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ElektrischeastatischeRegeleinrichtung.
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ganzen Regeleinrichtung auszulösen. Es wird dann möglich sein, die Statik der Regeleinrichtung so weit herabzusetzen, dass die Regelkennlinie des Ventils praktisch nur ganz unwesentlich von der
Horizontalen (konstante Spannung) abweicht. Es wird aber unmöglich sein, mit einer solchen Regeleinrichtung eine ansteigende Charakteristik, also tberkompoundierung, zu erreichen, oder gar die Kompoundierung nach Belieben einzustellen. Eine statische Regelung lässt sich nur dann erreichen, wenn man die durch den Fehler F bei-e"y, gemessene Spannung auch erhalten kann nachdem der Fehler t wieder verschwunden ist.
Die Erfindung bezieht sieh nun auf eine elektrische, astatisehe Regeleinrichtung für beliebige Regelzwecke unter Verwendung eines Messwertes, der sieh aus. dem Vergleich des zu regelnden Wertes mit seinem Sollwert ergibt. Dabei beeinflusst dieser Messwert eine mit Elektronenröhren versehene Hilfseinrichtung zur Erzeugung einer Regelspannung oder eines Regelstromes, so dass die in der Hilfseinrichtung erzeugte Spannung bzw. der Strom von der Richtung, aber nicht von der Grösse des Messwertes abhängt.
Während bei einer bekannten Einrichtung die positiven und negativen Änderungen des Mess- wertes jeweils zwei verschiedenen Elektronenröhrensystemen zur Erzeugung zweier Regelspannungen,
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dienenden einzigen Elektronenröhrensystems zugeführt, wodurch bloss eine einzige Regelspannung erhalten wird, die je nach ihrem Vorzeichen den Regler im einen oder anderen Sinn beeinflusst.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung in Fig. 4 und 6 dargestellt, u. zw.
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der Spannung eines Gleiehstromnetzes arbeiten. Fig. D zeigt eine Charakteristik. Die Yig. 2 und die Charakteristik Fig. 3 dienen lediglieh dazu, die Arbeitsweise des selbsttätigen Reglers gemäss der Erfindung für die Regelung nach Fig. 1 klar darstellen zu können.
Fig. 2 zeigt eine Elektronenröhre G, in deren Anodenkreis eine Gleichspannung B und ein Widerstand R liegen. Das Gitter der Röhre ist an eine passende Anzapfung des Widerstandes R über den vorläufig bedeutungslosen Widerstand W mit den Klemmen x, y angeschlossen. Die Charakteristik einer solchen Röhre zeigt Fig. 3, in der der Anodenstrom i, als Funktion der auf der Abseisse aufgetragenen Gitterspannung eg dargestellt ist. Es sei C der Arbeitspunkt des Systems der Fig. 2 in einem bestimmten Augenblick. Der Anodenstrom hat dann den Wert OB und die Gitterspannung den Wert OA. Das in Fig. 2 dargestellte System besitzt zwar einen Fehler insofern, als die Gitterspannung der Röhre nach Fig. 2 nicht positiv, sondern negativ ist. Man kann sieh aber für diese Be- trachtungen Übereinstimmung zwischen den Fig. 2 und 3 vorstellen.
Nimmt nun in der Röhre G, Fig. 2, der Anodenstrom aus irgendeinem Grunde zu, so wird gleichzeitig der Spannungsabfall am Widerstand R zunehmen und die Gitterspannung eg ebenfalls zunehmen. Das bedeutet in Fig. 3, dass der Strom von AC bis AD anwächst und dass gleichzeitig die Gitterspannung (M um den Wert DE zunimmt.
Der Punkt C der Charakteristik geht dann auf den Punkt E über, sofern man (unter der Voraussetzung dass der angegebene Fehler nicht besteht) in Fig. 2 den Abgriff am Widerstand R für die Gitterspannnng passend wählt. Man kann es dann erreichen, dass das ganze System der Fig. 2 unstabil, d. h. statisch unbestimmt wird, d. h. in Fig. 3 ist der Arbeitspunkt C in seiner Lage nicht bestimmt, sondern er kann sieh irgendwo auf dem geradlinigen Teil der Charakteristik der Röhre G befinden.
Eine solche sogenannte Kippschaltung wird nun erfindungsgemäss für die Regelanordnung nach Fig. 2 verwendet. An die Klemmen x und y des Widerstandes W der Fig. 2 wird der Fehler F (Fig. 1) gelegt. Unter der Annahme, dass der Arbeitspunkt des Systems sich im Punkt C der Fig. 3 befindet, wird in dem Moment, wo dem Gitter der Röhre G in Fig. 2 der Fehler F aufgedrückt wird, durch diese zusätzliche Gitterspannung der Punkt C in Fig. 3 rasch nach oben bewegt.
Der Anodenstrom i nimmt zu, und der durch diesen Strom ia im Widerstand R, Fig. 2, erzeugte Spannungabfall wird zwischen dem Sternpunkt-Xi der zweiten Sekundärwicklung des Transformators tl und der Kathode Yl des Hilfsgleichrichters al der Schaltanordnung nach Fig. 1 eingeführt, indem die Klemmen X und Y (Fig. 2) mit den entsprechenden Klemmen Xt, Yi, Fig. l vereinigt werden. Dadurch wird in Fig. 1 der Regelvorgang einsetzen und der Fehler F verschwinden. Der Regelvorgang kann sogar soweit gehen, dass der Fehler F gegenüber vorher sein Vorzeichen umkehrt.
In diesem Moment wird nach Fig. 3 die Bewegung des Punktes C in Richtung E gehemmt und nach der entgegengesetzten
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wird nach Fig. 2 die Spannung zwischen den Klemmen a, yi (Fig. l) sowie. , ?/ (Fig. 2) abnehmen und die statische Regelung wirkt gegenüber vorher im entgegengesetzten Sinne, bis der Fehler F nochmals das Vorzeichen wechselt, und so wird der Arbeitspunkt C (Fig. 3) um eine gewisse Lage pendeln, die am Gleichrichter der Fig. 1 die Einhaltung der gewünschten Gleichspannung ergibt.
An Stelle der lediglich zur Erläuterung der Erfindung verwendeten Fig. 2, 3 soll nun an Hand von Fig. 4 und 5 in Verbindung mit Fig. 1 die physikalisch richtige astatisehe Regeleinrichtung gezeigt werden. In Fig. 4 bedeuten Ci und G'z Elektronenrohren mit je einer Batterie Bi und B2 und je einem Anodenwiderstand Rl und R2. Die Gitterspannung der Röhre G2 wird am Widerstand RI, die Gitterspannung der Röhre G1 am Widerstand R2 abgenommen. Der Fehler F (Fig. l) wird den Klemmen.' ; und y
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im Gitterkreis der Rohre GI aufgedrückt.
Zwischen den Klemmen X und Y des Anodenkreises der Röhre G2 wird die Regelspannung abgenommen, die den Klemmen Xl und Tl der Fig. 1 zugeführt wird.
Fig. 5 zeigt die Charakteristik der Röhren GI und G2. Man sieht, dass diese, wie dies normalerweise bei Elektronenröhren der Fall ist, weit ins Gebiet der negativen Gitterspa. nnung hinübergeht.
Es sei C der Arbeitspunkt der Röhre Gl, d. h. der Anodenstrom der Röhre G1 ist OB und die negative Gitterspannung beträgt OA. Diese negative Gitterspannung wird zwischen Y und P2 im Anodenkreis der Röhre G2 mit richtiger Polarität abgenommen. Nimmt man an, dass der Anodenstrom von Röhre GI von AC bis AD zunimmt, dann wird der Strom im Widerstand RI zunehmen und die negative Gitterspannung der Röhre G wird mehr negativ. Dadurch wird der Anodenstrom der Röhre G herabgesetzt und der Stron im Widerstand nimmt ab. Die Spannung zwischen Y und wird weniger negativ, d. h. die Gitterspannung der Röhre Gl nimmt ab von OA bis OH.
Dadurch wird der Anodenstrom der Röhre Gl erhöht und der Arbeitspunkt von C geht tatsächlich nach Punkt E über. Wir sehen, dass das ganze System labil ist, was immer dann erfüllt ist, wenn die Anzapfpunkte Pi und P2 der Widerstände RI und E'z passend gewählt werden. In diesem Fall ist der Regler vollkommen astatisch und regelt auf konstante Gleichspannung. Man kann aber durch Verschieben der Punkte PI und P2 nach oben die Regelcharakteristik steigend und durch Verschieben derselben nach unten fallend machen.
Bei der Schaltung nach Fig. 4 in Verbindung mit Fig. l wird der Arbeitspunkt C der Charakteristik Fig. 5 beständig mit der Eigenfrequenz des ganzen Systems von links unten bis rechts oben hin und her pendeln. Ist nun diese Frequenz höher als die Frequenz der Regelorgane, so wird das ganze System in Schwingung geraten. Es muss deshalb, wie dies in Fig. 6 dargestellt ist, die Schaltung der Hilfseinrichtung so ergänzt werden, dass diese nur unterhalb einer ganz bestimmten Frequenz schwingen kann. Diese Frequenz ist durch die Eigenfrequenz und die Anordnung des zu regelnden Systems festgelegt.
In Fig. 6 sind Kondensatoren Ri angebracht, die dafür sorgen, dass rasche Änderungen des Anodenstromes, z. B. der Röhre Gui, nichet sofort auf das Gitter der Röhre G2 gelangen. Eine Änderung im Anodenstrom der Röhre Gz erzeugt eine Änderung der Gitterspannung der Röhre G2 erst nachdem die Ladung des Kondensators Kl sich entsprechend dem geänderten Spannungsabfall am Widerstand RI geändert hat. Bei langsamen Änderungen spielen die Kondensatoren KI keine Rolle. Man hat es daher in der Hand, durch Bemessung der Kondensatoren K1 die Eigenfrequenz des Reglers für eine günstige Regelung einzustellen. Man kann auch einen Kondensator Ist2 an die Anschlusspunkte x, y des Fehlers F anlegen.
Ferner kann man zur Erhöhung der Ansprechempfindlichkeit der astatischen Regeleinrich- tung gemäss der Erfindung die unter dem Einfluss des Messwertes stehende Hilfseinrichtung durch Zwischenschaltung einer Verstärkereinrichtung zwischen die Punkte ; B, !/ (Fig. 4 und 6) und x, yi (Fig. 1) anschliessen. Man kann weiter zur Erhöhung des Regelbereiches der astatischen Regeleinrichtung die Hilfseinrichtung mit den die Regelspannung liefernden Punkten X, Y (Fig. 4 und 6) an die Punkte YI (Fig. 1) durch einen Verstärker anschliessen.
Die Wirkungsweise der astatischen Regeleinrichtung gemäss der Erfindung wurde im Zusammenhang mit einem Gleichrichter zur Regelung der Spannung des Gleichstromnetzes erläutert, sie kann ohne weiteres zur Regelung des Stromes verwendet werden, indem man in eine Gleichstromleitung einen Shunt i einfügt, wie in Fig. 1 gestrichelt angedeutet, und an dessen Klemmen die Spannung abnimmt und letztere über einen Verstärker t'i führt. Diese verstärkte Spannung wird dann mit dem Sollwert einer Batterie verglichen und der Fehlwert wird zur Hilfseinrichtung gemäss Anspruch 1 geführt.
Es ist selbstverständlich, dass die beschriebene Regeleinrichtung auch zur Regelung von Wechsel- richtern verwendet werden kann. Man kann mit diesem Regler auch Maschinen regeln, indem man die Erregung der betreffenden Maschinen nicht mehr von einer Erregermaschine, sondern von einem Gleichrichter, der in der angegebenen Art geregelt wird, speist. Will man beispielsweise die Spannung einer Gleiehstrommaschine regeln, so wird mit Hilfe einer Batterie der Fehler der Gleichspannung bestimmt und mit dieser der Fehlwert dem Regler zugeführt, der dann einen Hilfsgleichrichter steuert, von welchem aus ein Hauptgleichrichter den Erregerstrom der Gleichstrommaschine regelt. Es können auch Drehzahlen auf diese Art geregelt werden. Der Fehler wird dann aus der Differenz zwischen der Spannung einer Tachometer-Dynamo und einer Batterie bestimmt.
Der Regler beeinflusst wieder über Hilfsgleiehriehter und Gleichrichter den Antrieb der Maschine. Handelt es sich darum, die Spannung einer Wechselstrommaschine zu regeln, so wird diese über einen kleinen Hilfsgleichrichter gleichgerichtet und dann wird wieder in ähnlicher Weise wie oben der Fehler dieser gleichgeriehteten Spannung benützt, um über Regler, Hilfsgleichrichter und Gleichrichter die Erregung der betreffenden Wechselstrommaschine zu regeln. In ähnlicher Weise kann auch der erwähnte Regler zur Steuerung von Umrichtern oder selbständigen Wechselrichtern verwendet werden, um die erzeugte Wechselspannung zu regeln. Auch dann wird die erzeugte Weehselspannung über einen Hilfsgleiehriehter gleichgerichtet zur Ermittlung des Fehlers durch Vergleich mit einer Batterie.
Die Regeleinrichtung wurde bisher an Hand der Steueranordnung nach Fig. 1 erklärt. Es ist selbstverständlich, dass die Regeleinrichtung auch in Verbindung mit andern Steueranordnungen verwendet werden kann. Das Wesen des Reglers besteht darin, dass er, durch einen Fehler angestossen, eine Gleichspannung so lange ändert, bis der Fehler verschwunden ist.