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Anordnung zur Herleitung einer konstanten Ampe-rewindungszahl aus
einer schwankenden Wechselspannung Für das annähernde Konstanthalten einer Betriebsgröße
unter schwankenden Betriebsbedingungen ist es: notwendig, eine konstante Vergleichsgröße
zur Verfügung zu haben, die als Sollgröße für die zu regelnde Istgröße dienen kann.
Wenn die letztere elektrischer Art ist, wial man öfter auch: eine Vergleichsgröße
elektrischer Art verwenden;, wodurch das Vergleichen erleichtert wird. Eine elektrische
Vergleichsgröße genügender Konstanz gibt es aber im allgemeinen nicht ohne weiteres
im praktischen Betrieb. Die am nächsten konstante Betriebsgröße, die im allgemeinen
verfügbar ist, ist eine Netzspannung, aber diese ist oft Schwankungen vorn roo/o
oder mehr unterworfen. Um aus derselben eine elektrische Vergleichsgröße herzuleiten,
deren Schwankungen bedeutend. kleiner sind, ist es bekannt, an die Spannung zwei
in Reihe geschaltete Transformatoren anzuschließen, von denen der eine gesättigtes
und der andere ungesättigtes Eisen hat und deren Sekundärwicklungen gegeneinandergeschaltet
sind, so daß auf der Sekundärseite ein Strom erhalten wird', der vom Unterschied
zwischen der veränderlichen Induktanz des, gesättigten Transformators und der konstanten
Induktanz des ungesättigten Transformators bestimmt wird.
Durch
diese Anordnung kann man eine Spannung herstellen, die viel weniger von einem konstanten
Wert als die ursprüngliche Spannung abweicht, aber dieses. Ergebnis wird nur durch
eine beträchtliche Aufopferung von Leistung erreicht. Falls der schließlich von
der Anordnung abgegriffene Sollstrom den Verlauf nicht beträchtlich stören soll,
ist es nämlich notwendig, daß er nur einen geringen Teil des Primärstromes der Transformatoren
darstellt.
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Die Erfindung betritt einen anderen Weg zur Herleitung einer für die
Regelung dienen.-den konstanten elektrischen Vergleichsgröße aus einer schwankenden
Wechselspannung, welcher zwar eine etwas umständlichere Ausrüstung, aber hierbei
einen wesentlich kleineren Leistungsverbrauch: erfordert. Gemäß der Erfindung schließt
man an die Wechselspannung zwei Stromkreise an, deren jeder über einen Gleichrichter
eine Gleichstromwicklung auf einer gemeinsamen gleichstromvormagnetisierten Drosselspule
speist. Die eine Wicklung liegt mit einem spannungsempfindlichen und die andere
mit einem konstanten Widerstand in Reihe. Beide Gleichstromwicklungen wirken einander
entgegen und sind: derart bemessen, daß der Differentialquotient der Amperewindungszahil
der mit dem spannungsempfindlichen Widerstand in Reihe geschalteten Wicklung in
bezug auf die Spannung im normalen Arbeitsbereich praktisch gleich dein konstanten
Quotienten zwischen der Amperewindungszahl der anderen Wicklung und der Spannung
wird. Die resultierende Amperewindungszahl der beiden einander entgegenwi.rkendenWicklungen
wird deshalb im normalen Arbeitsbereich konstant und bildet die konstante Vergleichsgröße.
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Unter einer elektrischen Betriebsgröße soll jede in elektrischer Weise
beeinflußbare Betriebsgröße verstanden werden; also auch eine auf elektrischem Wege
erzeugte mechanische Leistung oder die Temperatur eines elektrisch erhitzten Körpers.
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Die zu regelnde Größe kann durch eine besondere Gleichstromwicklung
der gleichstromvormagnetisierten Drosselspule vertreten werden, «.-elche den resultierenden
Amperewindungen der beiden vorher genannten Wicklungen entgegenwirken soll. Falls
die Größe z. B. eine Spannung darstellt, kann sie auf einen Stromkreis wirken, der
die genannte Wicklung in Reihe mit einem Widerstand (gewöhnlich einem Ohmschen Widerstand)
enthält, welcher zwecks Einregelung der Spannung einstellbar sein soll. Man kann
jedoch auch eine zu regelnde Spannung auf eine der beiden zur Schaffung der Vergleichsgröße
dienenden: Wicklungen wirken lassen, und zwar auf die Wicklung, in deren Stromkreis
der konstante Widerstand liegt, in welchem Fall sie der von außen aufgedrückten
Spannung entgegenwirken soll.
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Zwei Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung schematisch
dargestellt. Die Anordnung nach Abb. i bezweckt die Regelung der Spannung eines
von einem Wechselstromnetz über Gleichrichter gespeisten Gleichstromnetzes. Die
'\Vechselstromklemmen sind mit i und die Gleichstromklemmen mit 2 bezeichnet. Zwischen
den ersteren liegen in Reihe die Wechselstromwicklung 3 einer gleichstromvormagnetisierten
Drosselspule und die Primärwicklung eines Transformators d., dessen Sekundärwicklung
an einen den Gleichstrom liefernden Gleichrichter 5 angeschlossen ist. Der Trans
formator ¢ kann, auch entbehrt werden, falls die Wechselspannung einen passenden
Wert hat. Die Gleichstrompole des Gleichrichters sind an die Gleichstromklemmen
2 über eine Selbstmagnetisierungswieklung6 der Drosselspule 3 angeschlossen, wodurch
die Empfindlichkeit der letzteren erhöht wird.
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Außer der genannten Selbstmagnetisierungswicklung besitzt die Drosselspule
3 drei Gleichstromwicklungen ;, £, g. Die Wicklung ;7 ist an die Gleichstromklemmen
2 über einen verstellbaren Widerstand i9 angeschlossen, ihre Amperewindungszahl
vertritt also in einstellbarer Weise die zu regelnde Spannung. Ihre Amperewindungen
wirken der Selbstmagnetisierung entgegen. Die Wicklungen 8 und 9 geben zusammen
die die konstante Vergleichsgröße vertretende Ainperewindungszahl. Um diese konstante
Größe aus der Spannung an den Wechselstromklemmen i unabhängig von kleineren Schwankungen
der letzteren herleiten zu können, sind die Wicklungen 8 und 9 gegeneinandergeschaltet
und an die Wechselspannung über Widerstände verschiedener Art angeschlossen. Die
Wicklung 8 ist über einen Gleichrichter io und in Reihe mit einem spannungsempfindlichen
Widerstand in Form einer Drosselspul-: i i mit gesättigtem Eisen an die Wechselstromklemmen
i angeschlossen, während die Wicklung 9 an denselben Klemmen über einen Gleichrichter
12 in Reihe mit einem konstanten Widerstand in der Gestalt eines Ohmschen Widerstandes
13 liegt. Die Drosselspule i i und der Widerstand 13 sind derart bemessen, daß innerhalb
des: normalen Arbeitsbereiches, d. h. innerhalb der Grenzen, zwischen denen die
Spannung an den Klemmen i im normalen Betrieb schwanken kann, der Differentialquotient
der Amperewindungszahl der Wicklung 8 in bezug auf die Klemmenspannung gleich dem
konstanten Quotienten zwischen der Amperewi.ndun.gszahl der Wicklung 9 und der Klemmenspannung
ist. Auf diese Weise bleibt
die resultierende Ampere,vindungsz,ahl
der beiden. einander entgegenwirkenden Wicklungen 8 und 9 nahezu konstant bei mäßigen
Schwankungen der Spannung zwischen den Klemmen i und kann deshalb als Vergleichsgröße
für die der Gleichspannung proportionale Amperewindungszahl der Wicklung 7 dienen.
Bei einem Sinken der Spannung unterhalb des Normalwertes überwiegt die erstere Amperewindungszahl
und erniedrigt den Spannungsabfall in der gleichstromvormagnetisierten Droisselspule,
so da.ß die Spannung aufrechterhalten, wird. Die Wirkung des Unterschiedes auf die
Drosselspule 3 wird von deren Selbs.tmagnetisierungswicklung 6 verstärkt, so daß
der Unterschied selbst nur sehr klein zu sein braucht. Da die Selb.stmagnetisierung
nur in einem Sinne wirkt, wird: auch ein; Umpolen der gleich@stramvormagneti.sierten
Drosselspule verhindert, falls die Gleichspannung gegebenenfalls über den Soll-,vert
steigen will.
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Der die 3 durchfließende Strom, der die Abweichung der Istgröße von
der Sollgröße vertritt (obgleich er dieser Abweichung nicht notwendigerweise proportional
sein muß, sondern sie in veränderlicher Weise wiedergeben kann), kann auch zur Betätigung
eines sekundären, die Regelung bewirkenden Mittels, z. B. einer größeren gleichstromvormagnetisierten
Drosselspule, verwendet werden. Ein Beispiel einer derartigen Schaltung zeigt Abb.
2, die auch eine besondere Anwendung der Erfindung für Spannungs- und Stromregler
bei der Batterieladung zeigt. Im letzteren Fäill sind besonders folgende Gesichtspunkte
zu beachten. Erstens soll die Batterie. normalerweise unter einer genau konstanten,
nur in kleinerem Maße von ihrer Temperatur abhängigen Spannung stehen, die ihr einen
schwachen Laadestrom zuführt, der zur Vorbeugung der Selbst entladung und schädlicher
chemischer Vorgänge, z. B. der sog. Sulphatislerung bei Bleis,ammlern,, genügt.
Zweitens soll die Möglichkeit vorhanden sein, eine entladene Batterie schnell wieder
aufzuladen, was einen bedeutend stärkeren Strom als die vorher beschriebene Ladung
erfordert und in vielen Fällen. auch einen viel stärkeren Strom als normalerweise
an den vorn der Batterie gespeisten Stromkreis, z. B. bei Zentralbatterien für Fernsprechanlagen,
abgegeben wird. In solchen; Fällen eignet sich besonders die in Abb. 2 dargestellte
Schaltung.
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R Der linke Teil dieser Abbildung ist im wesentlichen mit Abb. i gleich,
während rechts eine Ausrüstung für die volle Ladung der Batterie 1q. nach einer
Entladung dargestellt ist. Der mit Abb. i übereinstimmende linke Teil gibt also
eine konstante Spannung der Batterie selbst, falls der Strom mit Rücksicht auf die
schwankende Belastung in einem zu der Batterie parallel geschalteten Verbraucherstromkreis
schwanken muß. Die Ausrüstung für die Aufladung besteht aus einem größeren Gleichrichter
15 mit in Reihe liegender gleichstromvormagnetisierter Drosselspule 16, die
eine vom Strom zwischen dem Gleichrichter 5 und der Batterie 1q. durchflossene Gleichstromwicklung
17 besitzt. Gegebenenfalls kann sie auch . eine nicht dargestellte Selbstmagnetisierungswicklun@g
aufweisen. Die Wechselstrom,wicklung der Drosselspule 16 ist an die Wechselstromklemmen
i über einen Transformator 18 angeschlossen.
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Da der die Drosselspule 16 durchfließende Strom proportional dem Strom
in der Gleichstromwicklung 17 ist, wird er auch. von der Abweichung der Spannung
vom Sollwert abhängig, was bei einer vollen Aufladung der Batterie 1q. von Bedeutung
ist.
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Man kann; sich auch mehrere Verstärkerstufen vorstellen, so daß beispielsweise
der Strom vom Gleichrichter 15 der Abb. 2 eine noch größere Drosiselspule vormagnetisiert
USW.
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In Verbindung mit der Erfindung können auch die an sich bekannten
Maßnahmen für die abwechselnde Konstan@thaltung verschiedener Größen angewendet
werden. Man benutzt für die Konstanthaltung z. B. zwei in Reihe liegende Drosselspulen;
die unter dem Einfluß zweier zu regelnder Größen: vormagnetisiert werden und von
denen: die eine praktisch unwirksam bleibt, weren.d die andere in ihrem Regelbereich
arbeitet. Diese Drosselspulen können dann; nach Art der Drosselspule 3 in Abb. i
durch verschiedene zu regelnde Größen magnetisiert werden. Es können auch die verschiedenen
zu regelnden Größen durch verschiedene, in Reibe geschaltete Gleichrichtergruppen
auf denselben Stromkreis einwirken. Dieser Stromkreis kann dann den Stromkreis der
Spule 7 der Abb. i oder 2 oder den Stromkreis der Spule 17 der Abb. 2 darstellen.