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Schaltungsanordnung für magnetische Gegentakt-Spannungsfühler In der
elektrischen Regeltechnik werden zur Überwachung der elektrischen Spannung magnetische
Verstärkeranordnungen verwendet, welche unter der Bezeichnung »Spannungsfühler«
zusammengefaßt sind. Diese Spannungsfühler liefern - in Abhängigkeit von der zu
überwachenden Spannung - die zur Steuerung der magnetischen Zwischen- oder Endstufen
notwendigen Steuerleistung.
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Üblicherweise bestehen die Spannungsfühler aus einem Spannungskonstanthaltegerät
geringer Leistung, welches eingangsseitig an die Netzspannung angeschlossen ist
und dessen konstante Ausgangsspannung eine erste Erregerwicklung eines Magnetverstärkers
speist (Sollwertstrom), während eine zweite Erregerwicklung im Gegensinn zur ersten
Wicklung an die zu überwachende Spannung angeschlossen ist. Das sich aus der Differenz
der Erregungen bildende Magnetfeld verursacht Änderungen des Arbeitsstromes des
Magnetverstärkers. Diese Stromänderungen bewirken die richtige Einstellung des Leistungsverstärkers.
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Da der lineare Arbeitsbereich eines Magnetverstärkers relativ eng
ist, so kann eine Sollwertverschiebung durch Änderung nur eines Stromwertes nur
in engen Grenzen vorgenommen werden. Ferner liegt die mit dem »Sollstrom« durchflossene
Wicklung parallel zum Spannungskonstanthaltegerät, so daß für die durch (relativ)
langsame Feldänderungen an den Erregerwicklungen hervorgerufenen Induktionsspannungen
ein Nebenschluß entsteht, welcher die Regelgeschwindigkeit der Anordnung bedeutend
herabsetzt.
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Die vorliegende Erfindung vermeidet die angeführten Nachteile und
verzichtet auf einen eigenen »Sollwertstromkreis« und den damit verbundenen Aufwand.
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Bei der Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung für einen magnetischen
Spannungsfühler werden zwei in Gegentakt arbeitende Magnetverstärker in Selbstsättigungsschaltung
verwendet mit einem Spannungsvergleich über Widerstände verschiedener Charakteristik.
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Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß je eine Steuerwicklung
jedes Magnetverstärkers über einen spannungsabhängigen Widerstand und je eine zur
ersten entgegengesetzt wirkende Steuerwicklung über einen linearen Widerstand in
Reihe an der zu regelnden Spannung liegen.
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Da die Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung nach dem Gegentaktprinzip
arbeitet, kann je nach Eigenschaft der Gesamtregelkreise »A«-, »AB«- oder »B«-Einstelluna
gewählt werden. Dem Gegentaktprinzip entsprechend werden zwei Magnetverstärker verwendet,
die vorzugsweise in Selbstsättigungsschaltung arbeiten. wobei der erste so eingestellt
ist, daß er beispielsweise bei Anstieg der zu überwachenden Spannung seinen Arbeitsstrom
erhöht, während der andere Verstärker seinen Arbeitsstrom erniedrigt. Die Differenz
der Arbeitsströme wirkt sodann auf den Endverstärker.
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Ein weiteres Merkmal der Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung ist
die Verwendung von spannungsabhängigen Widerständen (Varistoren) als Ersatz für
den Sollwertkreis. Dadurch ist es, möglich, bei gleichen Arbeitsbedingungen des
Spannungsfühlers durch Ändern eines einzigen Widerstandes bei gleichbleibender Regelcharakteristik
den Sollwert der geregelten Spannung in sehr weiten Grenzen verändern.
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Die Regelung der Spannungen über Widerstandskombinationen vorzunehmen,
die aus linearen und nicht linearen Gliedern besteht, ist jedoch an sich bekannt.
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Ein wesentliches Merkmal der Anordnungen ist ferner die Möglichkeit,
durch Wahl der Arbeitspunkte der beiden Verstärker eine von der eigentlichen Regelung
fast unabhängige, vorwiegend dynamisch wirkende Rück- oder Gegenkopplung der Regelung
einstellen zu können, wobei letztere den oft auftretenden Pendelungen der Regelung
entgegenwirkt. Es ist dazu jedoch notwendig, daß die Speisespannung
der
beiden Gegentaktverstärker direkt oder indirekt an der geregelten Sollspannung liegt.
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An Hand der Figur wird die Funktion der Anordnung erläutert.
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Die Klemmen R und S sind die Netzanschlüsse der Regelanordnung. Der
Block ST beinhaltet das Stellglied, in der Regel ein Magnetverstärker entsprechender
Leistung. Die Gegentaktverstärker sind mit Trd, und Trd, bezeichnet. Es sind Dreischenkelausführungen
in der bekannten Selbstsättigungssehaltung. Zur besseren L7bersichtlichkeit sind
Arbeits- und Erregerwicklungen getrennt gezeichnet. Die Arbeitswicklungen des ersten
Verstärkers sind mit A1, Az, die des zweiten mit A3, A4, die Erregerwicklungen des
ersten Verstärkers mit El, EZ und des zweiten Verstärkers mit Es, E4 bezeichnet.
Die Kleinbuchstaben a, e zeigen Anfang und Ende der Wicklungen an, um den Wirkungssinn
ersehen zu können. Gll ist der Hauptgleichrichter, wenn der Spannungsfühler bei
einem Gleichrichtergerät verwendet wird. Ist eine Wechselspannung zu überwachen,
so fällt Gll weg, und die Spannungsfühlerkiemmen G, H sind über einen Gleichrichter
an den Wechselstromausgang U, V anzuschließen. Mit GI" Gl. sind die Selbstsättigungsgleichrichter
und mit Gld, Gl. sind die Gleichrichter für die Arbeitsströme i3, i4 der Gegentaktverstärker
Trd 1 und Trd 2 bezeichnet. Der von der Klemme X
zum Spannungsfühler
fließende Strom i passiert den Sollwertstellwiderstand R, welcher vorerst auf 0
Ohm eingestellt zu denken ist, und teilt sich bei P in die Teilströme il und i2.
Im Stromweg für il liegt der spannungsabhängige Widerstand VDR in Serie mit je einer
Erregerwicklung El, E3 der Magnetverstärker Trd, und Trd, Im Stromweg für i2 liegen
die beiden Gegenwicklungen E2 und E, mit dem Justierwiderstand W1. Zur Einstellung
des gewünschten Arbeitspunktes sind die Wicklungen E." E4 mit Anzapfungen versehen.
Steigt z. B. durch Verringerung der Last des Gerätes die Spannung zwischen X und
Y um 2%, so, erhöht sich der Strom il auf Grund der Spannungsabhängigkeit von VDR
um beispielsweise 6 0/0 und umgekehrt. Die Reaktionszeit des spannungsabhängigen
Widerstandes auf Spannungsschwankungen liegt bei etwa 10-4 Sekunden. Da der Strom
i2 auf Grund der linearen Verhältnisse in diesem Stromweg nur um 2% gestiegen ist,
verursacht der Differenzbetrag des Stromes von 4% in einem Transduktor eine Zunahme
der Miterregung, im anderen Transduktor eine Zunahme der Gegenerreguaung, betrachtet
im Sinne der durch die Selbstsättigung erzeugten Grunderregung der Transduktoren.
Dies verursacht beispielsweise ein Steigen von i; bzw. Fallen von i,. Der Differenzstrom
von i; und i4 steuert über das Stellglied ST die Ausgangsspannung wieder
auf den Normalwert zurück.
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Legt man beide Verstärker Trdl, Trd, gleichartig aus, so heben sich
durch die Gegenschaltung der Erregerwicklungen El, E,, E;, E4 die durch die Stromänderung
bei der Regelung erzeugten Spannungsstöße auf, so daß keine Vergrößerung der Regelzeitkonstante
auftritt.
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Die Schaltungsanordnung regelt also auf Spannungskonstanz zwischen
den Punkten P und H. Dreht man den Sollwertstellwiderstand R auf einen bestimmten
Widerstandswert, so sinkt der Strom i und auch die Spannung zwischen Punkt P und
H. Die Regelung stellt sofort wieder die Normalspannung zwischen P und H her, woraus
resultiert, daß die Ausgangsspannung U von U=u bei R=0 Ohm auf U=u-@-i-R
ansteigt. Es ergibt sich ferner aus der Spannungs- (und auch Strom-) Konstanz zwischen
den Punkten P, H, daß eine vorgegebene prozentuale Änderung der Ausgangsspannung
U ohne Rücksicht auf die Größe von R immer die gleiche Regelgröße erzeugt.
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Die Ruheströme i3 und i4 können durch entspreschende Wahl der Anzapfungen
an E, und E4 so eingestellt werden, daß bei Anstieg der Wechselspannung zwischen
U und V der die Ausgangsspannung senkende Stromweg i;3 oder i4 mehr Strom führt
als der andere, wodurch die bereits erwähnte Gegenkopplung entsteht. Diese Gegenkopplung
arbeitet mit geringerer Zeitkonstante als die Hauptregelung, da sich die Ruheströme
i.3 und i4 bei Schwankungen von U,t, durch Änderung des Selbstsättigungsfeldes sehr
schnell einstellen und dadurch einer Pendelung entgegenwirken.