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Mit Wechselstrom zu speisendes, eine geregelte und gefilterte Ausgangsgleichspannung
lieferndes Gerät Die Erfindung betrifft ein mit Wechselstrom zu speisendes, eine
geregelte und gefilterte Ausgangsgleichspannung lieferndes Gerät mit einer Gleichstromregelbrückenschaltung,
in deren einem Zweig eine in der Heizspannung von der zu regelnden Ausgangsspannung
beeinflußte Elektronenentladungsröhre liegt und in deren anderen Zweigen ohmsche
Widerstände angeordnet sind, wobei das Ausgangssignal der Gleichstrombrückenschaltung
über eine Verstärkereinrichtung auf die Steuerwicklung einer im Wechselstromeingangskreis
als Stellglied angeordneten gleichstromvormagnetisierten Drosselspule wirkt.
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Ähnliche Geräte sind zur Regelung von Wechselspannungen bereits vorgeschlagen
worden. Es ist auch bekannt, die Heizstromkreise zweier in Gegenschaltung verbundener
Entladungsgefäße über einen Transformator an den Wechselspannungsausgangskreis zu
koppeln und den inneren Widerstand der Gefäße in Abhängigkeit von der Belastung
zu regeln. Nach einem älteren Vorschlag ist ferner eine Schaltung der eingangs bezeichneten
Art so aufgebaut, daß am Ausgang eine geregelte Wechselspannung abgenommen werden
kann.
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Demgegenüber erstrebt die Erfindung ein Gerät, das eine genaue geregelte
Gleichspannung zu liefern in der Lage ist und bei dem ferner im Falle eines Aussetzens
einer im Regler vorgesehenen Elektronenröhre die Ausgangsspannung eher abfällt als
ansteigt, wodurch jeder Schaden an der Schaltungsanordnung verhindert wird, welche
im Ausgangskreis des Spannungsreglers verwendet ist.
Dies wird erfindungsgemäß
dadurch erreicht, daß im Wechselstromeingangskreis in Reihe mit der Primärwicklung
eines Netztransformators zur Speisung einer. Lastgleichrichterbrücke und der Gleichstromregelbrückenschaltung
der eine Teil der Wicklung eines Spartransformators geschaltet ist, deren anderer
Teil parallel zu dieser Primärwicklung in Reihe mit der Arbeitswicklung der durch
Gleichstrom vormagnetisierten Drosselspule im Wechselstromeingangskreis liegt, und
der Heizfaden der Elektronenentladungsröhre parallel zum Gleichstromausgangskreis
angeschlossen ist, so daß eine der Ausgangsgleichspannung entsprechende Spannung
an diesem Heizfaden liegt. Beim Durchbrennen des Glühfadens der Diode wird eine
unmittelbar mit der negativen Klemme der Gleichspannungsausgangsleitungen verbundene
federbelastete Glühfadenelektrode freigegeben, um den Stromkreis zu schließen bzw.
kurzzuschließen, der unmittelbar zur Anode der Diodenröhre führt. Hierdurch wird
ein negatives Gitterpotential hervorgerufen und vergrößert, um die Elektronenemission
in einer Verstärkerröhre zu verkleinern, was eine Verkleinerung des Anodenstromes
zur Folge hat sowie eine Vergrößerung der Impedanz einer Drosselspule, die dann
die Eingangs- und damit die Ausgangsspannung herabsetzt, wodurch sich die Anwendung
eines kostspieligen überspannungsstromunterbrechers im Ausgangskreis zur Verhinderung
des Durchbrennens der darin vorgesehenen Geräte erübrigt.
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Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Abbildung beschrieben,
die eine Schaltungsanordnung des Spannungsreglers zeigt.
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Bei der gezeigten Schaltungsanordnung wird eine Elektronenröhre io
verwendet, deren Glühfaden mit 22 und deren Anode mit 2o bezeichnet ist. Die Bezugsziffer
26 deutet eine unter Vorspannung mit dem Glühfaden 22 verbundene Feder an, die bei
einem Reißen oder Durchbrennen des Glühfadens mit einem innerhalb der Diode liegenden,
mit der Leitung 32 verbundenen Draht in leitende Berührung kommt.
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Diese Diode liegt in dem Brückenkreis mit den drei Widerständen 33,
34 und 35 und bildet mit diesen die primäre Steuereinheit des Spannungsreglers.
Die Eingangsspannung des Brückenkreises wird von der Sekundärspule 36 eines Transformators
37 abgenommen, dessen Primärwicklung 38 am Wechselstromnetz 39, 4o angeschaltet
ist, wobei die Primärwicklung in Reihe mit einem Autotransformator 61 angeordnet
ist, worauf in Kürze eing egang enwird. D ie Transformatorsekundärwicklung 36 ist
an eine Gleichrichterröhre 41 angeschaltet, wobei die gleichgerichtete Ausgangsspannung
dieser Röhre ihrerseits an die Eingangsklemmen 42 und 43 der Brücke 33, 34,35 und
io, wie vorbeschrieben, geführt wird. Der Eingangsstromkreis einer Verstärkerröhre
46 ist an den Punkt 44 des Brückenkreises und an den Faden 22 der Diode io angeschaltet.
Die Röhre 46 wird mit Glühfadenstrom von der Sekundärwicklung 47 eines Transformators
48 versehen, dessen Primärwicklung 49 unmittelbar am Netz 39, 40 liegt. Anodenstrom
wird der Röhre 46 von der Sekundärwicklung 5o des Transformators 48 über einen Vollweggleichrichter
5 i und von dort über die Verbindungsleitungen 52, 53, 54, 55. die Sättigungswicklung
56 einer gleichstromvormagnetisierten Drosselspule 57 und eine Verbindungsleitung
58 übermittelt.
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Die Drosselspule 57 ist mit einer Wechselstromwicklung 59- versehen,
die in Reihe mit einem Teil 6o der Wicklung eines Autotransformators 61 geschaltet
ist, wobei der andere Teil 62 der Wicklung dieses Autotransformators 61 in Reihe
mit der Primärwicklung 38 des Transformators 37 liegt, wie bereits erwähnt wurde.
Transformator 37 ist außerdem mit einer Sekundärwicklung 63 versehen, die über die
Verbindungsleitungen 64 und 65 mit dem Eingang eines Brückengleichrichters verbunden
ist, der sich aus vier Selengleichrichtern 66, 67, 68 und 69 zusammensetzt. Der
Ausgang des Gleichrichters ist über die Verbindungsleitungen 70 und 71 mit den Ausgangsklemmen
72 und 73 verbunden. Es sei darauf hingewiesen, daß die Verbindungsleitung 7o nicht
unmittelbar zur Klemme 72 führt, sondern über einen Teil einer Drosselspule 74 geleitet
ist, welche dazu dient, alle Oberschwingungen zu glätten, welche im Ausgangsstrom
vorhanden sein könnten. Ein Kondensator 75 liegt mit dem dazu in Reihe geschalteten
anderen Teil der Drosselspule 74 parallel zu den Ausgangsklemmen, um die Filterwirkung
zu unterstützen.
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Der Glühfaden der Röhre io ist über Feder 26 und Verbindungsleitung
76 mit der negativen Gleichstromklemme des Ausgangs elektrisch verbunden, während
das andere Ende des Glühfadens über einen Leiter 77, einen veränderlichen Widerstand
78, Verbindungsleitungen 79 und 8o, einen veränderlichen Widerstand 81 und einen
Leiter 82 zur Ausgangsklemme 73 führt. Mit anderen Worten, der Glühfaden der Diode
io liegt an einer Gleichspannung, wobei die Temperatur des Glühfadens durch Änderung
dieses Ausgangskreises eingestellt wird.
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Die Verbindungsleitung bzw. der Leiter 76 kann auch mit dem Leiter
7o an einem Punkt zwischen den Anschlüssen der Drosselspule 74 und eines Kondensators
83 zusammengeschaltet werden. Eine solche Verbindung ist mitunter vorteilhaft, da
sie den Widerstand der Spule 74 dazu benutzt, um die Art des Lastausgleichs zu verändern.
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Aus dem Vorstehenden geht hervor, daß der Stellstromkreis aus dem
Autotransformator 61 und der Drosselspule 57 besteht, wobei diese Drosselspule in
Reihe mit der Primärwicklung des Autotransformators angeordnet ist.
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Der Teil 62 des Autotransformators 61 ist in Reihe mit der Primärwicklung
38 des Transformators 37 angeordnet. Infolgedessen hat die Veränderung der Impedanz
der Drosselspule 57 eine Änderung der Spannung zur Folge, welche der Primärwicklung
6o des Autotransformators 61 übermittelt wird, wodurch sich die Spannung ändert,
welche dem Gleichrichtertransformator 37 übermittelt wird. Auf diese Weise hat eine
Abnahme der Drosselspulenimpedanz
eine Zunahme desjenigen Teiles
der Eingangsspannung zur Folge, welcher der Autotransformatorprimärwicklung 6o übermittelt
wird und welcher eine Zunahme der Ausgangsspannung an den Ausgangsklemmen 72 und
73 bewirkt. Umgekehrt, eine Zunahme der Impedanz der Drosselspule 57 hat eine Abnahme
der Ausgangsspannung an den Klemmen 72, 73 zur Folge.
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Um Steuermittel zum Verändern der Drosselspuletiimpedanz um denjenigen
Betrag vorzusehen, der nötig ist, um die Ausgangsspannung auf die Ursprungswerte
dann zu bringen, wenn Änderungen bezüglich der Last oder der Eingangsspannung auftreten,
ist der Steuerkreis der vorbeschriebenen Art vorgesehen. Auf diese Weise haben alle
Änderungen in der Ausgangsspannung an den Klemmen 72, 73 eine Änderung der
Temperatur des Glühfadens der Diode io zur Folge, wodurch sich eine Änderung der
Kathodenemission dieser Röhre und eine verhältnismäßig große Änderung des Anodenwiderstandes
(inneren Widerstandes) der Röhre ergeben. Die Signalspannung, die an den Diagonalpunkten
44 und 4.5 der Brücke abgenommen wird, wird der Verstärkerröhre 46 übermittelt,
deren Ausgangsleitung ihrerseits über den vorbeschriebenen Stromkreis der Steuerwicklung
56 der gleichstromvormagnetisierten Drosselspule 57 übermittelt wird.
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Zur Verdeutlichung der Wirkungsweise der vorbeschriebenen Schaltungsanordnung
soll angenommen werden, daß eine Steigerung der Ausgangsspannung infolge einer Lastverringerung
oder eines Ansteigens der Eingangsspannung oder aus beiden Ursachen eingetreten
ist. Die angestiegene Ausgangsspannung an den Klemmen 72, 73 hat die Übermittlung
einer größeren Spannung zum Diodenglühfaden hin und damit eine stärkere Erhitzung
desselben zur Folge. Bei stärkerer Erhitzung der Kathode der Diode io ruft diese
eine vermehrte Emission hervor und setzt dadurch den Anodenwiderstand der Röhre
herab. Da die Diode io einen der Brückenarme bildet, wie dies vorher beschrieben
worden ist, hat eine Änderung des Anodenwiderstandes eine Störung des Gleichgewichts
der Brücke zur Folge, wodurch im angenommenen Beispiel ein stärker negatives Potential
dem Steuergitter der Verstärkerröhre 46 übermittelt wird.
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Dieses negative Gittersignal hat eine starke Abnahme des Anodenstromes
der Röhre 46 zur Folge und bewirkt infolgedessen eine Abnahme der Sättigung der
Drosselspule 57. Diese verringerte Gleichstromsättigung der Drosselspule 57 hat
eine Zunahme der Wechselstromimpedanz zur Folge und ergibt eine Absenkung der Spannung
in der Primärwicklung 38 des Transformators 37. Diese ihrerseits hat eine verringerte
Spannung, die der Gleichrichtereinheit übermittelt wird, und infolgedessen eine
verringerte Ausgangsspannung an den Klemmen 72, 73 zur Folge. Sollte der Glühfaden
der Diode io brechen oder durchbrennen, so tritt eine Wirkung ähnlich der vorbeschriebenen
ein, wenn der Federdraht 26 infolge seiner mechanischen Vor-Spannung in elektrischen
Kontakt mit dem Draht 3o kommt, wodurch eine negative Spannung im Nebenschluß dem
Gitter der Röhre 46 zugeführt wird; doch kehrt diesmal die Schaltungsanordnung erst
dann in den normalen Arbeitszustand zurück, wenn die durchgebrannte Röhre ersetzt
worden ist.
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Wenn der Glühfaden der Röhre io nicht bricht oder durchbrennt, setzt
sich die vorbeschriebene Wirkungsweise so lange fort, bis das Gleichgewicht erreicht
ist, d. h. bis die Nutzänderung in der Ausgangsspannung genügend groß ist, um die
veränderten Strombedingungen im Steuerkreis auszugleichen. Die Verstärkung des Steuersystems
ist von einer solchen Größenordnung, daß die Gleichstromausgangsspannung innerhalb
eines Toleranzbereiches von ±0,5% konstant gehalten wird.
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Röhre 4.1 ist bereits als Gleichrichter für die Gleichspannungszufuhr
zur Brückenkreisdiode io beschrieben worden. Diese Gleichrichterröhre 41 wird mit
Heizstrom aus einer Sekundärwicklung 84. des Transformators .I8 versorgt. Von Röhre
51 ist bereits ausgeführt, daß sie Anodenstrom der Röhre 46 und natürlich auch Strom
der Vormagnetisierungswicklung 56 zuführt. Diese Röhre 51 wird mit Glühfadenstrom
aus der Sekundärwicklung 85 des Transformators 48 versorgt.
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Ein veränderlicher Widerstand 81 ist im Stromkreis des Diodenglühfadens
vorgesehen, wobei die Veränderung dieses Widerstandes dazu dient, die Ausgangsspannung
auf einen beliebigen gewünschten Punkt innerhalb des Arbeitsbereiches des Reglers
einzustellen. Um Änderungen der Eingangsspannung ausgleichen zu können, wird ein
Potentioineter 78 vorgesehen, wobei dieses Potentiometer dazu dient, die Vorspannung
an der Röhre .46 einzustellen und dadurch Veränderungen in der Eingangsspannung
auszugleichen.
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Ein veränderlicher Widerstand 68a ist im Ausgangskreis des Gleichrichters
vorgesehen, um die Lastveränderung ausgleichen zu können. Es ist offensichtlich,
daß die Lastzunahme einen Spannungsabfall im Widerstand 68a zur Folge hat, wodurch
der Strom, der im Glühfadenkreis (Heizkreis) der Diode io fließt, sich entsprechend
ändert, wobei der Widerstand im Kathoden-Anoden-Kreis der Diode die Laständerung
ausgleicht.
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Wie ohne weiteres ersichtlich ist, hat die Änderung des Widerstandes
im Heizkreis der Diode io eine Änderung des Wertes der Ausgangsspannung zur Folge,
die notwendig ist, um eine bestimmte Diodenglühfadentemperatur zu erzielen, wodurch
eine Steuerung der Ausgangsspannung erreicht wird. Ein Widerstand 86 ist zwischen
der Anode und dem Schirmgitter der Verstärkerröhre d.6 vorgesehen, wobei dieser
Widerstand als Ausgleichswiderstand dient, um die Stromleitstöße auszugleichen,
welche in der Wicklung 56 der Drosselspule 57 ihren Ursprung nehmen. Dieses ist
erforderlich wegen der sehr hohen Induktanz dieser Wicklung.
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In der Verbindungsleitung oder im Leiter 5:4 ist ein Widerstand 88
vorgesehen, während ein Widerstand 87 zwischen dieser Verbindungsleitung bzw.
dem
Leiter 54 und den Verbindungsleitungen oder den Leitern 79 und 8o vorgesehen ist.
In der Verbindungsleitung von der Wicklung 36 des Transformators 37 her ist ein
Widerstand 89 vorgesehen, wobei derselbe in Reihe mit einem Kondensator 9i angeordnet
ist. Ein weiterer Kondensator 9o ist in der Verhindungsleitung zur Anode der Röhre
41 vorgesehen, während ein Kondensator 92 parällel zur Röhre 51 und ein weiterer
Kondensator 93 an den Ausgängen 70 und 71 angeschaltet ist.
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Die Arbeitsweise der Röhre io mit intaktem Glühfaden sei im folgenden
an Hand der Abbildung beschrieben.
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Der Glühfaden ist im geschlossenen Stromkreis an den Ausgang der Verbindungsleitungen
70 und 71 angeschaltet, wodurch die Elektronenemission des Glühfadens zur
Anode hin infolge der Spannungsänderungen in den Ausgangsleitungen beeinflußt wird.
Es sei vermerkt, daß der Leiter 70 mit negativer Polarität elektrisch mit
dem Glühfaden 22 in Verbindung steht. Eine weitere elektrische Verbindung 32 außerhalb
der Röhre verbindet die Anode 20 mit dem aus einem rechtwinklig abgebogenen Draht
bestehenden, innerhalb der Röhre liegenden Element 30. Hier sei vermerkt, daß Element
30 und Feder 26 voneinander Abstand haben und infolgedessen voneinander galvanisch
getrennt angeordnet sind.
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Wenn der Glühfaden in der Röhre io bricht oder durchbrennt und kein
Element 30 vorgesehen ist, so würde das Gitter der Verstärkerröhe 46 sehr
stark positiv, wodurch eine Überspannung von 3o bis 4o% über den normalen Gleichspannungspegel
hinaus verursacht würde. Dieser beim Durchbrennen des Glühfadens auftretende Nachteil
wird vermieden, wenn die Röhre mit einem federbelasteten Glühfaden versehen ist.
Die mechanische Vorspannung der Feder 26 bewirkt, daß ihr oberes Ende sich nach
links bewegt und in elektrischen Kontakt mit dem Element 30 kommt, wodurch
ein Stromkreis vom Leiter 76 über Feder 26, Element 30 und Verbindungsleitung
32 zur Anode 2o der Röhrendiode io hergestellt und das Gitter der Verstärkerröhre
46 mit einer negativen Spannung zwecks Verringerung der Ausgangsgleichspannung versehen
wird. Dadurch wird eine Schädigung der im Ausgangskreis liegenden Geräte zuverlässig
vermieden. Im einzelnen betrachtet, hat der Ausfall des Glühfadens in der Diode
io zur Folge, daß eine solche Diode einen Kurzschluß an Stelle eines stromdurchflossenen
Widerstandes darstellt, insoweit der Brücken- oder Ausgleichsstromkreis in Betracht
kommt.