-
Einrichtung zur selbsttätigen Konstanthaltung einer Wechselspannung
Die Erfindung bezieht sich auf selbsttätige Regeleinrichtungen für Wechselstromkreise
und insbesondere auf Einrichtungen zur Konstanthaltung einer Wechselspannung. Es
sind hierfür Regeleinrichtungen bekanntgeworden, bei denen in einem Regelstromkreis
eine unveränderliche Gleichspannung, beispielsweise die Spannung einer Batterie,
mit einer anderen Gleichspannung verglichen wird, die durch Gleichrichtung aus der
konstant zu haltenden Wechselspannung gewonnen wird. Hierfür sind besonders Trockengleichrichter
geeignet, welche wechselstromseitig an dasjenige Netz angeschlossen sind; dessen
Spannung konstant gehalten werden soll.
-
Bei diesen Regeleinrichtungen liegt vielfach dieAufgabevor, eine einphasigeWechselspannung
konstant zu halten, oder es soll bei einem mehrphasigen Wechselstromnetz nur eine
Phase für .den Spannungsvergleich in der Regeleinrichtung herangezogen werden. In
beiden Fällen müssen besondere Vorkehrungen getroffen werden, um dafür zu sorgen,
daß von der durch Gleichrichtung aus der Wechselspannung gewonnenen Gleichspannung
nur die Gleichstromkomponente in dem Regelstromkresswirksam wird. Daher wird auf
der Gleichstromseite eines solchen Gleichrichters eine Glättungseinrichtung vorgesehen,
welche aus der Vereinigung einer mehr oder weniger großen Anzahl von Induktivitäten,
Widerständen und Kondensatoren besteht. Durch solche Glättungseinrichtungen kann
aus einer einphasigen Wechselspannung durch Gleichrichtung eine Gleichspannung gewonnen
werden, die lediglich eine Gleichstromkomponente
enthält, während
die überlagerten Wechselstromkomponenten vernachlässigbarkleinsind. Es hat sich
jedoch gezeigt, daß diese Glättungseinrichtungen für den Regelvorgang vielfach unerwünschte
Wirkungen haben. Infolge der zu der Glättungseinrichtung gehörigen Induktivitäten
und Kondensatoren hat die Regeleinrichtung die Eigenschaft, daß die aus der Wechselspannung
durch Gleichrichtung gewonnene Gleichspannung nur mit verhältnismäßig großer Zeitverzögerung
den Änderungen der Wechselspannung folgt. Wenn also in dem Wechselstromnetz, dessen
Spannung konstant gehalten werden soll, aus irgendeinem Grund die Spannung steigt
oder fällt,. so verstreicht eine gewisse Zeit, die bis zu einer halben Sekunde betragen
kann, bis diese Änderung in der Regeleinrichtung zur Wirkung kommen kann. Es leuchtet
ein, daß diese Eigenschaft um so unerwünschter ist, je höhere Anforderungen an die
Genauigkeit der Regeleinrichtung gestellt werden müssen. Die Verzögerungszeit, die
durch die Glättungseinrichtung entsteht, wird dabei um so größer, je höhere
Anforderungen an die Glättung gestellt werden. Auch dies führt dazu, daß gerade
bei Regeleinrichtungen, die mit großer Genauigkeit arbeiten sollen, die schädlichen
Regelverzögerungen besonders groß werden.
-
Gegenstand der Erfindung ist eine Regeleinrichtung, bei der die geschilderten
N achteile vermieden werden. Gemäß der Erfindung ist zwischen dem Wechselstromnetz,
dessen Spannung konstant gehalten werden soll, und den zur Gleichrichtung der konstant
zu haltenden Wechselspannung dienenden Ventilen eine aus mehreren Impedanzen bestehende
Hilfsschaltung angeordnet, und diese Impedanzen sind miteinander schaltungsmäßig
so verbunden, daß an der Hilfsschaltung mehrere, vorzugsweise mehr als sechs Wechselspannungen
abgenommen werden können, die gegeneinander in der Phase verschoben sind. Durch
die Erfindung wird zunächst im Endziel das gleiche erreicht wie bei den bekannten
Regeleinrichtungen, bei denen die Gleichrichter noch mit- Glättungseinrichtungen
ausgerüstet sind, d. h. es wird die Wechselspannung, die konstant gehalten werden
soll, durch die Gleichrichteranordnun:g in eine Gleichspannung umgewandelt, die
der Wechselspannung proportional ist und praktisch nur eine Gleichstromkomponente
und vernachlässigbar kleine Wechselstromkomponenten enthält. Darüber hinaus hat
jedoch die Regeleinrichtung nach der Erfindung den mit Glättungseinrichtungen versehenen
bekannten Regelanordnungen gegenüber den wesentlichen Vbrzug, daß die erwähnten
Zeitverzögerungen vollständig vermieden werden. Die in der Regeleinrichtung zum
Vergleich mit der unveränderlichen Gleichspannung dienende wirksame Gleichspannung,
die durch Gleichrichtung aus der konstant zu haltenden Wechselspannung gewonnen
wird, ändert sich praktisch unverzögert genau so wie diese Wechselspannung. Dadurch
wird die Genauigkeit der Regelung wesentlich erhöht, weil sich Änderungen der Wechselspannung,
die konstant gehalten werden soll, sofort in der Regeleinrichtung bemerkbar machen
und dort zur Auslösung von Regelvorgängen verwendet werden können.
-
Es sei bemerkt, daß es an sich bekannt ist, daß man durch geeignete
Transformatoranordnungen eine einphasige Wechselspannung in eine größere Anzahl
von phasenverschobenen Wechselspannungen umwandeln kann. Diese Schaltmittel wurden
in der Starkstromtechnik im besonderen in Verbindung mit Quecksilberdampfgleichrichtern
verwendet, um die Welligkeit des von einem solchen Gleichrichter abgegebenen Gleichstromes
möglichst zu verringern. Meist werden. hierzu Transformatorschaltungen verwendet,
durch die die Phasenzahl des zur Verfügung stehenden Wechselstromnetzes vergrößert
wird. Neu ist die den Gegenstand der Erfindung bildende Anwendung ähnlicher Schaltmittel
in einer Regeleinrichtung, bei der eine konstant zu haltende Wechselspannung gleichgerichtet
und. dann in einem Regelstromkreis mit einer unveränderlichen Gleichspannung verglichen
wird. Der Erfindung liegt dabei, wie bereits erläutert, die Erkenntnis zugrunde,
daß die nachfolgend an Hand der Figuren der Zeichnung noch im einzelnen zu beschreibenden
Schaltungen die Eigenschaft haben, daß Änderungen der einphasigen Wechselspannung
ohne Verzögerung in Änderungen der gleichgerichteten Spannung umgesetzt werden.
Von dieser Erkenntnis ausgehend führt die Schaltung gemäß der Erfindung zu einer
Regeleinrichtung, die bekannten Regeleinrichtungen gegenüber beachtliche Vorteile
mit sich bringt.
-
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt,
wobei angenommen ist, daß die miteinander zu vergleichenden Gleichspannungen in
dem Gitterkreis eines steuerbaren Entladungsgefäßes wirksam sind. Selbstverständlich
kann ein solcher Spannungsvergleich auch in anderen Regelstromkreisen stattfinden,
beispielsweise im Erregerstromkreis einer mit Gleichstrom vormagnetisierten Induktivität.
-
In Fig. r bedeutet z ein einphasiges Wechselstromnetz, dessen Spannung
durch irgendeinen an sich bekannten Regler konstant gehalten werden soll. Zu dem
Regler gehört ein gittergesteuertes Entladungsgefäß 2, dessen Entladungszustand
von der Differenz der unveränderlichen Gleichspannung der Batterie 3
und
einer weiteren Gleichspannung abhängig gemacht ist, die durch Gleichrichtung der
Spannung des Wechselstromnetzes i gewonnen wird. Zwischen dem Wechselstromnetz i
und einer sechsphasigen Trockengleichrichtera nordnung 4. in Graetz-Schaltung liegt
gemäß der Erfindung eine Hilfsschaltung, die aus mehreren Impedanzen besteht und
so geschaltet ist, daß der Gleichrichteranordnung .I mehrere phasenverschobene Spannungen
zugeführt werden. An das einphasige Wechselstromnetz i ist hierzu zunächst ein Transformator
5 angeschlossen, an dessen Sekundärwicklung zwei um iSgo elektrische Grade gegeneinander
phasenverschobene Spannungen abgenommen werden. Parallel zur Primärwicklung des
Transformators 5 liegt die Reihenschaltung aus einem Widerstand 6 und einer Induktiv
ität 7, die zweckmäßig gleichzeitig als Transformator dient. Die Sekundärwicklung
dieses Transformators 7 erzeugt wiederum zwei um i8o elektrische Grade gegeneinander
phasenverschobene Spannungen. Die Induktivität des Transformators 7 und der Widerstand
6 sind dabei so bemessen, daß die Sekundärspannung an cletn Transformator 7 gegenüber
der Sekundärspannung des Transformators 5 um etwa 6o elektrische Grade in der Phase
verschoben ist. Ein dritter Transformator 8 liegt primärseitig einerseits an der
Mittelanzapfung der Primärwicklung des Transformators 5 und andererseits an einem
Schleifkontakt 9 auf dem `'Widerstand 6. Der Transformator 8 erzeugt für die Gleichrichteranordnung
4. ein drittes Spannungspaar, das gegenüber den Spannungen der Transformatoren 5
und 7 phasenverschoben ist. Bei richtiger Einstellung des Schleifkontaktes 9 auf
dem Widerstand 6, der ebenso gut regelbar ausgebildet sein kann, wobei dann die
Primärwicklung des Transformators 8 mit ihrer einen Klemme an die Verbindung,des
Widerstandes 6 mit der Primärwicklung des Transformators 7 anzuschließen ist, liefern
die drei Transformatoren 5, 7 und 8 ein System von sechs phasenverschobenen Wechselspannungen,
das durch die Gleichrichteranordnung d. gleichgerichtet und. im Gitterkreis des
Entladungsgefäßes 2, beispielsweise eines Hochvakuumelektronenrohres, mit der unveränderlichen
Gleichspannung der Batterie 3 verglichen wird.
-
In Fig. 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
Auch hier soll ebenso wie bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. i die einphasige
Wechselspannung des Netzes i durch eine Gleichrichteranordnung 4. gleichgerichtet
und im Gitterkreis eines Elektronenrohres 2 mit der unveränderlichen Gleichspannung
der Batterie 3 verglichen werden. Die zwischen dem Wechselstroinnetz i und der Gleichrichteranordnung
4 liegende Hilfsschaltung von Impedanzen beruht im wesentlichen auf der Reihenschaltung
von vier Impedanzen. Diese Reihenschaltung besteht aus einer Induktivität L, einem
Kondensator C und zwei einander gleichen OhmschenWiderständen R . Die Impedanzen
sind so bemessen, daß für sie folgende Gleichung gilt:
Unter dieser Voraussetzung gilt dann für die Spannungen, welche an den beiden Reihenschaltungen
wirksam sind, das in Fig.3 dargestellte Vektordiagramm. Die mit diesen Spannungen
gespeisten Transformatoren io, ii und i2 liefern ein System von sechs gegeneinander
phasenverschobenen Wechselspannungen, die durch die Gleichrichteranordnung 4. gleichgerichtet
werden.
-
Die Impedanzschaltungen der Fig. i und 2 sind nur als Ausführungsbeispiele
der Erfindung anzusehen. Wesentlich ist, daß .diese Schaltungen eine einphasige
Wechselspannung in ein Mehrphasensystem umwandeln und daß dieses System an eine
entsprechende Anzahl von Gleichrichterventilen angeschlossen ist, die gleichstromseitig
parallel geschaltet sind.