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Schaltung zur Verminderung bzw. Beseitigung des statischen Regelfehlers
bei Röhrenfeinreglern Der gewöhnliche Röhrenfeinregler, wie er vorzugsweise für
die Regelung des Erregerstromes elektrischer Maschinen benutzt wird, arbeitet als
stetig veränderlicher ohmscher Widerstand im Verbraucherkreis. Die Größe des Widerstandes,
den der Röhrenregler darstellt, hängt in jedem Augenblick ab von der Spannung zwischen
dem Gitter und der Kathode der Eingangsröhre. Daraus folgt, daß jeder von dem Regler
ausgeübte Regeleinfluß eine Abweichung der Gitterspannung von ihrem Normalwert erfordert.
Je nachdem, wie empfindlich der Regler ist, verläuft die Kennlinie, die die Abhängigkeit
des Stromes im Verbraucherkreis von der Gitterspannung angibt, mehr oder weniger
steil, und von der Steilheit dieser Kennlinie hängt dann diejenige Abweichung der
Gitterspannung und damit der regelnden Spannung ab, die bei einem bestimmten Regelvorgang
nicht ausgeglichen werden kann. Der Regler besitzt also gewöhnlich eine sogenannte
statische Regelkennlinie.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den erwähnten statischen
Regelfehler zu beseitigen oder wenigstens zu vermindern. Es ist bekannt, zu diesem
Zweck eine sogenannte Rückführung zu benutzen, d. h. eine Größe, die dem Ausgangskreis
des Reglers entnommen wird und bei Änderungen des Regelzustandes den Regler in dem
gleichen Sinn beeinflußt wie diej enige Änderung der regelnden Größe, die die Änderung
im Ausgangskreis hervorgerufen hat. Da hierbei der Regler eine Kennlinie unendlich
großer Steigung bekommen kann, so besteht die Gefahr, daß in ihm Pendelungen einsetzen.
Bei einer bekannten Anordnung ist deshalb ein Zeitelement vorgesehen, welches dafür
sorgt, daß die rückführende Größe bei einer Änderung des Regelzustandes erst mit
einer gewissen Verzögerung auftritt.
Bei der bekannten Anordnung
handelt es sich um einen Drehzahlregler, bei dem die frequenzabhängige Regelgröße
dem Anodenkreis eines Detektorrohres zugeführt und in einen entsprechenden Gleichspannungsabfall
an einem Widerstand umgewandelt wird. Die Detektorröhre enthält dabei auch ein Steuergitter,
dem die zur Rückführung dienende, bei Änderungen verzögert auftretende Spannung
zugeführt wird.
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Gemäß der Erfindung wird im Gegensatz hierzu die die Rückführung bewirkende
Spannung im Gitterkreis der Eingangsröhre der Regelspannung überlagert. Hierdurch
ergeben sich gegenüber der bekannten Anordnung eine Reihe wichtiger Vorteile. Eine
mit einem Steuergitter ausgerüstete Detektorröhre, wie sie bei der bekannten Anordnung
verwendet wird, besitzt einen verhältnismäßig großen Durchgriff. Das bedingt aber,
daß auch die zur Rückführung benutzte Spannung einen ziemlich großen Wert haben
muß. Aus diesem Grunde verwendet die bekannte Schaltung zur Erzeugung der Rückführungsspannung
auch einen Spannungsteiler, der dem Erregerkreis der zu regelnden Maschine parallel
geschaltet ist. Ein solcher Spannungsteiler ruft naturgemäß einen fühlbaren Leistungsverlust
hervor, so daß die Empfindlichkeit der Regelung beeinträchtigt wird. Das gleiche
gilt für den Fall, daß man die Rückführungsspannung einem im Ausgangskreis selbst
liegenden Widerstand entnimmt. Bei einem Röhrenregler, bei dem die regelnde Spannung
dem Steuergitter der Eingangsröhre zugeführt wird, kann eine Röhre sehr viel geringeren
Durchgriffs, insbesondere eine Mehrgitterröhre, verwendet werden. Da die Rückführungsspannung
ebenfalls dem Steuergitterkreis zugeführt wird, so kann sie wesentlich kleiner sein
als die Rückführungsspannung, die bei der bekannten Anordnung nötig ist. Die Entnahme
dieser Rückführungsspannung von einem im Ausgangskreis liegenden Meßwiderstand stellt
daher keinen fühlbaren Leistungsverlust dar. Die Kleinheit der zur Rückführung erforderlichen
Spannung ist aber bei Röhrenfeinreglern auch noch aus einem anderen Grunde sehr
wichtig. Je größer nämlich diese Spannung ist, um so größer werden die Potentialdifferenzen
zwischen der Kathode des Endrohres und dem Gitter der Eingangsröhre. Große Potentiale
rufen aber hier leicht Kriechströme hervor, die bei der außerordentlichen Empfindlichkeit
der höhrenfeinregler, die j a letzten Endes Gleichstromverstärker darstellen, bereits
die Regelung merklich beeinflußen können.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Anordnung wiedergegeben. In Fig. i ist mit i der Anker einer Gleichstrommaschine
dargestellt, deren Spannung konstant gehalten werden soll. Zu diesem Zweck ist an
die Erregerwicklung 2 -
ein Feinregler, bestehend im wesentlichen aus der
Eingangsröhre 3 und der Endröhre q., angeschlossen. An dem Gitter der Eingangsröhre
3 liegt die Ankerspannung der Gleichstrommaschine, die bis auf einen geringen Restbetrag
von der Vergleichsspannung 5 kompensiert wird. Jede Röhre besitzt eine eigene Anodenspannungsquelle
6 bzw. 7, um unerwünschte Kopplungen zu vermeiden. Die Gitterspannung des Ausgangsrohres
setzt sich in bekannter Weise zusammen aus dem Spannungsabfall an dem im Anodenkreis
des Eingangsrohres 3 liegcnden Widerstand ii und einem an dem. Spannungsteiler S
abgegriffenen Teil der Anodenspannung des Eingangsrohres.
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In den Stromkreis der Erregerwicklung 2 und des Ausgangsrohres .4
ist nun ein Widerstand q eingeschaltet, an dem somit eine dem Erregerstrom proportionale
Gleichspannung auftritt. Die Größenordnung dieser Spannung beträgt etwa o,i bis
o,2 Volt. Man erkennt, daß der Widerstand 9 mit dem Eingangskreis der Röhre 3 so
verbunden ist, daß die an ihm abgegriffene Spannung das Potential des Gitters bei
wachsendem Erregerstrom in negativer Richtung verschiebt. Eine solche Verschiebung
des Gitterpotentials der Eingangsröhre ruft aber wiederum ein Steigen des Stromes
im Ausgangskreis hervor. Parallel zu dem Widerstand 9 liegt ein an sich bekannter
Zeitverzögerungskreis, bestehend aus dem Kondensator io und dem Vorwiderstand i2.
Ändert sich also der Ausgangsstrom des Feinreglers, so tritt die an dem Widerstand
9 abgegriffene Spannung in dem Gitterkreis der Eingangsröhre erst nach Ablauf einer
bestimmten Zeit in Erscheinung.
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Fig. 2 zeigt an Hand eines Diagramms den Ablauf des Regelvorganges.
Die Kurve A stellt die statische Charakteristik des Röhrenreglers JE = f
(Ug) dar. Im Ruhezustand möge die Gitterspannung Ugo vorhanden sein, die zum Teil
aus dem Spannungsabfall UR, gebildet wird, welcher durch den gerade fließenden Erregerstrom
JE, an dem Widerstand 9 hervorgerufen wird und bei dem betrachteten Ruhezustand
in gleicher Größe auch an dem Kondensator io vorhanden ist. Ändert sich jetzt die
Gitterspannung um den Wert 4 L% g, so verschiebt sich der Arbeitspunkt C zunächst
längs der statischen Kennlinie A, wobei der Erregerstrom von dem Wert
JE, aus wächst. Nach einiger Zeit tritt die durch das Wachsen des Erregerstromes
bedingte Erhöhung des Spannungsabfalles an dem Widerstand 9 auch an dem Kondensator
io und damit an dem Gitter der Eingangsröhre in Erscheinung, so daß sich die Kennlinie
parallel zu sich selbst verschiebt, bis bei richtiger Abgleichung der Verhältnisse
in der Lage B wieder Gleichgewicht eingetreten ist. Der neue Arbeitspunkt ist jetzt
D. Er liegt auf der verschobenen Kennlinie, genau über dem Arbeitspunkt C. Der entsprechende
Erregerstrom ist JE2, der an dem Widerstand 9 den Spannungsabfall UR2 hervorruft.
Die Spannungsänderung d Ug, die den Regelvorgang ursprünglich ausgelöst hatte
und die an sich einen Regelfehler darstellt, wird auf diese Weise völlig kompensiert.
Es ist somit bei einer Gleichgewichtsstörung der Regelanordnung scharf zwischen
zwei mit verschiedener Geschwindigkeit ablaufenden Vorgängen zu unterscheiden: i.
statische Ausreglung des gestörten Gleichgewichtszustandes mit einem vorübergehend
bestehenbleibenden Restfehler d Ug, 2. allmählicher Ersatz des Regelfehlers
durch die über zeitverzögernde Glieder wirkende Selbstverstellung, welche so bemessen
ist, daß sie den Regelfehler gerade aufhebt (astatische Regelung).
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Aus der Theorie des Regelvorganges ergibt sich, daß Kippschwingungen
nur bei bestimmter Bemessung der Zeitkonstanten für die Selbstverstellung vermieden
werden
können. Überschlägig läßt sich sagen, daß die Zeitkonstante der Selbstverstellung
gleich oder größer sein muß als die Zeitkonstante des statischen Regelvorganges.