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Wechselstromgespeiste Konstantstromquelle In der Elektrotechnik, insbesondere
in der Meßtechndk, tritt öfters die Aufgabe auf, konstante Ströme oder Spannungen
zu erzeugen. Hierzu benutzt man häufig Konstantstromquellen, die vom Wechselstromnetz
gespeist werden und welche die Netzschwankungen so ausgleichen, daß ein konstanter
Strom oder eine konstante Spannung entnommen werden kann. Eine bevorzugte Gruppe
der bekannten Anordnungen dieser Art enthält Drosseln mit gesättigtem Kern und ungesättigte
Drosseln-gegebenenfalls unterZuschaltung vonKondensatoren,de in Kunstschaltungen
vereinigt sind. Es ist bei diesen Anordnungen ohne weiteres möglich, durch Einschalten
von. Gleichrichtern auch konstante Gleichspannungen, und -ströme zu entnehmen..
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Die Anordnung nach der vorliegenden Erfindung arbeitet ebenfalls mit
Drosseln. Es werden jedoch andere Wege beschritten als bei den bekannten Anordnungen.
Durch die Erfindung gelingt es mit verhältnismäßig einfachen Mitteln, dde für Meßzwecke
notwendige Konstanz vorn z °o0 zu erreichen.
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Das bei der Erfindung benutzte Prinzip kann .in gleicher Weise angewandt
«erden, wenn eine schwankende Speisespannung oder ein schwankender Speisestrom vorliegt.
Es wird eine konstante Spannung bzw. ein konstanter Strom erzeugt. Hierbei ist zu
beachten, daß es, wie meistens bei derartigen Schaltungen, ohne weiteres möglich
ist, die -erzeugte konstante Spannung in einen: konstanten Strom und den erzeugten
konstanten Strom. in eine konstante Spannung zu überführen. Lediglich aus Gründen
der einfacheren. Darstellung ist deshalb öfters im nachfolgenden nur eine der Größen
Spannung oder Strom erwähnt.
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Nach der Erfindung erhält eine Drossel eine Gleichshrommagnetisier.ung,
die dem schwankenden Speisestrom oder der schwankenden Speisespannung
proportional
.ist, sowie ,eine konstante Vormagnetisierung, und es wird .,der Verbraucher, gegebenenfalls
unter Vomschaltung von Gleichrichtern, bei schwankendem Speisestrom parallel zur
Drossel und bei schwankender Speisespannung in Serie zur Drossel gelegt.
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An Hand der Abb. i sei zunächst für den. Fall eines schwankenden Speisestromes
das der Erfindung zugrunde hegende Prinzip erläutert. D.ie gezeichnete Drossel habe
zwei Wicklungen i und 2. Der Speisestrom J1 durchfließe die Wicklung i, welche die
Wändungszahl W1 haben möge. Die Wicklung 2 mit der Wind'ungszahl W2 werde von einem
Gleichstrom 1, durchflossen. Die an der Wicklung i oder an einer weiteren auf demselben
Kern angebrachten Wicklung entstehende Spannung U werde unter Vorschaltung des Gleichrichters
4 mit einem Drehspulinstrument gemessen. Trägt- man für verschiedene Spannungen,
U an der Drossel die zugehörigen Werte für den, Speisestrom 1, und für die Gleichstrommagnetisierung
12 - W2 auf, so erhält man die in Abb. 2,dargestellten Kurven. Diese zeigen also
die Abhängigkeit des Stromes 1i vorn 12 - W2 mit den Spannungen U1 bis US
als Parameter. Auffallend: än diesen Kurven ist, daß spie in einem sehr weiten Bereich,
vollkommen geradlinig verlaufen. Würde man also dafür sorgen, daß die Magnetisiezung
J2 - W2 immer so mit 11 ansteigt, daß eine Kurve mit einem vorgeschriebenen Paratnetex
U überstrichen wird, so erhält man an der Drossel die für diese Kurve geltende konstante
Spannung. Die VerwIrrklichung ist am einfachsten, wenn; wie in diesem Fall, geradlinige
Teile -der Kurve vorliegen..
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Verlängert man die geraden Kurventeile, wie in Abb. i in einem Fall
dargestellt, bis zum Schnittpunkt mit der Achse für die zusätzliche MagnetisieTurng,
so schneiden. sie diese bei der MagnetisierUng J3 - W3. Diese liegt :im gezeichneten
Beispiel im- negativen. Bereich. Sie kann aber auch .im positiven Bereich liegen
und im Ausnahmefall den Wert Null annehmen. Man. würde also dann an der Drossel
eine konstante- Spannung erhalten, wenn die zusätzliche Gleichstzommagnetisierung
12 - W2 vom Werte J3 - W3 ab gerechnet- proportional mit der Mabnetisierungdurch
den Speisestrom entsprechend dem geraden. Kurvenhereich ansteigt. Dieses läßt sich
dadurch verwirklichen, daß die Drossel eine konstante VorniagnatisierungJ3- W3 erhält,
welcher die mit der Magnetisierung durch den Speisestrom proportional ansteigende
- Magnetisierung J2- W2 übergelagert ist. Die dargestellten Verhältnisse, bei denen
die konstante Vormagnetisierung 1, - W3 entgegengesetzt zur Zusatzmagnetisierung
12 - W2 ist, ergeben die beste Ausnutzung der Drossel. Man wird sie daher
dm allgemeinen einer solchen Bemessung der elektrischen Werte vorziehen., bei der
die konstante Vörmagnetisierung Null oder gleichsinnig mit der veränderlichen Zusatzmagnetisierung
wird.
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Die konstante Vorrnag.netisierunig kann durch einen Dauermagneten
erzeugt werden. Hierfür gibt Abb.3 ein Ausführungsbeispiel. Die Drossel weist drei
Schenkel auf. Die auf den beiden äußeren Schenkeln befindlichen Spulen werden hintereinandergeschaltet
vom Speisewechselstrom .durchflossen. Sie entsprechen also zusammen, der Wicklung
i in Abb. i und sind dementsprechend beide mit i bezeichnet. Die Wicklung :2 für
die veränderliche Zusartzmagmetisierung .ist .auf dem mittleren Schenkel angebracht.
Die beiden Pole des beispielsweise U-förmigen Dauermagneten, welcher die konstante
Vormagnetisierung erzeugt, sind mit N und S bezeichnet. Die von .ihnen. ausgehenden
Kraftlinien sind durch. ausgezeiohmete Linien angedeutet. Die von der Wicklung 2
ausgehende veränderliche Zusatzmagnetisierung .ist durch gestrichelte Linien dargestellt
und so gerichtet, daß sie in den beiden äußeren Schenkeln, also im Bereich der Wechselstromspulen
i der konstanten Vorm.agnetisierung, entgegengesetzt gerichtet sind.. Diese beiden
Spulen für den Wechselstrom sind so hintereinandergeschaltet, daß sich, ihr Kraftlinienfluß
(strichpunktiert gezeichnet) über die beiden Joche schließt, ohne dem mittleren
Schenkel zu durchsetzen und die Spulen .2 zu beeinflussen.
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Die Verwendung eines Dauermagneten ist nicht immer erwünscht. Man
kann sich dann so helfen, daß die an der Drossel abgenommene konstante Spannung
gleichzeitig dazu benutzt wird, um die konstanteVormagnetis.ierung zu erzeugen..
InAbb.4 ist eine ,dementsprechende Schaltung gezeichnet. Der an die Wicklung i der
Drossel angeschlossene äußere Stromkreis enthält einen Gleichrichter 4, an den der
Verbraucher 6 und eine Wicklung 3 mit der Windungszahl Ws angeschlossen ist. W3
wird auf den die Spule 3 durchfließenden Gleichstrom 1, so abgestimmt, daß
d ie notwendige konstante Vormagnetis ierung 1.- W3 erzeugt wird. Die Wicklung 2,
welche die dem Speisestrom proportionale Zusatzmagnetisierung J2 - W2 erzeugt,
wird vom Speisestrom selbst über,den Gleichrichter 5 gespeist.
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Die Verhältnisse bei einer wechselnden Speisespannung U, die unmittelbar
an der Drossel liegt, sind im Abb. 5 dargestellt. Sie zeigt den Zusammenhang zwischen
der Spannung U und einer zusätzlichen Gleichstrommagrnetisierung T2 - W2 durch den
die Wicklung 2 durchfließenden Gleichstrom T2 für verschiedene die Drossel durchfließende
Ströme T1. Es ergeben sich nicht so günstige Verhältnisse wie im ersten Fall, da
der geradlinige Bereich der Kurven klein ist, jedoch reicht er immer noch aus, um
in diesem Fall zusammen mit einer konstanten Magnetisnerung T3 - W3 und einer
dieser entgegengerichteten, der Spannung proportionalen MagnetisierungJ2- W2 einen
konstanten. Strom in derDrossel zu erzeugen.
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Dieser konstante Strom kann., wie Abb.6 zeigt, ebenfalls wieder dazu
benutzt werden, um die konstan@te Vormagne-tisierung zu erzeugen. Die Bezeichnung
der Drosselwicklungen in Abb.6 entspricht derjenigen der Abb. i und 4. Die Wicklung
i liegt diesmal ahn der schwankenden Speisespannung U. Die Zusatzwicklung 2 wird
über den, Widerstand 7 und denn Gleichrichter 8 von der Speisespannung U gespeist.
Die Wicklung 3 wird von dem -durch die
Drossel fließenden konstanten
Strom T1 über den Gleichrichter 9 gespeist. 6 ist wiederum der Verbraucher.
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Die vorstehend angestellten Überlegungen gelten streng genommen nur
für eine konstante Belastung. Es läßt sich jedoch für den praktischen Gebrauch durch
geeignete Bemessung der einzelnen Glieder eine ausreichende Unabhängigkeit der elektrischen
Größen auch bei den vorkommenden: Belastungsänderungen erzielen.
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Weiterhin ist die angegebene Schaltung in der bisher dargestellten
Form abhängig von der Frequenz. Als ein einfaches Mittel zur Kompensation von Frequenzeinflüs.sen
hat sich die Einschaltung von zusätzlichen Drosseln oder sonstigen frequenzabhängigen
Gliedern in den Belastungsstromkreis erwiesen. Man erreicht dann mit den bisher
genannten Mitteln für praktische Betriebsbedingungen eine Konstanz der elektrischen
Werte auf 2 bis 3?/oo, was für viele Meßzwecke ausreichend ist.
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Ein besonderer Vorteil der beschriebenen Schaltung ist es, daß man
auf einfachem Wege mit weiteren Hilfsmitteln eine noch größere Konstanz von z. B.
iyoo erreichen kann., indem man eine weitere Beeinflussung d;er Hauptdrossel :durch
zusätzliche Gleichstrommagnetisierung bei Abweichungen vom Sollwert vorsieht. Hierzu
benutzt man an: sich bekannte Schaltungen, die nur bei einem bestimmten Speisestrom
bzw. bei einer bestimmten Speisespannung ausgeglichen sind und bei. jeder Abweichung
eine zusätzliche Spannung liefern:. Als solche Schaltungen dienen z. B. Brücken
mit temperaturabhängigen Widerständen oder Kompensationsschaltungen mit -Normalelementen.
Die bei Ab-
weichungen vom Sollwert erzeugte Spannung wird zweckmäßig auf
einen Verstärker gegeben, der eine weitere Wicklung der Drossel speist. Hierdurch
werden darmrestliche Schwankungen weitgehend ausgeglichen. Der Verstärker kann zugleich
von, der Konstantstromquelle gespeist werden. Wird ein magnetischer Verstärker benutzt,
so kann man die hierzu notwendigen Drosseln sogar mit denjenigen für dieAusgleichung,der
Frequen:zfebler vereinigen. Verwendet man eine viel höhere Frequenz als die des
Netzes, so kann man sogar auf einen Verstärker verzichten und, mit dem Abweichungss:trom
die Drossel direkt beeinflussen.
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Eine zweckmäßige Lösung für eine Konstanthalteanordnung mit Verstärker
ist in Abb. 7 dargestellt. Es wird bei ihr von einer Schaltung für schwankenden
Speisestrom ausgegangen. Durch die Vorschal.t:ung des Widerstandes io wird jedoch
erreicht, daß sie auch für schwankende Speisespannungen benutzt werden kann. Der
Speisestrom J1 durchläuft also zuerst den Widerstand io und dann die Hauptwicklung
i der Drossel und nach Gleichrichtungdurch . dem Gleichrichter 5 die Wicklung 2
für die zusätzliche, dein Speisestrom der Drossel proportionale Magnetisierung.
Parallel zur Drossel liegt der Verbraucherstromkreis mit dem Gleichrichter 4.. Er
enthält im Gleichstromzweig liintereinandergeschaltet die Brücke i i mit den temperaturabhängigen
Widerständen 12 und 13, den Verbraucher 6 und die Wicklung 3 für die konstante
Vormagnetis ierung der Drossel. 'Außerdem enthält die Drossel noch die Wicklung
15, welche über den Verstärker 16 von der Brücke il gespeist wird. Die Brücke,
insbesondere die Widerstände 12 und 13 sind so bemessen, daß sie beim Sollwert des
Stromes durch den Verbraucher abgeglichen ist. Treten Abweichungen: von diesem Sollwert
auf, so entsteht an .ihr eine Spannung, die dem Verstärker 16 zugeführt wird. Der
Verstärker speist :die Wicklung 15 der Hauptdrossel in dem Sinne, daß durch
.die erzeugte zusätzliche Magnetisierun;g ein, Ausgleich der Abweichung vom
Sollwert bewirkt wird.
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Die Drossel 14 dient dem Ausgleich der durch Frequenzänderungen verursachten
Schwankungen des Sollwertes am Verbraucher. Der Verstärker 16 wird zweckmäßig als
magnetischer Verstärker ausgebildet. Die Drossel 14 kann ,in diesem Fall gleichzeitig-
die hierbei notwendigen Drosseln darstellen. Ein Kondensator 17 am Gleichrichter
4. dient zur Glättung der Gleichspannung. Will man einer solchen Schaltung einen
konstanten Wechselstrom oder eine konstante Wechselspannung entnehmen, so kann dies
wech.sels:tromseitig vor oder hinter dem Gleichrichter 4 erfolgen. Die Dimensionierung
ist den dann enestehenden Verhältnissen anzupassen.
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Um in den von. Gleichstrom durchflossenen Spulen der Drossel Induktionen
voll Wechselströmen zu vermeiden, werden die einzelnen Wicklungen der Drosseln in
bekannter Weise geteilt ausgeführt und die Teile auf getrennten Kernen entsprechend.
gegeneinandergeschaltet. Wie schon gesagt, kann die Drossel auch zugleich als Transformator
benutzt «erden, indem der Verbraucherstromkreis an eine sekundäre Wicklung angeschlossen
wird, wobei die Wicklung i .als Primärwicklung anzusehen, ist.