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Einrichtung zur Spannungsregelung eines Generators mittels steuerbarer
Gas- oder Dampfentladungsstrecken Die Erfindung bezieht sich auf die selbsttätige
Spannungsregelung eines Generators, dessen Erregung, gegebenenfalls unter Zwischenschaltung
einer Erregermaschine, von einer Wechselstromquelle über zwei steuerbare Gas- oder
Dampfentladungsstrecken in Vollweg-Gleichrichterschaltung geliefert wird. Die Steuerung
dieser Entladungsstrecken erfolgt dabei in Abhängigkeit von der für die Regelung
maßgebenden Größe, also beispielsweise von der von dem Generator gelieferten Spannung.
Es ist bekannt, die Steuerung der für die Erregung maßgebenden Entladungsstrecken
in der Weise durchzuführen, daß sich die Entladungsstrecken stets nur entweder im
Zustand der vollen Öffnung oder im Zustand der völligen: Sperrung befinden, ohne
daß dabei Zwischenwerte des Aussteuerungsgrades überstrichen werden. Die mittlere
Größe des Erregerstromes hängt dabei von dem Verhältnis der Öffnungszeiten zu den
Sperrzeiten der Entladungsstrecken ab, und die ganze Anordnung arbeitet nach Art
eines Tirrill-Reglers. Es ist also bei derartigen Regeleinrichtungen
notwendig,
immer beide Entladungsstrecken der Gleichrichterschaltung gleichzeitig und gleichartig
zu beeinflussen.
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Gemäß der Erfindung wird nun vorgeschlagen, die für die Regelung maßgebende
Größe nur auf deii Steuerkreis der einen der beiden Entladungsstrecken einwirken
zu lassen, während die andere Entladungsstrecke von der ersten so abhängt, daß sie
stets dann zündet, wenn in der vorangegangenen Halbwelle der @'%'ech:selspannung
bereits die erste Entladungsstrecke gezündet hatte. Der hierdurch erreichte Vorteil
bestellt in folgendem: Wenn die Regelung einigermaßen genau sein soll, müssen die
Entladungsstrecken bereits auf sehr kleine Abweichungen der Regelgrö,lie ansprechen.
Sie müssen also beispielsweise zünden, wenn die Genera.torspannung nur ganz geringfügig
ihren Sollwert unterschreitet, und wieder erlöschen, wenn sich die Generatorspannung
nur tim "wenig über den Sollwert erhebt. Nun sind die Steuercharakteristiken mehrerer
Entladungsstrecken untereinander niemals ganz genau gleich, so daß im vorliegenden
Fall bei gleichartiger Steuereinwirkung auf beide Entladungsstrecken die Gefahr
bestände, daß bei kleinen Abweichungen der Regelgröße nur die eine Entladungsstrecke
anspricht, die andere dagegen nicht. Der Erregerwicklung des Generators würde dann
ein stark welliger Strom zugeführt werden, was ein Pulsieren der geregelten Spannung
zur Folge hätte. Diese Schwierigkeit wird durch die zwangsläufige Steuerung der
zweiten Entladungsstrecke in Abhängigkeit von der Zündung der ersten mit Sicherheit
vermieden. Wenn der Regelvorgang überhaupt einsetzt, dann immer nur so, daß die
Entladungsstrecken beide zünden oder beide erlöschen. Ein weiterer Vorteil besteht
darin, daß das Indikatorglied des Reglers b°zw. der den Steuerkreisen der Entladungsstrecken
vorgeschaltete Vorverstärker nur für die Steuerleistung eines einzigen Rohres bemessen
zu sein braucht.
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Es sei erwähnt, daß die gegenseitige Abhänäigkeits:steuerung zweier
Entl@a:d#.urng!s,strecken in der Weise, daß die eine in der für sie positiven Halbwelle
nur dann zündet, wenn in der vorangegangenen Halbwelle auch die andere gezündet
worden war, an sich bereits bekannt ist, und zwar auf dem Gebiet der Widerstandsschweißmaschinen.
Hier hat die Abhängigkeitssteuerung jedoch einen ganz anderen Sinn als beim Erfindungsgegenstand.
Bei Schweißmaschinen liegen nämlich die zur Steuerung des Schweißvorganges dienenden
Entladungsstrecken nicht hinter, sondern vor dem Transformator, und zwar in gegensinniger
Parallelschaltung. Die Entladungsstrecken bestimmen also den Spannungsverlauf an
der Primärseite des Schweißtransformators. Zündet nun die eine Entladungsstrecke
häufiger als die andere, so wird dem Transformator eine ungerade Anzahl von Spann
ungslialbwellen zugeführt, und es tritt im Eisen des Transformators eine einseitige
Vormagnetisierung auf, die unter Umständen in der nächsten Einschaltzeit noch «-eiter
verstärkt wird und schließlich so weit anwachsen kann, daß die Induktivität des
Transformators fast restlos verschwindet. Diese Erscheinung kann im vorliegenden
Fall, wo die Entladungsstrecken in Vollweg-Gleichrichterschaltung hinter dem Transformator
liegen, auch dann nicht aufreten, wenn die Entladungsstrecken ungleichmäßig arbeiten.
Der Transformator hängt in diesem Fall finit seiner Primärseite nämlich unmittelbar
an dem @%-echseistromnetz, so daß in seinem Magnetisierungsstrom und damit in dem
magnetischen Fluß keine Gl:ichstroml;omponentea.uftreten kann, gleichviel, wie sich
die sekundärseitige Belastung verhält.
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1n der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
Der Drehstromgenerator 8o speist das Drehstromnetz io, dessen Spannung beispielsweise
konstant gehalten werden soll. Als Indukator für die Regeleinrichtung dient die
Zweielektrodenröhre 28 mit der Anode 34 und der Kathode 30. Die Kathode 3o wird
von dein Sekundärstrom des an der Netzspannung liegenden Transformators 32 unter
Zwischenschaltung eines einstellbaren Widerstandes 54 geheizt. Auf diese Weise ist
der Heizstrom der Kathode 30 stets der Spannung des Netzes io proportional.
Die Anodenspannung der Röhre 28 wird von einer Batterie 26 geliefert. Sie ist zweckmäßig
so hoch, daß der Sättigungsstroin bereits erreicht ist, daß also sämtliche aus der
Kathode austretenden Elektronen auf die Anode gelangen. Dann bewirkt eine Änderung
der Kathodenhei7spannung eine erheblich verstärkte Änderung des Anodenstromes und
des diesem proportionalen Spannungsabfalles an dem Widerstand 42. Da es für die
Größe des Anodenstromes der Röhre -28 auf die Heizleistung der Kathode ankommt,
so ist der Anodenstrom ein Maß für den Effektivwert des Heizstromes. Das ist insbesondere
dann von erheblichem Vorteil, wenn die Spannung des zu regelnden Generators aus
irgendwelchen Gründen in ihrer Kurvenform geändert wird.
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Der Spannungsabfall an dem Widerstand 42 steuert eine Verstärkerröhre
40, die als sogenannte Pentode ausgebildet ist und außer dein Steuergitter 5o, der
Kathode 48 und der Anode 46 noch ein Schirmgitter und ein Fanggitter besitzt. Die
Anodenspannung der Pentode 4o wird von der Batterie 52 geliefert.
In
den Anodenstromkreis ist ein Widerstand 24 eingeschaltet, der in Reihe mit der Vorspannungsbatterie
99 im Gitterkreis eines weiteren Verstärkerrohres 94 liegt. Die Erregerwicklung
81 des Generators 8o wird von einer Erregermaschine 82- gespeist, deren Feldwicklung
83 aus einem Wechselstromnetz 84 über den Transformator 85 und die gas- oder dampfgefüllten
Gleichrichtergefäße 86 und 87 mit Gleichstrom gespeist wird. Zur Steuerung besitzen
die genannten Gleichrichtergefäße Zündelektroden 88 aus Widerstandsmaterial, die
ständig in das Kathodenquecksilber eintauchen.
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Der Erregerstrom für die Zündelektrode des Entladungsgefäßes 86 wird
von einem Kondensator 98 geliefert, der seinerseits durch die dem Entladungsgefäß
8.7 aufgedrückte Spannung geladen wird.-_In den Ladestromkreis dieses Kondensators
ist außerdem zum Zweck der Regelung noch ein steuerbares Elektronenrohr 92 geschaltet.
Wenn ein Elektrornenrohr 93 leitend wird, so entlädt sich der Kondensator 98 über
die Zündelektrode 88 des Entladungsgefäßes 86 und zündet dabei dieses Entladungsgefäß.
In ähnlicher Weise ist für die Zündung des Entladungsgefäßes 87 ein Kondensator
9i vorgesehen-, der entsprechend durch die Anodenspannung des Entladungsgefäßes
86 über das bereits, erwähnte Elektronenrohr 94 geladen wird. In den Entladestromkreis
dieses Kondensators ist das Elektronenrohr 95 geschaltet. Den Röhren 93 und 95 werden
Gitterspannungen zugeführt, die so bemessen sind, daß die Entladung einsetzt, sobald
die Kondensatoren, 9i bzw.98 bis auf einen gewissen Spannungswert geladen sind.
Zur Lieferung dieser Gitterspannungen dient der Transformator 96, dem eine Phasendreheinrichtung
97 vorgeschaltet ist. Die Röhre 9:z ist mit der Röhre 95 so verbunden, daß sie jedesmal,
wenn durch Zünden der letztgenannten Röhre der Kondensator gr sich über die Zündelektrode
des Gleichrichtergefäßes 87 entlädt, selbst leitend wird, um den Kondensator 98
während derselben Halbwelle zu laden. Der Kondensator 98 entlädt sich dann wiederum
während der nächstfolgenden Halbwelle und zündet dabei das Gleichrichtergefäß 86.
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Die Wirkungsweise der Regeleinrichtung ist folgende: Die Hauptgleichrichter
86 und 87 werden abwechselnd für eine Anzahl von Perioden leitend und für eine weitere
Anzahl von Perioden nichtleitend, wobei das Verhältnis dieser Leitzeiten bzw. Sperrzeiten
durch die Spannung in dem Wechselstromnetz io bestimmt wird. Ist diese Spannung
niedrig, so steigt das genannte Verhältnis, sinkt dagegen die Netzspannung, so wird
auch das Verhältnis der öffnungs- zu den Sperrzeiten herabgesetzt. Demnentsprechend
wird die Netzspannung stets etwas um den gewünschten Sollwert pendeln. Ist sie zu
niedrig, so sinkt der Strom in dem W.ilderstand42, und dicVerstärkerröhre 4o erhält
ein stärker negatives Gitterpotential, so daß ihre Leitfähigkeit herabsinkt und
auf diese 'Weise eine Verminderung der negativen Gittervorspannung der Röhre 94
bewirkt. Dadurch wird die Röhre 94 leitend, und es fließt wähnend jeder negativen
Halbwelle der Anodenspannung des Gleichrichters 87 ein Ladestrom in den Kondensator
9,1. Dieser Strom fließt so lange, wie die Röhre 94 leitfähig bleibt. Während jeder
nächstfolgenden positiven Halbwelle der Anodenspannung entlädt die Röhre 95 den
Kondensator 9 1 durch die Zündelektrode des Gleichrichtergefäßes 87 und bringt
dieses dadurch zur Zündung. Bei jedesmaligem Hindurchfließen eines Entladestromes
durch die Röhre 95 wird die Röhre 92 leitend und gestattet dadurch eine Aufladung
des Kondensators 98, der sich wiederum über die Röhre 93 und die Zündelektrode des
Gleichrichtergefäßes 86 während jeder der folgenden Halbperioden entlädt. Wenn also
der Gleichrichter 87 in irgendeiner Halbperiode Strom führt, so führt das Gleichrichtergefäß
86 in der gleichen Weise während der sich daran anschließenden Halbperiode Strom.
Infolgedessen sind die Zeiten, während deren die gesamte Gleichrichteranordnung
Strom führt, immer ganze Vielfache von Halbperioden.
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Wenn die Gleichrichter 86 und 87 in der beschriebenen Weise gezündet
haben, so speisen sie die' Erregerwicklung 83, welche die Spannung der Erregermaschinen
82 und damit die Netzspannung erhöht. Wenn die Netzspannung bis auf einen Betrag
gestiegen ist, der etwas oberhalb des Sollwertes liegt, so erhöht sich in der oben
bereits eingehend beschriebenen Weise die negative Gitterspannung der Röhre 94 bis
über den kritischen Wert, bei dem diese Röhre nicht mehr zünden kann. Dem Kondensator
9i wird dann kein Ladestrom- mehr zugeführt, und die Zündelektrode 88 des Gleichrichtergefäßes
87 bleibt ohne Erregerstrom. Infolgedessen bleiben die beiden Gleichrichtergefäße
86 und 87 erloschen, d. h. also, es fließt kein Erregerstrom mehr in der Wicklung
83, und die Spannung des Netzes io sinkt. Dieses Sinken hält so lange an, bis die
Röhre 94 von neuem zündet und das Spiel von neuem beginnt.
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Der Stromkreis der Erregerwicklung 83, der durch die Gleichrichter
gespeist wird, besitzt eine hohen Induktivität, so daß: der Strom: in ihm nicht
plötzlich unterbrochen werden kann. Daher hat der Gleichrichter 86 das Bestreben,
nach länger leitend zu bleiben, wenn an sich entsprechend der oben geschilderten
Arbeitsweise
der Regeleinrichtung der Strom schon unterbrochen
sein. müßte. Diese Erscheinung ist sehr unerwünscht, da sie eine hohe Sättigung
in dem Speisetransformator 85 hervorruft; um das zu vermeiden, ist es daher zweckmäßig,
parallel zu der Erregerwicklung 83 einen Gleichrichter io2 anzuordnen, welcher für
die induktive Spannung der Wicklung 83 einen, Ausgleichsweg darstellt, wenn der
Strom, der von den Gleichrichtern 86 und 87 geliefert wird, unterbrochen wird. Die
Ausgestaltung des Parallelgleichrichters 102 kann ähnlich den Gleichrichterröhren
86 und 87 sein. Er kann ebenfalls mit einer Zündelektroda 88 ausgerüstet sein, in
deren Stromkreis ein Hilfsventil 103 liegt, welches dafür sorgt, daß der Gleichrichter
io2 nur Strom in der richtigen Richtung führt. Die Röhre 1o2 bleibt so lange nicht
leitend, wie von den Gleichrichtern 86 und 87 Strom geliefert wird. Sobald diese
Lieferung unterbrochen wird, zündet das Entladungsgefäß io2 und ermöglicht somit
ein sofortiges Erlöschen der Gefäße 86 und 87.