DE146525C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Verbesserung der elektromagnetischen Reguliervorrichtung, welche im Haupt-Patent geschützt ist.

Vorweg sei bemerkt, daß, wenn man die Stromstärke eines beliebigen Stromerzeugers verändert, während man dessen Erregung konstant läßt, die Änderung der Klemmenspannung, welche man beobachtet, zwei Ur-Sachen hat, nämlich einmal die Rückwirkung des Ankers des Stromerzeugers, welche sich augenblicklich äußert, das andere Mal aber die Geschwindigkeitsänderung des Motors, die von der Änderung der Belastung des Stromerzeugers herstammt. Dieser zweite , Effekt tritt aber nicht augenblicklich ein, sondern hängt lediglich von der Trägheit der umlaufenden Teile ab. Demnach kann man zwei Störungen unterscheiden, die elektrische und die mechanische, zwischen beiden aber besteht ein charakteristischer Unterschied: Die elektrische Störung läßt sich augenblicklich aufheben, da die sogen. Zeitkonstante der induzierenden Stromkreise stets so klein gehalten werden kann, daß sie nicht mehr in Betracht kommt. Ursache und Wirkung weisen in diesem Falle keine meßbare Zeitdifferenz auf. Dagegen bedingen bei den mechanischen Störungen die Trägheitsmassen eine Zeitdifferenz zwischen Ursache und Wirkung. Es kann also eine elektrische Störung ohne die geringste mechanische Störung vor sich gehen, nicht aber umgekehrt; jede mechanische Störung verwickelt sich vielmehr sofort durch eine elektrische Störung. Hieraus folgt, daß das Problem der selbsttätigen Regelung für stromerzeugende Gruppen wesentlich unter dem Gesichtspunkt der Aufeinanderfolge der Erscheinungen zu betrachten ist, und daß man ferner das Auftreten der mechanischen Störung so weit wie möglich vermeiden muß. Nehmen wir einmal an, es handle sich darum, eine Gruppe zu regeln, die einen Wechselstromerzeuger mit starker Ankerrückwirkung enthält. Sobald das Verteilungsnetz stärker belastet wird, tritt eine Stromvermehrung und ein Spannungsabfall auf. Die Energie wächst dagegen nicht beträchtlich, da sie das Produkt der beiden Faktoren ist, die im umgekehrten Sinne sich verändern. Es kann vorkommen, daß die Energie praktisch dieselbe bleibt und die Antriebsmaschine sich mit gleicher Geschwindigkeit dreht. Hierbei ist zu bemerken, daß diese elektrische Störung immer mit einer mechanischen verbunden sein würde, sobald man die Widerstände im Feldkreise veränderte, ohne gleichzeitig auf das Schaufelwerk einzuwirken. Diese Art der Regelung wird allerdings täglich in den Zentralstationen geübt, wo bei den Gleichstrommaschinen aber nur die Spannungsmesser zu beobachten sind. In dem hier be-

trachteten Falle einer Wechselstrommaschine würde das Ergebnis einer solchen Regelung aber eine Änderung der Geschwindigkeit der Gruppe sein, die bei beträchtlichen Massen allerdings langsam eintreten würde, aber stets von einer neuen Änderung der Spannung begleitet sein würde.

Daraus ergibt sich für uns: Wenn der Stromerzeuger eine starke Ankerrückwirkung

ίο besitzt, so muß der elektromechanische Regulator in Wirksamkeit treten, ehe eine mechanische Störung auftritt, und da er sofort gleichzeitig auf das Schaufelwerk und den Widerstand einwirken wird, so bleibt die Geschwindigkeit der Gruppe konstant.

Wenn wir nun einen Stromerzeuger mit gemischter Wicklung betrachten, und zwar einen solchen, der eine sich gleich bleibende Spannung unabhängig von der Leistung gibt, so sehen wir, daß eine Belastung des Netzes mit neuen Verbrauchsstellen eine Stromvermehrung ergibt, daß aber die Spannung sich nicht ändert. Daraus folgt aber, daß der Energieverbrauch sich ändert, also die Geschwindigkeit der Antriebsmaschine nachläßt; diese erzeugt eine elektrische Störung.

Man sieht also, daß der elektromechanische Regulator mechanisch vom Stromerzeuger angetrieben werden muß, wie es im Haupt-Patent angegeben ist. Läge er nur im Nebenschluß zu den Klemmen des Stromerzeugers, so kann er nicht wirksam werden, es sei denn, daß eine mechanische Störung schon aufgetreten ist. Aus den früheren Betrachtungen sieht man aber, daß das Problem der Regelung sich wesentlich vereinfacht, wenn man es erreichen kann, daß die Vorrichtung vor dem Auftreten der mechanischen Störung in Wirksamkeit tritt. Dies läßt sich nur dadurch erreichen, daß man zum Antrieb des Reglers stets die sich unmittelbar äußernde Änderung des Hauptstromes benutzt. Man muß die Änderung des Stromes, der Spannung und der Geschwindigkeit auf das Schaufelwerk und die Felderregung einwirken lassen, und zwar muß der Strom im entgegengesetzten Sinne wie die Spannung und die Geschwindigkeit wirken.

Die einfachste Anordnung, mit der sich dies erreichen läßt, ist die Kompoundierung des Regulators, den man der Differenzwirkung" der Stromstärke und Spannung unterwirft. Handelt es sich um Wechselstrom, so läßt sich in bequemer Weise hierzu ein Transformator benutzen, dessen eine Wicklung vom Hauptstrom durchflossen ist, während die andere (vergl. Fig. 1) einerseits an die Klemmen des Wechselstromerzeugers und andererseits an die Klemmen des Regulators (vergl.

das Haupt-Patent) angeschlossen ist, wobei die Verbindungen derart getroffen sein müssen, daß sich die Klemmenspannung und die durch die Primärwicklung induzierte Spannung entgegenwirken, so daß jede Vermehrung des Arbeitsstromes eine Verminderung der Spannung an den Klemmen des Regulators zur Folge hat.

Um hierbei Phasenunterschieden des Hauptstromes Rechnung zu tragen, kann man einen besonderen Transformator ο benutzen, weleher gestattet, die Phasenunterschiede zwischen den elektromotorischen Kräften zu verändern, die in der Kompoundwicklung einander entgegen wirken. Solch ein Apparat ist in Fig. 2 dargestellt. Er besteht aus einem doppelpoligen Transformator mit Drehfeld. Die Primärwicklung' C, welche auf dem festen Kern angebracht ist, ist vom Hauptstrom des Stromerzeugers durchflossen; die sekundäre Wicklung befindet sich auf einem besonderen drehbaren Kern B. Die Sekundärwicklung ist, wie in Fig. 1 dargestellt , an die Klemmen des Regulators und des Stromerzeugers A angeschlossen.

Man kann ferner bei diesen Transformatoren mit umgekehrter Kompoundierung die eine Wicklung (Hauptwicklung) durch eine Nebenschluß wicklung ersetzen, welche vom Hauptstrom abgezweigt wird.

Es bleibt jetzt noch übrig, zu untersuchen, wie durch die selbsttätige Rückführung des Regulators in die Ruhelage die Regulierung im geeigneten Augenblick beendigt werden kann, nachdem nach einer Veränderung der Leistung des Stromerzeugers die durch den Regulator eingeleitete Beeinflussung des Regelungswiderstandes und des Schaufelwerkes die nötigen Veränderungen in der Erregung und in der Leistung der Antriebsmaschine hervorgerufen hat.

Wir werden zuerst den Fall betrachten, daß wir es mit einem kompoundierten Stromerzeuger, den wir mehrphasig annehmen, zu tun haben. Es bleibt also die Klemmenspannung konstant, und der Regulator hat nur auf das Schaufelwerk zu wirken. Um nun zu erreichen, daß der Stillstand des Mechanismus im gewünschten Augenblick stattfindet, ist es notwendig, daß der Regulator in seine Gleichgewichtslage zurückgeführt sei, wenn die Bewegung des Schaufelwerkes für die Zulassung die nötige Veränderung hervorgerufen haben wird. Zwei verschiedene Mittel lassen sich hierzu anwenden:

Man kann von der Bewegung des Schaufelwerkes entweder eine Anordnnng abhängig machen, welche das entgegenwirkende Drehmoment im Regulator mechanisch beeinflußt, oder eine solche, welche das elektromagnetische Drehmoment des Regulators elektrisch beeinflußt.

1. Lösung: Jedem Stromwert entspricht ein Wert der der Arbeitsmaschine zugeführten Kraft und ein besonderer Wert des von ihm am Regulator ausgeübten Drehmomentes. Bei Leerlauf ist dieses Drehmoment ein Maximum, mit der Belastung nimmt es zufolge der Gegenwindungen der Hauptwicklung im Transformator ab. Es wird deshalb genügen, um Stillstand im gewünschten Augenblick zu erzielen, daß die Verstellung des Schaufelwerks im Sinne der Öffnung, d. h. der Vergrößerung der zugeführten Kraft eine entsprechende mechanische Schwächung des entgegenwirken-' den Drehmomentes des Regulators mit sich bringt. Dieses Ergebnis läßt sich z. B. durch die Anwendung einer Feder erreichen. Fig. 1 zeigt schematisch eine dieser Anordnungen, dabei ist L ein Hebel am beweglichen Teil des Regulators, P ein Gegengewicht, R eine diesem Gewicht entgegenwirkende Hubfeder, £ ein Zwischenhebel, der sich um einen festen Punkt p^l dreht und eine Rolle g trägt, die beständig gegen die schiefe Ebene K durch die Feder T, welche in p'² befestigt ist, gedrückt wird.

Der Daumen K ist auf der Stange b befestigt, die bei Bewegung des Schaufelwerks eine Verschiebung erfährt.

Fig. 3 zeigt eine andere Ausführungsform, bei welcher das Archimedische Prinzip benutzt ist. Wie zuvor bedeutet L den Hebel des Regulators und P das Gegengewicht, während das ringförmige Gefäß C mit Quecksilber gefüllt ist. Der Schwimmer F, ebenfalls ringförmiger Gestalt, ist an der Stange, welche das Gegengewicht P trägt, angebracht. Die Kulisse K steht mit dem Schaufelwerk in Verbindung und senkt oder hebt das Gefäß C. Diese letztere Anordnuug hat den besonderen Vorteil, daß ein Fehler in der Form der Kulisse leicht durch Einführung kleiner Kompensationskörper, so wie z. B. m, ausgeglichen wird.

2. Lösung: Nehmen wir an, daß das entgegenwirkende Drehmoment, welches durch das Gewicht P erzeugt wird, sich gleich bleibt, so wird jede Stromvermehrung, die der Stromerzeuger erzeugt, eine Verminderung des elektromagnetischen Kräftepaares zur Folge haben. Um dieses nun auf seinen normalen Wert zurückzuführen und den Regulator in das Gleichgewicht zu bringen, kann man (vergl. Fig. 4) durch die Bewegung des Schaufelwerks einen Widerstand r verändern, welcher in den Speisestromkreis des Regulators eingeschaltet ist. Eine Verstellung des Schaufelwerks im Sinne der Öffnung muß die Wirkung haben, die Spannung an den Klemmen des Regulators zu erhöhen und folglich den Widerstand vermindern. Statt der Widerstände können selbstverständlich auch veränderliche Selbstinduktionen eingeführt werden.

Endlich kanu man die Anordnung so treffen (vergl. Fig. 5), daß man die Bewegung des Schaufelwerks auf Widerstände, welche in dem Stromkreis des im Gleichgewicht befindlichen Läufers t des Reglers angeordnet sind, einwirken läßt (der Regulatorhebel L und die dazugehörigen regelnden Organe sind in Fig. 5 nicht gezeichnet). Die Verstellung im Sinne der Öffnung muß alsdann die Widerstände s so vermindern, daß der Spannungsfall· an den Klemmen des Regulators ausgeglichen wird.

In besonderen Fällen können beide Lösungen miteinander vereinigt werden.

Der auf eine der beiden Weisen (mechanisch oder elektrisch) selbsttätig in die Ruhelage zurückgeführte Regulator wird wie eine Wage wirken, welche das Energiequantum, das dem Stromerzeuger entnommen wird, abwägen würde und durch ihre Neigung die Öffnung des Schaufelwerkes regeln und in die Gleichgewichtslage zurückgeführt werden würde, sobald die Öffnung genügend groß ist. Das Anlassen und Anhalten ist also unabhängig von der Geschwindigkeit der Gruppe, welche, praktisch gesprochen, konstant bleiben wird, wenn die betreffende Verstellung schnell vor sich geht.

Für besondere Anwendungen, z. B. für Gleichstrom, kann man auch den Regulator vereinfachen, indem man die Wirkung einer Spule auf einen magnetischen Kern benutzt. Der Apparat würde in diesem Falle sich als einfacher Magnet darstellen, welcher zwei Spulen, die eine im Nebenschluß, die andere in umgekehrter Kompoundierung, trägt. Der Anker könnte an einem im Gleichgewicht befmdlichen Hebel T aufgehängt werden, welcher dem Hebel L entspräche. Alle Einrichtungen , welche für die Zurückführung des Reglers in die Ruhelage vorgesehen sind, bleiben direkt für den besonderen Fall verwendbar. Die Schaltung ist in Fig. 6 gezeigt. In dem vorliegenden Fall ist C eine Gleichstrommaschine, die von einer Dampfmaschine angetrieben wird, dabei ist angenommen, daß der Regulator ohne Zwischen-Schaltung eines Hilfsmotors wirkt.

In der Zeichnung bedeutet ferner L¹ L² die Verbrauchsleitung und R den Widerstand für die Regelung der Erregung. Vermöge einer Verstellung des Kontaktgleitstückes y wird die Spannung an den Klemmen des Stromerzeugers C verändert. M ist eine Doppelspule mit zwei verschiedenen Wicklungen , eine in Reihenschaltung mit dem Verbrauchsstromkreis und folglich vom Verbrauchsstrom durchflossen, die andere im Nebenschluß zu den Klemmen der Maschine

mit Zwischenschaltung eines Widerstandes U, welcher durch die Lagenveränderung des Gleitstückes y vergrößert oder vermindert werden kann; beide Wicklungen wirken einander entgegen. Dabei ist der Apparat so konstruiert, daß die Zugkraft von der Stellung des Kernes unabhängig ist und nur durch die Amperewicklungen · der Spule bedingt wird. Vermittels der Stange T steht der Kern der

ίο Spule 5 mit dem Mechanismus in Verbindung, welcher den Dampfzulaß regelt, und zwar so, daß eine Bewegung in die Höhe mehr, eine Bewegung nach unten weniger Dampf zuläßt. Die Stange T trägt die beiden Kontaktgleitstücke xy, von welchen vorher die Rede war, sowie endlich ein Gewicht P.

Als Ausführungsbeispiel ist bisher eine

Kompoundmaschine gewählt worden, indessen ist klar, daß auch ein Stromerzeuger der im Haupt-Patent beschriebenen Art mit selbsttätigem Widerstandsregler, bei welchem Schaufelwerk und Spannung gleichzeitig in den normalen Zustand zurückgeführt wird, an Stelle der Kompoundmaschine treten kann.

Es beschränkt sich deshalb die Erfindung nicht auf kompoundierte Maschinen, sondern umfaßt allgemein solche, welche mit dem Regler nach dem Patent-Anspruch des Haupt-Patentes ausgestattet sind.

Claims (5)

1. Patent-Ansprüche:

   I. Eine selbsttätige Regelungsvorrichtung nach Patent 138118 für Anlagen mit Dynamomaschinen, dadurch gekennzeichnet, daß' das auf den Regulator wirkende elektromagnetische Drehmoment mit Vermehrung der Spannung des Stromerzeugers und der Geschwindigkeit der Antriebsmaschine wächst, aber fällt, sobald die Stromausgabe des Stromerzeugers steigt, zum Zwecke, den Regulator unmittelbar durch die Veränderung des Hauptstromes selbst dann in Tätigkeit zu setzen, wenn Geschwindigkeit und Spannung sich nicht ändern.
2. 2. Eine Ausführungsform der Regelungsvorrichtung nach Anspruch 1 für Dynamomaschinen, dadurch gekennzeichnet, daß das die Kraftzufuhr und die Erregung der Gleichstrommaschine beherrschende Organ (T) von einem unter der Differentialwirkung einer Strom- und Spannungsspule stehenden Solenoid beherrscht wird.
3. 3. Eine Ausführungsform der Regelungsvorrichtung nach Anspruch 1 für Wechselstrommaschinen, gekennzeichnet durch die Benutzung eines Transformators mit Differentialkompoundierung, gegebenenfalls im Verein mit einem Phasentransformator in der Weise, daß das Organ, welches auf Regelung des Motors und Erregung des Stromerzeugers wirkt, von einer Differentialanordnung abhängig gemacht ist, \velche der Wirkung des Stromes die Spannung entgegensetzt.
4. 4. Eine Ausführungsform der Regelungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Regulator nach Beendigung der Regulierung durch die vom Regelungsorgan bewirkte Veränderung der dem elektromagnetischen Drehmoment entgegenwirkenden Kraft (beispielsweise durch Änderung der Feder (r) oder des hydraulischen Auftriebs) in die Ruhelage zurückgeführt wird.
5. 5. Eine Ausführungsform der Regelungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Regulator nach Beendigung der Regulierung durch die vom Regelungsorgan bewirkte Änderung des elektromagnetischen Drehmoments (beispielsweise durch Änderung des der Regulatorwicklung vorgeschalteten Widerstandes) in die Ruhelage zurückgeführt wird.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.