DE1080669B

DE1080669B - Elektronischer Wechselspannungsregler mit Hochvakuumroehren

Info

Publication number: DE1080669B
Application number: DEH29924A
Authority: DE
Inventors: Richard Hugel
Original assignee: RICHARD HUGEL
Current assignee: RICHARD HUGEL
Priority date: 1957-04-16
Filing date: 1957-04-16
Publication date: 1960-04-28

Description

Elektronischer Wechselspannungsregler mit Hochvakuumröhren Die Erfindung bezieht sich auf einenelektronischen Wechselspannungsregler mit gesteuerten Hochvakuumröhren als Regelstrecken (Regelröhren) für jede Wechselspannungshalbwelle, auf deren Gitter je eine von der Regelabweichung beeinflußte Hochvakuumröhre (Steuerröhre) wirkt. Die bekannten elektronischen bzw. teilelektronischen Wechselspannungsregler liefern keine sinusförmige Ausgangsspannung und sind cos T- und frequenzabhängig. Einer dieser elektronischen Wechselspannungsregler arbeitet dabei mit Stromtoren, die über eine Vertikalsteuerung durch zwei Vorröhren gesteuert werden (Phasenwinkelsteuerung). Bei einem anderen teilelektronischen Wechselspannungsregler besteht das eigentlich wechselspannungssteuernde Glied aus Transduktoren, die eine Elektronenröhrensteuerung (gesteuerte Gleichrichter) beeinflußt.
Weiter sind auch elektronische Gleichspannungsregler bekannt. Eines der üblichen, geregelten Gleichspannungsnetzgeräte arbeitet über Gleichrichter, Siebkette und Elektronenröhren mit einer Referenzspannung in Rückwärtsregelung. Dabei wird das Schirmgitter über einen Spannungsteiler aus dem geregelten Gleichspannungsnetz betrieben und ist gegen Minusseite verblockt. Zur Brummsiebung ist das Gitter der Steuerröhre mit einem Kondensator auf die Plusseite geschaltet.
Bei einem anderen Gleichspannungsregler dient als Elektronenröhre eine Pentode. Die Ausgangsspannung ist mittels dreier Glimmstrecken unterteilt. Zur Rückwärtsregelung besitzt der Gitterspannungsteiler Abgriffe. In der Minusleitung liegt noch ein- weiterer Widerstand zwischen dem Gitterspannungsteiler und dem Minuspunkt des negativsten Glimmspannungsteilers. Der unterste Widerstand des Gitterspannungsteilers ist veränderlich ausgeführt. Diese Lösungen sind aber nicht ohne weiteres auf Wechselspannungsregler anzuwenden. Das gleiche gilt auch für die bekannten elektronischen Einphasenzweiweggleichrichter und die übrigen bekannten Gleichspannungsstabilisierschaltungen.
Die Erfindung zeigt nun einen Weg, der es gestattet, die bei den bekannten Wechselspannungsreglern auftretenden Nachteile zu vermeiden. Dabei werden eine hohe Regelgeschwindigkeit und eine große Regelgenauigkeit bei PI-Verhalten des Regelkreises erzielt.
Der erfindungsgemäße elektronische Wechselspannungsregler mit gesteuerten Hochvakuumröhren als Regelstrecken (Regelröhren) für jede Wechselspannüngshalbwelle, auf deren Gitter je eine von der Regelabweichung beeinflußte Hochvakuumröhre (Steuerröhre) wirkt, ist dadurch gekennzeichnet, daß aus der Ausgangswechselspannung eine ihr proportionale Gleichspannung abgeleitet wird, die unmittelbar als Anodenspannung und über Widerstände als dem Istwert proportionale Gitterspannung auf die Steuerröhren wirkt und der Anodenspannung der Regelröhren überlagert wird, wobei die Anodenspannung jeweils von einer Halbwelle der Eingangswechselspannung der Anordnung gebildet wird, und an den Regelröhren angesteuerte Ventile antiparallel geschaltet sind. Eine vorteilhafte Weiterbildung des Erfindungsgedankens besteht darin, daß zur Verbesserung der Regelgenauigkeit aus dem Anodenstrombereich jeder der .als Regelstrecke wirkenden Hochvakuumröhren (Regelröhren) eine dem Anodenstrom proportionale Gleichspannung abgeleitet und einer Brückenschaltung zugeführt wird, welche parallel zu der jeweils gegenüberliegenden Steuerröhre liegt und in der die dem Strom proportionale Gleichspannung mit einer der Spannung an der Regelröhre proportionalen Gleichspannung verglichen wird und deren Diagonalspannung dem Steuergitter der die Regelröhren beeinflussenden Steuerröhren zugeführt wird.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel eines Wechselspannungsreglers nach der Erfindung dargestellt. Die Ausgangswechselspannung UA wird in eine ihr proportionale Gleichspannung umgewandelt, indem ein Teil (etwa 5%) der Ausgangsleistung über eine getrennte Wicklung des Ausgangsübertragers 9 entnommen wird. Über die Gleichrichterbrücke 8 wird eine Gleichspannungsquelle 10 mit sehr kleiner Ladekapazität aufgebaut, welche ihren Gleichstrom über die symmetrisch zu den Eingangsklemmen 11 und 12 des Reglers liegende Mittelanzapfung des Transformators 13 teils den Hochvakuumröhren 1 (Regelröhren) und den Brücken 4, teils den Hochvakuumröhren 2 (Steuerröhren) über Widerstände und Schirmgitter direkt und außerdem dem Schirmgitterspannungsteiler und der Brücke 4 über die Hochvakuumröhren 1 zuführt. Nach Passieren der Steuerröhren 2 dient dieser Gleichstrom zur Speisung der Stabilisatoren 3 zum Aufbau der Vergleichsspannung. Es wird somit die Wechselspannungsregelung auf eine proportionale Gleichspannungsregelung zurückgeführt, welche integrierend wirkt (PI-Verhalten).
In dem Gitterkreis der Steuerröhren 2 liegen Brückenschaltungen 4, welche wattmetrisch mit gekuppelten Stellpotentiometern 14 arbeiten. Sie vergleichen wattmetrisch die der Ausgangswechselspannung proportionale Gleichspannung einmal vor und einmal hinter den zu steuernden Hochvakuumröhren 1 in Rückwärtsregelung mit dem Stromvektor über Stromwandler und Brücken 5 miteinander.
Bei einphasiger Ausführung werden zwei, bei Drehstrom drei Stromwandler benötigt. Der Kondensator 7 dient der Stabilität des Reglers.
Weil Höchväküumröhren nur in einer Richtung stromleitend sind und sich für eine Antiparallelschaltung die Anordnung nicht umpolen läßt, müssen in die Rückleitung jeder Phase für die betreffende Halbwelle ungestenerte Ventile 6 für die andere Halbwelle eingebaut werden. Die Potentiometer 15 für die Schirmgitter der Steuerröhren 2 können gekuppelt ausgeführt werden und gestatten, den Regler entweder mehr auf Spannungsschwankungen von UE oder von UA einzustellen.
Bei ±15% Eingangsspannungschwankung beträgt die Konstanz der Ausgangsspannung ±0,5%. Die Röhren sind für den Stromscheitelwert zu dimensionieren. Die Erregerleistung ist kleiner als 511/o der Reglerleistung. Der Wirkungsgrad des Reglers beträgt bei kleinen Ausführungen bis etwa 100 VA 50% (einphasig). Bei größeren Reglerleistungen über 100 VA und höheren Spannungen als 220 V steigt er entsprechend an, ebenfalls bei Drehstrom, da über der Regelstrecke ein Spannungsabfall von etwa 100 V entsteht.
Der Eingangstransformator 13 dient sowohl zur Spannungsanpassung des Netzes an den Regler als auch zur symmetrischen Gleichstromzuführung für die Regelstrecken.
Der Ausgangstransformator 9 dient gleichfalls zur Spannungsanpassung des Reglerausgangs an den Verbraucher und zur Entnahme der Erregerspannung in Rückwärtsregelung zur Vorspannung der Hochvakuumröhren und der Steuerröhren. Die Transformatoren 9 und 13 sind in der dargestellten einphasigen Ausführung des Reglers aus Symmetriegründen symmetrisch gezeichnet. Ihre Ausführung kann aber auch asymmetrisch sein. Bei Drehstromausführung ist dies jedenfalls immer der Fall.
Zur Erzielung einer größeren Konstanz empfiehlt es sich, bei größeren Spannungsschwankungen als 5% der Eingangsspannung die Röhrenheizung aus einem magnetischen Spannungsgleichhalter, der an die Eingangsspannung UE angeschlossen ist, zu speisen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Elektronischer Wechselspannungsregler mit gesteuerten Hochvakuumröhren als Regelstrecken (Regelröhren) für jede Wechselspannungshalbwelle, auf deren Gitter je eine von der Regelabweichung beeinflußte Hochvakuumröhre (Steuerröhre) wirkt, dadurch gekennzeichnet, daß aus der Ausgangswechselspannung eine ihr proportionale Gleichspannung abgeleitet wird, die unmittelbar als Anodenspannung und über Widerstände als dem Istwert proportionale Gitterspannung auf die Steuerröhren wirkt und der Anodenspannung der Regelröhren überlagert wird, wobei die Anodenspannung jeweils von einer Halbwelle der Eingangswechselspannung der Anordnung gebildet wird und an den Regelröhren ungesteuerte Ventile antiparallel geschaltet sind.
2. Elektronischer Wechselspannungsregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verbesserung der Regelgenauigkeit aus dem Anodenstrombereich jeder der als Regelstrecke wirkenden Hochvakuumröhren (Regelröhren) eine dem Anodenstrom proportionale Gleichspannung abgeleitet und einer Brückenschaltung zugeführt wird, welche parallel zu der jeweils gegenüberliegenden Steuerröhre liegt und in der die dem Strom proportionale Gleichspannung mit einer der Spannung an der Regelröhre proportionalen Gleichspannung verglichen wird und deren Diagonalspannung dem Steuergitter der die Regelröhren beeinflussenden Steuerröhren zugeführt wird. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 693 477; USA.-Patentschriften Nr. 2 219195, 2 511850; K. S t e i m e 1, »Die Röhre im Speisegerät« in Heft 34 »Die Telefunkenröhre«, Franzis-Verlag, München (Dezember 1956), S. 24, 78, 118, 125.