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Anordnung zur elektrischen Schnellregelung von Betriebsgrößen Zum
Konstanthalten von Betriebsgrößen, insbesondere der Spannung von elektrischen Maschinen;
sind. bereits. verschiedene Reglerausführungen vorgeschlagen worden, die jedoch
das Regelproblem nicht in vollkommener Weise lösen. Die nach dein Tirrillprinzip
arbeitenden Regler benötigen eine besondere Erregermaschine und sind im Aufbau sehr
verwickelt, so daß sie auch wegen des auftretenden Kontaktverschleißes einer sorgfältigen
fachmännischen Wartung bedürfen. Wegen der geringen Schaltleistung ist diese Reglergattung
für Hauptstromregelung ungeeignet; dasselbe gilt auch für alle direkt wirkenden
Regler, bei denen außerdem keine hohe Regelgenauigkeit erzielt wird. Ein «-ichtiger
Bestandteil der Regler sind die sogenannten Rückführungen, die ein pendelfreies
Arbeiten auch bei höheren Regelgeschwindigkeiten ermöglichen. Die meisten dieser
Rückführungen bestehen aus einer Öl- oder Glycerinbremse in Verbindung mit
einem elastischen Glied und wirken rein mechanisch in Abhängigkeit von der Bewegung
des Relaisankers oder anderer Regelorgane. Es sind zwar bereits Ausführungen bekannt,
bei denen durch Zu- oder Abschalten von Widerstand im Erregerkreis des Steuerrelais
dessen Sollwert zum Zwecke der Rückführung vorübergehend gefälscht wird. Die Arbeitsweise
dieser Rückführungen ist aber ebenfalls an Bewegungsvorgänge mechanischer Regelorgane
oder Zwischenglieder gebunden.
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Anordnung zur elektrischen
Schnellregelung von Betriebsgrößen mit Hilfe eines von der zu regelnden Betriebsgröße
abhängigen Steuerrelais mit Minimal- und Maximalkontakt, bei der erfindungsgemäß
ein zweites, von dein Steuerrelais elektrisch und mechanisch unabhängiges Relais,
das ebenfalls an die zu regelnde Betriebsgröße angeschlossen ist, und mit Hilfe
einer von ihm gesteuerten Regeleinrichtung die an dem Steuerrelais wirkende Betriebsgröße
unverzögert fälscht, mit der Maßgabe, daß eine Dämpfung die Rückstellung der Regeleinrichtung
in ihre Mittellage verzögert.
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Die Anordnung zeichnet sich den bekannten Ausführungen gegenüber dadurch
aus, daß die Rückführung der Regelorgane direkt dem Istwert der Betriebsgröße folgend
sich viel genauer und schneller dem Hauptreäelvorgang anpaßt. Der einfache Aufbau
der wenigen verwendeten Mittel gewährleistet außerdem größte Betriebssicherheit.
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Zur Veranschaulichung des Erfindungsgedankens sei eine Ausführungsform
beschrieben, die zur Konstanthaltung der Spannung elektrischer Maschinen dient.
' Pils Steuerrelais wird ein Minimal- und Maximalrelais bekannter Bauart verwendet,
das in
Verbindung mit einem Regelapparat gebracht ist, bei dein
beispielsweise mittels eines umsteuerbaren Antriebsmotors ein Regelorgan den Widerstand
des Erregerstromkreises v@rstellt. Um die angestrebte Wirkung zu erreichen, wird
ein Zusammenhang mit dein Steuerrelais ein Hilfsrelais benutzt, «-elches in geeigneter
«'eise die Spannung der Spule des Steuerrelais relativ erhöht oder erniedrigt, mithin
also auch die Gleichgewichtslage dieses Relaisankers entsprechend verändert.
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In Abb. i ist a (las Steuerrelais, also ein Minimal- und --%la@inialrelais,
dessen Spannungsspule in Reihe geschaltet mit einem besonders ausgebildeten Vorschaltwiderstand
l) all der zu regelnden Ketzspannung liegt. Das ebenfalls von der Netzspannung erregte
Hilfsrelais c besitzt einen drehbar gelagerten Anker, der durch eine einstellbare,
dein Drehinornent desselben entgegenwirkende Spiralfeder in einer Lage gehalten
wird, die bei Abweichung der Netzspannung eine Drehung des Ankers nach rechts oder
links gestattet. Der mit delle Anker fest verbundene Hebel d fuhrt eine mit leichtem
Federdruck gegen den Vorschaltwiderstand b wirkende Kontaktrolle. Die Bewegung des
Hebels d wird durch eine beiderseitig wirkende Dämpfung e derart beeinflußt, daß
der Hebel, der abweichenden -Netzspannung folgend, ungehindert seinen weitesten
Ausschlag nach rechts oder links erreichen kann, während seine Bewegung in Richtung
nach der Mittellage durch die Dämpfung beliebig verzögert erfolgt. Bei der gewünschten
Sollspannung entspricht die Stellung der beiden Relaisanker der in Abb. i dargestellten
Lage. Um die Empfindlichkeit des Steuerrelais nicht zu beeinträchtigen, sei noch
bemerkt, daß .der Widerstand b zu beiden Seiten der Mittellage des Hebels d eine
kleine neutrale Zone aufweisen muß, innerhalb der keine Spannungsänderung des Steuerrelais
auftritt. Die Einrichtungen des Hilfsrelais, die zur Beeinflussung der Spannung
des Steuerrelais dienen, können auch andersgeart.et sein als -die beschriebene Ausführungsforin.
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In Wechselstromkreisen z. B. kann das Hilfsrelais einen kleinen Verschiebetransformator
betätigen, der in Verbindung mit einer geeigneten Dänipfungseinrichtung die gewünschte
Wirkung auf das Steuerrelais ausübt.
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Zur Erläuterung der Wirkungsweise d, r dargestellten Regelanordilung
ist ein durch Spannungsabfall verursachter Regelvorgang beschrieben.
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Der Verlauf der Spannungskurven während des Regelvorganges ist in
Abb. -a graphisch dargestellt, Zoobei in Richtung der Abszisse das `Leitmaß und
auf der Ordinate die Spannungswerte aufgetragen sind. Es bedeuten: Linie _3 und
7> die Enipfilidliclil;cit de: Steuerrelais, die Mittellinie zwischen diesen beiden
die Sollspannung, c den gemessenen Spannungsabfall, Kurve I den Verlauf der Netzspalinung
und Kurve 1I den verä nderbaren Verlauf der relativen Spannung des Steuerrelais.
Die Schnittpunkte der Kurve 1I init den gezeichneten Abszissel stellen folgendes
dar: In Punkt a- wird der Mininialstronikreis geöffnet, der bis dahin nach Einleitung
des Regelvorganges geschlossen «-ar. in b erreicht der Steuerrelaisanker :eine Gleichgewichtslage
und schließt in c den Malinlalstromkreis, während derselll: in d geöffnet wird.
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In der Abb.3 ist das von dein Steuerrelais, z. B. durch einen in der
eiilen oder anderen Drehrichtung einschaltbaren @'erstellmotor betätigte Regelorgan
lt dargestellt. Die gezeichnete Stellung i hat der Hebel Ir i111 Augeilbliclc
der Spannungssenkung, die Stellung 2 im neuen Erregerzustand, der nach Ablauf der
Spannungssenkung vorhanden ist, und die Stellung 3 zur Zeit der L berregelung während
des Regelvorganges.
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Der Regelvorgang spielt sich null wie folgt ab: Er wird eingeleitet
durch die Spannungssenkung, indem durch Schließen des Minimalkontaktes der Regelapparat
den Widerstand des Erregerstromkreises sinngemäß verstellt. Das Regelorgan lt (Abb.
3) bewegt sich also in diesem Augenblick mit großer Geschwindigkeit von Punkt
i in Richtung nach Punkt 3. Gleichzeitig gleitet die Kontaktrolle des Hebels d (Abb.
i), ungehindert der Spannungssenkung folgend, auf dein Widerstand h nach rechts,
wobei die Weite des Ausschlages verhältnismäßig der Größe der Spannungssenl,zung
entspricht. Durch Veränderung des Widerstandes b wird nun der Spule des Steuerrelais
a ein höherer Spannungswert vorgetäuscht, als tatsächlich vorhanden ist. Der Widerstand
b muß folgerichtig so bemessen sein, daß dieser vorgetäuschte Spannungswert bis
zum Erreichen der Stellung des Hebels lt. unterhalb der Linie A liege,
damit die Kontaktgabe des Steuerrelais n bi: dahin aufrechterhalten bleibt. -Nachdem
die Netzspannung auf ihrem tiefsten Wert angelangt ist, hat auch der Hebel
(I seinen «-eitesten Ausschlag erreicht. Voll hier all beginnt beim Wiederansteigen
dei X - etzspa@inung seine entgegengesetzte Bewegung, die jetzt aber nicht
mehr ungedämpft der :\etzspannung folgt, sondern durch die fung c verzögert der
Mittellage ztistrel-)t. Dadurch wird bewirkt, daß die Unterbrechung der Bewegung
des Hebels h in Punkt 3, die ein Schnittpunkt a der Kurve IL (Abb. =: ) mit der
Linie .-i erfolgt, noch weit
vor Erreichung der Sollspannung eintritt.
Im weiteren Verlauf der Kurve II geht der Anker des Steuerrelais im Punkt b durch
seine Gleichgewichtslage und schließt in Punkt c den Maximalkontakt, so daß die
Bewegung des Hebels lt in entgegengesetzter Richtung eingeleitet wird. Schließlich
erfolgt die Unterbrechung,des Maximalströmkreises im Punkt d in dem Augenblick,
in welchem sich der Hebel lt in der Stellung 2 befindet. Die Anker der beiden Relais
haben sich währenddessen ihrer normalen Lage genähert, und damit ist der Regelvorgang
beendet.
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Die Arbeitsweisedieses Relaissystems zeigt, daß der Forderung der
Reglertheorie, nämlich durch starkes Unter- oder Überregulieren schnellstens die
magnetische Trägheit elektrischer Stromerzeuger zu überwinden, voll entsprochen
wird. Durch geeignete Bemessung des Widerstandes b und durch entsprechende Einstellung
der Dämpfung e kann man den Verlauf der Kurve II in bestimmten Grenzen beherrschen.
Es wird somit die Bewegung des Hebels la über den neuen Erregerzustand hinaus in
gewünschtem Abstand vor Erreichung der Sollspannung unterbrochen, ebenso die Zeitdauer
seiner Rückführungsbewegung willkürlich bestimmt. Außerdem können die beiden durch
Unter- oder Überschreiten der Sollspannung entstehenden Reguliervorgänge völlig
verschieden und unabhängig voneinander gestaltet werden. Dies ist gerade bei, der
Spannungsregelung von großer Bedeutung, da hier bekanntlich die Ausgleichsvorgänge
verschiedenen elektrischen Bedingungen unterliegen. Ausgestattet mit diesen Eigenschaften
läßt sich dieArbeitsweise des Apparates genauestens den elektrischen Eigenschaften
von. Stromerzeugern sowie den jeweiligen Betriebsverhältnissen anpassen. In Verbindung
des Relaissystems mit entsprechenden Regelapparaten bekannter Bauart können große
Verstellkräfte ausgelöst werden, mit denen alle vorkommenden Schaltleistungen beherrscht
werden. Die Anwendbarkeit des Erfindungsgedankens zur Konstanthaltung irgendwelcher
Betriebsgrößen, wie Strom, Leistung, Drehzahl, Temperatur usw., ist ohne weiteres
gegeben. Die Wahl geeigneter Mittel zur Beeinflussung der zur Konfaktgebung auf
das Steuerrelais wirkenden Betriebsgröße durch das zweite, ebenfalls von dieser
Betriebsgröße abhängige Hilfsrelais ist ohne Schwierigkeit möglich.