DE642508C

DE642508C - Einrichtung zur selbsttaetigen Regelung der Spannung elektrischer Maschinen mittels gittergesteuerter Dampf- oder Gasentladungsstrecken in Gleichrichterschaltung

Info

Publication number: DE642508C
Application number: DEA64244D
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Claus Froehmer
Original assignee: AEG AG
Current assignee: AEG AG
Priority date: 1931-11-26
Filing date: 1931-11-26
Publication date: 1937-03-06

Description

Die Erfindung· betrifft eine Einrichtung zur selbsttätigen Regelung' der Spannung elektrischer Maschinen mittels gittergesteuerter Dampf- oder Gasentladungsstrecken in Gleiehrichterschaltung unter Verwendung einer von der zu regelnden Spannung beeinflußten, aus einer konstanten oder veränderlichen Wechselspannungskomponente und einer veränderlichen Gleichspannungskomponente bestehenden Gitterspannung. Die Einrichtung soll dem Zweck dienen, einerseits eine sehr empfindliche selbsttätige Spannungsregelung zu erhalten, anderseits aber ohne Beeinträchtigung dieser großen Empfindlichkeit den Sollwert der zu regelnden Spannung in praktisch beliebig weiten Grenzen auf möglichst einfache und. den Charakter des Regelvorgangs nicht beeinflussende Art verstellen zu können.

Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß als veränderbare Gleichspannungskomponente der Spannungsabfall an einem in den Gitterkreisen der Dampf- oder Gasentladungsstrecken angeordneten Wider stand verwendet wird, der von einem Differenzstrom aus den Angdenströmen zweier parallel geschalteter Elektronenröhren durchflossen wird, wobei "das Gitter der einen Röhre an leine der zu überwachenden Spannung proportionale Spannung angeschlossen und die Gitterspannung der anderen Röhre entsprechend dem gewünschten Sollwert der zu überwachenden Spannung eingestellt wird.

Ein'Ausführungsbeispiel und die Wirkungsweise einer solchen Einrichtung seien an Hand der Zeichnungen näher erläutert. In Abb. 1 ist der zu regelnde Generator mit r bezeichnet. Er arbeitet auf ein Netz 2. Die FeId- - wicklung 3 des Generators erhält ihren Strom von den gittergesteuerten Dampf- oder Gasentladungsstrecken 4 und 5. Beide Entladungsstrecken werden in Vollweggleichrichterschaltung über den Transformator 6 aus dem Netz 2 gespeist. Die Feldwicklung 3 des Generators ist an die Kathoden der Ent-. ⁴S ladungsstrecken 4 und 5 und an den Mittelpunkt des Speisetransformators 6 angeschlossen. Die Gitter der Entladungsstrecken erhalten ihre Spannung von dem Transformator 7 über die Strombegrenzungswiderstände 9 und ro. Außerdem ist in den Gitterkreisen der beiden Entladungsstrecken, und zwar in dem beidien Gitterkreisen gemeinsamen Zweig zwischen dem Mittelpunkt der Sekundärwicklung des Gittertransformators 7 und der gemeinsamen Kathodenleitung, noch ein Widerstand 8

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Dr.-Ing. Claus Fröhmer in Berlin-Charlottenburg.

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angeordnet, dem die den eigentlichen Regelvorgang bewirkende Gleichspannung zugeführt wird.

Diese Gleichspannung ist abhängig von dea;y - 5 Abweichungen der zu regelnden Spannung] des Netzes 2 von ihrem Sollwert. Sie wirü^ erfindungsgemäß mit Hilfe der beiden Elek'" tronenröhren 11 und 12 erzeugt. Diese beiden Elektronenröhren erhalten ihre Speisespanto nung von dem Hilfsgleichrichter 13, der über den Transformator 14 ebenfalls aus dem Netz 2 gespeist wird. Von diesem Gleichrichter wird .eine der zu regelnden Netzspannung entsprechende Gleichspannung erzeugt. Als Gleichrichter wird ein Doppelweggleichrichterrohr verwendet, und der Gleichstromkreis verläuft von der Kathode dieses Rohres über die Glätrungsdrossel 15 und einen Spannungsteilerwiderstand 16 nach dem NuIlao punkt 17 des Transformators 14.

Parallel zu dem Widerstand 16 liegen in Parallelschaltung die beiden Elektronenröhren 11 und 12. In Reihe zu jeder liegt je ein Widerstand 18 bzw. 19. An dem Punkt 20 des Widerstandes 16 wird die Gitterspan-• nung der Röhre 11 abgegriffen. Da die Spannung an dem Widerstand 16 der Spannung des Netzes 2 entspricht, macht das Gitter der Röhre 11 alle Spannungsschwankungen des Netzes 2 mit. Um eine gewisse Dämpfung in die Regelgeschwindigkeit einzuführen, liegt parallel zu dem Gitterwiderstand der Kondensator 21 zwischen den Punkten 22 und 23. Das Gitter der Röhre 12 ist mit einem Punkt 29 des Widerstandes 19 verbunden. An den Punkten 24 und 25 der Röhren 11 und 12 sind die Enden des Widerstandes 8 über die Glättungsdrosseln ι So und 150 angeschlossen. An die Sekundärklemmen des Transformators 14 sind außer dem Gleichstromkreis noch die beiden Impedanzen 26 und 27 angeschlossen. 26 ist eine reine Reaktanz, und 27 ist ein rein Ohmscher veränderbarer Widerstand. An dem Mittelpunkt 17 der Transfbrmatorsekundärwicklung und dem Verbindungspunkt 28 der beiden Impedanzen ist die Primärspannung für den Transformator 7 abgenommen.

Die Einrichtung arbeitet folgendermaßen: go Verwendet man für die Elektronenröhren 11 und 12 Röhren gleicher Charkteristik, so sind bei gleichen Gitterspannungen auch die Anodenströme der Röhren gleich groß. Die Punkte 20 und 29, an denen die Gitterpotentiale für die Gitter der beiden Röhren abgenommen werden, sind nun so eingestellt, daß bei richtig eingeregelter Spannung des Netzes 2 die beiden Anodenströme gleich groß sind. Die Widerstände 18 und 19 werden dann ebenfalls gleich groß bemessen. Es herrscht dann zwischen den Punkten 24 und 25 kein Potentialunterschied. Ändert sich dagegen die Spannung des Netzes 2, so ändert sich auch . die an dem Widerstand 16 liegende Gleich-' spannung und damit auch die Gitterspannung • der Röhre 11. Die Anodenströme der beiden . Röhren weichen jetzt voneinander ab. Es entsteht ein Spannungsunterschied zwischen den Punkten 24 und 25, der einen entsprechenden Strom über den Widerstand 8 zur Folge hat.

Die Verhältnisse sind an Hand der Abb. 2 leicht zu übersehen. Die in der Abbildung links gezeichnete Kurve stellt die Charakteristik der Röhre 11 und die rechts gezeichnete Kurve die Charakteristik der Röhre 12 dar. i_ail bzw. i_ai2 sind die beiden Anodenströme und e_e die Gitterspannungen. Besitzt die Netzspannung ihren Sollwert, so ist die Gitterspannung in beiden Röhren gleich e_g„. Steigt oder fällt die Netzspannung, so ändert sich die Gitterspannung der Röhre 11 auf e_E1 oder £_g2, und es entsteht ein über den Widerstand 8 fließender Strom Δ /„. Die Richtung dieses Stromes (-j- oder —) ist davon abhängig, ob die veränderte Gitterspannung der Röhre 11 größer oder kleiner als e_gn ist. Die Größe des Stromes Δ i_a und damit auch die Größe des Spannungsabfalles in dem Widerstand 8 ist proportional den Abweichungen der Netzspannung des Netzes 2 von dem Sollwert. Die beschriebene Schaltung hat den besonderen Vorteil, daß die Verhältnisse unabhängig von der Anodenspannung bleiben, da sich die Charakteristiken der beiden Rohren bei Änderungen der Anodenspannung nur gleichmäßig nach rechts oder links verlegen können.

In dem in Abb. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel wird der dem Widerstand 8 zu- too geführte Strom zur Steuerung des von den Dampf- oder Gasentladungsgefäßen 4 und 5 gelieferten Erregerstromes der Feldwicklung 3 des Generators 1 verwendet. Durch, Änderung der Größe des Gleichstromspannungsabfalles an dem Widerstand 8 wird das Gitterpotential der Dampfentladungsgefäße 4 und 5 relativ zu ihrem Anodenpotential gehoben oder gesenkt. Hierdurch verändern sich diejenigen Zeiten, während denen Gitter und Anode no gleichzeitig positiv oder negativ sind und damit auch der Zündmoment und der Effektivwert des von den Gefäßen 4 und 5 gelieferten Erregerstromes.

Die Wirkungsweise der Regelung ist im einzelnen aus den Abb. 3 und 4 zu ersehen. In diesen Abbildungen stellt βΑ die Anodenspannung und e_g die Gitterspannung der Entladungsgefäße 4 und 5 dar. A, B und C sind drei verschiedene Regelfälle. Solange die zao Netzspannung gleich ihrem Sollwert ist, ist ein Spannungsabfall in dem Widerstand 8

nicht vorhanden. Es stellt sich dann der Fall C ein. Die Gitterspannung an den Entladungsgefäßen ist eine reine Wechselspannung, die voii dem Transformator 7 geliefert wird. Durch die Phasenlage der Gitterspannung gegenüber der Anodenspannung wird der Zündpunkt des Anodenstromes bestimmt. Die Zündung tritt dabei immer ein, wenn die Gitterspannung^ die unterhalb der positiven Anodenspannungshalbwellen punktiert eingezeichnete Zündkennlinie schneidet. Die gestrichelte Fläche deutet diejenigen Zeiten an, in denen ein Anodenstrom fließt.

Ändert sich die Netzspannung, so liefern die Elektronenröhren 11 und 12 einen positiven oder negativen Strom, der in dem Widerstand 8 >eine positive oder negative Gittervorspannung für die Dampfentladungsgefäße erzeugt. Bei negativer Vorspannung ergibt sich Fall A. Das Gitterpotential senkt sich gegenüber dem Anodenpotential, und der Zündpunkt tritt später ein. Auch in diesem Falle tritt die Zündung ein, wenn die Gitterspannung £g die punktierte Zündkennlinie schneidet.

Der Effektivwert des Anodenstnomes und damit die Erregung des Generators 1 werden kleiner. Im Fall B ist die Gittervorspannung größer, so daß der Zeitpunkt früher eintritt, und zwar wieder, wenn 'die Gitterspannungen e_g die punktiert gezeichnete Zündkennlinie schneidet, wodurch die Erregung des Generators 1 sich vergrößert.

Die Phasenverschiebung der durch den Transformator 7 zugeführten Gitterwechselspannung gegenüber der Anodenspannung ist konstant. Sie wird eingestellt durch'Änderung

des Widerstandes 27. . .

- Der Sollwert der einzuregelnden Spannung ist durch die Phasenverschiebung zwischen Gittefwechselspannung und Anodenspannung und durch die Einstellung der Elektronenröhren bedingt. Durch Änderung des Widerstandes 27 in Verbindung mit einer Verschiebung des . Punktes 29 kann in einfachster Weise jede beliebige Sollspannung eingestellt werden, auf die das Netz 2 geregelt werden soll. In Abb. 4 ist das Liniendiagramm für eine derartige Regelung auf eine höhere Sollspannung als in Abb. 3 dargestellt. Der Widerstand 27 ist in diesem Falle vergrößert und der Punkt 29 nach 29' gewandert. Die Gitterwechselspannung, die durch den Trans-' formator 7 den. Gittern der Dampfentladungsgefäße zugeführt wird, eilt jetzt der Anodenspaifnung um weniger als 90⁰ nach, und die normale Gitterspannung e_gn der Elektronenröhren 11 und 12 ist kleiner geworden. Im Fall C (Abb. 4) sind wieder die Verhältnisse bei richtiger Spannung dargestellt. Entsprechend dem bei der größeren Netzspannung erforderlichen größeren Erregerbedarf ist die Zeit, während der der Anodenstrom fließt, größer geworden. Fail A zeigt die Verhältnisse bei der Regelung mit negativer Gleichstromvorspannung und Fall .B bei der Regelung mit positiver Gleichstromvorspannung.

Um die Regelgeschwindigkeit zu erhöhen und um Überreglungen zu vermeiden, ist in Abb. ι 'eine Rückführung punktiert eingezeichnet. An den Klemmen der. Erregerwicklung 3 liegt eine Reihenschaltung eines Widerstandes und eines Kondensators. Bei jeder Änderung der Erregerspannung wird der Kondensator umgeladen. Es fließt dann durch den Widerstand ein Entlade- oder Aufladestrom, der in dem Widerstand einen Spannungsabfall erzeugt. Dieser Spannungsabfall wird als Zusatzspannung benutzt, die zwischen den Punkten 20 und 22 zu der Gitterspannung der Röhre 11 addiert oder subträniert wird. Auf diese Weise ist es möglich, die Kapazität 21 sehr klein zu halten und trotzdem ein Überregeln zu vermeiden, da der Abschluß des Regelvorganges dem Gitter schon vorzeitig vorgetäuscht wird.

Für die Erzeugung der Zusatzspannung können statt der Erregerspannung an der Feldwicklung 3 auch die Änderungen des Erregerstromes oder des den Röhren r 1 und entnommenen Differenzstromes verwendet werden.

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur selbsttätigen Regelung der Spannung elektrischer Maschinen mittels gittergesteuerter- Dampf- oder Gaslentladungsstrecken in Gleichrichterschaltung unter Verwendung einer von der zu regelnden Spannung beeinflußten, aus einer _lOo konstanten oder veränderlichen Wechselspannungsk'omponente und einer veränderlichen Gleichspannungskomponente bestehenden Gitterspannung, dadurch gekennzeichnet, daß als veränderbare Gleichspannungskomponente der Spannungsabfall an 'einem in den Gitterkreisen der Dampf- oder Gasentladungsstrecken angeordneten Widerstand (8) verwendet wird, der von einem Differenzstrom aus den no Anodenströmen zweier parallel geschalteter Elektronenröhren (11, 12) durchflossen wird, wobei das Gitter der einen Röhre (11) an eine der zu überwachenden Spannung proportionale Spannung angeschlossen und die Gitterspannung der anderen Röhre (12) entsprechend dem gewünschten Sollwert der zu überwachenden Spannung eingestellt wird.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe zu jeder Röhre (11, 12) je ein Widerstand

(ι 8, 19) liegt und daß an den Verbindungspunkten - (2 4, 25) zwischen den Röhren und den Widerständen der gewünschte Strom abgenommen wird.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Potential des Gitters der nicht von der zu überwachenden Spannung gesteuerten Röhre (12) an dem mit dieser Röhre in Reihe geschalteten Widerstand (19) abgegriffen wird.

4. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Gitter der von der zu überwachenden Spannung gesteuerten Elektronenröhre (11) zusätzlich, eine dem Differenzstrom der Elektronenröhren (n, 12) proportionale Spannung zugeführt wird.

5. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 4,

■dadurch gekennzeichnet, daß dem Gitter der von der zu überwachenden Spannung gesteuerten Elektronenröhre (11) zusätzlich eine von dem Erregerstrom oder den Änderungen des Erregerstromes bzw. der Erregerspannung der zu regelnden Maschine proportionale Spannung zugeführt wird.

6. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung des Sollwertes der zu regelnden Spannung sowohl eine Verstellung (19, 29) des Gitterpotentials der nicht von der zu überwachenden Spannung gesteuerten Röhre (12) als auch eine Verstellung (27) der Phasenlage der den Gittern der Dampf- oder Gasentladungsstrecken (4, 5) zugeführten Wechselspannung (7) vorgenommen wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen