DE291267C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT

Der Spannungsregler nach vorliegender Erfindung gehört zu der Klasse von Reglern, die die Spannung einer elektrischen Maschine, die durch veränderliche Belastung oder Tourenzahl Schwankungen unterworfen ist, dadurch konstant halten, daß mittels Tastkontakten ein in den Erregerkreis der zu steuernden Maschine geschalteter Widerstand in kurzen, mit der Größe der beabsichtigten Regelung sich ändernden Intervallen eingeschaltet und kurzgeschlossen wird. Dieses Kurzschließen und Einschalten des Erregerwiderstandes geschieht bei dem hier zu beschreibenden Spannungsregler durch ein als Arbeitsrelais bezeichnetes Organ, welches im wesentlichen aus einem Elektromagneten besteht, der seinen Anker, an dem der eine der beiden Tastkontakte, mit welchen der Erregerwiderstand gesteuert werden soll, befestigt ist, in rasche Schwingungen versetzt. Dabei kommt der an dem Anker befestigte Kontakt mit seinem Gegenkontakt abwechselnd in und außer Berührung, und das Verhältnis der Zeiten, während welcher der Erregerwiderstand kurzgeschlossen und eingeschaltet ist, bestimmt die Größe des Maschinenerregerstromes. Die Schwingungen des Ankers des Arbeitsrelais werden durch eine besondere, z. B. an die Erregerspannung angeschlossene Und als Zitterspule bezeichnete

Wicklung auf dem Arbeitsrelais erzeugt, während die Unterteilung dieser Schwingungen in ein bestimmtes Verhältnis des Kontaktschlusses zur Kontaktöffnung durch eine oder mehrere als Spannungsspulen bezeichnete Wicklungen auf dem Arbeitsrelais vorgenommen werden. Die Speisung dieser Spannungsspulen mit Strom geschieht durch einen Hilfsstromkreis über das die Regelung einleitende Organ des Spannungsreglers, dem Spannungsrelais, welches von.der zu erregenden Span- nung beeinflußt ist, und zeigt demnach der vorliegende Regler vorerst das bereits bekannte Merkmal, daß die Zitterspule des Arbeitsrelais und die Spannungsspule des Spannungsrelais auf dem Arbeitsrelais durch einen Hilfsstromkreis magnetisch gekuppelt sind. Gerade hierin und in der Tatsache, daß für niedrige Tourenzahlen bzw· große Belastungen der zu regelnden Maschine die Dauer des Kurzschlusses des Erregerwiderstandes größer sein muß als für hohe Geschwindigkeiten bzw. kleine Belastungen, und in dem Umstände, daß das von der Zitterspule ausgeübte Drehmoment veränderlich ist, ist der Grund zu suchen, \varum gemäß vorliegender Erfindung Einrichtungen geschaffen werden, deren Aufgabe es ist, dafür zu sorgen, daß das von der Spannungsspule am Arbeitsrelais ausgeübte

Drehmoment der Größe und der Richtung nach mit dem Betriebszustande der zu regelnden Maschine veränderlich ist.

Der Gedanke, durch ein .Spannungsrelais indirekt auf das den Erregerwiderstand schaltende Relais im Sinne einer Änderung der Einschaltdauer des Widerstandes einzuwirken, ist zwar bereits bekannt geworden, aber weder ist dieses Prinzip in der vorliegend beschriebenen Weise mit Richtungsänderung des Drehmomentsinnes verwendet worden,' noch bei einem Schnellregler der bestimmten hier zugrunde liegenden Gattung und mit nur einem schwingenden Kontakt.

Die Zeichnung zeigt zwei beispielsweise Ausführungen der Erfindung.

Die Fig. 1 veranschaulicht schematisch einen Spannungsregler, der im wesentlichen aus dem Arbeitsrelais A und dem Spannungsrelais 5¹ besteht. Das Spannungsrelais 5" ist zusammengesetzt aus der Solenoidspule 20, die an die zu regelnde Spannung E angeschlossen ist. Der von dieser Spule auf den Eisenkern 19 ausgeübten Zugkraft, der an dem um den Drehpunkt 17 drehbaren Hebel 16 befestigt ist, wird durch die Feder 15 das Gleichgewicht gehalten. An dem Hebel 16 ist der zwischen den festen Kontakten 12 und 14 bewegliche Kontakt 13 angebracht. Das Arbeitsrelais A besteht aus dem Magnetkern 11, auf den die Spulen 8, 9 und 10 aufgewickelt sind, und aus dem Magnetanker 7, der an dem einen Ende des um 6 drehbaren Hebels 5 befestigt ist. Am andern Ende dieses Hebels 5 ist der Kontakt 2 angebracht, der gegen den feststehenden Kontakt 3 schwingt, und mittels welcher beiden Kontakte der in den Erregerkreis eingeschaltete Widerstand 1 periodisch eingeschaltet und kurzgeschlossen wird. Schließlich bezeichnet 18 eine besondere Stromquelle, von welcher aus über die Kontakte 14, 13 und 12 die als Spannungsspulen bezeichneten Wicklungen 9 und 10 des Arbeitsrelais gespeist werden. Die Zitterspule 8 möge an die Erregerwicklung der zu regelnden Maschine angeschlossen sein. Die Arbeitsweise des Reglers nach Fig. 1 sei im folgenden kurz beschrieben.

Angenommen, der Hebel 16 des Spannungsrelais nehme eine solche Lage ein, daß der an ihm befestigte Kontakt 13 weder den Kontakt 12 noch 14 berührt, so daß die Spannungsspulen 9 und 10 stromlos sind. Die an die Erregerwicklung, des Generators angeschlossene Zitterspule 8 sei nun von einem solchen Strom durchflossen, daß die Zugkraft des Magneten 11 die Zugkraft der Feder 4 überwindet, wodurch die Kontakte 2 und 3, die aufeinander ■■'■■ gelegen sind, außer Berührung kommen. Dadurch wird der Widerstand 1 in den Erreger-Stromkreis eingeschaltet, die Spannung an der Erregerwicklung wird sinken und damit auch die Zugkraft des Magneten 11. Die Feder 4 wird deshalb die Kontakte 2, 3 wieder in gegenseitige Berührung bringen ; der Erregerwiderstand ι wird dadurch kurzgeschlossen, wodurch die Erregerspannung an der Spule 8 wieder steigt und das Spiel von neuem beginnt. Es ist leicht einzusehen, daß das Arbeitsrelais A, solange nur die Zitterspule 8 erregt ist, auf einen konstanten Erregerstrom einreguliert. Wir wollen der Einfachheit halber annehmen, daß dieser Erregerstrom gerade derjenige sei, der benötigt wird, damit die zu regelnde Maschine bei Leerlauf die normale Spannung gibt. Aus irgendeinem Gründe soll nun die Maschinenspannung sinken, z. B. zufolge Nachlassens der Drehzahl der Maschine oder Belastung derselben. Damit wird auch die Zugkraft des Solenoides 20 nachlassen, d. h. die Feder 15 bringt die beiden Kontakte 13 und 14 des Spannungsrelais 5" in gegenseitige Berührung. Über die Spannungsspule 10, die der Zitterspule entgegengeschaltet ist, fließt demnach ein Strom, und infolge der Gegenschaltung wird die Zugkraft des Magneten 11 derart verringert, daß die Zugkraft der Feder 4 größer ist als die etwa aus den beiden Spulen 8 und 10 noch resultierende Zugkraft, so daß die beiden Kontakte 2 und 3 aufeinander zu liegen kommen und damit der Erregerwiderstand kurzgeschlossen wird, aber dieses Mal zufolge der entmagnetisierenden Kraft der Spule 10 länger als oben beschrieben ist. Jetzt steigt die Maschinenspannung so lange an, bis die Kontakte 13, 14 wieder außer Berührung kommen; der Stromkreis über die Spannungsspule 10 wird dann unterbrochen und der Hebel 5 des Arbe.itsrelais ist wieder allein dem von der Zitterspule ausgeübten Drehmoment unterworfen.

Das Arbeitsrelais würde dann unter der Wirkung dieser Spule allein wieder entsprechend der angenommenen Einstellung der Feder 4 auf einen Erregerstrom einstellen, der der normalen Spannung des Generators bei _1Og Leerlauf und normaler Tourenzahl entspricht. Da nun aber der Generator belastet wurde oder die Tourenzahl desselben unter der normalen gesunken ist, so muß auf einen höheren als den soeben genannten Erregerstrom geregelt werden. Das erfolgt nun so, daß die an der Spannungsspule 20 des Spannungsrelais ^ wirkende, im ersteren Fall infolge des durch die Belastung des Generators bedingten Spannungsabfalles im zweiten wegen der zu kleinen n₅ Geschwindigkeit des Ankers sinkende Spannung E die Kontakte 13, 14 wiederum zusammenbringt und dadurch die auf dem Ärbeitsrelais A befindliche Spule 10 wieder eingeschaltet wird. Dadurch regelt das Arbeitsrelais auf einen höheren Erregerstrom ein, als derperiodischen Regelung unter der alleinigen

AVirkung der Spule 8 bei der bestimmten Einstellung der Feder 4 entspricht. Es regelt mithin unter Mitwirkung der Spule 20 auf einen durch die geänderteTourenzahl oder Belastung des Generators bedingten, höheren Erregerstrom, der trotz der veränderten Verhältnisse doch wieder die konstant zu haltende Spannung £ an der Maschine erzeugt.

Steigt die Maschinenspannung z.B. zufolge Steigerung der Tourenzahl oder zufolge plötz-. licher Entlastung über den Einstellungswert des Spannungsrelais an, so wird der Kontakt 13 in Berührung gebracht mit Kontakt 12 und dadurch der Stromkreis über die Spannungswicklung 9 geschlossen. Da diese Wicklung 9 der Zitterspule gleichsinnig geschaltet ist, wird die von dem Magneten 11 ausgeübte Zugkraft anwachsen, der Anker 7 des Arbeitsrelais wird also länger angezogen als bei der alleinigen

ao Einwirkung der Spule 8 und dadurch der Widerstand 1 in den Erregerstromkreis langer eingeschaltet bleiben. Aus diesem Grunde sinkt die Maschinenspannung, der Stromkreis über die Spule 9 wird durch Auseinandergehen der Kontakte 12, 13 wieder unterbrochen, und das bereits oben erläuterte Spiel wiederholt sich im entgegengesetzten Regelungssinne, wie oben beschrieben ist.

Wenn man die Kontakte 12 und 14 weiter auseinanderlegt, so gibt es einen mittleren Regelungsbereich, innerhalb dessen die Spannung nicht konstant bleibt, sondern sich ändern kann. Das ist unter Umständen bei Zugbeleuchtungsanlagen vorteilhaft.

Der ganze Regelungsbereich wird bei der beschriebenen Regelungseinrichtung mithin in zwei Bereiche unterteilt, so daß für den einen Bereich die eine Spannungsspule des Arbeitsrelais, für den anderen Bereich die andere Spannungsspule zur Herstellung des richtigen Verhältnisses: Öffnungsdauer zur Schließungsdauer der Kontakte 2, 3 bei den von der Zitterspule geschaffenen Schwingungen,. Verwendung findet. Wie bereits eingangs erwähnt wurde, ist die Dauer des Kurzschlusses des Erregerwiderstandes bei kleinen Geschwindigkeiten der zu regelnden Maschine oder bei großen Belastungen derselben größer als bei hohen Tourenzahlen bzw. kleinen Belastungen.

Die Feder 4 des Arbeitsrelais A sucht bei kleinen Tourenzahlen bzw. hohen Belastungen, da die aus der Gegenschaltung der Spannungsund der Zitterspule auf dem Arbeitsrelais erzeugte resultierende magnetische Zugkraft nur klein sein darf, die Kontakte 2, 3 langer zusammenzubringen als dann, wenn die eben der Zitterspule entgegengeschaltete Spannungsspule 10 des Arbeitsrelais stromlos ist und nur das Drehmoment der Zitterspule 8 allein zur Geltung kommt. Ist letzteres der Fall, so können gleichwohl die Kontakte nicht dauernd in Berührung gebracht werden, sondern die Zeit der Kontaktschließung kann höchstens gleich der der Kontaktöffnung werden, und gegebenenfalls durch die Einstellung der Feder 4 des Arbeitsrelais kann dieses Verhältnis noch geändert werden. Bei hohen Geschwindigkeiten bzw. kleinen Belastungen hat die nun der Zitterspule gleichsinnig wirkende Spannungsspule 9 die Neigung, die Kontakte 2,3 länger außer Berührung zu halten, als wenn dieselbe nicht erregt ist. Es wird auch hier wieder das oben genannte Verhältnis richtig beeinflußt. Durch die Änderung der Richtung des von der Spannungsspule auf dem Arbeitsrelais ausgeübten Drehmomentes wird also eine den Regelungsvorgang günstig beeinflussende Neuerung geschaffen.

Aber nicht nur die Richtung des von der Spannungsspule ausgeübten Drehmomentes soll sich mit der Belastung oder Tourenzahl der Maschine ändern, sondern auch die Größe desselben. Denn da das von der Zitterspule 8 am Arbeitsrelais ausgeübte Drehmoment infolge des Anschlusses der Zitterspule 8 an die Erregerspannung stark mit dem Betriebszustande der Maschine veränderlich ist, so würde, da doch das von der Spannungsspule herrührende Drehmoment zufolge der konstanten Erregung der Spulen 9 und 10 von der Stromquelle 18 konstant bleibt, sich jeweils aber zu dem veränderlichen Drehmoment der Spule 8 addiert oder von ihr subtrahiert, die resultierende Zugkraft des Arbeitsrelais stark variieren, so daß die Gefahr bestände, daß der Anker des Arbeitsrelais bei hohen Erregerspannungen infolge der zu hohen Zugkräfte dauernd angezogen wird, oder aber bei kleinen Erregerspannungen überhaupt nicht mehr in Schwingungen versetzt wird. Ist das von der Spannungsspule 20 ausgeübte Drehmoment aber auch veränderlich — dies läßt sich z. B. durch entsprechende Änderung der Windungszahl der Spulen 9 und 10 oder auch mittels Vorschaltung von veränderlichen Widerstän- !05 den vor die Spulen in Abhängigkeit von der Strombelastung der Maschine oder Tourenzahl derselben erreichen —, so ist das bei Gegeneinanderschaltung von beiden gebildete resultierende Drehmoment für einen großen Regelungsbereich angenähert konstant. Diese Änderung der Wirkung der Spulen 9 und 10 muß natürlich im gleichen Verhältnis wie die Änderung der Wirkung der Spule 8, aber jeweilig im entgegengesetzten Sinne vor sich gehen. Die Einstellung des Arbeitsrelais braucht dann nur so vorgenommen zu werden, daß das resultierende Drehmoment aus der Zitterspule 8 und der dieser jeweils entgegenwirkenden Spannungsspule 9 oder 10 so groß iao ist, daß damit der Anker des Arbeitsrelais in Schwingungen versetzt werden kann. In dem

Regelungsbereich, für welchen die der Zitterspule gleichsinnig geschaltete Spannungsspule die Regelung des von der. ersteren geschaffenen Schwingungsverhältnisses besorgt, wird dann das resultierende Drehmoment erhöht. Die Schwingungen werden also auch aufrechterhalten, und die Gefahr, die in gleichem Falle bei Gegenschaltung der beiden Spulen droht, ist hier nicht vorhanden.

ίο Statt daß wie nach Fig. ι zur Speisung der beiden Spannungsspulen eine besondere Stromquelle zur Anwendung gelangt, können diese Spulen auch an die geregelte Maschinenspannung angeschlossen werden. An Stelle der beiden Spannungsspulen kann auch nur eine in zwei Hälften geteilte oder eine umschaltbare Wicklung Venvendung finden. Es kann auch, wie das bei dem Regler nach Fig. 2 geschehen ist, die Zitterspule gleichzeitig als Spannungsspule gebraucht werden, wobei, wenn das Spannungsspulendrehmoment negativ sein soll, durch die Kontakte 13, 14 ein Widerstand 23 parallel zur Zitterspule geschaltet wird und dadurch der Spannungsabfall in dem der Zitterspule vorgeschalteten Widerstand 24 größer und demnach die Zugkraft der Spule 8 kleiner wird. Wenn aber das von der Spannungsspule 20 her auf das Relais 5 ausgeübte Drehmoment positiv sein soll, so wird durch die Kontakte 12, 13 der Widerstand 24 verkleinert und dadurch die Zugkraft der Spule 8 erhöht. Das Spannungsrelais des Reglers nach Fig. 2 zeigt dann noch die Beeinflussung desselben durch eine z. B. vom Maschinenstrom oder einem Teilstrom desselben durchflossene Stromwicklung 21. Ferner ist auch eine auf die Bewe-. gungen des Kernes 19 eimvirkende Dämpfung 22 schematisch angegeben.

Zur Vermeidung oder Reduzierung der Funken an den Kontakten des Arbeits- wie des Spannungsrelais können diesen Kontakten in bekannter Weise Kondensatoren oder Widerstände parallel geschaltet sein. An Stelle des einen Arbeitsrelais können auch mehrere Verwendung finden, mit welchen der Erregerstrom der zu regelnden Maschine oder der Erregerstrom einer zu dieser gehörenden Erregermaschine gesteuert wird. Der vorstehend beschriebene Spannungsregler eignet sich zur Regelung der Spannung, des Stromes oder der Leistung von Wechsel- und Gleichstromgeneratoren.

Claims (2)

Patent-Ansprüche:

1. Selbsttätiger Spannungsregler für elektrische Maschinen, bei dem ein mit einem festen Kontakt zusammen arbeitender Schwingkontakt einen im Erregerkreis der zu regelnden Maschine wirksamen Erregerwiderstand periodisch aus- und einschaltet, und bei dem die den Schwingkontakt beeinflussende Zitterspule und von der Spannungsspule über einen Hilfsstromkreis beeinflußte Spulen auf dem die periodische Widerstandschaltung bewirkenden Arbeitsrelais magnetisch gekuppelt sind, dadurch gekennzeichnet, daß das von der Spannungsspule auf das Arbeitsrelais ausgeübte Drehmoment der Größe und Richtung nach mit dem Betriebszustande der zu regelnden Maschine veränderlich ist.

2. Selbsttätiger Spannungsregler nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtungsänderung des von der Spannungsspule auf das Arbeitsrelais ausgeübten Drehmomentes durch abwechselnde Einschaltung von zwei einander entgegenwirkenden Spulen bewirkt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.

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