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Meßkreis für Einrichtungen zur Regelung von Wechselstromgrößen mittels
gittergesteuerter Entladungsstrecken Bei Regeleinrichtungen mit gittergesteuerten
Entladungsstrecken, von denen ein genaues und schnelles Arbeiten verlangt wird,
bereitet die Messung der zu iiberwachenden Größe, z. B. der Spannung eines Wechselstromgenerators,
gewisse Schwierigkeiten. Während nämlich der Regler selbst beliebig genau und nahezu
trägheitslos arbeiten kann, werden diese Vorteile durch Trägheiten oder Ungenauigkeiten
im Meßkreis wieder aufgehoben.
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Bei den bisher bekannten Anordnungen wird zur Regelung der Wechselspannung
entweder der arithmetische oder der quadratische Mittelwert oder aber der Scheitelwert
der zu überwachenden Wechselspannung als Steuergröße benutzt. Bei der Messung des
quadratischen Mittelwertes kann .man die Wärmewirkung des Wechselstromes, z. B.
die Änderung des Emissionsstromes einer im Sättigungsgebiet arbeitenden Hochvakuumröhre
bei Änderung der Heizspannung der Glühkathode, benutzen. Jedoch ist selbst bei direkt
geheizten Röhren die Trägheit einer solchen Anordnung noch so groß, daß sie für
eine ausgesprochene Schnellregelung nicht in Frage kommt. Bei Messung des arithmetischen
Mittelwertes der zu regelnden Wechselspannung muß diese Wechselspannung gleichgerichtet
und die so erhaltene Gleichspannung weitgehend geglättet werden. Diese Glättungseinrichtungen
beseitigen aber nicht nur die Oberwellen der gleichgerichteten Spannung, sondern
bewirken auch, daß Änderungen der zu regelnden Wechselspannungen erst mit Verzögerung
in Erscheinung treten. Bei Messung des Scheitelwertes ist zwar die Regelgeschwindigkeit
genügend
groß, aber die Genauigkeit der Regelung ist zu stark von den Oberwellen abhängig.
Es werden daher falsche Mittelwerte der Wechselspannung vorgetäuscht.
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Me ßkreis für Einrichtungen
zur Regelung von Wechselstromgrößen, z. ß. der Spannung, mittels gittergesteuerter
Entladungsstrecken, bei dem der arithme_ische Mittehvert der zu regelnden Wechselstromgröße,
beispielsweise der Spannung, ohne den oben dargelegten Nachteil überwacht wird.
Gemäß der Erfindung wird die zu regelnde Wechselstromgröße oder eine aus ihr abgeleitete
Wechselspannung über einen Einweggleichrichter einer Reihenschaltung von Induktivität
und Ohmschem Widerstand zugeführt und die am Ohmschen -Widerstand au ftretet:de
Spannung über einen weiteren Einweggleich:-ichter an eine Parallelschaltung von
einem Kondensator mit einem weiteren Widerstand geliefert. Die am Kondensator liegende
Spannung wird dann in bekannter Weise mit einem Sollwert, der, wie üblich, durch
eine an einer Glimmentladungsstrecke abgegriffene, mit umgekehrtem Vorzeichen eingefügte
konstante Spannung dargestellt wird, verglichen und die Differenzspannung den Gitterkreisen
der die eigentliche Regelung bewirizenden Entladungsstrecken zugeführt.
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Ein Ausführungsbeispiel eines solchen Meßkreises ist in Abb. i der
Zeichnung dargestellt. Der Gleichrichter G1, eine Drosselspule L und ein Ohmscher
Widerstand R1 sind in Reihe geschaltet und an das Wechselstromnetz angeschlossen.
Parallel zu dein WiderstandRl liegt ein weiterer Gleichrichter G., der den Kondensator
C auf eine Spannung auflädt, die dem Scheitelwert der am Widerstand R, auftretenden
Spannung entspricht. Der hochohmige Widerstand R, dient zur Entladung des Kondensators
C. Die Differenz zwischen der am Kondensatar auftretenden Spannung und einer konstanten
Vergleichsspannung Vg, die beispielsweise nach bekannter Art mittels der Glimmentladungsstrecke
G1 erzeugt wird, wird über eine hier der Einfachheit halber nicht wiedergegebene
Verstärkeranordnung dem Röhrenregler zugeführt.
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Die Wirkungsweise der Anordnung geht aus dem Diagramm der Abb.2 hervor.
Hier stellt U1 die zu regelnde Wechselspannung dar, die Oberwellen in dem in der
Praxis vorkommenden Ausmaße enthalten kann. Der während der positiven Halbwelle
von Ui über den Gleichrichter Gt, die Drossel L und den Ohmschen Widerstand R1 fließende
Strom J, ruft am Widerstand R, einen Spannungsabfall Ug hervor, der infolge der
Induktivität der Drosselspule gegenüber der Wechselspannung Ui phasenverzögert ist.
In Abb. 2 ist der Maßstab für J$ und U8 so gewählt, daß sich die beiden Kurven decken.
Der Höchstwert des Stromes J, wird erreicht, wenn die Spannung U, gleich der Netzspannung
U. ist, also im Schnittpunkte der beiden Kurven, denn solange die Spannung Ui größer
als die Spannung U, ist, dient der Spannungsüberschuß zur Aufladung der Drossel
L. Ist U1 gleich UK, so ist die am Widerstand R, liegende Spannung gleich der Netzspannung
Ui. S:nkt nun die Spannung U, we;-terliin, so wird infolge der in der Drossel aufgespeicherten
magnetischen Energie ein allmählich abklingender Strom durch den Widerstand R1 fließen,
der erst wieder von neuem einsetzt, wenn U1 positiv ist.
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Der Scheitelwert des Stromes J, und damit der Spannung U, hängt bei
gegebenen Werten von L und R, praktisch nicht von der Kurvenform von Ui ab, sondern
ist genau proportional der Fläche der positiven Halbwelle von Ui vom Nulldurchgang
bis zum Schnittpunkt mit der Spannungskurve U,. In der Abb. 2 ist diese Fläche gestrichelt
dargestellt. Fehler durch Oberwellen können daher nur im letzten Teil der positiven
Halbwelle von U1 nach dem Schnittpunkt mit U, auftreten. Durch geeignete Wahl der
Größen von L und Rt hat man es in der Hand, diese Fehlerquelle beliebig klein zu
machen. Der Scheitelwert der am Widerstand R, liegenden Spannung wird über den Gleichrichter
G.# dem Kondensator C zugeführt und, wie bereits bemerkt, mit der konstanten Vergleichsspannung
Vg der GlimmentIadungsstrecke GL verglichen.
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Die Abb.3 und q. zeigen Anordnungen für einen Drehstrommeßkreis, bei
dem sämtliche Spannungen eines Drehstromsystems zur Messung herangezogen werden.
Dabei ergibt sich der weitere Vorteil, daß die Welligkeit der Spannung am Widerstand
R, wesentlich geringer ist als bei der" Regelung einer einphasigen Wechselspannung.
Während die Abb.3 eine Anordnung mit drei parallel geschalteten Drosseln und einem
einzigen Widerstand R1 darstellt, enthält die in Abb. q. wiedergegebene Ausführungsform
drei verschiedene Kreise mit je einer Drossel L und je einem Widerstand R1, die
über je einen Transformatir an das Wechselstromnetz angeschlossen sind. Die Widerstände
R, der drei Kreise sind hintereinandergeschaltet. Die Arbeitsweise der in Abb.3
und q. dargestellten Ausführungsbeispiele ist im wesentlichen die gleiche wie die
der in Abb. i veranschaulichten Anordnung.
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Die bisher beschriebenen Anordnungen haben aber noch den Nachteil,
daß sie frequenzabhängig sind. Denn da im allgemeinen die Fläche nur einer Spannungshalb.
welle zur Messung herangezogen wird, ergibt
sich bei Frequenzerhöhungen
eine Verringerung dieser Fläche und damit eine scheinbare Spannungserniedrigung.
Umgekehrt wird bei einer Frequenzverminderung durch den Meßkreis eine scheinbare
Spannungserhöhung vorgetäuscht, auch wenn die Generatorspannung während der Frequenzänderung
konstant bleibt. Zur Beseitigung dieses Fehlers darf die Vergleichsspannung nicht
konstant sein, sondern muß sich ebenfalls mit der Frequenz ändern. Eine derartige
verbesserte Ausführungsform ist in.. Abb. 5 dargestellt. Dabei ist mit dem Hauptgenerator
HG ein Hilfsgenerator TD mechanisch gekuppelt.
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Die Gleichspannung dieses Generators wird, gegebenenfalls unter Zwischenschaltung
des Spannungsteilers R3, der konstanten Gleichspannung Vg der Glimmentladungsstrecke
GL entgegengeschaltet und die resultierende Spannung des Hilfsgenerators und der
Glimmentladungsstrecke als Vergleichsspannung benutzt. Die Spannung der Glimmentladungsstrecke
ist dabei vorteilhaft doppelt so groß wie die mittlere Spannung des Hilfsgenerators
zu bemessen. Steigt nun die Antriebsdrehzahl des Generatorsatzes, so nimmt auch
die Spannung des Hilfsgenerators in gleicher Weise zu und demgemäß die resultierende
Vergleichsspannung ab. Umgekehrt nimmt die resultierende Vergleichsspannung zu,
wenn die Frequenz abnimmt, so daß der Frequenzeinfluß auf diese Weise beseitigt
ist.
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Das in Abb. i angegebene Meßprinzip kann auch noch auf andere Weise
verwirklicht werden. So wird ebenfalls eine von Oberwellen unabhängige Spannung
gewonnen, wenn über einen Gleichrichter ein Ohmscher Widerstand und ein damit in
Reihe geschalteter Kondensator gespeist und der Scheitelwert der Kondensatorspannung
gemessen wird. Der Kondensator muß in diesem Falle aber nach jeder Spannungshalbwelle
entladen werden, um zu Beginn der nächsten positiven Halbwelle wieder neu mit seiner
Aufladung beginnen zu können. Außerdem müssen der Kondensator und der damit in Reihe
geschaltete Ohmsche Widerstand so bemessen sein, daß sich der Kondensator jeweils
im Vergleich zur Amplitude der Wechselspannung nur wenig auflädt, genau so wie in
der Anordnung nach Abb. 1 die Scheitelspannung am Widerstand Rl klein im Verhältnis
zur Amplitude von Ul angenommen war.