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Österreichische PATENTSCHRIFT Ni. 17591.
GENERAL ELECTRIC COMPANY IN SCHENECTADY (V. ST. v. A.).
Selbsttätiger Spannungsregler für mit Erregermaschinen ausgerüstete Dynamomaschinen.
Die gebräuchlichen Spannungsregler mit einem einzigen Relais, dessen Wirkung nur von dem Strome der zu regulierenden Maschine abhängig ist und welches dazu dient, einen Widerstand in den Stromkreis ein-und auszuschalten, haben den Nachteil, dass die Regelung nicht vollkommen den Belastungsänderungen in der Hauptleitung entspricht.
Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung betrifft einen selbsttätigen Spannungsregler für Dynamomaschinen im allgemeinen, der aber vorzugsweise sich eignet für die selbsttätige Regelung der Spannungen von Wechselstromerzeugern, welche bedeutenden Änderungen ihrer Arbeitsbelastung unterworfen sind ; das Wesen dieses Spannungsreglers besteht darin, dass ein Widerstand für den Erreger durch zwei unabhängig voneinander bewegliche Kontakte geregelt wird, von denen der eine durch die in der zu regelnden Maschine, der zweite durch die in dem Erreger herrschende elektromotorische Kraft beeinflusst wird.
In den beiliegenden Zeichnungen ist der Regler dargestellt, u. zw. zeigt : Fig. 1 eine Anordnung im Stromkreise der zu regelnden Dynamomaschine, Fig. 2 eine besondere Vorrichtung am Regler zum Anlassen der Dynamomaschine, Fig. 3 ist ein vereinfachtes Schaltungsschema, ähnlich der Fig. 1, und Fig. 4 ein Diagramm mit zwei Wechselstromerzeugern mit einer gemeinsamen Erregermaschine. In allen Figuren sind die gleichen Einzelteile mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.
In Fig. 1 bezeichnet 1 einen Wechselstromerzeuger, 2 und 3 die Netzleitungen desselben und 4 den Erreger, in dessen Leitungen 6,7 die Feldwicklung 5 der Wechselstrommaschine liegt. Ein von Hand aus einstellbarer Widerstand S ist in den Erregerloitungen eingeschaltet und ein Regelungswiderstand'J befindet sich im Erregerstromkrois der Erregermaschine 4. Dieser Regelungswiderstand wird von Hand auf einen bestimmten Betrag eingestellt und nach seiner Einstellung selbsttätig ein-und ausgeschaltet.
Weiter sind zwei Solenoidspule 10, 11 angeordnet, deren Kerne derart gelagert sind, dass bei Anwachsen der Spannung in den zugehörigen Leitungen der eine gehoben, der andere gesenkt wird. Das Solenid 11 liegt in einem Nebenschluss 12, 13 zur Erregcrmaschine und das Solenoid 10 in einem Nebenschluss 14, 15 zur Wechselstrommaschine. Die Kerne dieser Solenoide hängen an den äusseren Enden der Hebel 16, 17, welche bei j ! S drehbar gelagert sind. Der Magnetkern der Gleichstromspule 11 ist gegenüber der von dem Solenoide ausgeübten Wirkung durch eine Feder 19 ausgeglichen, während der zweite Kern durch Gewichte oder mittels einer Feder 81 ausgeglichen ist. Die beiden Hebel sind übereinander angeordnet.
Der eine trägt den Kontakt 20, der andere den Kontakt 21, welche sich je nach der Stellung der Hebel bis zur Berührung einander nähern oder voneinander entfernen. Der Solenoidkern 10 ist mit einer Dämpfungsvorrichtung 22 verbunden. Die beiden Kontakte 20, zubilden die Enden eines Stromkreises, welcher ein Relais 23 einschliesst.
Kieses Relais erhält den Strom vorteilhaft aus einer vom Erreger abgezweigten Nebenleitung 24, 25 oder von einer eigenen Stromquelle. Das in Fig. 1 dargestellte Relais ist ein sogenanntes Differentialrelais, dessen eine Wicklung 99 beständig vom Strome durchflossen wird. Die Gegenwicklung 100, welche den von der ersten Wicklung erzeugten Magnetismus aufheben soll, wird durch die genannten Kontakte 20, 21 eingeschaltet. Dieses
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ooifferentialrelals verhindert, die, Funkenl) ildung an den beweglichen Kontakten 20, 21, in. dem die Wicklung 99 als geschlossene Sokandärspule wirkt, weiche die Entstehung eines Extrastromes in der Gegenwicklung. 100' im Augenblicke der Öffnung des Stromkreises hintanhält.
Der Anker 104 des Relais bewirkt die Vorbindung oder die Unterbrechung zweier Kontakte 27, 28, von denen der eine mit dem Anker beweglich, der andere fest gelagert ist. Diese Kontakte 27, 28 bilden die Enden eines Stromkreises 29, 30 und schliessen bei angezogenem Anker den in dem Erregerfolde liegenden Widerstand 9 kurz. Ist also der Kontakt 20, 21 geöffnet, so ist der Stromkreis 24, 25 unterbrochen und der Relaisanker wird entgegen der Wirkung der Feder 31 durch den Magnetismus der Spule 99 angezogen Der Widerstand 9 ist daher ausgeschaltet ; ist jedoch der Kontakt 20, 21 geschlossen, so ist die Gegenwindung 100 eingeschaltet, der Anker 104 wird abgezogen und durch Öffnung der Kontakte 27, 28 der Widerstand 9 in den Erregerstromkreis ein- geschaltet.
Die Wirkungsweise ist also folgende : Ist der Regelungswiderstand kurzgeschlossen, so steigt mit der Spannung des Erregers auch die des Wechselstromerzeugers und die beiden Solenoide, werden stärker erregt. Dadurch wird der Kontakt 20, 21 geschlossen, der Relaiskontakt 27, 28 geöffnet und der Widerstand 9 eingeschaltet. Entsprechend der
Erhöhung des Widerstandes in den Feldwicklungen des Erregers vermindert sich einerseits die Spannung des Erregers und die des Wcchselstromerzeugers, andererseits auch die
Anziehungskraft des Solenoides. Die Kontakte 20, 21 trennen sich. Dadurch ist der Wider- stand 9 ausgeschaltet.
Dieselbe Wirkung wird durch Spannungsänderungen in der Netz- leitnng, z. B. durch Änderung der Belastung infolge Ein-und Ausschaltens von elek- trischen Stromverbrauchern hervorgerufen, und ist es klar, dass bei geeigneten Abmessungen des Widerstandes die Spannung konstant erhalten werden kann. Der Grund der Verwendung zweier Solenoido wird durch nachstehende Ausführungen seine Erklärung finden : Angenommen, der Regler ist in Wirkung und die elektromotorische Kraft des Wechselstromerzeugers ist konstant. Unter diesen Umständen wird der Kontakt 20, 21. in solchen Zwischenräumen aufeinander folgend geöffnet und geschlossen, dass diese Spannung erhalten bleibt.
Die beiden Hebel 16 und 17 bewegen sich wenig. 17 steht praktisch fest, da er durch die Dämpfungsvorrichtung 22 in seiner Bewegung verzögert wird, während der Hebel 16 die nötige Bewegung ausführt, um den Relaisstromkreis zu öffnen und zu schliessen. Dieses aufeinander folgende Öffnen und Schliessen des Kontaktes 20, 21 wird durch das geringe Steigen und Fallen der elektromotorischen Kraft der Erregermaschine hervorgebracht, was durch das Ein-und Ausschalten des Widerstandes 9 beim Schliessen und Öffnen des Relaisstromkreises durch den Kontakt 20, 21 verursacht wird.
Das geringe Steigen und Fallen der elektromotorischen Kraft des Erregers beeinflusst theoretisch gleichzeitig die elektromotorische Kraft des Wechselstromerzeugers, so dass der Kontakt 20, 21 durch Änderung der Ströme in den Solenoiden 10 und 11 beeinflusst wird. Der Hebel 16 wird entgegen der Wirkung der einstellbaren Feder 19 durch den Kern des Gleichstrom- solenoidsss jH in seiner Lage erhalten. Je nachdem die elektromotorische Kraft des Erregers grösser wird oder sich vermindert, wird der Zug auf die genannte Feder grösser oder kleiner, so dass der Hebel 16 in der einen oder anderen Richtung so lange bewegt wird, bis die Wirkung dieser Feder ausgeglichen ist.
Auf diese Weise wird das Ende des Hebels 16, auf welchem der Kontakt 21 befestigt ist, eine Stellung einnehmen, welche unter oder über der normalen Lage liegt, je nachdem die elektromotorische Kraft des Erregers geringer oder grösser als der Normalwert ist und demzufolge wird die Wirkung des direkten
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Angenommen nun, die elektromotorische Kraft in der Wechselstromleitung wächst an. Dadurch wird die Wirkung des Solenoides 10 verstärkt. Der Kern desselben geht nach aufwärts, bewegt den Hebel 17 und schliesst für längere Zeit den Kontakt 20, 21, indem er auch den Hebel 16 in die neue Lage mitnimmt.
Das Bestreben dieses Kontaktes, in geschlossenem Zustande zu bleiben, bewirkt durch das Relais 23 die Einschaltung des Widerstandes 9 in den Erregerstromkreis für längere Zeit, als dies sonst der Fall wäre, wenn nur ein Hebel, beispielsweise 17, mit einem unbeweglichen Kontakt 21 zusammenarbeiten würde.
Wenn nun die elektromotorische Kraft des Erregers und des Magnetes 11 sich verringert, so geht der Kern des Solenoides 11 in die Höhe und die Feder 19 zieht den Hebel 16 nach abwärts, die Kontakte bleiben aber geschlossen, bis die elektromotorische Kraft des Erregers den Betrag erreicht hat, um die elektromotorische Kraft des Wechsel- stromerzengers auf ihre normale Höhe zurUckzl1führen. In diesem Augenblick hört die Bewegung des Hebels 16 nach abwärts zu auf, welcher nunmehr eine Lage einnimmt, die durch das Mass der elektromotorischen Kraft des Erregers, welche sich in der Wirkung
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lösen.
Hat die elektromotorische Kraft der Wochselstromleitung wieder den normalen Wert erreicht und hat ebenso die elektromotorische Kraft des Erregers den normalen Betrag angenommen, so setzen die beiden Kontaktstifte ihr Spiel in der neuen Lage fort. Dieselben bleiben nun wieder so lange in Berührung, um durch den in den Errogerstromkreis eingeschalteten Widerstand die neue elektromotorische Kraft des Erregerstromes zu erhalten. Jedes Bestreben der elektromotorischen Kraft des Erregers, anzuwachsen, ist verhindert, da ein derartiges Bestreben, auch wenn dasselbe noch so gering ist, das gleiche Bestreben in der elektromotorischen Kraft des Wechselstrom erzeugers hervorruft.
Dadurch summiert sich die Wirkung der Solenoide 10 und 11, der Kontakt 20, 21 bleibt für längere Zeit geschlossen und die elektromotorische Kraft des Erregers wird vermindert. Die Verminderung der elektromotorischen Kraft in der Wechselstromleitung wird in entgegengesetzter Weise korrigiert, indem der Kontakt 20 gehoben wird, wodurch eine längere Öffnung der Kon- takte 2C,21 bewirkt wird. Die Kontaktstifte 20, 21 nehmen schliesslich eine Lage ein, welche durch die neue elektromotorische Kraft des Erregers bestimmt ist und erfolgt dann das Öffnen und Schliessen des Kontaktes genau an derjenigen Stelle, an welcher dem störenden Einfluss entgegengewirkt wird.
Nach diesen Ausführungen ist ersichtlich, dass das Verhältnis der Zeitdauer der Ein- schaltung des im Feldstromkreise des Erregers liegenden Widerstandes zu dem der Aus- schaltung sich je nach dem Betrage der Spannung der Wechselstrom-und der Erreger- maschine zufolge der Änderung der gegenseitigen Lage der Kontakte. 80 und M ändert.
Die Kontaktstifte 20, 21 könnten auch direkt auf den Nebenschlusswiderstand einwirken, doch wurden dieselben infolge Funkenbildung in kürzester Zeit zerstört werden. Diesem Übelstande vorzubeugen wird das Relais 23 verwendet. Nunmehr soll der übrige Teil der Schaltungsskizze (Fig. 1) beschrieben werden. Die Spule des Magnetes 10 besitzt zwei Windungen 66 und 67, von denen erstere im Stromkreise des Nebenschlusses 14, 15 von der Wechselstromleitung liegt. Wie aus Fig. 1 ersichtlich, liegt diese Windung nicht im direkten Nebenschluss, sondern bildet die Sekundärwindung eines parallel zum Hauptstromkreise ge- schalteten Transformators 110, dessen Primärspule vom Nebenschluss 14, 15 gebildet wird.
Durch diese Anordnung des Magnetes 10 in dem niedergespannten Sekundärstromkreis ist die gefahrlose Benützung des Reglers ermöglicht. Zur Verminderung des Stromverbrauches sind Widerstände 98 in den Sekundärstroml, reis eingefügt. Zu dem gleichen Zwecke befinden sich die Widerstände 94. 95 in dem Stromkreise der Solenoidspule 11. Die zweite Wicklung 67 des Magnetes 10 liegt im Stromkreise mit der Sekundärspule eines Reihentransformators 111. Ein Schalter 36 gestattet diesen Transformator aus dem Stromkreis auszuschalten, ohne dass der Strom unterbrochen wird, im Falle der Transformator Schaden gelitten hat, oder im Falle alle Teile des Reglers ausser Tätigkeit gesetzt werden sollen.
Die Nebenschlussdrähte und 30, welche den Widerstand 9 überbrücken, führen zum
Umschalter 108, welcher durch die Drähte 44 und 45 mit dem Kontakt 27,28 in Ver- bindung steht. Eine Zweigleitung 46, 47 enthält einen Kondensator 48, um die Funken- bildung an dem Kontakte 27, 28 zu verringern.
Um ein gefährliches Ansteigen der Spannung zu verhindern, im Falle plötzlicher Ein-
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Beiden Einrichtungen, weiche bisher beschrieben wurden, sind die Regelungsmagnete 10 und 11 derart angeordnet, dass die Kontaktstifte 20, 21 beim Ansteigen der Spannung zusammenkommen und sich voneinander entfernen, wenn die Spannung fällt. Es ist jedoch vorteilhafter, die Einrichtungen so zu treffen, dass die entgegengesetzte Wirkung eintritt.
In Fig. 3 ist der Hebel 17 unterhalb des Hebels 16 und der Kontaktstift 20 unterhalb des Kontaktstiftes 21, anstatt oberhalb desselben. Die Hebel sind bei 18 gelagert und stehen unter dem Einfluss der bereits beschriebenen Feder. Die Feder 19 ist allein gezeichnet. Auch die Relaiskontakte 27 und 28 sind entgegengesetzt der Einrichtung in der Fig. 1 angeordnet. Der Anker 104 befindet sich unterhalb des Kontaktes 28. Die Feder 31 dient zum Anheben des Ankers 104. Es ist selbstverständlich, dass auch bei dieser letzteren Einrichtung die vorher besprochenen Transformatoren, Widerstände, Umschalter, Konden- satoren und andere Hilfsvorrichtungen, welche in Fig. 1 ersichtlich sind, verwendet werden.
Diese Einrichtungen sind der Einfachheit halber in Fig. 3 weggelassen. Sind die Leitungen stromlos, so ist der Kontakt 20, 21 geschlossen, aber die von den stromlosen Leitungen
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Josiglwit des Erregers stets der Fall sein muss. Beginnt der Stromerzeuger Arbeit zu leisten, so ist durch vorläufige Beibehaltung dieser Kontaktstellung der Regelungswiderstand 9 ausgeschaltet.
Dadurch steigt die eloktromotorische Kraft an, die Magnete 10 und 11 werden erregt und der Kontakt wird geöffnet, wenn die normale Spannung erreicht ist. Die Gegenwicklung 100 ist ausgeschaltet, der Relaiskern wird magnetisiert, die Wirkung des Solenoides überwindet die Federkraft und der Anker 1U4 wird mit seinem Kon- tal, te 27 von dem Kontakt : M abgezogen. Dadurch ist der Widerstand 9 in das Feld des Erregers eingeschaltet. Dieser Vorgang wiederholt sich so oft, solange der Regler in Wirkung ist.
Die Vorteile dieser Einrichtung sind folgende :
Bei plötzlichen und aussergewöhnlichen Schwankungen in der Belastung ist es wichtig, dass die bei stromlosem Relais geschlossenen Relaiskontakte das Hostreben haben, die eloktromotorische Kraft auf die normale Grösse zu bringen, bevor dieselben sich öffnen. Dadurch ist eine weite Trennung der Kontaktstifte 20, 21 voneinander, welche manchmal bei dem zuerst beschriebenen Regler vorkommt, verhindert. Dieser Regler geht auch von
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Schutzleitungel1 55. 5f weggelassen sind. Diese Schutzleitungen sind nicht notwendig, nachdem beim Stromloswerden des Solenoides 10 oder 11 der Stromkreis der Relaiswicklung 100 unterbrochen ist.
Demzufolge hält der Strom, welcher durchf die Wicklung 99 fliesst, den Anker 104 abwärts, die Kontaktstifte 27, 26'sind voneinander entfernt und der Regelungswiderstand 9 ist eingeschaltet, wodurch ein gefahrvolles Ansteigen der Spannung in den Hauptleitungen verhindert ist.
Obzwar die vorliegende Erfindung hauptsächlich zur REgelung von Wechselstrom- dynamomaschinen bestimmt ist, so ist dieselbe auch gleich gut zur Regelung von Gleichstrom- dynamomaschinen zu verwenden. Desgleichen kann die vorliegende Erfindung noch zur gleichzeitigen Regelung einer Anzahl von Gleich-oder Wechselstrom-Dynamomaschinen verwendet werden. Bei dem in Fig. 4 dargestellten Diagramme bezeichnen 1 und 126 zwei Wechselstrom-Dynamomaschinen, 4 den gemeinsamen Erreger. Die verschiedenen leitenden Verbindungen für die Apparate des Reglers sind mit demselben Bezugszeiehen wie in den anderen Figuren benannt.
Die in der Beschreibung behandelten Apparate können ver- schieden''Ausführungsformcn annehmen, ohne dass der Grundgedanke der Erfindung ver-
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und der Reihenstransformator 111 weggelassen und nur eine oder zwei Windungen von einem der Hauptleitungsdrähte um den REgelungsmagneten gelegt worden.
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