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Selbsttätige elektrische Regeleinrichtung unter Verwendung einer Glimmentladungsstrecke
Die Erfindung betrifft eine Schaltanordnung. zur Auslösung von Regelvorgängen in
Abhängigkeit von einer Gleichspannung und kann mit Vorteil zur Konstanthaltung beispielsweise
der Spannung einer wechselnder Belastung unterworfenen Stromquelle verwendet werden.
Es ist bekannt, als spannungsabhängiges Relais eine Glimmentladungsstrecke zu benutzen
die gegenüber einem mechanischen Relais den Vorteil besitzt, daß sie außerordentlich
billig und unempfindlich gegen äußere Einflüsse ist. Während sich solche Glimmentladungsstrecken
ohne weiteres so konstruieren lassen, daß die zu ihrer Zündung erforderliche Spannung
auf einem eindeutigen, praktisch unveränderlichen Spannungsbetrag festliegt, ist
derjenige Betrag, auf ,den die Spannung sinken muß, um eine Löschung .der Entladung
zu bewirken, keineswegs scharf begrenzt und liegt außerdem im allgemeinen erheblich
tiefer als die Zündspannung. Es ist also nicht ohne weiteres möglich, bei Verwendung
einer Glimmentladungsstrecke als Regelglied die Grenzen, zwischen denen die für
die Regelung maßgebende Größe schwanken darf, dadurch zu erfassen daß man. die Zündung
der Entladungsstrecke als Kriterium für die eine, etwa die obere Grenze, die Löschung
dagegen für die andere Grenze heranzieht.
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Eine bekannte Regeleinrichtung nimmt deshalb nur die Zündung der Glimmentladungsstrecke
in Abhängigkeit von der maßgebenden Betriebsgröße vor, während die Löchung unabhängig,
von der Betriebsgröße erfolgt. Dabei ist zum Zwecke der Löschung bei der bekannten
Einrichtung ein besonderer, ständig arbeitender Hilfskontakt vorgesehen, der die
Entladungsstrecke periodisch. kurzschließt und ihr damit die Spannung entzieht.
Ein derartiger mechanischer Kontakt, wie er bei der bekannten Anordnung verwendet
wird,
ist naturgemäß sehr unerwünscht, zumal er eines besonderen Antriebes in Form eines
Hilfsmotors bedarf.
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Eine andere bekannte, ebenfalls nachdem obengenannten Prinzip arbeitende
Regeleinrichtung dient zur selbsttätigen Konstanthaltung der Spannung eines Wechselstromgenerators.
Hierbei liegt die Glimmentlad.ungsstrecke in Reihe mit einem Kondensator an einer
der Generatorspannung proportionalen . Wechselspannung. Die Spannung am Kondensator
bestimmt die Gitterspannung einer im Erregerkreis des Generators liegenden, ebenfalls
mit Wechselspannung gespeisten Gas- oder Dampfentladungsstrecke. Solange der Scheitelwert
der Wechselspannung die Zündspannung der Glimmentladungsstrecke nicht überschreitet,
bleibt der Kondensator ungeladen, und die Verhältnisse sind so gewählt, daß in diesem
Fall die Gas-oder Dampfentladtingsstrecke bereits jeweils zum Beginn der positiven
Anodenspannung:-halbwelle freigegeben wird. Wird dagegen die Zündspannung des Glimmrohres
überschritten, so empfängt der Kondensator während der negativen Anodenspannungshalbwelle
der Gas- oder Dampfentladungsstrecke eine Ladung, die in der folgenden positiven
Anodenspannungshalbw°lle den Zündeinsatz so lange verhindern, bis das Glimmrohr,
das ja inzwischen wegen des Nulldurchganges der Wechselspannung erloschen war, in
der positiven Anodenspannungshalbwelle von neuem zündet und eine Umladung des Kondensators
bewirkt. Dadurch wird bei zti hoher Generatorspannung der Erregerstrom durch Teilaussteuerung
der Gas- oder Dampfentladungsstreeke vermindert und damit die Generatorspannung
wieder herabgesetzt. Wesentlich für diese bekannte Einrichtung ist es, daß an der
Glimmröhre eine Wechselspannung liegt, .die spätestens beim nächsten Nulldurchgang
nach erfolgter Zündung die Glimmentladungsstrecke wieder erlöschen läßt Beim Erfindungsgegenstand
handelt es sich demgegenüber um die Regelung in Abhängigkeit von einer Gleichspannung,
wobei aber ebenfalls, und zwar ohne Zuhilfenahme mechanischer Kontakte, die Glimmentladungsstrecke
so lange, wie diese Gleichspannung einen bestimmten Wert überschreitet, abwechselnd
gezündet und wieder gelöscht werden soll. Dies wird gemäß der Erfindung dadurch
erreicht, daß die Glimmentladungsstrecke in Parallelschaltung mit einem Kondensator
über einen Widerstand an der Gleichspannung oder einem Teilbetrag davon liegt. Die
Löschung der Glim.mentladungsstrecke erfolgt dann jedesmal dadurch, daß sich der
Kondensator über sie entlädt und daß dadurch die Spannung an ihr zusammeribricht.
Es sei hierzu bemerkt, daß es in Verbindung mit einer Wechselrichterschaltung bereits
bekannt ist, die die Stromumformung bewirkenden Gliminentladungsstrecken durch Entladung
von Kondensatoren über sie jeweils nach erfolgter Zündung wieder zu löschen.
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Die erfindungsgemäße Regeleinrichtung arbeitet wie folgt: Steigt der
Augenblickswert der für den Regelvorgang maßgehenden Betriebsgröße über den bestimmten
Betrag, so möge die Entladungsstrecke beispielsweise zünden, und diese Zündung wird
dazu benutzt, um den Regler, beispielsweise im Sinne der Herabregelung der Betriebsgröße,
zu beeinflussen. Kurze Zeit nach erfolgter Zündung wird unabhängig von dem Betrag
der Betriebsgröße die Entladungsstrecke vorübergehend gelöscht und der Regler bleibt
stehen. `Fenn die Betriebsgröße inzwischen nicht wieder bis auf den festgelegten
Wert gesunken ist, erfolgt nach einiger Zeit von neuem eine Zündung der Entladungsstrecke,
und der Regler wird wiederum um einen Schritt verstellt. Die Regelung geht also
schrittweise vor sich, und diese Regelschritte folgen einander so lange, wie die
Betriebsgröße eine Abweichung von dem Festwert zeigt.
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Die Erfindung möge än Hand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels
näher erläutert werden. Es sei angenommen, daß die Spannung des Gleichstromnetzes
i selbsttätig konstant gehalten werden soll. Die Beeinflussung der Spannung geschehe
beispielsweise durch Verändern des Erregerstromes des speisenden Generators mit
Hilfe eines Reglers; der durch den Verstellmotor 23 betätigt wird. Der wesentlichste
Bestandteil der Schaltung ist die als spannungsempfindliches Relais dienende Glimmentladungsstrecke
7. Parallel zu dieser Glimmentladungsstrecke ist ein Kondensator 6 geschaltet, und
die Parallelschaltung aus beiden liegt über einen Widerstand 8 an einem einstellbaren
Teil des SpannungSteilerwiderstandes 2. Zwischen den Abgriff spunkten 3 und 4 liegt
also, wenn der Widerstand 8 stromlos ist, ein bestimmter Teilbetrag der zu regelnden
Spannung. Der Kondensator 6 wird sich somit über den Widerstand 8 bis auf eine dieseln
Teilbetrag entsprechende Spannung aufladen.
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Der veränderliche Abgriff 3, welcher zur Einstellung des Sollwertes
der zu regelnden Spannung dient, wird nun derart eingestellt, daß zwischen den Punkten
3 und .4 eine zur Zündung der Glimmröhre i gerade ausreichende Spannung liegt, wenn
die Spannung des Netzes i genau gleich dein Sollwert ist. Solange litin die zu regelnde
Spannung
unterhalb -des Sollwertes liegt, erfolgt keine Zündung
der Entladungsstrecke; überschreitet aber die Netzspannung ihren Sollwert, so zündet
die Entladungsstrecke, und der Kondensator 6 entlädt sich über sie. Dadurch bricht
die Spannung an der Entladungsstrecke zusammen, und die Entladung erlischt wieder.
Nach dem Erlöschen der Entladungsstrecke beginnt sich der Kondensator wiederum über
den Widerstand 8 aufzuladen, und die Entladungsstrecke zündet nach einiger Zeit
von neuem, wenn die zu regelnde Spannung noch immer oberhalb ihres Sollwertes liegt.
' Der elektrische Zustand der Entladungsstrecke wirkt nun auf die Gitterspannung
eines Elektronenrohres 9 ein. Die Heizung .dieses Elektronenrohres ist an die Sekundärwicklung
15 des Transformators 14 angeschlossen, während seine Anodenspannung von der Sekundärwicklung
16 über eine Gleichrichterröhre 2q. unter Zwischenschaltung eines Siebkreises 13
geliefert wird. Solange die Entladungsstrecke noch'nicht gezündet ist, und wenn
die Aufladung des Kondensators beendet ist, liegt zwischen dem Gitter und der Kathode
des Elektronenrohres 9 der zwischen den Punkten q. und 5 abgegriffene Teilbetrag
der zu regelnden Spannung. Das Potential des Gitters wird bereits vorher durch Verstellen
des Abgriffes 4 gegenüber der Kathode auf einen solchen Betrag eingeregelt, daß
indem Anodenkreis des Elektronenrohres ein Anodenstrom fließt, der dazu ausreicht,
das Zwischenrelais io in angezogenem Zustand zu erhalten.
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Sobald die Entladungsstrecke 7 zündet, wird parallel zu dem zwischen
den Punkten 3 und 4. liegenden Abgriffwiderstand ein Nebenschluß gebildet. Die Spannungs-
und Stromverteilung ändert sich dadurch, und in dem zwischen den Punkten q. und
5 liegenden Teil des Spannungsteilers fließt ein höherer Strom, der einen höheren
Spannungsabfall hervorruft, so daß der mit dem Steuergitter des Elektronenrohres
9 verbundene Punkt q. im Vergleich zu dem früheren: Zustand ein höheres negatives
Potential gegenüber der Mitte der Heizwicklung 15 annimmt. Die negative Gittervorspannung
wird außerdem durch den gleichzeitig in. dem Widerstand 8 hervorgerufenen Spannungsabfall
noch weiter erhöht. Der parallel zur Glimmentladungsstrecke liegende hochohmige
Widerstand dient lediglich zum Schutz der Glimmlampe und hat auf,die hier geschilderten
Vorgänge praktisch keinen Einfluß.
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Durch .das Anwachsen der negativen Gittervorspannung des Elektronenrohres
9 wird dessen Anodenstrom geschwächt, und zwar in geeigneter Wahl der Verhältnisse
bis fast auf Null, so daß der Anker des Zwischenrelais io abfällt. Wenn das Zwischenrelais
io angezogen ist, so schließt es seine Kontakte i i, ist es dagegen abgefallen,
so schließt es seine Kontakte 12. Liegt also die zu regelnde Spannung oberhalb des
Sollwertes, so wird, da die Entladungsstrecke 7 in diesem Fall fortwährend periodisch
gezündet und wieder gelöscht wird, das Zwischenrelais io ebenfalls periodisch abwechselnd
seine Kontakte i i und 12 schließen bzw. öffnen. Sinkt dagegen die zu regelnde Spannung
unter den Sollwert, so bleibt das Relais io ständig angezogen, und die Kontakte
i i bleiben geschlossen.
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Beim Schließen :der Relaiskontakte 12 zieht das die Drehrichtung des
Verstellmotors 23 bestimmende Steuerrelais 2o an und schließt damit seine oberen
Korntakte. Dadurch kommt ein Strom aus dem Hilfsnetz i9 durch den Motor zustande,
der den Motor im Sinne der Herabregelung der zu regelnden .Spannung antreibt. Ist
das Zwischenrelais io dagegen angezogen, ist also das Steuerrelais 2o abgefallen,
so kommt über die Kontakte i i ein Strom in .der Erregerwicklung des Zeitrelais
21 zustande, über dessen Arbeitskontakt nunmehr nach Ablauf einer bestimmten eingestellten
Zeit der Verstellmotor im Sinne der Aufwärtsregelung eingeschaltet wird und nach
Ablauf einer bestimmten. Zeit den Reglermotor im Sinne der Aufwärtsregelung einschaltet.
Dieses Zeitrelais 21 dient dazu, den Motor vor efektrischen- und mechanischen Stößen
zu schützen, die dadurch zustande kommen würden, daß das Steuerrelais 2o ständig
hin und her pendelt und den Motor abwechselnd in der einen und in der anderen Richtung
einschalten würde. Je nachdem, in welche Zuleitung des Motors ein Verzögerungsrelais
eingeschaltet ist, wird eine Verzögerung entweder nur beim Aufwärts- bzw. Abwärtsregeln
oder auch in beiden Fällen erzielt. Man kann das Verzögerungsrelais unter Umständen
vermeiden, jedoch ist es zweckmäßig, dann dem Reglermotor in der einen Drehrichtung
einen Widerstand mit negativem Temperaturkoeffizienten, beispielsweise eine Kohlenfadenlampe,
vorzuschalten.
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In die Motorzuleitungen ist noch ein Kippschalter 22 eingeschaltet,
der eine Verstellung des Versteljmotors in, dem einen oder anderen Sinne von Hand
gestattet. Weiterhin liegt noch in .der Erregerleitung des Zeitrelais 21 ein Ausschalter
25, der geöffnet wird, falls die Spannung nur abwärts geregelt werden soll. Dieser
Fall kann z. B. dann eintreten, wenn die Belastung des Generators, durch welchen
das Netz i gespeist wird, ständig sinkt, wie es etwa bei der Formierung von Elektrolytkondensatoren
der Fall ist.
Es sei noch darauf hingewiesen; daß die Einstellung
der Zeitabstände, in denen das Tasten der Regelanordnung, d. h. das periodische
Zünden der Entladungsstrecke ; gewünscht wird, in gewissen Grenzen durch die Änderung
der parallel zu dieser Entladungsstrecke liegenden Kapazität 6 erfolgen kann.
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Man kann die Empfindlichkeit der Regelung dadurch erhöhen, daß man
in den Spannungsteiler 2 zwischen die Punkte 3 und 4. und zwischen die Punkte q.
und Widerstände mit stark positiven Temperaturkoeffizienten, beispielsweise Eisen-Wasserstoff-Widerstände,
schaltet. Der Ruhestrom des Spannungsteilers müßte dann so gewählt werden, daß beide
Eisen-Wasserstoff-Widerstände beim Erreichen des Sollwertes der zu regelnden Spannung
annähernd in der Mitte ihrer Widerstandscharakteristiken arbeiten.
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Eine weitere Abstufung der Regelgeschwindigkeit oder ein Übersteuern,
das besonders bei größeren Generatoren für den Fall einer plötzlichen starken Spannungsänderung
zwecks Kompensation der magnetischen Trägheit der Maschinen. verlangt wird, kann
durch Verwendung von zwei oder mehr im Anodenkreis der Verstärkerröhre liegende
Zwischenrelais mit verschiedenen Ansprechzeiten erzielt werden (auch sogenannte
Resonanzrelais). Derselbe Zweck könnte auch durch Anwendung von Relais mit verschiedenen
Abfallzeiten erreicht werden, da sich die Frequenz des Schwingungsvorganges im Stromkreis
der Entladungsstrecke 7 je nach der Größe der Überschreitung des Sollwertes in weiten
Grenzen ändert.