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Selbsttätiger elektrischer Regler von Wasserkraftanlagen.
Sobald die Arbeitsabnahme der von einer Turbine oder einem sonstigen Wassermotor angetriebenen Maschine eine schwankende geworden ist, wird eine Geschwindigkeitsregulierung notwendig, damit durch Öffnen oder Schliessen des Leitapparates der Turbine oder einer sonstigen Absperrschütze und der damit einhergehenden Regelung des Wasserzuflusses nach jeder Belastungsschwankung wieder die normale Umdrehungszahl des Wassermotors und der von demselben angetriebenen Maschinen erreicht und stationär erhalten wird. Die mit der Handregulierung erzielbare Reguliergenauigkeit ist nun ganz von der Sorgfalt der Bedienungsmannschaft abhängig, und können bei nachlässiger Bedienung leicht Durchgangskatastrophen oder Festbremsungen der Turbine herbeigeführt werden.
Aber auch die derzeit allgemein gebräuchlichen von einem Zentrifugalpendel mittels Steuerventile selbsttätig gesteuerten Geschwindigkeitsregler (Servomotor) bieten nicht immer jene unbedingt weitgehende Sicherheit gegen das Durchgehen von Turbinen, da den Öl-oder Wasserdruckreglem infolge ihrer komplizierten Bauart immerhin eine gewisse Betriebsunsicherheit anhaftet, und der Regler die Turbine oder eine sonstige Absperrvorrichtung oft nicht schliesst, sobald eine Entlastung erfolgt.
Dies ist besonders der Fall, wenn die Druckflüssigkeit für den Servomotor aus der Druckrohrleitung entnommen wird, wobei das Druckwasser trotz Filtrierung den empfindlichen Bestandteilen der Servomotorsteuerung gefährlich werden und dieselben unbrauchbar machen kann.
Auch ist der Ungleichförmigkeitsgrad ein sehr grosser und vollzieht sich ein solcher Entlastungsoder Belastungsvorgang bis zur Erreichung des stationären Zustandes durch eine in einer oder mehreren Schwingungen verlaufenden vorübergehenden Geschwindigkeitssteigerung im Falle einer Entlastung bzw. bei Belastung in einer analog verlaufenden Geschwindigkeitserniedrigung, bis im ersten Falle die dem Leerlaufe entsprechende und im letzteren Falle die der Vollast entsprechende Drehzahl erreicht wird.
Die den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildende elektrische Turbinenreguliervorrichtung besitzt nun alle diese mit den bewegten mechanischen Teilen der vorerwähnten Reguliervorrichtungen verbundenen Nachteile nicht und ermöglicht ohne Schwankungen der Drehzahl eine sofortige Einwirkung auf die Absperrorgane.
Die dem Erfindungsgedanken zugrunde liegende Einrichtung ist in den Fig. 1-6 veranschaulicht, wobei Fig. 1 das für die Ausführung erforderliche Schaltungsschema, die Fig. 2-6 hingegen einige mechanische Details der Konstruktion zum Ausdrucke bringen.
Nach der Erfindung wird von einem Wassermotor eine Gleichstrom-Nebenschlussmaschine angetrieben, von welcher vermittels eines schwingenden Unterbrechers der Hauptstrom über geeignete Widerstände zu einem die Absperrvorrichtung der Wasserkraftanlage betätigenden Elektromotor geleitet wird, während die jeweils erforderliche Umkehrrichtung des vom Hauptstrom stets gleichsinnig durchflossenen Motorankers dadurch herbeigeführt wird, dass die vom Motor losgelöste Feldmagnetwicklung desselben durch den schwingenden Unterbrecher abwechselnd an die eine oder die andere Bürste der Dynamo angelegt wird, so dass die hiebei abwechselnd im entgegengesetzten Sinne durchflossene Feld" magnetwicklung des Motors denselben zu einer Umkehrung seiner Drehrichtung veranlasst.
In Fig. 1 stellt beispielsweise D eine von einem Wassermotor mittelbar oder unmittelbar angetriebene Gleiehstrom-Nebenschlussmaschine dar. An die von der positiven Ankerbürste abzweigende Feldwicklung F angeschlossen, führt ein Leitungsdraht 1 über Klemme zu einer Magnetspule m mit einem im Spulengehäuse feststehend angeordneten Magneten e.
Die weitere Rückleitung des in 1 fliessenden Feldstromes findet über die Klemmen F2 und sowie über die Leitung 2 zur negativen Bürste B2 der Dynamo statt, so dass durch diese Anordnung die Spule m an die Dynamospannung gelegt erscheint.
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takten k1-k6 und Gegenkontakten k7-le1zsind in der Fig. 1 im Interesse einer übersichtlicher Anordnung und Darstellung der ganzen Einrichtung aus der vertikalen Lage in die horizontale Lage gedreht dargestellt.
Der winkelförmige Zwischenraum zwischen dem feststehenden Magneten e und dem beweglichen Anker a bedingt je nach der Spannungsänderung an der Dynamomaschine eine verschieden starke Anziehung des Ankers a infolge des im Eisenkerne e bei Spannungsschwankungen variierenden magnetischen Feldes.
Tritt beispielsweise infolge grösserer Belastung der Turbine eine Verminderung der Tourenzahl derselben ein, so sinkt auch die Spannung der von ihr angetriebenen Dynamomaschine D und mit derselben auch die Anzahl der durch den feststehenden Eisenkörper e hindurchtretenden Kraftlinien. Der Anker a wird zufolge dieses Umstandes und unterstützt durch das auf dem Hebel h angeordnete Gegen-
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isolierendem Material hergestellten Hebel dl und dz sowie die Nebenarme g1 und g2 sind mit dem Anker- utrome über dem Schalter s mittels an denselben angeordneter Zuleitungen in Verbindung.
Der von der Bürste jBi abgehende Ankerstrom der Dynamo wird über die Leitung 3 und Klemme A2 sowie über die flexible Zuführung 4 und die auf dem isolierenden Hebel d2 angeordnete Leitung 5 und die in gleicher Weise angebrachte Leitung 7 beim Abfallen des Ankers a, d. h. bei eintretender Belastung der Turbine infolge Verdrehung des ganzen Hebelsystems nach links über die Kontakte kl, k2 und 7 ; 3 und die Gegenkontakte k, As und in die Leitungen 9, 10 und 11 übergeleitet.
Der über die Kontakte k3 und k2 sowie über die Leitung 10 abgehende Strom durchläuft kleine parallel geschaltete Lampenwiderstände L1
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dieser den Motoranker M durchfliessende Strom über die Bürste B4 und Leitung 13 sowie Anschlussklemme A3 und Al über Leitung 2 zur negativen Bürste der Dynamo zurückkehrt.
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korrespondierenden Kontakten 7io'1u und 12 auBer Berührung stehen, so ist nach dieser Richtung über die Hebelleitungen 6, 8 und 20 jedwede Stromzuführung unterbrochen. Wohl führen aber die über die Kontakte und zu den Leitungen 9 und 11 abgehenden Ströme zu den Punkten 11 und 1"an welche über die Klemmen F3 und F4 bzw. über Leitung 14 und 15 das magnetische Feld des Motors angeschlossen ist.
Auch der die Magnetwicklung F2 des Motors durchfliessende Strom ist im Falle einer linksseitigen Kontaktgebung des Stromwenders nach links gerichtet. Denn dieser vom Punkte l1 über Leitung 14 durch die Feldwicklung Fg fliessende Strom wird über Leitung 15, Klemme F3 und Punkt l2 sowie Rückleitung 11 und 19 über Leitung 18 zur Klemme A1 und von hier aus über Leitung : 2 zur negativen Bürste B2 der Dynamo zurückgeführt. Es erscheint somit das vom Ankerstromkreise des Motors vollkommen abgetrennte Feld Fg des Motors über den dreiarmigen Stromwender an die Bürsten der Dynamo, somit an die Spannung derselben unmittelbar angeschlossen.
Der Stromkreis 16, 17 nebst Regulierwiderstand RW ist bei der linksseitigen Kontaktstellung unterbrochen. Bei dieser linksseitigen Kontaktstellung des Stromwenders wird nun vom Motor M mittels Einrichtungen bekannter Art, sei es durch Schnecken-oder Riemenantrieb oder durch Hebelgestänge das Stellzeug des Leitapparates einer Turbine oder wie z. B. bei einer Banki-Turbine oder einem Wasserrade die Einlassklappe (Schütze) verdreht und geöffnet, so dass der Wassermotor eine höhere Drehzahl erhält und sieh somit auch die Tourenzahl der Dynamo wieder auf das normale Mass einstellt.
Wird nun der Wassermotor durch äussere Vorgänge entlastet, so nimmt dessen Tourenzahl und in weiterer Folge auch jene der Dynamo D zu, das Feld FI derselben und ihre Spannung wird verstärkt, und der Anker a wird vom festen Eisenkern e angezogen, so dass die rechtsseitigen Kontakte dz ; 5
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etwas kleineren Ausgleichswiderstände L3 und L4 (z. B. Glühlampen), ferner über Leitung 12 zum Motor SI und über Leitung 13 und 2 zur negativen Bürste der Dynamo zurÜck.
Der Motoranker ist dem vorliegenden Schema entsprechend auch in diesem Falle von einem nach links geriehtetenAnkerstrome durchflossen. Das an die Punkte l1 und l2 angeschlossene Feld F2 des Motors wird bei der rechtsseitigen Kontaktgebung des Stromwandlers hingegen über Leitung 15 und rückkehrend über Leitung 14 von einem nach rechts gerichteten Strome durchflossen, und erscheint im Gegensatze zu früher das Feld nunmehr umgekehrt bzw. die Feldwicklung F2 dem Ankerstrome entgegengesetzt durchflossen, so dass der Motor zum Stillstande gelangt und unmittelbar darauf die entgegengesetzte Drehrichtung annimmt.
Bei diesem Entlastungsvorgange werden daher der Leitapparat bzw. die sonstigen Absperrt schieber oder Schützen des Wassermotors im entgegengesetzten Sinne betätigt und teilweise oder ganz geschlossen.
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ringeren Kraftaufwand verbunden ist. so wird noch an die Leitung 16 vor den reehtsseitigen Lampenregulierwiderständen L3 und L4 ein weiterer Ausgleichswiderstand R W nebst einer zur negativen Bürste der Dynamo zurückführenden Leitung 17 parallel angelegt, um während der kurzen Zeit der Dreh-
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lassen.
Die Kontakte kil-kits sind in mit Öl gefüllten Trögen angeordnet, um jede Funkenbildung zu verhindern und die Kontakte stets rein zu erhalten. Ausserdem besitzen die Kontakte kl-k6 konvexe Begrenzungen (Fig. 2). um mit den konkav geformten Gegenkontakten k7-k12 bei der drehenden Bewegung der Hebel des Stromwandler jederzeit eine innige Berührung zu besitzen. Die Gegengewichte VI und V2 sind voneinander verschieden. da Vs dem Auftreiben bzw. Öffnen der Absperrvorrichtungen entsprechend grösser dimensioniert sein muss, während V2 ein kleineres Gewicht besitzt und zum Einstellen der Dynamospannung dient.
Der Spielraum des diese Gewichte tragenden Hebels h wird des weiteren durch einen um den Punkt p drehbaren Winkelhebel q mit Gegengewicht V3 begrenzt, indem eine am rechten Ende des Hebels h angebrachte Nase n an den Hebel q anschlägt, wodurch die schwankende Bewegung des Hebels h jederzeit sofort zur Ruhe gebracht wird. Infolgedessen bleiben auch die Hebel dl und d2 des Stromwenders während der vorübergehenden Belastungsschwankungen fast ständig in einer horizontalen stabilen Gleichgewichtslage und reguliert der Stromwender sofort alle aus den vorübergehenden Belastungs-und Entlastungserscheinungen hervorgerufenen Störungen, so dass der Wassermotor (Turbine) mit stets gleichbleibender Drehzahl zu arbeiten in der Lage ist.
Die ganze Anordnung reagiert auf Spannungsschwankungen der Dynamo bereits von 2dz-3 Volt, besitzt somit eine überaus grosse Empfindlichkeit, und ist der Kraftverbrauch während des Reguliervorganges ein ausserordentlich geringer, wohingegen im erreichten stationären Zustande überhaupt kein Kraftverbrauch stattfindet.
Diese vom Feldstrom einer Nebenschluss-Gleichstromdynamo betätigte Reguliervorrichtung macht aber auch jede weitere sonstige Regulierung des im Nebensehlusse gelegenen magnetischen Feldes entbehrlich.
Anstatt an die Bürsten einer Dynamo kann der ganze Regulierapparat an die korrespondierenden zugehörigen Sammelschienen bzw. an die Zuführungsleitungen einer fremden Gleiehstromanlage angeschlossen werden, in welchem Falle der Motor unter den gleichen oben beschriebenen Verhältnissen arbeitet.