DE158415C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

Die gebräuchlichen ^Spannungsregler rn.it einem einzigen Relais, dessen' Wirkung nur von dem Strome' der _zu regelnden 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, und zwar zeigt:
Fig. ι seine 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,

Fig. 4 ein Schaltüngsschema für zwei Wechselstromerzeuger mit einer gemeinsamen Erregermaschine.

In allen Figuren sind, die gleichen Einzelteile mit denselben Bezugszeichen versehen.

In Fig. ι bezeichnet 1 einen Wechselstrom erzeuger, 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. 8 ist in die Erregerleitungen eingeschaltet, und ein Regelungswiderstand 9 befindet sich im Erregerstromkreis der Erregermaschine 4. Dieser Regelungswiderstand wird von Hand auf einen bestimmten Betrag eingestellt und nach seiner Einstellung selbsttätig ein- und ausgeschaltet.

Weiter sind zwei Solenoidspulen 10,11 angeordnet, deren Kerne derart gelagert sind, daß beim Anwachsen der Spannung in den zugehörigen Leitungen der eine gehoben, der andere gesenkt wird.

Das Solenoid 11 liegt in einem Nebenschluß 12,13 zur Erregermaschine, 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 18 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.

(s. Auflage, ausgegeben am 7. August igcrj.)

Die beiden Kontakte 20,21 bilden die Enden eines Stromkreises, welcher ein Relais 23 einschließt. Dieses 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 durch flössen wird. Die Gegenwicklung 100, welche den von der ersten Wicklung erzeugten Magnetismus aufheben soll, wird durch die genannten Kontakte 20, 21 eingeschaltet. Dieses Differentialrelais verhindert die Funkenbildung an den beweglichen Kontakten 20, 21, indem die Wicklung 99 als geschlossene Sekundärspule wirkt, welche die Entstehung eines Extrastromes in der Gegenwicklung 100 im Augenblicke der Öffnung dieses Stromkreises hintanhält.

Der Anker 104 des Relais 23 bewirkt die Verbindung oder die Unterbrechung zweier Kontakte 27,28, von denen der eine mit dem Anker beweglich, der andere fest gelagert ist. Diese Kontakte 27, 28 befinden sich an den Enden 44, 45 eines Stromkreises 29, 30 und schließen bei angezogenem Anker den in dem Erregerfelde liegenden Widerstand 9 kurz.

Ist also der Kontakt 20,21 geöffnet, so ist der Stromkreis 43, 100, 102, 42, 38, 37 unterbrochen, so daß der Relaisanker entgegen der Wirkung der Feder 31 durch den Magnetismus der Spule 99 angezogen wird.

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 eingeschaltet.

Die Wirkungsweise ist also folgende:

Ist der Regelungswiderstand kurz geschlossen,

- so steigt mit der Spannung des Erregers auch die des Wechselstromerzeugers, so daß die beiden Solenoide stärker erregt werden. Dadurch wird der Kontakt 20, 21 geschlossen, der Relaiskontakt 27, 28 geöffnet und der Widerstand 9 eingeschaltet. Entsprechend der Erhöhung des Widerstandes in den FeIdwicklungen des Erregers vermindert sich einerseits die Spannung der Erregers und die des Wechselstromerzeugers, andererseits auch die Anziehungskraft der Solenoide. Die Kontakte 20, 21 trennen sich, während die Kontakte 27, 28 sich von neuem berühren, so daß der Widerstand 9 abermals ausgeschaltet ist.

Dieselbe Wirkung wird durch Spannungs-

änderungen in der Netzleitung, z. B. durch

Änderung der Belastung infolge Ein- und Ausschaltens von elektrischen Strom Verbrauchern hervorgerufen. Es ist hiernach klar, daß bei geeigneten Abmessungen des Widerstandes die Spannung konstant erhalten werden kann. Der Grund der Verwendung zweier Solenoide 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 Gleichstromsolenoides II 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 hörmalen Lage liegt, je nachdem die elektromotorische Kraft des Erregers geringer 'oder größer als der Normalwert ist, und demzufolge wird die Wirkung des direkten Regulierungsmagneten 11 vermindert oder vergroß er t werden.

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 zusammen arbeiten würde. Wenn nun die elektromotorische Kraft des Erregers und des Magneten 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, der nötig ist, um die elektromotorische Kraft des Wechselstromerzeugers auf ihre normale Höhe zurückzuführen. In diesem Augenblick hört die Bewegung des Hebels 16 nach abwärts auf, so daß er nunmehr eine Lage einnimmt, die durch das Maß der elektromotorischen Kraft der Erregers, welche sich in der Wirkung des direkt beeinflußten Solenoides 11 gegen die Feder 19 äußert, bestimmt ist. Gleichzeitig ist das Bestreben des Hebels 17,. den Kontakt 20, 21 langer geschlossen zu halten, aufgehoben. Die Hebel 17 und 16 befinden sich in einer derartigen Stellung zueinander, daß eine geringe Bewegung der Hebel nach außen genügt, um den Kontakt 20, 21 zu lösen. Hat die elektromotorische Kraft der Wechselstromleitung 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 Erregerstromkreis 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 Wechselstromerzeugers hervorruft. Dadurch summieren sich die Wirkung der SoIenoide 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 Kontakte 20, 21 bewirkt wird. Die Kontaktstifte 20, 21 nehmen schließlich eine Lage ein, welche durch die neue elektromotorische Kraft des Erregers bestimmt ist, und es 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 Einschaltung des im Feldstromkreise des Erregers liegenden Widerstandes zu dem der Ausschaltung sich je nach dem Betrage der Spannung der Wechselstrom- und der Erregermaschine zufolge der Änderung der gegenseitigen Lage der Kontakte 20 und 21 ändert.

Die Kontaktstifte 20, 21 könnten auch direkt auf den Nebenschlußwiderstand einwirken, doch würden dieselben infolge Funkenbildung in kürzester Zeit zerstört werden. Diesem Übelstande vorzubeugen, wird das Relais 23 verwendet.

Nunmehr soll der übrige Teil der Schaltungsskizze nach Fig. 1 beschrieben werden. Die Spule des Magneten 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 Haupt Stromkreise geschalteten Transformators 110, dessen Primärspule vom Nebenschluß 14, 15 gebildet wird. Durch diese Anordnung des Magneten 10 in dem niedergespannten Sekundärstromkreis wird die gefahrlose Benutzung des Reglers ermöglicht. Zur Verminderung des Stromverbrauches sind Wider- go stände 98 in den Sekundärstromkreis eingefügt. Zu dem gleichen Zwecke befinden sich die Widerstände 94, 95 in dem Stromkreise der Solenoidspule 11.

Die zweite Wicklung 67 des Magneten 10 liegt im Stromkreise der Sekundärspule eines Reihentransformators in. 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 29 und 30, welche den Widerstand 9 überbrücken, führen zum Umschalter 108, welcher durch die Drähte 44 und 45 mit dem Kontakt 27, 28 in Verbindung steht. Eine Zweigleitung 46,47 enthält einen Kondensator 48, um die Funkenbildung an dem Kontakte 27, 28 zu verringern.

Um ein gefährliches Ansteigen der Spannung zu verhindern im Falle plötzlicher Einwirkungen auf den Stromkreis der Regelungsmagnete 10, 11, sind nachstehende Sicherheitsvorrichtungen angeordnet. Für den Hebel 16 ist ein Anschlag 65 angeordnet. Letzterer ist durch einen Draht 55 mit dem Leiter 38 verbunden. In gleicher Weise ist für den Hebel 17 ein Anschlag 84 vorgesehen, weleher durch einen Draht 56 mit dem Leiter 42 verbunden ist. Versagt daher der Strom in

einem der Magnete io und ii, so wird der entsprechende Hebel gegen seinen Anschlag bewegt, und. der Stromkreis 38,42 mit der Windung 100 des Relais ist geschlossen. Der Kontakt 27, 28 wird geöffnet und der Widerstand 9 in das magnetische Feld des Erregers eingeschaltet, so daß ein gefährliches Anwachsen der Spannung ausgeschlossen ist.'.
Zwischen den Leitungen 29 und 46 bezw.

30 und 47 befindet sich ein zweipoliger Schalter 49, durch den der Regler ausgeschaltet werden kann. , ■ ...

Der Schalter 50 ist zu dem Anlaß vorgesehen, um das Feld des Erregers rasch herzustellen, wenn der Generator angelassen ist. Beim Anlassen des Reglers ist es notwendig, den Kontakt 20,21 zunächst zu schließen, was ,durch Anheben des Kernes 68 erfolgt. Dies wird mittels einer Stange 89 bewirkt (Fig. 2), welche sich in festen Führungen 90 vertikal verschieben läßt und durch einen einstellbaren Ring 91 festgehalten wird.

. An dem oberen Ende der Stange befindet sich eine verstellbare Gabel 92, welche die Stange 70 unterhalb des Kernes 68 umgreift. Wird die Stange 89 gehoben, so folgt dieser Bewegung auch der Kern 68, und der Kontakt 20, 21 ist geschlossen. Die Stange wird hierauf losgelassen und fällt durch ihr Eigengewicht wieder herab.

Bei den Einrichtungen, welche 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 Einrichtung 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 Einflüsse 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, Kondensatoren 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 abgegrenzte Gegenwicklung 100 des Differentialrelais 23 stromlos. Wenn gleichzeitig auch die Wicklung 99 stromlos ist, in dem Falle, daß die Wicklung 99 von derselben Elektrizitätsquelle aus wie das Solenoid 11 den Strom erhält (Fig. 3), so zieht die Feder 31 den Anker 104 nach aufwärts und der Kontakt 27,28 ist geschlossen, was bei Stromlosigkeit des Erregers stets der Fall sein muß.

Beginnt der Stromerzeuger Arbeit zu leisten, so ist durch vorläufige Beibehaltung dieser Kontaktstellung der Regelungswiderständ 9 ausgeschaltet. Dadurch steigt die elektromotorische 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 31 und der Anker 104 mit seinem Kontakt 27 wird von dem Kontakt 28 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 stromlosen Relais geschlossenen Relaiskontakte das Bestreben haben, die elektromotorische 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 selbst an und ist daher die Benutzung von Anlaßschal tvorrichtungen (Schalter 50, Stange 89) nicht nötig. Alle Stromläufe too sind dieselben wie bei dem zuerst beschrie-, benen Regler, mit Ausnahme, daß die Haupt und Relaiskontakte entgegengesetzte Wirkung ausüben und die Schutzleitungen 55, 56 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 durch die Wicklung 99 fließt, den Anker 104 nach abwärts, die Kontaktstifte 27,28 sind voneinander entfernt und der Regelungswiderstand -9 ist eingeschaltet, wodurch ein gefahrvolles Ansteigen der Spannung in den Hauptleitungen verhindert ist.

Öbzwar die vorliegende Erfindung hauptsächlich zur Regelung von Wechselstromdynamomaschinen bestimmt ist, so ist dieselbe auch gleich gut zur Regelung von Gleichstromdynamomaschinen zu verwenden.

Desgleichen kann die vorliegende Erfindung noch zur gleichzeitigen Regelung einer Anzahl

Claims (2)

1. von Gleich- oder Wechselstromdynamomaschinen verwendet werden. Bei dem in Fig. 4 dargestellten Diagramme bezeichnen 1 und 126 zwei Wechselstromdynamomaschmen, 4 den gemeinsamen Erreger. Die verschiedenen leitenden Verbindungen für die Apparate des Reglers sind mit demselben Bezugszeichen wie in den anderen Figuren benannt.

   Die in der Beschreibung behandelten Apparate können verschiedene Ausführungsformen annehmen, ohne daß der Grundgedanke der Erfindung verlassen wird. So kann z. B., wenn für den Regelungsmagneten die Compoundwicklung verwendet wird, der Reihen transformator in weggelassen und eine oder zwei Windungen von einem der Hauptleitungsdrähte um den Regelungsmagneten gelegt werden.

   Paten τ-Ansprüche:
   20

   i. Selbsttätiger Spannungsregler für mit Erregermaschinen ausgerüstete Dynamomaschinen, dadurch gekennzeichnet, daß die abwechselnde Ein- und Ausschaltung des im Feldstromkreise des Erregers liegenden Widerstandes durch zwei bewegliche Kontakte bewirkt wird, von denen der eine durch die in der zu regelnden Maschine, der andere durch die in dem Erreger herrschende elektromotorische Kraft beeinflußt wird, wodurch ein rasches Ein- und Ausschalten des während einer Regelungsperiode konstant bleibenden Erregerfeldwiderstandes entsprechend den Änderungen der zu regelnden Spannung erfolgt und ein Pendeln der letzteren vermieden wird.
2. 2. Ausführungsform des selbsttätigen Spannungsreglers nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beweglichen Kontakte (20,21) entweder bei steigender (Fig. 1) oder bei fallender Spannung (Fig. 3) sich einander nähern und bei Berührung eine auf dem Relais (23) angeordnete Gegenwicklung (100) einschalten, wodurch der von der anderen ständig eingeschalteten Relaiswicklung erzeugte Magnetismus aufgehoben wird und der freiwerdende Anker entweder unter Aufhebung eines Kurzschlußkontaktes den Widerstand (9) in den Feldstromkreis der Erregerdynamomaschine (4) einschaltet (Fig. 1) oder ihn durch Schließung des Kurzschlußkontaktes ausschaltet (Fig. 3).

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.

   Berlin. GEDRUiKt in dek