-
Spannungsgeregelte Gleichrichteranordnung Die Erfindung betrifft eine
spannungsgeregelte Gleichrichteranordnung, die aus einem Ein- oder Mehrphasenwechselstromnetz
gespeist wird, mit einem mindestens zwei Steuerwicklungen aufweisenden selbstsättigenden,
durchflutungsgesteuerten Leistungstransduktor je Phase als Gleichspannungsstellglied
und mit einem den oder die Leistungstransduktoren in Abhängigkeit von der Regelabweichung
der Ausgangsgleichspannung steuernden selbstsättigenden, durchflutungsgesteuerten
Steuertransduktor, wobei eine der Steuerwicklungen des oder jedes der Leistungstransduktoren
vom Steuertransduktor gespeist wird und eine andere als Stabilisierungswicklung
dient und mit einer entsprechenden, der Stabilisierung dienenden Steuerwicklung
des Steuertransduktors in Reihe geschaltet ist.
-
Bei einer bekannten spannungsgeregelten Gleichrichteranordnung dieser
Art wird der zum Aussteuern des Leistungstransduktors benötigte Steuerstrom in einem
Steuertransduktor durch Vergleich des Istwertes Iist mit dem von einem Stromkonstanthalter
gelieferten Sollwert 1"t, gewonnen. Als Sollwert wird von einer aus gesättigten
und ungesättigten Drosseln bestehenden Schaltungsanordnung ein von Netzspannungsschwankungen
unabhängiger Strom geliefert. Als Istwert wird ein der Ausgangsspannung proportionaler
Strom so auf den Steuertransduktor gegeben, daß dieser von der Differenz von Soll-
und Istwert der Amperewindungen aufgesteuer wird.
-
Der bekannte Steuertransduktor weist drei getrennte Wicklungen auf,
wobei der für die Spannungsregelung erforderliche Soll-Ist-Vergleich magnetisch
mit zwei Steuerwicklungen auf dem Steuertransduktor durchgeführt wird. Die Stabilisierung
erfolgt durch die Reihenschaltung einer weiteren Steuerwicklung des Steuertransduktors
mit der Stabilisierungswicklung des Leistungstransduktors.
-
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vereinfachung des Aufwandes
für die durch die Reihenschaltung je einer Wicklung des Leistungs-und des Steuertransduktors
erfolgende Stabilisierung bei derartigen spannungsgeregelten Gleichrichteranordnungen
zu erreichen.
-
Dies wird bei derartigen Anordnungen erfindungsgemäß dadurch ermöglicht,
daß an die Reihenschaltung aus der Stabilisierungswicklung des oder jedes der Leistüngstransduktoren
und der genannten Steuerwicklung des Steuertransduktors eine von der Regelabweichung
abhängige Steuerspannung angelegt ist und somit die genannte Steuerwicklung des
Steuertransduktors sowohl als von der Regelabweichung beaufschlagte Steuerwicklung
als auch als Stabilisierungswicklung arbeitet.
-
Damit ergibt sich der Vorteil, daß die Steuerwicklung des Steuertransduktors
zugleich dessen Stabilisierungswicklung ist, so daß der durch die Erfindung erzielte
Fortschritt darin zu sehen ist, daß mit einer einzigen Wicklung zwei Funktionen,
nämlich Steuerung und Stabilisierung, ausgeführt werden.
-
Bei der Gleichrichteranordnung nach der Erfindung kann zur Speisung
des Arbeitsstromkreises des Steuertransduktors aus dem Wechselstromnetz ein Netzwerk
verwendet werden, dessen Ausgangsspannung sich im umgekehrten Sinn wie seine Eingangsspannung
ändert. Diese Maßnahme ist bei Gleichrichteranordnungen mit steuerbaren Gleichrichterröhren
als Gleichspannungsstellglied bereits bekannt.
-
Besonders vorteilhaft und einfach hinsichtlich des Aufwandes ist eine
Ausführungsform der Erfindung, bei der, wenn die Gleichrichteranordnung aus einem
Dreiphasenwechselstromnetz gespeist wird, jeweils die vom Steuertransduktor gespeisten
Steuerwicklungen der drei für die drei Phasen vorgesehenen Leistungstransduktoren
und jeweils deren Stabilisierungswicklungen untereinander in Reihe geschaltet sind.
-
Bei dieser Ausführungsform dient ein einziger Steuertransduktor zur
Ansteuerung der Steuerwicklungen der drei Leistungstransduktoren.
-
Zur Verdeutlichung der Erfindung werden nun Ausführungsbeispiele an
Hand der Zeichnung beschrieben. Es zeigt F i g. 1 eine schematische Ansicht eines
Gleichspannungsnetzteils nach der Erfindung, F i g. 2 eine abgeänderte Ausführungsform
der in F i g. 1 gezeigten Einrichtung,
F i g. 3 und 4 schematische
Ansichten von Netzwerken, die in den Schaltungen nach F i g.1 und 2 verwendet werden
können, F i g. 5 eine schematische Ansicht eines selbstsättigenden Transduktors,
der in der Schaltung der F i g. 1 verwendet werden kann, F i g. 6 ein Diagramm,
auf das bei der Beschreibung der Arbeitsweise der Erfindung Bezug genommen wird,
und F i g. 7 eine weitere abgeänderte Ausführungsform der in F i g. 1 dargestellten
Schaltungsanordnung. Gemäß der Anordnung nach F i g. 1 wird von einer Wechselstromspeisequelle
10 über einen Stromkreis, der aus einem Transformator 12, Arbeitswicklungen 13 und
14 eines Transduktors 15, einem Gleichrichter 16 mit Gleichrichterelementen
17, 18, 19 und 20 und einer Siebkette 21 besteht, Gleichstrom an die Belastung
11 geliefert. Der selbstsättigende Leistungstransduktor 15 besitzt auch eine Steuerwicklung
22, eine Vormagnetisierungswicklung 23 und eine Stabilisierungswicklung 24, wobei
diese Wicklungen beispielsweise 25, 20 bzw. 500 Windungen haben. Dei Stromkreis,
der den selbstsättigenden Leistungstransduktor 15 und den Gleichrichter 16 enthält,
ist ein magnetischer Verstärkerkreis, der die Ausgangsspannung des Gleichrichters
16 entsprechend dem an die Wicklung 22 gelieferten Steuerstrom einstellt. Die Wicklung
13 ist auf einen ersten Kern 25 (F i g. 5)
aus magnetischem Material gewickelt,
der einen geschlossenen Flußpfad bildet, und die Wicklung 14 ist auf einen zweiten
Kern 26 aus magnetischem Material gewickelt, der einen geschlossenen Flußpfad bildet,
und die Wicklungen 22,23 und 24 sind beiden Kernen gemeinsam. Die Wicklungen
sind in gleicher Weise vom Anfang S zum Ende F gewickelt, wie in F i g. 5 gezeigt
ist. Es kann aber auch ein dreischenkliger Kern verwendet werden, der die Wicklungen
13 und 14 auf den äußeren Schenkeln und die Wicklungen 22, 23 und 24 auf dem Mittelschenkel
trägt. Außerdem kann, anstatt die Wicklungen 22, 23 und 24 darstellungsgemäß auf
beiden Kernen anzubringen, ein Paar von jeder der Wicklungen 22, 23 und 24 verwendet
werden, wobei eine von jeder dieser Wicklungen für jeden der Kerne 25 und 26 bestimmt
ist. Das Stromglättungsfilter 21 umfaßt einen Siebkondensator 27 parallel zu der
Belastung 11 und eine Reihenimpedanz in der Minusleitung. Die Reihenimpedanz des
Filters 21 hat drei parallele Stromzweige. Einer dieser drei Zweige enthält einen
Kondensator 28 und einen Widerstand 29 in Reihe. Ein zweiter Zweig umfaßt eine Induktivität
30, und der dritte Zweig weist einen Kondensator 31 und eine Induktivität 32 in
Reihe auf. Das Filter ist in der Bauart ausgebildet, die in dem USA.-Patent 1568
144 offenbart ist.
-
Zur Speisung der Vormagnetisierungswicklung 23 dient parallel zu der
Belastung eine Reihenschaltung mit einem Widerstand 33, einem Potentiometer 34 und
einem Widerstand 35. Die magnetomotorische Kraft, die in den Kernen 25 und 26 infolge
des Stromes in der Vormagnetisierungswicklung 23 entsteht, wirkt den magnetomotorischen
Kräften entgegen, die in den Kernen 25 bzw. 26 infolge des gleichgerichteten Stromes
entstehen, der durch die Arbeitswicklungen 13 bzw. 14 fließt. Die Reihenschaltung
mit den Widerständen 33, 34 und 35 dient auch als ein Vorbelastungswiderstand parallel
zum Ausgang des Gleichrichters 16. Außerdem können Oberwellenströme, die aus in
der Vormagnetisierungswicklung 23 induzierten Spannungen resultieren, durch diese
Widerstände fließen. Diese Ströme unterstützen wesentlich die Aufrechterhaltung
eines Gleichgewichtes zwischen den jeweils in einer Richtung durch die Arbeitswicklungen
13 und 14 fließenden Strömen. Ein Gleichrichterelement 36 ist parallel zu den Ausgangsklemmen
des Gleichrichters 16 geschaltet. Ein Stromzweig, der aus einem Kondensatoi 37 mit
0,5 #tF und einem Widerstand 38 in Reihenschaltung besteht, ist zwischen den Verbindungspunkt
der Wicklung 13 mit dem Gleichrichterelement 17 an den Verbindungspunkt der Wicklung
14 mit dem Gleichrichterelement 19 Geschaltet.
-
Zur Vermeidung eines Verlustes an Steuerspannung ist es zweckmäßig,
zuzulassen, daß die Ströme in den Arbeitswicklungen 13 und 14 während der Kommutierungsintervalle
auf Null fallen. Während jedes Kommutierunasintervalls fließt der größte Teil des
Stromes in dem Belastungskreis durch das Gleichrichterelement 36, und ein gewisser
Teil des Belastungsstromes kann auch durch die in Reihe liegenden Gleichrichterelemente
20 und 18 fließen. Daher ist während des Kommutierungsintervalls der Teil des Belastungsstromes,
der in dem aus den insgesamt in Reihenschaltung angeordneten Gleichrichterelementen
17 und 19 und Wicklungen 13 und 14 bestehenden Stromzwei- fließt, vernachlässigbar
klein.
-
Parallel zu der Belastung 11 sind Stabilisatorröhren 40 und 41 geschaltet,
um parallel zu einem Widerstand 42 mit z. B. 1.0 000 Ohm eine konstante Bezugsspannung
zu schaffen. Die Anoden und die Kathoden der Röhren 40 und 41 liegen parallel, wobei
die Anoden der Röhren über in Reihe liegende Widerstände 43 und 44. von 500 bzw.
677 Ohm an den positiven Pol der Ausgangsspannung des Leistungstransduktors angeschlossen
sind und die Kathoden der Röhren direkt mit dem negativen Pol verbunden sind. Eine
Zündelektrode der Röhre 40 ist über einen Widerstand 45 von 250 000 Ohm an den positiven
Pol angeschlossen. Eine Zündelektrode der Röhre 41 ist über einen Widerstand 46
von 10 000 Ohm und einen Widerstand 47 von 100 000 Ohm an den Verbindungspunkt der
Widerstände 43 und 44 angeschlossen. Der Verbindungspunkt der Widerstände 46 und
47 ist über einen Kondensator 48 mit 0,25 iiF an die Kathoden der Röhren 40 und
41 angeschlossen. Das Gleichrichterelement 49 mit dem dazu in Reihe Geschalteten
Widerstand 42 ist parallel zu den Röhren 40 und 41 geschaltet. Die Röhre 41 ist
lediglich eine Ersatzröhre und tritt beim Ausfall der Röhre 40 in Funktion. Das
Gleichrichterelement 49 ist so gepolt, daß es für den in der Richtung von der Anode
durch den Widerstand 42 zu der Kathode der Röhre 40 fließenden Strom niederen Widerstand
aufweist.
-
Es ist ein magnetischer Verstärker oder Steuertransduktor 50 vorhanden,
der Arbeitswicklungen 51 und 52, eine Steuerwicklung 53 und einen Gleichrichter
54 mit Gleichrichterelementen 55, 56, 57 und 58 aufweist. Er entspricht in gewisser
Weise dem magnetischen Verstärker, der den selbstsättigenden Transduktor 15 und
den Gleichrichter 16 enthält. Die Wicklungen 51 und 52 können auf Kernen angeordnet
werden wie die Wicklungen 13 und 14 nach F i g. 5, oder sie können auf den entsprechenden
Außenschenkeln eines dreischenkligen Kerns angeordnet
werden. Die
Steuerwicklung 53 kann so angebracht sein wie die Steuerwicklung 22 der F i g. 5.
Ein der Kompensation von durch Netzspannungsänderungen bedingten Lastspannungsschwankungen
dienendes Netzwerk 59, das durch die Wechselstromquelle 10 gespeist wird, liefert
Strom an den Steuertransduktor 50. Das spannungsstabilisierende Netzwerk 59 kann
gemäß F i g. 3 oder 4 ausgebildet sein. Wie später an Hand der F i g. 3 und 4 erläutert
wird, nimmt die Ausgangsspannung dieses Netzwerkes 59 bei Erhöhung der Netzspannung
ab, und umgekehrt. Der Ausgangsstrom des Steuertransduktors 50 wird an die Steuerwicklung
22 des selbstsättigenden Leistungstransduktors 15 geliefert.
-
Der Stromkreis für die Steuerwicklung 53 des Steuertransduktors 50
kann vom Ausgang des Leistungstransduktors über folgenden Stromweg verfolgt werden.
Er umfaßt den Widerstand 35, einen Teil des Potentiometers 34 (bei a), die Stabilisierungswicklung
24, die Steuerwicklung 53 und eine Drossel GO zur Unterdrückung der Oberwellen bis
zu dem Punkt b_. Über den Widerstand 42 schließt sich der Stromkreis zum negativen
Pol des Ausgangs des Leistungstransduktors. Unter normalen Betriebsbedingungen ergibt
sich nur ein kleiner Steuerstrom für den Steuertransduktor 50, und die magnetomotorische
Kraft, die von dem an die Steuerwicklung 53 gelieferten Strom erzeugt wird, reicht
gerade aus, um die magnetomotorische Kraft aufzuheben, die durch den Fluß des Magnetisierungsstromes
in den Arbeitswicklungen 51 und 52 bedingt ist, wodurch der Steuertransduktor so
vormagnetisiert wird, daß sich gemäß der in F i g. 6 dargestellten Kennlinie eine
große Verstärkung ergibt. In dieser Kennlinie ist der durch die Steuerwicklung 53
fließende Steuerstrom als Abszisse und die Ausgangsspannung des Steuerverstärkers
50 als Ordinate eingetragen, wobei der bei Normalbetrieb fließende Steuerstrom durch
die senkrechte gestrichelte Linie markiert ist. Um diesen »Normalwert« des Steuerstromes
zu erhalten, muß das Potential des Punktes a gerade geringfügig positiv gegen das
Potential des Punktes b sein. Wenn dei Steuerstrom klein ist, ist die Spannung am
Widerstand 42 im wesentlichen konstant und etwas kleiner als die Spannung an der
Stabilisatorröhre 40. Die Spannung am Widerstand 35 und an einem Teil des Potentiometers
34 ist der Ausgangsspannung proportional. Diese konstante Spannung und die der Ausgangsspannung
proportionale Spannung sind in dem Steuerkreis zum Erregen der Steuerwicklung 53
entgegengesetzt gepolt. Eine dritte Spannungskomponente in dem Steuerkreis der Wicklung
53 ist eine Übergangs- oder Ausgleichsspannung, die, wie später erläutert wird,
in der Wicklung 24 induziert werden kann. Die Ausgangsspannung kann durch Verstellen
des beweglichen Kontaktes des Potentiometers 34 vergrößert oder verkleinert werden.
Aus F i g. 6 erkennt man, daß der Steuerstrom als negativ in dem normalen Arbeitsbereich
betrachtet werden kann, wo die magnetomotorische Kraft, die durch den Strom in der
Steuerwicklung 53 bedingt ist, der durch die Ströme in den Wicklungen 51 und 52
erzeugten magnetomotorischen Kraft entgegenwirkt.
-
Falls die Belastung unterhalb des vorbestimmten normalen Wertes absinken
sollte, nimmt der an die Steuerwicklung 53 gelieferte Strom ab, d. h., er wird weniger
negativ. In Extremfällen kann sich der Steuerstrom umkehren und positiv werden,
wodurch bewirkt wird, daß die Ausgangsspannung des Steuertransduktors 50 auf einen
Maximalwert ansteigt. Das Anwachsen des von dem Steuertransduktor 50 an die Steuerwicklung
22 gelieferten Stromes entsprechend einer Verminderung der Ausgangsspannung des
Leistungstransduktors vergrößert die Sättigung des oder der Kerne des Leistungstransduktors
15, wodurch wegen der vergrößerten Selbstsättigung der Scheinwiderstand der Arbeitswicklungen
13 und 14 vermindert wird, um dadurch die angenommene Abnahme der Ausgangsspannung
auf ein Minimum zu bringen. Eine Erhöhung der Ausgangsspannung des Leistungstransduktors
bewirkt andererseits, daß sich der an die Wicklung 53 gelieferte Steuerstrom in
negativer Richtung vergrößert, wie in F i g. 6 dargestellt ist. Infolgedessen nimmt
die an die Steuerwicklung 22 gelieferte Ausgangsspannung des Steuertransduktors
50 ab, wodurch eine Vergrößerung des Scheinwiderstandes der Arbeitswicklungen 13
und 14 entsteht, so daß die angenommene Vergrößerung dei Ausgangsspannung des Leistungstransduktors
auf einem Minimum bleibt. Falls die Ausgangsspannung infolge der Abschaltung der
gesamten Belastung oder infolge eines plötzlichen anomalen Anstiegs der Speisespannung
10 jäh ansteigen sollte, vergrößert sich der negative Strom durch die Wicklung 53,
jedoch wird dieser Erhöhung des Steuerstromes durch den erhöhten Spannungsabfall
am Widerstand 42, nachdem der Strom in dem Gleichrichterelement 49 auf Null abfällt,
entgegengewirkt, so daß die Stromzunahme in der Wicklung 53 begrenzt ist. Außerdem
läßt der Widerstand 42, falls die Regelröhre aus ihrer Fassung während des Betriebs
der Schaltung entfernt werden sollte, ausreichenden Strom durch die Steuerwicklung
53 fließen, um die Änderung der Ausgangsspannung auf einen Minimalwert zu vermindern.
-
Eine Vergrößerung des Sättigungsflusses in dem Kern des selbstsättigenden
Leistungstransduktors 15 bewirkt, daß eine Spannung in der Stabilisierungswicklung
24 induziert wird. Diese induzierte Spannung ist so gerichtet, daß sie den Strom
in der Steuerwicklung 53 in der negativen Richtung vergrößert, wie in F i g. 6 dargestellt
ist. Die entstehende Verringerung der Ausgangsspannung des Steuertransduktors 50
und der an die Steuerwicklung 22 gelieferten Spannung bewirkt, daß der angenommenen
Flußänderung entgegengewirkt wird. Somit wirkt diese Gegenkopplung durch die Stabilisierungswicklung
24 des selbstsättigenden Leistungstransduktors 15 so auf die Steuerwicklung des
Steuertransduktors 50, daß Flußänderungen in dem selbstsättigenden Leistungstransduktor
15 verlangsamt werden oder auslaufen, ohne daß die durch einen konstanten Arbeitspunkt
gekennzeichnete Funktion der Regelanlage in irgendeiner Weise beeinträchtigt wird.
Eine zusätzliche Zunahme des Steuerstromes ergibt eine zusätzliche Zunahme der Ausgangsspannung
des Steuerverstärkers 50. Diese Zunahme der Ausgangsspannung wird durch die Transformatorwicklung
zwischen den Wicklungen 22 und 24 im Verhältnis von 500: 25 aufwärts transformiert,
so daß sich die in der Stabilisierungswicklung 24 induzierte Spannung ergibt. Eine
kleine Stromänderung in der Steuerwicklung 53 kann somit eine ziemlich große Spannung
an den Enden der Stabilisierungswicklung 24 infolge der großen Verstärkung in dem
Steuertransduktor 50 und der Spannungsaufwärtstransformierung
zwischen
den Wicklungen 22 und 24 des selbstsättigenden Leistungstransduktors
hervorrufen. Diese in der Stabilisierungswicklung 24 induzierte Spannung
mit definierter Phasenlage ergibt bei dynamischen Bedingungen die Wirkung eines
Widerstandes von ziemlich hohem Wert in dem Steuerkreis, während der Steuerkreis
unter statischen Bedingungen unbeeinflußt bleibt.
-
Es wird bemerkt, daß eine Spannungserhöhung der an den selbstsättigenden
Leistungstransduktor 15
angelegten Speisequelle 10 die Ausgangsspannung
erhöht, bis der Sättigungsflußpegel in dem selbstsättigenden Leistungstransduktor
15 korrigiert worden ist. Wenn der Steuertransduktor 50 direkt von der Speisequelle
10 gespeist würde, würde sich die Ausgangsspannung des Steuertransduktors
50 ebenfalls ansprechend der Zunahme der Netzspannung erhöhen. Die Vergrößerung
der Ausgangsspannung des Steuertransduktors 50 würde den Sättigungspegel in dem
Leistungstransduktor 15 vergrößern und dadurch die Ausgangsspannung noch weiter
erhöhen. Daher ist ein Netzwerk 59, das in F i g. 3 und 4 im einzelnen dargestellt
ist, zum Ausgleichen der Netzspannungsänderungen vorhanden. Die Ausgangsspannung
des Netzwerkes 59 nimmt bei Erhöhung der Netzspannung ab, und umgekehrt. Da der
Leistungsbedarf des Steuertransduktors 50 verhältnismäßig klein ist, kann die Netzspannungsstabilisierung
am wirtschaftlichsten dadurch erreicht werden, daß der Ausgang des Netzwerkes
59 an den Steuerverstärker 50 und nicht an den Leistungstransduktor
angelegt wird.
-
In F i g. 3, die eine Ausführungsform des Netzwerkes 59 darstellt,
ist eine lineare Drossel 61 zwischen eine Klemme 1 und eine Klemme 2 geschaltet.
Es sind auch eine sättigbare Drossel 62 und ein dazu parallelgeschalteter Kondensator
63 vorhanden. Ein Verbindungspunkt der Drossel 62 und des Kondensators 63 ist an
die Drossel 61 zwischen den Klemmen 1 und 2 angeschlossen. Die Klemmen
3 und 4
sind mit dem Transduktor 62 an einem Punkt zwischen seinen
Wicklungsenden leitend verbunden. Die Klemmen 1 und 3 sind Eingangsklemmen, die
an die Wechselstromspeisequelle 10 angeschlossen sind, wie auch in F i g.
1 dargestellt ist. Die beschriebene Schaltung liefert eine Spannung an den Klemmen
2
und 4, die unabhängig von Spannungsschwankungen der Speisequelle
10 im wesentlichen konstant bleibt. Dieser Teil der Kompensationsschaltung
entspricht der Schaltung, die beispielsweise in der Literaturstelle »Elektrotechnische
Zeitschrift«, 30. April 1936, S. 489 ff., offenbart ist. Die Klemmen 2 und
4 sind parallel zu einem Teil der Wicklung oder zu der Primärwicklung eines
Aufwärtsspartransformators 64
geschaltet. Die gesamte Wicklung- oder Sekundärwicklung
des Spartransformators 64 liegt zwischen der Klemme 4 und einer Ausgangsklemme 5.
Die Spannung parallel zu der Sekundärwicklung des Spartransformators 64 ist somit
eine im wesentlichen konstante Wechselspannung, die größer als die Spannung der
Speisequelle 10 ist. Infolge ihrer großen Energie-Speicherung hat diese Schaltung
die Eigenschaft, daß plötzliche Änderungen der Speisespannung eine sehr geringe
Wirkung auf die Spannung zwischen den Klemmen 2 und 4 oder auf die Spannung zwischen
den Klemmen 4 und 5 hervorrufen.
-
Die Eingangsklemme 1 ist mit der Ausgangsklemme 6 leitend verbunden.
Man erkennt, daß die Ausgangsspannung zwischen den Klemmen 5 und 6 gleich der verhältnismäßig
konstanten Wechselspannung an den Enden der Sekundärwicklung des Spartransformators
64, vermindert um die Spannung der Speisequelle 10, ist. Die Ausgangsspannung
an den Klemmen 5 und 6 vermindert sich somit bei Erhöhung der Spannung der Quelle
10, und umgekehrt. Falls gewünscht, könnte auch nur ein Teil der Speisespannung
10 von der Spannung an der Sekundärwicklung des Spartransformators
64 abgezogen werden. Die Größe der Spannungsabnahme an den Ausgangsklemmen
5 und 6 des Netzwerkes kann auf diese Weise für eine bestimmte Erhöhung derNetzspannung
eingestellt werden. Die Spannungsänderung an den Ausgangsklemmen 5, 6 ist im wesentlichen
von der Größe der im wesentlichen konstanten Spannung zwischen den Klemmen
2 und 4 oder von der Spannung zwischen den Klemmen 4 und 5 unabhängig.
Die Zuführung der Spannung von dem Ausgang des Netzwerkes 59 an den Steuertransduktoi
50 hat die Wirkung, den an die Steuerwicklung 22 gelieferten Steuerstrom unmittelbar
und stark zu vermindern, wodurch der Flußsättigungspegel des selbstsättigenden Leistungstransduktors
15 gesenkt wird, um die Wirkung einer Erhöhung der Speisespannung auf die
Ausgangsspannung zu kompensieren.
-
Es wurde gefunden, daß ohne das Netzwerk 59
eine Vergrößerung
der Netzspannung um 7% der normalen Spannung der Quelle 10 eine momentane
Erhöhung der Ausgangsspannung von angenähert 9 % erzeugte. Mit dem Netzwerk 59 hat
sich gezeigt, daß die Momentanabweichungen der Ausgangsspannung von der normalen
Ausgangsspannung innerhalb ± 1% für eine Erhöhung der Netzspannung um 7% bei einem
Belastungsbereich von Null bis zur Vollast liegen. Im Bedarfsfall kann das Stabilisierungsnetzwerk
nach F ig . 3 so abgeändert werden, daß der Aufwärtsspartransformator bereits in
der Regelungsschaltung enthalten ist, so daß ein gesonderter Spartransformator nicht
erforderlich ist. Eine solche abgeänderte Anordnung ist in F i g. 4 dargestellt.
In F i g. 4 sind eine lineare Drossel mit einer Wicklung 65, eine zweite lineare
Drossel mit einer Wicklung 66, eine sättigbare Drossel 67 und ein Kondensator 68
vorhanden. Vorzugsweise sind die Wicklungen 65 und 66 in gleicher Weise auf einen
gemeinsamen Kern ausgehend von den Punkten S1 bzw. S2 und endend an den Punkten
F1 bzw. F2 gewickelt. Der Kondensator 68 ist parallel zu der Drossel 67 geschaltet.
Der an der Wechselstromquelle 10 beginnende Stromkreis kann von der Klemme
1 a über einen aus der Wicklung 65 und einem Teil der Wicklung 67 bestehenden
Stromweg zu der Eingangsklemme 3 a verfolgt werden. Eine im wesentlichen konstante
Wechselspannung wird zwischen den Klemmen 4 a und 5 a aufgebaut, wobei
der diese Klemmen verbindende Strompfad die gesamte Wicklung 67 umfaßt, die von
dem Kondensator 68 und der Wicklung 66 in Reihe überbrückt ist. Die Spannung zwischen
den Klemmen 4 a und 5 a ist größer als die Netzspannung der Quelle 10 infolge
der Wirkung der Aufwärtstransformierung in der Drossel 67, die die Funktionen der
Drossel 62 und des Spartransformators 64 der F i g. 3 erfüllt. Die Spannung
der Speisequelle 10 wird von der aufwärts transformierten, im wesentlichen
konstanten Wechselspannung zwischen den Klemmen 4 a und 5 a abgezogen, um
zwischen den Klemmen 5a und 6a eine Spannung
zu erzeugen, die bei
Erhöhung der Netzspannung abnimmt, und umgekehrt, wobei die Klemme 6 a leitend mit
der Eingangsklemme 1 a verbunden ist.
-
F i g. 2 zeigt eine Anordnung, um an die Belastung 70 eine geregelte
Gleichspannung über einen Gleichrichter von einer Dreiphasenwechselstromquelle 71
zu liefern. Es sind drei Transformatoren mit Primärwicklungen 72, 73, 74 vorhanden,
die in Dreieckschaltung an die Wechselstromquelle 71 angeschlossen sind. Es sind
drei gleichartige Leistungstransduktoren 75, 76 und 77 vorhanden, deren Eingänge
an die Sekundärwicklungen 78, 79 bzw. 80 der Transformatoren angeschlossen
sind. Der selbstsättigende Leistungstransduktor 75 umfaßt zwei Arbeitswicklungen
81 und 82, drei Ausgleichswicklungen 83, 84 und 85, eine Vormagnetisierungs-und
Stabilisierungswicklung 86 und eine Steuerwicklung 87. Die Wicklungen sind vom Anfang
S zum Ende F in der in F i g. 5 dargestellten Weise gewickelt, wobei die Wicklungen
81 und 82 auf verschiedenen Kernen oder auf den Außenschenkeln eines dreischenkligen
Kerns und die übrigen Wicklungen auf beiden Kernen oder auf dem Mittelschenkel des
dreischenkligen Kerns angeordnet sind. Die Wicklungen 86 und 87 können beispielsweise
400 bzw. 100 Windungen haben. Der über die Wicklungen 81 und 82 gelieferte Strom
wird von den Gleichrichterelementen 88 und 89 gleichgerichtet. Der Verbindungspunkt
der Gleichrichterelemente 88 und 89 ist über die Reihenimpedanz 90, die der
Reihenimpedanz des Filters 21 der F i g. 1. entspricht, mit der negativen
Ausgangsklemme verbunden. Ein Kondensator 91 von 30 000 ttF und ein Vorbelastungswiderstand
92 von 10 Ohm sind jeweils parallel zu der Belastung 70 geschaltet. Ein Widerstand
93 ist parallel zu der Wicklung 86 angeordnet. Der Mittelabgriff 94 der Transformatorwicklung
78 ist die positive Ausgangsklemme des Transduktors 75. Sein negativer Ausgang ist
der Verbindungspunkt der Gleichrichterelemente 88 und 89. Ein Gleichrichterelement
95 zwischen negativer und positiver Ausgangsklemme erfüllt denselben Zweck wie das
Gleichrichterelement 36 nach F i g. 1.
-
Der der Sekundärwicklung 79 des zweiten Transformators zugeordnete
Stromkreis entspricht dem Stromkreis, welcher der Sekundärwicklung 78 des ersten
Transformators zugeordnet ist, und die Schaltungsbauteile sind mit den gleichen
Bezugszeichen unter Anhängung des Buchstabens x bezeichnet. Der Stromkreis, welcher
der Sekundärwicklung 80 des dritten Transformators zugeordnet ist, entspricht ebenfalls
dem Stromkreis, welcher der Sekundärwicklung 78 des ersten Transformators zugeordnet
ist, wobei die Schaltungsbauteile mit den gleichen Bezugsziffern unter Anhängung
des Buchstabens y bezeichnet sind. Es sind drei Strompfade vorhanden, welche die
positiven Ausgangsklemmen 94, 94x bzw. 94y mit der positiven Ausgangsklemme für
die Belastung verbinden. Sie umfassen die drei Reihenanordnungen der Wicklungen
83, 84y, 85x, der Wicklungen 83 x, 84, 85 y und der Wicklungen 83 y, 84x, 85. Die
Schaltung dieser Ausgleichswicklungen dient dem Ausgleich der Lastströme in den
einzelnen Phasen.
-
Die Schaltung weist außerdem einen gesonderten Gleichrichter mit den
Stabilisatorröhren 96 und 97 auf, der eine konstante Bezugsspannung liefert. Die
Stabilisatoren 96 und 97 sind parallel geschaltet. Wie in der Ausführungsform nach
F i g. 1 ist der Stabili-Bator 97 eine Ersatzröhre, die nur beim Ausfall des Stabilisators
96 in Funktion tritt. Die konstante Bezugsspannung tritt an dem Widerstand 98 auf.
Zu diesem Zweck ist ein Transformator mit einer Primärwicklung 99 vorgesehen, die
über einen Widerstand 100 an einer Phase der Dreiphasenwechselstromquelle
71 angeschlossen ist. Der Transformator weist zwei Sekundärwicklungen 101 und 102
auf. Ein Gleichrichter 103 umfaßt die Sekundärwicklung 101 und zwei Gleichrichterelemente
104 und 105. Der Verbindungspunkt der Gleichrichterelemente 104 und 105 ist
der positive Anschluß des Gleichrichters 103.
Die Mittelanzapfung der Wicklung
101 ist die negative Ausgangsklemme des Gleichrichters. Ein zweiter Gleichrichter
106 umfaßt die Sekundärwicklung 102
und zwei Gleichrichterelemente
107 und 108, wobei der Knotenpunkt der Gleichrichterelemente 107 und 108 sein positiver
Ausgang und der Mittelabgriff der Wicklung 102 seine negative Ausgangsklemme ist.
Die negative Ausgangsklemme des Gleichrichters 103 und die positive Ausgangsklemme
des Gleichrichters 106 sind leitend verbunden.
-
Die Summe der Ausgangsspannungen der Gleichrichter 103 und 106 dient
zur Speisung der Stabilisatoren 96 und 97. Dies geschieht über entsprechende Wicklungen
der Drosseln 109 und 110. Die Wicklung der Drossel 109 und die Wicklung der
Drossel 110
sind in gleicher Weise auf einem gemeinsamen Kern in der Richtung
von dem Anfangspunkt S zu dem Endpunkt F gewickelt, wie in der Zeichnung dargestellt
ist. Die positive Ausgangsklemme des Gleichrichters 103 ist über einen 100 000-Ohm-Widerstand
111 an eine Zündelektrode des Stabilisators 96 angeschlossen. Die positive Ausgangsklemme
des Gleichrichters 103 ist über die Wicklung der Drossel 109 und einen 100 000-Ohm-Widerstand
112 sowie einen 1.0 000-Ohm-Widerstand 113 in Reihe weiterhin an die Zündelektrode
des Stabilisators 97 angeschlossen. Ein 0,25-J-Kondensator 114 ist von einem Verbindungspunkt
der Widerstände 112 und 113 mit der Kathode des Stabilisators 97 verbunden.
-
Es ist auch ein Steuertransduktor 115 vorgesehen, der Arbeitswicklungen
116 und 117, Gleichrichterelemente 11.8 und 119 und eine Steuerwicklung 120
aufweist. Die Wicklungen 116, 117 und 120 sind auf einem oder mehreren Kernen angeordnet,
wie im Zusammenhang mit F i g. 1 beschrieben wurde. Es ist ferner ein Transformator
vorhanden, der eine Primärwicklung 121 und eine Sekundärwicklung 122 aufweist. Die
Primärwicklung 121 wird von einem Netzwerk 123 gespeist, und zwar vorzugsweise von
der Phase, die auch Strom an die Wicklung 99 liefert. Das Netzwerk 123 entspricht
dem Netzwerk 59 in Fig. 1.
-
Ein Stromkreis kann von der positiven Anschlußklemme für die Belastung
über einen einstellbaren Widerstand 124, die Vormagnetisierungs- und Stabilisierungswicklungen
86y, 86x und 86 in Reihe mit der Steuerwicklung 120 des Steuertransduktors
115
und über den Widerstand 98 zu der negativen Anschlußklemme für die Belastung
verfolgt werden. Dieser Stromkreis bewirkt, daß die Steuerwicklung 120 eine
Spannung führt, die im wesentlichen gleich der Differenz der Ausgangsspannung bei
70 und der im wesentlichen konstanten Bezugsspannung des gesonderten Gleichrichters,
die am Widerstand 98 auftritt, ist. Zusätzlich führt die Steuerwicklung 120 eine
Ausgleichsspannung,
die in den Wicklungen 86y, 86x und 86 bei Änderung des Sättigungsflusses in den
Kernen der Leistungstransduktoren 75, 76 und 77 induziert wird. Ein Vormagnetisierungsstrom
wird über den Widerstand 124, die Wicklungen 86 y, 86 x und 86 und einen Widerstand
125 geliefert. Der Ausgangsstrom des Steuertransduktors 115 gelangt an die Steuerwicklungen
87y, 87x und 87, die in Reihe geschaltet sind.
-
Die Schaltungsanordnung nach F i g. 2 arbeitet in gleicher Weise wie
die Schaltungsanordnung nach F i g. 1. F i g. 2 unterscheidet sich von F i g. 1
insofern, als drei selbstsättigende Leistungstransduktoren mit ihren Gleichrichtern
75, 76 und 77 über individuelle Filteranordnungen 90, 90x und 90y an einen gemeinsamen
Siebkondensator 91 die Ausgangsspannung für eine entsprechende Lastimpedanz 70 liefern.
Ein einziger Steuertransduktor 115 liefert Steuerstrom an die drei Leistungstransduktoren
75, 76 und 77. Diese Anordnung ist naturgemäß weniger kostspielig als eine Anordnung
mit drei getrennten Steuertransduktoren zur Steuerung der drei entsprechenden Leistungstransduktoren.
-
Die Widerstände 93, 93 x und 93 y, die Stromwege für Oberwellenströme
bilden, die in den Wicklungen 86, 86x bzw. 86y induziert werden, begrenzen die Amplitude
der induzierten Spannungen. Daher ist die Hinzufügung einer Drossel zur Unterdrückung
von Oberwellen, wie die Drossel 60 in F i g. 1, in Reihe mit der Steuerwicklung
120 des Steuertransduktors 115 nicht mehr notwendig.
-
F i g. 7 zeigt eine abgeänderte Ausführungsform der Schaltungsanordnung
nach F i g. 1, wobei zur Vermeidung von Wiederholungen die gleichen Bezeichnungen
für die entsprechenden Teile in beiden Figuren verwendet sind. F i g. 7 unterscheidet
sich von F i g. 1 in den folgenden Punkten: Das Netzwerk 59 der F i g. 1 ist in
der Ausführungsform nach F i g. 7 nicht erforderlich. Statt dessen ist der Transformator
12 mit einer zusätzlichen Sekundärwicklung 159 versehen, von der das eine Ende mit
der gemeinsamen Verbindung der Arbeitswicklungen 51 und 52 des Steuertransduktors
50 und das andere Ende mit der gemeinsamen Verbindung der Gleichrichterelemente
56 und 58 verbunden ist.
-
An Stelle der gesonderten Vormagnetisierungs-und Stabilisierungswicklungen
23 bzw. 24 der F i g. 1 ist eine einzige Wicklung 24 in F i g. 7 vorgesehen, um
die Vormagnetisierungs- und die Stabilisierungsfunktion zu erfüllen. Während in
F i g. 1 die magnetomotorische Kraft, die durch den an die Vormab@n.. etisierungswicklung
23 gelieferten Strom bedingt ist, welcher der durch den Strom in den Arbeitswicklungen
13 und 14 hervorgerufenen magnetomotorischen Kraft entgegenwirkt, unterstützt in
F i g. 7 die magnetomotorische Kraft, die durch den an die Vormagnetisierungs-Stabilisierungswicklung
24 gelieferten Vormagnetisierungsstrom erzeugt wird, die magnetomotorische Kraft,
die durch die an die Wicklungen 13 und 14 gelieferten Ströme hervorgerufen wird.
Der Vormagnetisierungsstrom für die Wicklung 24 wird dadurch erzeugt, daß die im
wesentlichen konstante Spannung zwischen den Elektroden der Stabilisatorröhre 40
an den aus der Gleichrichterdiode 49, der Wicklung 24 und dem Widerstand 42 bestehenden
Stromkreis gelangt. In F i g. 7 fließt Ström von dem Brückengleichrichter 54 über
die Anschlüsse S und F in die Steuerwicklung 22, während in F i g. 1 der Strom umgekehrt
über F durch die Steuerwicklung nach S fließt.
-
Da die gesonderte Vormagnetisierungswicklung 23 aus F i g. 1 in F
i g. 7 nicht verwendet wird, ist der Spannungsteiler, der aus einer Reihenanordnung
des Widerstandes 33, des Potentiometers 34 und des Widerstandes 35 besteht, direkt
parallel zu der Belastung 11 geschaltet. Der Punkt a_, der den Schleifkontakt des
Potentiometers 34 darstellt, hat ein geringfügig positives Potential mit Bezug auf
das Potential des Punktes b_, welcher der Verbindungspunkt der Induktivität und
des Widerstandes 42 ist. Das heißt, der Spannungsabfall an dem Widerstand 35 und
an einem Teil des Potentiometers 34 ist größer als der entgegenwirkende Spannungsabfall
an dem Widerstand 42 in dem Reihenkreis, der aus dem Widerstand 35, einem Teil des
Potentiometers 34, der Steuerwicklung 53 des magnetischen Verstärkers 50, der Induktivität
60 und dem Widerstand 42 besteht. Der Strom fließt an dem Punkt F in die Steuerwicklung
53 des Steuertransduktors in F i g. 7 hinein und an dem Punkt S aus dieser Wicklung
heraus, während in F i g.1 der Strom am Punkt S in die Wicklung 53 hineinfließt
und am Punkt F herausfließt.
-
Somit ist ersichtlich, daß der an die Vormagnetisierungs-Stabilisierungswicklung
24 gelieferte Strom in F i g. 7 in einer solchen Richtung fließt, daß der Leistungstransduktor
15 in positivem Sinn vormagnetisiert wird, d. h., daß die Selbstsättigung der Impedanzwicklungen
13 und 14 unterstützt wird und daß der an die Steuerwicklung 22 gelieferte Strom
der Selbstsättigung entgegenwirkt. Die Steuerwicklung 53 des Steuertransduktors
50 ist so geschaltet, daß eine Erhöhung des Steuerstromes in dieser Wicklung infolge
einer Zunahme der Ausgangsspannung bei 11 im positiven Sinn erfolgt, d. h. in einer
solchen Richtung, daß die Selbstsättigung der Arbeitswicklungen 51 und 52 unterstützt
wird. Auf diese Weise bewirkt eine Vergrößerung der Ausgangsspannung eine Erhöhung
des Ausgangsstromes des Gleichrichters 54, der an die Steuerwicklung 22 des sättigungsfähigen
Reaktanzelementes 15 geliefert wird. Der an die Steuerwicklung 22 gelieferte erhöhte
Strom vermindert den Fluß des Mittelschenkels des Leistungstransduktors 15, so daß
sich die Impedanz der Wicklungen 13 und 14 vergrößert, wodurch die angenommene Erhöhung
der Ausgangsspannung auf einem Minimum bleibt.
-
Wenn beispielsweise der Fluß in dem Mittelschenkel des Leistungstransduktors
15 mit der Zeit zunimmt, wird in der Vormagnetisierungs-Stabilisierungswicklung
24 eine Spannung induziert, welche den Punkt F positiv und den Punkt S negativ macht.
Da die Spannung zwischen den Enden der Reihenschaltung aus der Diode 49, der Wicklung
24 und dem Widerstand 42 infolge der Funktion der angeschlossenen Spannungsstabilisatorröhre
40 im wesentlichen konstant ist, bewirkt die Spannungszunahme an der Wicklung 24
eine Verminderung des Spannungsabfalls an dem Widerstand 42. Infolgedessen ergibt
sich eine Ausgleichsabnahme des Potentials des Punktes b_ mit Bezug auf das Potential
des Punktes a. Somit fließt ein größerer Strom von der positiven Ausgangsklemme
bei 11 über den Widerstand 33 und einen Teil des Potentials 34 an den Punkt a, über
die Wicklung 53 von dem Punkt F zu
dem Punkt S über die Induktivität
60 an den Punkt b
und somit über den Widerstand 42 an die negative Ausgangsklemme.
Die Ausgangsspannung des Steuertransduktors 50, die an die Steuerwicklung 22 des
Leistungstransduktors 15, 16 geliefert wird, nimmt somit zu, so daß eine Verminderung
des Flusses in dem Mittelschenkel des Kernes des Leistungstransduktors 15 bewirkt
wird. Der anfänglich angenommenen Flußänderung in dem Kern des Leistungstransduktors
15 wird somit entgegengewirkt. Daher hat die Spannung, die in der Vormagnetisierungs-Stabilisierungswicklung
24 infolge der Änderung des Flusses in dem Kern des Leistungstransduktors 15 induziert
wird, die Wirkung, Flußänderungen zu verlangsamen oder auslaufen zu lassen und auf
diese Weise eine Schwankung der Ausgangsspannung zu verhindern.
-
Das spannungsstabilisierende Netzwerk 59 aus F i a. 1 ist in der Schaltung
nach F i g. 7 aus den folgenden Gründen nicht erforderlich: Beispielsweise bewirkt
eine plötzliche Zunahme der Netzspannung der Quelle 10, daß die Ausgangsspannungen
des Leistungstransduktors 15, 16 und des Steuertransduktors 50, 54 anwachsen. Jedoch
bewirkt der Anstieg des an die Steuerwicklung 22 gelieferten Ausgangsstromes des
Steuertransduktors 50, 54, daß der Fluß in dem Mittelschenkel des Kerns des Leistungstransduktors
1.5 mit der Zeit mit einer Geschwindigkeit abnimmt, die von der Windungszahl der
Steuerwicklung 22 abhängt. Die Windungszahl der Steuerwicklung 22 kann so ausgewählt
werden, daß eine Zunahme oder Abnahme der Netzspannung sehr schnell kompensiert
wird, um die Wirkung einer Netzspannungsänderung auf die Ausgangsspannung des Leistungstransduktors
15,16 auf einem Minimum zu halten.