfolgt, wodurch die Gesamtvormagnetisierung stark abnimmt. Bei
einer Verminderung der Batteriespannung wird der Vormagnetisierungsstrom der Wicklung
6 stark vermindert, so daß die Gesamtv ormagnetisierung erhöht wird.
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Die Verwendung :eines Ohmschen Widerstandes.mit fallender Charakteristik
bietet den Vorteil,- daß die mittlere Magnetisierungsleistung der Wicklung 6 gering
und die Genauigkeit :der Regelung trotzdem sehr groß. ist, da schon geringe Änderungen
der Spannung sehr große Änderungen des einen Vormagrtetisierurigsstromes zur Folge
haben.
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Im -allgemeinen wird man die Wicklung 6 nicht so . bemessen können,
daß sie den gewünschten Widerstand besitzt, Man wird dann durch Reihen- oder Parallelschaltung
von zusätzlichen Widerständen zur Wicklung 6 den Gesamtwiderstand, der vor dem Widerstand
; liegt. so einstellen, daß er die gewünschte Größe besitzt. Der Widerstand der
Wicklung kann auch durch Parallel- oder °°.^tReihenschaltung eines Widerstandes
mit gekrÜmmter Stromspannungskurve zu einem Widerstand derart ,ergänzt werden, daß
die. Reihenschaltung dieses Widerstandes mit dem Widerstand ; eine Spannungscharakteristik
besitzt, die in einem großen Bereich nahezu horizontal verläuft.
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In Reihe mit der Wicklung 6 kann man noch eine Drosselspule schalten,
um die in die Wicklung 6 übertretenden Oberwellen zu verringern.
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Im allgemeinen müssen die Wicklung 6 und der Widerstand ,7 über einen
Spannungsteiler an die Batteriespannung angeschlossen werden, so daß auch die Widerstände
des Spannungsteilers in die ob.enerwähnte Abgleichung eingehen, die wieder so geschieht,
daß eine geringe Änderung der Batteriespannung eine starke Änderung des einen Vormagnetisierungsstromes
ergibt.
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Als Widerstand mit fallender Charakteristik kann man beispielsweise
einen Urandioxydwiderstand verwenden, der in einen neutralen Gas oder im Vakuum
eingeschlossen ist.
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In Fig.3 ist ein anderes Ausführungsbeispiel'.der Erfindung dargestellt.
Soweit die Teile mit denen der Fig. i übereinstimmen, sind dieselben Bezugszeichen
gewählt. ,l ist wieder die Wechselstromquelle, i die Drosselspule, z die Gleichrichteranordnung.
Die Drosselspule i besitzt wieder zwei Vormagnetisierungswicklungen 5 und 6. Die
Wicklung wird wieder vom gleichgerichteten Strom durchflossen. Die Wicklung 6 liegt
an den beiden Diagonalpunkten einer Brücke, die aus den Widerständen 7, 8, 9 und
i o besteht. Der Widerstand 7 ist dabei ein Ohmscher Widerstand mit fallender Charakteristik.
Im Ausführungsbeispiel sind die Widerstände 8, 9 und i o konstante Widerstände..
Die Brücke wird von der. gleichgerichteten Spannung erregt. Sie ,wird so abgeglichen,
daß eine geringe Änderung der gleichgerichteten Spannung eine starke Änderung des
Vormagnetisierungsstromes in der Wicldung 6 hervorruft. Die zusätzliche Vormagnetisierung
durch die Wicklung 6 kann bei der Anordnung nach Fig.3 beide Richtungen annehmen,
sofern nicht die eine durch einen Gleichrichter in der Zuleitung zur Wicklung 6
unterdrückt wird.
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Die Anordnung nach der Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele
beschränkt. Man könnte auch in völlig entsprechender Weise die Anordnung verwenden,
um statt einer Gleichspannung eine Wechselspannung konstant zu halten. Zur
Iionstanthaltung
eines Wechselstromes kann die spannungsempfindliche Anordnung an einen vom Verbraucherstrom
durchflossenen Widerstand angeschlossen werden. Die vormagnetisierte Drosselspule
wirkt dann als selbstregelnde Induktivität im Stromkreis. Man kann aber auch die
Anordnung verwenden zur Iionstan.thaltung eines Gleichstroines. Man würde dann beispielsweise
bei der Anordnung nach Fig.3 in Reihe mit einer Leitung des Gleichstromkreises die
Widerstände 9 und i o und parallel zu ihnen die vViderstände ; und S legen und an
den Diagonalpunkten der so gebildeten Brücke die Wicklung 6 anschließen. Die Drosselspule
i würde dann als Vorschaltdrosselspule im Wechselstromkreis dienen und durch Änderung
ihrer Induktivität den Gleichstrom konstant halten.
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An Stelle einer gesteuerten Vorschaltdrosselspule kann auch ,ein gesteuerter
Spannungsteiler treten. Zu diesem Zweck werden die in Reihe geschalteten Primärwicklungen
zweier Transformatoren an die Wechselspannung angeschlossen. Die Transformatoren
besitzen je eine Sekundärwicklung, die in Reihe in dem zu regelnden Stromkreis derart
liegen, daß die eine eine positive, die andere eine negative Zusatzspannung liefert.
Diese Transformatoren besitzen je eine Vormagnetisierungswicklung, die z. B. derart
über Ohmsche Widerstände mit fallender Charakteristik ,an die zu regelnde Spannung
angeschlossen sind, daß bei steigender Spannung der die positive Zusatzspannung
liefernde Transformator vormagnetisiert wird, während der andere Transformator vormagnetisiert
wird, wenn die Spannung unter den einzuregelnden Wert fällt.