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Selbsttätiger Spannungsregler mit einem über eine Brückenschaltung
an eine Wechselspannungsquelle angeschlossenen Transformator Die Erfindung betrifft
eine Vorrichtung, mittels welcher die Ausgangsspannung eines Transformators unabhängig
von Änderungen der Eingangsspannung innerhalb vorbestimmter Grenzen selbsttätig
im wesentlichen konstant gehalten werden kann und die aus einem Transformator besteht,
der über eine Brückenschaltung an eine Wechselspannungsquelle angeschlossen ist.
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Es sind Anordnungen für Konstanthaltung der Spannung in Wechselstromkreisen
bekannt, bei denen der Arbeitspunkt einer im Wechselstromkreis liegenden Induktivität
(Drosselspule oder Transformator) auf der Magnetisierungskurve beeinflußt wird,
dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichstromvormagnetisierung dieser Induktivität
abhängig ist von der Stärke der Vormagnetisierung einer zweiten Induktivität (Transformator
oder Drosselspule), deren Arbeitspunkt in Abhängigkeit von dem Unterschied zwischen
der Ist wertspannung und der Sollwertspannung des Verbrauchers beeinflußt wird.
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Ein Nachteil der bekannten Anordnungen liegt darin, daß in diesen
Schaltungen und Bauelemente verwendet werden, die auf Spannungsänderungen merklich
empfindlich sind.
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Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer verbesserten Vorrichtung
der obigen Art, mit der die Spannung an einem gewünschten Punkt des Transformatorausgangskreises
über lange Zeiträume ohne Nachstellung selbsttätig auch bei extremen Änderungen
der Temperatur oder anderer physikalischer Bedingungen im wesentlichen konstant
gehalten werden kann. Dabei soll die Möglichkeit bestehen, daß eine Transformatorausgangsspannung
bei Änderung der Eingangsspannung innerhalb gewisser Grenzen einem bestimmten Verlauf
folgt. Beispielsweise sollen die Arbeits- und Einstellkennlinien der Vorrichtung
durch Wahl der Bauelemente vorher bestimmbar sein, welche die gewünschten Betriebskurven
mit Bezug auf Blindwiderstand und Strom haben.
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Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Brückenschaltung
über ein Paar sich selbst sättigende magnetische Verstärker gesteuert wird und daß
die magnetischen Verstärker Steuerwicklungen haben, die über eine Strombegrenzungsvorrichtung
an den Ausgang des Transformators angeschlossen sind. In der Zeichnung zeigt Fig.
1 ein schematisches Schaltbild der prinzipiellen Schaltungsanordnung, die einen
nach den Lehren der Erfindung ausgebildeten selbsttätigen Regler in Kombination
mit einerAusgleichspannungsvorrichtung und einem Transformator darstellt, Fig. 2
ein vereinfachtes schematisches Schaltbild der Ausgleichspannungsvorrichtung 12
und des Transformators 13, bei dem die Gleichstromwicklungen der Drosselspulen mit
sättigungsfähigem Kern zur Vereinfachung der Darstellung weggelassen sind, Fig.
3 die Magnetisierungskurve für den Spannungsdetektor 70, Fig. 4 eine Zeit-Strom-Kurve
für den Spannungsdetektor 70 vor der Gleichrichtung des Stromes, Fig. 5 eine Zeit-Strom-Kurve
für den Spannungsdetektor 70 nach der Gleichrichtung des Stromes, Fig. 6 eine Wechselstrom-Gleichstrom-Amperewindungskurve
für die magnetischen Verstärker 82 und 84, Fig. 7 die Wechselstrom-Gleichstrom-Regelamperewindungskurve
für den Verstärker 82, wobei die Gleichvorspannungsamperewindungen entgegengesetzt
zu den Wechselstromamperewindungen zwecks Unterbrechung und die Gleichstromregelamperewindungen
in derselben Richtung wie die Wechselstromamperewindungen magnetisieren, Fig. 8
die Wechselstrom-Gleichstrom-Regelamperewindungskurve für den Verstärker 84, wobei
die Gleichvorspannungswicklungen nicht erregt sind und
die Gleichregelamperewindungen
in einem Sinne magnetisieren, der dem der Wechselstromamperewindungen entgegengesetzt
ist, Fig. 9 eine kombinierte Wechselstrom-Gleichstrom-Regelamperewindungskurve für
beide Verstärker 82
und 84, die sich aus Überlagerung der Fig. 7 und 8 ergibt,
Fig. 10 eine Gleichstromamperewindungs-Blindwiderstands-Kurve für die Drosselspulen
mit sättigungsfähigem Kern in der Wheatstoneschen Brückenschaltung, Fig. 11 eine
Spannungs-Gleichstromamperekurve für den Spannungsdetektor, die der in Fig.3 dargestellten
Kurve ähnlich ist, aber eine teilweise unterdrückte Wechselspannungsordinate in
sehr großem Maßstab hat, und Fig. 12 eine vereinfachte schematische Darstellung
der Wheatstoneschen Brückenschaltung und des Transformators.
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Im besonderen in Fig. 1 ist ein nach den Lehren der Erfindung aufgebauter
selbsttätiger Regler 10 in KombinationmiteinerAusgleichspannungsvorrichtung 12 und
einem Transformator 13 dargestellt.
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Der Transformator 13 umfaßt eine Sekundärwicklung 14, zwei Primärwicklungen
16 und 18 und eine Korrekturwicklung 20, die sich darstellungsgemäß auf der Primärweite
befindet, aber als eine weitere Sekundärwicklung arbeitet, wie ausführlicher im
folgenden beschrieben wird.
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Belastungsleitungen 22 und 24 sind mit der Sekundärwicklung 14 verbunden,
und Speiseleitungen 26 und 28 sind an die Primärwicklungen 16 und 18 angeschlossen.
Die aufgedrückte Speisespannung ist mit V1 und die Sekundärspannung mit V2 bezeichnet.
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Die Netzwerkschaltung oder Spannungsausgleichvorrichtung 12, welche
die Größe und Richtung, d. h. die Phasenbeziehung einer Einstellspannung e (Fig.
2), regelt, umfaßt vier Drosselspulen 32, 34, 36 und 38 mit sättigungsfähigen Kernen,
die aus geblättertem Eisen bestehen. Jede sättigungsfähige Drosselspule besitzt
eine Gleichstromwicklung und eine Wechselstromwicklung. In der folgenden Bechreibung
werden die Wechsel- und Gleichstromwicklungen mit 32AC, 32DC, 34AC, 34DC
usw. bezeichnet.
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Die Wechselstromwicklungen der vier Drosselspulen sind miteinander
in einer sogenannten Wheatstoneschen Brückenschaltung (Fig. 1) verbunden, wobei
die Wicklungen 38AC und 32AC zu-
sammen an eine Ecke 40, die Wicklungen
32AC und 34AC gemeinsam an eine Ecke 42, die Wicklungen 34AC und
36AC miteinander an eine Ecke 44 und die Wicklungen 36AC und
38AC gemeinsam an eine Ecke 46 geschaltet sind.
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Ein Leiter 48 verbindet die Ecke 46 mit einer Seite der Primärwicklung
16, und ein Leiter 50 verbindet die Ecke 42 mit einer Seite der Primärwicklung 18,
so daß Energieanschluß für die erwähnte Brückenschaltung hergestellt ist.
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Die andern beiden Ecken 40 und 44 der Brückenschaltung sind an die
Korrekturwicklung 20 über Leiter 52 bzw. 54 angeschlossen.
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Die Drosselspulen in den Brückenzweigen sind so eingestellt, daß diametral
gegenüberliegende Zweige im wesentlichen den gleichen Scheinwiderstand haben. Zur
Erzielung dieses Ergebnisses sind die Wicklungen 32DC und 36DC hintereinandergeschaltet
und in Reihe mit dem Element, das als erste Gleichstromenergiequelle bezeichnet
werden soll (die später ausführlicher beschrieben wird), und einem veränderbaren
Widerstand 56 über Leiter 58 und 60 geschaltet.
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In entsprechender Weise sind die Wicklungen 34DC und
38DC hintereinandergeschaltet und in Reihe mit einer sogenannten zweiten
Gleichstromenergiequelle und einem veränderbaren Widerstand 62 über Leiter 64 und
66' geschaltet.
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Auf diese Weise können durch Regelung der Größen der von der ersten
und zweiten Gleichstromenergiequelle in die Gleichstromwicklungen der Drosseln fließenden
Gleichströme der Wechselstromwiderstand jeder Drosselspule geändert sowie die Größe
und Richtung der injizierten oder Einstellspannung e beliebig geregelt werden.
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Fig. 2 ist ein vereinfachtes schematisches Schaltbild der Spannungsausgleichvorrichtung
12 und des Transformators 13, die in dem unteren Teil der Fig. 1 dargestellt sind,
wobei die Gleichstromwicklungen zwecks besserer übersichtlichkeit weggelassen sind.
Mit Bezug auf diese Figur soll angenommen werden, daß die Speisespannung V1 einen
normalen Wert hat. Wenn die Belastungsspannung V2 normale Kennwerte haben soll,
ist es deshalb erforderlich, daß die Speisespannung V1 gleich der induzierten Spannung
E ist.
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Unter der Annahme, daß die in der Korrekturwicklung 20 induzierte
Spannung in der Richtung verläuft, daß das rechte Ende ein höheres Potential als
ihr linkes Ende hat, liegen der Leiter 52 und die Ecke 40
der Brückenschaltung
30 auf einem höheren Potential als der Leiter 54 und die Ecke 44 des Brückenkreises.
Wenn jedoch die Scheinwiderstände aller Drosselspulen 32, 34, 36 und 38 gleich sind
(wie in Fig.2 schematisch dargestellt ist), sind auch die Spannungsabfälle an den
Drosselspulen 32 bis 38 gleich. Wenn sie außerdem noch in Phase sind, befinden sich
die Ecken 46 und 42 auf gleichem Potential, und die Einstellspannung e (zwischen
den Ecken 42 und 46) ist Null. Dies trifft für solche einfachen Fälle zu, in denen
entweder der Belastungsstrom Null oder klein im Vergleich zu dem Strom ist, der
infolge der in der Korrekturwicklung 20 induzierten Spannung durch die Drosselspulen
fließt. Die Spannung E ist gleich der Spannung V1 plus oder minus der Spannung e,
so daß die Spannung E gleich der Spannung V1 ist, wenn die Spannung e Null ist.
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Wenn andererseits die Spannungsabfälle an den Drosselspulen ungleich
sind, wirkt die Einstellspannung e entweder entgegengesetzt oder im gleichen, unterstützenden
Sinne zu V1 und kann sich von nahe Null bis nahe der in der Korrekturwicklung 20
induzierten Spannung abhängig von den relativen Scheinwiderstandswerten und davon,
welches Drosselpaar den größeren Scheinwiderstandabfall hat, ändern.
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Wie vorher erwähnt wurde, kann der selbsttätige Regler 10, der den
Hauptgegenstand der Erfindung bildet, so ausgebildet werden, daß er auf den Speisestrom,
Belastungsstrom, Sekundärspannung, Belastungsspannung od. dgl. anspricht. Die Beschreibung
ist so abgefaßt, daß der selbsttätige Regler abhängig von der Spannung an der Sekundärwicklung
des Transformators 13 arbeitet.
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Unter erneuter Bezugnahme auf Fig. 1 sind die Leitungen 66 und 68
mit den Ausgangsleitungen 22 bzw. 24 des Transformators 13 verbunden und verlaufen
nach oben, wo sie die Quelle für die Gleichströme bilden, deren Größe geregelt wird
und die durch die beiden Gleichstromenergiequellen zu den
Gleichstromwicklungen
der vier sättigungsfähigen Drosselspulen zurückgeführt werden, wie später ausführlicher
beschrieben wird.
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An die Leitung 66 ist ein Spannungsdetektor 70 angeschlossen, der
als Stromregelventil wirkt und einen üblichen Doppelweg-Brückengleichrichter 72
speist, dessen Ecken mit 74, 76, 78 und 80 bezeichnet sind. Der Spannungsdetektor
70 läßt keinen merklichen Strom hindurch, bevor die Spannung zwischen den Leitungen
66 und 68 einen bestimmten Wert überschreitet. Dann ist die Stromerhöhung direkt
proportional der Spannungszunahme oberhalb des kritischen Wertes. Der Spannungsdetektor
70 besteht vorzugsweise aus einer Spule, die auf einem Kern aus Spezialstahl, z.
B. aus Eisen-Nickel-Legierung, gewickelt ist, so daß eine der Fig. 3 ähnliche Gleichstrommagnetisierungskurve
entsteht. Wie später ausführlicher erläutert wird, ist die Spannungsregelung an
der Sekundärwicklung des Transformators 13 um so besser, je flacher die Kurve oberhalb
des Knickes K verläuft.
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Fig. 3 zeigt, daß der Magnetisierungsstrom i' für den Induktionsbereich
0-B' sehr klein ist. Nachdem die Induktion den Wert B' überschritten hat, erhöht
sich jedoch der erforderliche Magnetisierungsstrom sehr schnell bei sehr geringer
Zunahme der Induktion.
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Die gleiche Kombination von Spule und Kern, die einer aufgedrückten
sinusförmigen 60-Hz-Spannung unterworfen wird, läßt einen kleinen sinusförmigen
Strom hindurch, wie in Fig. 4 (Kurve o-a-c-d-e-g-h) dargestellt ist, hindurch, solange
die maximale Induktion den Wert 0-B' in Fig. 3 nicht überschreitet. Falls für eine
kurze Zeitdauer die maximale Induktion den Wert B erreicht, fließt der verhältnismäßig
große Strom 0-i". In diesem letztgenannten Fall hat der Strom die Form o-a-b-c-d.
In der nächsten Hälfte der Sinuskurve hat die Stromwelle die Form d-e-f-g-h. In
einem Brückengleichrichter, wie etwa dem Gleichrichter 72, der in Reihe mit dem
Detektor 70 liegt, wird der Strom d-e-f-g-h in Fig. 4 umgekehrt, und der gleichgerichtete
Strom auf der Belastungsseite des Gleichrichters hat eine Form, die der in Fig.
5 dargestellten entspricht.
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Fig.4 zeigt die Form des Wechselstromes, wenn der Blindwiderstand
der Spule viel größer als ihr ohmscher Wirkwiderstand ist. Die Verzerrung der Stromwelle
wird geringer, wenn der ohmsche Widerstand in dem Detektorkreis zunimmt, da der
Blindwiderstand in dem Kreis nicht mehr der vorherrschende Faktor ist, und die Ströme
haben eine echte Sinusform, wenn der Kreis nur ohmsche Widerstände enthält. Somit
vermindert sich bei Hinzufügung von ohmschem Widerstand in dem Detektorkreis die
Verzerrung der Stromform. Aber im allgemeinen bleibt die in Fig.5 gezeigte Kennlinie
gleich, sofern die Widerstandsänderung innerhalb annehmbarer Grenzen liegt. Für
eine bestimmte aufgedrückte Wechselspannung ist jedoch der Scheitelwert des Stromes
kleiner als der Scheitelwert, der auftritt, wenn sich kein ohmscher Widerstand in
dem Kreis befindet. Somit ist es erwünscht, einen möglichst niedrigen Wirkwiderstand
in der Detektorwicklung zu haben.
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Andere Arten Spannungsdetektoren können unter der Voraussetzung verwendet
werden, daß ihre Kennlinien so verlaufen, daß sich der Ausgangsstrom sehr schnell
mit jeder Spannungszunahme erhöht, nachdem eine bestimmte Spannung überschritten
ist. Infolgedessen können an Stelle des gerade beschriebenen magnetischen Detektors
verschiedene Arten Vakuum-oder Elektronenröhren verwendet werden. Es können auch
einige Brückenschaltungen für den gleichen Zweck benutzt werden, beispielsweise
eine Brückenschaltung, die aus zwei gegenüberliegenden Zweigen besteht, die Normalwiderstände
enthalten, deren ohmsche Werte von der aufgedrückten Spannung unabhängig sind und
deren andere gegenüberliegende Brückenzweige aus einem Material bestehen, dessen
ohmscher Widerstand sich sehr schnell mit zu- oder abnehmender Spannung ändert.
Der in dem Belastungskreis dieser Brücke fließende Strom ändert sich deshalb sehr
schnell bei jeder Änderung der Eingangsspannung.
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Der Gleichrichter 72, der dem Spannungsdetektor zugeordnet ist, speist
Regelwicklungen, die in den magnetischen Verstärkern in der ersten und zweiten Gleichstromenergiequelle
enthalten sind, die nun beschrieben werden. Wie vorher erwähnt wurde, erzeugen die
erste und zweite Gleichstromenergiequelle die geregelten Ströme für die Gleichstromwicklungen
der Drosselspulen mit sättigungsfähigem Kern in dem Brückenkreis und sind in dem
oberen Teil der Fig. 1 dargestellt.
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Die erste Gleichstromquelle (auf der linken Seite dargestellt) enthält
einen magnetischen Verstärker 82 mit Eigensättigung, der Eisenkerne 86 und 88 aufweist.
Der Kern 86 enthält eine Wechselstromwicklung 90, eine Gleichstromregelwicklung
92 und eine Gleichvorspannungswicklung 94. Der Kern 88 besitzt in entsprechender
Weise eine Wechselstromwicklung 96, eine Gleichstromregelwicklung 98 und eine Gleichvorspannungswicklung
100.
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Ein Leiter 102 verbindet das linke Ende der Wechselstromwicklung 90
mit einem Knotenpunkt 104 über einen Gleichrichter 106. In ähnlicher Weise verbindet
ein Leiter 108 das rechte Ende der Wicklung 96 mit dem Knotenpunkt 104 über einen
Gleichrichter 110. Der Knotenpunkt 104 ist seinerseits über einen Leiter 112 an
die Leitung 68 angeschlossen, die an einer Seite der Sekundärwicklung des Transformators
liegt.
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Die inneren Enden der Wechselstromwicklungen 90
und 96 sind
gemeinsam an einen Knotenpunkt 114 und an einen Doppelweggleichrichter 116 mittels
eines Leiters 118 angeschlossen. Der Gleichrichter hat die Ecken 120, 121, 122 und
123. Die Ecke 122 ist mit der anderen Leitung 66 der Sekundärwicklung des Transformators
über einen Leiter 124 verbunden, und die Ecke 123 ist über den Leiter 60 an die
Wicklung 36DC geschaltet. Die andere Ecke 121 ist mit dem veränderbaren Widerstand
56 über einen Leiter 128 verbunden. Somit sind die Wicklungen 36DC
und
32DC der sättigungsfähigen Drosselspulen über den Gleichrichterkreis 116
verbunden, der von dem Verstärker 82 der ersten Gleichstromquelle gespeist wird.
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Die zweite Gleichstromenergiequelle und der magnetische Verstärker
84 mit Eigensättigung, der die Größe des Gleichstromes bestimmt, der den Wicklungen
38DC und 34DC der sättigungsfähigen Drosselspulen in dem Brückenkreis
zugeführt wird, entsprechen im wesentlichen der Konstruktion der ersten Gleichstromquelle
und des Verstärkers 82, wobei gleiche Teile mit denselben Bezugsziffern unter Hinzufügung
eines Kennzeichens (') bezeichnet sind.
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Die Regelwicklungen 92 und 98 des Verstärkers 82 sind miteinander
verbunden, und das linke Ende der
Wicklung 92 ist über einen Leiter
130 an die Ecke 80 des Gleichrichters 72 angeschlossen. Das entgegengesetzte oder
rechte Ende der Wicklung 98 ist mit einem Ende der Wicklung 98' in dem Verstärker
84 mittels eines Leiters 1.32 verbunden, und das andere Ende der Wicklung 98' ist
an ein Ende der Wicklung 92' geschaltet, deren anderes Ende über einen Leiter 134
an die Ecke 76 des Gleichrichters 72 angeschlossen ist. Somit wird durch den Spannungsdetektor
70 verlaufender Wechselstrom in dem Gleichrichter 72 gleichgerichtet und fließt
durch die hintereinandergeschalteten Regelwicklungen 92, 98, 98' und 92'.
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Außer den Regelwicklungen enthalten die Kerne 86, 88, 86' und 88'
auch Vorspannungswicklunaen 94, 100, 94' bzw. 100'. Wie in Fig. 1 dargestellt ist,
sind die Vorspannungswicklungen 94 und 100 in Reihe mit einer Batterie 136 und einem
veränderbaren Widerstand 138 geschaltet. Obgleich die Wicklungen 94' und 98' nicht
an irgendeine Energiequelle angeschlossen sind, könnten sie in der gleichen Weise
erregt werden. Auch könnten die Vorspannungswicklungen 94 und 100 oder 94' und 100'
Energie von den Leitungen 66 und 68 beispielsweise durch einen Gleichrichterkreis
erhalten. Es ist also lediglich erforderlich, daß aus später zu erläuternden Gründen
eine einstellbare Gleichstromquelle für die Vorspannungswicklungen vorhanden ist.
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Zu der Arbeitsweise des magnetischen Verstärkers 82 ist folgendes
auszuführen: Während einer Halbperiode des Wechselstromes (die im folgenden als
positiv bezeichnet wird) fließt der Strom von der Leitung 68 durch den Leiter 112,
den Gleichrichter 106 und die Wicklungen 90 zu dem Knotenpunkt 114 und zurück durch
den Leiter 118 zu dem Gleichrichter 116 (und den Wicklungen 32DC und 36DC)
und über den Leiter 124 zu der Leitung 66.
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Während der nächsten Halbperiode (die im folgenden als negativ bezeichnet
wird) wird die Stromrichtung umgekehrt, und der Strom fließt von der Leitung 66
durch den Leiter 124, den Gleichrichter 116 (und die Wicklungen 32DC und
36DC) und den Leiter 118 zu dem Knotenpunkt 114 und dann durch die Wicklung 96,
den Leiter 108, den Gleichrichter 110 und den Leiter 112 zu der Leitung 68.
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Auf diese Weise fließt während aller positiven Halbperioden der Strom
durch die Wicklung 90 und während aller negativen Halbperioden durch die Wicklung
96. Infolgedessen besteht der Strom in dem Leiter 118 aus einem positiven Halbperiodenstrom
und einem negativen Halbperiodenstrom, d. h., der Leiter 118 führt einen üblichen
Wechselstrom. Während aller positiven Halbperioden fließt der Strom durch die Wicklung
90 in einer Richtung, um eine Magnetisierung in Pfeilrichtung zu erzeugen, und während
aller negativen Halbperioden fließt der Strom durch die Wicklung 96 in einer solchen
Richtung, daß eine Magnetisierung in Pfeilrichtung erreicht wird.
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Es ist leicht erkennbar, daß für eine bestimmte Wechselspannung zwischen
den Leitungen 66 und 68 der Wert des in den Leitern 112 und 124, 118 fließenden
Wechselstromes hauptsächlich von den Blindwiderständen der Wicklungen 90 und 96
abhängt. Diese hängen ihrerseits von der Größe und Richtung der Gleichströme ab,
die in den Vorspannungswicklungen 94 und 100 sowie in den Regelwicklungen
92 und 98 fließen. Die Wirkung dieser Regel- und Vorspannungswicklungen auf den
Ausgangsstrom der Verstärker wird nun näher erörtert.
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Wenn beispielsweise die erste (positive) Halbperiode der Wechselstromwelle
durch die Hauptwicklung 90 verläuft und den Kern 86 in Pfeilrichtung magnetisiert
und gleichzeitig ein konstanter Vorspannungsgleichstrom von der Batterie 136 durch
die Vorspannungswicklung 94 in solcher Richtung fließt, daß der Kern in demselben
Sinn magnetisiert wird, dann betragen die den Kern magnetisierenden Gesamtamperewindungen
die Summe dieser Gleichstromamperewindungen. Das gleiche Ergebnis wird in dem Kern
88 hergestellt, wenn die Gleichstromamperewindungen der Vorspannungswicklung
100 in derselben Richtung magnetisieren wie die Amperewindungen der Hauptwechselstromwicklung
96, die von der negativen Halbwelle des Wechselstromes erzeugt werden. Infolgedessen
erzeugt der MagnetisierungsefEekt der Wechsel- und Gleichströme eine höhere Induktion
in den Kernen 86 und 88, wenn die Vorspannungswicklungen erregt sind, als wenn sie
nicht erregt sind, d. h. vorausgesetzt, daß die Gleichvorspannungswicklungen 94
und 100 (oder die Regelwicklungen 92 und 98) so geschaltet sind, daß sie in derselben
Richtung wie die Wechselstromwicklungen 90 und 96 magnetisieren. Infolgedessen ist
jeder Kern stärker gesättigt, wenn die Gleichvorspannungswicklungen die von der
Wechselstromwicklung erzeugte Magnetisierung unterstützen, und deshalb ist der obere
oder flachere Teil der Magnetisierungskurve wirksam, und der Blindwiderstand jeder
Wicklung 90 und 96 ist geringer, als wenn die Gleichvorspannungswicklungen 94 und
100 nicht erregt wären.
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Wenn andererseits ein Gleichstrom durch die Vorspannungswicklungen
94 und 100 in einer solchen Richtung geschickt würde, daß er den Wechselstromamperewindungen
entgegenwirkt, würde der Blindwiderstand der Wicklungen 90 und 96 größer sein, als
wenn kein Gleichstrom fließt. Somit ist für eine bestimmte Wechselspannung zwischen
den Leitern 66 und 68 der durch die Hauptwechselstromwicklungen 90 und 96 (sowie
in den Leitern 112 und 118)
fließende Wechselstrom ein Minimum, wenn die Gleichstrommagnetisierung
in den Vorspannungswicklungen 94 und 100 der Wechselstrommagnetisierung entgegenwirkt,
und beträgt ein Maximum, wenn die Gleichstrommagnetisierung die Wechselstrommagnetisierung
unterstützt.
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Mit Bezug auf Fig. 6 zeigen Untersuchungen, daß sich die Größe des
in den Leitern 112 und 118 fließenden Wechselstromes in der angezeigten Weise ändert,
wenn eine feste Wechselspannung zwischen die Leitern 66 und 68 gelegt wird, da die
Größe und Richtung der Wechselstromamperewindungen in den Vorspannungswicklungen
94 und 100 geändert wird, während kein Gleichstrom durch die Regelwicklungen 92
und 98 fließt. Der durch den Verstärker 82 fließende Wechselstrom wird auf der Ordinate
O-AC gemessen, und die Gleichstromamperewindungen sind auf der Abszisse aufgetragen.
Die Gleichstromamperewindungen, welche die Wechselstromamperewindungen »unterstützen«,
sind nach rechts von O gemessen, und die Gleichstromamperewindungen, die den Wechselstromamperewindungen
entgegenwirken, sind nach links von O aufgetragen.
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Wenn eine Gleichstromerregung in den Vurspannungswicklungen 94 und
100 (sowie auch in den Regelwicklungen 92 und 98) vorhanden ist, hat der
durch
die Leiter 112 und 118 fließende Wechselstrom den Betrag von O-1 und hängt von der
»Eigen«-Impedanz des Kreises ab. Wenn ein Gleichstrom in den Vorspannungswicklungen
94 und 1G0 vorhanden ist, der in einer solchen Richtung magnetisiert, daß er die
Wechselstromamperewindungen unterstützt, und die Größe von 0-ü hat, wird der Wechselstrom
auf den Betrag i1 1i vergrößert. Andererseits vermindert sich der Wechselstrom auf
i212, wenn die Gleichstromamperewindungen der Vorspannungswicklungen den Wechselstromamperewindungen
entgegenwirken und die Größe 0-i" haben. Außerdem wird der Wechselstrom Null oder
erreicht einen sehr kleinen Wert, wenn die den Wechselstromamperewindungen entgegenwirkenden
Gleichstromamperewindungen auf 0-i" vergrößert werden. Somit kann der von dem Verstärker
82 wegfließende Wechselstrom von Null oder einem sehr kleinen Wert auf einen Maximalwert
abhängig von der Richtung und Größe des durch die Vorspannungswicklungen 94 und
100 fließenden Gleichstromes geändert werden.
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Bei den obigen Ausführungen ist angenommen, daß die Gleichstrommagnetisierung
in den Kernen 86 und 88 lediglich durch die Vorspannungswicklungen 94 und 100 erzeugt
wird. Jedoch können sich ändernde Werte der Gleichstromamperewindungen auch dadurch
erzielt werden, daß die Vorspannungswicklungen 94 und 100 sowie die Regelwicklungen
92 und 98 erregt werden. Wenn beide Sätze Gleichstromwicklungen in derselben Richtung
magnetisieren, stellt die Summe der Amperewindungen auf Grund der Wicklungen 94
und 92 sowie der Wicklungen 98 und 100
die sich ergebenden Gleichstromamperewindungen
dar, welche die Kerne 86 und 88 erregen. Wenn die beiden Sätze der Gleichstromwicklungen
in entgegengesetzten Richtungen magnetisieren, betragen die resultierenden Gleichstromamperewindungen
die Differenz zwischen den von jedem Wicklungssatz erzeugten Amperewindungen. Im
folgenden wird der durch die Wicklungen 94 und 100 fließende Gleichstrom der Vorspannungsstrom
genannt, und der durch die Wicklungen 92 und 98 fließende Gleichstrom wird als der
Regelstrom bezeichnet.
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Mit Bezug auf Fig. 1 und den Verstärker 82 wird bemerkt, daß die Kerne
86 und 88 dem Magnetisierungseffekt der Vorspannungswicklungen 94 und 100 sowie
der Regelwicklungen 92 und 98 unterworfen werden können. Wenn angenommen wird, daß
ein konstanter Gleichstrom in den Vorspannungswicklungen 94 und 100 (zur Erzielung
einer Dauervorspannung) erzeugt wird, der ausreicht, um Amperewindungen der Größe
0-i3 (Fig. 6) in Gegenwirkung zu der Wechselstromwirkung herzustellen, kann die
Ordinate O-AC nach links bis O'-AU verschoben werden (wie in Fig. 6 gezeigt ist),
wo praktisch kein Strom in den Wechselstromwicklungen vorhanden ist. Daraus ergibt
sich eine Kurve der in Fig. 7 dargestellten Art. Danach ergibt jeder Gleichstrom
in den Regelwicklungen 92 und 98 in der Richtung, in der die Wechselstromwicklungen
unterstützt werden (d. h. in Fig. 7 nach rechts), einen von dem Verstärker 82 wegfließenden
Wechselstrom.
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Mit Bezug auf den Verstärker 84 ist zu erwähnen, daß der normale Strom
0-I (Fig. 6) sein würde und die Ordinate in derselben Stellung bleibt, wenn die
Vorspannungswicklungen 94' und 100' nicht mit einer Energiequelle verbunden sind.
Somit hängt die Größe des von dem Verstärker 84 wegfließenden Wechsel-Stromes davon
ab, ob der Gleichstrom in den Regelwicklungen 92' und 98' die Wechselstrommagnetisierung
unterstützt oder dieser entgegenwirkt. Da der Gleichstrom in den Regelwicklungen
92' und 98' in der Richtung fließt, die der Richtung des Gleichstromes in
den Wicklungen 92 und 98 entgegengesetzt ist, um die Beziehung zwischen dem Verstärker
82 und dem Verstärker 84 graphisch darzustellen (was die Änderung des Wechselstromes
anbelangt, die durch den Gleichstrom in den Regelwicklungen verursacht wird, die
hintereinandergeschaltet sind), ist es jedoch erwünscht, die in Fig. 6 dargestellte
Kurve umzukehren, um das in Fig. 8 dargestellte Ergebnis zu erzielen. Kurz gesagt,
bewirkt jede Erhöhung des Gleichstromes (dessen Richtung der Wechselstrommagnetisierung
entgegenwirkt) eine Verminderung des Wechselstromes.
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Um ein genaues Bild über den von den Verstärkern 82 und 84 wegfließenden
Wechselstrom bei gleicher Änderung des Gleichstromes in den Regelwicklungen 92,
98, 92' und 98' zu machen, ist es deshalb nur erforderlich, die Kurven nach Fig.
7 und 8 zu überlagern, so daß man die in Fig. 9 dargestellte zusammengesetzte Kurve
erhält.
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Wenn die Gleichstromamperewindungen der Regelwicklungen 92, 98, 92'
und 98' jeweils den Wert 5 haben, fließen gleiche Wechselströme von den Verstärkern
82 und 84 zu ihren entsprechenden sättigungsfähigen Drosselspulen in der Wheatstoneschen
Brücke. Wenn andererseits die effektiven Gleichstromamperewindungen der Regelwicklungen
vergrößert werden (wodurch die Wechselstrommagnetisierung in dem Verstärker 82 unterstützt
und in dem Verstärker 84 gehemmt wird), wird der von dem Verstärker 82 wegfließende
Wechselstrom vergrößert und der von dem Verstärker 84 wegfließende Wechselstrom
verkleinert.
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Man erkennt, daß die Form dieser Kurven und die Lage des Schnittpunktes
dadurch beeinflußt werden kann, daß das Verhältnis der Ströme in den Vorspannungswicklungen
94 und 100 im Vergleich zu den Strömen in den Wicklungen 94' und 100' und die Windungszahl
der Regelwicklungen 92 und 98 im. Vergleich mit der Windungszahl der Wicklungen
92' und 98' geändert wird. Zur Erzielung der besten Regelung ist es ratsam, die
Kurven so steil wie möglich und so nahe wie möglich an einer geraden Linie zu halten.
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Es wurde betrachtet, wie der Wechselstromausgang der beiden Verstärker
82 und 84 dadurch geändert werden kann, daß die Größe und Richtung der Gleichstromerregung
der Vorspannungswicklungen 94, 100, 94' und 100' sowie der Regelwicklungen 92, 98,
92' und 98' geändert werden.
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Wie vorher erwähnt wurde, wird der Wechselstrom von dem Verstärker
82 in dem Gleichrichterkreis 116 gleichgerichtet und den Wicklungen 32DC und 36DC
der Drosselspulen mit sättigungsfähigem Kern in der Wheatstoneschen Brücke zugeführt.
In entsprechender Weise speist der Verstärker 84 die Wicklungen 34DC und 38 DC mit
Strom über den Gleichrichterkreis 116'.
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Als nächstes soll untersucht werden, welche Wirkung Gleichstromänderungeninden
Wicklungen 32 DC und 36DC und in den Wicklungen 34DC und
38DC
auf den Blindwiderstand der Zweige X2 bzw. X1 der Wheatstoneschen Brückenschaltung
haben.
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Wenn die Wechselstromwicklung einer Drosselspule mit sättigungsfähigem
Kern, deren Gleichstrom=
wicklung von einer getrennten Gleichstromquelle
erregt wird, in Reihe mit einer bestimmten Belastungsimpedanz geschaltet ist und
eine feste Wechselspannung an den Drosselspulenbelastungskreis gelegt wird, findet
man, daß der Wechselstrom in dem Kreis ein Minimum beträgt, wenn die Gleichstromwicklung
nicht erregt ist, und daß der Wechselstrom zunimmt, wenn die Gleichstromwicklung
erregt ist. Daraus ergibt sich, daß der Scheinwiderstand der Drosselspule ein Maximum
ist, wenn die Gleichstromwicklung nicht erregt ist, und der Scheinwiderstand der
Drosselspule abnimmt, wenn der Gleichstrom anwächst. Eine Kurve, welche die Wirkung
von Änderungen der Gleichstromamperewindungen der Drosselspule auf den Blindwiderstand
jeder sättigungsfähigen Drosselspule in den Zweigen der Wheatstoneschen Brücke zeigt,
ist in Fig. 10 dargestellt. Diese Kurve ändert sich etwas, wenn die erwähnte Belastung
oder die aufgedrückte Spannung geändert wird. Wenn aber diese Änderungen innerhalb
angemessener Grenzen liegen, bleibt die Form der Blindwiderstandskurve im wesentlichen
gleich. Bei der Erörterung der Arbeitsweise der Vorrichtung werden diese geringfügigen
Änderungen vernachlässigt, und die Kurve wird als konstant angenommen.
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In Fig.10 werden die Gleichstromamperewindungen, die in den Gleichstromwicklungen
der sättigungsfähigen Drosselspulen durch die von den Verstärkern 82 und 84 wegfließenden
Gleichströme erzeugt werden, längs der Ordinate auf der linken Seite der Figur gemessen,
und der sich daraus ergebende Blindwiderstand jeder sättigungsfähigen Drosselspule
X1, X1', X2 und X2 ist auf der Abszisse aufgetragen. Somit ist es durch gleichzeitige
Betrachtung der Fig. 9 und 10 möglich, den Blindwiderstand jeder Drosselspule, der
durch einen besonderen durch die Regelwicklungen 92, 98, 92' und 98' fließenden
Strom hervorgerufen wird, graphisch zu bestimmen.
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Falls unter besonderer Bezugnahme auf die Fig. 9 in den Regelwicklungen
fünf Gleichstromamperewindungen vorhanden sind (Abszisse), wird der Ausgang jedes
Verstärkers 82 und 84 4 Ampere Gleichstrom betragen (abgelesen auf der Ordinate
der Fig. 9). Wenn die Gleichstromwicklungen der Drosselspulen hundert Windungen
haben, dann ist die von den 4 Ampere Gleichstrom erzeugte Gleichstrommagnetisierung
gleich vierhundert Amperewindungen, wie man auf der Ordinate auf der linken Seite
der Fig. 10 abliest, was mit der Ablesung »4« in Fig. 9 übereinstimmt. Dann liest
man unten auf der Abszisse in Fig. 10 ab, daß vierhundert Amperewindungen einen
Blindwiderstand von 7/1o Ohm in jeder Drosselspule mit sättigungsfähigem Kern ergeben.
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Wie oben erläutert wurde, wird die Größe des in den Regelwicklungen
92, 98, 92' und 98' fließenden Gleichstromes von der Spannung zwischen den Leitungen
66 und 68 sowie von den Kennlinien des Spannungsdetektors 70 bestimmt. Fig. 3 zeigt
die Größe des durch einen solchen Detektor fließenden Stromes für verschiedene Werte
der aufgedrückten Spannung, wobei diese Kurve aber nicht für einen besonderen Stromkreis
aufgetragen wurde. Insoweit die Spannung an dem Spannungsdetektor 70 der Spannung
zwischen den Leitungen 66 und 68 proportional ist und der durch die Regelwicklungen
92, 98, 92' und 98' fließende Gleichstrom dem durch die Wicklung des Detektors 70
fließenden Wechselstrom verhältnisgleich ist, kann eine Kurve aufgetragen werden
(Fig. 11), welche die gleiche Form wie die Kurve in Fig. 3 hat, die aber die Größe
des Gleichstromes zeigt, der durch die Regelwicklungen für jeden Wert der Wechselspannung
zwischen den Leitungen 66 und 68 fließt (was die gleiche Spannung ist wie an der
Sekundärwicklung des Transformators 13). Diese Spannung soll mit der Vorrichtung,
die den Hauptgegenstand der Erfindung bildet, im wesentlichen konstant gehalten
werden.
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In Fig. 11 ist die Sekundärspannung des Transformators 13 auf der
Ordinate dargestellt, und der in der Regelwicklung erzeugte Gleichstrom ist auf
der Abszisse aufgetragen. Obgleich die »Kurve« tatsächlich gekrümmt ist, ist sie
in dieser Figur als gerade Linie dargestellt, um das Auftragen und das Bestimmen
der Werte zu erleichtern.
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Wenn man von der Sekundärspannung am Transformator 13 ausgeht (Fig.11),
kann der Betrag des in den Regelwicklungen 92, 98, 92' und 98' fließenden Gleichstromes
bestimmt werden. Durch Projizieren dieses Wertes in Fig. 9 oben, so daß er als Gleichstromamperewindungen
ablesbar wird, kann die Größe des von jedem Verstärker wegfließenden Gleichstromes
in Ampere festgestellt werden. Durch weitere übertragung dieses Wertes (oder dieser
Werte) auf die Fig. 10, wo sie als Gleichstromamperewindungen abgelesen werden,
können die Blindwiderstände x1, x2, xi und x2 bestimmt und die Größe der dadurch
erzeugten injizierten Spannung berechnet werden. Größe und Richtung der injizierten
Spannung werden später ausführlich erörtert.
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Vor der Erörterung der prozentualen Regelung, die durch Anwendung
der Erfindung erreicht wird, erscheint es ratsam, zuerst das Problem der Berechnung
des Teiles der sogenannten injizierten Spannung e (Fig. 2 und 12) zu betrachten,
der zu der Spannung V1 an den Primärwicklungen 16 und 18 addiert oder von dieser
subtrahiert wird.
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Mit Bezug auf Fig. 12, die eine vereinfachte Darstellung der Wheatstoneschen
Brückenschaltung 12 und des Transformators 13 ist, wobei die Gleichstromwicklungen
der Drosselspulen X1, X2, Xi und X2' weggelassen sind, sind die Scheinwiderstände
der von den Wicklungen 32AC, 34AC, 36AC und 38AC
gebildeten Brückenzweige
so geartet, daß bei gleichbleibendem oder eingeschwungenem Betriebszustand die Wechselspannung
e, die zwischen den Brückenecken 42 und 46 auftritt, eine solche Größe hat, daß
die vektorielle Summe dieser Spannung e (unter Berücksichtigung des richtigen Vorzeichens)
und der Speisespannung V1 eine Spannung E zwischen den Primärwicklungen 16 und 18
mit einem Wert herstellt, der die gewünschte Ausgangsspannung V., zwischen den Belastungsklemmen
des Transformators 13 ergibt. Wenn sich jedoch die Größe der Speisespannung V1 ändert,
ändert sich auch die Belastungsspannung V2 etwas, und die einseitig gerichtete Magnetisierung
der Drosselspulen X1, X2, X1' und X2 ändert sich infolge der Änderungen der
Größe des durch den Spannungsdetektor70 verlaufendenWechselstromes und der Arbeitsweise
der Verstärkerschaltungen 82 und 84.
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Zum Zweck der Veranschaulichung soll angenommen werden, daß bei Abnahme
der Speisespannung V1 unter ihren Normalwert die einseitig gerichtete Magnetisierung
der Brückenspulen X 1 und X i zunimmt (wodurch eine Verminderung ihrer
Blindwiderstände entsteht) und sich die einseitig gerichtete
Magnetisierung
der Brückenspulen X2 und X2 vermindert (wodurch eine Erhöhung ihrer Blindwiderstände
hervorgerufen wird). Diese Änderungen der Blindwiderstandswerte der Wechselstromwicklungen
der Brückenzweigspulen bewirken, daß die zwischen den Brückenecken 42 und 46 auftretende
Spannung e im Sinne einer Unterstützung von V1 gerichtet ist, so daß die Spannung
E zwischen den Primärwicklungen dicht an ihrem Normalwert gehalten wird. Dies ist
am besten verständlich, wenn man annimmt, daß X1 und X1 auf Null abgesunken sind.
In einem solchen Falle ist es gleichwertig, wenn die Ecke 42 mit der linken Leitung
54 der Korrekturwicklung 20 und die Ecke 46 mit der rechten Leitung 52 verbunden
ist. In diesem extremen Fall hat die Spannung V1 offensichtlich dieselbe Richtung
wie die in der Korrekturwicklung 20 induzierte Spannung, so daß sich diese Spannungen
addieren und zwischen den Wicklungen 16 und 18 aufgedrückt werden.
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In entsprechender Weise vermindert sich bei Erhöhung der Spannung
V1 oberhalb ihres Normalwertes der Blindwiderstand von X_" und der Blindwiderstand
von X1 vergrößert sich, und die injizierte Spannung e hat eine solche Richtung,
daß sie V1 entgegenwirkt und die Spannung E nahe an ihrem Normalwert hält.
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Dieser Spannungseinstellvorgang ist leichter verständlich, wenn man
zuerst die Arbeitsweise der sättigungsfähigen Drosselspulenbrücke 12 betrachtet,
die zwei Sätze Doppeldrosselspulen enthält. Wenn in der Schaltung nach Fig. 12 eine
Spannung e, zwischen zwei gegenüberliegenden Punkten 40 und 44 aufgedrückt wird,
folgt daraus, daß die beiden einander gegenüberliegenden Brückenzweige den gleichen
Blindwiderstandswert und Spannungsabfall haben und daß eine Spannung e zwischen
den Klemmen 42 und 46 der Brücke auftritt. Diese Spannung eist die Differenz zwischen
der Spannung E2 an den Ecken 40-42 und der Spannung El an den Ecken 40-46. Diese
letztgenannte Spannung ist auch gleich der Spannung zwischen den Ecken 42 und 44.
Diese Spannungen sind ihrerseits eine Funktion des Blindwiderstandswertes der Drosselspulen
X1, X,', X2 und Xz und des hindurchfließenden Stromes. Wenn die durch
die Spulen fließenden Ströme bekannt sind, können die Werte El, E, und e mathematisch
bequem bestimmt werden.
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Es wird angenommen, daß die Wheatstonesche Brücke nur aus Blindwiderständen
besteht und daß der Transformator im Leerlauf wie ein Blindwiderstand wirkt. Infolgedessen
sind alle in der Brücke und in dem Transformator 13 fließenden Ströme gleichphasig.
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Der Strom i... fließt in den Drosselspulen X2 und X,', und der Strom
il fließt in den Drosselspulen X1 und X1'. Somit ist die zwischen diesen Spulen
auftretende Spannung E, und El gegeben durch
wobei x1 der Blindwiderstandswert der Drosselspule X1 oder X l' und x, der Blindwiderstandswert
der Drosselspule X2 oder X2 ist. Die Brückenspannung oder die injizierte Spannung
eist gleich El - E2. Somit ist e = il x1, - '2X2" Es ist die Spannung
e, = El -I- E,. Somit ist e, = il x1 + '2X2'.
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Aus dem Obigen folgt:
Sofern x1' = x1 und x.,'= x., ist, ergibt sich
Zur Vereinfachung der Rechnung wird angenommen, daß die zwischen der Ecke 42 und
der Stromquelle und zwischen der Ecke 46 und der Primärwicklung fließenden Ströme
klein sind gegen den Strom, der über den Weg 40-46 und 42-44 fließt. Dieser Betriebszustand
ist beispielsweise vorhanden, wenn der Transformator im Leerlauf oder nur mit geringer
Belastung läuft. In diesem Falle ist, wie vorher erwähnt wurde, der von den Ecken
42 und 46 wegfließende Strom 1 gegen den Strom (1-1--i2) = il vernachlässigbar,
der in den Zweigen 40-46 und 42-44 fließt. Somit ist il = i,. Unter diesen
Bedingungen (i2 = il) nimmt die obige Gleichung folgende Form an:
Falls beispielsweise die Spannung e, der Korrekturwicklung 20 einen Wert von 100
Volt hat und das Verhältnis
ist, beträgt die Brückenspannung e = 0,60 - 100 = 60 Volt.
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Wie oben erwähnt wurde, ist es zur Erzielung einer möglichst angenähert
normalen Ausgangsspannung V2 erforderlich, E so eng wie möglich an dem Normalwert
zu halten. Wenn V1 über den Normalwert hinausgeht, muß somit die Spannung e der
Spannung V1 entgegenwirken, wobei unter solchen Bedingungen x., kleiner als x1 ist.
Wenn V1 unter den Normalwert absinkt, ist es andererseits erforderlich, daß e die
Spannung V1 unterstützt, weshalb x, größer als x1 sein muß. Wenn V1 und V, normale
Werte haben, ist es offenbar erwünscht, daß e gleich Null ist.
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Es soll angenommen werden, daß der Normalwert von V1 1000 Volt und
von V, ebenfalls 1000 Volt beträgt (d. h., daß ein Übersetzungsverhältnis von 1
: 1 vorhanden ist) und daß unter normalen Bedingungen eine EMK von 100 Volt in der
Korrekturwicklung 20 induziert wird.
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Mit Bezug auf Fig. 11 wird angenommen, daß für eine normale Sekundärspannung
von 1000 Volt die Kennlinie des Spannungsdetektors 70 so geartet ist, daß 5 Ampere
Gleichstrom durch die Regelwicklungen 92, 98, 92' und 98' fließen. Die Vorspannungswicklungen
des Verstärkers 84 sollen nicht erregt sein, und der Verstärker 82 soll zwecks Unterbrechung
vorgespannt sein, so daß die Stromkennlinien so verlaufen, wie in Fig.9 dargestellt
ist, und sich bei 5 Ampere schneiden. Wenn 5 Ampere in den Regelwicklungen fließen,
fließen 4. Ampere Gleichstrom von jedem Verstärker 82 und 84 weg, so daß sich
vierhundert
Gleichstromamperewindungen (Fig.10) in den Wicklungen der sättigungsfähigen Drosseln
ergeben. Daraus resultiert ein Blindwiderstand von 0,7 Ohm für jede sättigungsfähige
Drosselspule, und, da die Brücke abgeglichen ist, ist die Spannung e gleich Null.
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Unter der Annahme, daß die Sekundärspannung durch eine Vergrößerung
der Primärspannung V1 auf 1002,5 Volt erhöht wurde, würden 6,2 Ampere Gleichstrom
in den Regelwicklungen fließen, so daß angenähert 2,6 Ampere in dem Verstärker 84
und 5,6 Ampere in dem Verstärker 82 (Fig. 9) entstehen.
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Mit Bezug auf Fig. 10 würde dies zweihundertsechzig Gleichstromamperewindungen
für X1 mit einem entsprechenden Blindwiderstand von 0,96 Ohm und fünfhundertsechzig
Gleichstromamperewindungen für X2 mit einem Blindwiderstand von 0,5 Ohm ergeben.
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Durch Erhöhung der Sekundärspannung V, auf 1002,5 Volt wurde die Spannung
e, der Korrekturwicklung in entsprechender Weise auf 100,25 Volt vergrößert.
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Sofern Vi=E+e und
ist, wird Vi = 1002,5 -I- 32,2, V1 = 1034,7 Volt.
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Vom Standpunkt der Spannungsregelung ergibt eine Vergrößerung der
Speisespannung V1 von 1000 auf 1034,7 Volt (eine Erhöhung um 3,47 0/a) einen Anstieg
der Sekundärspannung V2 von 1000 auf 1002,5 Volt (eine Vergrößerung von nur 0,25
%). Infolgedessen ist das Verhältnis der prozentualen Spannungsänderung:
Anders ausgedrückt betrug die Änderung der Belastungsspannung nur 7,2 % der Änderung
der Speisespannung.
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Bei Betrachtung eines anderen Beispiels soll angenommen werden, daß
sich die Ausgangsspannung V2 von 1000 Volt auf 997,5 Volt vermindert. Daraus ergibt
sich ein Abfall E auf 997,5 Volt, und gleichzeitig wird e, auf 99,75 Volt vermindert.
Das Problem besteht darin, die injizierte Spannung e zu bestimmen und die aufgedrückte
Spannung V1 zu berechnen, welche die verminderte Ausgangsspannung ergibt.
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Mit Bezug auf Fig. 11 wird bemerkt, d'aß eine Sekundärspannung V2
von 997,5 Volt einen Strom von 3,5 Ampere in den Regelwicklungen 92, 98, 92' und
98' bewirkt. Dies ergibt einen Ausgang von 2,6 Ampere von dem Verstärker 82 und
einen Ausgang von 5,6 Ampere von dem Verstärker 84 (Fig. 9). Aus Fig. 10 erkennt
man, daß Xi einen Blindwiderstand von 0,5 Ohm und X2 einen Blindwiderstand von 0,96
Ohm hat. In diesem Falle ist der Wert von x2 größer als x1, so daß e negativ ist.
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Somit ist
Falls V1 = E -f- e, wird V1 = 997,5 -I- (-31,4) = 966,1 Volt.
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Somit ist die Speisespannung von 1000 auf 966,1 Volt (d. h. um 33,9
Volt) abgefallen, während die Sekundärspannung von 1000 auf nur 997,5 Volt (d. h.
um 2,5 Volt) abgefallen ist.
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Infolgedessen hat sich die Speisespannung V1 ge-, ändert um
während sich die Ausgangsspannung V2 geändert hat um
Deshalb beträgt das Verhältnis der prozentualen Spannungsänderung:
was bedeutet, daß die prozentuale Änderung der Ausgangsspannung nur 7,29 % der Änderung
der Eingangsspannung beträgt.
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Somit erkennt man, daß die hier offenbarte neue selbsttätige Regelung
die Sekundär- oder Ausgangsspannung des Transformators unabhängig von verhältnismäßig
großen Änderungen der Speisespannung, im wesentlichen konstant hält.
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Mit Bezug auf Fig. 11 zeigt sich, daß die Regelung verbessert wird,
falls die Kurve für den Spannungsdetektor 70 eine geringe Neigung hat, da dann jede
kleine Änderung der Sekundärspannung einen noch größeren Strom in den Regelwicklungen
92, 98, 92' und 98' mit einer daraus resultierenden größeren Differenz zwischen
den Blindwiderständen von x1 und x2 ergibt.
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In entsprechender Weise führt bei Erhöhung der Neigungen der Kurven
in Fig. 9 eine kleine Änderung des Regelstromes zu einem größeren Unterschied zwischen
dem Blindwiderstand von x1 und x2. Die Ausgangsregelkurve des Transformators kann
auch dadurch verbessert werden, daß die Neigung der Amperewindungs-Blindwiderstandskurve
der sättigungsfähigen Kerndrosseln X1 und X2 geändert wird (Fig. 10). Infolgedessen
erkennt man, daß in großem Umfange Änderungen möglich sind, die eine Spannungsregelung
auf fast jeden gewünschten Wert zulassen.
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Untersuchungen, die an Einheiten vorgenommen wurden, die gemäß den
Lehren der Erfindung aufge= baut waren, haben gezeigt, daß die Sekundärspannung
innerhalb
von ± 0,5 % des Normalwertes gehalten werden kann, wenn sich die Speisespannung
um ± 10 °/o ändert.
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Die Erfahrung hat gezeigt, daß die besten Ergebnisse erhalten werden
(wenn der Transformator nicht induktiv belastet ist), wenn das Verhältnis der Blindwiderstände
und das Verhältnis des Belastungsstromes zu den Strömen in den Drosselspulen bei
Leerlauf so gewählt ist, daß der die injizierte Spannung e darstellende Vektor angenähert
konstant bleibt, wenn sich die Speisespannung von -10 auf -1-10% gegenüber dem Normalwert
ändert.
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Es ist auch experimentell und theoretisch bestimmt worden, daß diese
Regelvorrichtung auch die Ausgangsspannung des Transformators in engen Grenzen hält,
wenn die Speisespannung konstant gehalten und die Belastung des Transformators geändert
wird oder falls eine Kombination von Belastungs- und Speisespannungsänderung auftritt.
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Es wird auch bemerkt, daß keine umlaufenden Teile vorhanden sind und
daß der Regler aus üblichen Einheiten, wie beispielsweise Spulen, Widerständen,
Gleichrichtern u. dgl., besteht, die überaus lange Betriebslebensdauer haben und
eine grobe Handhabung sowie extreme Temperaturänderungen überdauern. Zusammengefaßt
kann festgestellt werden, daß ein nach den Lehren der Erfindung gebauter selbsttätiger
Regler auf die gewünschte Regelung eingestellt werden kann und dann nicht mehr Wartung
erfordert als der damit gemeinsam verwendete Leistungstransformator.
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Somit erkennt man, daß ein neuer selbsttätiger Regler geschaffen worden
ist, der alle angestrebten Aufgaben, Ziele und Vorteile erreicht hat.
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Selbstverständlich ist die vorstehende Beschreibung und die Zeichnung
nur zur Veranschaulichung als Beispiel gegeben. Die Abänderungen der vorliegenden
Offenbarung, die den Fachleuten naheliegen, werden als innerhalb des Rahmens der
Erfindung befindlich betrachtet, die nur durch die folgenden Ansprüche begrenzt
ist.