DE208521C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

- M 208521 '-KLASSE 21 c. GRUPPE

GEORGE SPENCER NEELEY in ST. LOUIS.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 18. Dezember 1906 ab.

Die Erfindung betrifft einen selbsttätig wir- ' kenden Spannungsregler für Gleich- und Wechselstrommaschinen, bei dem ein in die Erregung ~ geschalteter Widerstand unter dem Einflüsse einander entgegenwirkender Wicklungen selbsttätig verändert wird.

Solche Spannungsregler sind an sich nicht

. neu. Einer derselben ist zum Beispiel derart eingerichtet, daß der Widerstand unter dem

ίο Einflüsse einer vom Erregerstrome gespeisten Spule und einer ihr entgegenwirkenden, von der Spannung des Netzstromes erregten Spule verändert wird. Hierbei kann noch der Netzstrom zwecks feinerer Regelung zur Unter Stützung der Spannungswirkung hinzugezogen werden. Bei dieser Einrichtung wird der in den Erregerstromkreis geschaltete Widerstand durch die von den Spulen beeinflußten Kontakte periodisch kurzgeschlossen. Zur Verhinderung eines Lichtbogens zwischen den Kontakten ist ihnen ein Kondensator parallelgeschaltet. Gemäß der vorliegenden Erfindung arbeitet der vom Erregerstrome gespeisten Spule eine vom Netzstrome gespeiste Wicklung entgegen, ■ und der in den Erregerstromkreis geschaltete Widerstand wird in an sich bekannter Weise von einem zu einem Widerstand (beispielsweise mit negativem Temperaturkoeffizienten) parallelgeschalteten Lichtbogen gebildet; der zwischen den von den Spulen beeinflußten Kontakten gezogen wird. Durch diese Einrichtung werden den bekannten Vorrichtungen gegenüber folgende, nicht unwesentliche Vorteile erzielt.

Bekannt ist "es, statt der in einem Netze durch Belastungsänderungen auftretenden Spannungsschwankungen die Ursache dieser, nämlich die Stromschwankungen, für den Regelungsvorgang zu verwenden. Bei dem Erfindungsgegenstande werden jedoch durch Anwendung dieses bekannten Prinzips besondere Vorteile in der Weise erreicht, daß diese Stromschwankungen unmittelbar (d. h. nicht erst über ihre Folgeerscheinungen, die Spannungsschwankungen, hinweg) auf die Regelungsvorrichtung einwirken und den Widerstand des Erregerstromkreises verändern, und daß die hieraus folgenden Änderungen des Erregerstromes zur Einstellung der dem neuen Belastungszustande entsprechenden Erregung des Hauptgenerators benutzt werden. Der Regelungsvorgang vollzieht sich also dadurch, daß sowohl die Ursachen der Spannungsschwankungen (die Netzstromänderung) als auch die Ursachen für die Neueinstellung der Spannung (die Erregerstromänderung) unmittelbar zur Regelung benutzt werden. Letztere erfolgt sehr schnell und außerdem kontinuierlich, d. h. ohne Sprung und in sehr feinstufiger Form, weil die Widerstandsänderung des Erregerstromkreises durch einen leicht veränderlichen, auf beliebigen Widerstandswert ohne Sprung allmählich selbsttätig einstellbaren Lichtbogen veranlaßt wird, der eine ganz kontinuierliche Änderung der Anziehungskraft der vom Erregerstrome gespeisten, der Netzstromspule entgegenwirkenden Wicklung herbeiführt.

Auch bei dieser Einrichtung kann die Spannung in kompoundierendem Zusammenwirken mit dem Netzstrome zur feineren Regelung herangezogen werden, wobei die von ihr beeinflußte Spule dann im Richtungssinne der Erregerstromspule und entgegen einer Feder wirkt.

Die Erfindung ist auf den Zeichnungen dargestellt, und zwar in Fig. ι bei einem durch

ίο eine besondere Erregermaschine erregten Wechselstromgenerator und in Fig. la bei einem sich selbst erregenden Gleichstromgenerator.

Bei der in Fig. ι dargestellten Anlage geht der Erregerstrom der Erregermaschine A durch die Leitung α zu dem Magneten 1 und von dort durch den Draht b einerseits durch einen Widerstand 2 (z. B. einer besonderen Type einer Glühlampe), der einen negativen Temperaturkoeffizienten hat und ungefähr 80 Prozent des Nebenschlußstromes aufnehmen kann, andererseits durch den Draht 0 nach einem beweglichen Kontakte 3 und über einen zwi- ■ sehen diesem und dem festen Kontakte 4 gebildeten Lichtbogen nach dem anderen Pole des Widerstandes 2, so daß dieser im Nebenschluß zu dem Lichtbogen liegt. Über Leitung e und die Feldwicklung ist der . Erregerstromkreis der Erregermaschine A geschlossen.

Der bewegliche Kontakt 3 trägt einen Anker 3^a, welcher bei 3* schwingbar angeordnet ist. Durch Veränderung der Lichtbogenlänge wird der Gesamtwiderstand der beiden parallelgeschalteten Widerstände 3, 4 und 2 geändert, demzufolge der Feldstrom der Erregermaschine und damit der Feldstrom des Wechselstromgenerators B, also auch die Netzspannung zwischen den Hauptleitungen/und g. 5 ist die Primärspule eines Stromtransformators, dessen Sekundärwicklung 6 durch gesicherte Drähte h und * mit der Spule eines Solenoidmagneten 7 verbunden ist. Der Kern 8 desselben ist durch eine Stange 9 . mit dem beweglichen Kontakte 3 unter Zwischenschaltung eines elastischen Mittels, z. B. einer Feder 9^a, verbunden. Letztere soll die Übertragung der Schwingungen der Stange 9 auf den beweglichen Kontakt 3 verhindern, wenn die Vorrichtung in einer Wechselstromanlage verwendet -wird. Die Feder 9^a ist dagegen nicht erforderlich, wenn diese Vorrichtung bei einer Gleichstromanlage benutzt wird. Der Magnet 7 arbeitet dem Magneten 1 entgegen und ist bestrebt, den Widerstand 2 kurzzuschließen, während der Magnet 1 bestrebt ist, den veränderlichen Lichtbogenwiderstand zu vergrößern und damit auch den die Spule 1 durchfließenden Erregerstrom zu verkleinern.

Die oben an einer durch Schraube I2^a einstellbaren Feder 12 befestigte Stange 9 erstreckt sich durch den Magneten 7 hindurch und trägt an ihrem oberen Ende einen Kern 10, welcher in einem Magneten 11 angeordnet ist. Letzterer wird durch die Netzspannung erregt und wirkt in derselben Richtung wie die Spule 1 auf den Kontakt 3 ein, unterstützt diese also in ihrer Wirkung. Er greift allein regelnd ein, wenn Änderungen in der Spannung auftreten, die von den Geschwindigkeitsschwankungen herrühren. Der Magnet 11 liegt an der Sekundärwicklung 13 eines Spannungstransformators 14.

Bei dieser Regelungsvorrichtung hat man also zwei in ihren Wirkungen einander entgegenarbeitende Gruppen, nämlich Magnet 7 und Feder 12 wirken in der einen Richtung und die Magnete 1 und 11 in der anderen auf den beweglichen Kontakt 3 ein.

Die Wirkungsweise der· Vorrichtung in Fig. 1 ist folgende:

Wenn die von der Dynamomaschine B an das Netz gelieferte Energiemenge vergrößert wird, so vermehrt sich der Strom in den Hauptleitungen f und g und in dem Reihentransformator 5, 6. Dadurch wird die Anziehungskraft des Magneten 7 auf den Kern 8 verstärkt und der Kontakt 3 dichter an Kontakt 4 herangebracht. Demzufolge wird der Widerstand im Erregerstromkreise der Erregermaschine A vermindert und der Erreger- go strom derselben und der Dynamomaschine B verstärkt.

Mit der Verstärkung des Erregerstromes von A wächst die anziehende Kraft des Magneten i, und zwar, wie bereits oben gesagt wurde, kontinuierlich. Dieser sucht seinerseits den unter Wirkung der vom Netzstrome gespeisten Spule 7 und der Feder 12 nach oben bewegten Kontakt 3 wieder nach unten, d. h. im Sinne einer Vergrößerung' des Lichtbogen-Widerstandes, also einer Verkleinerung des Erregerstromes, zu bewegen. Hierdurch schwächt er aber seine eigene Anziehungskraft, und der Kontakt 3 bleibt schließlich in einer solchen Lage stehen, daß der Lichtbogenwiderstand zwischen den Kontakten 3, 4 dem erhöhten Netzbelastungszustande und dem in Spule 7 vermehrten Strome entsprechend unter dem Einflüsse der beiden einander entgegenwirkenden Spulen 7 und 1 derart eingestellt ist, daß trotz der Belastungszunahme die vor derselben herrschende, konstant zu haltende Netzspannung zwischen f und g wieder vorhanden ist. Die Regelung geht unter dem Einflüsse des Netz- und Erregerstromes schnell und infolge des kontinuierlich veränderlichen Lichtbogenwiderstandes allmählich vor sich, vollzieht sich also sehr genau mit feinstufiger Änderung des Erregerwiderstandes.

Kompoundierend kann noch die Wirkung der die Spule 11 speisenden Netzspannung hinzugezogen werden. Bei Stromzunahme im

Netze/, g sinkt infolge des Spannungsabfalles in der Leitung und des unvermeidlichen Umdrehungsnachlasses der Antriebsmaschine die Spannung am Transformator 14. Hierdurch wird die Wirkung der Spule 11 geschwächt, so daß sie dem vereinten Wirken der ihr entgegenarbeitenden Spule 7 und der Feder 12 in bezug auf die Bewegung des Kernes 9 und des Kontaktes 3 weniger Widerstand ent- · gegensetzt. Bei Wiederansteigen der Spannung zwischen / und g (zufolge der, an 3, 4 erfolgten Nachregulierung) tritt das Umgekehrte ein, und sie wirkt im Richtungssinne der Spule 1 auf die Stange 9 und Kontakt 3 ein, bis der dem neuen Belastungszustande . entsprechende Gleichgewichtszustand der Regelungsvorrichtung erreicht ist.

Bei Geschwindigkeitsänderungen der Antriebsmaschine (ohne Belastungsänderung im Netze) leitet die Spule 11 infolge der mit ersteren verbundenen Spannungsschwankungen allein den Regelungsvorgang ein, bei dem Vor allem zunächst die Feder 12 dem Magneten 11 das Gegengewicht hält, und dessen Verlauf im übrigen ohne weiteres zu übersehen ist.

Auch der bei Entlastung des Netzes /, g eintretende Regelungsvorgang läßt sich an Hand der obigen Darstellung ohne nähere Erläuterung verfolgen.

Falls im Netze gar keine Belastung herrscht, wird die Leerlaufspannung nur unter der Wirkung des Magneten 1 und der Feder 12 geregelt, die von Hand eingestellt werden kann.

Diese Handeinstellung könnte auch einsetzen und der Betrieb der Anlage dadurch aufrecht erhalten werden, falls die Magnete 11 und 7 aus irgendwelchen Gründen versagen. In Fig. ι ist der Regler an einer durch eine besondere Erregermaschine erregten Wechselstrom-Dynamomaschine dargestellt. Hier ist ein Reihentransformator im Arbeitsstrome und im Falle von Hochspannung ein Spannuhgstransformator angeordnet, damit die Regelungsvorrichtung keine Hochspannung erhält. •. Fig. ι a zeigt die Vorrichtung bei einer selbsterregenden Gleichstrom-Dynamomaschine. Die Wirkungsweise ist genau dieselbe wie bei der in Fig. 1 dargestellten Einrichtung. Hier sind nur die Transformatoren weggelassen. Der Reihentransformator ist durch einen Widerstand r im Arbeitsstromkreise ersetzt, der einen dem Netzstrome proportionalen Teilstrom in den Magneten J^d abzweigt. Der Magnet xz^d wird, wie die Figur zeigt, unmittelbardurch die Spannung des Arbeitsstromkreises erregt.

Die im Sekundärstromkreise des Strom-. transformator 5, 6 der Fig. 1 bzw. im Abzweigstromkreise des Widerstandes r der Fig. 1 a ■liegende Schmelzsicherung 6^a ist so bemessen, daß sie den Durchgang eines Stromes gestattet, für welchen der Apparat ursprünglich eingestellt ist. Schmilzt die Sicherung durch, so wird der Magnet 7 bzw. J^d- unwirksam, so daß dann die Kraft des hierdurch nicht beeinflußten Magneten 1 vorherrscht und den veränderlichen Widerstand so vermehrt, daß seine volle Größe in den Erregerstromkreis eingeschaltet wird. Der Feldstrom beträgt dann ungefähr 80 Prozent des für Vollbelastung normalen Wertes, und dementsprechend stellt sich auch die Spannung des Netzes ein.

Die Kerne 8 und 10 sind auf der mit Schraubengewinde versehenen Stange 9 einstellbar. Ebenso lassen sich die Magnetspulen i, 7 und 11 in senkrechter Richtung verstellen.

Claims (2)

Patent-An Spruch e:

1. Selbsttätiger Spannungsregler für Gleich- und Wechselstrom-Dynamomaschinen mit einem die Erregung beeinflussenden, veränderlichen Widerstände, dadurch gekennzeichnet, daß die Änderung des in bekannter Weise aus einem zu einem Widerstände parallelgeschalteten Lichtbogen bestehenden Erregungswiderstandes unter dem Entgegenwirken einer vom Nutzstrom und einer vom Erregerstrom gespeisten Wicklung erfolgt.

2. Selbsttätiger Spannungsregler nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine dritte, von der Spannung des Nutzstromes erregte und die vom Erregerstrom gespeiste Wicklung unterstützende Wicklung.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen.