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Magnetischer Regler Zur selbsttätigen Regelung von Wechselstromkreisen,
insbesondere von Trockengleichrichtern, werden häufig Drosselspulen benutzt, deren
Vormagnetisierung von der zu regelnden Größe abhängt. Handelt es sich bei Trockengleichrichtern
um die selbsttätige Regelung der Ausgangsspannung, sei es, daß diese konstant gehalten
oder nach einer bestimmten Kennlinie bzw. einer Kombination zweier verschiedener
Kennlinien geregelt werden soll, so kann ,die Ausgangsspannung selbst bzw. ein Teilbetrag
von ihr in den Vormagnetisierungskreis eingeschaltet werden. Um eine hohe Regelempfindlichkeit
zu erhalten, schaltet man bei solchen Reglern der Regelgleichspannung eine konstante
oder nach einer bestimmten Gesetzmäßigkeit veränderliche Vergleichsspannung entgegen,
die meist mit Hilfe eines magnetischen Spannungsgleichhalters und eines Hilfsgleichrichters
aus dem Wechselstromnetz gewonnen wird. D.ie Vengleichsspannungbildet dabei ein
Maß für den Sollwert, auf den geregelt wird. Derartige Schaltungen haben sich bei
kleineren Gleichspannungen sehr gut bewährt und lassen sich auch für eine sehr große
Regelgenauigkeit ausführen. Bei größeren Gleichspannungen ergeben sich jedoch in-,sofern
Schwierigkeiten, .als mit Rücksicht auf die Kleinhaltung .des Eigenverbrauches der
Vergleichsspannungsquelle, deren Spannung j a durch die Regelspannung gegeben ist,
der Steuerstrom sehr klein gewählt werden muß, was eine große Windungsz.ahl der
Steuerwicklung auf den Regeldrosseln erfordert.
Dann wird aber in
den Steuerw icklungen der Regeldrossel eine sehr hohe Wechselspannung induziert,
die zwar nach außen hin bei Anwendung entsprechender Drosselanordnungen nicht in
Erscheinung tritt, aber an die Isolation der Steuerwicklungen hohe Anforderunigen
stellt. Durch eine Unterteilung der Steuerwicklungen ist es bis zu einem gewissen
Grade möglich, dieser Schwierigkeit Herr zu werden, aber dabei muß eine unerwünschte
Komplikation im Wicklungsaufbau in Kauf genommen "verden. Ferner ist es nachteilig,
daß bei den bekannten Reglern dieser Art für jede Gleichspannung eine andere Bemessung-derganzen
Regelanordnungerforderlich ist.
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Die Erfindung betrifft einen magnetischen Regler, hei dem diese Schwierigkeiten
überwunden sind und der ohne Änderung der Bemessung der einzelnen Teile für die
Regelung sehr verschiedener Spannun.-gen angewendet werden kann. Es .ist also möglich,
den erfindungsgemäßen Regler als normale Einheit auszubilden, die zur Regelung,der
verschiedenartigsten Gerätetypen eingesetzt werden kann. Gemäß der Erfindung werden
bei einem magnetischen Regler, bei welchem die Regelgleichspannung im Vormagnetisierungskreis
einer .an eine Wechselstromquelle schwankender Spannung angeschlossenen Drosselspule
liegt, an die Wechselstromquelle zwei Drosseln in Reihe angeschlossen. Die eine
der Drosseln nimmt einen Strom auf, der etwa konstant ist und sich in seiner Größe
nur in dem Maße ändert, wie es die Vormagnetisierung dieser Drossel abhängig von
.der Regelspannung ergibt. Diese Konstanz des Stromes bleibt im ganzen Schwankungsbereich
-der Drosselspannung erhalten. Die zweite Drossel besitzt eine horizontal oder mit
geringer Neigung verlaufende Spannungs-Strom-Kennlinie, d. h. i=hre Spannung bleibt
in .einem großen Strombereich annähernd konstant. Die Reglerausgangsspannung w -ird
dabei durch die Differenz zwischen einer dem Wechselstrom in den Drosseln proportionalen
Spannung und einer der Klemmenspannung an der zweiten Drossel proportionalen Vergleichsspannung
gebildet. Diese Ausgangsspannung nies Reglers kann :dann in beliebiger Weise zur
Ausübung von Regelwirkungen herangezogen werden, beispielsweise dadurch, ,daß sie
ihrerseits auf die Vormagnetisierung von weiteren Regeldrosseln einwirkt, welche
indem zu regelnden Stromkreis liegen. Die als Regelspannung bezeichnete Eingangsspannung
des Reglers kann entweder die zu regelnde Größe selbst sein oder nur ein Abbild
der zu regelnden Größ; darstellen.
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Die Erfindung möge zunächst an Hand der Fig. i und 2 der Zeichnung
näher erläutert werden. Fig. i zeigt ein Prinzipschaltbild -des Reglers nach der
Erfindung, in welchem Einzelheiten nur so weit,dargestellt sind, als sie zum Verständnis
der Erfindung nötig sind. An einer Wechselspannungsquelle u, v,
deren Spannun=g
in einem gewissen Bereich schwanken kann, liegen in Reihe miteinander die beiden
Drosseln i und 2. Die Drossel 2 besitzt eine Vormagnetisierungswicklung i i, in
deren Stromkreis die Regelgleichspannung a., b liegt. Die Spannungsstromkennlinie-
,die-ser Drossel 2 möge den in Fig. 2 finit g bezeichneten Verlauf besitzen. Wesentlich
an dieser Kennlinie g ist, daß sie zwischen den Punkten A und B ein
praktisch vertikales Stück besitzt. Eine solche Kennlinie kann beispielsweise auf
folgende Art erreicht wenden: Die Spannungsstromkennlinie einer mit konstantem Gleichstrom
vormagnetisierten Dros-sel.spule verläuft nach einer Kurve, wie stie in Fig. z mit
f bezeichnet ist. Je kleiner die Gleichstromerregung der Drossel wird, umso mehr
rücken bekanntlich die beiden Kniepunkte D und E nach kleineren Werten des Wechselstromes
J hin. Infolgedessen kann man durch eine zusätzliche Gegenerregung, welche der Spannung
an den Klemmen der Drossel proportional ist, einen resultierenden Kennlinienlauf
erzielen, der entsprechend der Kurve g zwischen den Punkten A und B den gewünschten
senkrechten Verlauf besitzt. Firne Änderung des von der Regelspannung abhängigen
Vormagnetisierun@gsstromes hat dann im wesentlichen nur noch eine Parallelverschiebung
des senkrechten Kennlinienstückes A, B zur Folge. Je nach=dem, welchen Wert
die Regelspannung besitzt, nimmt also-die Drossel einen größeren oder kleineren
Strom auf, der jedoch bei Schwankungen der an i=hr liegenden Wechselspannung U,
soweit diese innerhalb des Bereiches A, B liegen, konstant bleibt. Man kann
-diese Kennlinienform auch ohne spannungsabhängige Vormagnetisierung dadurch erzielen,
daß man der Drossel einen Kern aus einem Magnetmaterial gibt, welches eine scharf
geknickte Magnetisierungskennlinie mit sehirh-oherAnfangsperme.abilität besitzt.
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Die Drossel i möge eine Spannungsstromkennlinie entsprechend, -der
Kurve e besitzen. Es ist dabei nicht unbedingt erforderlich, daß der Kennlinienast,
auf welchem der Schnittpunkt mit der Kennlinie g der Drossel 2 liegt, genau horizontal
verläuft. Dieser Kurvenast kann vielmehr auch flach ansteigen oder, was meist noch
günstiger ist, etwas abfallen. Erreicht werden kann diese l#,'-ennlinienform beispielsweise
dadurch, daß man :die Drossel i so bemißt, daß sie im Arbeitsbereich bereits voll
gesättigt ist. Man kann sie statt dessen aber auch mit einem Gleichstrom vormagnetisieren,
welcher dem sie durchfließenden Wechselstrom etwa proportional ist. Vormagnetisierte
Drosseln, bei denen die Gleichstromerregung in einem konstanten Verhältnis zur Wechselstromerregung
steht, können bei geeigneter Wahl dieses Verhältnisses Magnetisierungskennlinien
besitzen, die über einen großen Bereich der Wechselstromerregung eine nahezu konstante
Induktion erneben. Da nun ld.ie Drossel i mit der Drossel 2 in Reihe geschaltet
ist, so blei=bt der die Drossel i durchfließende Strom von Schwankungen der die
Reihenschaltung speisenden Wechselspannung unbeeinflußt, da die Drossel 2 imstande
ist, bei konstantem Strom erhebliche- Spannungsschwankungen aufzunehmen. Der Strom
in der Drossel i ändert sich jedoch, sobs.ld- sich die Regelspannung ändert, da
dann, wie schon erwähnt, das Kennlinienstück A, B der Drossel 2 parallel
zu sich selbst nach anderen Werten des @#@lechselstromes hin verschoben wird. Die
Spannung an der Drossel i bleibt, wenn die Kennlinie e im
Arbeitsbereich
horizontal verläuft, unabhängig von den Änderungen des die Drosseln durchfließenden
Wechselstromes konstant, und diese Tatsache wird dazu ausgenutzt, um an der Drossel
i z. B. mit Hilfe einer getrennten Sekundärwicklung 15 eine von Schwankungen der
Wechselspannungsquelle unabhängige Vergleichsspannung abzunehmen. Diese Vergleichsspannung
wiird durch einen Hilfsgleichrichter 5 gleichgerichtet und einem Widerstand . 6
zugeführt. Die Spannung am Widerstand 6 wird einer Gleichspannung entgegengeschaltet,
welche dem die Drosseldurchfließenden Strom proportional ist. Zur Erzeugung dieser
Spannung ist der Widerstand a über einen Trockengleichrichter 3 in Reihe mit den
Drosseln. geschaltet. Die letztgenannte Spannung bleibt nach den vorher Gesagten
von Schwankungen der Wechselspannungsquelle ebenfalls unbeeinflußt. hängt aber von
der Größe der Regelspannung ab. Man erhält ,auf diese Weise im Ausgangskreis des
Reglers zwischen den Punkten c und d die Differenz zweier Spannungen, die beide
von Netzspannungsschwankungen nicht beeinflußt werden, von denen aber die eine konstant
und die andere mit der Regelspannung veränderlich ist. Zweckmäßig wird die Bemessung
so getroffen, daß bei dem Sollwert der Regelspannung diese Spannungsdifferenz gleich
Null ist, so daß je nachdem, in welcher Richtung die Regelspannung von dem Sollwert
iabweicht, im Ausgangskreis des Reglers eine Steuerspannung mit dem einen oder dem
anderen Vorzeichen in Erscheinung tritt.
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Es ist, wie schon gesagt, nicht erforderlich, daß die Kennlinie e
der Drossel i horizontal verläuft. Wenn sie etwas nach höheren Werten des Wechselstromes
hin abfällt, so hat dies den Vorteil, daß sich die Vergleichsspannung und .die von
der Regelspannung abhängige Spannungskomponente im Ausgangskreis des Reglers gegenläufig
ändern, d. h. also. die Regelgenauigkeit erhöht wird. Allerdings geht dabei ein
Teil des für Netzspannungsschwankungen zur Verfügung stehenden Spannungsbereiches
AB
für die Regelung verloren. Eine abfallende Kennlinie kann man z. B. durch
eine von der Drosselspannung abgeleitete zusätzliche Gegenerregung erreichen.
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Ein vollständiges Ausführungsbeispiel des Reglers nach der Erfindung
ist in Fig.3 im Schaltbild wiedergegeben. Hier besitzen die Drosseln i und 2 je
zwei auf verschiedenen Kernen angeordnete, parallel geschaltete Wechselstromwicklungen,
während die zugehörigen Vormagneti-sierungswicklungen gegensinnig in Reihe geschaltet
sind. Auf diese Weise heben die in den Vormagnetisierungswicklungen induziertenWechselspannungen
einander auf. Die Regelspannung liegt wieder zwischen den Punkten aundb im Stromkreis
einer Vormagnetisierungswicklung i i der Regeldrossel 2. In ,diesen Stromkreis ist
außerdem ein Regelwiderstand 8 geschaltet, mit Hilfe .dessen der Regler verschiedenen
Werten der Regelspannung angepaßt werden kann. Um die im Arbeitsbereich senkrecht
verlaufende Kennlinie für :die Drossel 2 zu erhalten, ist eine weitere V ormagnetisierungswicklung
vorgesehen, die von der Sekundärwicklung 12 -der Drossel über einen Hilfsgleichrichter
7 gespeist wird und der Vormagnetisierungswicklung 11 entgegenwirkt.
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Die Drossel i besitzt eine Vormagnetisierungswicklu-ng 16, die über
den Hilfsgleichrichter 3 ebenso wie der Widerstand 4 in Aden Hauptstromkreis der
beiden Drosseln geschaltet ist. Dadurch wird, wie bereits oben auseinandergesetzt,
ein praktisch horizontaler Verlauf der Spannungsstromkenndinie im Arbeitsbereich
erhalten. Man könnte, anstatt den Hilfsgleichrichter 3 unmittelbar in den Wechselstromkreis
zu schalten, die Spannung für die Speisung des Widerstandes 4. und gegebenenfalls
der Vormagneti.sierungsw icklung 16 auch an einer in den Wechselstromkreis geschalteten
Luftspaltdrossel abnehmen. Dadurch kann man sowohl die Verluste als auch den Aufwand
vermindern, dpa der Strom in dieser Luftspaltdrossel und der über den Gleichrichter
fließende Strom aufeinander senkrecht stehen. Zur Erhöhung der Regelempfindlichkeiit
ist die zwischen den Leitern c und d auftretende Reglerausgangsspannung über die
Vormagnetisierungswicklungen 14 auf die Drossel e zurückgekoppelt. Eine Zunahme
der Reglerausgangsspannung unterstützt also, die sie auslösende Änderung der Regelspannung
hinsichtl ch deir Vormagnetisierungswicklung auf die Drossel 2. Man kann auf die
Drossel 2 auch gegebenenfalls zusätzlich zu der Rückkopplungswicklung noch eine
konstante Gleichstromerregung,aufbringen, die der von der Regelspannung herrührenden
Erregung entgegenwirkt. Es ergibt sich dann eine Differenzbildung, die zur Erhöhung
der Regelgenauigkeit und zur Verminderung des Aufwandes benutzt werden kann.
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Wenn, keine besonderen Maßnahmen ergriffen werden, hängt die Reglerausgangsspannu,ng
noch von der Frequenz der an den Leitern u und v angeschlossenen,
speisenden Wechselspann.ungsquelle ab. Da mit zunehmender Frequenz die Spannung
an der Drossel i zu- und der Strom in ihr abnimmt, so würde die Spannung an dem
Widerstand 6 wachsen und die an dem Widerstand 4 sinken. Um die hierdurch .bewirkte
Spannungsdifferenz zu kompensieren, ist dem Hilfsgleichrichter 5 noch ein Spannungsresonanzkreis
9, io vorgeschaltet. Da die Spannungen des Kondensators 9 und der Drossel io einander
entgegengesetzt gerichtet sind, so kommt ihre Differenz zur Wirkung. Ist die Spannung
an der Drossel io indem in Betracht kommenden Frequenzbereich größer als die Spannung
am Kondensator 9, so vergrößert sich die Differenzspannung mit ansteigender Frequenz
und setzt entsprechend die Spannung an dem Widerstand 6 herab.
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Der Hilfsgleichrichter 3 richtet den durch die Drossel 2 konstant
gehaltenen Wechselstrom gleich. Eine Änderung seines Widerstandes in Sperrichtung
hätte eine Spannungsänderung am Widerstand 4 zur Folge und muß :daher möglichst
vermieden werden. Dagegen wäre eine Änderung seines Widerstandes in Durchlaßrichtung
ohne Einfluß. Es ist deshalb zweckmäßig, hier einen Gleichrichter mit möglichst
kleinem Rückstrom, z. B. einen Selengleichrichter, zu verwenden. Der Gleichrichter
5 liegt dagegen an
einer nahezu konstantenSpanmtng, und deshalb
haben seine Rückstromänderungen keinen Einfluß auf die Genauigkeit. Widerstandsänderungen
in der Durchlaßrichtung würden eine Änderung der zu regelnden Spannung zur Folge
haben, lassen sich aber durch 'Nachstellen am Sollwerteinsteller 8 ausgleichen.
Der Hilfsgleichrichter 7 bestimmt die lNTeigung der Kennlinie 2 und ist deshalb
von Einfluß auf den .busgleich von Netzspannungsschwankungen. Da er gegebene Spannungen
gleichrichtet, ist sein Rückstromverhalten belanglos. Es muß aber von -ihm eine
große Konstanz in Durchlaß:richtun.g verlangt werden, weshalb es vorteilhaft ist,
hier einen Iiupfero-ydulgleichrichter, insbesondere mit Silberkontakten, zu benutzen.