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Einrichtung zur selbsttätigen Aufrechterhaltung einer konstanten Verbrauchsspannung bzw. eines konstanten Verbrauchsstromes bei veränderlicher verfügbarer Spannung bzw. E. M. K. der Wechselstromquelle.
Es ist oft nötig, in einem Stromkreise, der seine Energie von einer veränderlichen Wechselstrom- quelle erhält, die Spannung oder den Strom praktisch konstant oder die Schwankungen derselben innerhalb gewünschter enger Grenzen zu halten.
So liegt ein derartiger Fall z. B. vor, wenn man Radiogeräte unter Vermeidung von Anodenbatterien oder auch von Heizbatterien von einem vorhandenen Wechselstromnetz - etwa über Gleichrichter und Siebketten-speist.
Ein weiteres Beispiel stellt der Fall dar, wenn eine Hochfrequenzmaschine mit kleinen Tourensehwankungen aber stark veränderlicher Spannung einen Touren-bzw. Frequenzindikator speisen muss, der einen praktisch konstanten Strom verlangt.
Ferner hat man auch dann mit Notwendigkeit zu tun, einen konstanten Verbrauchsstrom oder Verbrauehsspannung aufrechtzuerhalten, wenn eine von einem Zug mit veränderlicher Drehzahl angetriebene Maschine zur Beleuchtung verwendet wird.
Die Erfindung gibt die Mittel in die Hand, in derartigen Fällen dem Verbraucher das gewünschte Mass der Unabhängigkeit von den Schwankungen der Wechselstromquelle zu sichern.
Nach der Erfindung wird parallel zum Verbraueher oder zu dem diesen speisenden Zwischenapparat ein Widerstand, dessen Grösse mit der Zunahme der veränderlichen Wechselspannung bzw.
Wechsel-E. M. K. stark abnimmt, gelegt und in Reihe mit diesem und mit der veränderlichen Spannung bzw. E. M. K. ein scheinbarer (kapazitiver oder induktiver) Widerstand eingeschaltet.
Für den Fall, dass die verfügbare veränderliche Spannung sich stark ändert, ohne dass dies durch nennenswerte Frequenzsehwankungen begleitet wird, erhält man die einfachste Ausführung eines Spannungsteilers nach der Erfindung, wenn man die Serieninduktanz als eine Drossel mit im wesentlichen linear verlaufender Stromspannungscharakteristik, also z. B. mit einem durch Luftspalt unterbrochenen Eisenkern oder als eine reine Luftdrossel ausführt und für den Parallelwiderstand eine im ganzen Regelungsbereich stark gesättigte Eisendrossel wählt ; man erhält dann eine dem angegebenen Zweck entsprechende Kombination, da, wie bekannt, bei einer gesättigten Eisendrossel der Widerstand mit dem steigenden Strom bzw.
Spannung sinkt, so dass auch bei grossen Stromänderungen die Spannung sich nur ganz unbedeutend ändert. Somit werden die Schwankungen der veränderlichen Netzspannung fast vollkommen von der Seriendrossel absorbiert, während die Paralleldrossel eine nur wenig veränderliche Spannung liefert.
Eine viel empfindlicher Einrichtung erhält man, wenn man die cisengesättigte Parallelinduktanz noch durch eine passend gewählte Kapazität überbrückt. Bei dieser Schaltung unterscheiden sich die Spannung e1 an der Seriendrossel und die Spannung ed an der Paralleldrossel bzw. an dem Parallelkondensator sehr stark in der Phase und man kann, wenn man von der durch Eisensättigung hervorgebrachten Abweichung der Spannung von der Sinusform absieht, mit genügender Näherung die Spannungsverteilung vektoriell darstellen, derart, dass der Vektor der veränderlichen Netzspannung E gleich der geometrischen Summe der Spannungsvektoren e1 und ed ist.
Das Vorhandensein des Parallelkondensators bewirkt nun, dass bei allen Änderungen der Summenspannung. E auch der Phasenwinkel
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zwischen den Komponenten el, ed sieh wesentlich und im günstigsten Sinne ändert, so dass auch bei bedeutenden Änderungen von E die Komponente ed nur äusserst geringe Änderungen erfährt.
Eine derartige Schaltung ist beispielsweise in Fig. 1 dargestellt. An ein Netz veränderlicher Spannung E ist eine Seriendrossel L in Reihe mit einer Verzweigung gelegt, die aus einer gesättigten
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auch leerlaufende Synchronmotoren oder Kollektormaschinen (Phasenschieber) benutzen. An die Klemmen a a. des Parallelwiderstandes D kann man direkt oder über geeignete Zwisehenapparate. z. B.
Transformator t und eventuell ausserdem über passende Umformer, Siebketten od. dgl. (wenn es sich um die Speisung von Radiogeräten handelt), die von den Spannungsschwankungen der Wechselstrom- quelle unbeeinflusst zu haltenden Verbraucher anschliessen.
Es ist günstig, die Eisendrossel D so zu bemessen, dass ihr Eisen bereits bei der niedrigsten in Betracht kommenden Spannung stark gesättigt ist. Dagegen spielt bei der beschriebenen Schaltung die Charakteristik der Seriendrossel L keine grosse Rolle für das Funktionieren der Einrichtung. Man könnte sie auch als Eisendrossel ausführen. Besser ist jedoch, sie ganz ohne Eisen (bei hochfrequenter Wechselstromquelle) oder mit durch Luftspalt unterbrochenem Eisen (bei niederfrequenter Quelle) auszuführen.
Da bei dieser Schaltung die veränderliche Netzspannung E gleich der geometrischen Summe der praktisch konstanten Spannung ed und der Spannung el ist, so kann man, wenn man will, durch passende Bemessung der einzelnen Elemente die Spannungsverteilung so treffen, dass die praktisch konstante Spannung ed angenähert gleich dem mittleren Betrag von E ist.
Es kann auch unter Umständen günstig sein, die Kapazität 0 so zu bemessen, dass bei einer
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niedrigsten, bei der höchsten oder noch besser bei der mittleren Spannung usw., der Netzstrom möglichst klein ausfällt. Das geschieht, wenn alle zwischen den Klemmen a a verlaufenden, nacheilenden und voreilenden wattlosen Ströme sich gegenseitig annähernd kompensieren.
Mit der beschriebenen Anordnung kann man leicht erreichen, dass, wenn die Netzspannung z. B. um 80-100% anwächst, der Verbrauchsstrom bzw. die Verbrauchsspannung nur etwa um 5% gesteigert wird.
Für den Fall, dass die praktisch konstante Spannung dem Verbraucher nicht direkt, sondern über einen Transformator geliefert wird, kann man die in Fig. 1 dargestellte Schaltung durch Vereinigung dieses Transformators mit dem Spannungsteiler vereinfachen, u. zw. in der Weise, dass die den praktisch konstanten Spannungsteil aufnehmende Eisendrossel D als Primärwicklung eines eisengesättigten Trans-
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konstant zu haltende Gebrauehsspannung oder mehrere Spannungen liefert.
Eine derartige Schaltung zeigt Fig. 2. Hier sind die Drossel D und der Transformator t des vorigen Ausführungsbeispiels zu einem eisengesättigten Transformator T vereinigt, dessen primäre Wicklung p in Reihe mit der Drossel L geschaltet ist und dessen sekundäre Wicklung s zwei praktisch konstante Spannungen el, e2 abgibt, während eine weitere Sekundärwicklung s'eine ebenfalls konstante Spannung e3 liefert.
Es ist hier noch zu bemerken, dass man beim Gebrauch einer Parallelkapazität eine oder mehrere Kondensatoren parallel zur Sekundärwicklung des Transformators T anschalten kann. Viel besser ist es jedoch, den Kondensator 0 parallel zur Primärwicklung zu schalten.
Die Grösse der oben beschriebenen Apparatur ist davon abhängig, wie gross dis prozentualen Spannungssehwankungen des vorhandenen Weehselstromnetzes und welche prozentualen Spannung- schwankungen am Verbraucher noch zulässig sind. Je grösser die Netzspannungen und je strengere Bedingungen in bezug auf die Verbrauchsspannung gestellt sind, desto grösser fallen die Abmessungen des die Spannungsschwankungen reduzierenden Apparates aus.
Man kann aber auch bei ungünstigsten Betriebsbedingungen die Gesamtdimensionen, das Gewicht und den Preis der ganzen Apparatur nur gering halten, wenn man, statt eines einzigen grösseren Spannungsteilers der beschriebenen Art, zwei oder mehrere bedeutend kleinere in Kaskade schaltet, wie in Fig. 3 beispielsweise an einer dreistufigen Kaskadenschaltung dargestellt. Jede Stufe enthält wiederum je eine Seriendrossel Ll, L2 bzw. L3 und in Serie mit dieser je eine Verzweigung, bestehend aus einer stark gesättigten Eisendrossel D bzw.
D2 bzw. Dg, in Parallelschaltung mit je einer Kapazität Ci bzw. O2 bzw. O2,
Die einzelnen Kaskadenstufen sind beim gegebenen Ausführungsbeispiel miteinander direkt galvanisch verbunden. Sie können aber auch aneinander über Transformatoren angeschlossen werden.
Benutzt man Transformatoren zwischen den einzelnen Stufen oder am Ausgang der letzten Stufe, so kann man auch hier, in ähnlicher Weise wie beim vorigen Ausführungsbeispiel, in einer oder mehreren Stufen die Eisendrossel mit dem von ihr gespeisten Transformator vereinigen, wie dies in Fig. 3 für die dritte Stufe dargestellt ist, wo die Eisendrossel D3 als ein eisengesättigter Transformator ausgebildet ist.
dessen Sekundärwicklung die konstant zu haltende Gebrauehsspannung liefert. Es kann unter Umständen sich empfehlen, diesen Transformator mit ausgeprägter Streuung auszuführen oder in seinen Seknndfirkre eine Induktanz F einzuschalten,
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des als Quelle dienenden Generators bedingt und also von entsprechenden Frequenzschwankungen begleitet sind, wie dies z. B. bei von Wagen-bzw. Lokomotivachsen oder von Windmühlen angetriebenen Dynamos der Fall ist, so wird man hier zweckmässigerweise als parallel zum Verbraucher zu schaltenden Widerstand, dessen Grösse mit der Zunahme der veränderlichen E. M. K. der Quelle stark abnimmt, einen Kondensator benutzen.
Da der scheinbare Widerstand eines Kondensators, wie bekannt, bei Frequenzerhöhung abnimmt, so reagiert hier der Parallelkondensator auf jeden durch Drehzahlerhöhung bedingten Spannungszuwachs im gewünschten Sinne mit entsprechender Verminderung seines scheinbaren Widerstandes. Eine Paralleldrossel zu diesem Kondensator ist hier nicht unbedingt notwendig.
Eine derartige sehr einfache Schaltung ist in der Fig. 4 dargestellt. Hier ist g ein mit veränderlicher Drehzahl laufender Generator, R ein Verbraucher, der wie in der Zeichnung direkt oder über passende Zwischenapparate an die Klemmen a a des Kondensators C angeschlossen ist. Lj stellt den ganzen vor den Kondensatorklemmen liegenden induktiven Widerstand einschliesslich der Maschinenreaktanz dar.
Diese Induktanz kann, wenn die Maschinenreaktanz genügend gross ist, unter Umständen auch durch diese allein gebildet sein. Durch geeignete Einstellung der Serieninduktanz Li oder des kapazitiven Parallelwiderstandes C, die vorher berechnet, aber auch sehr leicht durch Versuche gefunden werden können, lässt sich eine äusserst genaue Selbstregelung auf konstanten Verbrauchsstrom erreichen.
Unter Umständen kann es sich empfehlen, im Zweige des Verbrauchswiderstandes, wie dies in Fig. 5 dargestellt ist, einen induktiven Widerstand F, bestehend aus einer Drossel allein oder in Kombination mit einem weiteren Kondensator anzubringen. Natürlich kann man, wenn erwünscht, in ähnlicher Weise, wie z. B. mehrere Spannungsteiler nach Fig. 1 zu einer Kaskadenschaltung nach Fig. 3 kombiniert werden, auch eine Kaskade aus den Schaltungen nach Fig. 4 oder 5 bilden.
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