Einrichtung zur selbsttätigen Aufrechterhaltung einer praktisch konstanten Verbrauchs spannung bezw. eines praktisch konstanten Verbrauchsstromes bei veränderlicher, verfügbarer Spannung der Wechselstromquelle. Es ist oft nötig, in einem Stromkreise, der seine Energie von einer veränderlichen Wechselstromquelle erhält, die Spannung oder den Strom praktisch konstant oder die Schwankungen derselben innerhalb g<B>e</B> wünschter enger Grenzen zu halten.
So liegt ein derartiger Fall zum Beispiel vor, wenn man Radiogeräte unter Vermeidung von Anodenbatterien oder auch von Heiz- batterien von einem vorhandenen Wechsel stromnetz - etwa über Gleichrichter und Siebketten - speist.
Ein weiteres Beispiel stellt der Fall dar, wenn eine Hochfrequenzmaschine mit klei nen Tourenschwankungen, aber stark ver änderlicher Spannung einen Touren- bezw. Frequenzindikator speisen muss, der einen praktisch konstanten Strom verlangt.
Ferner besteht die Notwendigkeit, einen konstanten Verbrauchstrom oder eine kon stante Verbrauchsspannung aufrechtzuerhal- ten, wenn zum Beispiel eine mit wechseln der Drehzahl angetriebene Maschine zur Be- Leuchtung oder dergleichen. verwendet wird.
Die vorliegende Erfindung gibt,die Mittel an die Hand, in derartigen Fällen dem Ver braucher das gewünschte Mass der Unabhän gigkeit von den Schwankungen der Wechsel stromquelle zu sichern.
Nach der Erfindung wird parallel zum Verbraucher eine im wesentlichen nur aus scheinbaren Widerständen bestehende Impe danz, deren Grösse mit der Zunahme der ver änderlichen Wechselspannung stark abnimmt, gelegt und in Reihe mit dieser und mit der veränderlichen; Spannung ein scheinbarer Wi derstand eingeschaltet.
Für den Fall, d ass die verfügbare Span nung sich stark ändert, ohne dass dies durch nennenswerte Frequenzschwankungen , be gleitet wird, erhält man zum Beispiel die einfachste Ausführung eines Spannungs- teilers, wenn man als Serieninduktanz eine Drossel mit im wesentlichen linear verlaufen der Stromspannungscharakteristik verwendet, also zum Beispiel eine mit einem durch Luft spalt unterbrochenen Eisenkern versehene Drossel oder eine reine Luftdrossel und für den Parallelwiderstand eine im ganzen Re gelungsbereichstark gesättigte Eisendrossel;
man erhält dann eine dem angegebenen Zweck entsprechende Kombination, da, wie bekannt, bei einer gesättigten Eisendrossel der Wi derstand mit steigendem Strom bezw. Span nung sinkt, so dass auch bei grossen Strom änderungen die Spannung sich nur ganz un bedeutend ändert. Somit werden die Schwan kungen der veränderlichen Netzspannung fast vollkommen von der Seriendrossel absorbiert, während die Paralleldrossel eine nur wenig veränderliche Spannung liefert.
Natürlich kann man die einzelnen Dros seln auch durch Kombination aus Drosseln mit der gleichen resultierenden Induktanz ersetzen.
Eine viel empfindlichere Einrichtung er hält mann, wenn man die eisengesättigte Pa rallelinduktanz noch durch eine passend ge wählte Kapazität überbrückt. Bei dieser Schaltung unterscheiden sich die Spannung e1 an der Seriendrossel und die Spannung ed an der Paralleldrossel, beziehungsweise an dem Parallelkondensator sehr stark in der Phase, und man kann, wenn man von der durch Eisensättigung hervorgebrachten Ab weichung der Spannung von der Sinusform absieht, mit genügender Näherung die Spannungsverteilung vektoriell darstellen, der art, dass der Vektor der veränderlichen Netz spannung E gleich der geometrischen Summe der Spannungsvektoren e1 und ed ist.
Das Vorhandensein des Parallelkondensators be wirkt nun, dass bei allen Änderungen der Summenspannung E auch der Phasenwinkel zwischen den Komponenten e1, e , sich wesent lich und im günstigsten Sinne ändert, so dass auch bei bedeutenden Änderungen von E die Komponente e1 nur äusserst geringe Ände rungen erfährt. Eine derartige Schaltung ist beispielsweise im Fig. 1 dargestellt.
Hier äst an ein Netz von veränderlicher Spannung E eine Seriendrossel L in Reihe mit einer Verzweigung gelegt, die aus einer gesättigten Eisendrossel D und einer parallel zu dieser liegenden Kapazität C besteht. Als Kapazität kommen in erster Linie Kon densatoren in Betracht; doch kann man dafür bei grossen Anlagen und niedrigen Frequen zen auch leerlaufende Synchronmotoren oder Kollektormaschinen (Phasenschieber) benut zen.
An die Klemmen a, a des Parallelwider standes D kann man direkt oder über ge eignete Zwischenapparate, zum Beispiel Transformator t und eventuell ausserdem über passende Umfarmer, Siebketten oder dergleichen (wenn es sieh um die Speisung von Radiogeräten handelt), die von den Spannungsschwankungen der Wechselstrom quelle unbeeinflusst zu haltenden Apparate 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 veränder- hahe Netzspannung E gleich der geometri- schen Summe der praktisch konstanten .Span nung e,d und der Spannung e, ist, so kann man, wenn man will, durch passende Be messung der .einzelnen Elemente die Span nungsverteilung so treffen, d.ass die praktisch konstante Spannung e,,
angenähert gleich dem mittleren Betrag von E ist.
<B>Es</B> kann auch unter Umständen günstig sein, die Kapazität so zu bemessen, tlass bei einer bestimmten, im Regelungsbereich liegenden Spannung der vaii.ablen Wechsel- stromqueäe, zum Beispiel, bei der niedrigsten, bei der höchsten, oder noch besser bei den mittlerren Spannung, der Netzstrom möglichst klein ausfällt. Das geschieht, wenn alle zwi schen den Klemmen a, a verlaufenden, nach eilenden und voreilenden, wattlosen Ströme sich gegenseitig annähernd kompensieren.
Mit der beschriebenen Anordnung kann man leicht erreichen, dass, wenn die Netz spannung zum Beispiel um 80% bis 100% anwächst, der Verbrauchsstrom bezw. die Verbrauchsspannung nur etwa um 5% ge steigert wird.
Für den Fall, dass die praktisch kon stante Spannung dem Verbraucher nicht di rekt, sondern über einen Transformator ge liefert wird, kann man die in Fig. 1 dar gestellte Schaltung durch Vereinigung dieses Transformators mit dem Spannungsteiler vereinfachen, und zwar in der Weise, dass die den praktisch konstanten Spannungsteil aufnehmende Eisendrossel D als Primär wicklung eines eisengesättigten Transforma tors ausgebildet ist, dessen aus einem oder mehreren Teilten bestehende Sekundärwick lung die konstant zu haltende Gebrauchs spannung oder mehrere Spannungen liefert.
Eine derartige Schaltung zeigt zum Bei spiel Fig. 2.
Hier sind die Drossel D und der Trans formator t des vorigen Ausführungsbeispiels zu einem eisengesättigten Transformator T vereinigt, dessen primäre Wicklung p in Reihe mit der Drossel L geschaltet isst und dessen sekundäre Wicklung s zwei praktisch konstante Spannungen e1 e2 abgibt, während eine weitere Sekundärwicklung s' eine eben falls konstante Spannung e3 liefert.
Es isst hier noch zu bemerken, dass man beim Gebrauch einer Parallelkapazität eine oder mehrere Kondensatoren parallel zur Se- kundärwicklung des Transformators T an schalten kann. Viel besser ist es jedoch, den Kondensator C parallel zur Primärwicklung zu schalten.
Die Grösse der oben beschriebenen Appa ratur ist davon abhängig, wie gross die pro- zentualen Spannungsschwankungen des vor handenen Wechselstromnetzes und welche prozentualen Spannungsschwankungen am Verbraucher noch zulässig sind. Je grösser die Netzspannungen und je strengere Be dingungen in bezug auf die Konstanz der Verbrauchsspannung gestellt sind, desto grö sser fallen die Abmessungen des die Spannungsschwankungen reduzierenden Ap parates aus. Man kann aber auch bei ungünstigen Betriebsbedingungen die Ge samtdimensionen, das Gewicht und den Preis der ganzen Apparatur gering hal ten, wenn man statt eines einzigen, grösseren Spannungsteilers der beschriebenen Art zwei older mehrere bedeutend kleinere in Kaskade schaltet.
Dies ist in Fig. 3 beispielsweise dar gestellt.
Hier ist eine dreistufige Kaskadenschal tung angenommen. Auch hier enthält jede Stufe wiederum je eine Seriendrossel L1, L2 bezw. L3 und in Serie mit dieser je eine Verzweigung, bestehend aus einer stark ge sättigten Eisendrossel D1, D2 bezw. D3 in Parallelschaltung mit je einer Kapazität C1, C2 bezw. C3.
Die einzelnen Kaskadenstufen sind beim gegebenen Ausführungsbeispiel miteinander direkt gaävanisch verbunden. Sie können aber auch aneinander über Transformatoren an geschlossen werden.
Benutzt man Transfor matoren zwischen den einzelnen Stufen oder am Ausgang der letzten Stufe, so kann man auch hier, in ähnlicher Weise wie beim vo- rigen Ausführungsbeispiel, in einer oder mehreren Stufen die Eisendrossel mit dem von ihr gespeisten Transformator vereinigen, wie dies in Fig.
3 für die dritte Stufe dar gestellt ist, wo die Eisendrossel D3 als ein eisengesättigter Transformator ausgebildet ist, dessen Sekundärwicklung die konstant zu haltende Gebrauchsspannung liefert. Es kann unter Umständen sich empfehlen, dfiesen Transformator mit ausgeprägter Streuung auszuführen oder in seinen Sekundärkrens eine Induktanz F einzuschalten.
Für den. Fall, dass' die Schwankungen der E. M. K. der SSttromquelile durch Änderungen der Drehzahl des als Quelle dienenden Gene- rators bedingt und also durch entsprechende Frequenzschwankungen begleitet sind, wie dies zum Beispiel bei von Wagen- bezw. Lo- komotivachsen oder von Windmühlen am getriebenen Dynamos der Fall ist, so wird man hier zweckmässigerweise als parallel zum Verbraucher zu schaltenden Widerstand, dessen Grösse mit der Zunahme der E. M. K. der Stromquelle abnimmt, einen Kondensator benutzen.
Da der scheinbare Widerstand eines Kondensators, wie bekannt, bei Fre quenzerhöhung abnimmt, so reagiert hier der Parallelkondensator auf jeden durch Dreh zahlerhöhung bedingten Spannungszuwachs im gewünschten Sinne mit entsprechender Verminderung seines scheinbaren Widerstan des. Eine Paralleldrossel zu diesem Konden sator ist hier nicht unbedingt notwendig.
Eine derartige, sehr einfache Schaltung ist zum Beispiel in der Fig. 4 dargestellt. Hier ist g ein mit veränderlicher Drehzahl laufender Generator, R ein Verbraucher (zum Beispiel ein Flüssigkeitswiderstand), der, wie in der Zeichnung, direkt oder über passende Zwischenapparate an die Klemmen<I>a, a</I> des Kondensators C angeschlossen ist. L1 stellt den ganzen vor den Kondensatorklemmen liegenden induktiven Widerstand einschliess lich der Maschinenreaktanz dar. Diese In duktanz kann, wenn die Maschinenreaktanz genügend gross ist, unter Umständen auch durch diese allein gebildet sein.
Durch ge eignete Einstellung der Serieninduktanz L1 oder des kapazitiven Parlallelwiderstandes C, die vorher berechnet, aber auch sehr leicht durch Versuche gefunden werden können, lässt sieh 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 induk tiven Widerstand F, bestehend aus einer Drossel allein oder in Kombination mit einem weiteren Kondensator, anzubringen. Natürlich kann man, wenn erwünscht -- in ähnlicher Weise, wie zum Beispiel mehrere Spannungsteiler nach Fig. 1 zu einer Kas kadenschaltung nach Fig. 3 kombiniert wer- den - auch eine Kaskade aus den Schal tungen nach Fig. 4 oder 5 bilden.
Auch bei einer Gleichstrommaschine ver änderlicher Drehzahl kann man die eben ge schilderte Massnahme mutatis mutandis an wenden, wenn man bedenkt, dass die eigent liche E. M. K. in jeder Spule der Maschine eine Wechsel-E. M. K. ist, so dass zwischen je zwei bestimmten Wicklungspunkten, zum Beispiel zwischen zwei elektrisch diametral gelegenen Punkten, immer eine induzierte Wechsel-E. M. K. wirksam ist. Der Kollek tor dient lediglich zur Umformung dieser E. M. K. in eine Gleichstromspannung. Es hätte hier natürlich keinen Wert, den Kon densator C unmittelbar parallel zum Nutz widerstand oder zu den Gleichstrombürsten zu schalten. Man kann aber die gewünschte Parallelschaltung mittelbar durch Anschlüsse an zwei oder mehrere Punkte der Ankerwick lung bewerkstelligen.
Bei der Anordnung nach Fig. 6 ist die Parallelkapazität zuem Beispiel an zwei diametral gelegene Punkte a, b angeschlossen, an denen die veränder liche E. M. K. induziert wird. Der Serien widerstand L1 (Fig. 4 und 5) wird hier durch die Eigenreaktanz der Ankerwicklung zwi schen den erwähnten Punkten gebildet. Ue ParalleIschaltung dos Kondensators C mit dem Verbraucher geschieht hier mittelbar. nämlich mittelst des durch den Kollektor ge bildeten Umformerelementes.
Die Ansehlusspunkte <I>a, b</I> brauchen natür lich nicht unbedingt elektrisch diametral ge wählt zu werden. Man kann auch, wie dies in Fig. 7 dargestellt ist, zum Beispiel drei Kapazitäten an die Punkte a, b und c in Stern- oder Ringschaltung anschliessen.
Man kann die Paxallelkapazitäten ent weder in den Anker einbauen, wie dies in Fig. 6 angedeutet ist, oder man kann die Anschlusspunkte, wie dies die Fig. 7 zeigt, mit entsprechenden Schleifringen<I>a', b', c'</I> verbinden und zwischen diesen, falls die An zahl der Schleifringe grösser als zwei ist, die Parallelkapazitäten in Sternschaltung oder Ringschaltung anordnen. Natürlich kann man die Ankerwicklung. ähnlich wie dies oft bei Einankerumformern gemacht wird, aus zwei in denselben Nuten verlegten, aber voneinander elektrisch ge trennten.
Teilen ausbilden, von denen der eine in der oben beschriebenen Weise (siehe Fig. 6 und 7) mit Kondensatoren verbunden ist und der andere über die Kollektorbürsten den Gleichstromverbraucher speist.