Elektrischer Regler. Es sind elektrische Regler bekannt, bei denen eine der zu regelnden Grösse entspre chende Gleichspannung mit einer andern Gleichspannung verglichen wird, wobei die Regelwirkung jeweils von der Differenz zwi schen diesen beiden Spannungen abhängt. Meist wird dabei die als Vergleichsgrösse die nende Spannung konstant gehalten.
Einem neueren Vorschlag gemäss kann die Vergleichs spannung aber auch nach einer bestimmten Gesetzmässigkeit mit dem von der Differenz zwischen Regelspannung und Vergleichsspan nung abhängigen und auf das eigentliche Regelorgan einwirkenden Steuerstrom geän dert werden, wodurch sich erreichen lässt, dass die durch eine Änderung des Steuerstromes bedingte Änderung der Ohmschen Spannungs abfälle in dem Steuerstromkreis nicht mehr durch eine entsprechende Änderung der Regel spannung und damit der geregelten Grösse gedeckt zu werden braucht. In jedem Fall kommt es aber darauf an, dass die Vergleichs grösse, die ja jeweils den Sollwert der Regelung bestimmt, von äussern oder unbeabsichtigten Einflüssen unbeeinflusst bleibt.
Wenn es sich um die Regelung einer Wech- selstromanlage handelt oder wenigstens ein Wechselstromnetz zur Verfügung steht, so wird zur Erzeugung der Vergleichsspannung neuerdings meist ein sogenannter magneti- scher Spannungsgleichschalter benutzt, der im wesentlichen aus einer gesättigten und einer ungesättigten Drossel besteht, die primärseitig gleichsinnig und sekundärseitig gegensinnig hintereinandergeschaltet sind.
Die Ausgangs- spannung, des Spannungsgleichhalters wird dann in einem Trockengleichrichter gleich gerichtet und einem Widerstand zugeführt, an dem die Vergleichsspannung abgegriffen wird: Durch zusätzliche Regelmittel kann man die Vergleichsspannung zwecks Kompensation der Änderung der Ohmschen Spannungs abfälle in dem Steuerstromkreis des Reglers in dem oben angegebenen Sinne beeinflussen. Der magnetische Spannungsgleichhalter hat nun den Nachteil, dass seine Ausgangsspan nung von der Frequenz der Wechselspannung abhängig ist.
Man hat schon versucht, diese Frequenzabhängigkeit durch zusätzliche Ein richtungen zu beseitigen. Derartige, aus Dros seln und Kondensatoren bestehende, zusätz liche Einrichtungen erhöhen aber den Auf wand für die Spannungsgleichhaltung prak tisch auf das Doppelte. Auch ist die Abglei- chung solcher Einrichtungen nicht ganz ein fach und setzt besondere Prüf- und Messein= richtungen für den in Frage kommenden Fre quenzbereich voraus. Der Spannungsgleich halter kann mit oder ohne Parallelkondensator benutzt werden.
Der Parallelkondensator er höht dabei die Genauigkeit der Spannungs- gleichhaltung bei stärkeren Belastungsschwan kungen. Mit Parallelkondensator besitzt der Spannungsgleichhalter eine Frequenzabhän- gigkeit der Ausgangsspannung, die etwa das 1,5fache der Frequenzändertmg beträgt;
ändert sich also die Frequenz um 1%, so ändert sich die Ausgangsspannung um 1,5 %. Der Parallelkondensator ist aber für den vor liegenden Zweck der Schaffung einer Ver gleichsgrösse nicht erforderlich, da sich die Belastung des Spannungsgleichhalters hier bei nur in ganz geringen Grenzen ändert.
Ohne Parallelkondensator ändert sich die Aus gangsspannung des Spannungsgleichhalters mit der Frequenz aber nur noch verhältnis gleich. Trotzdem ist eine solche Frequenz abhängigkeit der Vergleichsspannung sehr störend, insbesondere dann, wenn es sich uni ortsbewegliche Geräte handelt, die an beliebige Wechselstromnetze anschliessbar sein sollen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Beibehaltung des magnetischen Span nungsgleichhalters für einen elektrischen Reg ler eine Vergleichsgrösse zu schaffen, die von der Frequenz, -mit der der Spannungsgleich halter gespeist wird, praktisch unabhängig ist. Gemäss der Erfindung dient zur Erzeugung der Vergleichsgrösse der gleichgerichtete Strom einer an die Ausgangsklemmen des Span nungsgleichhalters angeschlossenen Drossel.
Es wurde bereits oben erwähnt, dass der Spannungsgleichhalter ohne Parallelkonden sator, wie er hier in erster Linie in Frage kommt, eine Ausgangsspannung liefert, die sich proportional mit der Frequenz ändert. Nun ist bekanntlich die Stromaufnahme einer Dros selspule einerseits proportional der ihr ange legten Spannung und anderseits umgekehrt proportional ihrem induktiven Widerstand, letzterer aber wieder proportional der Fre quenz. Ändern sich also Spannung und Fre quenz gleichsinnig und im gleichen Verhält nis, so bleibt die Stromaufnahme der Drossel spule konstant.
Diese Tatsache wird bei der Erfindung zur Schaffung einer frequenzunab- hängigen Vergleichsgrösse ausgenutzt. Es ent steht also hier als Vergleichsgmösse nicht unmittelbar eine Spannung, sondern zunächst ein Strom, der allerdings mittels eines von ihm durchflossenen Widerstandes wieder in eine entsprechende Spannung verwandelt wer den kann. Zweckmässig wird aber der Strom als solcher als Vergleichsgrösse benutzt und dementsprechend auch mit einem Strom ver glichen. Es muss dann also die zu regelnde Grösse ebenfalls durch einen Strom abgebildet werden.
Auf die Steuerspulen des eigentlichen Reglers wird in diesem Falle z. B. die Diffe renz der Wirkungen der Grössen zur Einwir kung gebracht, von denen die erste von dem Vergleichsstrom und die zweite von der Regel grösse abhängt. Dabei können für beide Ströme getrennte Stromkreise und getrennte Steuer wicklungen auf dein Regelorgan des Reglers vorgesehen werden. Man kann aber auch eine Stromverzweigungsschaltung anwenden, so dass nicht- die Differenz der Amperewindun- gen, sondern die Differenz der Ströme an sich gebildet wird. Man spart im letzteren Falle Wickelraum für die Steuerwicklung des Reg lers. Welcher Art der Regler im übrigen ist, ist für die Erfindung belanglos.
Besonders vorteilhaft dürfte die Erfindung jedoch für solche Regler sein, bei denen als Regelorgan eine durch Gleichstrom vormagnetisierte Dros selspule dient.
In der Zeichnung sind Ausführungsbei spiele der Erfindung dargestellt. In Fig.1 bedeutet 1 die gesättigte und 2 die ungesät tigte Drossel, die zusammen den magnetischen Spannungsgleichhalter bilden. In dem Aus gangskreis des Spannungsgleichhalters liegt die Luftspaltdrossel 3, welche, wie schon er wähnt, einen von Frequenzänderungen unab hängigen Strom aufnimmt. Dieser Vergleichs strom, der mit J, bezeichnet werden möge, wird in dem Hilfsgleichrichter 4 gleichgerich tet.
Der Gleichstromkreis des Hilfsgleichrich ters 4 ist an die beiden Verzweigungspunkte a und b eines Stromkreises angeschlossen, in welchem die Steuerwicklung 5 des eigentlichen Regelorgans des Reglers, im vorliegenden Fall einer vormagnetisierten Drossel, einge schaltet ist. An die Klemmen P und N ist die der geregelten Grösse entsprechende bzw. diese selbst bildende Gleichspannung UR angelegt. Diese Spannung liegt somit in einem zweiten Zweig des die Steuerwicklung 5 einschliessen den Stromkreises, in welchem ausserdem ein Vorwiderstand 6 geschaltet ist. Der in diesem zweiten Stromkreisteil, also über den Wider stand 6, fliessende Strom möge mit J2 bezeich net werden.
Dann fliesst, wenn J1 und J2 ver schieden sind, in der Steuerwicklung 5 der Strom J2-J1- Voraussetzung dafür, dass der Strom J1 tatsächlich konstant bleibt, ist, dass der Ohm sehe Widerstand des Stromkreises der Dros sel 3 klein ist gegenüber seinem induktiven Widerstand. Der Einfluss des Ohmschen Wi derstandes ist jedoch deshalb nicht sehr stö rend, weil die Ohmschen und die induktiven Spannungsabfälle um 90 gegeneinander pha senverschoben sind.
Es ergibt sich bereits bei einem Verhältnis des Ohmschen zum induk- tiven Spannungsabfall von 14:100, dass 99% der Ausgangsspanntuig des Spannungsgleich halters. als induktiver Spannungsabfall auf tritt. Da sich die Ohmschen Spannungsabfälle verhältnismässig mit dem Strom ändern, bleibt der durch sie hervorgerufene Fehler vernach- lässigbar klein.
Wenn der Strom J2 gleich dem Strom J1 ist, so besitzt die Spannung UR bzw. die diese Spannung bestimmende Regelgrösse ihren Soll wert. Der Spannungsabfall an dem Wider stand 6 ist dann gleich der Regelspannung UR, so dass zwischen a und b keine Spannung vor handen ist. Die an den Punkten u und b ange schlossene Steuerwicklung 5 des Reglers bleibt stromlos. Weicht die Regelspannung von der Sollspannung ab, so fliessen durch die Steuer wicklung 5 Steuerströme, welche die Regel spannung dem Sollwert wieder anzugleichen versuchen.
Es ist in diesem Fall, wenn mit R5 und R6 die Ohmschen Widerstandswerte des Widerstandes 6 und der Steuerwicklung 5 bezeichnet werden: <I>UR =</I> J2. R6 + (J.2-J1). R5. Wenn J1 = J2 wird, so ist UR=J2.R6=Jl.R6. Steigt UR, so wird J2 > J1 und damit das zweite Glied der ersten Gleichung positiv. Der Steuerstrom fliesst_von a nach b.
Ist UR klei- ner als der Sollwert, so wird J2 < Ji, das zweite Glied der ersten Gleichung wird nega tiv, und der Steuerstrom fliesst von<I>b</I> nach a. Bei dieser einfachsten Ausführung der Erfin dung kann also ein Steuerstrom in der einen- oder andern Richtung stets nur fliessen, wenn ; die Regelspannung von dem Wert abweicht, der dem Vergleichsstrom entspricht. Der ver bleibende Regelfehler ist abhängig von der Grösse des Steuerstromes.
Er lässt sich ver kleinern, wenn an die Stelle der Luftspalt- , drossel 3 eine Drossel gesetzt wird, die von dem Steuerstrom zusätzlich vormagnetisiert wird. Damit lässt sich auch bei gleichem Auf wand die Steuerleistung (J2-J1)2.R5 ver grössern. Hierfür zeigt Fig. 2 ein Ausführungs beispiel.
Die Drosseln des Spannungsgleichhalters sind wiederum mit 1 und 2 bezeichnet. An den Punkten P und N liegt wie vorher die Regel spannung und zwischen a und b die Steuer wicklung 5. Die an. die Ausgangsklemmen des Spannungsgleichhalters angeschlossene Dros selspule ist hier in zwei Teildrosseln mit den Arbeitswicklungen 7 und 8 aufgelöst, welche in die Ventilzweige des zur Gleichrichtung des Drosselstromes dienenden Hilfsgleichrich ters 4 so eingeschaltet sind, dass jede Arbeits wicklung nur von einem Halbwellenstroin durchflossen und daher durch dessen Gleich stromkomponente bereits vormagnetisiert wird.
Dabei fliessen über die eine dieser Wicklungen nur die positiven, über die andern nur die negativen Stromhalbwellen. Der Steuerstrom, der der Wicklung 5 zugeführt wird, fliesst zu einem Teil über den Widerstand 9, zu einem andern Teil - aber über Vormagnetisie- rungswicklungen der Drossel 7 und 8, welche entsprechend mit 7' lind 8' bezeichnet sind.
Zwischen den Punkten c und d sowie zwischen den Punkten e und f der Vormagnetisierungs- wicklungen liegende Querverbindungen, durch welche ein gewisser Teil der zu verschiedenen Teildrosseln gehörigen Vormagnetisierungs- wicklungen unmittelbar parallel geschaltet wird, sollen eine Herabsetzung der Sperrbean spruchung der Ventile des Hilfsgleichrichters 4 bewirken.
Durch die zusätzliche Vormagneti- sierung der Teildrosseln 7 und 8 in Abhängig keit von dem Steuerstrom werden die Ände rungen der Ohmschen Spannungsabfälle in dem Steuerstromkreis bei veränderlichem Steuerstrom kompensiert, so dass der Steuer strom bei konstanter Regelspannung innerhalb eines bestimmten Bereiches jeden Wert an nehmen kann- Eine Abweichung der Regel spannung zur Aufrechterhaltung eines be stimmten Steuerstromes ist also nicht mehr er forderlich.
Lässt man zunächst einmal die Teile 13 bis 16 ausser acht, so entspricht die Reihenschal tung der beiden Widerstände 10 und 11 dem Widerstand 6 in Fig. 1. Es lässt sich zeigen, dass die günstigsten Verhältnisse erreicht werden, wenn der O.hmsche Widerstand des Steuerstromkreises A-B-C <I>D</I> E-F-G, das heisst also des Stromkreises zwischen den beiden Verzweigungspunkten A und G, gleich dem Ohmschen Widerstand des nur von dem von der Regelgrösse abhängigen Strom durch- flossenen Stromkreisteils<I>B</I> II-P-N-F ist.
Wenn nun der letztgenannte Widerstand zum Zwecke einer Änderung des Sollwertes ge ändert wird, so ist es zur Aufrechterhaltung der optimalen Verhältnisse erforderlich, auch den Widerstand des Steuerstromkreises ent sprechend mit zu verändern. Aus diesem Grunde ist mit dem Einstellorgan des Wider standes 11, welcher zur Sollwerteinstellung dient, das Einstellorgan des Widerstandes 12, der im Steuerstromkreis liegt, gekuppelt, so dass sich die Widerstände beider Stromkreise um den gleichen Betrag ändern. Die Unabhän gigkeit der Regelspannung von dem Steuer strom wird durch Verändern des Widerstan des 9 einmalig eingestellt.
Die weiteren im Schaltbild dargestellten Einrichtungen 13 bis 16 dienen dazu, bei Er reichung eines bestimmten Belastungsstromes eine Verminderung der Regelspannung herbei zuführen bzw. nach Umlegen des Umschal ters 15 nach links eine steil abfallende Span nungsstromkennlinie auszuregeln. Dabei sei angenommen, dass es sich um die Regelung eines Gleichrichters, insbesondere eines Lade gleichrichters für Batterien, handelt. Der Hilfsgleichrichter 16 wird von einem Strom wandler gespeist, der im Hauptstromkreis des zu regelnden Gleichrichters liegt. Ist der Schalter 15 nach rechts gelegt, so ist der Widerstand 14 kurzgeschlossen und der Wi derstand 13 abgeschaltet.
Es liegt dann der Hilfsgleichrichter 16 gleichsinnig in Reihe mit der an P und N angeschlossenen Regelspan nung. Sobald der dem Belastungsstrom des geregelten Gleichrichters entsprechende, von dem Hilfsgleichrichter 16 gleichgerichtete Strom im Begriff ist, grösser zu werden als der bisher von der Regelspannung getriebene Strom, übernimmt der Hilfsgleichrichter 16 die weitere Speisung des Widerstandes 10, und die Regelspannung geht entsprechend zurück. Es wird also eine Kennlinie ausgeregelt, ge mäss der bis zu einem bestimmten Belastungs strom die Regelspannung konstant bleibt, während bei Überschreitung dieses Belastungs stromes die Regelspannung absinkt.
Wird der Umschalter 15 nach links gelegt, so liegt in Reihe mit dem Hilfsgleichrichter 16 der Widerstand 14, was eine Erhöhung der Regelspannung zur Folge hat. Der Wider stand 13 liegt jetzt parallel zu der Reihen schaltung aus Hilfsgleichrichter 16 und . Wi derstand 14. Hierdurch wird die Regelspan nung kleiner und ausserdem abhängig von dein Belastungsstrom des geregelten Gleich richters. Sind die beiden Widerstände 13 und 14 gleich, so ist die Erhöhung der Regelspan nung bei dem Belastungsstrom Null nur halb so gross, wie sie sich durch den Widerstand 14 allein einstellen würde.
Mit zunehmendem Be lastungsstrom, also mit zunehmendem Strom des- an die Wechselstromklemmen- u und v des Hilfsgleichrichters 16 angeschlossenen Stromwandlers sinkt die Regelspannung. Bei Nennstrom werden die Spannungen an dem Hilfsgleichrichter 16 und dem Widerstand 14 einander gleich, so dass dann die Regelspan nung denselben Wert erreicht, der auch ohne die Teile 13 bis 16 auftreten würde.