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Dynamoolektrischer Regler.
Wird ein Asynchronmotor, während er an eine Ein-oder Mehrphasenspannung von bestimmte Frequenz angeschlossen ist, um ein Geringes hneller als mit seinen Leerlauftouren gedreht, dann tritt bekanntlich in ihm ein Gleichgewichtszustand ein, bei welchem zwischen Stator und Rotor kein Drehmoment vorhanden ist. Diese Gleichgewichtstourenzahl ist grundsätzlich von der Spannung unabhängig und wird nur durch die Frequenz bestimmt (Synchronismus). Wenn man die Drehung über jene Tourenzahl beschleunigt, entsteht ein negatives und wenn man sie verzögert, ein positives Drehmoment, welches mit der Differenz der Touren über oder unter Synchronismus rasch zunimmt.
Ähnlich ist das Verhalten einer Nebenschlussmaschine, nur ist-gleichviel ob Gleich-oder Wechselstrom in Betracht kommt-ihre Gleichgewichtstourenzahl von keiner Frequenz abhängig und von der angelegten Spannung auch nur insoweit, als bei stärkerer Eisensättigung die Feldstärke sich nicht proportianal mit der Spannung ändert.
Innerhalb jener Sättigungsgrenze, bis zu welcher die beiden Grössen proportional bleiben, wird die Gleichgewichtstourenzahl einer Nebenschlussmaschine durch die gegebenen Verhältnisse ihrer Konstruktion bestimmt, indem diese Tourenzahl von dem elektrischen Widerstand des Nebenschlusses und dem magnetischen Widerstand des Kraftflusses in einem Sinne, ferner von dem Windungszahlen der Anker-und Nebenschlusswicklung in entgegengesetztem Sinne abhängen würde, also lediglich von solchen Grossen, welche mit den Kupfer-und Eisendimensionen der Maschine ein für allemal festgelegt sind. Mit stärkerer Sättigung kann man aber den Einfluss der Spannung auf diese Tourenzahl beliebig vergrössern.
Man kann die Gleichgewichtstourenzahl willkürlich verändern, bei der Asynchronmaschine durch Änderung der Polzahl und bei der Nebenschlussmaschine durch Änderung der Windungszahl oder durch Widerstände im Erregerstromkreise oder durch Änderung des magnetischen Widerstandes.
Will man bewirken, dass das Drehmoment in Abhängigkeit von der Tourendifferenz in einem und dem anderen Sinne mehr oder minder rasch ansteigen, d. h. dass eine Tourenschwankung grössere oder kleinere Zugkräfte auslösen soll, so erreicht man dies durch die Wahl verschiedener Spannungen und bei der Nebenschlussmaschine auch durch gemischte Erregung.
Nach vorliegender Erfindung wird das dynamoelektrische Drehmoment, welches sich nach Massgabe der Differenz zwischen den wirklichen und den Gleichgewichtstouren, zwischen Stator und Rotor einer in Drehung befindlichen Maschine entwickelt, in folgender Weise wirksam gemacht und dazu benützt, um die Geschwindigkeit oder die Leistung (Spannung, Druck, Menge usw. ) von Maschinen oder Vorrichtungen zu regeln, welche Energie verbrauchen, liefern oder aufspeichern. Man verwendet als Regler eine Dynamomaschine von der beschriebenen Charakteristik und setzt den Stator nur lose auf das Gestell oder auf die Welle, so dass jener mit dem Rotor konzentrisch verdreht werden kann und verbindet den Stator kinetisch mit demj enigen Teile der Regelungsvorrichtung, dessen Lageveränderung die Energiezufuhr, die Steuerung oder Schaltung beeinflussen soll.
Im Falle man auf ein rotierendes Organ der Regelungsvorrichtung (Exzenter, Schneckengetriebe und dergl. ) einwirken will, setzt man den Rotor der Reglermaschine lose auf seine Welle, ohne ihn festzukeilen, so dass in Folge des Drehmomentes jener gegen diese sich verdrehen kann und verbindet Rotor und Welle mit denjenigen Teilen, deren
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Die zur Regelung benutzbaren Zugkräfte entstehen entweder, wenn man die Frequenz ) ezw. die Spannung letztere nur zwischen, vom Sättigungsgrade bedingten Grenzen-und nit diesen die Gleichgewichtstoucen konstant hält, währenddem die Rotortouren veränderlich ind, oder wenn man die Frequenz bezw. die Spannung bezw. das Feld veränderlich macht und
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gemacht werden.
Die Stellungen des verdrehbaren Teiles der Reglermaschine werden in dieser selbst oder n der mit ihr verbundenen Vorrichtung durch Anschlag oder durch federnde Hemmung begrenzt.
Man kann auch den Stator gegen das Gestell bezw. den Rotor gegen die Welle veränderlich und abwechselnd bremsen, z. B. elektromagnetisch durch dieselben Ströme, welche den Regler betätigen.
Als Beispiel für die Ausführung vorliegender Erfindung ist in Fig. 1 der Fall schematisch dargestellt, dass der Rotor R, nämlich der Anker A und der Kollektor C einer Nebenschlussmaschine auf der Welle verkeilt mittels Antrieb U von der Hauptmaschine in Umdrehung gehalten wird. Der aus den Feldmagneten F mit den Bürstenträgern B bestehende Stator S ist am Maschinengestell nicht befestigt, sondern zu beiden Seiten auf Ansätzen der Lagerköpfe L, welche zu Zapfen D ausgebildet sind, gelagert, so dass der Stator sich um den Rotor konzentrisch mit diesem verdrehen kann. Die Bürsten und die Magnetspulen sind in Parallelschaltung mittels biegsamer Kabel, an deren Stelle auch Schleifkontakte benützt werden können, an eine Stromquelle angeschlossen.
Am Gehäuse des Stators sitzt ein Zahngetriebe Z, welches die Einstellung des Reglerorganes, Ventils, Schalters usw. vermitteln soll.
In Fig. 2 ist beispielsweise an der Welle eines Wechselstromkollektormotors, dessen Tourenzahl durch Verstellen der Bürsten geregelt werden soll, kann neben dem Kollektor C der mit Kurzschlusswicklung versehene Rotor R einer kleinen Asynchronmaschine aufgekeilt. Der Stator S ! sitzt mit dem einseitigen Gebaut und der Büchse D verdrehbar auf der Welle und trägt gleichzeitig die Bürstenbolzen B. Der Stator ist an den Betriebsstrom angeschlossen, die Reglermaschine empfängt also die gleiche Frequenz wie der zu regelnde Hauptmotor.
Je nach der Polzahl der ersten Maschine wird die Tourenzahl des Wechselstrommotors durch Bürstenverschiebung geregelt, indem jedesmal eine Stellkraft wirksam wird, sobald die Urnlaufsgeschwindigkeit der für beide Maschinen gemeinsamen Welle von der Synchrontourenzahl der Reglermaschine abweicht. Die Stellkraft bringt die Bürsten sofort in diejenige Lage, bei welcher der Motor mit der eben erforderlichen Zugkraft die bestimmte Tourenzahl erreicht.
Um mit einem allgemeinen Beispiele die Einrichtung und Wirkungsweise des Reglers nach vorliegender Erfindung zu erläutern, soll eine Stromerzeugungsanlage angenommen werden. mit der Aufgabe, sowohl die Touren der Maschinen zwischen engen Grenzen, als auch die Spannung im Netze möglichst gleichbleibend zu regeln. Zu jedem Maschinensatze werden zwei Reglermaschinen der Art nach Fig. 1 aufgestellt. Eine mit stärker gesättigten Magneten wird an die Netzspannung-unmittelbar oder mittels Transformator bezw. Umformer-angeschlossen und mit dem Schalter eines Rheostaten verbunden, um verschiedene Widerstände im Erregerstromkreise der Hauptmaschine oder der Erregermaschine einzuschalten, so lange, bis die gewünschte Spannung vorhanden ist.
Durch diese Schaltung wird die Erregerspannung zwischen weiten Grenzen verändert und zwar in gleichem Sinne, wie die Energieleistung der Hauptmaschine. An letztere Spannung wird die ändere Reglermaschine angeschlossen, deren Magnete schwach erregt sind und diese wird mit der Stellvorrichtung für die Dampf-oder Wassereinströmung oder im allgemeinen für die Energieveränderung der Kraftmaschine verbunden, gegebenenfalls unter Vermittlung eines Zwischengliedes, wie eines Servomotors oder dergl. Der erstere Regler kann die Spannung mit gewünschter Genauigkeit konstant halten ; der letztere regelt die Touren zwischen den Grenzen, die von der Erregerspannung und dem Sättigungsgrade bei der kleinsten und der grössten Energieleistung bestimmt werden.
Die Tourenregelung kann einheitlich für sämtliche Maschinen Kraft-oder Elektrizitätswerkes durch Nebenschlussmaschinen oder auch durch Wechselstrom-Asynchronmaschinen bewirkt werden, indem eine besondere gemeinsame Stromquelle, z. B. eine Batterie oder eine Gleichstrom bezw. Wechselstrom erzeugende Maschine, deren elektrische Grössen, besonders die Frequenz nach bestimmten Erfordernis eingehalten werden, an die einzelnen Reglermaschinen Strom abgibt.
Ebenso kann man die Netzspannung einheitlich regeln, indem man die betreffenden Reglermaschinen oder auch eine gemeinsame Reglermasehine von dieser Spannung direkt oder indirekt betätigen lässt.
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Dynamo-electric regulator.
If an asynchronous motor, while it is connected to a single or multi-phase voltage of a certain frequency, is rotated a little faster than with its idling speed, then it is known that a state of equilibrium occurs in which there is no torque between the stator and rotor. This equilibrium number of revolutions is fundamentally independent of the voltage and is only determined by the frequency (synchronism). If you accelerate the rotation over that number of revolutions, a negative torque arises, and if you slow it down, a positive torque, which increases rapidly with the difference in revolutions above or below synchronism.
The behavior of a shunt machine is similar, only - regardless of whether direct or alternating current is used - its equilibrium speed does not depend on any frequency and on the applied voltage only insofar as the field strength does not change proportionally with the voltage in the case of stronger iron saturation.
Within that saturation limit, up to which the two quantities remain proportional, the number of revolutions in equilibrium of a shunt machine is determined by the given conditions of its construction Armature and shunt windings would depend in the opposite sense, that is to say only on variables which are fixed once and for all with the copper and iron dimensions of the machine. With greater saturation, however, the influence of the voltage on this number of revolutions can be increased as desired.
The number of revolutions in equilibrium can be changed arbitrarily, in the case of the asynchronous machine by changing the number of poles and in the case of the shunt machine by changing the number of turns or by resistances in the excitation circuit or by changing the magnetic resistance.
If you want to cause the torque to increase more or less rapidly in one sense or the other, depending on the tour difference, i. H. that a tour fluctuation should trigger larger or smaller tensile forces, this can be achieved by selecting different voltages and, in the case of the shunt machine, also by mixed excitation.
According to the present invention, the dynamo-electric torque, which develops according to the difference between the real and the equilibrium speeds, between the stator and rotor of a rotating machine, is made effective in the following way and used to increase the speed or the power (voltage, Pressure, quantity, etc.) of machines or devices that consume, deliver or store energy. A dynamo machine with the characteristics described is used as the controller and the stator is only loosely placed on the frame or on the shaft so that it can be rotated concentrically with the rotor and the stator is kinetically connected to that part of the control device whose position changes the energy supply which should influence the control or circuit.
If you want to act on a rotating element of the control device (eccentric, worm gear, etc.), you place the rotor of the governor machine loosely on its shaft without wedging it, so that as a result of the torque that can rotate against it and connects the rotor and wave with those parts whose
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The tensile forces that can be used for regulation arise either when the frequency) ezw. the voltage of the latter only between the limits caused by the degree of saturation - and with these the equilibrium forces are kept constant, while the rotor turns are changeable, or if the frequency resp. the tension respectively. makes the field changeable and
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be made.
The positions of the rotatable part of the governor machine are limited in this itself or in the device connected to it by a stop or by resilient inhibition.
You can also bezw the stator against the frame. brake the rotor against the shaft variably and alternately, e.g. B. electromagnetically by the same currents that operate the controller.
As an example for the embodiment of the present invention, the case is shown schematically in Fig. 1 that the rotor R, namely the armature A and the collector C of a shunt machine is wedged on the shaft by means of drive U from the main machine kept rotating. The stator S, which consists of the field magnets F with the brush holders B, is not attached to the machine frame, but is mounted on both sides on projections of the bearing heads L, which are designed as pins D, so that the stator can rotate concentrically with the rotor . The brushes and the magnetic coils are connected in parallel to a power source by means of flexible cables, in the place of which sliding contacts can also be used.
On the housing of the stator sits a toothed gear Z, which is intended to convey the setting of the regulator, valve, switch, etc.
In Fig. 2, for example, on the shaft of an alternating current collector motor, the speed of which is to be controlled by adjusting the brushes, the rotor R of a small asynchronous machine provided with short-circuit winding can be keyed in addition to the collector C. The stator S! sits with the one-sided structure and the sleeve D rotatable on the shaft and at the same time carries the brush bolts B. The stator is connected to the operating current, so the regulator machine receives the same frequency as the main motor to be regulated.
Depending on the number of poles of the first machine, the number of revolutions of the AC motor is regulated by shifting the brush, in that an actuating force is activated each time the rotational speed of the shaft common to both machines deviates from the number of synchronous revolutions of the governor machine. The actuating force immediately puts the brushes in the position in which the motor reaches the specified number of revolutions with the tractive force just required.
In order to explain the device and mode of operation of the controller according to the present invention with a general example, a power generation plant is assumed. with the task of regulating both the tours of the machines between narrow limits and the voltage in the network as consistently as possible. For each machine set, two regulating machines of the type shown in FIG. 1 are set up. One with more saturated magnets is BEZW respectively to the mains voltage-directly or by means of a transformer. Converter-connected and connected to the switch of a rheostat in order to switch on various resistances in the excitation circuit of the main machine or the exciter until the desired voltage is present.
This circuit changes the excitation voltage between wide limits in the same way as the energy output of the main engine. The other regulator machine, whose magnets are weakly excited, is connected to the latter voltage and this is connected to the actuating device for the steam or water inflow or in general for changing the energy of the engine, possibly with the intermediary of an intermediate element such as a servo motor or the like Regulator can keep the voltage constant with the required accuracy; the latter regulates the tours between the limits, which are determined by the excitation voltage and the degree of saturation for the smallest and largest energy output.
The tour control can be effected uniformly for all machines power or electricity works by shunt machines or alternating current asynchronous machines by using a special common power source, e.g. B. a battery or a direct current BEZW. Alternating current generating machine, whose electrical parameters, especially the frequency are complied with according to certain requirements, delivers current to the individual regulating machines.
The mains voltage can also be uniformly regulated by having the relevant regulator machines or a common regulator machine operated directly or indirectly from this voltage.