CH344122A - Spannungsregler in einer wechselstromgespeisten Stromversorgungsschaltung - Google Patents

Description

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 Spannungsregler in einer    wechselstromgespeisten      Stromversorgungsschaltung   Es sind bereits verschiedene Spannungsregler mit elektronischen Entladungsorganen, wie Trioden oder    Pentoden,   in    Verstärkerschaltung   gebaut und verwendet worden, zwecks Erzeugung eines Regelstromes für eine    sättigbare   Drossel zur Beeinflussung der    Impedanz   in einem Serien- oder Parallelstromkreis und zur Regulierung der Ausgangsspannung.

   Eine andere Bauart eines Spannungsreglers verwendet nur einen einzigen Transformator mit teilweise gesättigtem Kern zur Regelung der Ausgangsspannung ohne Verwendung einer    Verstärkerschaltung.   Mit derartigen Spannungsreglern ist keine besonders gute Regelung erzielbar, und die Ausgangsspannung    ändert   sich um einige Prozent bei einer Schwankung der    Speisespannung      um             10      %.      Demgegenüber      wer-      den   bei dem    vorliegenden   Spannungsregler zwei    Transformatorkerne   verwendet, deren jeder normalerweise mit einem    Magnetfluss   betrieben wird, der das Kernmaterial teilweise sättigt.

   Die Ausgangsspannung wird in ihrem    Wert   über- bzw. unterhalb der Sollspannung durch eine    Wheatstonesche   Brückenschaltung mit einem oder zwei Trockengleichrichtern als Brückenzweigen ermittelt. Diese    Messschaltung   bewirkt zusammen mit mehreren    Vormagnetisier-   und Steuerwicklungen auf den beiden    Transformatorker-      nen   eine Regelung der Spannung an den Verbraucheranschlüssen, die wesentlich genauer als bei Apparaturen bisher bekannter    Bauart   ist. Durch das Fehlen von elektronischen Entladungsorganen können keine Störungen durch    Heizfadenbrüche,   Kurzschlüsse im Röhrenkolben und    Undichtheiten   auftreten. 



  Dementsprechend bezweckt die vorliegende Erfindung die    Schaffung   eines    verbesserten   Spannungsreglers ohne die bei bisher bekannten Geräten dieser Art vorhandenen Nachteile und Beschränkungen in der Anwendung. Der    erfindungsgemässe   Spannungsregler soll eine hohe    Lebensdauer   besitzen und weni-    ger   störanfällig als derartige Geräte mit    elektronischen      Gasentladungsorganen   sein. Auch soll der    erfindungs-      gemässe   Spannungsregler heftigen    Vibrationen   und mechanischen Stössen widerstehen können, ohne dass sich seine Betriebseigenschaften    ändern.   Darüber hinaus ist derselbe einfach in der Konstruktion und im Aufbau. 



  Der erfindungsgemässe Spannungsregler ist gekennzeichnet durch einen ersten Magnetkern mit einer Hauptwicklung, die mit einer Seite    einer      Wech-      selspannungsquelle   verbunden ist, und einem zweiten Magnetkern mit einer Hauptwicklung, die an der andern Seite der    Wechselspannungsquelle   angeschlossen ist, welche beiden Hauptwicklungen mit je einem Gleichrichter in Serie geschaltet und beide mit dem einen Anschluss eines Gleichstromverbrauchers verbunden sind,    ferner   durch je eine erste Regelwicklung auf beiden Magnetkernen, welche Regelwicklungen über einen Gleichrichter an die Wechselspannungsquelle angeschlossen sind, und durch je eine zweite Regelwicklung auf beiden    Magnetkernen,

     welche Regelwicklungen über eine Brücke an den beiden Anschlüssen des - Gleichstromverbrauchers liegen. 



  Nachstehend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beigefügten    Zeichnung   näher erläutert. Dieselbe zeigt in:    Fig.l   ein schematisches Schaltbild .des Spannungsreglers,    Fig.2   ein schematisches Schaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiels der    Messbrücke.   



  Im Schaltbild der    Fig.1   ist ein Netztransformator 10 wiedergegeben, der eine Primärwicklung 11 mit den Anschlüssen 12 und 13 besitzt, die mit einem Wechselstromnetz geeigneter Spannung verbunden wird. Die Sekundärwicklung 14 weist einen Mittelabgriff auf, der    mit   dem negativen Anschluss 15 des 

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 Verbraucherstromkreises verbunden ist. Die beiden Enden der Sekundärwicklung 14 sind an den beiden Hauptwicklungen 16 bzw. 17 auf den Magnetkernen 18 bzw. 20 angeschlossen.

   Die    andern   Enden der Hauptwicklungen 16 und 17 liegen in Reihe mit den    Trockengleichrichtern   21 bzw. 22, deren negative Klemmen, miteinander und mit einem Siebglied 23 verbunden, das zur Unterdrückung des    Hauptanteils   der pulsierenden Komponenten des    gleichgerichteten   Stromes bemessen sind, so dass an den Anschlüssen 24 und 15, an denen der Verbraucher 25 angeschlossen ist, reiner Gleichstrom entnommen wird. Das Siebglied 23 kann zum Beispiel aus der Serieninduktivität 26 und den beiden Kondensatoren 27 bestehen. 



  Die    Netzspannungsschwankungen   werden zum Teil durch die Wicklung 30 auf dem Magnetkern 18 und die gleich grosse Wicklung 31 auf dem Magnetkern 20 kompensiert. Diese beiden Wicklungen sind    hintereinandergeschaltet   und mit den gegenüberliegenden Eckpunkten eines    Vollweggleichrichters   32 aus vier Einzelgleichrichtern verbunden, dessen andere beiden Eckpunkte an der untern Hälfte der Sekundärwicklung 14 angeschlossen sind. Es ist klar, dass die Teilspannung an diesem Abschnitt der Wicklung 14 alle    Netzspannungsschwankungen   mitmacht.

   Der Gleichrichter 32 könnte auch an der ganzen Sekundärwicklung 14 oder an den Netzanschlüssen 12 und 13 angeschlossen werden, jedoch sollte vorzugsweise dieser Stromkreis einseitig geerdet werden, um induktive    Beeinflussungen   seitens anderer äusserer Stromkreise zu vermeiden. In Serie mit den Wicklungen 30 und 31 ist ein veränderbarer Widerstand 33 zur Regelung von Hand vorgesehen. 



  Zwecks Kompensation der Schwankungen der Verbraucherspannung sind die beiden    Wicklungen   34, 35 miteinander und mit einem einstellbaren Widerstand 36 hintereinander und der Serienstromkreis zur    Induktivität   26 parallel geschaltet. Die Wicklung 34 befindet sich auf dem Magnetkern 18 und die Wicklung 35 auf dem Magnetkern 20. Der durch die beiden Wicklungen fliessende Strom ist dem Ohmschen Spannungsabfall an der    Induktivität   26 proportional. Die Ausgangsspannung an den Anschlüssen 24 und 15 wird durch die Brückenanordnung 37 gemessen, die in    Fig.   1 aus den drei Widerstandszweigen 38, 40 und 41 besteht. Der vierte Zweig enthält einen Trockengleichrichter 42.

   Die Verstimmung der Brückenschaltung und der Sollwert der geregelten Ausgangsspannung kann durch Veränderung des kleinen    Spannungsteilers   43 einjustiert werden. Die Ausgangsanschlüsse sind an    gegenüberliegenden      Eck-      punkten   der    Brückenschaltung   angeschlossen, während .die andern beiden Eckpunkte mit den hintereinandergeschalteten beiden Regelwicklungen 44 und 45 verbunden sind. Die Wicklung 44 befindet sich auf dem Magnetkern 18 und die    Wicklung   45 auf dem Magnetkern 20. Die Schaltung arbeitet folgendermassen: Es sei vorerst angenommen, dass an den    Anschlussklem-      men   12 und 13 eine mittlere Spannung des Wechselstromnetzes liegt.

   Die obere    Hälfte   der Sekundärwicklung 14 erzeugt einen Wechselstrom, der über die Wicklung 16, den Gleichrichter 21, die    Induk-      tivität   26 zum Anschluss 24 und über den Verbraucher 25 fliesst. Die Rückleitung verläuft über den Anschluss 15 und die Verbindung 48 zum    Mittel-      abgriff   der Wicklung 14. Ein entsprechender Stromkreis führt vom untern Teil der Sekundärwicklung 14 über die Wicklung 17, den Gleichrichter 22, die Induktivität 26, den Anschluss 24 zum Verbraucher 25 und vom Anschluss 15 zurück über die Leitung 48.

   Die vom untern Teil der Wicklung 14    erzeugte   Spannung wird vom    Vollweggleichrichter   32 gleichgerichtet, so dass durch die Wicklungen 30 und 31 auf den Magnetkernen 18 bzw. 20 ein Gleichstrom fliesst. Der durch die Wicklungen 30, 31 erzeugte    Magnetfluss   wirkt dem durch die Wicklungen 16 bzw. 17 verursachten    Magnetfluss   entgegen, da aber die Hauptwicklungen 16 und 17 vergleichsweise grosse Ströme führen, können die Wicklungen 30 und 31 .den    Gesamtfluss   nur in geringem Ausmass vermindern. 



  Die    Induktivität   26 besitzt einen    Ohmschen   Widerstand, der einen Gleichspannungsabfall an derselben und damit einen Gleichstrom durch die Wicklungen 34 und 35 auf den Magnetkernen 18 und 20 in einer Richtung erzeugt, dass der    Hauptmagnetfluss   seitens der Wicklungen 16 und 17 unterstützt wird. Es ist klar, dass der Strom durch die Wicklungen 34 und 35 proportional der Stromaufnahme des Verbrauchers ist, also kompensiert der von den beiden Wicklungen 34, 35 erzeugte zusätzliche    Magnetfluss   den Spannungsregler proportional zur Strombelastung derselben. 



  Das oben beschriebene    Brückenmessglied   37 liegt parallel zu den Anschlüssen 24 und 15, während der Brückenausgang die    Hauptreglerwicklungen   44 und 45 speist. Zur Erzielung einer geregelten Spannung    ist   ein    Abgleich   der Brückenschaltung nicht erforderlich.

   Der einstellbare    Spannungsteiler   43 ist zur Beeinflussung des    Messgliedes   37 zwecks Änderung der Ausgangsspannung am Verbraucher vorgesehen, wobei in dem möglichen weiten    Verstellbereich   .das Brückenglied abgeglichen oder    unabgeglichen   ist, so dass der vom Brückenglied 37 gelieferte Strom in der einen oder andern Richtung durch die Wicklungen 44 und 45 fliesst, also entweder den von allen andern Wicklungen erzeugten    Gesamtfluss   verstärkt oder vermindert. 



  Es sei nunmehr angenommen, dass die an den Anschlüssen 12 und 13 liegende Netzspannung ansteigt. Dies bewirkt einen grösseren    Stromfluss   durch die Wicklungen 16 und 17, so dass die Verbraucherspannung steigende Tendenz zeigt. Jedoch gleichzeitig bewirkt der    Netzspannungsanstieg   einen grö- sseren Gleichstrom vom Gleichrichter 32 durch die Wicklungen 30 und 31, welche Stromerhöhung der 

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 Zunahme des    Magnetflusses   seitens der Hauptwicklungen 16 und 17 entgegenwirkt, was dazu führt,

   dass der    Gesamtfluss   der beiden Wicklungspaare in den Magnetkernen 18 und 20 nur eine geringe Erhöhung    erfährt.   Der Stromanstieg an den Hauptwicklungen 16 und 17 ergibt aber auch einen höheren Strom durch die    Induktivität   26 und demzufolge eine Stromerhöhung durch die Wicklungen 34 und 35, was eine Vergrösserung des Magnetflusses in den Kernen 18 und 20 bewirkt. Jedoch ist die Stromänderung in den Wicklungen 34 und 35 bei einer    Netzspannungs-      änderung   nur gering, denn diese beiden Wicklungen sind zur Kompensation der Wirkung einer Widerstandsänderung des Verbrauchers bestimmt.

   Die Ausgangsspannung wird seitens des Brückengliedes 37 überwacht, und beim Ansteigen derselben wächst die Brückenverstimmung, da einer der Brückenzweige den Gleichrichter 42 enthält. Der Gleichrichter 42 ist nicht in der bei solchen    Schaltungselementen   sonst üblichen Weise angeschlossen, sondern umgekehrt, indem der üblicherweise die Kathode bildende Anschluss mit der positiven Brückenseite verbunden ist, während die üblicherweise als Anode betrachtete Klemme hier am negativen Anschluss liegt.

   Infolge dieses Anschlusses bildet der Gleichrichter 42 normalerweise einen sehr hohen Widerstand, und erst beim überschreiten einer gewissen Spannung sinkt der    Gleichrichterwiderstand   und verstimmt das    Brük-      kenglied.   Durch eine solche Verstimmung sinkt die Spannung am Verbindungspunkt des Widerstandes 40 und des Gleichrichters 42, so dass .der durch die Wicklungen 44 und 45 fliessende Strom dann die    Pfeilrichtung   50 aufweist. Bei dieser Stromrichtung wird in den Kernen 18 und 20 ein    Magnetfluss   erzeugt, welcher dem seitens der Wicklungen 16 und 17 verursachten Fluss entgegenwirkt.

   Beim Betrieb ausserhalb des vorgesehenen Bereiches befinden sich die Kerne 18 und 20 innerhalb oder dicht vor der Sättigung des Kernmaterials, so dass eine Verminderung des Magnetflusses die Sättigung verringert, also der Blindwiderstand der Hauptwicklung 16 und 17 steigt. Diese Vergrösserung der Serienimpedanz bewirkt einen grösseren Wechselspannungsabfall und erniedrigt die Ausgangsspannung auf den gewünschten Wert. 



  Es sei nunmehr angenommen, dass die Netzspannung auf einem konstanten Wert verweilt, während sich der Verbraucherwiderstand verringert und-der Verbraucherstrom merklich ansteigt. Dies würde normalerweise eine Verringerung der Ausgangsspannung verursachen, da der Strom durch die    Induktivität   26 und die Wicklungen 16 und 17 ansteigt. Das    Brük-      kengIied   37 wird auf eine solche Spannungsverminderung reagieren und den    Magnetfluss   in den Kernen 18 und 20 derart regeln, dass die Ausgangsspannung auf den erwünschten Wert steigt, wobei die Kompensationsschaltung parallel zur    Induktivität   26 diesen Regelvorgang unterstützt.

   Eine höhere Stromaufnahme verursacht auch eine Stromerhöhung in den Wicklungen 34 und 35, wodurch der von den Haupt-    wicklungen   16 und 17 erzeugte    Magnetfluss   verstärkt wird, was eine vermehrte Sättigung der Kerne und eine Verringerung des induktiven Widerstandes der Wicklungen 16 und 17 zur Folge hat, so dass die Ausgangsspannung auf den gewünschten Wert ansteigt. 



  In    Fig.2   ist ein weiteres    Ausführungsbeispiel   eines Brückengliedes wiedergegeben, bei welchem zwei Gleichrichter 51 und 52 vorgesehen sind, während das Brückenglied 37 nur einen besitzt. Diese Gleichrichter sind hier in der üblichen Weise geschaltet, nämlich mit ihrer Kathodenklemme am negativen Teil der Brückenschaltung angeschlossen. Diese Anordnung gibt ebenfalls eine Widerstands- änderung bei schwankender Spannung an den Gleichrichtern, aber die Änderungen des Widerstandswertes sind weniger gross als bei umgekehrter    Anschaltung   derselben.

   Der vorliegende Spannungsregler spricht, wie sich aus der    obenstehenden   Beschreibung ergibt, sowohl auf Schwankungen der Netzspannung als auch des Verbraucherwiderstandes an und kann ohne Verwendung elektronischer    Bauteile   aufgebaut werden.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Spannungsregler in einer wechselstromgespeisten Stromversorgungsschaltung, gekennzeichnet durch einen ersten Magnetkern (18) mit einer Hauptwicklung (16), die mit einer Seite einer Wechselspannungs- quelle (14) verbunden ist, und einem zweiten Magnetkern (20) mit einer Hauptwicklung (17), die an der andern Seite der Wechselspannungsquelle (14) angeschlossen ist, welche beiden Hauptwicklungen mit je einem Gleichrichter (21, 22) in Serie geschaltet und beide mit dem einen Anschluss (24) eines Gleichstromverbrauchers verbunden sind, ferner durch je eine erste Regelwicklung (30, 31) auf beiden Magnetkernen, welche Regelwicklungen über einen Gleichrichter (32) an die Wechselspannungsquelle angeschlossen sind,

   und durch je eine zweite Regelwicklung (44, 45) auf beiden Magnetkernen, welche Regelwicklungen über eine Brücke (37) an den beiden Anschlüssen (15, 24) des Gleichstromverbrauchers liegen. UNTERANSPRÜCHE 1. Spannungsregler nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass auf beiden Magnetkernen je eine dritte Regelwicklung (34, 25) vorhanden ist, welche Wicklungen in Reihe an den Anschlüssen einer im Verbrauchergleichstromkreis liegenden Serienimpedanz (26) angeschlossen sind. 2. Spannungsregler nach Patentanspruch und Unteranspruch 1, gekennzeichnet durch eine Verbindungsleitung von einem Mittelabgriff der Wechselspannungsquelle zum andern Anschluss (15) des Gleichstromverbrauchers. 3.

   Spannungsregler nach Patentanspruch, in einer Stromversorgungsschaltung zur Lieferung einer gleichgerichteten Spannung, deren Grösse innerhalb eines Sollbereiches gehalten wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleichrichter an einer Teilspannung der <Desc/Clms Page number 4> Wechselspannungsquelle liegt und das Ganze derart ist, d'ass bei einer Spannungsverminderung der Wech- selspannungsquelle die Sättigung der Magnetkerne zunimmt. 4.

   Spannungsregler nach Patentanspruch und Unteranspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass je eine dritte Regelwicklung der Magnetkerne mit einem Messglied (37) verbunden sind, das an den Anschlüssen (24, 15) des Gleichstromverbrauchers angeschlossen ist, wobei die Regelwicklungen derart angeordnet sind, dass bei einer Verminderung der Verbrauchergleichspannung die Sättigung der Magnetkerne zunimmt. 5. Spannungsregler nach Patentanspruch und Unteranspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass .die zweiten Regelwicklungen (44, 45) derart sind, dass bei einem Anstieg des Verbraucherstromes die Sättigung der Magnetkerne zunimmt. 6.

   Spannungsregler nach Patentanspruch und Unteransprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Messglied eine Brückenschaltung mit vier Zweigen ist und dass der eine Zweig ein nichtlineares Widerstandselement (42) ist, wobei die dritten Regelwicklungen (34, 35) zur Erzeugung eines Magnetflusses eingerichtet sind, der dem seitens der Hauptwicklungen erzeugten Mametfluss entgegenwirkt, so dass bei einem Anstieg der Verbrauchergleichspannung die Sättigung der Magnetkerne abnimmt. 7.

   Spannungsregler nach Patentanspruch und Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, d'ass die Serieimpedanz (26) aus einer Induktivität besteht, die einen Teil einer Siebschaltung (26, 27) zur Unterdrückung der unerwünschten Wechselstromkompo- nenten im Verbrauchergleichstrom bildet.