DE757578C - Schaltung zur Herstellung der Temperaturunabhaengigkeit des Fuehlorgans und zur Verbesserung der Regelgenauigkeit eines Reglers - Google Patents

Description

Es ist bekannt, bei selbsttätigen elektrischen Spannungsreglern zwecks Erhöhung der Regelgenauigkeit nicht lineare Widerstände, beispielsweise Glimmröhren, elektrolytische Zellen oder Heißleiter vorzuschalten. Diese Widerstände, deren gemeinsames Kennzeichen die Elektrizitätsleitung durch Ionen ist, haben die Eigenschaft, unabhängig vom durchfließenden Strom einen konstanten Spannungsabfall zu erzeugen. Hierdurch bewirken sie, daß Schwankungen der Reglerausgangsspannung im Verhältnis des Spannungsabfalles an dem nicht linearen Widerstand zum Spannungsabfall, an der Fühlspule vergrößert, auf diese wirksam werden, so daß die Regelgenauigkeit im Verhältnis der Spannungsabfälle verbessert wird.

Alle zu diesem Zwecke anwendbaren nicht linearen Widerstände haben mehr oder weniger die Eigenschaft, daß ihr Eigenwiderstand mit steigender Temperatur abnimmt, während der Widerstand der Fühlspule des Reglers mit steigender Temperatur zunimnit.

Es ist erwünscht und notwendig, daß ein Spannungsregler höchster Genauigkeit nicht nur im stationären Endzustand seiner Erwärmung, sondern auch während der Anheizperiode und bei äußeren Temperaturschwankungen innerhalb der verlangten Toleranz arbeitet. Darum ist es erforderlich, den nega-

tiven Temperaturgang des nicht linearen Vorwiderstandes mit dem positiven Temperaturgang der Spule in Einklang zu bringen.

Die Größe des nicht linearen Widerstandes und das Verhältnis der beiden Spannungsabfälle sind aber im Gegensatz zu Temperaturkompensationsschaltungen in der Meßtechnik durch die verlangte Genauigkeitsverbesserung fest gegeben, so daß ohne zusätzliehe Mittel ein Ausgleich des Temperaturfehlers nicht eintritt. Erfindungsgemäß wird dem nicht linearen Widerstand ein einstellbarer Ohmscher Widerstand parallel geschaltet, der, ohne die Eigenschaften des Systems bezüglich der Regelgenauigkeit zu verändern, es gestattet, den negativen Temperaturgang des nicht linearen. Widerstandes so weit zu verkleinern, daß er gerade den positiven Temperaturgang der Spule ausgleicht. Durch Anwendung des erfindungsgemäßen Parallelwiderstandes' gelingt es also, gleichzeitig die Aufgabe der Steigerung der Regelgenauigkeit und der Unschädlichmachung des Temperaturganges zu lösen. Aus den in der Meßtechnik üblichen Lösungen der Frage des Temperaturganges der Meßinstrumente ist für den vorliegenden Fall keine Lehre zu entnehmen, da im Meßinstrumentenbau die Wahl der Art und Größe der Widerstände lediglich durch die Forderung nach größtmöglicher Temperaturunabhängigkeit gegeben ist, während bei der vorliegenden Aufgabe die Größe des Spannungsabfalles und damit des negativen Temperaturganges des nicht linearen Vorwiderstandes durch die gewünschte Verbesserung der Regelgenauigkeit fest gegeben ist.

In der Abbildung ist die Erfindung beispielsweise dargestellt.

Auf die Kohlesäule K, die in die eine Leitung der ungeregelten Netzspannung Eu eingeschaltet ist, drückt unter dem Einfluß der Feder F der Hebel H aus magnetischem Material. Auf diesen Hebel wirkt im die Federkraft aufhebenden Sinn der Magnet M, dessen Spule hinter der Kohlesäule K an die geregelte Netzspannung Eg angeschlossen ist. In Reihe mit der Spulenwicklung M liegt eine Glimmröhre G, zu der parallel der Widerstand W erfindungsgemäß geschaltet ist. An der geregelten Spannung Eg liegen dann einige Verbraucher V.

Die Wirkungen dieses erfindungsgemäßen Parallelwiderstandes W sind außerordentlich weitgehend. Es ist zunächst einleuchtend, daß der Spannungsabfall am Widerstand W, der für jeden Anwendungsfall besonders zu bemessen ist, stets gleich dem gleichbleibenden Spannungsabfall der Röhre G ist, so daß sich an den charakteristischen Eigenschaften der eingeschalteten Glimmröhre durch die Zu- I j fügung dieses Widerstandes nichts ändert. Wohl ist aber jetzt der die Anordnung ,durchfließende Gesamtstrom nicht mehr auf den geringen Wert des höchstzulässigen Belastungsstroms der Röhre beschränkt, sondern es kann ein beliebig hoher Strombetrag über den WiderstandW geleitet, d. h. also, die Spule M des Reglers für einen erheblich höheren Strom ausgelegt werden. Erhöhung des Stroms bei gleichbleibender Spulenleistung ergibt aber eine Erniedrigung der für die Spule notwendigen Spannung, so daß derartige Regler nunmehr bei gleichbleibendem Verhältnis von Röhrenspannung zu Spulenspannung auch für geringere Betriebsspannungen verwendet werden können. Es ergibt sich somit zunächst einmal eine erhebliche Erweiterung des Anwendungsgebietes solcher Regler, für die es eine Grenzspannung nur in der Höhe der Zündspannung gibt, da im übrigen Strom beliebiger Größe über den Widerstand W geführt werden kann.

Weiterhin wird durch den Parallelwiderstand die Möglichkeit geboten, die Genauigkeit der Regelung weiter zu erhöhen. Aus dem Höchstbelastungsstrom der Röhre und dem üblichen Leistungsbedarf der Reglermagnetspule ergibt sich bei den üblichen Spannungen von 200 und 220 Volt bisher ein Verhältnis von Spulen spannung zur Röhrenspannung von etwa 1 :4 und dadurch eine auf das Fünffache erhöhte Regelgenauigkeit. Eine Erhöhung dieses Wertes läßt sich durch den erfindungsgemäßen Parallelwiderstand dadurch erzielen, daß das Verhältnis von 1 :4 auf ι no oder auch noch mehr vergrößert wird, da, wie schon ausgeführt, eine Strombegrenzung nicht mehr vorliegt. Ein Verhältnis von 1:10 ergibt aber eine Erhöhung der Regelgenauigkeit auf das Elffache gegenüber dem Fünffachen. Auch dies ist ein Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung.

Bei höheren Spannungen konnte man wohl bisher schon die gleiche Regelgenauigkeit erreichen, jedoch waren hierfür Glimmröhren für hohe Spannungen bei höchstem Belastungsstrom notwendig, die sehr teuer sind; durch die Erfindung kann der Belastungsstrom der Röhre herabgesetzt, also eine kleinere und 'unverhältnismäßig billigere Röhrentype verwendet werden.

Durch Parallelschaltung des Widerstandes wird die Belastung der Röhre beträchtlich vermindert. Daraus ergibt sich einmal, daß die Verwendung kleinerer Röhrentypen als bisher möglich ist, wodurch die Anlage verbilligt wird. Ein weiterer Vorteil besteht in der geringeren Änderung der Röhrenspannung während der Erwärmungszeit infolge geringerer Belastung. Da sich Temperaturabhängigkeit bei größeren Röhrenleistungen

und daher größeren Erwärmungen ungünstiger auswirkt, wird jetzt bei geringerer Röhrenleistung und niedrigerer Röfrrentemperatur eben unter günstigeren Bedingungen gearbeitet werden. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, durch geeignete Wahl des Widerstandsmaterials noch bestehende Ungenauigkeiten auszugleichen und so zu erreichen, daß nach Beendigung der Erwärmungszeit: die geregelte Spannung den gleichen Wert wie beim Einschalten besitzt. Um das Ziel mit Sicherheit zu erreichen, wird der Parallelwiderstand einstellbar gemacht, und bei de? Inbetriebnahme wird der genaue Widerstandswert durch Versuch ermittelt und dann fest eingestellt.

Da der erfindungsgemäß angeordnete Widerstand parallel zu einer Einrichtung liegt, die einen konstanten Spannungsabfall erzeugt, muß auch der Spannungsabfall am Parallelwiderstand stets genau diesen gleichen Wert behalten. Die beim Arbeiten des Reglers eich ergebenden Änderungen in der Stromstärke betreffen daher praktisch allein nur den die

»5 Glimmröhre durchfließenden Strom, aber nicht den den Widerstand durchfließenden Strom; der durch die Eigenart der Glimmröhre bedingte, stets gleichbleibende Spannungsabfall bleibt auf diese Weise auch bei der Anordnung des Parallelwiderstandes erhalten.

Hinsichtlich der Erwärmungsfrage ist die Verwendung eines Parallelwiderstandes von noch weitgehender Wirkung. Bisher haben die Magnetspulen und die" Glimmröhre verschiedene Erwärmungszeiten aufgewiesen, so daß sich während der Erwärmungszeit Abweichungen der geregelten Spannung vom Sollwert eingestellt haben. Die durch die Einfügung eines Parallelwiderstandes sich ergebende Vergrößerung des Sp'ulenstroms setzt bei gleichem Drahtquerschnitt die Spulenwindungszahl auf einen entsprechenden Teil herab. Dabei wird aber die bisherige Spulenspannung und die Arbeits-AW.-Zahl beibehalten. Der Spttleninhalt wird also erheblich kleiner, Kupfer wird erspart, und auch die Erwärmungszeit der Spule wird geringer. Ihre Erwärmungszeit nähert sich damit oder erreicht sogar die Erwärmungszeit der Glimmröhre, so daß die bisher während der Erwärmungszeit auftretende Abweichung der ge-. regelten Spannung vom Sollwert praktisch wegfällt.

Diese Verbesserung der Spulenverhältnisse gestattet weiter eine bessere Ausnutzung der Spulen. Während nach den VDE-Vorschriften 6o° C Übertemperatur zugelassen sind, liegen dia unter den bisherigen Verhältnissen üblichen Spulenüberternperaturen bei 10 bis 15⁰C. Man ist nach dem vorstehend Gesagten in der Lage, die zugelassenen Übertemperaturen in weiterem Umfang in Anspruch zu nehmen. Auch daraus ergibt sich eine weitere Verminderung des Kupferbedarfs, also eine Verbilligung der Reglerspulen.

Ein weiterer aus den bisherigen Darlegungen sich noch ergebender Vorteil besteht in der Erhöhung der Regelgeschwindigkeit, die ja eine Funktion der aus der Abweichung der geregelten Spannung sich ergebenden Störung des Kräftegleichgewichtes am Regler ist. Beträgt z. B. die SρannungsSchwankung 1 % und das Spannungsverhältnis von Glimmröhre zur Spule 10:1, so beträgt die Spannungsschwankung an der Spule 11 % gegenüber etwa 5°/o bei der Ausführung ohne Parallelwiderstand. Die Störung des Kräftegleichgewichtes am Regler ist daher bei gleicher Abweichung der Netzspannung ein Mehrfaches größer als bisher, der Regelausgleich erfolgt daher mit erhöhter Geschwindigkeit.

Schließlich ist es für viele Verwendungsfälle von besonderem Vorteil, daß bei einem etwaigen Schadhaftwerden und Ausfallen der Glimmröhre der Spulenkreis des Reglers jetzt nicht mehr unterbrochen, sondern über den Parallelwiderstand aufrechterhalten wird. Die Regler der üblichen Bauform gehen beim Aufhören der magnetischen Zugkraft der Spule in ihre Grenzlage zurück, in der sie den geringsten Widerstand aufweisen. Wird ein solcher Regler im Erregerstromkreis eines Generators verwendet, so ergibt sich, daß beim Ausfallen einer Glimmröhre der Widerstand im Erregerkreis außerordentlich stark vermindert wird, so daß die Spannung des Generators bei gleicher Drehzahl plötzlich stark ansteigt. Das ist unerwünscht und kann gegebenenfalls zu erheblichen Schäden führen. Ist dagegen der Parallelwiderstand vornanden, so-sinkt der Strom in der Magnetspule nur um einen geringen Betrag, und auch die Generatorspannung kann daher im Fall des Schadhaftwerdens der Glimmröhre um einen ebenfalls nur geringen Betrag ansteigen.

Zum Schluß weisen wir noch darauf hin, daß an Stelle einer Glimmröhre auch ein anderes äquivalentes Mittel Verwendung finden kann, sofern dieses unabhängig von der Größe des hindurchfließenden Stromes einen im wesentlichen gleichbleibenden Spannungsabfall, d. h. also eine waagerechte Stromspannungscharakteristik aufweist.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Schaltung zur Herstellung der Temperaturunabhängigkeit des Fühlorgans und zur Verbesserung der Regelgenauigkeit eines Reglers, z. B. eines Kohledruckreglers, unter Vorschaltung einer Glimm-

   röhre oder eines Heißleiters vor die Reglerspule, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zur Glimmröhre (G) oder zum Heißleiter ein einstellbarer Ohmscher Widerstand (W) geschaltet und dieser so abgeglichen wird, daß der negative Temperaturgang der Parallelschaltung von Glimmröhre (G) bzw. Heißleiter und Widerstand (W) den positiven Temperaturgang der Reglerspule (M) ausgleicht. Zur Abgrenzung des Erfindungsgegenstands vom Stand der Technik sind im Erteilungsverfahren folgende Druckschriften in Betracht gezogen worden:

   Deutsche Patentschriften Nr. 347 386,
   463282, 649765;

   österreichische Patentschrift Nr. 145 464; USA.-Patentschrift Nr. 2054883;

   Keinath, »Die Technik elektrischer Meßgeräte«, 1928, S. 102 und 441.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   O 5541 10.53