Elektrische Regeleinrichtung. Die Erfindung betrifft eine elektrische Regeleinrichtung mit einem Stabilisierungs- transformator zur Verhütung des Pendelns.
Die meisten Regler neigen zum Über- regeln. oder Pendeln, so .dass, obwohl :die ge regelte Grösse einen bestimmten mittleren Wert einhalten mag, ihre Augenblickswerte mehr oder. weniger stark schwanken. Diese Pend-elungserscheinung wird gewähnlich durch eine Zeitverzögerung in der Wirkung des Reglers verursacht.
Um diese Erschei nungen zu verhüten, sind bereits .induktive Stabilisierungsvorrichtungen in Form eines Transformators bekannt geworden, welcher eine Wicklung besitzt, :die beim Arbeitendes Reglers beeinflusst wird und eine kurzzeitige Spannung in einer andern Wicklung indu ziert, welche eine ausgleichende Wirkung auf die Steuereinrichtung des Reglers, her vorruft.
Gemäss der Erfindung .sind die zwei Wicklungen des Transformators von Gleich- strom gespeist und. diese Wicklungen sind so angeordnet, dass sie entgegengesetzt gerichtete magnetische Flüsse hervorrufen..
Die Abbildung ,stellt schematisch ein Ausführungsbeispiel der Einrichtung nach der Erfindung dar, welche auf einen;
selbst- tätigen Widerstandsregler eines Wechsel- stromgenerators 1 einwirkt, der ,das Netz 2 speist. Der Generator 1 besitzt eine Feld- wiclclung,3., die durch eine selbsterregte Er- regermaschine 4 ,gespeist wird,
die eine XLe- benschlusswicklung 5 besitzt. In Reihe mit dieser Nebenschlusswicklung ist ein gewöhn licher Feldwiderstand 6 und ein veTänder- licher RRegelwid-erstand 7 geschaltet.
Der Widerstand 7 ist mit zwei in Reihe ,geschal- teten;Säulenwiderständen dargestellt, welche abwechselnd Teile aus verschiedenem Mate rial besitzen, wie beispielsweise die langen Kohleelemente 8, zwischen welche :die kurzen Nickeleisenteile 9 geschoben sind. Der Kon takt- oder Oberflächenwiderstand zwischen diesen verschiedenen Materialien ist relativ hoch.
Durch das äussere Ende der Kohleteile e gehen Metallkontakte. die so angebracht sind, dass sie diese Kontaktwiderstände kurz schliessen, wenn eine abwärts wirkende Krafi an dem äussern Ende der Säule des Wider standes 7 wirksam wird. Diese Kraft wird mittels eines Hebelsystems durch eine Feder 13 erzeugt.
Der Feder entgegen wirkt ein Elektromagnet. der aus einem Kern 11 und einem axial gelagerten Anker 1 _i besteht. Der Kern 11 wird durch die Hauptsieuerwicklung 14 erregt welche., unter dein Einfluss der jenigen elektrischen Grössc, die geregelt wer den soll. wie z. B. d < .r Spannung des Gene- rators, steht.
Zwischen dem Generator 1 und der Hauptsteuerwieklung 14 ist ein @'ollweg- gleichricliter 15 geschaltet, welcher :ins irgenfvelcherr Gleichrichtern, beispielsweise Kupferoxyd - Gleichrichtern.
hc@teht. )er Strombegrenzungs- oder Glättungswiderstand 16 ist in Reihe mit der Wechselstromseite des Gleichrichters geschaltet und ausserdem be- findet sich damit in Reihe ein einstellbarer Widerstand 17 zur Einstellung der Spannung am Regler.
Zur Verhütung des Pendelns des oben be- schriebenen Reglers ist ein Stal)iliierurigs- transformatorvorgesehen, welchereinen Kern 18 besitzt, dessen Querschnitt an einer Stelle durch eine Nute 19 verringert ist. Auf dem Kern befindet sich eine Spule 20, welche mit den Klemmen der Erregermaschine 4 verbun den ist.
Ausserdem befindet sich auf dein Kern 18 eine Spule '?1. -elche in Reihe mit der Spule 14 auf der Gleichstromseite des Gleichrichters geschaltet ist.
In der oben beschriebenen Einrichtung werden die beiden "'iclzlringen 2l.) und 21 durch Gleichströme gespeist. Sie sind so auf dem Kern 18 angebracht. dass ihre niagne- tisehen Flüsse entgegengesetzt gerichtet sind und sich gegenseitig zu neutralisieren suchen.
Die Wirkungsweise. der Einrichtung ist wie folgt: Vergrössert sich der Strom in der Spule 14 über seinen normalen Wert, so be wirkt der vergrösserte Fluss im Kern 11 eine Drehung des Ankers 12 im entgegengesetzten Uhrzeigersinn entgegen dem Drehmoment der Feder 13. wodurch die abwärts wirkende Kraft auf den Widerstand i vermindert wird und der Wert dieses Widerstandes sich ver grössert.
Damit verkleinert sich die Spannung der Erregermaschine -. und mithin die Erre gung des Grenerators 1, dessen Spannung sich ebenfalls verkleinert mit dem Ergebnis, dass der Strom in der Spule 14 wieder abnimmt.
Umgekehrt wird, wenn der Strom in der Spule 14 unter seinen normalen Wert zu fal len sucht, das Drehmoment der Feder 13 ge genüber der magnetischen Kraft auf den An ker 12 überwiegen, so dass sich dieser im Uhr- zeiagersinne dreht und die Kontakte 10 mehr 'heile des Widerstandes 7 kurzschliessen.
Da mit vergrössert sich die Spannung der Erre- germaschine 4 und als Folge davon die Span nung des Generators 1, womit der Strom in der Spule 14 ebenfalls vergrössert wird.
Der Strom der Spule 20, der durch die Spannung der Erregermaschine 4 hervorge- rufen wird. ist ,jedoch nicht konstant, da ver schiedene Worte der Leistung des Generators 1 verschiedene Werte der Erregung bedin- gen, wenn konstante Klemmenspannung er halten werden soll.
Die meisten Generatoren arbeiten jedoch unter Belastungsverhältnis- sen, die im Mittel gleiche Betriebsbedingun- gen schaffen, so dass durch Auslegung der AmpE>re@windungen der Spule 210 für diese mittlere Betriebsbedingung,
der eine mittlere oder normale Erregerspannung entspricht. diese im wesentlichen gleich und entgegen- setzt der nahezu l@onstanten Amperewin- dungszahl der Spule --11 sein wird; dabei wird nur wenig oder kein Fluss im Kern 18 be stehen.
Wenn nun eine Spannungsänderung ein tritt und der Regler anspricht, um die Span nung zu vergrössern oder zu verkleinern, so wird in der Spule 21 durch die Spule 20 eine Spannung induziert, welche im Verhältnis zu dem Wert, des Wechsels der Erregerspan- nung steht. Diese kurzzeitige Spannung ist so gerichtet, dass sie den Strom der Hauptsteuer spule 14 auf seinem normalen Wert zu hal ten sucht.
Wenn beispielsweise die Spannung des Generators 1 sich verkleinert, so verklei nert sich auch der Strom der Spule 14, wie bereits beschrieben wurde, und damit wird der Regler veranlasst die Erregerspannung zu vergrössern. Unter diesen Bedingungen hat die Spannung der Spule 21 eine solche Rich tung, @dass sie den Strom in dem Stromkreis durch die Spule 14 und die Gleichrichter 15 vergrössert.
Infolgedessen versucht der Regler in seine Gleichgewichtslage zurück zukehren, bevor der Reglervorgang beendet ist, wodurch ein Überregeln vermieden wird. FVenn die Spannung des Generators 1 über ihren normalen Wert sich vergrössert, be wirkt .die Verkleinerung der Erregerspan nung eine entgegengesetzt gerichtete kurz zeitige Spannung in der Wicklung 21,
wo durch wiederum d er Strom .der Spule 14 auf seinem normalen Wert zurückgehalten wird.
Infolge .der Gleichrichter 15 wird der Wechsel des Stromes in, der Spule 14, wel cher durch die Wicklung 2,1 verursacht wurde, sich nicht auf den ganzen äussern Stromkreis ausdehnen. Somit ist der Stabi- lisierungsstromkreis viel empfindlicher und rascher in seiner Wirkung.
Der verringerte Querschnitt bei 19 be zweckt die Sättigung des Kernes 18 zu ver- hindern und gleichzeitig den Transformator klein zu halten.
Bei kleinen Werten des Flusses im gern 18 ist der verringerte Quer schnitt nicht gesättigt, so dass kleine Ände- rungen im Strom der Wicklung 20 rasche und entsprechende Spannungsänderungen in der Wicklung 21 hervorrufen.
Wäre kein verringerter Querschnitt vorhanden, statt dessen ein Luftspalt, so würde für kleine Werte :des, Flusses sich ein grosser Transfor mator erforderlich machen, um die notwen- .dige Empfindlichkeit zu erhalten. Bei gro ssem Magnetfluss,
im Kern 18 sättigt sich dex verkleinerte Querschnitt. während der rest liche Teil des Kernes ungesättigt bleibt, so dass -der grösste Teil des Flusses sich seinen Weg durch die Luft suchen wird.
Auf diese Weise ist der Transformatorempfindlicher in seiner Wirkungsweise. Statt wie beschrieben für einen Wechsel stromgenerator, kann die Einrichtung natür lich auch für die Regelung anderer Anlage teile Verwendung finden.
Electric control device. The invention relates to an electrical control device with a stabilizing transformer to prevent oscillation.
Most regulators tend to over-regulate. or pendulum, so that, although: the controlled variable may maintain a certain mean value, its instantaneous values more or. fluctuate less. This oscillation phenomenon is usually caused by a time delay in the action of the controller.
In order to prevent these phenomena, inductive stabilization devices in the form of a transformer have become known, which has a winding: which is influenced when the controller is working and induces a brief voltage in another winding, which has a balancing effect on the control device of the Controller, calls here.
According to the invention, the two windings of the transformer are fed by direct current and. these windings are arranged in such a way that they create oppositely directed magnetic fluxes ..
The figure shows schematically an embodiment of the device according to the invention, which is based on a;
automatic resistance regulator of an alternating current generator 1, which feeds the network 2, acts. The generator 1 has a field winding, 3., Which is fed by a self-excited excitation machine 4,
which has an X-lead winding 5. In series with this shunt winding, an ordinary field resistor 6 and a variable R control resistor 7 are connected.
The resistor 7 is shown with two column resistors connected in series, which alternately have parts made of different material, such as the long carbon elements 8 between which: the short nickel iron parts 9 are pushed. The contact or surface resistance between these different materials is relatively high.
Metal contacts go through the outer end of the carbon parts. which are attached in such a way that they short-circuit these contact resistors when a downward force acting on the outer end of the column of the counter stand 7 becomes effective. This force is generated by a spring 13 by means of a lever system.
An electromagnet counteracts the spring. which consists of a core 11 and an axially mounted armature 1 _i. The core 11 is excited by the main coil 14 which, under the influence of the electrical variable that is to be regulated. such as B. d <.r voltage of the generator.
A full path rectifier 15 is connected between the generator 1 and the main control unit 14, which: in any other rectifier, for example copper oxide rectifiers.
hc @ teht. ) he current limiting or smoothing resistor 16 is connected in series with the AC side of the rectifier and, in addition, there is an adjustable resistor 17 in series for setting the voltage on the regulator.
To prevent the above-described regulator from oscillating, a Stal) iliierurigs- transformer is provided which has a core 18, the cross section of which is reduced at one point by a groove 19. On the core there is a coil 20 which is connected to the terminals of the exciter 4.
There is also a coil '? 1 on your core 18. -which is connected in series with the coil 14 on the direct current side of the rectifier.
In the device described above, the two "iclzlrings 21" and 21 are fed by direct currents. They are attached to the core 18 in such a way that their niagnetic flows are directed in opposite directions and seek to neutralize one another.
The way it works. The device is as follows: If the current in the coil 14 increases above its normal value, the increased flux in the core 11 acts as a counterclockwise rotation of the armature 12 against the torque of the spring 13, which causes the downward force on the Resistance i is reduced and the value of this resistance increases ver.
This reduces the voltage of the exciter -. and consequently the excitation of the generator 1, the voltage of which also decreases, with the result that the current in the coil 14 decreases again.
Conversely, if the current in the coil 14 tries to fall below its normal value, the torque of the spring 13 will outweigh the magnetic force on the armature 12, so that the armature rotates clockwise and the contacts 10 more 'Short circuit the resistor 7.
This increases the voltage of the excitation machine 4 and, as a consequence, the voltage of the generator 1, whereby the current in the coil 14 is also increased.
The current of the coil 20, which is caused by the voltage of the exciter 4. is, however, not constant, since different words of the power of the generator 1 require different values of the excitation if a constant terminal voltage is to be obtained.
Most generators, however, work under load conditions that create the same operating conditions on average, so that by designing the AmpE> re @ turns of the coil 210 for this average operating condition,
which corresponds to a medium or normal excitation voltage. this will be essentially equal to and opposite to the almost constant number of amperes of the coil --11; there will be little or no flow in the core 18.
If a voltage change occurs and the controller responds to increase or decrease the voltage, a voltage is induced in the coil 21 by the coil 20 which is in proportion to the value of the change in the excitation voltage. This short-term voltage is directed so that it seeks to keep the current of the main control coil 14 at its normal value.
If, for example, the voltage of the generator 1 decreases, the current of the coil 14 also decreases, as already described, and the controller is thus caused to increase the excitation voltage. Under these conditions, the voltage of the coil 21 has such a direction that it increases the current in the circuit through the coil 14 and the rectifiers 15.
As a result, the controller tries to return to its equilibrium position before the controller process has ended, which prevents overregulation. If the voltage of the generator 1 increases above its normal value, the decrease in the excitation voltage results in an oppositely directed brief voltage in the winding 21,
where in turn the current of the coil 14 is retained at its normal value.
As a result of the rectifier 15, the change in the current in the coil 14, which was caused by the winding 2, 1, does not extend to the entire outer circuit. Thus the stabilization circuit is much more sensitive and quicker in its effect.
The purpose of the reduced cross-section at 19 be is to prevent the saturation of the core 18 and at the same time to keep the transformer small.
With small values of the flux in the range 18, the reduced cross-section is not saturated, so that small changes in the current of the winding 20 cause rapid and corresponding voltage changes in the winding 21.
If there were no reduced cross-section, instead of an air gap, a large transformer would be required for small values of the flow in order to obtain the necessary sensitivity. With a large magnetic flux,
the core 18 is saturated with the reduced cross-section. while the rest of the core remains unsaturated, so that most of the flow will find its way through the air.
In this way the transformer is more sensitive in its operation. Instead of using an alternator as described, the device can of course also be used to control other parts of the system.