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Schnellregler für elektrische Maschinen Die Erfindung betrifft einen
Schnellregler für elektrische Maschinen, der eine Größe in vorausbestimmter Weise
regelt, beispielsweise konstant hält oder in bestimmtem Zusammenhang mit der Belastung
ändert. Die geregelte Größe kann beispielsweise die Spannung oder die Leistung eines
elektrischen Generators, die Drehzahl eines Motors u. dgl. sein. Sie wird von einem
Relais gemessen, welches den Regler verstellt, der je nach seiner Stellung die Erregung
der Maschine ändert.
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Es sind Schnellregler bekanntgeworden, welche die Erregung der geregelten
Maschine dadurch ändern, daß sie den stufenweise unterteilten Erregerwiderstand
sehr schnell zu- oder abschalten. Die schnelle Wirkung dieser bekannten Regler beruht
auf einer besonderen Ausbildung des Kontaktsystems, welches eine Wälzbewegung ausführt
und sehr empfindlich ist. Das Kontaktsystem muß sehr sorgfältig gelagert sein; sein
Aufbau ist daher verhältnismäßig verwickelt.
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Nach der Erfindung wird für das Kurzschließen der Widerstandskontaktbahn
an Stelle des mechanischen Systems Quecksilber benutzt. Es sind schon Regler bekannt,,
bei welchen Kontakte durch eine ebene Quecksilberfläche oder durch eine Quecksilbersäule
nacheinander kurzgeschlossen werden. Es ist auch bekannt, die Bewegung der Quecksilbersäule
eines Reglers durch den Anker eines von der geregelten Größe beeinflußtes Relais
bewirken zu lassen. Diese bekannten Regler sind jedoch keine Schnellregler, sondern
verhältnismäßig träg wirkende Regler.
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Die Erfindung besteht darin, daß die Übertragung der Ankerbewegung
auf eine die Widerstandskontaktbahn kurzschließende Quecksilbersäule über eine hydraulische
Übersetzung erfolgt, welche den Ankerhub des Relais auf einen großen Verstellweg
der Quecksilbersäule übersetzt.
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Die `hydraulische Übersetzung hat besondere Vorzüge für einen Schnellregler
mit Rückführung, denn durch sie wird eine besonders schnelle und trägheitslose Bewegung
des Reglers erreicht. Kleine Ausschläge des Relais werden hierdurch auf.große Verstellwege
übersetzt. Eine Reibung der Ruhe ist bei diesem Flüssigkeitsregler im Gegensatz
zu mechanischen Kontakteinrichtungen nicht vorhanden, wodurch eine hohe Empfindlichkeit
erreicht wird. Es gelingt infolgedessen, mit diesem Schnellregler Änderungen der
zu regelnden Größe in besonders kurzer Zeit und mit kleinen. Verstellkräften auszuregulieren,
so daß nennenswerte Schwankungen überhaupt nicht auftreten können. Das Gerät hat
außerdem gegenüber den bekannten Schnellreglern
den besonderen
Vorzug, mechanisch sehr einfach zu sein, weil Lager- und Hebelübersetzungen vermieden
sind.
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Die Gegenkraft für das Relais wird nach der Erfindung durch das Übergewicht
der kontaktschließenden Quecksilbersäule gebildet. Dieses Übergewicht ist der Höhe
bzw. der Höhendifferenz der Quecksilbersäule verhältnisgleich. Die Gegenkraft ändert
sich somit im linearen Verhältnis mit der Höhe. Man kann nun durch verschiedene
Neigung der Quecksilbersäule den Verhältnisfaktor, nach welchem die Gegenkraft mit
dem Regelweg zusammenhängt, beliebig ändern. Man kann auch dadurch, daß man dem
Verlauf der Neigung der Quecksilbersäule gegen die Vertikale eine bestimmte Form
gibt oder den Querschnitt der Quecksilbersäule ihrer Länge nach in bestimmter Weise
ausbildet, einen beliebigen funktionellen Zusammenhang zwischen Gegenkraft und Regelweg
erzielen.
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Insbesondere soll nach der Erfindung der Verlauf der Gegenkraft durch
den entsprechenden Verlauf der Neigung der Quecksilbersäule dem Zugkraftverlauf
des Relais gleichgemacht werden, so daß unter der Voraussetzung der Konstanz der
geregelten Größe (beispielsweise konstanter Spannung) in jeder Stellung Gleichgewicht
besteht, also eine astatische Regelung erzielt ist.
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Als Relais wird zweckmäßigerweise ein solches mit in Abhängigkeit
vom Weg linear verlaufender Zugkraft gewählt, weil sich dann sehr einfache Verhältnisse
ergeben. Die Quecksilbersäule kann dann nämlich geradlinig unter dem entsprechenden
Neigungswinkel verlaufen, und man kann auch Federn, deren Zugkraft sich ebenfalls
linear ändert, als Gegenkraft verwenden. Einen in weitem Bereich linearen Verlauf
der Zugkraft weisen die Solenoidmagnete auf, die sich daher in besonderem Maße,als
Relais eignen.
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Erfindunggemäß wird ferner der Schnellregler durch eine mit einer
Rückstellvorrichtung verbundene Flüssigkeitsdämpfung vervollkommnet, die mit dem
Relaisanker, insbesondere mit dem Kern: eines Solenoidmagneten, über eine Feder
verbunden ist und auf welche Rückstellkräfte durch eine von der Quecksilbersäule
verschobene Flüssigkeit ausgeübt werden. Durch diese Einrichtung wird erreicht,
daß der Schnellregler besonders empfindlich und schwach gedämpft eingestellt werden
kann, nämlich so, daß zunächst eine Überregelung herbeigeführt wird. Diese Überregelung
wird durch die Rückführvorrichtung ausgeglichen.
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In der Abbildung ist der Schnellregler nach der Erfindung beispielsweise
dargestellt.
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i o ist der zu regelnde Generator, r i seine Erregermaschine mit der
Erregerwicklung 12. Der Erregerwiderstand ist mit 13 bezeichnet und besitzt
eine große Anzahl Anzapfungen, die an Kontaktlamellen angeschlossen sind, welche
längs der Röhre 1q. angeordnet sind und in diese Röhre hineinragen, so daß durch
das in der Röhre bewe-liche Quecksilber der Kontakt zwischen ihnen hergestellt werden
kann. Die Röhre 1q. ist gegen die Vertikale geneigt und bis zü einer gewissen Höhe
mit Quecksilber gefüllt. Ihr vertikaler Schenkel 15 erweitert sich zu einem
elastischen Gefäß 16, dessen Querschnitt bedeutend größer ist als der der Röhre
15. Die Wandung von 16
besteht aus einem elastischen Metall, vorzugsweise
Tombak. Das Gefäß 16 und der über der Quecksilbersäule befindliche Teil des Rohres
15 sind vollkommen mit einer Flüssigkeit gefüllt. Die Röhre 15 ist bei 17
fest eingespannt. Das Gefäß 16 ist mit dem Kern 18 des Elektromagneten ig verbunden.
Die Wicklung des Elektromagneten ist über einen Vorschaltwiderstand 2o an die Sekundärwicklung
21 eines Transformators angeschlossen, dessen Primärwicklung 22 an der Spannung
des Generators io liegt. Der Relaismagnet ig mißt also die Spannung des Generators.
23 ist die als Dämpfung und Rückführung dienende Vorrichtung. An der Kolbenstange
2¢ der Dämpfungspumpe ist eine Mitnehmergabel 25 für die Feder 26, die dieser etwas
Spiel gestattet, angebracht. Durch die Blattfeder 26 wird die Dämpfungspumpe mit
dem mit dem Solenoidanker 18 verbundenen Hebel 27 gekuppelt. Ein Rohr 28 ist an
das Rohr 1q. angeschlossen und mündet in die Dämpfungspumpe 23. Es ist vollkommen
mit einer die Rückführung bewirkenden Flüssigkeit gefüllt.
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Unter der Wirkung des auf der linken Seite der OOuecksilbersäule lastenden
Atmosphärendrucks wird diese bei der Aufwärtsbewegung des Kernes 18 im vertikalen
Schenkel 15 gehoben. Die Gegenkraft, welche auf den Kern 18 des Elektromagneten
wirkt, ist gleich dem Übergewicht der Quecksilbersäule im Schenkel 15. Je stärker
man das Rohr 14 gegen die Vertikale neigt, desto weniger ändert sich diese Gegenkraft
mit dem Hub des Ankers 18. Der Solenoidanker 18 besitzt nun ebenfalls in dem Hubbereich
von der tiefsten Stellung in der Spule bis in die Mittelstellung einen angenähert
linearen Zugkraftverlauf. Der Verlauf der Gegenkraft wird durch entsprechende Neigung
der Quecksilbersäule gleich demjenigen der Zugkraft gemacht.
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Die gezeichnete Stellung nimmt das Schnellreglersystem bei einer bestimmten
Spannung und Belastung des Generators ein. Vergrößert sich nun beispielsweise die
Belastung, so sinkt zunächst die Klemmenspannung,
und damit verkleinert
sich die Zugkraft des Solenoids i9, und der Anker 18 fällt. Infolgedessen steigt
die Quecksilbersäule im Rohr 1q. und schaltet Widerstand aus dem Erregerkreis ab.
Die steigende Erregung bringt die Klemmenspannung des Generators auf den ursprünglichen
Wert. Die Zugkraft hat-' dann einen der tieferen Stellung des Ankers entsprechenden
geänderten Wert, steht aber wieder mit der Gegenkraft der Quecksilbersäule im Gleichgewicht.
Die Regelung ist also eine. astatische. Eine statische Regelung kann ohne weiteres
dadurch erzielt werden, daß der Gegenkraft ein anderer Verlauf ge-, geben wird als
der Zugkraft. Man kann auch eine zusätzliche Gegenkraft ohne weiteres dadurch schaffen,
daß man am Hebel 27 eine Feder 31 angreifen läßt. 'Um die Quecksilbersäule vom Strom
zu entlasten, kann längs der Röhre gegenüber den Widerstandskontakten ein leitender
Streifen 29 angebracht sein, der bei 30 mit der Zuleitung zur Erregerwicklung
12, verbunden ist. Der Erregerstrom nimmt nunmehr seinen Weg nicht mehr durch die
ganze Länge der Quecksilbersäule, sondern er geht durch den leitenden Streifen 29
bis an das obere Ende der Säule und von dort quer durch die Säule zum gegenüberliegenden
Anschlußkontakt und zum Widerstand.
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Die Dämpfung und Rückführung wirkt in folgender Weise: Der die Dämpfung
bewirkende Flüssigkeitsumlauf in der Vorrichtung 23 erfolgt durch die beiden Kanäle
32, 33 und das mit dem Pumpenzylinder kommunizierende Gefäß 3q.. Der Widerstand
dieses Strömungsweges kann durch die Drosselschraube 35 reguliert und damit die
Dämpfung größer oder kleiner gemacht werden. Für die Rückführung tritt dagegen die
Flüssigkeitssäule 28 in Wirksz.rnkeit.
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Durch die Blattfeder 26, die mit Spiel über die Gabe125 mit dem Kolben
der Vorrichtung 23 verbunden ist, wird bewirkt, daß bei kleinen Spannungsschwankungen
keine nennenswerte Dämpfung vorhanden ist; dagegen wird die Dämpfung bei größeren
Bewegungen des Kerns 18 größer. Der Regler wird nun so empfindlich eingestellt,
daß bei Spannungsänderungen eine Überregelung herbeigeführt wird, d. h. der Kern
einen großen Ausschlag macht. Hierbei wird von der Quecksilbersäule durch das Rohr
28 in die Dämpfungspumpe Flüssigkeit hineingedrückt oder aus ihr herausgesaugt und
dadurch über den Kolben der Vorrichtung 23, die Stange 24., Blattfeder 26 und Hebel
27 die Rückführung des Ankers 18 bewirkt.