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Einrichtung zur selbsttätigen Regelung eines Stromkreises, z. B. zur
Konstanthaltung der Spannung oder des Stromes Bei der selbsttätigen Konstanthaltung
elektrischer Größen ist es zur Erzielung einer möglichst großen Regelgenauigkeit
üblich, auf den Regler die Differenz zwischen einer der konstant zu' haltenden Größe
proportionaler Spannung und einer Vergleichsspannung zur Einwirkung zu bringen.
Bei den bekannten. Einrichtungen dieser Art wird die Vergleichsspannung konstant
gehalten, wobei man für die der konstant zu haltenden Größe proportionaler Spannung
- im folgenden kurz Regelspannung genannt - gewisse Abweichungen von dieser Vergleichsspannung
zulassen muß, um die zum Durchtreiben dies Steuerstromes durch den Eingangskreis
des Reglers erforderliche veränderliche Spannungsdifferenz zu erhalten. Die Erfindung
hat bei einer Einrichtung zur selbsttätigen Regelung eines Stromkreises, z. B. zur
Konstanthaltung der Spannung oder des Stromes, oder auch zur Erzielung einer bestimmten
Spannungsstromkennlinie mittels eines Reglers, an dessen Steuerspule die Differenz
zwischen einer der zu regelnden Größe bzw. den zu regelnden. Größen entsprechenden
Steuergleichspannung und einer den jeweiligen Sollwert dieser Steuergleichspannung
bestimmenden
Vergleichsspannung liegt, eine Verbesserung zum Gegenstand., indem erfindungsgemäß
die Vergleichsgleichspannung an einem Hilfsgleichrichter durch Gleichrichtung aus
einer Wechselspannung gewonnen wird, wobei dem Hilfsgleichrichter wechselstromseitig
eine Drossel vorgeschaltet ist, welche in Abhängigkeit von dem Strom in dem Steuerstromkreis
derart veränderlich vormagnetisiert wird, daß durch die hierdurch bedingte Beeinflussung
der Vergleichsgleichspannung die bei einer Änderung des Steuerstromes auftretende
Änderung der Spannungsabfälle in der die Vergleichsspannung lieferndem Wechselspannungsquelle,
dem Hilfsgleichrichter und dem Steuerstromkreis ganz oder teilweise kompensiert
wird. Die unter dem Einflüß des veränderlichen Steuerstromes auftretenden Änderungen
der Spannungsabfälle im Reglereingangskreis werden hierbei also von der Vergleichsspannung
gedeckt, so daß eine Abweichung der Regelspannung von ihrem Sollwert nicht mehr
erforderlich ist. Für die geregelte Größe brauchen deshalb keinerlei Schwankurrgen
mehr in Kauf genommen zu werden. Die Erfindung eignet sich besonders für die Fälle,
wo als Regler vormagnetisierte Drosseln dienen, deren Vormagnetisierungsstrom von
der Differenz zwischen der gleichgerichteten Regelspannung und der Vergleichsspannung
abhängt.
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Nach dem Stand der Technik war es bekannt für eine Regelung der Speisung
eines elektrischen Verbrauchers mit Energie konstanter Spannung oder konstantem
Strom, eine in Reihe mit-dem Verbraucher liegende, mit Gleichstrom vormagnetisierte
Drossel zu benutzen, deren Steuerung abhängig von. einem Strom erfolgte, welcher
die Folge einer Differenzbildung aus der Verbraucherspannung bzw. Klemmenspannung
und einer konstanten Spannungsquelle in Form einer Batterie war. Mit einer solchen
Anordnung kann aber auch dann, wenn die von der Batterie gelieferte Spannung als
absolut konstantunterstellt wird, die Verbraucherspannung nicht genau konstant gehalten
werden. Wenn sich nämlich z. B. die Wechselspannungsquelle für die Verbraucherspeisung
in ihrer Spannung verändert oder der Widerstand im Verbraucherstromkreis, so muß
der Einfluß dieser Änderung durch eine Änderung des Stromes der Steuermagnetisierung
der Regeldrossel ausgeglichen werden. Dieser Strom in der Steuerwicklung der Regeldrossel
kann sich aber nur ändern, wenn sich auch der Strom ändert, der die Folge der aus
dem Vergleich der konstanten Batteriespannung mit der zu regelnden Spannung gewonnenen
Differenzspannung ist. Dieser Stromanstieg z. B. kann aber nur erreicht werden,
wenn die genannte Differenzspannung erhöht wird. Bleibt aber die Vergleichsspannungsquelle
in Form der Batterie konstant, so muß für den genannten Stromanstieg die Spannung
.an den Klemmen des. Verbrauchers etwas ansteigen.
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Diese bei der bekannten Anordnung auftreffende unvermeiidlncheÄnderung
der geregelten Spannung, die eine Regelungenauigkeit bedeutet, ist nach der vorliegenden
Erfindung vermieden, indem die Vergleichsspannung nicht konstant bleibt, sondern
nach Maßgabe des Steuerstromes beeinlußt wirrt.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
Bei Fig. i ist eine Regelschaltung zugrunde gelegt, die in erster Linie dazu bestimmt
ist, um die Glühkathoden von Senderöhren anzulassen und anschließend ohne irgendwelche
Umschaltungen die Heizspannung an der Glühkathode konstant zu halten. Das Heizelement
7 wird über den Gleichrichter 3 aus einem Drehstromtransformator gespeist, dessen
Sekundärwicklung mit a, dessen Primärwicklung mit i bezeichnet ist. In dem aufgelösten
Sternpunkt der Primärwicklung i liegen in ,Reihe miteinander die Hauptregeldrosseln
4 sowie Hilfsdrosseln 6, die im folgenden als Steuerdrosseln bezeichnet werden sollen.
Der eigentliche Steuerstrom wirkt nicht auf die Hauptregeldrosseln, sondern auf
die Steuerdrosseln 6 vormagnetisierend ein. Die Vormagnetisierungswicklungen der
Hauptregeldrosseln 4 sind dagegen an einen Hilfsgleichrichter 5 angeschlossen, der
parallel zu den Wechselstromwicklungen der Steuerdrosseln 6 liegt. Der Primärstrom
des Transformators i teilt sich somit je nach dem Vormagnetisierungszustand der
Steuerdrosseln 6 auf diese und über den Gleichrichter 5 auf die Vormagnetisierungswicklungen
4 in verschiedenem Maße auf. Steigt beispielsweise der Vormagnetisierungsstrom der
Steuerdrosseln 6, so sinkt deren Induktivität, und der Strom iri den Vormagnetisierungswicklungen
der Regeldrosseln4 nimmt ab. Deren Induktiwität wird dadurch vergrößert, was auf
eine Verminderung der Spannung an dem Verbraucher 7 hinausläuft.
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Die Regelspannung ist während des Anlaßvorganges eine andere als im
normalen Betrieb. Um die für das Anlassen erforderliche Kennlinie zu erreichen,
ist es nötig, die Regelung von dem Strom und der Spannung des Verbraucherkreises
abhängig zu machen, während zum Konstanthalten der Spannung eine Beeinflussung durch
diese Spannung allein genügt. Die strom- und spannungsabhängige Regelspannung wird
durch einen in eine Primärphase des Transformators geschalteten gesättigten Stromwandler
17 erzeugt, dessen Primärwicklung mit 18 und dessen Sekundärwicklung mit
ig bezeichnet ist. Dieser Stromwandler besitzt außerdem eine Vormagnetisi.erungswicklung
2o, die, wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, an der Ausgangsspannung des Gleichrichters
3 liegt. Die Sekundärwicklung ig liefert über den Hilfsgleichrichter 2i an dem Kondensator
16 die gewünschte, vom Ausgangsstrom und der Ausgangsspannung abhängige Regelspannung.
Die den normalen Betrieb beherrschende Regelspannung wird an dem parallel zu dem
Ausgangskreis des Gleichrichters 3 liegernden Spannungsteiler g abgegriffen. Die
Ventile 13 und 14 sorgen dafür, d@aß die Regelung stets nur von derjenigen
Regelspannung beeinflußt wird, die gerade den größeren Wert besitzt.
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Die Vergleichsspannung Uv, die den Regelspannungen, entgegengeschaltet
ist, entsteht an dem
Widerstand r2, der über einen Hilfsgleichrichter
ii aus einem magnetischen Spannungsgleichhalter 8 gespeist wird. Um die eingangs
beschriebene Abhängigkeit dieser Vergleichsspannung von den Größen des Steuerstromkreises
zu erzielen, ist dem Hilfsgleichrichter i i eine Drossel 9 vorgeschaltet, die mit
Hilfe der Wicklung io veränderlich vormagnetisiert wird. Zu diesem Zweck ist die
Wicklung io an die rechte Endklemme des Widerstandes 12 und den einstellbaren Abgriff
eines Spannungsteilers 15 angeschlossen, an welchem die jeweilige Regelspannung
UR auftritt. Der Vormagnetisierungsstrom der Drossel 9 ist also proportional der
Differenz zwischen der Vergleichsspannung UV
und einem der Regelspannung UR
verhältnisgleichen Spannungsanteil. Sobald also die Regelspannung UR zu steigen
versucht, wird der Vormagnetisierungsstrom in der Wicklung io kleiner, die Induktivität
der-Drossel 9 entsprechend größer und die Vergleichsspannung UV sinkt. Diese
Verminderung der Vergleichsspannung UV wirkt ebenfalls im Sinne einer Abnahme des
Vorinagnetisierungsstromes der Wicklung io, so daß bei richtiger Bemessung der einzelnen
Schaltungsteile die Regelspannung UR ihren ursprünglichen -Wert wieder einnehmen
kann, wobei die Vergleichsspannung UV um .ein solches Maß kleiner geworden ist,
daß die durch den angewachsenen Steuerstrom in den "Vormagnetisierungswicklungen
der Drosseln 6 erhöhten ohmschen Spannungsabfälle dadurch wieder ausgeglichen .werden.
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Die Regelgeschwindigkeit wird noch -erhöht, wenn die mit dem Spannungsgleichhalter
in Reihe geschaltete Drossel außer von der Differenz zwischen der Vergleichsspannung
und einer der Regelspannung, proportionalen Spannung auch noch von dem Steuerstrom
selbst vormagnetisiert wird. Solange. der entsprechende große Steuerstrom noch nicht
fließt, ist dann dieVergleichsspannung kleiner bzw. größer als es dem statischen
Zustand entspricht. Diese vorübergehende Vergrößerung bzw. Verkleinerung der Steuerspannung
bewirkt eine schnelle Änderung des Steuerstromes. Sobald aber der Steuerstrom die
entsprechende Höhe erreicht hat, geht die Vergleichsspannung auf ihren statischen
Wert zurück.
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Ein Ausführungsbeispiel hierfür zeigt Fig.2, wobei der Einfachheit
halber wieder dieselbe Grundschaltung der Regeleinrichtung zugrunde gelegt ist wie
in Fig. i, ohne daß jedoch mit Ausnahme des Stromwandlers 17 nähere Einzelheiten
des Hauptstromkreises dargestellt sind. Die entsprechenden Schaltungsteile sind
mit den gleichen Bezugszeichen versehen wie in Fig. i. Die entweder von der Spannung
und dem Strom bzw. nur von der Spannung des Verbrauchers abhängige Regelspannung
UR tritt zwischen den Punkten 36 und 37 auf, zwischen die noch ein Vorbelastungswiderstand
38 geschaltet ist. Die Vormagnetisierungswicklungen der .Steuerdrosseln sind an
die Klemmen 39 angeschlossen zu denken.
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Die dem Hilfsgleichrichter i i vorgeschaltete Drossel 9 besitzt in
diesem Falle zwei Vormagnetisierungswicklungen 22 und 23. Von diesen wird die Vormagnetisierungswicklung
22 von dem Vormagnetisierungsstrom der Steuerdrosseln durchflossen. Der entsprechende
Stromkreis verläuft von dem Punkt 36 über das zur Vermeidung falscher Regelimpulse
vorgesehene Ventil 26, über die Wicklungen 22 nach der unteren Klemme 39,
von dort über die Vormagnetisierungswicklung der Steuerdrosseln nach der oberen
Klemme 39 nach dem rechten Endpunkt des Widerstandes i2., dessen linker Endpunkt
mit dem Punkt 37 verbunden ist. Die Steuerdrosseln liegen also wieder unter Zwischenschaltung
der Wicklungen 22 an der Differenz zwischen der Regelspannung UR und der Vergleichsspannung
UV. Die Wicklungen 23 der Drossel 9 liegen dagegen zwischen dem Punkt 36
und unter Zwischenschaltung eines Vorwiderstandes 28 an dem rechten Punkt des Widerstandes
27, der auf der anderen Seite an den rechten Endpunkt des Widerstandes 12 angeschlossen
ist. Dadurch wirkt in dem Stromkreis der Wicklungen 23 eine Spannung, die .sich
zusammensetzt aus der Spannung UR, der Spannung UV, beide in Gegenschaltung
miteinander, sowie einer Spannung, die durch den von dem Hilfsgleichrichter i i
gelieferten Strom an dem Widerstand 27 exzeugt wird; es ist dabei zu beachten, daß
der von dem Hilfsgleichrichter i i gelieferte Strom sich umgekehrt ändert wie der
über die Steuerdrosseln. fließende Vormagnetisierungsstrom. Parallel zu der Wechselstromseite
des Hilfsgleichrichters i i liegt noch ein Widerstand 40, um das Verhältnis zwischen
Gleich- und Wechselstrom-Amperewindungen der Drossel 9 zu beeinflussen.
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Von Bedeutung ist noch die Drossel 24, die in Reihe mit dem Widerstand
25 die Vormagnetisierungswicklung 22 der Drossel 9 überbrückt. Dieser Stromkreis
dient als Rückführung zurVermeidung von Pendelungen. Die Induktivität der Rückführdrossel
2q. bewirkt, daß plötzlich auftretende Änderungen des Steuerstromes sich zunächst
in der Hauptsache auf die dem Hilfsgleichrichter i i vorgeschaltete Drossel 9 auswirken
und dieser einen Steuerstrom vortäuschen, der in Wirklichkeit erst nach einer bestimmten
Zeit vorhanden ist. Die Vergleichsspannung UV wird dadurch beizeiten auf
einen Wert zurückgeführt, der dem eigentlichen Belastungszustand entspricht. Bei
geeigneter Bemessung kann erreicht werden, daß bei plötzlich auftretenden Schwankungen
die Regelspannung UR aperiodisch und stark gedämpft auf den Sollwert zurückgeführt
wird.
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Fig.3 zeigt eine Schaltung, die bezüglich der Erzeugung der Vergleichsspannung
ähnlich aufgebaut ist wie die nach Fig. 2, die sich aber in den Hauptstromkreisen
von der Schaltung nach Fig. i dadurch unterscheidet, daß der Steuerstrom in diesem
Falle unter- Vermeidung besonderer Steuerdrosseln auf -die I3auptregeldrosseln selbst
einwirkt. Diese Hauptregeldrosseln, -die hier mit 30 bezeichnet sind, besitzen zu
diesem Zweck außer einer von dem Verbrauchergleichstrom durchflossenen Vormagnetisierungswicklung
31 eine Wicklung 32, die wiederum von der Regelspannung UR
und der
Vergleichsspannung UV beeinflußt werden. Durch das Fehlen der Steuerdrosseln ist
hier jedoch der Regeleinfluß der umgekehrte wie in Fig. i, d. h. mit - wachsender
Spannung UR muß der Steuerström in diesem Fall abnehmen, um die Induktivitäten der
Drossel3o zu erhöhen. Infolgedessen sind die Verhältnisse hier so gewählt, daß die
Vergleichsspannung UV größer ist als die Regelspannung UR. Die beiden Gleichstromwicklungen
der Drossel g, von denen wieder die Wicklung 34 von dem Steuerstrom durchflossen
wird, während die Drossel 33 von der Regelspannung UR, der Vergleichsspannung UV
und einer dem Strom des Hilfsgleichrichters i i proportionalen Spannung beeinflußt
wird, sind aus diesem Grunde hier so angeschlossen, daß sie sich einander entgegenwirken,
während sie sich bei der Anordnung nach Fig. 2 unterstützten. Im übrigen können
auch hier alle diejenigen Einzelheiten, insbesondere die Rückführung, angewendet
werden, wie @ sie in Fig. 2 im einzelnen erläutert wurden.
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Es sei noch-darauf hingewiesen, daß man günstige Verhältnisse auch
dann erreicht, wenn man die dem Hilfsgleichrichter vorgeschaltete Drossel nur durch
den Steuerstrom beeinflußt. Ebenso kann man die Vormagnetisierung dieser Drossel
auch von ,dem Steuerstrom und einer der Vergleichsspannung proportionalen Spannung
abhängig machen. Wesentlich ist, daß in jedem Fall das ganze Arbeitsgebiet auf dem
geradlinien Teil der Drosselkennlinie liegt, was durch geeignete Bemessung immer
erreicht werden kann.
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Da die beschriebene Regelung äußerst empfindlich ist, macht sich die
Erwärmung der einzelnen Wicklungen und Schaltungsteile unter Umständen stark bemerkbar.
Das gilt nicht nur bezüglich der brosselwicklungen, sondern auch hinsichtlich der
Gleichrichter, die, wenn sie als Trockengleichrichter ausgebildet sind, ebenfalls
Widerstandsänderungen bei Temperaturschwankungen zeigen. Diese Einflüsse kann man
jedoch genügend klein halten, wenn man den Wicklungen genügend große Widerstände
vorschaltet, die von der Temperatur unabhängig sind, und zu dem Gleichrichter solche
Widerstände parallel legt. Weiterhin kommt die Verwendung von Material mit geringem
Temperaturkoeffizienten für die Herstellung der Wicklungen als Maßnahme zur Bekämpfung
des Anwärmfehlers in Frage.
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Nicht beeinflußt werden kann hierdurch der Temperaturfehler, der sich
durch Änderungen des Widerstandes der Vormagnetisierungswicklungen, z. B. der Steuerdrosseln,
ergibt. Dieser Temperaturfehler zusammen mit den restlichen Fehlern aus den übrigen
Stromkreisen kann kompensiert werden, wenn ein Teil der als ohmsche Widerstände
gezeichneten Teile der Stromkreise aus Material mit nennenswertem Temperaturkoeffizienten
ausgeführt wird. So erreicht man z. B. eine sehr vollkommene Kompensation des Temperaturfehlers,
wenn in Bild 2 der Widerstand 27 zum Teil aus Kupfer gefertigt wird und in seiner
Wärmeabgabe so behindert.wird, daß eine ausreichende Temperaturerhöhung an ihm auftritt.
Mit dieser Schaltung wurde ein vollkommener Ausgleich des Anwärm-und Temperaturfehlers
erreicht. Auch der Stromkreis der Rückführdrossel wirkt bei Verwendung von Material
mit positivem Temperaturkoeffizienten im selben Sinne.