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Einrichtung zur Regulierung von Anlagen zur Erzeugung, Umformung und Verbrauch elektrischer Energie.
Die Erfindung umfasst alle Fälle, wo mehrere mit unabhängigen, selbsttätigen Reglern versehene Einheiten oder Gruppen von solchen für Erzeugung, Aufspeicll'e1Ung und Verbrauch von elektrischer Energie und deren Umformung in andere Energiearten, Formen und Verhältnisse, wie z. B. Stromerzeuger, Akkumulatoren, Transformatoren, Umformer, ZusatzmaEchinen, Motoren, Elektroofen, galvanische Elemente und Stromverbraueber aller Art auf gemeinsamen Betrieb arbeiten.
Durch die Art und Weise, wie man diese Einheiten oder Gruppen von solchen gemeinsam wirken lässt (parallel, hintereinander, mehrfach parallel, gemischte Schaltung oder mechanische Kupplung), geraten diese Einheiten oder Gruppen, wenn ihre Charakteristiken nicht völlig übereinstimmen, in mehrfache gegenseitige Abhängigkeit, Eo dass das gute Zusammen- arbeit gestört ist oder nicht mit der gewünschten gleichmässigen Beteiligung der Einheiten an der Energieumsetzung erreicht wird. Allgemein arbeiten die Einheiten um so besser zusammen, je mehr die Charakteristiken ausgeprägt und ähnlich sind. In vielen Fällen sind aber stark ausgeprägte Charakteristiken für die praktische Verwendung in anderer Beziehung ungünstig.
Handelt es sich um einzeln arbeitende Einheiten, so kann die für den gegebenen Zweck nicht passende Charakteristik der Maschine durch Verwendung eines selbsttätigen Reglers eliminiert und durch jene des Reglers ersetzt werden. Die bekannten astatischen Regler eignen sich aber nicht für das Zusammenarbeiten mehrerer Einheiten, von denen jede mit einem eigenen Regler ausgestattet ist. Man hat sich daher vielfach damit beholfen, alle Einheiten einem gemeinsamen Regler zu unterwerfen oder mehrere Regler mechanisch zu verbinden. Es sind auch mehrere Systeme bekannt, nach welchen Einzelregler in geeigneter Weise durch Grössen beeinflusst wetden, welche bei unrichtiger Arbeitsweise auftreten.
Alle diese Hilfsmittel haben den Nachteil, dass sie die Schaltungen und Apparate komplizieren und sie versagen sogar in wirtschaftlicher Beziehung ganz, wenn die Stromerzeuger auf grosse Entfernungen zusammen arbeiten sollen.
Alle bisher bekannten Regler sind astatisch und man hat diesen Charakter peinlich an- gestrebt, d. h. die regulierte Grösse wird bei allen Betriebszuständen unabhängig von ihm auf konstanten Wert gehalten.
Der erste Teil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass auf die absolute Konstanz der regulierten Grösse verzichtet wird, dafür nbcr Regler benutzt werden, welche die Charakteristiken der zusammenarbeitenden Einheiten bis auf das äusserst zulässige Mass ausgleichen und dass auf diese Weise ohne Hilfsbecinflussung die beiden Funktionen der Regulierung und der Arbeitsverteilung der Einheiten oder Gruppen erfüllt werden (statischer Regler). Der zweite
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11 \\teichung verstellt. Der Einfachheit halber sind nur fünf Kontakte gezeichnet.
Würden nun die Regler unabhängig von der Lage ihrer Kontakthebel auf den Widerständen einen absolut konstanten Wert der Spannung halten (wie astatische Regler), so wurde eine bestimmte Verteilung der Belastung auf die beiden Dynamos nicht stat, tfinden. Es könnte im Gegenteil leicht der Fall eintreten, dass die Regler allmählich in ganz extreme Stellungen geraten, der eine auf maximale, der andere auf minimale Erregung. Dabei hätte die erstere Maschine die ganze Belastung aufgenommen, während die zweite unbelastet mit tiefe, oder gar als Motor angetrieben würde. Die Belastungsverteilung wäre eine ganz labile und käme dem Fall gleich, dass Neht'nschlussmaschincn ohne Spannungsabfall parallel laufen sollen.
1m vorliegenden Falle ist jedoch aus der Fig. 1 ersichtlich, dass infolge der Federdehnung die ihr Gleichgewicht haltende Verstellkraft und mithin auch die Klemmenspannung um so
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um den inneren Spannungsabfall, wodurch das Gleichgewicht am Regler gestört wird. Der Regler beginnt zu spielen und verstellt den Regulierwiderstand im Sinne einer Spannungserhöhung, während der Hebel des Reglers ein Bereich mit abnehmender Verstellkraft durchwandert. Er wird erst dann wieder zur Ruhe kommen, bis die E. M.
K. der Maschine durch die Widerstandsabschaltung soweit gesteigert wurde, dass die um den Spannungsabfall der Maschine geringere
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und ist für die Verbindung nebensächlich. Wichtig jedoch ist, dass durch solche statische Regler das Zusammenarbeiten mehrerer Einheiten, von denen jede mit einem solchen Regler ausgestattet ist, gewährleistet wird, weil durch ihre Verwendung die Charakteristiken der Masdinen, Eo verschieden sie auch von Haus aus sein mögen, ersetzt weiden, durch jene der Regler.
Im nachstehenden sei das Zusammenarbeiten von zwei parallel geschalteten Gleichstrom- maschinen beschrieben, wobei der Tatsache Rechnung getragen wird, dass es unmöglich ist, zwei Regler mit absolut gleicher Empfjidlicbkeit herzustellen.
Fig. 2 stellt die Charakteristik der Regier dar, wo die icgulieite Spannung in Funktion der Stellung der Kontakthebel gezeichnet ist. Die schraffieiten Stieifen bedeuten den Un- empfindlichkeitsbereich der Regler, die strichpunktierten Linien den Mittelwert zwischen obeier
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und sind bei 100 Volt ausbalanciert. Bei allmählicher Belastung bleibt der Regler D, voierst stehen. D2 aber infolge höherer Empfindlichkeit des Relais spricht an, so bald die Klemmenspannung unter den Wert von 99#5 Volg (untere Unempfindlichkeitsgrenze von D2 in Stellung 4) zurück- geht und verstärkt die Erregung der Dynamo A2, indem sich der Regulierhebel auf Kontakt 3 stellt.
In dieser neuen Stellung bildet 9875 Volt die untere Unempfindlichkeitsgienze, während diejenige von Regler DI immer noch 99 Volt ist, nämlich in Stellung 4. Bei weiterer zunehmender Belastung und damit verbundenem Rückgang der Spannung muss D1 daher zuerst ansprechen
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hatten bei 97 Volt Klemmenspannung die Stellung auf den Kontakten 0 inne gehabt. Wiederum ist e@ : - Hegler D2 mit der höheren Empfindlichkeit der beim ersten Ansteigen der Spannung zuerst reaielt. Sein Regulierhebel H2 stellt sich auf Kontakt 1 mit 98#25 Volt als obere Unempfindlichkeitsgienze. Die entsprechende Grenze für Regler Z\ in Stellung 0 ist 98 Volt. Demgemäss muss der 1 letztere beim nächsten Ansteigen der Klemmenspannung zuerst ansprechen.
E. ist einleuchtend, dass ein Auseinandergehen beider Regler unter diesen Umständen ausgeschlossen ist. Um bei diesem Zahlenbeispiel zu bleiben, genügt bei den angenommenen, sch@@stark verschiedenen Unempfindlichkeiten eine Statik 3%, um zu verhindern, dass die Abweichung der beiden Regulierhebel mehr als eine Kontaktstufe beträgt. Mit geringeren und weinger ungleichen Unempfindlichkeiten würde auch 1% genügen, um die maximale Divergenz der Henuherorgane noch kleiner zu halten. Die Statik der Regler bewirkt demnach g. nau dasselbe, wie der Spannungsabfall der Dynamos, ohne automatischen Regler gedacht ; es können also bei Vorwendung von statischen Reglern Dynamos mit verschiedenen Belastungscharakteristiken im Parallelbetrieb ohne weiteres verwendet werden, was eingangs als der erste Teil der Erfindung bezeichnet wruden.
Dieselben Betrachtungen gelten ebensogut für drei und noch mehr Dynamos.
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Der Shunt, L ist, wie in Fig. 3 angedeutet, in dem abgegebenen Gesamtstrom gelegt und speist sämtliche Kompensationswicklungen ; es könnte aber auch jede dieser Wicklungen an einen eigenen Shunt angeschlossen sein. Durch eine derartige Kompensation oder Über kompensation verschwindet die Statik der Regler nur in der Wirkung nach aussen, während sie in der Wirkung nach innen, also der Regler gegeneinander, bestehen bleibt.
In der Fig. 6 ist die Stabilisierung der unabhängigen Regler zweier parallel auf die Sammel-
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Verbindung mit Kontaktrelais betätigt. Die Regulierwiderstände EI und E2 liegen im Hauptstromkreis der Erregerdynamos, könnten jedoch ebensogut in der Feldwicklung derselben liegen. Die Spannungsrelais F, und Fis setzen bei Abweichungen der Generatorspannung den einen der beiden Steuermagnete H1 und Nj mittels der Kontakte G unter Strom. Dadurch werden
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Relais F die Kontakte G wieder, die Anker K der Steuermagnete fallen durch Federkraft in die mittellage, die Umschalter N öffnend, die Motoren kommen zum Stillstand.
Die Variation der regulierten Spannung nach dem Stand des Regulierorga es wird hier durch einen kleinen Regulierwiderstand 0 bewirkt, der im Stromkreis der Spannungsspule des
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ändert wird. In der Stellung des letzteren auf Kontakt 0 ist er ebenfalls kurzgeschlossen (Vollast).
Durch die Widerstandsvermehrung, die das Relais beim Verschieben des Erregerwiderstandes in Stellung 4 (Leerlauf) erfährt, wild die Gleichgewichtsspannung des Relais um den gewünschten Betrag gehoben und dem Regler dadurch die gewünschte Statik verliehen.
An Stelle des Shunts in Fig. 3 tritt ein beispielsweise in den Gesamtstromkreis verlegter Stromtransformator L zur Speisung der Kompensationswicklungen J der Relais F. Je nachdem man für diese Kompensation mehr die mattlose oder die Wattkomponente wirken lassen will, wird man in einer Dreiphasenanlage die entsprechende Phase für diesen Stromtransformator aussuchen. An Stelle desselben kann auch für jeden Generator, zwischen diesen und die Sammelschienen verlegt, e : n eigener Stromtranstormator für die Speisung der Kompensation des zugehöigen Regulators verwendet werden, wenn diejenige Phase dazu ausgesucht wird, in welcher für die Beeinflussung nur die Wattkomponente zur Geltung kommt.
Auch in Einphasenanlagen ist diese Einzelko1npensation unabhängig von der Strom-
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komponente zur Geltung kommt.
Immer bleibtder statische Charakter der Regler unter sich bestehen trotz der Kompensation.
Diese bewirkt auch hier nur, dass die in Fig. 2 schraffierten Unempfindlichkeitsbereiche parallel zu sich, aber beide in gleichem Masse nach oben verschoben werden. Die Generatoren verhalten sich Immer noch so, als ob ihre Charakteristiken genau gleich abfallend wären.
Es ist nicht unbedingt erforderlich, dass die Lastverteilung proportional zu den Leistungen der Einheiten ist, sondern dieselbe kann durch Variation der Statik und Kompensation den jeweiligen Bedürfnissen angepasst werden.
In analoger Weise wie in den beschriebenen Beispielen kann die Methode der statischen Regler auch auf beliebige andere Maschinen arten und Einheiten für Umsetzung von oder in elektrischer Energie angewendet werden. Die Methode ist mit denselben Grundsätzen ebensogut, wie für elektromechanische Regler, auch für elektrothermische, elektrooptische, elektrochemische und für solche Regler durchführbar, welche auf dem Induktionsprinzip begründet sind. Dasselbe gilt für deren Inversionen, also z. B. thermoelektrische, lichtelektrische, chemischelektrische Regler usw.
Als weitere Beispiele mögen erwähnt sein :
Zwei Reguliertransformatoren sind primär und sekundär parallel geschaltet. Sie sollen konstante Sekundärspannung abgeben und sich im Verhältnis ihrer Nennleistungen an der Transformation beteiligen. Zwei Einzelregler stehen unter dem Einflusse der Sekund & rspannung und sind statisch. Die Kompensationswicklungen werden in Abhängigkeit des gesamten ankom-
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Drei Gleichstromzentralen arbeiten auf ein gemeinsames Strassenbahnnetz. Jede besitzt eine Akkumulatorenbatterie mit ZU8atzdynamomaschinc. Es wird verlangt, dass jede Zentrale von der zugehörigen Batterie so gepuffert wird, dass sämtliche Dynamomaschinen konstant belastet sind. Dies ist der Fall, wenn die Regler dafür sorgen, dass die Spannung in den Zentralen konstant bleibt. Dann ist, Dynamomaschinen mit Spannungsabfall und konstanter Tourenzahl vorausgesetzt, auch die von diesen abgegebene Leistung konstant. Die Aufgabe ist also, die Spannung der Akkumulatoren ao zu regulieren, dass diese bei konstanter Netzspannung alle Schwankungen der Belastung mit geeigneter Ladung und Entladung aufnehmen.
Praktischer aber wird man die Regler dem Einfluss der Dynamobelastungen unterstellen, damit die Schwankungen etwas ursprünglicher als erst mit der Spannungsschwankung zur Beeinflussung der Zusatzmaschinenerregungen herangezogen werden. Durch Verleihung einer minimalen Statik an die Regler wird verhindert, dass die Batterien sich ineinander entladen. Kompensation dürfte überflüssig sein.
Zwei Förderanlagen mit direkt an ein Dreiphasennetz angeschlossenen Motoren besitzen jede ein eigenes Pufferaggregat bestehend aus Asynchronmaschine mit Schwungrad. Beide Anlagen sollen sich gegenseitig in der Fütterung aushelfen. Zu diesem Zwecke werden die Schlupfregler von der Summenleistung beider Anlagen beeinflusst und statisch gebaut. Infolgedessen werden die beiden Pufferaggregate genau so arbeiten, wie ein einziges Aggregat von doppelter Grösse und sich an der zu leistenden Arbeit gleichmässig beteiligen. Auch hier wird eine Kompensation nicht erforderlich sein.
An einem Netz arbeiten zwei Kompensationseinheiten, deren selbsttätige Regler jeder
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mit ebensoviel Ampere mit Phasennacheilung aufgewogen werden müsste. Kompensation kann, wenn erwünscht, z. B. durch den Gesamtstrom der Anlage erfolgen.
Mehrere dem synchronen Gang nicht unterworfene Motoren arbeiten auf gemeinsamen mechanischen Antrieb und besitzen separate Tourenregler. Werden diese Regler statisch gebaut, d. h. so, dass sie die Tourenzahl mit zunehmendem Drehmoment etwas sinken lassen, so wird erreicht werden können, dass die Drehmomente aller Motoren gleichmassig zu-und abnehmen. Der Tourenabfall kann in Abhängigkeit von der gesamten konsumierten Energie kompensiert sein, oder nach Bedarf sogar in eine Zunahme der Umdrehungszahl verwandelt werden.
PATENTANSPRÜCHE :
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bestimmtem Sinne verändert wird (statische Regler), so dass die Regler in gemeinsamen Betrieb mehrerer Einheiten gleichzeitig mit der eigentlichen Regelung auch das richtige Zusammen- arbeiten bzw. eine gleichmässige Beteiligung der Einheiten an der Energieumsetzung herbeiführen, ohne dass sie der Beeinflussung durch eine weitere, infolge ungleicher Arbeitsweise der Einheiten auftretende Grösse (wie z. B. Ausgleichsströme, Belastungs-oder Phasenunterschiede) bedürfen.