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Röhrenregler für Gleichstromgeneratoren Gegenstand der Erfindung ist
ein selbsttätiger Röhrenregler, insbesondere Spannungsregler, für Gleichstromgeneratoren,
die durch eine Querfelderregermaschine der Metadynebauart in Verbindung mit Hochvakuumröhren
erregt werden.
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Es ist bekannt, Generatormetadynen durch eine in der Arbeitsbürstenachse
wirkende fremderregte und eine ihr entgegengeschaltete Feldwicklung zu regeln. Erfindungsgemäß
wird die Gegenfeldwicklung vom Anodenstrom einer Schirmgitterröhre gespeist, an
deren Steuergitter ein von dem Anodenstrom einer Pentode abhängiges Potential liegt.
Hierbei wird der Anodenstrom der Pentode dadurch den Spannungsschwankungen des Hauptgenerators
umgekehrt proportional gesteuert, daß an ihrem Steuergitter und der Kathode die
Differenz zwischen einer festen Bezugsspannung und einer der Generatorspannung proportionalen
Spannung liegt.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. i dargestellt, und
zwar in Anwendung für die Ausgangsspannung eines Gleichstromgenerators t, dessen
Anker mit a und dessen Feldwicklung mit 3 bezeichnet ist. An die Ankerklemmen ist
der Laststromkreis mit der positiven Sammelschiene q. und der negativen Sammelschiene
5 angeschlossen.
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Als Erregermaschine zur Speisung der Feldwicklung 3 ist eine läufererregte
Querfeldmaschine6
der Metadynebauart vorgesehen, deren Anker 7 zwei
um 9o° gegeneinander versetzte Bürstensätze 8, 9 und io, ii zugeordnet sind. Der
eine Bürstensatz i o, i i enthält die quer magnetisierende Wicklung 12, die eine
Komponente des Flusses erzeugt, und ist im wesentlichen kurzgeschlossen. An dem
anderen Bürstensatz mit den Bürsten 8, 9 liegt eine Spannung, die in Abhängigkeit
von der resultierenden Durchflutung der beiden Feldwicklungen 13 und 14 veränderlich
ist. Die Wicklung 13 kann als Zusatzerregerwicklung, die Wicklung 14 als Gegenfeldwicklung
bezeichnet werden, und ihre resultierende Durchflutung bestimmt die an den Bürsten
8, 9 auftretende Spannung, damit aber auch die Durchflutung der Feldwicklung 3 des
Hauptgenerators. Die Erregermaschine kann ferner zur Unterdrückung von Pendelerscheinungen
mit einer weiteren Wicklung 15 versehen sein, die über den Transformator 16 entsprechend
den Spannungsschwankungen an den Ausgangsklemmen gespeist wird.
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Die Feldwicklung 13 wird von einer Gleichstromquelle konstant erregt.
Um diese konstante Gleichspannung zu erzeugen, dient eine Gleichrichteranordnung,
z. B. ein Zweiphasengleichrichter 18, dessen über den Transformator i9 dem Gleichrichterrohr
2o aus dem Wechselstromnetz 22 zugeführte Spannung durch einen Regler 23 im wesentlichen
konstant gehalten wird. Zur Glättung ist ein Filterkreis 21 aus Drossel und Kondensator
vorgesehen, und ein weiterer Filterkondensator 24 ist zu den Ausgangsklemmen 25,
26 der Gleichrichteranordnung parallel gelegt.
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Wie ersichtlich, ist die Zusatzfeldwicklung 13 direkt an die Klemmen
25, 26 angeschlossen und damit im wesentlichen konstant erregt, während das Gegenfeld
14 durch nur in einer Richtung fließende Stromstöße von einer Steuerröhre 35 veränderlich
erregt wird, die wiederum von einer Röhre 27 gesteuert wird. Die Röhre 27, eine
Pentode, ist vorzugsweise eine Hochvakuumröhre mit der Anode -28, der Kathode 29,
enthält ein Steuergitter 30, ein Schirmgitter 31 sowie ein Brems-bzw. Fanggitter
32 und ist über den Widerstand 33 und einen weiteren veränderlichen Widerstand 3.1
an die Ausgangsklemmen 25, 26 der Gleichrichteranordnung angeschlossen. Die Röhre
27 läßt durch den Widerstand 33 nur Strom in einer Richtung hindurch und steuert
gleichzeitig dadurch die Röhre 35. deren Steuergitter 38 an der Anode 28 der Röhre
27 liegt. Die Röhre 35 läßt nur Strom in einer Richtung durch die Gegenfeldwicklung
14 fließen. Die Röhre 35, gleichfalls vom Hochvakuumtyp, besitzt eine Anode 36,
eine Kathode 37, ein Steuergitter 38 und ein Schirmgitter 39. Zwischen Anode und
der Feldwicklung 14 kann ein strombegrenzender Widerstand 40 eingeschaltet sein.
Das Steuergitter 38 ist mit der Anode der Entladungsröhre 27 und dem Widerstand
33 verbunden, so daß sein Potential :entsprechend dem durch .die Röhre 27 fließenden
Strom veränderlich ist. Das Schirmgitter 39 ist über dem Widerstand 41 mit dem positiven
Pol 25 der Gleichstromquelle verbunden, so daß an dieser Röhre etwaige Spannungsschwankungen
der Gleichstromquelle kompensiert werden. Ein weiterer Widerstand 42 kann noch in
dem Anoden-Kathoden-Kreis der Röhre 35 eingeschaltet sein. Der regelbare Widerstand
34 erlaubt eine Kontrolle bzw. Regelung der Kompoundierungsspannung des Hauptgenerators.
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Ein Spannungsteiler, bestehend aus dem Widerstand 43 und der Glimmlampe
44, ist an die Ausgangsklemmen der Gleichrichteranordnung 18 angeschlossen und dient
gegenüber der Spannung des Hauptgenerators als Bezugsspannung. Um diese Bezugsspannung
noch genauer konstant zu halten, kann ein weiterer Spannungsteiler mit denn Widerstand
45 und der Glimmröhre 46 an den gemeinsamen Verhindungspunkt 47 des Widerstandes
43 und der Glimmlampe 44 angeschlossen sein. Eines der Steuerglieder, beispielsweise
das Schirmgitter 31 der Pentode, ist über den Widerstand 48 an den gemeinsamen Verbindungspunkt
des Widerstandes 45 und der Glimmlampe 46 oder an den Punkt 47 gelegt. Zwischen
Schirmgitter 31 und der Anode 28 liegt ein Kondensator 49, um etwaige beim Regeln
auftretende Spannungsstöße zu vermeiden.
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Parallel zum Anker 2 des Gleichstromgenerators i liegt ein aus den
Widerständen 5o und 51 bestehender Spannungsteiler. Der Schieber 52 des Widerstandes5o
ist mit dem positiven Pol des Gefäßes46 und der Punkt 53 des Spannungsteilers mit
dem Gitter 30 der Röhre 27 über den Widerstand 54 und die Leitung 55 verbunden.
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Die Arbeitsweise des Röhrenreglers ist folgende: Die Erregermaschine
6 erzeugt entsprechend der resultierenden Durchflutung aus den Wicklungen 13 und
14 eine veränderliche Ausgangsspannung und wirkt als Verstärker für den die Gegenfeldwicklung
14 nur in einer Richtung durchfließenden Strom. Die beiden Röhren 27 und 35 wirken
ebenfalls als Verstärker mit eindeutiger Richtung für den Strom in der Wicklung
14, und zwar in Abhängigkeit von der Ausgangsspannung des Hauptgenerators. Der Anodenstrom
der Pentode 27 verändert sich umgekehrt mit der Spannung des Hauptgenerators und
speist den Widerstand 33 mit Stromstößen in nur einer Richtung und setzt das Potential
am Steuergitter 38 der Röhre 35 herauf und herunter. Der Anodenstrom der Röhre 35
endlich speist die Gegenfeldwicklung 14 zur Steuerung der Erregermaschine und damit
der Feldwicklung 3 des Hauptgenerators.
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Sobald die Klemmenspannung des Hauptgenerators einen vorbestimmten
#,#'ert überschreitet, wird das Potential des Steuergitters 3o am Rohr 27 gesenkt
gegenüber dem Potential der Kathode 29, so daß der die Pentode durchfließende Strom
verringert wird. Naturgemäß sinkt auch damit der Strom im Widerstand 33, und das
Potential des Steuergitters 38 der Röhre 35 wird in Abhängigkeit der verringerten
Spannung am Widerstand 33 erhöht. Als Folge davon wird aber die G@genfeldwicklung
14 durch die Röhre 35 stärker erregt und verringert damit die resultierende Magnetisierung
der
Erregermaschine 6 bzw. deren Ausgangsspannung, so daß auch die Spannung am Hauptgenerator
herabgesetzt wird. Im umgekehrten Fall wird durch den Röhrenregler die Durchflutung
der Wicklung 14 geschwächt, so daß die Erregerspannung erhöht und die Hauptgeneratorspannung
auf den vorbestimmten Wert zurückgeregelt wird.
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Die Pentode 27 spricht insofern sehr genau auf kleinste Spannungsschwankungen
an den Klemmen des Hauptgenerators an, als die Spannungsdifferenz zwischen der Spannung
des Hauptgenerators bzw. einer hiervon abgeleiteten Komponente und der Bezugsspannung
an der Glimmröhre 46 zwischen dem Steuergitter 30 und der Kathode 29 liegt.
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Bei dem erfindungsgemäßen Röhrenregler liegt die Feldwicklung
13 unmittelbar an der speisenden Gleichstromquelle und ist somit stets durch
einen im wesentlichen konstanten Gleichstrom erregt. Um nun jede eventuell mögliche
Spannungsschwankung der Gleichstromquelle zu kompensieren, ist das Schirmgitter
39 der Röhre 35 an die positive Sammelschiene 25 der Gleichstromquelle gelegt, so
daß jede durch die Wicl-zlung 13 hervorgerufene Zunahme des Stromes selbsttätig
einen entsprechenden, die Wicklung 14 durchfließenden Gegenkompensationsstrom erzeugt.
Diese Wirkung ist bedingt durch die zusätzliche positive Gittervorspannung der Röhre
35.
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Bei der Inbetriebnahme der Anlage wird die Erregermaschine sofort
die Generatorspannung aufbauen, weil das Erregerfeld 13 unmittelbar an die
Gleichstromquelle angeschlossen ist. Gleichzeitig wird die Differenz zwischen der
zu regelnden Generatorspannung und der Bezugsspannung die Impedanz der als Verstärker
arbeitenden Pentode 27 so verändern, daß ein Strom durch die Röhre 35 zu fließen
vermag und damit die Erregung des Gegenfeldes 14 einsetzt. Jede weitere Regelung
der Wicklung 14 verläuft dann vollkommen selbsttätig.
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Ein beträchtlicher Vorteil der Erfindung ist der äußerst große Regelbereich,
der durch die Kombination der beiden Spannungsteiler, nämlich der zu regelnden Spannung
und der Bezugsspannung, erzielt wird. Wenn die Glimmlampen an einer im wesentlichen
konstanten Gleichstromquelle, beispielsweise einem Vollweggleichrichter liegen,
so ist für die zu regelnde Spannung keine untere Grenze vorgeschrieben. Man kann
bei dieser Anordnung ein Potentiometer unmittelbar an die Glimmlampe 46 anschließen
und so jeden gewünschten Wert der Bezugsspannung einstellen. Das bedeutet aber,
daß die Spannung des Hauptgenerators herunter bis auf Werte von 4 oder 5 Volt geregelt
werden kann, und zwar ohne jede Unstabilität. Der mit der Bezugsspannung zusammen
arbeitende Teil der Klemmenspannung des Generators i kann an dem Widerstand 5o mit
Hilfe des Schiebers 52 eingestellt bzw. überwacht werden, während der Kompoundierungsgrad
durch den Widerstand 34 geregelt wird.
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Wie aus Fig. 2 ersichtlich, ist es auch möglich, anstatt das Schirmgitter
3 i der Pentode 27 an den positiven Punkt der Glimmlampe 46 anzuschließen, es an
Abgriffe des Widerstandes 45 des Spannungsteilers zu legen, der an die Glimmlampe
44 angeschlossen ist. Diese Anordnung ermöglicht den Verzicht auf den in Fig. i
dargestellten Spannungsregler 23, weil der Röhrenregler selbsttätig auf Spannungsschwankungen
an den Klemmen 25, 26 der Gleichstromquelle anspricht, um die Durchflutung der Gegenfeldwicklung
14 zu verändern und dadurch die durch die Spannungsschwankungen der Gleichstromquelle
bedingten Durchflutungsänderungen der Feldwicklung 13 zu kompensieren.
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Die Wirkungsweise der Anordnung nach Fig. 2 ist im wesentlichen die
gleiche wie die des in Fig. i dargestellten Reglers. Bei einem Anstieg der Spannung
an den Klemmen des Hauptgenerators ruft das dem Steuergitter 3o der Pentode aufgedrückte
Potential eine Potentialerhöhung des Steuergitters 38 der Röhre 35 hervor, bewirkt
dadurch eine stärkere Durchflutung der Gegenfeldwicklung und infolgedessen eine
entsprechend schwächere Durchflutung der Erregerwicklung 3 des Hauptgenerators.
Wenn umgekehrt die Klemmenspannung des Hauptgenerators absinkt, arbeitet der Röhrenregler
im Sinne einer Erhöhung der Klemmenspannung bis auf den vorbestimmten Wert.
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Die Anordnung nach Fig. 2 wirkt ebenfalls kompensierend auf die Durchflutung
der Gegenfeldwicklung 14, wenn durch Schwankungen der Gleichstromquelle die Durchflutung
der Feldwicklung 13 sich ändert. Steigt beispielsweise die Klemmenspannung der Gleichstromquelle,
so wird das dem Schirmgitter 31 aufgedrückte Potential erniedrigt und damit auch
der Anodenstrom der Pentode 27 herabgesetzt, so daß das Potential am Steuergitter
38 der Röhre 36 ansteigt. Infolgedessen wird aber auch der von der Röhre 35 gelieferte
Strom der Gegenfeldwicklung 14 ansteigen und der durch die erhöhte Spannung der
Gleichstromquelle bedingten größeren Durchflutung der Wicklung 13 entgegenwirken.
Es wird damit das einmal eingestellte Verhältnis der Differenzerregung stets aufrechterhalten,
da bei einem Spannungsrückgang der Gleichstromquelle der oben beschriebene Regelvorgang
umgekehrt abläuft.