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Schaltungsanordnung zur Regelung, insbesondere Konstanthaltung einer
Gleichspannung Es ist bereits ein Spannungs- und Stromregler unter Schutz gestellt,
bei dem in Verbindung mit einem Eingangs- und Ausgangskreis, an den eine Belastung
angeschlossen sein kann, eine Brückenschaltung vorgesehen ist, bei welcher ein Element
durch eine Emissionsröhre gebildet wird, die als Diode geschaltet ist. An den Heizfaden
dieser Diode ist eine Spannung gelegt, die von der zu regelnden Größe, z. B. der
Ausgangsspannung oder dem Ausgangsstrom, in bestimmter Weise abhängt. Wird infolge
einer Schwankung der Spannung oder einer Belastung das Brückengleichgewicht gestört,
so wird dabei unter Verwendung geeigneter Verstärkungs- bzw. Übertragungsmittel
eine Spannung erzeugt, die den ursprünglichen Zustand wieder herzustellen bestrebt
ist.
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Der Stromregler nach dem älteren Patent ist für Wechselstromverbraucherkreise
bestimmt, wobei aber die Brückenschaltung selbst vorzugsweise mit Gleichstrom beschickt
und zugleich die von dem Ausgangskreis bzw. von der zu regelnden Größe abgeleitete
Wechselspannung über einen Gleichrichter der Brückenschaltung zugeführt wird.
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Die Erfindung betrifft demgegenüber eine Strom-Schaltungsanordnung
zum Regeln einer Gleichstromausgangsgröße, welche aus einem Wechselstrom-Eingangskreis
gewonnen wird.
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Durch die Anordnung nach der Erfindung wird die Gleichstrom-Ausgangsspannung
innerhalb der Grenzen von i o/o konstant gehalten, und zwar bei Änderung der Last-
oder der Wechselstrom-Eingangsspannung oder beider Faktoren.
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Erfindungsgemäß wird in einer Schaltungsanordnung zur Regelung einer
Gleichspannung, die über Gleichrichter einem Wechselspannungsnetz entnommen wird,
unter Verwendung eines Brückenkreises
als Steuerelement- in den
einen Brückenzweig eine Diode geschaltet, dessen Heizfaden an der zu regelnden Gleichspannung
liegt. Die Ausgangsspannung des Brückenkreises- steuert dabei über einen Röhrenverstärker
Regelmittel zur Beeinflussung der speisenden Wechselspannung im Regelsinne.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden
Beschreibung an Hand der Zeichnungen, und zwar zeigt bzw. zeigen Fig. i eine Schaltungsanordnung
einer Ausführungsform der Erfindung, bei welcher ein Vollweg-Selen-Gleichrichter
benutzt wird, um eine Wechselspannung in eine Gleichspannung zu verwandeln, wobei
die Gleichspannung ihrerseits die Temperatur des Wolfram-Glühfadens einer Diode
bestimmt, wodurch die Induktivität eines Magnetverstärkers verändert wird, welche
ihrerseits die speisende Wechselspannung beeinflußt, derart, daß Veränderungen der
Gleichspannung ausgeglichen werden, Fig.2, 3 und 4, aneinandergefügt, eine Schaltungsanordnung
eines abgeänderten Ausführungsbeispiels der Erfindung, bei welchem die Regelung
der Ausgangsgleichspannung durch Phasenverschiebung in einem Gleichrichterkreis
mit einem oder mehreren Ionenröhren erzielt wird, während die Fig. z, 3 und 5, ebenfalls
aneinandergelegt, die Anwendung der Anordnung gemäß der Erfindung für die Konstanthaltung
der Ausgangsspannung eines Rundfunk-Frequenz-Oszillators wiedergeben.
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Wie sich aus Fig. i ergibt, besteht die Brücken-Schaltung aus Widerständen
io, ii und 12 und einer Wolfram-Glühfaden-Diode 13. Wie bereits erwähnt ist, ist
diese Diode zusammen mit den Widerständen io, i i und 12 das Steuerelement der Anordnung.:
Die Eingangsspannung des Brückenkreises wird der Sekundärwicklung 14 des Transformators
15 entnommen, dessen Primärwicklung 16 in Reihe mit der Wicklung 43 eines Autotransformators
42 am Wechselstrom-Eingangsnetz 17 und i8 liegt. Parallel zum Brückenarm, der die
Diode 13 enthält, ist ein Kondensator 77 vorgesehen, welcher Schwebungen oder sonstige
Überlagerungen bei der Leistungsübermittlung, die ihr zugeführt wird, daran hindert,
im Ausgangskreis der Brücke wirksam zu werden.
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Die Transformator-Sekundärwicklung 14 ist an eine Gleichrichterröhre
2o über einen Widerstand 75 und einen Kondensator 76 angeschaltet, während der Gleichstrom-Ausgangskreis
dieser Röhre mit den Eingangsklemmen 21 und 22 der .Brücke io, 11, 12 und 13 verbunden
ist. An die entgegengesetzten Klemmen 23 und 24 des Brückenkreises ist der. Eingangskreis
einer Verstärkerröhre 25 angeschaltet. Röhre 25 wird mit Heizstrom von der Sekundärwicklung
26 des Transformators 27 versorgt, dessen Primärwicklung 28. unmittelbar am Netz
17, 18 liegt. Anodenstrom wird der Röhre 25 von der Sekundärwicklung 3o des Transformators
27 über den Vollweg-Gleichrichter 31 zugeführt, an dessen Ausgangskreis ein Kondensator
78 angeschaltet ist, und zwar über die Leitungen 32; 33, 34, 35, die Steuerwicklung
36 des Magnetverstärkers 37 und die Leitung 38.
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Der Magnetverstärker 37 ist mit einer Wechselstromwicklung 40 versehen,
welche in Reihe mit der Wicklung 41 des Autotransformators 42 geschaltet ist. Transformator
15 ist noch mit einer Sekundärwicklung 44 versehen, welche über die Leitungen45
und 46 mit dem Eingang eines Gleichrichters verbunden ist, welcher aus vier Selen-Gleichrichtern
47, 48, 49 und 5o in Brückenschaltung besteht. Der Ausgang des Gleichrichters ist
über die Leitungen 51 und 52 mit den Ausgangsklemmen 53 und 54 verbunden, wobei
die Leitung 51 nicht unmittelbar zur Klemme 53 führt, sondern über einen Teil einer
Drosselspule 55, welche dazu dient, alle Oberwellen auszufiltern, welche im Ausgangsgleichstrom
vorhanden sein könnten. Der Kondensator 56 liegt parallel zu den Ausgangsklemmen,
um die Filterwirkung zu verstärken.
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Der Glühfaden der Diode 13 ist über die Leitungen 57 und 58, den veränderlichen
Widerstand 59, Leitungen 6o und 61, den veränderlichen Widerstand 62 und Leitung
63 an den Ausgang 53, 54 angeschaltet. Mit anderen Worten, der Glühfaden der Diode
13 liegt parallel zum Gleichstrom-Ausgang, wobei die Temperatur desselben sich mit
den Änderungen der Spannung in diesem Ausgangskreis ändert.
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Die Leitung 57 kann auch an einem Punkt zwischen den Anschlüssen der
Kondensatoren 56 und 81 angeschaltet werden.
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Aus dem Vorstehenden ergibt sich, daß der Grund-Arbeits-Kreis aus
dem Autotransformator 42 und dem Magnetverstärker 37 besteht, wobei letzterer in
Reihe mit der Primärwicklung des Autotransformators liegt. Der Wicklungsteil 43
des Autotransformators 42 ist in Reihe mit der Primärwicklung 16 des Transformators
15 geschaltet. Infolgedessen wird durch Änderung der Induktivität des Magnetverstärkers
37 die Spannung geändert, welche an der Primärwicklung 41 des Autotransformators
42 liegt, wodurch sich auch die Spannung ändert, welche dem Gleichrichter-Transformator
15 zugeführt wird. Auf diese Weise wird durch eine Abnahme der Induktivität des
Magnetverstärkers die Eingangsspannung der Primärwicklung 41 vergrößert" was eine
Zunahme der Spannung an den Ausgangsklemmen 53, 54 zur Folge hat. Umgekehrt wird
durch eine Zunahme der Induktivität des Verstärkers 37 eine Abnahme der Spannung
an den Klemmen 53, 54 bewirkt.
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Zur Veranschaulichung der Wirkungsweise des Reglers soll angenommen
werden, daß eine Zunahme- der Ausgangsspannung infolge einer Lastverringerung oder
einer Eingangsspannungserhöhung oder aus beiden Gründen eingetreten ist. Die erhöhte
Ausgangsspannung an den Ausgängen 53, 54 hat eine zusätzliche Erwärmung des Glühfadens
der Diode 13 zur Folge, wodurch eine größere Emission veranlaßt und der innere Widerstand
der Röhre entsprechend herabgesetzt wird.
Da die Diode 13 einen
Arm des Brückenkreises bildet, hat diese Widerstandsänderung eine Änderung des Gleichgewichtszustandes
der Brücke zur Folge, was beim angenommenen Beispiel. die. Zuführung eines weniger
=positiven Potentials - zum Steuergitter der Kraftverstärkerröhre 25 bewirkt.
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Diese Gitterspannung hat eine Abnahme des Anodenstromes der Röhre
25 und damit eine geringere Sättigung des Magnetverstärkers 37 zur Folge, was sich
in einer Zunahme seines Wechselstromwiderstandes und in einer Verringerung der Spannung
an der Primärwicklung 16 des Transformators 15 auswirkt. Dies wiederum bewirkt eine
entsprechend verringerte Ausgangsspannung an den Klemmen 53, 54.
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Ein veränderbarer Widerstand 62 im Stromkreis des Dioden-Heizfadens
dient dazu, die Eingangsspannung auf einen beliebigen Punkt innerhalb des Arbeitsbereichs
des Reglers zu bringen.
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Zum Ausgleich der Veränderungen der Eingangsspannung ist ein Potentiometer.59
vorgesehen, das dazu dient, die Vorspannung an der Röhre 25 einzustellen und damit
Veränderungen der Eingangsspannung auszugleichen.
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Ein veränderlicher Widerstand 49" ist im Ausgangskreis des Gleichrichters
vorgesehen, um einen Ausgleich für Laständerung zuzulassen. Wenn die Last zunimmt,
nimmt der Spannungsabfall am Widerstand 49" ebenfalls zu, und damit wird der Strom,
der durch den Heizfadenkreis der Diode 13 fließt, entsprechend verändert, während
der Widerstand des Kathoden-Anoden-Kreises der Diode dann die Laständerung ausgleicht.
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Weiterhin ist offenbar, daß die Veränderung des Widerstandes im Heizfadenkreis
der Diode 13 den Wert der Ausgangsspannung verändert, welche notwendig ist, um eine
bestimmte Dioden-Glühfaden-Temperatur zu erzielen, wodurch die Ausgangsspannung
eingeregelt wird.
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Ein Widerstand 72 ist zwischen der Anode und dem Schirmgitter
25, der Kraftverstärkerröhre 25 vorgesehen, wobei der Widerstand als Ausgleichswiderstand
dient, um Stromleitungsspitzen zu absorbieren, welche in der Wicklung 36 des Magnetverstärkers
37 zur Entstehung kommen. Dies ist nötig wegen der sehr hohen Induktanz dieser Wicklung.
Die Widerstände 73 und 74 bilden einen Teil einer Spannungsteiler-Schaltungsanordnung
zum Übermitteln eines positiven Potentials zum Schirmgitter 25Q hin.
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Die in Fig. i gezeigte Anordnung ist entwickelt worden, um eine Ausgangsspannung
von 12 Volt Gleichstrom zu erzielen, wenn sie an ein Netz mit 115 Volt Ein-Phasen-Wechselstrom
angeschaltet wird. . Diese Einheit wurde mit einer Eingangsspannung betrieben, welche
Größtänderungen bis zu 15% aufwies und mit einer Frequenz von 5o bis 6o Perioden
pro Sekunde arbeitete. Die Ausgangsspannung war von -i i bis 13 Volt regelbar, wobei
die Ausgangslast 5 bis 8,5 Ampere betrug. Es hat sich herausgestellt, daß die Ausgangsspannung
auf ± i % des vorbestimmten Ausgangs-Gleichstromwertes eingeregelt werden konnte.
Die Fig. 2, 3 und 4 beziehen sich auf ein abgeändertes Ausführungsbeispiel der Erfindung,
bei welchem die - Änderungen der Impedanz eines Magnetverstärkers 37 ausgenutzt
werden, um das Gleichgewicht einer Schaltungsanordnung mit einem Eingangstransformator
in solcher Weise zu ändern, daß die Phase verschoben wird, d. h. die Zündzeitpunkte
eines Paares von Ionenröhren, wodurch die Ausgangsgleichspannung des Systems verändert
wird.
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In den Fig. 2, 3 und 4 sind dieselben Bezugszeichen für gleiche Schaltelemente
verwendet worden, so daß auf die vorstehende Beschreibung Bezug genommen werden
kann. Zusätzliche Teile sind natürlich mit neuen Bezugszeichen versehen, und diese
sollen nachfolgend beschrieben werden. Aus Fig.2 ist zu ersehen, daß der Magnetverstärker
37 mit einer Wechselstromwicklung go versehen ist, welche in einem Stromkreis mit
der Induktanz 9i und 92 und dem Widerstand 93 angeordnet ist. Parallel zum Brückenkreis
zwischen den Ausgängen 94 und 95 ist die Primärwicklung 96 (Fig. 3) eines Transformators
97 angeschaltet, dessen Sekundärwicklung 98 eine Mittelanzapfung aufweist.
Die Mittelanzapfung der Sekundärwicklung 98 steht über eine Leitung ioo mit der
Gleichstrom-Ausgangsklemme ioi und außerdem mit den Kathoden der Ionenröhren 102
und 103 in Verbindung.
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Die Kathoden der Röhren 102 und 103 werden mit Heizstromvon
der Sekundärwicklung 104 des Transformators 105 versorgt, dessen Primärwicklung
io6 ihrerseits über die Leitungen 107, 108, 17 und 18 mit einem 23o-Volt-VVechselstromnetz
in Verbindung steht. Anodenstrom wird den Röhren io2 und 103 von der Sekundärwicklung
iio eines Transformators i i i zugeführt, dessen Primärwicklung 112 an die Leitungen
io7 und iog angeschaltet ist.
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Der Brückengleichrichterkreis wird durch die zündstiftgesteuerten
Röhren 113 und 114 vervollständigt, deren Kathoden mit Heizstrom von den Sekundärwicklungen
115 und 116 des Transformators io5 beliefert werden.
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Wie vorerwähnt, wird der Anodenstrom den Röhren io2 und 103 von einem
Transformator i i i geliefert, dessen Primärwicklung an den Leitungen io7 und iog
liegt. Leitung iog führt zu einer Klemme eines Relais 140. Wenn dieses Relais anspricht,
verbindet es die Leitung 141 mit der Leitung io8 und über diese mit dem Netzleiter
18. Relais i4o wird seinerseits durch das Ansprechen eines Zeitverzögerungsrelais
142 gesteuert, dessen Wicklung an den Leitungen 143 und 144 liegt. Leitung 144 ist
unmittelbar mit der Netzleitung 17 verbunden, während Leitung 143 mit der Mittelanzäpfung-95
der Spule 91,-g2 in Verbindung steht. Durch diese Verbindung wird eine Spannung
von ungefähr 115 Volt an das Relais 142 gelegt, wenn der Schalter 145 geschlossen
wird (unter der Annahme, daß die Spannung an den Netzleitern 17, 18 etwa
230 Volt beträgt).
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Die Anordnung der vorbeschriebenen Relais schützt die Röhren 102,
103 und 113, 11q., und
zwar insofern, als sie ausschließt, daß Anodenspannungen
diesen Röhren übermittelt werden, bevor die Glühfäden eine bestimmte Zeit lang angeheizt
worden sind. Mit anderen Worten, durch das Schließen des Schalters 146 (Fig. 2)
wird .die Glühfadenspannung den Röhren übermittelt, während das Schließen des Schalters
145 lediglich die Erregung des Relais i42 bewirkt, welches nach einer bestimmten
Zeitdauer das Ansprechen des Relais 140 und das Anlegen von Anodenspannung an die
Röhren bewirkt.
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Lampen 147 und 148 sind vorgesehen, um die Stromkreis-Schaltzustände
während des Anlassens kenntlich zu machen.
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Es ist ohne weiteres zu ersehen, daß bei der vorbeschriebenen Schaltungsanordnung
eine Veränderung der Ausgangs-Gleichspannung an den Ausgangsklemmen ioi und i2o
eine Temperaturänderung des Glühfadens der Diode 13 (Fig. 4) und damit eine Änderung
des Widerstandes dieser Röhre zur Folge hat. Röhre 13 ist über die Leiter 121 und
122 (Fig. 4, 3 und 2) in den Brückenkreis mit den Widerständen io, 11, 12 eingeschaltet.
Wie beim vorbeschriebenen Regler nach Fig. i hat die Widerstandsänderung eine Änderung
des Ausgangsstromes der Kraftverstärkerröhre 25 zur Folge und damit eine Veränderung
des Sättigungsgrades des Magnetverstärkers 37. Damit wird eine Änderung des Gleichgewichtszustands
der Schaltung bewirkt, welche aus der Wicklung 9o des Magnetverstärkers 37, den
Induktanzen 91 und 92 und dem Widerstand 93 besteht, was eine Veränderung der Phase
der Zündzeitpunkte der Röhren io2 und 103 herbeiführt. Wie allgemein bekannt
ist, rufen solche Veränderungen der Phasenbeziehung entsprechend veränderte Ausgangs-Gleichströme
des Brückengleichrichterkreises hervor, wodurch die Ausgangsspannung auf einen vorbestimmten
Wert eingeregelt wird.
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Häufig ist es erwünscht, einen Rundfunk-Frequenz-Oszillator in solcher
Weise zu betreiben, daß diesem eine gleichbleibende Spannung entnommen werden kann.
Durch Einfügen der Fig.5 an die Stelle von Fig. 4 der vorbeschriebenen Schaltungsanordnung
wird ein Schaltbild erreicht, welches eine Lösung dieser Aufgabe darstellt. Dabei
sei vermerkt, daß die Schaltungsanordnung nach Fig. 5 besser mit derjenigen nach
Fig. i als mit derjenigen nach den Fig. 2 und 3 im Bedarfsfall verwendet werden
kann.
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Bei der Schaltungsanordnung, mit deren Hilfe die Ausgangsspannung
eines Rundfunk-Frequenz-Oszillators gesteuert werden kann, wird der Oszillator
130 (Fig. 5) mit Gleichstrom vom Ausgang des Reglers über die Leitungen 131
und 132 gespeist, die an die Ausgangsklemmen ioi und 120 in Fig. 3 angeschaltet
sind. Ein Teil der Ausgangsspannung des Rundfunk-Frequenz-Oszillators 130 wird über
die Kopplungsspule 133 übermittelt, welche mit der Spule 134 gekoppelt ist, die
mit dem Glühfaden der Diode 13 in Verbindung stet. Auf diese Weise wird der Widerstand
der Diode in Übereinstimmung mit dem Ausgang des Rundfunk-Frequenz-Oszillators verändert,
wobei das Gleichgewicht der Brücke mit den Widerständen io, ii und 12 sowie der
Diode 13 entsprechend verändert wird. Diese Veränderung ist wirksam, wie bereits
beschrieben wurde, um eine Änderung der Phasenbeziehung zwischen den Zündzeiten
der Röhren io2, 103 zu bewirken, wodurch entsprechend in umgekehrter Weise die Ausgangsgleichspannung
beeinflußt und der Ausgangskreis des Rundfunk-Frequenz-Oszillators auf seinen vorbestimmten
Wert eingeregelt wird.