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Einrichtung mit Schwebespule zur Erzeugung einer konstanten Spannung
sowie eines konstanten Stromes und einer konstanten Leistung zum Anschluß an Wechselstromnetze
mit schwankender Spannung und schwankender Frequenz Spannungskonstanthalteeinrichtungen
mittels Schwebespule sind bekannt. Bei ihnen wird an einem Transformator mit Streuung
die an der Schwebespule auftretende, mit wachsender Entfernung von der Primärspule
kleiner werdende abstoßende Kraft durch eine andere Kraft kompensiert. Die Schwebespule
wird dann so weit von der Primärspule abgestoßen, bis Gleichgewicht der Kräfte eingetreten
ist. Als Gegenkraft kann die Schwerkraft oder eine Federkraft oder auch eine Zusammensetzung
beider wirken. Es ist aber auch möglich und auch schon angewendet, elektromagnetische
Gegenkräfte oder auch, wie hier als ein Teil der Erfindung angegeben, die zusätzliche
Kraft einer Drehspule innerhalb eines Dauermagneten anzuwenden.
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine neuartige, besonders vorteilhafte
und vielseitig verwendbare Ausführung einer Konstanthalteeinrichtung für die Verbraucherspannung,
bei welcher sich gute Regeleigenschaften mittels geeigneterZusatzeinrichtungen leicht
einstellen lassen, und zwar auch dann, wenn nicht nur Spannungsschwankungen, sondern
auch noch, was mit den bisher bekannten Schwebespuleneinrichtungen nicht möglich
war, Frequenzschwankungen ausgeregelt werden sollen. Dabei wird die Kurve der Netzspannung
nicht deformiert, wie dies z. B. bei anderen, mit übersättigten Eisenkernen arbeitenden
Reglern der Fall ist.
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In Fig. r der Zeichnung sind in schematischer Darstellung K der von
der Primärspule P erregte Eisenkern, J ein Eisenjoch mit angenieteten, nicht näher
bezeichneten Laschen, mittels derer -das Eisenjoch J durch ebenfalls nicht näher
bezeichnete Schrauben am Eisenkern K befestigt ist. Die Laschen enthalten Schlitze,
damit nach einem der Erfindungsgedanken der Luftspalt X zwischen Eisenjoch
J und Eisenkern K eingestellt werden
kann. S ist die
Schwebespule;'dieleicht beweglich auf dem Eisenkern K gleitet. An dem gewählten
Beispiel wirkt als Gegenkraft das Gewicht der Schwebespule S, das gegebenenfalls
durch Zusatzgewichte vergrößert werden kann. An den Klemmen a und b der Schwebespule
S werden die Nutzstromkreise und zusätzliche, den Regelvorgang unterstützende Stromkreise
angeschlossen. Der einfachste Fall ist der alleinige Anschluß des Stromkreises R,-Ll.
Er kann, wie dargestellt, aus Drossel und Vorwiderstand, aber auch aus einem sekundärseitig
mit einem Widerstand oder mit Widerstand und Drossel belasteten Transformator bestehen,
der, falls im Interesse einer guten Spannungskurvenform notwendig, mit einem Luftspalt
im Eisenkern versehen ist. Durch Einstellung des Luftspaltes X sowie entsprechende
Bemessung der Bürde werden die geforderten Regeleigenschaften erzielt.
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Versuche zeigen, daß bei zu kleinem Luftspalt die Spannungsschwankungen
nicht voll ausgeregelt werden und bei zu großem Luftspalt die Spannung der Schwebespule
S mit sinkender Primärspannung ansteigt. Da die abstoßende Kraft zwischen der Primär-
und der Schwebespule proportional dem Sinus des Phasenverschiebungswinkels zwischen
Strom und Spannung im geregelten Kreis ist, ist es zur Erzielung eines guten Wirkungsgrades
zweckmäßig, die induktive Belastung L1 möglichst groß gegenüber der Ohmschen Belastung
R1 zu wählen.
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Der allein angeschlossene Stromkreis R,-L, wird so lange richtig geregelt,
wie die Frequenz konstant bleibt. Wie die Rechnung und auch Versuche zeigen, wird
bei niedrigerer Frequenz die Schwebespule weiter abgestoßen als bei höherer Frequenz.
Es wird also mit sinkender Frequenz die konstant zu haltende Spannung niedriger,
mit steigender Frequenz höher. Die Ausregelung der Frequenzschw ankungen, sei es
nun für die Spannung an den Klemmen a und b oder den Strom in R1, wird mittels des
Schwingungskreises R2, L2, C2 erzielt. Er bewirkt beir richtiger Auslegung, daß
bei fallender Frequenz die Phasenverschiebung im geregelten Kreis, also auch die
abstoßende Kraft zwischen der Primär- und der Schwebespule, kleiner wird als bei
steigender Frequenz. Durch Anpassung des Schwingungskreises an die Bürde läßt sich
für betriebsmäßig vorkommende Frequenz.schwankungen eine gute Konstanthaltung der
Verbraucherspannung erzielen. Der Frequenzausgleich kann auch noch auf andere Weise
erreicht werden. Man kann an die Klemmen a und b einen Elektromagneten
mit Drehanker anschließen, dessen Kraft bekanntlich mit sinkender Frequenz ansteigt,
mit steigender Frequenz absinkt. Infolgedessen wird ein solcher gegen eine Federkraft
arbeitender Anker einen von der Frequenz abhängigen Anzugsweg zurücklegen, und er
kann auf diesem Weg einen regelbaren Widerstand und eine regelbare Drossel verstellen,
wie es in Fig. 1 durch den Stromkreis Kll-Lil schematisch dargestellt ist. Widerstand
und Drossel müssen so bemessen werden, daß sich bei veränderlicher Frequenz die
geforderten Regeleigenschaften einstellen, 1
Die vorstehend beschriebene Einrichtung
arbeitet nur dann richtig, wenn immer Stromkreise mit der gleich großen Bürde des
Stromkreises R,-L1 angeschlossen werden. Müssen, wie das häufig der Fall sein wird,
unterschiedliche Bürden angeschlossen werden, z. B. beim Eichen von Meßinstrumenten,
so muß von Fall zu Fall jeweils die Gesamtbürde auf die Nennbürde, für die die Regeleigenschaften
abgestimmt sind, abgeglichen werden. Dafür können in Reihe geschaltete Selbstinduktionen
und Widerstände verwendet werden, die zweckmäßig regelbar sind und dann so geschaltet
werden, wie es schon für Rll und 1-11 dargestellt wurde.
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Anders werden :die Verhältnisse, wenn die Konstanthaltung der Verbraucherspannung
an einer betriebsmäßig veränderlichen Bürde gefordert werden muß. In Fig. i ist
z. B. :ein Transformator Tr angedeutet, dessen sekundäre Belastung schwanken kann.
Die Sekundärspannung kann Hochspannung zur betriebsmäßigen Prüfung von Fabrikaten
sein, wobei der durch den Prüfling fließende Isolationsun:d Verschiebungsstrom von
Stück zu Stück verschieden ist und nicht die Zeit aufgewendet werden kann, für jede
Prüfung auf Nennbürde abzustimmen. Anstatt über einen Transformator kann auch eine
betriebsmäßig schwankende Leistung an den Klemmen a und b unmittelbar oder auch
parallel zu dem Widerstand R1 abgenommen werden. In allen diesen Fällen ist eine
Ausregelung nur noch innerhalb einer Toleranz möglich, in dem eine feste Bürde,
die groß ist gegenüber der abgenommenen betriebsmäßig schwankenden Leistung, fest
angeschlossen wird. Je größer dabei die feste Bürde, desto enger wird die Toleranz.
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In Fig. 2 ist schematisch eine Einrichtung dargestellt, :die sich
durch schnelle Einstellzeit, großes Einstellmoment und geringe Reibung auszeichnet.
Die Gegenkraft wird durch eine nicht gezeichnete entgegen dem Uhrzeigersinn wirkende
Torsionsfeder erzeugt, bei der man es in der Hand hat, ihre Kraft und damit auch
die auf die Schwebespule wirkende Beschleunigung in gewissen Grenzen zu erhöhen.
Damit die :Nasse und damit das Trägheitsmoment der Schwebespule so klein wie möglich
gehalten werden und nicht durch Ausbalanciergewichte vergrößert zu werden brauchen,
werden zwei um i8o° versetzte, den Eisenkern K1, K2 nicht berührende Schwebespulen
S1 und S2 angeordnet, die an der Drehachse A befestigt sind. Jetzt kann als Leiterwerkstoff
für die Schwebespule mit Vorteil Aluminium verwendet werden, für welches bekanntlich
der Quotient Richtkraft/Masse im Verhältnis 1,4 : i ;größer ist als für Kupfer.
Die auf S1 und S2 wirkenden Richtfedern sind so stark vorgespannt, daß sich das
Drehmoment nur wenig mit dem Verdrehungswinkel ändert, also mit wachsender Entfernung
der Schwebespulen von den Primärspulen nur wenig zunimmt. Durch Einstellung der
Luftspalte X i und X 2 sowie Bemessung der Bürde lassen sich auch
dafür die erforderlichen Regeleigenschaften erzielen. An den Klemmen a und b der
Anordnung gemäß Fig. 2 können nun bei den gleichen Regelaufgaben auch die gleichen
Stromkreise
angeschlossen werden; wie sie für die Anordnung gemäß
Fig. i beschrieben wurden. Einstellmoment, Einstellzeit und Genauigkeit, in welchen
Kenngrößen die Einrichtung nach Fig. i meßtechnisch übertroffen wird, können nochmals
durch eine in Fig.2 gezeichnete Zusatzeinrichtung verbessert werden. Auf der die
Schwebespule tragenden Achse A ist noch eine im Magnetfeld des Magneten M-M befindliche
Drehspule D befestigt. Beide sind der besseren Darstellung wegen getrennt
herausgezeichnet. Die Drehspule D ist in der gezeichneten Anordnung unter Voraussetzung
konstanter Spannung an der Schwebespule stromlos. Tritt nun eine Änderung der an
der Schwebespule liegenden Spannung ei-n, so wird die über die Induktivität L3 an
die Gleichrichteranordnung GL angeschlossene, von der Schwebespule gespeiste Drehspule
D von einem Strom durchflossen, der proportional der Größe dieser Änderung. oder
anders ausgedrückt, proportional dem Differentialquotienten der Spannung an -der
Schwebespule nach der Zeit ist. Die Drehspule übt also im Falle einer Änderung der
Spannung an der Schwebespule ein der Größe dieser Änderung proportionales Drehmoment
auf die Achse A aus und bewirkt somit ein schnelleres Einspielen in den Gleichgewichtszustand.
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Entfernt man aus der Schaltung nach Fi,g. 2 die Kapazität C und die
Induktivität L4, so wird die Drehspule D nunmehr in jedem Fall von einem Strom durchflossen,
der in gewissen Grenzen proportional der Spannung an der Schwebespule ist. Der Vorteil
dieser Anordnung liegt darin, daß die auf die Schwebespule ausgeübte, von der dem
Netz entnommenen Leistung abhängigeRichtkraft herabgesetzt werden und damit zwangsläufig
die Erwärmung der .Wicklungen vermindert werden kann.
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Bisher wurde immer angenommen, daß die Sekundärspule beweglich und
die Primärspule fest angeordnet ist. Grundsätzlich kann auch die Sekundärspule fest
und .die Primärspule beweglich sein. Das ist z. B. dann von Vorteil, wenn unmittelbar,
d. h. ohne Zwischenschaltung eines Transformators, hohe Stromstärken abgenommen
werden sollen. Die Einrichtung kann auch für Drehstrom ausgebildet werden, indem
ein oder zwei gleiche Regler an Drehstrom angeschlossen werden. Es besteht dann
auch die Möglichkeit, durch die bekannten Drehstromgleichrichterschaltungen ohne
zusätzliche Glättungsdrossel recht gut geglätteten konstanten Gleichstrom abzunehmen.
Falls notwendig, werden dann Ausgleichsbürden zweckmäßig auf der Gleichstromseite
angeordnet, weil dafür die zu verwendenden Hilfsmittel am einfachsten werden.