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Mit einem Spannungsregler versehene Stromlieferungseinrichtung, insbesondere für Prüf- und Eichstationen für Messgeräte An Prüf- und Eichstationen für Messgeräte, wie Wattmeter und Elektrizitätszähler oder dergleichen, wird eine konstante Spannung gefordert, welche höchstens 0,5%o vom Sollwert abweichen darf. Da die Spannung eines Kraftnetzes üblicherweise bis etwa 5% Abweichung aufweisen kann, muss die Betriebsspannung für Prüf- und Eichstationen durch einen geregelten Generator erzeugt werden, da Spannungsstabilisatoren für so grosse Netzspannungsschwankungen einerseits und Belastungsschwankungen von den Prüf- und Eichstationen her anderseits den Anforderungen nicht mehr genügen.
Da die Netzfrequenz in den meisten Verteilnetzen geregelt und wesentlich stabiler ist als die Spannung und üblicherweise Abweichungen von 0,1 bis 0,2% der Sollfrequenz nicht überschreitet, bedarf es keiner weiteren Stabilisierung der Frequenz. Zur Erzeugung einer hinreichend konstanten Spannung werden in bekannter Weise Regeleinrichtungen verwendet. Bekannte Regeleinrichtungen für diesen Zweck enthalten einen an der Netzspannung liegenden Synchronmotor, welcher mit einem Generator mit Fremderregung und einer Gleichstromerregermaschine gekuppelt ist. Der Generator liefert eine Spannung, welche der Netzfrequenz proportional ist und nur mit der Belastung durch die Eich- und Prüfstation schwankt. Die abgegebene Generatorspan- nung wird als Regelgrösse auf einen Röhrenregler gegeben, welcher die Erregung des Generators beeinflusst.
Röhrenregler bekannter Art für den genannten Zweck sind meistens dreistufige Gleichstromverstärker. Solche neigen zur Selbsterregung, und infolge der erforderlichen grossen Verstärkung benötigen sie einen beträchtlichen Aufwand in schaltungstechnischem Baumaterial und an schaltungstechnischen Massnahmen.
Ein bemerkenswerter Nachteil bekannter Röhrenregler für den genannten Zweck besteht darin, dass die Erregerwicklung im Anodenkreis der Leistungsverstärkerstufe liegt. Dies bedingt einen Potentialausgleich zwischen der Vorverstärkerstufe und der Leistungsverstärkerstufe, welcher mittels einer Batterie erreicht wird. Wohl wird dabei erreicht, dass die Leistungsstufe auch als Spannungsverstärker wirkt, wodurch jedoch die Erregerwicklung dauernd auf einem hohen Potential gegen Masse liegt.
Vielfach genügt ferner in den genannten Reglern eine Stabilisatorröhre in der Spannungsvergleichsstufe den- Anforderungen nicht, indem die abgegebene Brenn- spannung zur Bildung einer Differenzspannung mit der Messspannung nicht absolut konstant ist, sondern bei gewissen Betriebszuständen ändert, z. B. beim Übergang von Leerlauf auf Belastung der Erregermaschine, bei Raumtemperaturänderung oder Änderung der Temperatur der Erregermaschine.
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Solche störende Spannungsschwankungen führten zu der Massnahme, zur Erzeugung einer konstanten Spannung für den Spannungsvergleich eine Batterie zu verwenden.
Es sind Regler bekannt, welche die beiden genannten Batterien gleichzeitig verwenden. Die Verwendung von Batterien in einer automatischen Regelanlage wird wegen der ständig erforderlichen Wartung als nachteilig empfunden.
Die vorliegende Erfindung will diesen Nachteil beheben.
Die Erfindung betrifft eine mit einem Spannungsregler versehene Stromlieferungseinrichtung, insbesondere für Prüf- und Eich- stationen für Messgeräte, mit einem Synchronmotor, einem Generator mit Fremderregung und einem Röhrenregler, enthaltend einen Messgleichrichterteil, eine Spannungsvergleichsstufe mit Vorverstärkung und eine Leistungsstufe, welche auf die Erregerwicklung des Generators wirkt, und ist dadurch gekennzeichnet, dass der Messgleichrichterteil in jeder Phase einen, vormagnetisierten Transformator aufweist,
die Spannungsvergleichsstufe die Messspannung mit einer mittels einer Stabilisatorröhre erzeugten konstanten Spannung unter Kompensierung von Brenn- spannungsänderungen vergleicht und mit der auftretenden Differenzspannung die Leistungsstufe steuert, in deren Kathodenkreis die Erregerwicklung geschaltet ist, und dass die Spannung der Erregerwicklung zur Vormagnetisierung auf die Phasentransformatoren des Messgleichrichterteils zurückgeführt ist.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in Fig. 1 ein Blockschema und in Fig. 2 ein Schaltschema (s. Beispiel). Gemäss Fig. 1 ist eine Maschinengruppe, bestehend aus einem Drehstrom-Synchronreaktionsmotor MV, der einen Drehstromgenerator G mit angekuppelter Erregermaschine GE antreibt, angeordnet. Der Synchronmotor liegt an einem Dreiphasennetz mit den Phasen RST. Der Generator liefert ebenfalls eine Dreiphasenspannung mit den Phasen UVW.
Es ist ein zweistufiger elektronischer Regler mit einem Messgleichrichter angeordnet, und die Gleichspannung, welche die Erregermaschine GE erzeugt, wird über den elektronischen Regler der Erregerwicklung E des Drehstromgenerators G zugeführt und wird so gesteuert, dass die erzeugte Wechselstromspannung für Belastungsänderungen von Null bis Vollast innerhalb 0, 5@ konstant bleibt. Der elektronische Regler wird durch die drei Teile A, B, C gebildet. Teil A enthält eine Messgleichrichteranord- nung und ist an die spannungsgeregelten Phasen UVW angeschlossen. Die vom Mess- gleichrichter abgegebene Gleichspannung ist proportional dem Mittelwert der verketteten Phasenspannungen.
Sie wird als Steuerspannung der Spannungsvergleichsstufe B zugeführt, welche eine Elektronenröhre enthält, deren Gitter durch die Steuerspannung gesteuert, und deren Kathode auf einem konstanten Potential gehalten wird. Beim Vorhandensein einer Differenzspannung findet eine Verstärkung statt, und das Anodensignal wird auf das Steuergitter der Leistungsstufe C geführt, welche mehrere parallel geschaltete Leistungsverstärkerröhren enthält, deren Anzahl durch die abzugebende Leistung bestimmt ist.
Die Erregerwicklung E liegt im Kathodenkreis der parallel geschalteten Ver- stärkerröhren. Die Spannung der Erregerwicklung erfährt zwischen Leerlauf und Vollast des Generators eine Änderung von etwa 50 bis 600/" wodurch sich das Potential der Leistungsröhrenkathoden verschiebt.In- folge einer nur beschränkt möglichen Verstärkung beeinflusst diese Potentialverschiebung die geregelte Generatorspannung, so dass besondere Massnahmen notwendig sind, um diesen Einfluss zu kompensieren.
Bei einer etwa 500fachen Verstärkung würde die Generatorspannung zwischen Leerlauf und Vollast eine Änderung von etwa 2,4 /0o erfahren. Zulässig ist aber höchstens 0,50/00 Durch Vormagnetisieren der Transformatoren im Messgleichrichterteil A gelingt es, die Steuerspannung so zu beeinflussen, dass die-
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ser Effekt ausgeglichen wird. Zu diesem Zweck besitzen diese Transformatoren eine Vormagnetisierungswicklung, und die Spannung der Erregerwicklung E wird zur Vormagnetisierung auf die Messgleichrichterstufe A zurückgeführt.
Der Ausbau der drei Teile A, B, C ist aus Fig.2 ersichtlich. Der Messgleichrichterteil enthält drei Transformatoren Trl, Tr2, Tr3, deren Primärwicklungen 1-2 in Dreieckschaltung an den Phasen UVW des Genera- tors G liegen und über Potentiometer P1, P2, P3 einstellbar sind. Jeder Transformator besitzt eine Vormagnetisierungswicklung 3-4. Diese drei Wicklungen sind in Reihe geschaltet und die Vormagnetisierungsspannung wird einem Potentiometer P6 entnommen, welches an der Spannung der Erregerwicklung E liegt. Die Sekundärwicklungen 5-6 besitzen je eine Mittelanzapfung 7 und sind in Stern geschaltet. Sie speisen die Gleichrichter GLl, GL2, GL3, welche ihre Spannung auf das Potentiometer P4 geben, von welchem die Steuerspannung für die Spannungsvergleichsstufe abgegriffen wird.
Die Messgleichrichterschaltung ist 6phasig gewählt, um die Welligkeit der Gleichspannung klein zu halten. In der getroffenen Anordnung ist die resultierende Gleichspannung am Potentiometer P4 proportional dem Mittelwert der drei verketteten Spannungen UVW und Verzerrungen des Spannungsdreiecks bei unsymmetrischer Belastung wirken sich dadurch weniger stark aus, als wenn nur einphasige Gleichrichtung vorgesehen wäre. Zum Ausgleich von unvermeidlichen kleinen unterschiedlichen Gleichrichtercharakteristiken dienen die Potentiometer P1, P2, P3, die als Spannungs- teiler an den verketteten Primärspannungen liegen. Diese Spannungsteiler werden so eingestellt, dass alle Gleichrichter gleich grosse Anteile an die Steuergleichspannung liefern.
Durch diese Anordnung können auch allfällige Alterungen der Selenventile jederzeit ausgeglichen werden.
Die Spannungsvergleichsstufe B enthält eine Vorverstärkerröhre T2, deren Steuer- gitter über einen Ohmschen Widerstand R1 mit dem Potentiometer P4 gekoppelt ist. Die Kathode dieser Röhre wird mittels einer Präzisions-Stabilisatorröhre T1 auf konstantem Potential gehalten. Das Potentiometer P5 dient als Spannungsteiler für die Schirmgitterspannung der Röhre T2.
Als Speisespannung des ganzen Verstärkerkreises wird die Spannung des Gleichstromgenera- tors GE verwendet, und der Abgriff des Potentiometers P5 kann so gewählt werden, dass die kleinen Änderungen der Brennspannung der Röhre T1 infolge Änderung der Gleichstromgeneratorspannung keine Änderung des Anodenstromes der Röhre T2 be- wirkt. Die Röhre T2 arbeitet mit einer sehr hohen Verstärkung, wodurch der Anoden-. strom sehr klein wird. Dies hat zur Folge, dass sich der Einfluss von Ileizspannungsschwan- kungen bemerkbar machen kann, der unerwünschte Änderungen des Anodenstromes zur Folge hat.
Der Heizstrom der Röhre T2 wird in üblicher Weise über einen nicht gezeichneten Transformator direkt dem Ortsnetz entnommen, so dass dieser den Netzschwankungen unterworfen ist. Um den Einfluss dieser Schwankungen auf die geregelte Spannung auszuschalten, ist im Kathodenkreis der Röhre T2 ein Widerstand R6 angeordnet, an welchem ein der Heizspannung verhältnisgleicher Spannungsabfall erzeugt wird. Der Strom hierzu wird einem an der Heizspannung liegenden Gleichrichter GL4 entnommen.
Die Einrichtung arbeitet so, dass bei steigender Heizspannung der Spannungsabfall am Widerstand R6 auch grösser wird. Dadurch verschiebt sich das Gitterpotential in der negativen Richtung und vermindert die störende Zunahme des Anodenstromes.
Die Leistungsverstärkerröhren T3 sind parallel geschaltet und ihre Steuergitter liegen über je einen Widerstand R3 an der Anode der Vorverstärkerröhre T2. , Die Schirmgitter liegen über einen Widerstand R4 und die Anoden über einen Widerstand R5 am Pluspol des Gleichstromgenerators GE, während die Erregerwicklung E im Kathodenkreis der Leistungsverstärkerröhren liegt.
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Die Messgleichrichteranordnung ist frequenzabhängig, indem eine Frequenzänderung von 1% bei 50 Hz die geregelte Spannung um etwa 2 @a beeinflusst. Da Frequenzänderungen im Netz allgemein langsam verlaufen und selten 1% überschreiten, kann ihr Einfluss auf die geregelte Spannung jedoch meistens vernachlässigt werden.
Soll der Frequenzeinfluss berücksichtigt werden, so kann durch eine einfache Kompensationseinrichtung der Frequenzeinfluss auf weniger als 0,5@o bei 1 % Frequenzabweichung herabgesetzt werden. Hierzu dienen die Transformatoren Tr4, TrS, der Kondensator C3, ein Potentiometer P9 und ein Gleichrichter GL5. Die Primärwicklung des Transformators Tr4 bildet mit dem Kondensator C3 einen Serieresonanzkreis, dessen Arbeitsbereich unterhalb der Resonanzfrequenz liegt. An der Sekundärwicklung wird eine Spannung gewonnen, die der Frequenzabweichung proportional ist. Der Resonanzkreis ist an die geregelte Generatorspannung angeschlossen, in Fig. 2 an die Phasen V und W. An dieser Spannung liegt auch das Potentiometer P9 als Ohmscher Spannungsteiler, an dem eine frequenzunabhängige Spannung abgegriffen wird.
Die Sekundärspannung des Transformators Tr4 wird mit dieser Spannung geometrisch addiert und die vektorielle Summenspannung der Primärwicklung des Transformators Tr5 zugeführt. Die Sekundärspannung des Transformators Tr5 wird gleichgerichtet und gesiebt (C4). Die so erzeugte frequenzabhängige Gleichspannung wird über den Widerstand B@ dem Steuergitter der Röhre T2 aufgedrückt und steuert somit die Vorverstärkerstufe in kompensierendem Sinne.
Der Regelvorgang spielt sich folgendermassen ab : Die konstant zu haltenden Generatorspannungen UVW werden in der Mess- gleichrichterstufe transformiert und gleichgerichtet. Diese Gleichspannung steuert die Vorverstärkerröhre T2. Steigt nun beispielsweise die Generatorspannung, so steigt auch die Gitterspannung an der Röhre T2 und damit ihr Anodenstrom. Diese Stromerhöhung bewirkt eine Zunahme des Spannungsabfalles am Anodenwiderstand R2, wodurch die Gitterspannung der Leistungsröhren T3 abnimmt. Die Leistungsstufe wird somit stärker gesperrt, d.h. deren Innenwiderstand nimmt zu.
Da dieser Innenwiderstand in Reihe mit der Erregerwicklung E des Generators G liegt, hat die Widerstandszunahme eine Verkleinerung der Spannung an der Erregerwicklung zur Folge, so dass die Generatorspannung wieder auf den Ausgangswert zurückgeführt wird. Bei sinkender Generatorspannung erfolgt der Regelvorgang in umgekehrtem Sinn. Der Regler arbeitet also stets einer Abweichung der Generatorspannung entgegen.
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Power supply equipment equipped with a voltage regulator, especially for test and calibration stations for measuring devices At test and calibration stations for measuring devices such as wattmeters and electricity meters or the like, a constant voltage is required which may deviate from the nominal value by a maximum of 0.5%. Since the voltage of a power network can usually deviate by up to about 5%, the operating voltage for test and calibration stations must be generated by a regulated generator, since voltage stabilizers for such large mains voltage fluctuations on the one hand and load fluctuations from the testing and calibration stations on the other hand no longer meet the requirements suffice.
Since the network frequency in most distribution networks is regulated and much more stable than the voltage and usually does not exceed deviations of 0.1 to 0.2% of the nominal frequency, no further stabilization of the frequency is required. Control devices are used in a known manner to generate a sufficiently constant voltage. Known regulating devices for this purpose contain a synchronous motor connected to the mains voltage, which is coupled to a generator with separate excitation and a DC exciter. The generator supplies a voltage which is proportional to the mains frequency and only fluctuates with the load from the calibration and testing station. The generated generator voltage is sent as a controlled variable to a tube regulator, which influences the excitation of the generator.
Tube regulators of a known type for the stated purpose are mostly three-stage direct current amplifiers. These tend to self-excitement, and as a result of the large amplification required, they require considerable expenditure in terms of circuit construction material and circuitry measures.
A notable disadvantage of known tube regulators for the stated purpose is that the excitation winding is located in the anode circuit of the power amplifier stage. This requires a potential equalization between the preamplifier stage and the power amplifier stage, which is achieved by means of a battery. What is achieved here is that the power stage also acts as a voltage amplifier, whereby the excitation winding is permanently at a high potential to ground.
In many cases, a stabilizer tube in the voltage comparison stage does not meet the requirements in the regulators mentioned, in that the operating voltage emitted to form a differential voltage is not absolutely constant with the measurement voltage, but changes in certain operating states, e.g. B. during the transition from idling to load on the exciter, when the room temperature changes or when the temperature of the exciter changes.
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Such disruptive voltage fluctuations led to the measure of using a battery to generate a constant voltage for the voltage comparison.
There are known regulators which use the two batteries mentioned at the same time. The use of batteries in an automatic control system is felt to be disadvantageous because of the constantly required maintenance.
The present invention aims to overcome this disadvantage.
The invention relates to a power supply device provided with a voltage regulator, in particular for test and calibration stations for measuring devices, with a synchronous motor, a generator with external excitation and a tube regulator, containing a measuring rectifier part, a voltage comparison stage with preamplification and a power stage which is applied to the excitation winding of the Generator acts, and is characterized in that the measuring rectifier part has a pre-magnetized transformer in each phase,
the voltage comparison stage compares the measurement voltage with a constant voltage generated by means of a stabilizer tube while compensating for changes in the operating voltage and controls the power stage in whose cathode circuit the excitation winding is connected with the difference voltage and that the voltage of the excitation winding is fed back to the phase transformers of the measuring rectifier part for premagnetization is.
An embodiment of the invention is explained in more detail with reference to the drawing. The drawing shows a block diagram in FIG. 1 and a circuit diagram in FIG. 2 (see example). According to FIG. 1, a machine group consisting of a three-phase synchronous reaction motor MV, which drives a three-phase generator G with a coupled exciter GE, is arranged. The synchronous motor is connected to a three-phase network with the phases RST. The generator also supplies a three-phase voltage with the phases UVW.
A two-stage electronic controller with a measuring rectifier is arranged, and the direct voltage that the exciter GE generates is fed to the exciter winding E of the three-phase generator G via the electronic controller and is controlled in such a way that the alternating current voltage generated for load changes from zero to full load is within 0 , 5 @ remains constant. The electronic controller is formed by the three parts A, B, C. Part A contains a measuring rectifier arrangement and is connected to the voltage-regulated phases UVW. The DC voltage output by the measuring rectifier is proportional to the mean value of the linked phase voltages.
It is fed as a control voltage to the voltage comparison stage B which contains an electron tube whose grid is controlled by the control voltage and whose cathode is kept at a constant potential. If a differential voltage is present, amplification takes place and the anode signal is fed to the control grid of power stage C, which contains several power amplifier tubes connected in parallel, the number of which is determined by the power to be output.
The excitation winding E lies in the cathode circuit of the amplifier tubes connected in parallel. The voltage of the excitation winding experiences a change of about 50 to 600 / "between idling and full load of the generator, which shifts the potential of the power tube cathodes. As a result of the only possible amplification, this potential shift influences the regulated generator voltage, so that special measures are necessary. to compensate for this influence.
With an approximately 500-fold gain, the generator voltage would experience a change of approximately 2.4 / 0o between idle and full load. However, a maximum of 0.50 / 00 is permitted.By pre-magnetizing the transformers in measuring rectifier part A, it is possible to influence the control voltage so that the
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this effect is compensated. For this purpose, these transformers have a bias winding, and the voltage of the excitation winding E is fed back to the measuring rectifier stage A for biasing.
The expansion of the three parts A, B, C can be seen from Fig.2. The measuring rectifier part contains three transformers Trl, Tr2, Tr3, the primary windings 1-2 of which are delta connected to the phases UVW of the generator G and can be adjusted via potentiometers P1, P2, P3. Each transformer has a 3-4 bias winding. These three windings are connected in series and the bias voltage is taken from a potentiometer P6, which is connected to the voltage of the excitation winding E. The secondary windings 5-6 each have a center tap 7 and are connected in star. They feed the rectifiers GL1, GL2, GL3, which give their voltage to the potentiometer P4, from which the control voltage for the voltage comparison stage is tapped.
The measuring rectifier circuit is selected to have 6 phases in order to keep the ripple of the DC voltage small. In the arrangement made, the resulting DC voltage at potentiometer P4 is proportional to the mean value of the three interlinked voltages UVW and distortions of the voltage triangle in the case of asymmetrical loading have less of an effect than if only single-phase rectification were provided. The potentiometers P1, P2, P3 serve to compensate for unavoidable small, different rectifier characteristics, which are connected to the linked primary voltages as voltage dividers. These voltage dividers are set in such a way that all rectifiers supply the same proportion of the DC control voltage.
With this arrangement, any aging of the selenium valves can also be compensated for at any time.
The voltage comparison stage B contains a preamplifier tube T2, the control grid of which is coupled to the potentiometer P4 via an ohmic resistor R1. The cathode of this tube is kept at constant potential by means of a precision stabilizer tube T1. The potentiometer P5 serves as a voltage divider for the screen grid voltage of the tube T2.
The voltage of the direct current generator GE is used as the supply voltage for the entire amplifier circuit, and the tap of the potentiometer P5 can be selected so that the small changes in the operating voltage of the tube T1 due to the change in the direct current generator voltage do not change the anode current of the tube T2. The tube T2 works with a very high gain, reducing the anode. electricity becomes very small. The consequence of this is that the influence of electrical voltage fluctuations can become noticeable, which results in undesirable changes in the anode current.
The heating current of the tube T2 is taken directly from the local network in the usual way via a transformer (not shown) so that it is subject to network fluctuations. In order to eliminate the influence of these fluctuations on the regulated voltage, a resistor R6 is arranged in the cathode circuit of the tube T2, at which a voltage drop that is proportional to the heating voltage is generated. The current for this is taken from a rectifier GL4 connected to the heating voltage.
The device works in such a way that as the heating voltage increases, the voltage drop across resistor R6 also increases. This shifts the grid potential in the negative direction and reduces the disturbing increase in the anode current.
The power amplifier tubes T3 are connected in parallel and their control grids are each connected to the anode of the preamplifier tube T2 via a resistor R3. The screen grids are connected to the positive pole of the direct current generator GE via a resistor R4 and the anodes via a resistor R5, while the excitation winding E is located in the cathode circuit of the power amplifier tubes.
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The measuring rectifier arrangement is frequency-dependent in that a frequency change of 1% at 50 Hz affects the regulated voltage by about 2 @a. Since frequency changes in the network are generally slow and rarely exceed 1%, their influence on the regulated voltage can usually be neglected.
If the frequency influence is to be taken into account, the frequency influence can be reduced to less than 0.5 @ o with 1% frequency deviation by means of a simple compensation device. The transformers Tr4, TrS, the capacitor C3, a potentiometer P9 and a rectifier GL5 are used for this purpose. The primary winding of the transformer Tr4 and the capacitor C3 form a series resonance circuit, the operating range of which is below the resonance frequency. A voltage that is proportional to the frequency deviation is obtained at the secondary winding. The resonance circuit is connected to the regulated generator voltage, in Fig. 2 to the phases V and W. The potentiometer P9 is also connected to this voltage as an ohmic voltage divider from which a frequency-independent voltage is tapped.
The secondary voltage of the transformer Tr4 is geometrically added to this voltage and the vectorial sum voltage is fed to the primary winding of the transformer Tr5. The secondary voltage of the transformer Tr5 is rectified and filtered (C4). The frequency-dependent DC voltage generated in this way is pressed onto the control grid of the tube T2 via the resistor B @ and thus controls the preamplifier stage in a compensating manner.
The control process takes place as follows: The generator voltages UVW to be kept constant are transformed and rectified in the measuring rectifier stage. This DC voltage controls the preamplifier tube T2. If, for example, the generator voltage increases, the grid voltage on the tube T2 and thus its anode current also increase. This increase in current causes an increase in the voltage drop across the anode resistor R2, as a result of which the grid voltage of the power tubes T3 decreases. The power level is thus blocked more strongly, i.e. their internal resistance increases.
Since this internal resistance is in series with the excitation winding E of the generator G, the increase in resistance results in a reduction in the voltage on the excitation winding, so that the generator voltage is returned to the initial value. When the generator voltage drops, the control process works in the opposite direction. The regulator therefore always works against a deviation in the generator voltage.