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Flüssigkeitswiderstand Die Erfindung bezieht sich auf einen Flüssigkeitswiderstand,
dessen Elektrodenabstand zur Konstanthaltung seiner vorgegebenen Größe in Abhängigkeit
von durch Messungen an ihm gewonnenen Größen verstellt .wird.
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Der Widerstandswert von Flüssigkeitswiderständen, wie sie beispielsweise
zum Anlassen und Steuern von Elektromotoren verwendet werden, hängt bekanntlich
von dem Abstand der Elektroden und der Größe der Elektrodenflächen ab. Eine Widerstandsänderung
wird dabei im allgemeinen durch eine Steuerung vorgegeben, mittels derer das Antriebsaggregat
für die beweglichen Elektroden, das beispielsweise aus Elektromotoren oder aber
hydraulisch beaufschlagten Kolben bestehen kann, beeinflußt wird. Voraussetzung
dafür, daß der gewünschte augenblickliche Widerstandswert eingestellt wird, ist
dabei, daß der Widerstand sich proportional mit der Verstellbewegung ändert oder
aber; daß entsprechend der Kurvenform der Elektrodenplatten eine bestimmte mathematische
Abhängigkeit des augsnblicklichen Widerstandswertes von der Verstellbewegung besteht.
Ein derartiger ein für allemal festliegender Zusammenhang zwischen Verstellbewegung
und augenblicklichem Widerstandswert ist jedoch niemals vorhanden. Dies macht sich
insbesondere dann bemerkbar, wenn man hohe Anforderungen an die Verstellgenauigkeit
des Flüssigkeitswiderstandes stellt. Ursache für die erwähnten Abweichungen ist
die zeitliche Änderung der Lösungskonzentration der Widerstandsflüssigkeit und damit
des spezifischen -Widerstandes derselben infolge einer niemals ganz zu vermeidenden
Temperaturänderung des Elektrolyten im Betrieb. Die sogenannte Widerstandskennlinie
des Flüssigkeitswiderstandes wird dadurch verformt.
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Um eine dadurch hervorgerufene Widerstandsänderung zu vermeiden oder
zumindest klein zu halten, ist es bekannt, den Flüssigkeitswiderstand außer durch
ein Steuersignal, das von der Stellung des Steuerhebels und von der Drehzahl des
Motors über einen Hilfsgenerator abhängt, noch in Abhängigkeit von dem spezifischen
Widerstand des Elektrolyten zwischen festen Hilfselektroden zu verändern. Der spezifische
Widerstand kann durch diese Steuerung nicht beeinflußt werden. Seine Änderung stellt
somit für den Flüssigkeitswiderstand eine Störgröße dar, die selbst durch den Stelleingriff
nicht beeinflußt werden kann. Nur ihre Auswirkung läßt sich kompensieren. Diese
bekannte Anordnung stellt daher eine Steuerung mit Störgrößenaufschaltung dar. Bei
einer bekannten Anordnung ist die Widerstandsstrecke zwischen den Hilfselektroden
lediglich der Steuerspule parallel geschaltet. Widerstandsänderungen in der Hilfsstromstrecke
zwischen den Elektroden bewirken also lediglich eine dieser Änderung entsprechende
Verstellung der Hauptelektroden, die zwar der Widerstandsänderung im Elektrolyten
entgegenwirkt, keineswegs aber die Konstanz des Widerstandswertes der Hauptstromstrecke
garantiert, da weder Strom noch Spannungsabfall zwischen den Hauptelektroden im
Läuferkreis des Motors gemessen werden. Da ferner die Widerstandsstrecke zwischen
den Hilfselektroden räumlich von der Hauptwiderstandsstrecke getrennt ist, besteht
keineswegs die Gewähr, daß dieselben physikalischen und chemischen Bedingungen,
die den Widerstandswert im Elektrolyten zwischen den Hauptelektroden bestimmen,
auch genau zwischen den Hilfselektroden herrschen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Flüssigkeitswiderstand
.die geschilderten Mängel völlig zu vermeiden. Bei einem Flüssigkeitswiderstand,
dessen Elektrodenabstand zur Konstanthaltung seiner vorgegebenen Größe in Abhängigkeit
von durch Messungen an ihm gewonnenen Größen verstellt wird, ist dies nach der Erfindung
möglich durch seine Regelung auf konstante-Impedanz.
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Dazu werden dem Laststrom durch ihn und der Spannung an ihm proportionale
Spannungen oder Ströme entgegengeschaltet, deren Proportionalitätsfaktoren so eingestellt
sind, daß die- Differenzspannung bzw. der Differenzstrom ein Maß für die Regelabweichung
ist. Die Differenzspannung wird in einer Brückenschaltung gewonnen, auf eine richtungsabhängige
Verstärkervorstufe gegeben und über weitere Verstärkerstufen einem Stellglied zugeführt.
Die Vorstufe kann dabei als Relais-, Transistor- oder Röhrenstufe ausgebildet sein,
während als Stellglied ein Elektromotor oder ein elektromagnetisch gesteuerter,
hydraulisch beaufschlagter Kolben benutzt werden kann. Es kann in besonderen Fällen
vorteilhaft sein,
die von dem Laststrom und-der Lastspannung abgeleiteten
und entgegengesetzt gerichteten Ströme direkt in einem geeigneten Gerät, etwa einem
Tauchspulenregler bekannter Bauart,. miteinander zu vergleichen, ,,vobei dann durch
diesen Tauchspulenregler die Ventile eines hydraulischen Stellgliedes betätigt werden.
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Die erfindungsgemäße Impedanzregelung eines Flüssigkeitswiderstandes
ermöglicht die Verwendung desselben innerhalb von Regelkreisen, wenn an die Verstellgenauigkeit
des Stellgliedes, also des impedanzgeregelten Flüssigkeitswiderstandes, höchste
Anforderungen gestellt werden.
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In der Zeichnung wird die Schaltung eines in erfindungsgemäßer Weise,heregelten
Flüssigkeitswiderstandes dargestellt. Der Einfachheit halber wurde hier nur der
Regelkreis für eine Elektrode, die an der Phase T des Drehstromnetzes RST
liegt, dargestellt. In der- gleichen Weise lassen sich jedoch auch die beiden anderen
Phasen regeln, wenn eine getrennte Regelung der drei Phasen gewünscht wird.
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In dem Widerstandsgefäß 1 befindet sich der Elektrolyt 2, innerhalb
dessen die drei beweglichen Elektroden 3, 4 und 5 der Höhe nach verstellbar sind.
In jedem der aus Keramik bestehenden Isolierrohre 6, 7 und 8 befindet sich außer
einer der beweglichen Elektroden 3, 4 und 5 eine der feststehenden, in Stern geschalteten
Elektroden 9, 10 und -11. Die Höhenverstellung der beweglichen Elektrode
5 geschieht über ein von dem Elektromotor 12 angetriebenes Zahnstangengetriebe 13.
_ -Der Laststrom I der Phase T wird mittels des Stromwandlers
14 gemessen. Dieser Stromwandler 14
besitzt eine einstellbare Bürde
15 zur Sollwerteinstellung des Laststromes I, d. h., für jeden beliebig vorzugebendenLaststromI
wird der Potentiometerabgriff der Bürde 15 so gewählt, daß der sekundärseitig fließende
Strom I2 an der Bürde 15 immer die fest vorgegebene Meßspannung Ui erzeugt. Der
Spannungsabfall U zwischen den Elektroden 5 und 11 wird über einen Transformator
16 auf den benötigten Wert U, gebracht.
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Beide Meßspannungen Ui und U2, die als Wechselspannungen vorliegen,
werden durch je einen Gleichrichter 17 und 18 gleichgerichtet und gegeneinander
geschaltet. Die Ausgleichswiderstände 19 und 20 ermöglichen dabei
den Stromfluß der Gleichrichter in jedem Falle.
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Für die dargestellte Schaltung gelten die Beziehungen klI-k2U=u. Daraus
folgt für den Gleichgewichtszustand, der durch 0 = u gekennzeichnet ist:
wo 1l = Untersetzung des Stromwandlers 14 und k2=Untersetzung des Transformators
16.
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Die Spannungsdifferenz-u, die bei Störung des Gleichgewichts (z. B.
durch Temperaturänderung bzw. Konzentrationsänderung des Elektrolyten 2) an dem
Widerstand 21 auftritt, wird zur Aussteuerung eines Stellgliedes, im gewählten Beispiel
des Stellmotors 12, benutzt, der die bewegliche Elektrode 5 über das Zahnradgetriebe
13 so lange gemäß den Vorzeichen von u auf oder ab- verschiebt, bis diese Spannungsdifferenz
u beseitigt ist. Die im dargestellten Beispiel als Brückenschaltung ausgebildete
Vergleichsschaltung ist in der=Zeichrtung-=äls_'gestrichelt umrandeter Block 22
gekennzeichnet. Es kann selbstverständlich auch .irgendeine andere Vergleichsschaltung
verwendet werden, für die im Gleichgewichtszustand Ikl - Uk2 - 0
gilt
und die bei Störung dieses Gleichgewichts eine richtungsabhängige Differenzspannung
u erzeugt. So kann man beispielsweise die beiden Meßspannungen U1 und U2 direkt
in einem Tauchspulenregler miteinander vergleichen, mit dem die Ventile eines hydraulischen
Stellgliedes gesteuert werden.
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Der gestrichelt angedeutete Block 23 enthält eine richtungsempfindliche
Vorstufe bekannter Bauart, die bewirken soll, daß oberhalb eines kleinen Schwellwertes
die vom Block 22 abgegebene Differenzspannung u je nach Polarität in eine vorzugsweise
feste Spannung entsprechender Richtung verwandelt wird, die in einem oder mehreren
nachgeschalteten Leistungsverstärkern 24 (hier ebenfalls nur gestrichelt als Block
angedeutet) verstärkt wird und zur Steuerung eines Stellgliedes, in dem hier gezeigten
Beispiel des Elektromotors 12 dient. In gleicher Weise läßt sich auch ein die Elektroden
bewegender, beidseitig hydraulisch beaufschlagter Kolben steuern, indem die Differenzspannung
u zur richtungsabhängigen Erregung elektromagnetischer Steuerschieber verwendet
wird.
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Der die Vorstufe enthaltende Block 23 kann z. B. aus einer richtungsabhängigen
Relaisstufe oder aus einer richtungsabhängigen Transistorstufe bzw. aus einer Röhrenstufe
bestehen.
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Anstatt den Sollwert durch die Bürde 15 im Strompfad abzugreifen,
kann man ihn auch im Spannungspfad abgreifen. Die beschriebene Impedanzregelung
läßt sich auch bei Gleichstrom und Flüssigkeitswiderständen verwenden, indem der
Stromwandler 14 und der Transformator 16 durch geeignete Meßshunts ersetzt werden.