Vorrichtung zur selbsttätigen Spannungsregelung. Vorrichtungen zur Spannungsregelung, die die Spannung von Wechselstromnetzen konstant halten, sind bekannt. Diese Span- nungs,regler können durch ein s.pannungs- empfindliches Organ betätiget werden, aber es kann. das Ausmass der Spannungsregelung auch von der Stärke des Belastungsstromes abhängig gemacht werden.
Die Regelung kann innerhalb einer sehr kurzen Zeit er folgen, wenn man mit einem Schnellregler arbeitet; es kann jedoch die Vorrichtung auch mit einer Zeitverzögerung versehen werden.
Der Spannungsregler gemäss der im Nach folgenden beschriebenen Erfindung, zu dem keinerlei Schaltvorrichtung oder Relaisein- richtung erforderlich ist, liefert zwischen den Regelgrenzen eine mit dem Ansteigen des Belastungsstromes wachsende Spannung und bewirkt die Regelung als Schnellregler praktisch ohne jede Zeitverzögerung.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist gekennzeichnet durch einen Induktions,dreh- regler, dessen Ständer- und Läuferwicklun gen phasenweise in Reihe geschaltet sind, während die geregelte Spannung zwischen den Ständer- und Läuferwicklungen, abge griffen wird: und der Läufer, abweichend von den bekannten Induktionsdrehreglern, in seinen wechselnden Betriebslagen nicht starr festgehalten ist.
Die Erfindung sei mit Hilfe der in der beiliegenden Zeichnung dargestellten Aus führungsbeispiele näher erläutert. Die in Fig. 1 in einem prinzipiellen Schaltschema dargestellte Regelvorrichtung besteht im Wesen aus einem sogenanuten In duktionsdrehregler, deren Ständer- und Läu ferwicklungen phasenweise in Reihe geschal tet sind.
Fig. 2 stellt das Vektordiagramm der Spannungsregelung gemäss der Erfin dung, Fig. 3 ein zweckmässiges Zubehör einer besonderen Ausführungsform des Reglers und schliesslich Fig. 4 das Schaltsohema. einer erweiterten Ausführungsform des Reglers dar.
Gemäss F'ig. 1 schaltet man die Phasen R-S-T des Netzes an die Klemmen U-V-W <I>des</I> Induktionsreglers und speist den Verbraucher von den vor dem Läufer befindlichen Klemmen u-v-w. Der Läufer ist, abgesehen von der Lagerreibung, frei drehbar, und seine Verdrehung aus seiner vorhergehenden Gleichgewichtslage erfolgt, sobald eine Änderung der Belastungsstrom stärke stattfindet, wodurch die Spannung an den Klemmen u, <I>v,</I> -w sich gleichsinnig mit der Änderung der Stromstärke ändert (z. B. im Falle des Ansteigens der Stromstärke).
Zwecks besseren Verständnisses des Vor ganges sei zuerst jener Fall untersucht, bei dem an die Punkte u--v-w noch keine elek trische Belastung angeschaltet wird, die Klemmen U-V-W jedoch bereits unter der Netzspannung stehen.
Der Läufer befindet sich in der durch den kleinsten magnetischen Widerstand bestimmten. Ruhe- oder Grund- stellung, in der die Achsen der Ständer- und der Läuferwindungen je Phase zusammen fallen.
Wird der Läufer aus dieser Stellung durch äussere Kraft herausgedreht und nach her freigelassen, so, dreht sich derselbe von selbst in. die Grundlage zurück; zwischen dem Ständer und .dem Läufer entsteht ein rückführendes Drehmoment; dabei fliesst durch die in Reihe geschalteten Dichtungen lediglich der Magnetisiernxngsstrom des Reg lers. Ist die Netzspannung das heisst z.
B. die Phasenspannung <I>U-0,</I> kon stant, so ergibt,die Summe der Ständer- und Läuferspannungen je Phase in jeder Stellung des Läufers die ganze Phasenspannung, also es ergibt z. B. die Summe der Spannungen U-u und u-0 stets die Spannung<I>U-0.</I> Solange der Rotor sich in. der Grundstellung befindet, sind die Spannungen U-ac und u--0, infolge der übereinstimmenden magne tischen Achsen ihrer .Spulen,
miteinander ge mäss Fig. 2 in Phase. Wird hingegen der Läufer aus der Grundstellung um einen be liebigen Winkel a .durch äussere Kraft ver dreht, so werden die Phasen der Spannungen U-u und u--0 voneinander um den Win kel a abweichen, und gleichzeitig wird, wie dies aus dem Vektordiagramm laut Fig. 2 gefolgert wird, sowohl die Phasenspannung U-u als auch die Phasenspannung u--0,
also auch die Spannung u-v-w anwachsen.
Wenn man an die Punkte u--v-w eine elektrische Belastung anlegt, so verdreht sich der Läufer unter der Wirkung der Watt komponente .des Belastungsstromes aus seiner Grundstellung auch von selbst in eine neue Gleichgewichtsstellung. In diesem Falle be sitzt nämlich auch der im Läufer strömende Strom eine Wattkomponente, die zusammen mit dem umlaufenden magnetischen Feld ein Antriehsmoment erzeugt, das den Läufer so weit zu verdrehen sucht, bis.
ein Gleich- g,ewicht mit .dem rückführenden Drehmoment erlangt ist. Durch diese Verdrehung erhöht sich die Spannung u-v-w aus demselben Grunde wie im Falle der mit äusserer Kraft erzeugten Verdrehung.
Die beschriebene selbsttätige Spannungs- steigerungsvorrichtung ist in dieser einfach- sten Ausführungsform mit zwei praktischen Unvollkommenheiten behaftet, deren eine darin, besteht, da.ss das Mass der Spannungs erhöhung der Belastungsstromstärke nicht proportional ist. Diesen Nachteil kann man dadurch beseitigen, da.ss man auf die Welle ,
des freigelassenen Läufers ein. in der Rich tung des rückführenden Drehmomentes mit tels Federkraft erzeugtes äusseres Dreh moment einwirken lässt.
Ein einfacher Kunstgriff zur Erzeugung dieses äussern Drehmomentes ist in Fig. 3 dargestellt. Die nötige Hilfseinrichtung be steht aus dem auf die Welle des Induktions reglers .gekeilten Zahnrad z1 und dem mit demselben in Eingriff stehenden Zahnrad @, welch letzteres zweckmässig einen kleineren Durohmesser besitzt als das Rad z,
und in der Grundstellung des Läufers einer Zug- virkung der in der Ruhelage radial wir kenden Feder unterliegt. In der Grundstel- lung des Läufers wird daher auf die Welle desselben von der Feder kein zusätzliches Drehmoment übertragen, während in dem Falle, wo der Läufer unter der Wirkung des aus dem Belastungsstrome entspringenden Antriebsmomentes eine Verdrehung z.
B. in der Pfeilrichtung 1 (das. heisst in einer der Pfeilrichtung 2 des rückführenden Momentes entgegengesetzten Richtung) erleidet, die Fe der in die Lage f' gelangt und auch ihrerseits ein in. der Richtung des rückführenden Dreh momentes (also dem verdrehenden Dreh moment entgegen) wirkendes Drehmoment in der Pfeilrichtung 3 bezw. 2 ausübt, wobei durch Wahl einer geeigneten Federcharak teristik das Verhältnis zwischen der Strom stärke und der Spannungsänderung ange nähert linear gemacht werden kann.
Die zweite Unvollkommenheit der vor- beschriebenen Einrichtungg besteht darin, dass unter der Einwirkung der wattlosen Komponente des Belastungsstromes das rück führende Drehmoment anwächst und daher die Regelvorrichtung im Falle einer grösseren wattlosen Komponente des Belastungsstromes die Spannung zwischen den Punkten u-v-w bei derselben Stromstärke in kleinerem Masse steigern wird als, im Falle einer kleineren wattlosen Komponente. Mit andern Worten: das.
Ausmass der Regelung hängt stark von dem cos. 9p des Belastun.gsstromets ab. Diesem Nachteil kann man dadurch abhelfen, dass mau auf die Welle des Reglers ein in der Richtung des den Läufer verdrehenden Dreh momentes wirkendes äusseres zusätzliches Drehmoment einwirken lässt, das. mit der Stromstärke und mit dem Phasenwinkel des Belastungsstromes anwächst. Eine einfache iHöglichkeit zur Verwirklichung einer solchen Anordnung ergibt sich durch Anwendung eines zweiphasigen,
asynchronen Hilfsmotors lt mit Kurzschlussanker gemäss Fig. 4, dessen eine Phasenwicklung n, man über einen Kon densator c an eine Phasenspannung des ge regelten Netzes schaltet und durch ihre an dere Phasenwicklung s ,den Strom ,derselben Phase leitet. Diese Wicklungen können natürlich auch über Transformatoren vom geregelten Netz gespeist werden. Anstatt den Kondensator der Spannungsspule des Motors vorzusüha-lten, kann man denselben auch der Stromspule parallel schalten.
Durch Verwen dung des Kondensators lässt sich in beiden Fällen erreichen, dass sich zwischen den Klemmspannungen der beiden Wicklungen des Hilfsmotors derselbe Zeitwinkel einstellt, wie zwischen dem Strom und der Spannung der Belastung vorhanden ist. Hieraus folgt dann, dass das durch den Motor erzeugte Moment verhältnisgleich der Blindkompo nente -des Belastungsstromes wird.
Der Hilfsmotor übergibt sein Antriebs drehmoment unmittelbar oder über eine Za:hnradübe.rsetzung auf die Welle des Reglers; dieses zusätzliche Antriebsdreh moment besitzt bei cos rp = 1 der Netzlast den Wert Null, da bei richtiger Bemessung des Kondensators in diesem Falle Spannung und Strom zeitlich phasengleich sind, und erreicht seinen höchsten Wert bei cos p = 0, da dann die zeitliche Phasenabweichung zwi- sohen der Phasenspannung und der Be- la.stungsstromstärke 90 beträgt.
In den meisten praktischen Fällen ist der Regelbereich nicht gross (10-15%), so dass die Läuferwicklung im Verhältnis zur Stän- derwicklung mit einer grossen Windungszahl auszuführen ist; gegebenenfalls kann auch durch Hinauftransformierung der Spannung zwischen dem Netz und dem Regler der in .der Wicklung des Ständers entstehende Span nungsabfall ausgeglichen werden.