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.Einrichtung zur selbsttätigen Konstanthaltung einer durch einen Hauptregler
eingestellten, von dessen Stellung nicht linear abhängigen Spannung, vorzugsweise
der gleichgerichteten Spannung eines Stromrichters Es liegt häufig die Aufgabe vor,
die von einer Stromquelle oder einem Umformer gelieferte Spannung willkürlich durch
einen Hauptregler zu beeinflussen und dann auf dem durch den Hauptregler eingestellten
Wert selbsttätig durch einen zusätzlichen Regler konstant zu halten. Dazu ist es
erforderlich, den selbsttätigen Zusatzregler ebenfalls zu verstellen, sobald die
Stellung des Hauptreglers geändert wird, da ja andernfals der Zusatzregler immer
wieder auf dem ursprünglichen Wert zu regeln versuchen würde. Im Interesse einer
einfachen Handhabung ist es dabei wünschenswert, den Hauptregler mit dem Zusatzregler
so zu kuppeln, daß beide gleichzeitig dem neuen Regelwert angepaßt werden. Diese
Kupplung ist jedoch nicht ohne weiteres möglich, sobald die geregelte Spannung von
der Verstellung des Hauptreglers nicht linear, sondern nach irgendeinem anderen
Gesetz abhängt. Diese Verhältnisse liegen beispielsweise vor bei der Regelung gewisser
steuerbarer Ventile, wie z. B. von zünd- oder löschpunktgesteuerten Gas- oder Dampfentladungsstrecken.
Die gleichgerichtete Spannung von Stromrichteranordnungen, die mit solchen Entladungsstrecken
arbeiten, hängt bekanntlich von dem Zünd- bzw. Löschwinkel nach einem cos-Gesetz
ab. Man hat aus diesem Grunde bereits vorgeschlagen, zusammen mit der Änderung des
Zünd- oder Löschwinkels die in dem Eingangskreis vorhandene, derRegelspannung entgegenwirkende
Vergleichsspannung entsprechend zu beeinflussen. Zu diesem Zweck hat man als Vergleichsspannüngsquelle
einen Einphasendrehregler verwendet, der bekanntlich eine Spannung liefert, die
von seinem Verdrehungswinkel nach einem cos-Gesetz abhängt. Diese cos-Abhängigkeit
hebt dann die ebenfalls einem cos-Gesetz folgende Abhängigkeit zwischen der Verdrehung
des Gitterreglers und
der ausgesteuerten Gleichspannung in bezug
auf die dein Zusatzregler zugeführte Regelspannung wieder auf.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur selbsttätigen
Konstanthaltung einer durch einen Hauptregler eingestellten, von dessen Stellung
nicht linear abhängigen Spannung mit Hilfe eines selbsttätigen Zusatzreglers zu
schaffen, bei der der Zusatzregler jedoch nicht mit einer veränderlichen Vergleichsspannung,
sondern mit einer festliegenden Sollwerteinstellung arbeitet. Gemäß der Erfindung
wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das Einstellorgan eines Spannungsteilers,
an dem der dem selbsttätigen Zusatzregler zugeführte Teilbetrag der geregelten Spannung
abgegriffen wird, mit dem verstellbaren Teil des Hauptreglers gekuppelt ist, und
daß sich bei der gemeinsamen Verstellung beider der an dein Spannungsteiler abgegriffene
Teilbetrag der Regelspannung etwa umgekehrt proportional der Zu-bzw. Abnahme ändert,
die die Regelspannung selbst durch die Verstellung des Hauptreglers erfährt. - Die
erfindungsgemäße Regeleinrichtung hat den Vorzug, daß für die Vergleichsspannungsquelle
genau die gleichen Ausführungsformen beibehalten werden können, wie sie sich bereits
seit langem bei hochempfindlichen selbsttätigen Reglern, insbesondere bei Röhrenfeinreglern,
bewährt haben.
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Der Erfindungsgedanke kann beispielsweise dadurch verwirklicht werden,
daß zwischen den Hauptregler und das Einstellorgan des Spannungsteilers, an dem
der dem Zusatzregler zugeführte Teilbetrag der Regelspannung abgegriffen wird, eine
Kupplung mit nicht linearer Übersetzung geschaltet wird. Die beiden Organe hängen
dann hinsichtlich ihrer Verstellung so voneinander ab, daß die nicht lineare Abhängigkeit
der Regelgröße von der Stellung des Hauptreglers wieder eliminiert wird. Man kann
auch die beiden Organe unmittelbar miteinander kuppeln und die Widerstände des Spannungsteilers
so ausbilden und anordnen, daß nun zwischen der Stellung des Einstellorgans dieses
Spannungsteilers und dein abgegriffenen Teilbetrag der Regelspannung der erforderliche
nicht lineare Zusammenhang besteht. Zu diesem Zweck kann man beispielsweise die
Widerstände des Spannungsteilers nach einem nicht linearen Gesetz abstufen.
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Eine andere besonders vorteilhafte Möglichkeit besteht jedoch darin,
daß der Spannungsteiler aus einer Kombination von festen und linear mit der Einstellung
veränderbaren Widerständen zusammengesetzt wird. Dabei wird zweckmäßig die dem Zusatzregler
zugeführte Eingangsspannung an einem festen Teilwiderstand abgegriffen. Diese Ausfüh-
, rungsforin hat den Vorteil, daß für ihren Aufbau keinerlei Teile benutzt zu werden
brauchen, die erst eigens für diesen Sonderzweck hergestellt «-erden müssen. Als
besonders zweckmäßig hat es sich erwiesen, dem festen Widerstand, an dem die Eingangsspannung
des Zusatzreglers abgegriffen wird, zwei weitere Widerstände vorzuschalten, von
denen der eine mit einem in linearer Stufung verstellbaren Abgriff versehen ist,
wobei der verstellbare Abgriff den einen Verbindungspunkt mit einem dritten Widerstand
herstellt, der zu dein einen abgegriffenen Teil und dein anderen Vorwiderstand parallel
geschaltet ist. Gegebenenfalls kann dann auch noch der genannte Parallelwiderstand
als Regelwiderstand ausgebildet und so mit dein Abgriff des einen Spannungsteilerwiderstandes
gekuppelt werden, daß er sich seiner Größe nach linear reit der Verschiebung dieses
Abgriffs verändert.
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Die Erfindung möge an Hand der Zeichnungen für das Beispiel eines
zündpunktgesteuerten Gleichrichters näher erläutert werden. Insbesondere soll an
Hand der Zeichnung die Wirkungsweise der zuletzt genannten, nur aus festen und linear
gestuften regelbaren Widerständen bestehende Spannungsteileranordnung auseinandergesetzt
werden. In Fig. i ist die Abhängigkeit der Gleichrichteraussteuerung von dein Zündverzögerungswinkel
a durch die cos-Kurve U", # cos a dargestellt. U,"-bist die maximale Gleichspannung
des Gleichrichters. Die ausgesteuerten Spannungen sind in Prozenten des Maximalwertes
(7j, angegeben, der dementsprechend gleich ioo °/o ist. Mit Rücksicht auf etwaige
Absenkungen der Netzspannung, die noch ausgeregelt werden müssen, darf der Gleichrichter
höchstens bis zur Spannung Uo ausgesteuert werden. Der gesamte Bereich, der von
der Regeleinrichtung überstrichen wird, möge dementsprechend von dem Zündwinkel
ao bis «l reichen. Wenn p der nutzbare Winkel ist, so ist dementsprechend
a - 7o -;- p.
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Die Wirkungsweise des selbsttätigen Reglers, der als Röhrenregler
ausgebildet sein möge, ist folgende: Es wird die Differenz aus der an dem Spannungsteiler
abgegriffenen Spannung h # Um # cos a und einer konstanten Vergleichsspannung
E gebildet. An dein Gitter des Eingangsrohres des Feinreglers ist also die Spannung
h # U," # cos a - E wirksam. Da der Regler bereits bei sehr geringen Spannungen,
die im allgemeinen beträchtlich unter i Volt liegen, voll ausgesteuert ist, muß
der Wert -k # U," # cos u immer ungefähr gleich groß wie die Vergleichsspannung
E sein. Es entspricht also jedem Wert von x ein eindeutiger Wert von h. h gibt dabei
das durch den Spannungsteilerabgriff festgelegte Verhältnis zwischen der geregelten
Spannung
und dem abgegriffenen Teilbetrag wieder. Man erkennt, daß
die beiden Größen k und a, wenn sie die vorgenannte Bedingung immer erfüllen sollen,
nach einem cos-Gesetz voneinander abhängen müssen.
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In Fig:2 ist nun als Ausführungsbeispiel der Erfindung eine Spannungsteileranordnung
w=iedergegeben, die eine lineare Kupplung mit dem für die Zündzeitpunktverschiebung
maßgebenden Hauptregler gestattet und die nur aus linear gestuften Widerständen
besteht. Der Spannungsteiler besteht aus den zwei festen Widerständen 14 und i9
und dem dazwischenliegenden Widerstand 13, auf dem der Abgriff 18 verschiebbar angeordnet
ist. Parallel zu der Reihenschaltung aus dem Widerstand 14 und dem unteren durch
den Abgriff 18 abgegriffenen Teil des Widerstandes 13 ist der feste Widerstand 2o
geschaltet. Der Gesamtwiderstand der Reihenschaltung aus den Widerständen 14,
13 und i9 möge R sein. R soll dabei gleich i gesetzt werden. Der Widerstandswert
R1 des Widerstandes i9 möge y, der Widerstandswert R3 des Widerstandes 14ß des gesamten
Widerstandes R betragen. Der Widerstandswert des unteren abgegriffenen Teiles des
Widerstandes 13 möge ebenfalls auf den Gesamtwiderstand 3 bezogen sein und
möge R2 = p - R sein. Je nach der Stellung des Abgriffs 18 werden (ß -E- p) des
Gesamtwiderstandes R durch den festen Widerstand 2o mit dem Wert Ro überbrückt.
Der dem Feinregler zugeführte Teilbetrag der Gesamtspannung möge an dem festen Widerstand
1g abgegriffen werden. Fließt durch diesen Widerstand ig der Strom i, so ist diese
abgegriffene Spannung e=i-R, Die für die Regelung maßgebende Spannung U werde zunächst
als konstant angenommen. Dann ist e = y - U - AT, worin N eine Verhältniszahl
darstellt. In Fig. 3 sind die Werte für 1V in Abhängigkeit von der Stellung des
Abgriffs i8; d. h. in Abhängigkeit von dem Wert p, für verschiedene Widerstandsverhältnisse
R : R, aufgetragen. Auf der Abszissenachse ist der gesamte Widerstand R als i aufgetragen.
Zwischen Null und ß liegt der feste Vorwiderstand 3, zwischen i - y und i der feste
WiderstandRl, an dem die Spannunge=i-R, abgegriffen wird. Dem Intervall zwischen
den Werten i - y und ß entsprechen die verschiedenen Stellungen des Spannungsteilerabgriffs
18 von p = o bis p = i - y - ß. Die ausgezogenen Kurven stellen
die Abhängigkeit des Wertes N von der Einstellung p des Spannungsteilerabgriffs
dar.
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Voraussetzungsgemäß ist nun der Drehregler, der als willkürlicher
Spannungsregler die Gitterspannungen liefert, mit dem Spannungsteilerabgriff linear
gekuppelt. Infolgedessen verändert sich bei einer Verstellung des Spannungsteilers
gleichzeitig auch die an dem Spannungsteiler liegende Spannung U, und zwar erfolgt
diese Änderung gemäß Fig. i von Um - cos ao bis Um - cos a, Wird nun
der von dem Drehtr ansformator zu überstreichende Bereich a1 - a,. gleich
dem von dem Spannungsteilerabgriff überstrichenen Bereich gemacht, so daß bei der
Stellung des Drehtransformators bei a. = «o der Spannungsteiler in der Anfangslage
p = o, bei a = a1 in seiner Endstellung p = i - y - ß steht, dann erhält man am
Widerstand R1 einen Spannungsverlauf e' = e - cos (ao -f- p). Es ist dann
weiterhin e' = y - Unl - N - cos (a, + p). Da e', wie
oben auseinandergesetzt, annähernd konstant bleiben soll, so muß N jeweils gleich-
dem reziproken Wert von cos (a, -f- p) sein. Man erkennt, daß die Kurven für N in
Fig.3 grundsätzlich den gewünschten Verlauf zeigen. Durch entsprechende Bemessung
der einzelnen Widerstandswerte läßt sich eine ziemlich gute Annäherung an die erforderliche
Gesetzmäßigkeit erzielen. Bei den hier angenommenen Wertverhältnissen ist allerdings
die Krümmung der ausgezogenen Kurven für N noch etwas zu flach. Diese Verhältnisse
wurden deshalb gewählt, um an der Fig. 3 gleich noch eine weitere Verbesserung der
Erfindung zeigen zu können, die darin besteht, daß der feste Parallelwiderstand,
der in Fig. z mit :20 bezeichnet ist, durch einen mit der Stellung des Abgriffs
18 ebenfalls linear veränderlichen Widerstand ersetzt wird.
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In Fig.4 ist dies im Rahmen eines vollständigen Schaltbildes für die
Gleichrichteranordnung dargestellt. Der Transformator i speist den Gleichrichter
a. Die zu regelnde Gleichspannung liegt zwischen den beiden Leitern 3 und 4. Zur
willkürlichen 'Spannungseinstellung dient der .Drehtransformator 7, der über den
Gittertransformator 6 dem Gleichrichter 2 die Steuerimpulse zuführt. Mit 5 ist die
negative Sperrspannungsquelle bezeichnet. g ist der zusätzliche Regler, der als
Röhrenfeinregler ausgebildet sein möge. In. seinem Eingangskreis liegt die Differenz
zwischen der an dem Widerstand i9 abgegriffenen Spannung e' und der Spannung der
Vergleichsspannungsquelle io.
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Der Widerstand i9 -ist wiederum, wie in Fig.2, mit dem Widerstand
13 und dem Widerstand 14 in Reihe geschaltet. Parallel zu dem Widerstand
i4 und dem abgegriffenen Teil des Widerstandes 13 liegt hier jedoch nicht ein fester,
sondern ein veränderlicher Widerstand 8, dessen Abgriff mit dem Dreh- j transformator
7 ebenfalls unmittelbar gekuppelt ist. In der Stellung p = o hat der
Widerstand
8 seinen Maximalwert und wird mit wachsendem p linear ausgeschaltet. In seiner Endstellung
ist er kurzgeschlossen.
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Die Widerstandswerte dieses Widerstandes 8 sind in Fig. 3 zwischen
den Werten ß und i - y in Abhängigkeit von der Verdrehung p aufgetragen. Sie werden
dargestellt durch die drei Geraden a, b und c, wobei jede dieser Geraden
für einen anderen Gesamtwert des Widerstandes 8 gilt. Die Gerade ca entspricht einem
Widerstandswert Ro = a R, die Gerade b einem Wert Ro = R, während
die Gerade c schließlich für Ro = R gilt. Dadurch bewegt sich beim Durchlaufen des
Regelbereichs der Wert für N durch Punkte hindurch, die auf verschiedenen der stark
ausgezogenen Kurven liegen. Die sich hierbei ergebenden Kurven sind gestrichelt
dargestellt und entsprechend dem Wert Ro, zu dem sie gehören, mit a', b'
bzw. c` bezeichnet. Diese Kurven weisen eine erheblich größere Krümmung auf als
die ausgezogenen Kurven und stellen eine noch weitergehende Annäherung an das reziproke
cos-Gesetz dar.
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Bereits oben wurde die Abhängigkeit der Indikatorspannung e' von der
Verdrehung des mit dem Spannungsteiler gekuppelten Drehreglers dargestellt durch
die Formel e" = y # Um # N # cos (ao -E- p). Hierfür kann man
auch setzen e' = y # Um # N'. Die Verhältniswerte
N', die sich aus den Kurven ä , b'
und c' in Fig. 3 ergeben, sind in
Fig. i kurvenmäßig dargestellt, und zwar durch die entsprechenden Kurven ä', b"
und c". Man erkennt, daß der Verlauf von N' und damit auch der Verlauf von e annähernd
konstant, also unabhängig von der Verdrehung des Drehtransformators bleibt. Die
Spannung e' bleibt also bei jeder Drehtransformatorstellung selbsttätig in der Größenordnung
der Vergleichsspannung, und der zusätzliche Regler hat neben den betriebsmäßigen
Spannungsschwankungen nur noch die Abweichungen des Wertes e' von der konstanten
Vergleichsspannung E auszuregeln.