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Selbsttätiger Spannungsregler.
Bei elektrischen Regulatoren sind bereits verschiedene Anordnungen vorgeschlagen worden, bei welchen die zu regelnde Spannung und der Strom gleichzeitig auf das Verstellorgan des Apparates einwirken, um die Spannungsregelung von der Stärke des Netzstroms abhängig zu machen, z. B. durch einen durch Strom und Spannung gleichzeitig beeinflussten beweglichen Anker oder durch zwei durch eine Spannungs-bzw. Stromspule erregte Elektromagnete, wobei der vom Strom beeinflusste Magnet die Regulierung derart beherrscht, dass das von der Spannung beeinflusste Organ bei einer von der jeweiligen Stromstärke abhängigen Höhe der Spannung die Regulierung bewirkt. Derartige bekannte Anordnungen sind ziemlich kompliziert und werden deshalb zu teuer, um bei kleineren elektrischen Anlagen Verwendung finden zu können.
Die Erfindung betrifft Einrichtungen von in elektrischen Anlagen verwendeten automaischen Spannungsregulatoren derjenigen Art, bei denen durch ein Relais, das unter dem Einfluss der Spannung steht, ein Umschalter gesteuert wird, dass dieser je nach den Spannungsänderungen eine von zwei Spulen einer elektromagnetischen Kupplung einschaltet, welche die Bewegung einer stetig rotierenden Welle auf eine Regulierwelle in einer dem jeweils eingeschalteten Kupplungsstromkreis entsprechenden Richtung überträgt, bis die gewünschte Spannung erreicht worden ist.
Die erfindungsgemässe Anordnung sieht besondere, einfache Ausbildungen dieses unter dem Einfluss des Stromes und der Spannung stehenden Umschalters für die Kupplungsspulen des Reglers vor.
Die Zeichnung veranschaulicht einige Ausführungsformen der Erfindung.
: Fig. 1 und 2 zeigen schematisch eine Ausführungsform des elektromagnetischen Relais. Fig. g zeigt den durch das Relais beherrschten Regler. Fig. 4 stellt beispielsweise ein Schaltungsschema eines automatischen Spannungsreglers nach vorliegender Erfindung in Verwendung bei einer Drehstromanlage dar. Fig. 5 zeigt eine zweite Ausführungsform des Relais, bei welcher Solenoide und bewegliche Eisenkerne verwendet werden.
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durch eine Spannungsspule 2 erregt wird, die direkt oder indirekt, z. B. über den Spannungswandler 37 (Fig. 4) aus dem Netz erregt wird, dessen Spannung reguliert werden soll. In einer Ausnehmung im Kern 1 ist der Anker 3 beweglich angeordnet, dessen Stellung von der Kraft der Feder 4 und der durch die Spannungsspule 2 erzeugten elektromagnetischen Anziehung zwischen Kern 1 und Anker 3 abhängig ist.
Am Anker 3 ist ein Arm 5 befestigt, welcher auf den Kontaktschienen 6 und 7 schleift. Eine dieser Kontaktschienen ist in zwei Teile geteilt, welche durch das isolierende Stück 18 isoliert sind, so dass eine Stromunterbrechung stattfindet, wenn der Arm 5, welcher mit einem die Kontaktschienen 6 und 7 miteinander elektrisch verbindenden Schleifkontakt versehen ist, diese isolierte Stelle berührt. Anstatt der beiden Kontaktschienen 6,7 kann man auch nur eine ähnlich wie die Schiene 6 durch ein Isolierstück geteilte Schiene verwenden mit Stromzuführung durch den Arm 5.
Die Kontaktschienen 6,7 sind auf einer gegen sie isolierten Unterlage 8 befestigt, welche an einem Arm 25 sitzt, der mit einem in einer Ausnehmung im eisernen Kern 10 beweglichen Anker 9 verbunden ist. Dieser Kern besitzt eine Spule 11, die entweder direkt oder indirekt, z. B. durch Stromwandler 36 in Verbindung mit dem Netz steht. Die Stellung des Ankers 9 ist ebenfalls von der Kraft einer Feder 4 und der durch den Strom in der Spule ? 7 erzeugten An- ziehung zwischen Kern und Anker abhängig.
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Die beschriebene Anordnung, welche als ein einziger Apparat (zusammengebaut in ein Schutzgehäuse eingebaut werden kann, bildet das elektromagnetische Relais, welches die Einschaltung der in Fig. 3 gezeigten elektromagnetischen Wendekupplung bekannter Art vermittelt.
Die Welle. 3 ist mit einem Arm verbunden, der mehr oder weniger Widerstand 12 in den Erregerkreis einer Erregermaschine einschaltet, die den Erregerstrom für den das Netz speisenden Generator liefert. Je nach dem Drehsinne dieser Welle 13 wird ein Ansteigen bzw. Sinken der Spannung bewirkt. Die Welle-M erhält ihre Bewegung durch einen kleinen Antriebsmotor-M mittels einer Schraubenradübersetzung 24 und einer elektrischen Kupplung. Diese Kupplung
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rotierende Elektromagnete 21 bzw. 22 befestigt, welche durch die Schleifringe 19 mit Strom versorgt werden. Die Magnete laufen mit ihren Rädern lose auf der Welle 13. An der letzteren ist ein Anker 23 verschiebbar aufgekeilt.
Bei dem dargestellten Beispiel kann der kleine Antriebsmotor 14 und die elektromagnetische Kupplung durch die Erregermaschine mit Strom versorgt werden.
Die Wirkungsweise der beschriebenen Einrichtung ist folgende : Wenn der Generator in gewöhnlicher Weise auf die normale Geschwindigkeit gebracht worden ist und die normale Spannung einigermassen erreicht ist, wird der Antriebsmotor 14 eingeschaltet. Dieser läuft stetig und hält die an der Welle 13 lose angebrachten Zahnräder 16 und 17 in stetiger Rotation in entgegengesetzten Richtungen. Ist nun die Generatorspannung zu klein, so wird der Schleifkontakt am Arm 5, welcher am Anker 3 befestigt ist (Fig. i) eine solche Stellung an den Kontaktschienen 6,7 einnehmen, dass durch die Ringe 19 Strom zum Elektromagnet 21 der Kupplung geführt wird, wodurch dessen Anker angezogen wird und die Bewegung des Antriebsmotors durch den betreffenden Teil der Kupplung auf den Arm der Reguliereinrichtung 12 derartig übertragen wird, dass die Spannung gesteigert wird.
Wenn die Spannung die richtige Grösse erreicht hat, wird der Arm 5 das Isolierstück 18 berühren, also eine Stellung an den Kontaktschienen einnehmen, bei welcher er keinen Stromübergang vermittelt. Der Elektromagnet 21 verliert dann seine Anziehungskraft und lässt den Anker 23 los. Dieser wird also nicht mehr von dem rotierenden Elektromagneten 21 mitgenommen, die Welle 13 hört auf, sich zu drehen und der Kontaktarm des Regulators 12 bleibt stehen. Die Spannung wird also an einem Punkte, welcher der Lage des isolierenden Stückes 18 entspricht, konstant gehalten. Falls die Spannung über die normale ansteigen sollte, wird in gleicher Weise der Elektromagnet 22 der elektrischen Kupplung wirksam und bleibt eingeschaltet, bis die richtige Spannung erreicht ist.
Um die Spannung nicht bloss konstant zu halten, sondern auch in Abhängigkeit von dem Verbrauchsstrom zu regulieren, dient erfindungsgemäss die Stromspule 1 ?, 11 des Relais. Bei ansteigendem Strom wird der Anker 9 so bewegt, dass die Unterlage 8 der Kontaktschienen 6 und 7 und hiermit das isolierende Stück 18 nach oben verschoben wird, wodurch bewirkt wird, dass der Arm seine stromlose Stellung am isolierenden Stück 18 erst bei einer der Stromstärke des Generators entsprechenden höheren Spannung einnehmen kann.
Bei der in Fig. 5 gezeigten Ausführungsform des Umschalters werden Spulen ohne feststehenden Eisenkernen verwendet. Im Innern der Spannungsspule 2 bzw. der Stromspule 11 ist ein beweglicher Anker 26 bzw. 27 angebracht, welcher von einer Feder 32 bzw. 33 beeinflusst wird. Beide Spulen ziehen bei Erregung ihre Anker nach unten. Am Anker 26 ist ein Kontaktstück 28 befestigt, welches sich zwischen zwei Kontakten 34, 35 bewegen kann, die in einem am Anker 27 befestigten isolierenden Behälter 31 angebracht sind. Der Behälter enthält im unteren Teil einen Quecksilber-oder anderen Kontakt 29, über diesem befindet sich Luft oder Öl 30.
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Einrichtung vollständig analogen Weise : Bei normaler Spannung schwebt das Kontaktstück 28 zwischen den Kontakten 34, 35 und dem Quecksilberkontakt 29.
Falls die Spannung unter die normale sinkt, wird der Anker 26 von der Feder 32 nach oben gezogen und das Kontaktstück 26 schliesst den Stromkreis durch die Kontakte 34 und 35, wodurch der eine der beiden Stromkreise der elektrischen Kupplung geschlossen wird, so dass die Spannung in der beschriebenen
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der Spannung in Abhängigkeit von dem Verbrauchsstrom erreicht werden. Dies geschieht in der Weise, dass, wenn der Strom in der Spule 11 zunimmt, der Anker 27 und damit auch der Behälter 31 nach unten gezogen wird, wodurch bewirkt wird, dass die Spannung, bei welcher der Kontakt 28 zwischen den Kontakten 34, 35 und dem Quecksilberkontakt schwebend gehalten wird, eine grössere sein muss als bei der vorigen Höhenlage des Glasbehälters.
Die Einrichtung kann auch als Turbinenregulator verwendet werden, indem man divom Motor 74 getriebene elektrische Kupplung mit dem Anlassventil oder der Schaufeleinstellungse vorrichtung der den Generator antreibenden Turbine verbindet. Die Spannung liefert dann eine Tachometerdynamo, die von der Achse der Anlage angetrieben wird.
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Die Einrichtung kann ferner als Energieverbrauchsregulator benutzt werden, indem man durch sie z. B. elektrische Öfen automatisch ein-und ausschalten kann, in Abhängigkeit von der Belastung der elektrischen Generatoren einer Kraftanlage, so dass der gesamte Energieverbrauch konstant gehalten wird.
PATENT-ANSPRÜCHE : i. Selbsttätiger Spannungsregler, bei welchem ein elektromagnetisches Relais je nach den Änderungen der Spannung durch einen Umschalter eine von zwei Spulen einer elektromagnetischen Kupplung einschaltet, die die Bewegung einer stetig umlaufenden Welle auf eine Regulierwelle in einer der jeweils umgeschalteten Kupplungsspule entsprechenden Richtung überträgt, dadurch gekennzeichnet, dass der Umschalter aus einem Arm (5) besteht, der über zwei mit den Kupplungsspulen verbundenen Kontaktschienen (6, 7) schleift, wobei der Arm von dem Anker eines an der Netzspannung liegenden Elektromagneten (1, 2) und das die Kontaktschienen tragende Stück (8) von dem Anker eines im Netzstrom liegenden Elektromagneten (10, 11) betätigt wird und wobei der Arm (5)
bei der konstant zu haltenden Netzspannung auf einer Unterbrechungsstelle (18) der Schienen aufruht, so dass je nach der herrschenden Strom-' stärke der Umschalter bei einer anderen Spannung in Wirkung tritt, zum Zwecke, die Spannungs- regulierung in Abhängigkeit vom Netzstrom vorzunehmen.
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