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Anordnung zur empfindlichen Beeinflussung einer Wechselspannung durch
eine Regelgröße In Regeleinrichtungen tritt häufig die Aufgabe auf, mit einer sich
ändernden Regelgröße eine Wechselspannung zu steuern, die entweder die zu regelnde
Spannung selbst sein kann oder aber erst mittelbar dazu benutzt wird, um über ein
weiteres Regelglied auf den zu regelnden -Stromkreis einzuwirken. Die Erfindung
betrifft eine solche Anordnung mit dem Ziel, eine möglichst große Empfindlichkeit
zu schaffen, so daß kleine Änderungen der Regelgröße bereits große Schwankungen
der gesteuerten Spannung zur Folge haben.
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Gemäß der Erfindung wird zu diesem Zweck von zwei in Reihe miteinander
liegenden, auf annähernd den gleichen Stromwert regelnden Konstantstromgliedern
das eine von der Regelgröße in seiner Einstellung beeinflußt, und es wird dann die
gesteuerte Spannung an einem der Konstantstromglieder, und zwar vorzugsweise an
dem von der Regelgröße beeinflußten, abgegriffen. Unter Konstantstromglied sind
dabei Anordnungen zu verstehen, die unabhängig von der an ihnen auftretenden Spannung
einen konstanten Strom durchlassen. Solche Konstantstro.mglieder lassen sich in
Wechselstromkreisen mit großer Genauigkeit aus ungesättigten und gesättigten bzw.
vormagnetisierten Drosseln und Kondensatoren aufbauen.
Fig. i zeigt
ein solches Ausführungsbeispie: der Erfindung. Die beiden Konstantstromglieder sind
mit i und 2 bezeichnet. Das Konstantstromglied i besteht zunächst au4 der Reihenschaltung
einer ungesättigten Drossel 3 mit einer gesättigten Drossel 5, von denen die letztere
mit einem Kondensator 6 parallel geschaltet ist. Außerdem ist den Drosseln 3 und
5 noch der Kondensator .1. parallel geschaltet.
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Das Konstantstromglied 2 ist anders aufgebaut. Es besteht aus der
Parallelschaltung einer mit Gleichstrom vormagnetisierten Drosselspule und einem
Kondensator. Die Drosselspule ist im vorliegenden Fall in bekannter Weise in zwei
Einzeldrosseln mit den @Vechselstrom-,v icklungen 7 und 7' und den in Reihe geschalteten
Gleichstromerregerwicklungen g und g' aufgelöst. Der Kondensator 8 liegt parallel
zu den unter sich ebenfalls parallel geschalteten Wechselstromwicklungen 7 und 7'.
Fließt durch die Erregerwicklungen g, g' ein konstanter Gleichstrom i, so besteht
bei geeigneter Bemessung des Kondensators für das Konstantstromglied 2 zwischen
seiner Klemmenspannung U#, und dem Wechselstrom 1, von dem es durchflossen wird,
ein Zusammenhang, der in Fig. 2 durch die ausgezogene Linie kurvenmäßig dargestellt
ist. Bei einem bestimmten Stromwert Il verläuft die Kennlinie praktisch parallel
zur Spannungsachse. Der Stromwert Il hängt dabei von der Größe des Vormagnetisierungsgleichstromes
i ab und läßt sich somit durch diesen einstellen.
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Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Spannungen an den Gliedern
i und -2 in Gegenphase miteinander, und zwar ist die Spannung an i kapazitiv, die
an 2 dagegen induktiv. Die Netzspannung Ur ist also die Differenz zwischen den Spannungen
an den beiden Gliedern. Eine geringfügige Änderung des V ormagnetisierungsstromes
i bedingt eine starke Änderung der Spannung U, an den Wechselstromwicklungen 7,
7' des Gliedes 2, und zwar ändert sich die Spannung zwischen den Punkten. i und
B der in Fig. 2 dargestellten Kennlinie. -Man kann infolgedessen die Anordnung zur
selbsttätigen Konstanthaltung von Strömen und Spannungen benutzen, indem man die
konstant zu haltende Spannung bzw. den Strom oder einen proportionalen Teil davon
gegebenenfalls über Hilfsgleichrichter den Vormagnetisierungswicklungen g, g' zuführt.
Die Spannung LTz kann dann beispielsweise zur Steuerung der Vormagnetisierungswicklungen
von Regeldrosseln oder des Gleichfeldes von Maschinen benutzt werden. Beliebig geneigte
Kennlinien lassen sich bei der Regelung erreichen, wenn sowohl der Strom als auch
die Spannung des zu regelnden Stromkreises auf die Regelanordnung einwirken, und
zwar werden mit der Belastung abfallende Kennlinien erreicht. wenn Strom und Spannung
im gleichen Sinne wirken, und ansteigende Kennlinien, wenn sie gegensinnig wirken.
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Die Einstellung des Sollwertes kann mit kleinen Regelwiderständen
im Stromkreis der Vormagnetisierungswicklungen des Konstantstromgliedes erfolgen.
Wenn nur sehr kleine Regelspannungen zur Verfügung stehen, z. B. bei einer Regelung
auf konstanten Strom. so sind Regelwiderstände im Stromkreis der Vorinagnetisierungs-,vicklung
unter Umständen unerwünscht, da durch die Übergangswiderstände an den Kontakten
Fehler hervorgerufen werden können. In diesem Fall kann man für die Einstellung
des Sollwertes und die eigentliche Regelung je einen besonderen Vormagnetisierungsstromkreis
vorsehen.
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Eine solche Schaltung zur Regelung eines Gleichstromv erbraucherkreises
auf konstanten Strom ist in Fig. 3 dargestellt. Von dem Verbraucherstromkreis ist
nur ein kurzes Stück, das den Meßwiderstand 12 enthält, dargestellt. Der Verbraucher
selbst, die ihn speisende Spannungsquelle und die in ihm liegende Hauptregeleinrichtung
sind der Einfachheit halber weggelassen. Es ist jedoch angenommen, daß als Hauptregeleinrichtung
eine vormagnetisierte Drossel dient, von der nur die mit 18 bezeichnete, den Vormagnetisierungsstrom
führende Steuerwicklung dargestellt ist.
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In dem Konstantstromglied 2 enthält die vormagnetisierte Drossel zwei
Sätze von Vormagnetisierungswicklungen io, Wund i r, i i'. Die letztgenannten Vormagnetisierungswicklungen
sind über einen als Sollwerteinsteller dienenden Regelwiderstand 13 an eine konstante
Hilfsgleichspannung i.1. angeschlossen. Dagegen sind die Vormagnetisierungswicklungen
io und iö ohne Zwischenschaltung eines Reglers an den im Verbraucherstromkreis liegenden
Meßwiderstand 12 angeschlossen.
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Die Steuerspannung, die an dem Konstantstromglied 2 abgenommen wird,
wirkt nun auf die Steuerwicklung 18 der im Verbraucherkreis liegenden Hauptregeldrossel
nicht allein. sondern v ielmehr in Gegenschaltung mit einer konstanten Vergleichsgleichspannung.
die über einen Hilfsgleichrichter ig von einer nicht näher dargestellten Spannungsquelle,
z. B. von einem an die Wechselstromklemmen des Hilfsgleichrichters ig angeschlossenen
magnetischen Spannungsgleichhalter, geliefert wird.
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Zu diesem Zweck wird die Steuerspannung durch den Hilfsgleichrichter
i 5 gleichgerichtet und dem Widerstand 16 zugeführt. Zwischen dem Widerstand 16
und dein von
dem Hilfsgleichrichter i9 gespeisten Wider-. stand
17 liegt die Steuerwicklung 18. Gemäß Fig. 2 kann die Spannurig an dem Konstantstromglied
2 zwischen den Werten A und B
bei konstanter Regelgröße schwanken.
Läßt man, wie in Fig.3 dargestellt, diese Spannung auf eine konstante Gegenspannung
arbeiten, so sind Steuerströme in der Steuerwicklung 18 zwischen Null und einem
Höchstwert zu erreichen. Gibt man der Gegenspannung die dem Punkt B (Fig. 2) entsprechende
oder eine etwas kleinere Größe, so wird von der Gegenspannung ein Steuerstrom geliefert,
sobald die Spannung an dem Konstantstromglied absinkt. Entspricht dagegen die Gegenspannung
dem Punkt A, so fließt der Steuerstrom der Gegenspannung entgegen, wenn die Spannung
an dem konstanten Stromglied ansteigt. Das Sperrventil 2o verhindert Steuerströme
in falscher Richtung. Die Spannungsdifferenz zwischen den Punkten A und
B
deckt dabei alle ohmschen Spannungsabfälle zwischen den Klemmen des Konstantstromgliedes
2 und den Wechselspannungsklemmen des Hilfsgleichrichters i9. An Stelle einer besonderen
Hilfsspannung kann als Gegenspannung auch jede annähernd konstante Spannung, insbesondere
auch die auf einen konstanten Wert geregelte Ausgangsspannung des ganzen Gerätes,
verwendet werden.
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Als Sollwerteinsteller kann zwecks Vermeidung von Kontaktschwierigkeiten
auch ein fester Widerstand mit großem Temperaturkoeffizienten vorgesehen werden,
der mittels einer Heizwicklung geheizt werden kann. Der durch die Heizung eingestellte
Wert wird dann jedoch erst nach einer Zeit erreicht, die durch die thermische Zeitkonstante
gegeben ist und die praktisch beliebig groß (Sekunden bis Stunden) gemacht werden
kann. Die geregelte Ausgangsspannung des betreffenden Gerätes nähert sich dann also
dem Sollwert nur allmählich.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anordnung ist
in Fig. 4 dargestellt. Hier sind die beiden in Reihe geschalteten Konstantstromglieder
i und 2 gleichartig ausgebildet, und zwar grundsätzlich ebenso wie das Glied 2 in
der Schaltung nach Fig. i. Für gleichartige Teile beider Konstantstromglieder sind
gleiche Bezugszeichen verwendet. Außer den Wechselstromwicklungen 7 und 7' und den
Vormagnetisierungswicklungen .2i und 21' besitzen die Drosseln der Konstantstromglieder
hier noch Sekundärwicklungen 22 und 22', an denen die Ausgangsspannungen abgenommen
werden. Das Glied i wird von einem konstanten Vormagnetisierungsstrom erregt, der
von dem Spannungsgleichhalter 24 geliefert wird. Die Vor magnetisierungswicklungen
des Gliedes 2 liegen dagegen an dem Spannungsteiler 23, der seinerseits von der
geregelten Ausgangsspannung des ganzen Gerätes gespeist wird. Die Ausgangsspannungen
U22 und U22 werden mit Hilfe der Hilfsgleichrichter 15 und 15'
gleichgerichtet
und dienen in Gegenschaltung zur Speisung der Steuerwicklung 18 einer nicht näher
dargestellten, den Hauptstromkreis beeinflussenden Regeldrossel. Da die Summe der
beiden Spannungen U22 und U22 konstant ist und lediglich den Schwankungen der Netzspannung
unterliegt, bedingt eine Verkleinerung der Spannung U22 eine gleichzeitige Vergrößerung
der Spannung U22. Für den Steuerstromkreis, der die Wicklung 18 enthält, stehen
daher große Spannungsdifferenzen zur Verfügung, so daß sich eine hohe Empfindlichkeit
ergibt.
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Sieht man von kleinen Abweichungen ab, die durch die Verschiedenheit
der Kondensatorströme in den Punkten A und B der Fig. 2 gegeben sind,
so werden die Spannungen U22 und U22 beide von dem gleichen Strom erzeugt. Sie liegen
daher praktisch in Phase miteinander, so daß in dem der Wicklung 18 zugeführten
Steuerstrom keine zusätzlichen Wechselströme entstehen können. Man kann daher auf
Glättungsmittel verzichten oder diese wenigstens sehr klein halten. Das ist aber
gerade in Steuerstromkreisen außerordentlich erwünscht, da Glättungsmittel eine
Erhöhung der Zeitkonstante mit sich bringen, was zu Überregelungen führt. Einer
der beiden Hilfsgleichrichter, in diesem Fall der Gleichrichter i5', erhält eine
Vorbelastung durch den Widerstand 25, die die Steuerströme aufnimmt. Auf besondere
Sperrventile zur Unterdrückung falscher Steuerströmrichtungen kann dann verzichtet
werden.
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Infolge der Entnahme der Steuerleistung aus einem der Konstantstromglieder
i bzw. 2 fließen in dem vorgeschalteten Konstantstromglied außer den Blindströmen
der Drosselkondensatoranordnung noch die Wirkströme der Steuerleistung. Der hierdurch
bedingte Fehler ist jedoch sehr klein, da sich diese Ströme geometrisch addieren.
Er beträgt bei einer Wirkstromentnahme von ioo/o, bezogen auf die Blindströme des
Konstantstromgliedes, nur etwa i °/o und läßt sich fast ganz kompensieren, wenn
man dem Konstantstromglied eine Spannungskennlinie gibt, die in dem betreffenden
Bereich nicht genau parallel zu der Spannungsachse verläuft, sondern mit steigender
Spannung eine Abnahme des Stromes aufweist. Ein solcher Kennlinienverlauf ist in
Fig. 2 punktiert eingetragen. Er läßt sich durch Vergrößerung des der Regeldrossel
parallel geschalteten Kondensators erreichen.
Es sei noch bemerkt,
daß der konstante Strom in dem Strombereich der Konstantstromglieder dazu benutzt
werden kann, eine konstante Vergleichsspannung zu erzeugen. Zu diesem Zweck kann
man entweder einen Widerstand unmittelbar über Hilfsgleichrichter in den Konstantstromkreis
schalten oder, wenn eine galvanische Trennung erforderlich ist, einen Stromwandler
dazwischenlegen.