-
Einrichtung zur Stabilisierung eines von einem Wechselstromversorgungsnetz
gespeisten Verbraucherstromkreises in Frequenz und Phase Für verschiedene Anwendungsgebiete,
beispielsweise bei Fernsehsendern, zu Meßzwecken, bei der Bildtelegraphie u. dgl.
ist eine außerordentlich hohe Frequenzkonstanz der Betriehswechselspannurag Voraussetzung
für ein einwandfrei.s Arbeiten. Die Frequenzkonstanz moderner Strornversorgungsrnetze
ist relativ sehr hoch und für die normalen Bedürfnisse, beispielsweise zum Betrieb
von Uhren und sonstigen Synchronantrieben, ausreichend. Sie weist jedoch noch so
große Schwankungen auf, daß sie in speziellen Anwendungen nicht befriedigt. Es wurden
daher meist besondere Wechselstromerzeuger verwendet, die beispielsweise durch hochempfindliche
Drehzahlregelung eines Maschinengenerators oder durch Stimmgabel- oder Quarzsteuerung
eines Rölirengenerabors die erforderliche Frequenzkonstanz gewährleisteten. Der
hierfür erforderliche Aufwand ist aber verhältnismäßig hoch, insbesondere d'arin.,
wenn das frequenzgerege.lte Netz größere Leistungen abgeben muß.
-
Es ist erwünscht, mit möglichst einfachen Mitteln einen Verbraucherstromkreis,
beispielsweise das Verbrauchernetz eines Laboratoriums oder einer Senderanlage,
mit einer aus dem Wechselstromversörgungsnetz gelieferten Wechselspannung zu speisen
und dabei die Frequenz des Verbraucherstromkreises
mit höchster
Genauigkeit zu stabilisieren. Hierzu ist es unerläßlich, daß es sich um-eine integral
wirkende Regelung handelt. Bei einer bekannten Einrichtung ist ein Drehtransformator
zwischen das Versorgungsnetz und den Verbraucherstromkreis eingeschaltet. Der Drehtransformator
wird durch Stellmotormittel nach Maßgabe einer den Phasenfehler nach Größe und Richtung
erfassenden Meßeinrichtung betätigt. Die Meßanordnung besteht aus einer mit zwei
gittergesteuerten Gas- oder Dampfentladungsgefäßen arbeitenden Doppelweggleichrichterschaltung,
die von dem zu stabilisierenden Verbraucherstromnetz gespeist wird. Ihrem Gitterkreis
wird die Normalfrequenz über einen Phasensteller zur Erzielung einer günstigen Phasenlage
zugeführt. Im Ausgangskreis der Doppelweggleichrichterschaltung liegt ein Stellmotor,
dessen Drehzahlabweichung der Phasenabweichung nach Richtung und Größe proportional
ist und der mit einem an das Primärnetz angeschlossenen zweiten Stellmotor auf ein
Differentialgetriebe arbeitet, auf dessen Abtriebswelle der Läufer des Drehtransformators
angeordnet ist. Auch hier ist also noch ein erheblicher Aufwand erforderlich.
-
Eine vorteilhafte Anordnung ergibt sich, wenn als Meßeinrichtung eine
von dem zu stabilisierenden Wechselstromnetz gespeistephasenempfindliche Gleich.richteranordnung
verwendet wird, deren Eingangsdiagonale die Normalfrequenz zugeführt ist und deren
Ausgangsdiagonale den Regelwert liefert. Sie steht über einen Verstärker mit dem
Stellglied des Stelltransformators in stetiger Steuerverbindung.
-
Zur Speisung der phasenempfindlichen Gleichrichterbrücke känn der
bei der obenerwähnten bekannten Einrichtung zur Speisung der Doppelweggleichrichterschaltung
erforderliche Transformator, der an das zu stabilisierende Wechselstromnetz angeschlossen
ist, beibehalten werden. In die Gleichrichterbrücke wird in an sich bekannter Weise
über den Nullzweig die von dem Normalfrequenzgeber gelieferte Sollfrequenz eingeführt.
Der anderen Diagonale wird der Regelwert zur Beeinflussung der Stelleinrichtung
für den Drehtransformator entnommen.
-
Eine solche Schaltung ist in Fig. i schematisch dargestellt und soll
zum besseren Verständnis der späteren Beschreibung der Erfindung kurz erläutert
werden.
-
In Fig. i ist R, S, T ein Drehstromversorgungsnetz und. R', S', T'
ein Verbrauchernetz, dessen Frequenz mit so hoher Genauigkeit konstant gehalten
werden soll, daß höchstens nur ganz geringfügige Phasenabweichungen von beispielsweise
einigen elektrisch? Graden -auftreten dürfen. Es ist dies weiteren vorausgesetzt,
daß die Frequenz des Versorgungsnetzes R, S, T sich in der Nähe der ,geforderten
Normalfrequenz bewegt. Zur Stabilisierung des Verbrauchernetzes R', S', T'
in Frequenz und Phase ist dieses an das Versorgungsnetz R, S, T über einen Drehtransformator
i -angeschlossen, der durch einen Motor 2, gegebenenfalls über ein Getriebe 3 (z.
B. Schneckengetriebe), von einer Regeleinrichtung so verstellt wird, daß die Gleichlaufbedingungen
des Verbrauchernetzes R', S', T' mit einem Normaloszillator 4 erfüllt sind.
Dieser Normaloszillator ist vorteilhaft ein quarzstabilisierter Röhrengenerator,
dessen Frequenz durch Frequenzteilung auf die Sollfrequenz der beiden Netze, z.
B. 5o Hz, reduziert ist und weder Frequenz- noch Phasenfehler aufweist. Zur Feststellung
eines auftretenden Phasenfehlers im Verbrauchernetz R', S', T' gegenüber der Normalfrequenz
ist als Fühler eine Gleichrichterphasenbrücke 5 verwendet, die aus der Sekundärwicklung
des Übertragers 6, den beiden Gleichrichtern 7 und dem Widerstand 8 besteht. Diese
Gleichrichterphasenbrücke ist einerseits über die Primärseite des Überträgers 6
an zwei Phasen des zu stabilisierenden Verbrauchernetzes R', S', T' angekoppelt,
und andererseits wird .ihr an Mittelanzapfungen des Widerstandes 8 und der Sekundärwicklung
des Übertragers 6 die Frequenz des Normalfrequenzgebers 4 zugeführt. Die vom Widerstand
8 abgenommene Ausgangsspannung wird durch einen an sich bekannten Verstärker 9 mit
Vakuumröhren oder gittergesteuerten Entladungsgefäßen verstärkt und dann. als Stellgröße
der Erregerwicklung io eines Leonardgenerators ii zugeführt, der eine weitere konstant
erregte Wicklung 12 haben kann und durch den Motor 13 vom Versorgungsnetz
R, S, T aus angetrieben wird. Wie schon ausgeführt wurde, tritt am Ausgang der -Gleiehrichterphasenbrücke
eine Wechselspannung auf, welche der Differenz zwischen der Frequenz des Verbrauchernetzes
R', S', T' und der vom Oszillator 4 gelieferten Normalfrequenz entspricht. Diese
Differenzfrequenz muß so niedrig sein, daß zur Ausregelung des auftretenden Phasenfehlers
ihre erste Viertelschwingung ausgenutzt werden kann und die auf den Verstärker 9
bzw. auf den Leonardgeneratorii gegebene Spannung wie eine Gleichspannung wirkt,
die der Größe und Richtung des auftretenden Phasenfehlers entspricht. -Diese letztere
Bedingung ist maßgebend für das richtige Arbeiten der in Fi,g. i dargestellten Regeleinrichtung.
Die Regelgröße wird nämlich nur so lange richtig gebildet, bis die Ausgangsspannung
der Brücke am Ende der ersten Viertelschwingung ein positives oder negatives Maximum
erreicht hat. Diese Grenzen werden offenbar nur dann nicht überschritten, wenn schon
das speisende Netzverhältnismäßig kleine Frequenzfehler aufweist. In diesem Fall
kann eine phasenempfindliche Gleichrichterbrücke angewandt werden, wenn es gelingt,
die Regelgröße so schnell wie möglich zur Beeinflussung der Regeleinrichtung wirksam
werden zu lassen. Dies kann unter Zwischenschaltung eines Verstärkers durch gesteuerte
Erregung eines Leonardgenerators erzielt werden.
-
Die in Fig. i dargestellte Einrichtung zeichnet sich durch einfachen
und billigen Aufbau mit hoher Dauergenauigkeit und Lebensdauer aus. Es ist auch
nur ein Stellmotor erforderlich, so daß
die beim Zusammenwirken
zweier Motoren über ein Differentialgetriebe unvermeidlich auftretenden Regelfehler
wegfallen. Die Normalfrequenzquelle kann in bekannter Weise durch einen Schwingquarz
oder gegebenenfalls durch eine Stimmgabel gesteuert werden, also praktisch absolut
frequenzkonstant sein. Sie braucht nur eine geringe Leistung abzugeben, da sie lediglich
zu Meßzwecken dient.
-
So vorteilhaft die Schaltung nach Fig. i an sich ist, kann sie doch
zur Stabilisierung von Netzen mit größeren Frequenzfehlern aus den oben angeführten
Gründen nicht verwendet -,werden. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch
eine möglichst einfache und ohne weitere Hilfsspannungsquellen arbeitende Zusatzeinrichtung
den Anwendungsbereich der Regeleinrichtung nach Fig. i auch auf Netze mit größeren
Frequenzfehlern auszudehnen. Dies gilt insbesondere für den Fall, daß im Wechselstromnetz
so rasche Frequenzänderungen auftreten, daß eine Phasenstabilisierung im oben beschriebenen
Sinne nicht mehr möglich ist, d. h: daß die am Ausgang der Gleichriohterbrücke auftretende
Differenzfrequenz schneller ihr erstes Schwingungsmaximum erreicht, als die nachgeschaltete
Regeleinrichtung den aufgetretenen Phasenfehler ausregeln kann.
-
Gemäß der Erfindung wird die gestellte Aufgabe bei einer Einrichtung
zur Stabilisierung eines von einem Wechselstromnetz gespeisten Verbraucherstromkreises
in Frequenz und Phase, welche einen zwischen Versorgungsnetz und Verbraucherstromkreis
eingeschalteten Drehtransformator, eine Meßeinrichtung zum Erzeugen eines dem Phasenfehler
der Verbraucherfrequenz gegen eine Normalfrequenz nach Größe und Richtung proportionalen
Rege:wertes und von diesem Regelwert über einen Gleichrichterphasenbrücke beeinflußte
Stellmittel für den Drehtransformator erhält, dadurch gelöst, daß der Ausgangsspannung
der Gleichrichterphasenbrücke die Ausgangsspannung eines von der Verbraucherfrequenz
gespeisten Verhältnisgleichrichters in Reihe geschaltet ist.
-
Es wird also gemäß der Erfindung zusätzlich noch ein weiterer'Frequenzfühler
vorgesehen. Dessen Ausgangsgleichspannung wird mit der Ausgangsspannung der Gleichrichterphasenbrücke
in Reihe geschaltet, so daß gewissermaßen eine Grob-und Feinregelung stattfindet.
Als zusätzlicher Frequenzfühler eignet sich der an anderer Stelle bereits vorgeschlagene
Veihältnisgleichrichter deswegen besonders gut, weil er ohne .Hilfsspannungsquellen
eine dem auftretenden Frequenzfehler nach Größe und Richtung proportionale Gleichspannung
liefert. Die Frequenzstabilisierungseinrichtung nach der Erfindung beruht dann zur
Feinregelung auf einer Phasenstabilisierung, zur Grobregelufg auf einer Frequenzstabilisierung.
-
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist, sofern sich der Aufbau
von der Schaltung nach Fig. i unterscheidet, in Fig. 2 schematisch dargestellt.
-
Der Verhältnisgleichrichter, der bereits anderweitig vorgeschlagen
wurde, besteht aus der an die Phasen S' und T' des zu stabilisierenden Verbrauchernetzes
angeschlossenen Primärspule 15 und der Sekundärspule 16, welche in loser induktiver
Kopplung die Frequenz des Verbrauchernetzes auf den Schwingungskreis 16, 17 überträgt.
Dieser Schwingungskreis ist auf die Sollfrequenz abgestimmt. Die Mittelanzapfüng
der Kopplungsinduktivität 16 ist mit der linken Seite der Primärspule 15 bzw. mit
der Phase S' verbunden. Zwei Gleichrichter 18, i9 arbeiten in Gegenschaltung auf
den Widerstand 2o, so daß zwischen den Mittelanzapfungen der Spule 16 und des Widerstandes
2o an der Kapazität 21 und am Widerstand 22 eine Gleichspannung entsteht, welche
nach Größe und Richtung der Abweichung der Frequenz des Verbrauchernetzes R', S',
T' von der Sollfrequenz des Schwingungskreises 16, 17 entspricht. Diese fehlerproportionale
Gleichspannung ist der Ausgangsspannung der Gleichrichterphasenbrücke 5 in Reihe
geschaltet, so daß bei kleinen Phasenfehlern gegenüber der Normalfrequenz des Oszillators
eine Phasenkorrektur stattfindet und dann, wenn der Phasenfehler zu groß werden
sollte, der Verhältnisgleichrichter in Tätigkeit tritt und seine Ausgangsgieichspannung
über den Verstärker g den Verstellweg für den Drehtransformator i bestimmt.