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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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Automatic voltage regulator.
In electrical regulators, various arrangements have already been proposed in which the voltage to be regulated and the current act simultaneously on the adjusting member of the apparatus in order to make the voltage regulation dependent on the strength of the mains current, e.g. B. by a simultaneously influenced by current and voltage movable armature or by two by a voltage or. Current coil excited electromagnets, whereby the magnet influenced by the current controls the regulation in such a way that the organ influenced by the voltage effects the regulation at a voltage level that is dependent on the current strength. Such known arrangements are quite complicated and therefore become too expensive to be used in smaller electrical systems.
The invention relates to devices of automatic voltage regulators used in electrical systems of the type in which a switch is controlled by a relay which is under the influence of the voltage, that depending on the voltage changes, it switches on one of two coils of an electromagnetic clutch which the Movement of a continuously rotating shaft is transmitted to a regulating shaft in a direction corresponding to the clutch circuit that is switched on until the desired voltage has been reached.
The arrangement according to the invention provides for special, simple designs of this changeover switch, which is under the influence of the current and the voltage, for the clutch coils of the regulator.
The drawing illustrates some embodiments of the invention.
: Figs. 1 and 2 schematically show an embodiment of the electromagnetic relay. Fig. G shows the controller controlled by the relay. FIG. 4, for example, shows a circuit diagram of an automatic voltage regulator according to the present invention in use in a three-phase system. FIG. 5 shows a second embodiment of the relay in which solenoids and movable iron cores are used.
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is excited by a voltage coil 2 which is directly or indirectly, e.g. B. is excited via the voltage converter 37 (Fig. 4) from the network, the voltage of which is to be regulated. The armature 3 is movably arranged in a recess in the core 1, the position of which is dependent on the force of the spring 4 and the electromagnetic attraction between the core 1 and armature 3 generated by the voltage coil 2.
An arm 5, which slides on the contact rails 6 and 7, is fastened to the armature 3. One of these contact rails is divided into two parts, which are insulated by the insulating piece 18, so that the current is interrupted when the arm 5, which is provided with a sliding contact electrically connecting the contact rails 6 and 7, touches this insulated point. Instead of the two contact rails 6, 7 it is also possible to use only one rail that is divided by an insulating piece in a similar way to the rail 6, with power being supplied through the arm 5.
The contact rails 6, 7 are fastened to a base 8 which is insulated from them and which sits on an arm 25 which is connected to an armature 9 which is movable in a recess in the iron core 10. This core has a coil 11 which either directly or indirectly, e.g. B. through current transformer 36 is in connection with the network. The position of the armature 9 is also influenced by the force of a spring 4 and that by the current in the coil? 7 generated attraction between core and anchor.
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The arrangement described, which can be installed as a single apparatus (assembled in a protective housing, forms the electromagnetic relay which mediates the activation of the known electromagnetic reversing clutch shown in FIG. 3.
The wave. 3 is connected to an arm that more or less switches on resistor 12 in the excitation circuit of an excitation machine that supplies the excitation current for the generator feeding the network. Depending on the direction of rotation of this shaft 13, the voltage increases or decreases. The shaft-M is moved by a small drive motor-M by means of a helical gear transmission 24 and an electrical coupling. This clutch
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fixed rotating electromagnets 21 and 22, which are supplied by the slip rings 19 with current. The magnets run loosely with their wheels on the shaft 13. An armature 23 is slidably wedged on the latter.
In the example shown, the small drive motor 14 and the electromagnetic clutch can be supplied with power by the exciter.
The mode of operation of the device described is as follows: When the generator has been brought to normal speed in the usual way and the normal voltage has been reached to some extent, the drive motor 14 is switched on. This runs continuously and keeps the gears 16 and 17 loosely attached to the shaft 13 in continuous rotation in opposite directions. If the generator voltage is too low, the sliding contact on the arm 5, which is attached to the armature 3 (FIG. I), will take up such a position on the contact rails 6, 7 that current is passed through the rings 19 to the electromagnet 21 of the coupling , whereby its armature is attracted and the movement of the drive motor is transmitted through the relevant part of the coupling to the arm of the regulating device 12 in such a way that the tension is increased.
When the voltage has reached the right level, the arm 5 will touch the insulating piece 18, that is to say it will assume a position on the contact rails in which it does not convey any current transfer. The electromagnet 21 then loses its force of attraction and lets go of the armature 23. This is no longer taken along by the rotating electromagnet 21, the shaft 13 stops rotating and the contact arm of the regulator 12 stops. The voltage is thus kept constant at a point which corresponds to the position of the insulating piece 18. If the voltage should rise above the normal, the electromagnet 22 of the electric clutch is activated in the same way and remains switched on until the correct voltage is reached.
In order not only to keep the voltage constant, but also to regulate it as a function of the consumption current, the current coil 1?, 11 of the relay is used according to the invention. When the current rises, the armature 9 is moved in such a way that the base 8 of the contact rails 6 and 7, and with it the insulating piece 18, is moved upwards, which means that the arm is only in its currentless position on the insulating piece 18 at one of the current strength of the Generator corresponding higher voltage can take.
In the embodiment of the changeover switch shown in FIG. 5, coils without fixed iron cores are used. A movable armature 26 or 27, which is influenced by a spring 32 or 33, is mounted inside the voltage coil 2 or the current coil 11. Both coils pull their armature down when excited. A contact piece 28 is fastened to the armature 26 and can move between two contacts 34, 35 which are mounted in an insulating container 31 fastened to the armature 27. The lower part of the container contains a mercury or other contact 29, above which there is air or oil 30.
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Set-up in a completely analogous manner: With normal voltage, the contact piece 28 floats between the contacts 34, 35 and the mercury contact 29.
If the voltage drops below normal, the armature 26 is pulled upwards by the spring 32 and the contact piece 26 closes the circuit through the contacts 34 and 35, whereby one of the two circuits of the electrical coupling is closed, so that the voltage in the described
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the voltage can be achieved depending on the consumption current. This is done in such a way that, when the current in the coil 11 increases, the armature 27 and thus also the container 31 is pulled down, which causes the voltage at which the contact 28 between the contacts 34, 35 and the mercury contact is kept floating, must be greater than the previous height of the glass container.
The device can also be used as a turbine regulator by connecting the electrical coupling, driven by the engine 74, to the starter valve or the blade adjustment device of the turbine driving the generator. The voltage is then supplied by a tachometer dynamo, which is driven by the axis of the system.
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The device can also be used as an energy consumption regulator by e.g. B. can automatically switch electric ovens on and off, depending on the load on the electric generators of a power plant, so that the total energy consumption is kept constant.
PATENT CLAIMS: i. Automatic voltage regulator, in which an electromagnetic relay switches on one of two coils of an electromagnetic clutch depending on the changes in voltage by a changeover switch, which transmits the movement of a continuously rotating shaft to a regulating shaft in a direction corresponding to the clutch coil being switched, characterized in that the changeover switch consists of an arm (5) which slides over two contact rails (6, 7) connected to the coupling coils, the arm being connected to the armature of an electromagnet (1, 2) connected to the mains voltage and the piece (8 ) is actuated by the armature of an electromagnet (10, 11) lying in the mains current and the arm (5)
rests at the line voltage to be kept constant on an interruption point (18) of the rails, so that depending on the current strength, the changeover switch comes into effect at a different voltage, for the purpose of regulating the voltage depending on the line current.
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