DE588370C

DE588370C - Rapid regulator for electrical machines

Info

Publication number: DE588370C
Application number: DE1930588370D
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Friedrich Kassau
Original assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens Corp
Priority date: 1930-04-17
Filing date: 1930-04-17
Publication date: 1933-11-15

Description

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.Rapid regulator for electrical machines The invention relates to a High-speed regulator for electrical machines, which has a variable in a predetermined manner regulates, for example keeps it constant or in a certain connection with the load changes. The regulated variable can be, for example, the voltage or the power of a electrical generator, the speed of a motor and the like. She is from one Relay measured, which adjusts the controller, depending on its position, the excitation the machine changes.

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.Fast regulators have become known, which excite the regulated Change the machine by the gradual subdivided excitation resistance switch on or off very quickly. The fast action of this known regulator is based on a special design of the contact system, which performs a rolling motion and is very sensitive. The contact system must be stored very carefully; be Construction is therefore relatively complex.

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.According to the invention, for short-circuiting the resistance contact track Mercury is used in place of the mechanical system. There are already controllers known, at which contacts by a flat surface of mercury or by a column of mercury be short-circuited one after the other. It is also known the movement of the column of mercury of a controller by the armature of a relay influenced by the controlled variable to have an effect. However, these known regulators are not fast regulators, but rather relatively sluggish regulators.

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.The invention consists in the transmission of the armature movement to a mercury column short-circuiting the resistance contact path via a hydraulic one Translation takes place, which the armature stroke of the relay to a large adjustment path translated by the column of mercury.

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.The hydraulic transmission has particular advantages for a rapid regulator with regression, because it creates a particularly fast and inertia-free movement of the controller reached. As a result, small deflections of the relay result in large adjustment paths translated. A friction of rest is in contrast with this fluid regulator to mechanical contact devices absent, creating a high sensitivity is achieved. As a result, changes in the to be controlled size in a particularly short time and with small. Regulate adjustment forces, so that significant fluctuations cannot occur at all. The device has also compared to the well-known quick regulators the special one The advantage of being mechanically very simple because bearing and lever ratios are avoided are.

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.The counterforce for the relay is according to the invention by the excess weight formed by the mercury column making contact. This excess weight is the height or the difference in height of the mercury column proportionally. The drag changes thus in a linear relationship with the height. You can now go through different Inclination of the mercury column the ratio factor according to which the counterforce with related to the control path, change at will. One can also do that by following the Course of the inclination of the mercury column against the vertical a certain shape there or the cross-section of the mercury column along its length in a certain way forms any functional relationship between counterforce and control path achieve.

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.In particular, according to the invention, the course of the counterforce should through the corresponding course of the inclination of the mercury column and the course of the tensile force of the relay can be made equal, so that under the condition of the constancy of the regulated quantity (e.g. constant voltage) in every position equilibrium exists, so an astatic regulation is achieved.

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.Such a relay is expediently dependent on chosen from the path of linear tensile force, because then the ratios are very simple result. The mercury column can then namely in a straight line under the corresponding Angle of inclination run, and you can also use springs, whose tensile force is also different changes linearly, use it as a counterforce. A largely linear course the tensile force have the solenoid magnets, which are therefore to a special degree, as Relays are suitable.

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.According to the invention, the rapid regulator is also by a with a Resetting device associated fluid damping perfected that with the Relay armature, in particular with the core: a solenoid magnet, over a spring is connected and to what restoring forces by one of the mercury column displaced fluid are exercised. This facility achieves that the fast regulator is set to be particularly sensitive and slightly damped can, namely in such a way that overregulation is initially brought about. This overregulation is compensated by the feedback device.

In der Abbildung ist der Schnellregler nach der Erfindung beispielsweise dargestellt.In the figure, the rapid regulator according to the invention is for example shown.

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.io is the generator to be controlled, ri its excitation machine with the excitation winding 12. The excitation resistor is denoted by 13 and has a large number of taps which are connected to contact lamellas, which run along the tube 1q. are arranged and protrude into this tube, so that the contact between them can be established by the mercury, which is movable in the tube. The tube 1q. is inclined to the vertical and filled with mercury up to a certain height. Its vertical leg 15 extends to a resilient tube 16 whose cross-section is significantly larger than that of the tube 5. The wall 1 of 1 6 made of an elastic metal, preferably tombac. The vessel 16 and located above the mercury column part of the tube 1 5 are completely filled with a liquid. The tube 15 is firmly clamped at 17. The vessel 16 is connected to the core 18 of the electromagnet ig. The winding of the electromagnet is connected via a series resistor 2o to the secondary winding 21 of a transformer, the primary winding 22 of which is connected to the voltage of the generator io. The relay magnet ig thus measures the voltage of the generator. 23 is the device serving as damping and feedback. On the piston rod 2 [of the damping pump] there is a driver fork 25 for the spring 26, which allows it some play. The damping pump is coupled to the lever 27 connected to the solenoid armature 18 by the leaf spring 26. A pipe 28 is attached to the pipe 1q. connected and opens into the damping pump 23. It is completely filled with a liquid causing the return.

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.Under the influence of the weight on the left side of the mercury column Atmospheric pressure is this during the upward movement of the core 18 in the vertical Leg 15 raised. The opposing force acting on the core 18 of the electromagnet acts is equal to the preponderance of the mercury column in the thigh 15. The stronger if the tube 14 is inclined against the vertical, the less this counterforce changes with the stroke of the armature 18. The solenoid armature 18 is now also in the stroke area approximated from the lowest position in the coil to the middle position linear tensile force curve. The course of the counterforce is determined by a corresponding inclination the column of mercury made equal to that of tensile force.

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.The position shown is taken by the fast regulator system at a certain voltage and load on the generator. If, for example, the load now increases, the terminal voltage first decreases, and thus the tensile force of the solenoid i9 decreases, and the armature 18 falls. As a result, the column of mercury rises in the tube 1q. and switches off resistance from the excitation circuit. The increasing excitation brings the terminal voltage of the generator to the original value. The tensile force then has a changed value corresponding to the lower position of the armature, but is again in equilibrium with the counterforce of the mercury column. So the scheme is one. astatic. Static regulation can easily be achieved by giving the counterforce a different course than the tensile force. An additional counterforce can easily be created by letting a spring 31 act on the lever 27. In order to relieve the mercury column of the current, a conductive strip 29 can be attached along the tube opposite the resistance contacts, which is connected at 30 to the lead to the excitation winding 12. The excitation current no longer takes its way through the entire length of the mercury column, but rather it goes through the conductive strip 29 to the upper end of the column and from there across the column to the opposite connection contact and the resistor.

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.The damping and feedback acts in the following way: The damping The circulation of the liquid in the device 23 takes place through the two channels 32, 33 and the vessel 3q communicating with the pump cylinder. The resistance this flow path can be regulated by the throttle screw 35 and thus the Attenuation can be made larger or smaller. For repatriation, on the other hand, the Liquid column 28 in action.

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.By the leaf spring 26, which with play on the Gabe125 with the piston the device 23 is connected, it is effected that with small voltage fluctuations there is no significant attenuation; on the other hand, the damping for larger Movements of the core 18 are greater. The controller is now set so sensitively that that overregulation is brought about in the event of voltage changes, d. H. the core makes a big rash. This is done by the mercury column through the pipe 28 is pressed into the damping pump or sucked out of it and thereby via the piston of the device 23, the rod 24, leaf spring 26 and lever 27 causes the return of the armature 18.

Claims

PATENT CLAIMS: -i. Fast regulators for electrical machines, at the short-circuiting of the resistance contact path of a variable resistor by a Mercury is brought about by the anchor of one of the regulated size influenced relay is moved, characterized in that the transmission of the Anchor movement on the mercury column takes place via a hydraulic transmission, which translates the armature stroke to a large adjustment path of the mercury column.

2. Rapid regulator according to claim i, characterized in that the counterforce of the Relay formed by the weight of the mercury column and by the course of the Inclination or the cross section of the mercury column the tensile force curve of the relay is adapted so that an astatic control results.

3. Quick regulator after Claim i, characterized by the use of a solenoid magnet as a relay. q .. fast regulator according to claim i, characterized in that the core of the relay, in particular the solenoid magnet, via a spring with a simultaneous return acting fluid damping is connected to which by one of the mercury column displaced fluid return forces are exerted.