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Anordnung zur Regelung von Betriebsgrößen einer elektrischen Maschine
mittels gittergesteuerter Dampf- oder Gasentladungsstrecken in Gleichrichtersehaltung
Es ist bereits eine Anordnung zur Regelung von Betriebsgrößen einer elektrischen
Maschine mittels gittergesteuerter Dampf- oder Gasentladungsstrecken in Gleichrichterschaltung
vorgeschlagen worden, die eine aus einer Wechselspannung konstanter Amplitude und
Phase und einer mit der zu regelnden Größe veränderlichen Gleichspannung zusammengesetzte
Steuerspannung @erhälten, wobei die von der zu regelnden Betrieb.sgr@öße abgeleitete
Steuergleichspannung, die bei der Regelung der Spannung von Gleichstro-mgeneratoxen
beispielsweise die Betriebsgräfae selbst sein kann, über eine Brückenanordnung aus
linearen und nichtlineiaren Widerständen und eine von dieser gesteuerte Elektronenröhre
auf die Gitterleise der die eigentliche Regelung durchführenden Hauptentladungsstrecken
eimvirkt und im Steuexkreis für eine zusätzliche Beeinflussung der Regelung Zeitkonstantenkreise
vorgesehen sind.
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Die Erfindung betrifft nun eine Weiterbildung der vorgeschlagenen
Anordnung hinsichtlich der Verwendung-von Zeitkonstantenkreisen und besteht darin,
daß je ein Zeitkonstantenkreis, bestehend aus der Parallelschaltung eines Kondensators
und eines Ohmschen Widerstandes, in Reihe mit der Brücke an der von der zu regelnden
Betriebsgröße abgeleiteten Steuergleichspannung und in den Gitterleisen der Haupbentladungsstrecken
angeordnet ist.
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Die Erfindung sei im folgenden an Hand eines Ausführungsbeispieles
erläutert, das sich auf die Spannungsregelung eines Gleichstromgenerators bezieht,
der allein,- d. h. ohne daß andere Generataren mit ihm parallel arbeiten, einen
Gleichstromverbraucher speist. Die entsprechende Schaltungsanordnung ist in der
Zeichnung dargestellt. Dabei bedeutet 1o .ein Gleichstromnetz, welches von dem Generator
z z gespeist wird und an welches ein Verbraucher 12 angeschlossen ist. Die Feldwicklung
des Generators ist mit 13 bezeichnet, das Wechselstromnetz, das die Erregerenergie
liefert, mit 14. An das Netz 14 ist ein Transformator 15 angeschlossen, an
dessen Sekundärseite zwei Dampf- :oder Gasentladungsstrecken 16,17 in Doppelweggleichrichterschaltung
liegen. Die Steuergitter dieser Entladungsstrecken sind über Strombegrenzungswiderstände
22, 23 an die Sekundärwicklung eines Hilfstransformators 21 gelegt, die mit einer
Mittelanzapfung versehen ist, welche über einen später -noch zu erwähnenden Widerstand
24 an die gemeinsame
Kathodenleitung angeschlossen ist. Gitter und
Kathode der Entladungsstrecken 16 und 1 7 sind durch Kondensatoren 25 bzw. 26 überbrückt.
Die Primärwicklung des Hilfstransformators 2 i liegt unter Zwischenschaltung einer
phasendrehenden Schaltungsanordnung, welche aus dem Kondensator 18 und dem Widerstand
i 9 besteht, über einen weiteren Transformator 2o Nebenfalls an der Wechselstromquelle
14. Der Widerstand 24 bildet einen Teil des Anodenstromkreises einer H,ochvakuumverstärkerröhre
28. Die Anodenspannungsquelle dieser Röhre ist mit 27 . bezeichnet. Das Gitter und
die Kathode der Röhre 28 sind über einen Strombegrenzungswiderstand 3 i und eine
konstante Gitterspannungsquelle 32 an zwei einander gegenüberliegende Punkte einer
Brückenschaltung 30 angeschlossen, deren zwei andere einander gegenüberliegende
Punkte am Gleichstromnetz i o liegen, und zwar über den Widerstand 33. Die Brückenschaltung
3o besteht aus linearen und nichtlinearen Widerständen, und zwar derart, daß je
zwei einander gegenüberliegende Zweige Widerstände gleicher Eigenschaften enthalten,
wie in der Zeichnung angedeutet ist. Die Schaltung enthält ferner noch die Kondensatoren
29 und 34, welche zusammen mit den @obenerwähnten Widerständen 24 und 33 je einen
Zeitkonstantenkreis bilden.
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Die Anordnung arbeitet, wenn man zunächst der Einfachheit halber die
Wirkung der Zeitkonstantenkreise als solche vernachlässigt, in der folgenden Weise:
Der Kondensator 18 und der Widerstand i 9 sind derart bemessen, daß die durch den
Transformator 2 i den Gitterkreisen der Entladungsstrecken 16 und 17 zugeführte
Spannung etwa 9o° Phasennacheilung gegenüber der Anodenspannung dieser Entladungsstrecken
besitzt. S.alange die Klemmenspannung des Generators sich auf ihrem Sollwert befindet,
tritt an der Brückenschaltung 3o eine gewisse Spannung auf, derart, daß der Widerstand
24 von einem bestimmten Strom durchflossen wird. Der entsprechende Spannungsabfall
längs dieses Widerstandes addiert sich zu den von dem Hilfstransformator 21 den
Gittern zugeführten Wechselspannungen, s-o daß innerhalb jeder positiven Halbperiode
die Entladung in jeder Entladungsstrecke bereits einsetzt, bevor die Anodenspannung
ihren Scheitelwert erreicht hat. Der diesem Einsatzpunkt der Entladung entsprechende
Gleichstromanteil des die Feldwicklung 'durchfließenden Stromes möge gerade ausreichen,,
um den Sollwert der Klemmenspannung aufrechtzuerhalten. Wenn nun z. B. die Klemmenspannung
aus irgendeinem Grunde; beispielsweise wegen Erhöhung der Belastung, abnimmt, vermindert
sich die der Brückenschaltung 3o zugeführte Spannung, während die von ihr und der
Batterie 32 herrührende, in dem Gitterkreis der Röhre 28 auftretende Spannung wächst.
Hierdurch erhöht sich der Spannungsabfall am Widerstand 24, und demzufolge wird
der Entladungseinsatz innerhalb jeder Halbperiode früher stattfinden als beim Sollwert
der Spannung. Der infolgedessen auftretende höhrere Erregerstrom. bringt die Generatorspannung
wieder auf ihren Sollwert zurück. Sofern sich die Klemmenspannung des Generators
aus irgendeinem Grunde erhöht, vermindert sich die seitens der Brückenschaltung
3o und der Batterie 32 dem Gitter der Röhre 28 zugeführte Spannung. Der Spannungsabfall
am Widerstand 24 nimmt ab, und der Einsatzpunkt der Entladung wird gegenüber den
Verhältnissen beim Spannungssollwert verzögert und somit die ErYegerstromstärke
gesenkt. Hierdurch wird die Generatorspannung wieder auf ihren Sollwert zurückgeführt.
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Die Zeitkonstantenkreise wirken. nun in der Weise, daß das Pendeln
der zu regelnden Maschine verhindert wird. Wie bereits oben ausgeführt, fließt beim
Sollwert der Maschinenspannung ein Strom durch die Brückenanordnung 30 und
den Widerstand 33. Ändert sich nun die Spannung der Maschine i i im Sinne einer
Erhöhung, so würde ohne den Kondensator 34 die gleiche prozentuale Spannungserhöhung
ahne zeitliche Verzögerung auch an den Klemmen der Brücke auftreten. Durch die Anordnung
des Kondensators 34 jedoch erhält die Schaltung 33, 34 die Eigenschaft eines Zeitkonstantenkreises,
insofern, als nämlich der Kondensator 34 sich nicht plötzlich auf die veränderte-
N etzspannuthg aufladen kann, so daß damit auch der Spannungsabfall im Widerstand
33 nur allmählich anwachsen kann. Das bedeutet, daß die Brückenanordnung 3o vorübergehend
eine zu hohe anteilige Spannung annimmt, die jedoch nach Maßgabe der Zeitkonstante
des Kreises 33, 34 auf den dem neuen Sollwert entsprechenden Wert zurückgeht. Wegen
des praktisch trägheitslosen Arbeitens der Regelmittel (wenn man zunächst von dem
zweiten Zeitkonstantenkreis einmal absieht) wird also eine beschleunigte Regelung,
d. h. eine größere Regelempfindlichkeit, erreicht. Wegen der magnetischen Trägheit
der Feldwicklung führt dies jedoch nicht zu einer überregelung, da ja inzwischen
die überhöhte Regelspannung selbsttätig auf den Sollwert zurückgeführt wird. -Der
zweite Zeitkonstantenkreis 24, 29 arbeitet gerade umgekehrt. Sinkt nämlich der Widerstand
der Entladungsstrecke 28, so steigt der Spannungsabfall am- Widerstand 24
zunächst
nicht in gleichem Maße, sondern wegen der verzögerten Aufladung dies KondensatorS
z9 entsprechend langsamer. Während dieser Zeit tritt der entsprechende Anteil des
Spannungsabfalls trotz der Widerstandsverminderung der Entladungsstrecke a8 am inneren
Widerstand dieser Entladungsstrecke auf, da sie außer dem Strom des Widerstandes
2q. vorübergehend ,auch noch den zusätzlichen Ladestrom des Kondensators 29
zu führen hat. Durch diesen Zeitkonstantenkreis wird also eine gewisse Verzögerung
der Regelung erzielt. Beispielsweise gelingt es damit, rasche, aber nur sehr kurzzeitig
andauernde Änderungen der zu regelnden Spannung, die von der Brücke nach :den .obigen
Ausführungen noch übertragen werden, unwirksam zu machen, so: daß sie nicht zur
Auslösung eines Regelvorganges und da2 mit evtl. zum Pendeln führen können. Durch
entsprechende gegenseitige Bemessung der beiden Zeitkonstantenkreise ist man in
der Lage, die beschriebenen Wirkungen der beiden Kreise vorteilhaft gegeneinander
;abzuwägen und zu vereinigen. Der veränderbare Abgriff des Widerstandes 33 :dient
dazu, die Brückenschaltung verschieden einzuregelnden Spannungswerten anzupassen.
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Die Erfindung ist, wie bereits eingangs erwähnt, für die Regelung
von Betriebsgrößen elektrischer Maschinen anwendbar. Sofern Wechselstromgeneratoren
geregelt werden sollen, können die Leitungen 14 unmittelbar an die Ankerklemmen
des Generators angeschlossen werden. Die Einrichtung für die Regelung einer Wechselspannung
unterscheidet sich im übrigen von der für die Gleichspannung beschriebenen bloß
noch dadurch, daß Gleicln-ichterelemente irgendeiner bekannten Art zwischen das
Netz und die Zeitkanstantenkreise eingeschaltet werden müssen.