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Spannungsregler in einer wechselstromgespeisten Stromversorgungsschaltung Es sind bereits verschiedene Spannungsregler mit elektronischen Entladungsorganen, wie Trioden oder Pentoden, in Verstärkerschaltung gebaut und verwendet worden, zwecks Erzeugung eines Regelstromes für eine sättigbare Drossel zur Beeinflussung der Impedanz in einem Serien- oder Parallelstromkreis und zur Regulierung der Ausgangsspannung.
Eine andere Bauart eines Spannungsreglers verwendet nur einen einzigen Transformator mit teilweise gesättigtem Kern zur Regelung der Ausgangsspannung ohne Verwendung einer Verstärkerschaltung. Mit derartigen Spannungsreglern ist keine besonders gute Regelung erzielbar, und die Ausgangsspannung ändert sich um einige Prozent bei einer Schwankung der Speisespannung um 10 %. Demgegenüber wer- den bei dem vorliegenden Spannungsregler zwei Transformatorkerne verwendet, deren jeder normalerweise mit einem Magnetfluss betrieben wird, der das Kernmaterial teilweise sättigt.
Die Ausgangsspannung wird in ihrem Wert über- bzw. unterhalb der Sollspannung durch eine Wheatstonesche Brückenschaltung mit einem oder zwei Trockengleichrichtern als Brückenzweigen ermittelt. Diese Messschaltung bewirkt zusammen mit mehreren Vormagnetisier- und Steuerwicklungen auf den beiden Transformatorker- nen eine Regelung der Spannung an den Verbraucheranschlüssen, die wesentlich genauer als bei Apparaturen bisher bekannter Bauart ist. Durch das Fehlen von elektronischen Entladungsorganen können keine Störungen durch Heizfadenbrüche, Kurzschlüsse im Röhrenkolben und Undichtheiten auftreten.
Dementsprechend bezweckt die vorliegende Erfindung die Schaffung eines verbesserten Spannungsreglers ohne die bei bisher bekannten Geräten dieser Art vorhandenen Nachteile und Beschränkungen in der Anwendung. Der erfindungsgemässe Spannungsregler soll eine hohe Lebensdauer besitzen und weni- ger störanfällig als derartige Geräte mit elektronischen Gasentladungsorganen sein. Auch soll der erfindungs- gemässe Spannungsregler heftigen Vibrationen und mechanischen Stössen widerstehen können, ohne dass sich seine Betriebseigenschaften ändern. Darüber hinaus ist derselbe einfach in der Konstruktion und im Aufbau.
Der erfindungsgemässe Spannungsregler ist gekennzeichnet durch einen ersten Magnetkern mit einer Hauptwicklung, die mit einer Seite einer Wech- selspannungsquelle verbunden ist, und einem zweiten Magnetkern mit einer Hauptwicklung, die an der andern Seite der Wechselspannungsquelle angeschlossen ist, welche beiden Hauptwicklungen mit je einem Gleichrichter in Serie geschaltet und beide mit dem einen Anschluss eines Gleichstromverbrauchers verbunden sind, ferner durch je eine erste Regelwicklung auf beiden Magnetkernen, welche Regelwicklungen über einen Gleichrichter an die Wechselspannungsquelle angeschlossen sind, und durch je eine zweite Regelwicklung auf beiden Magnetkernen,
welche Regelwicklungen über eine Brücke an den beiden Anschlüssen des - Gleichstromverbrauchers liegen.
Nachstehend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Dieselbe zeigt in: Fig.l ein schematisches Schaltbild .des Spannungsreglers, Fig.2 ein schematisches Schaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiels der Messbrücke.
Im Schaltbild der Fig.1 ist ein Netztransformator 10 wiedergegeben, der eine Primärwicklung 11 mit den Anschlüssen 12 und 13 besitzt, die mit einem Wechselstromnetz geeigneter Spannung verbunden wird. Die Sekundärwicklung 14 weist einen Mittelabgriff auf, der mit dem negativen Anschluss 15 des
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Verbraucherstromkreises verbunden ist. Die beiden Enden der Sekundärwicklung 14 sind an den beiden Hauptwicklungen 16 bzw. 17 auf den Magnetkernen 18 bzw. 20 angeschlossen.
Die andern Enden der Hauptwicklungen 16 und 17 liegen in Reihe mit den Trockengleichrichtern 21 bzw. 22, deren negative Klemmen, miteinander und mit einem Siebglied 23 verbunden, das zur Unterdrückung des Hauptanteils der pulsierenden Komponenten des gleichgerichteten Stromes bemessen sind, so dass an den Anschlüssen 24 und 15, an denen der Verbraucher 25 angeschlossen ist, reiner Gleichstrom entnommen wird. Das Siebglied 23 kann zum Beispiel aus der Serieninduktivität 26 und den beiden Kondensatoren 27 bestehen.
Die Netzspannungsschwankungen werden zum Teil durch die Wicklung 30 auf dem Magnetkern 18 und die gleich grosse Wicklung 31 auf dem Magnetkern 20 kompensiert. Diese beiden Wicklungen sind hintereinandergeschaltet und mit den gegenüberliegenden Eckpunkten eines Vollweggleichrichters 32 aus vier Einzelgleichrichtern verbunden, dessen andere beiden Eckpunkte an der untern Hälfte der Sekundärwicklung 14 angeschlossen sind. Es ist klar, dass die Teilspannung an diesem Abschnitt der Wicklung 14 alle Netzspannungsschwankungen mitmacht.
Der Gleichrichter 32 könnte auch an der ganzen Sekundärwicklung 14 oder an den Netzanschlüssen 12 und 13 angeschlossen werden, jedoch sollte vorzugsweise dieser Stromkreis einseitig geerdet werden, um induktive Beeinflussungen seitens anderer äusserer Stromkreise zu vermeiden. In Serie mit den Wicklungen 30 und 31 ist ein veränderbarer Widerstand 33 zur Regelung von Hand vorgesehen.
Zwecks Kompensation der Schwankungen der Verbraucherspannung sind die beiden Wicklungen 34, 35 miteinander und mit einem einstellbaren Widerstand 36 hintereinander und der Serienstromkreis zur Induktivität 26 parallel geschaltet. Die Wicklung 34 befindet sich auf dem Magnetkern 18 und die Wicklung 35 auf dem Magnetkern 20. Der durch die beiden Wicklungen fliessende Strom ist dem Ohmschen Spannungsabfall an der Induktivität 26 proportional. Die Ausgangsspannung an den Anschlüssen 24 und 15 wird durch die Brückenanordnung 37 gemessen, die in Fig. 1 aus den drei Widerstandszweigen 38, 40 und 41 besteht. Der vierte Zweig enthält einen Trockengleichrichter 42.
Die Verstimmung der Brückenschaltung und der Sollwert der geregelten Ausgangsspannung kann durch Veränderung des kleinen Spannungsteilers 43 einjustiert werden. Die Ausgangsanschlüsse sind an gegenüberliegenden Eck- punkten der Brückenschaltung angeschlossen, während .die andern beiden Eckpunkte mit den hintereinandergeschalteten beiden Regelwicklungen 44 und 45 verbunden sind. Die Wicklung 44 befindet sich auf dem Magnetkern 18 und die Wicklung 45 auf dem Magnetkern 20. Die Schaltung arbeitet folgendermassen: Es sei vorerst angenommen, dass an den Anschlussklem- men 12 und 13 eine mittlere Spannung des Wechselstromnetzes liegt.
Die obere Hälfte der Sekundärwicklung 14 erzeugt einen Wechselstrom, der über die Wicklung 16, den Gleichrichter 21, die Induk- tivität 26 zum Anschluss 24 und über den Verbraucher 25 fliesst. Die Rückleitung verläuft über den Anschluss 15 und die Verbindung 48 zum Mittel- abgriff der Wicklung 14. Ein entsprechender Stromkreis führt vom untern Teil der Sekundärwicklung 14 über die Wicklung 17, den Gleichrichter 22, die Induktivität 26, den Anschluss 24 zum Verbraucher 25 und vom Anschluss 15 zurück über die Leitung 48.
Die vom untern Teil der Wicklung 14 erzeugte Spannung wird vom Vollweggleichrichter 32 gleichgerichtet, so dass durch die Wicklungen 30 und 31 auf den Magnetkernen 18 bzw. 20 ein Gleichstrom fliesst. Der durch die Wicklungen 30, 31 erzeugte Magnetfluss wirkt dem durch die Wicklungen 16 bzw. 17 verursachten Magnetfluss entgegen, da aber die Hauptwicklungen 16 und 17 vergleichsweise grosse Ströme führen, können die Wicklungen 30 und 31 .den Gesamtfluss nur in geringem Ausmass vermindern.
Die Induktivität 26 besitzt einen Ohmschen Widerstand, der einen Gleichspannungsabfall an derselben und damit einen Gleichstrom durch die Wicklungen 34 und 35 auf den Magnetkernen 18 und 20 in einer Richtung erzeugt, dass der Hauptmagnetfluss seitens der Wicklungen 16 und 17 unterstützt wird. Es ist klar, dass der Strom durch die Wicklungen 34 und 35 proportional der Stromaufnahme des Verbrauchers ist, also kompensiert der von den beiden Wicklungen 34, 35 erzeugte zusätzliche Magnetfluss den Spannungsregler proportional zur Strombelastung derselben.
Das oben beschriebene Brückenmessglied 37 liegt parallel zu den Anschlüssen 24 und 15, während der Brückenausgang die Hauptreglerwicklungen 44 und 45 speist. Zur Erzielung einer geregelten Spannung ist ein Abgleich der Brückenschaltung nicht erforderlich.
Der einstellbare Spannungsteiler 43 ist zur Beeinflussung des Messgliedes 37 zwecks Änderung der Ausgangsspannung am Verbraucher vorgesehen, wobei in dem möglichen weiten Verstellbereich .das Brückenglied abgeglichen oder unabgeglichen ist, so dass der vom Brückenglied 37 gelieferte Strom in der einen oder andern Richtung durch die Wicklungen 44 und 45 fliesst, also entweder den von allen andern Wicklungen erzeugten Gesamtfluss verstärkt oder vermindert.
Es sei nunmehr angenommen, dass die an den Anschlüssen 12 und 13 liegende Netzspannung ansteigt. Dies bewirkt einen grösseren Stromfluss durch die Wicklungen 16 und 17, so dass die Verbraucherspannung steigende Tendenz zeigt. Jedoch gleichzeitig bewirkt der Netzspannungsanstieg einen grö- sseren Gleichstrom vom Gleichrichter 32 durch die Wicklungen 30 und 31, welche Stromerhöhung der
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Zunahme des Magnetflusses seitens der Hauptwicklungen 16 und 17 entgegenwirkt, was dazu führt,
dass der Gesamtfluss der beiden Wicklungspaare in den Magnetkernen 18 und 20 nur eine geringe Erhöhung erfährt. Der Stromanstieg an den Hauptwicklungen 16 und 17 ergibt aber auch einen höheren Strom durch die Induktivität 26 und demzufolge eine Stromerhöhung durch die Wicklungen 34 und 35, was eine Vergrösserung des Magnetflusses in den Kernen 18 und 20 bewirkt. Jedoch ist die Stromänderung in den Wicklungen 34 und 35 bei einer Netzspannungs- änderung nur gering, denn diese beiden Wicklungen sind zur Kompensation der Wirkung einer Widerstandsänderung des Verbrauchers bestimmt.
Die Ausgangsspannung wird seitens des Brückengliedes 37 überwacht, und beim Ansteigen derselben wächst die Brückenverstimmung, da einer der Brückenzweige den Gleichrichter 42 enthält. Der Gleichrichter 42 ist nicht in der bei solchen Schaltungselementen sonst üblichen Weise angeschlossen, sondern umgekehrt, indem der üblicherweise die Kathode bildende Anschluss mit der positiven Brückenseite verbunden ist, während die üblicherweise als Anode betrachtete Klemme hier am negativen Anschluss liegt.
Infolge dieses Anschlusses bildet der Gleichrichter 42 normalerweise einen sehr hohen Widerstand, und erst beim überschreiten einer gewissen Spannung sinkt der Gleichrichterwiderstand und verstimmt das Brük- kenglied. Durch eine solche Verstimmung sinkt die Spannung am Verbindungspunkt des Widerstandes 40 und des Gleichrichters 42, so dass .der durch die Wicklungen 44 und 45 fliessende Strom dann die Pfeilrichtung 50 aufweist. Bei dieser Stromrichtung wird in den Kernen 18 und 20 ein Magnetfluss erzeugt, welcher dem seitens der Wicklungen 16 und 17 verursachten Fluss entgegenwirkt.
Beim Betrieb ausserhalb des vorgesehenen Bereiches befinden sich die Kerne 18 und 20 innerhalb oder dicht vor der Sättigung des Kernmaterials, so dass eine Verminderung des Magnetflusses die Sättigung verringert, also der Blindwiderstand der Hauptwicklung 16 und 17 steigt. Diese Vergrösserung der Serienimpedanz bewirkt einen grösseren Wechselspannungsabfall und erniedrigt die Ausgangsspannung auf den gewünschten Wert.
Es sei nunmehr angenommen, dass die Netzspannung auf einem konstanten Wert verweilt, während sich der Verbraucherwiderstand verringert und-der Verbraucherstrom merklich ansteigt. Dies würde normalerweise eine Verringerung der Ausgangsspannung verursachen, da der Strom durch die Induktivität 26 und die Wicklungen 16 und 17 ansteigt. Das Brük- kengIied 37 wird auf eine solche Spannungsverminderung reagieren und den Magnetfluss in den Kernen 18 und 20 derart regeln, dass die Ausgangsspannung auf den erwünschten Wert steigt, wobei die Kompensationsschaltung parallel zur Induktivität 26 diesen Regelvorgang unterstützt.
Eine höhere Stromaufnahme verursacht auch eine Stromerhöhung in den Wicklungen 34 und 35, wodurch der von den Haupt- wicklungen 16 und 17 erzeugte Magnetfluss verstärkt wird, was eine vermehrte Sättigung der Kerne und eine Verringerung des induktiven Widerstandes der Wicklungen 16 und 17 zur Folge hat, so dass die Ausgangsspannung auf den gewünschten Wert ansteigt.
In Fig.2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Brückengliedes wiedergegeben, bei welchem zwei Gleichrichter 51 und 52 vorgesehen sind, während das Brückenglied 37 nur einen besitzt. Diese Gleichrichter sind hier in der üblichen Weise geschaltet, nämlich mit ihrer Kathodenklemme am negativen Teil der Brückenschaltung angeschlossen. Diese Anordnung gibt ebenfalls eine Widerstands- änderung bei schwankender Spannung an den Gleichrichtern, aber die Änderungen des Widerstandswertes sind weniger gross als bei umgekehrter Anschaltung derselben.
Der vorliegende Spannungsregler spricht, wie sich aus der obenstehenden Beschreibung ergibt, sowohl auf Schwankungen der Netzspannung als auch des Verbraucherwiderstandes an und kann ohne Verwendung elektronischer Bauteile aufgebaut werden.