DE240911C

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Publication number: DE240911C
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KAISERLICHESIMPERIAL

PATENTAMT.PATENT OFFICE.

PATENTSCHRIFTPATENT LETTERING

- M 240911 KLASSE 21c. GRUPPE- M 240911 CLASS 21c. GROUP

Patentiert im Deutschen Reiche vom 10. September 1910 ab.Patented in the German Empire on September 10, 1910.

Den Gegenstand der Erfindung bildet ein selbsttätiger Spannungsregler für Gleich- und Wechselstrommaschinen, und zwar soll die Regelung in einer solchen Weise erfolgen, daß der mittlere Erregerstrom sich annähernd mit der gleichen Geschwindigkeit und nach der gleichen Charakteristik ändert wie die Energieabgabe oder die Tourenzahl des Generators. Einer Regelung, bei welcher Spannungsschwankungen nicht mehr bemerkbar werden, steht als wesentlichste Schwierigkeit die magnetische Trägheit des Magnetfeldes der Maschine im Wege.The subject of the invention forms an automatic voltage regulator for DC and AC machines, namely, the regulation should take place in such a way that the mean excitation current increases approximately at the same speed and according to the the same characteristic changes as the energy output or the number of revolutions of the generator. A regulation in which voltage fluctuations are no longer noticeable is available as the main difficulty is the magnetic inertia of the machine's magnetic field Ways.

Ein Weg, diesen Schwierigkeiten zu begegnen, ist in der Vergrößerung der das Magnetfeld erzeugenden elektrischen Kräfte gegeben. Auf praktische Verhältnisse übertragen, könnte dasin der Weise geschehen, daß der Magnetwicklung des Generators dauernd ein großer Widerstand vorgeschaltet wird, welcher im geeigneten Augenblick kurzgeschlossen wird, so daß die Generatorwicklung plötzlich eine sehr große, jedenfalls größere Spannung erhält, als zu einer Herbeiführung des notwendigen Erregerstromes erforderlich ist. Dieser Weg ist bereits mehrfach eingeschlagen worden. Praktische Verhältnisse beschränken jedoch die Größe dieser Ausführungen auf ein sehr kleines Maß; denn es ist nicht möglich, einen Schalter zu bauen, welcher dauernd imstande ist, größere Stromstärken viele tausendmal in der Stunde zu unterbrechen. Ein Mittel, die Unterbrechung in den Erregerstromkreis der Erregermaschine zu verlegen, schafft zwar Besserung, findet aber naturgemäß bei Vergrößerung der Leistung seine Grenzen.One way of overcoming these difficulties is to increase the size of the magnetic field generating given electrical forces. Applied to practical conditions, that could be in such a way that the magnet winding of the generator is constantly exposed to great resistance is connected upstream, which is short-circuited at the appropriate moment, so that the generator winding suddenly receives a very large, in any case greater voltage than to produce the necessary excitation current is required. This path is already several times been smashed. However, practical conditions limit the size of these Executions on a very small scale; because it is not possible to build a switch which is constantly able to supply greater currents many thousands of times an hour interrupt. A means, the interruption in the excitation circuit of the exciter Relocating it creates an improvement, but naturally occurs when the performance is increased its limits.

Die Erfindung geht von dem Gedanken aus, daß bei der Verlegung von Drahtwiderständen in den Stromkreis der Erregermaschine ein stationärer Wert der Generatorspannung überhaupt nicht aufrecht erhalten werden kann, und daß nur mit ganz geringen Massen behaftete Apparate im Verein mit denkbar kleinsten Schaltwegen zu einer einwandfreien Lösung der Schnellreglerfrage führen können. Dies ist mit den üblichen Konstruktionen, bei welchen die Unterbrechung in Luft erfolgt, und deren Massen bei großen Leistungen große Beschleuni- ' gungskräfte erfordern, nicht zu erreichen. Die Spannungsschwankungen sind von dem Empfmdlichkeitsgrad des Steuerorgans (Spannungsrelais) abhängig. Soll die Empfindlichkeit dieses Organs möglichst groß werden, so ist selbst schon bei ganz kleinen Erregerströmen die Verwendung eines Hilfsrelais nicht zu umgehen.' Diese ■ Hilfskraft aber besitzt dieselben Nachteile, wie das Spannungsrelais selbst. Nur durch fortwährendes Oszillieren kann ein mittlerer Erregerstrom aufrecht erhalten werden. Das mit der Ein- und Ausschaltung eines Draht-Widerstandes verbundene Kontaktfeuer muß also ununterbrochen auftreten, gleichgültig, ob der Zustand des Stromerzeugers eine Änderung des Erregerstromes verlangt oder nicht.The invention is based on the idea that when laying wire resistors a steady-state value of the generator voltage in the circuit of the exciter can not be maintained, and that afflicted only with very small masses Apparatus combined with the smallest possible switching paths to a flawless solution the quick regulator question can lead. This is with the usual constructions in which the interruption takes place in air, and the masses of which, with high powers, have great acceleration require forces not to achieve. The voltage fluctuations depend on the degree of sensitivity of the control element (voltage relay). If the sensitivity of this organ is to be as great as possible, then self The use of an auxiliary relay cannot be avoided even with very small excitation currents. ' This ■ auxiliary worker has the same disadvantages as the voltage relay itself. Only through Continuous oscillation can maintain an average excitation current. That Contact fire connected with the switching on and off of a wire resistor must thus occur continuously, regardless of whether the state of the generator changes the excitation current required or not.

Ein weiterer Nachteil der bekannten Drahtwiderstände besteht in folgendem:Another disadvantage of the known wirewound resistors is the following:

Nimmt man beispielsweise an, der Unterbrecher eines Drahtwiderstandes des im Er-Assuming, for example, that the breaker of a wire resistance of the earth

regerkreis liegenden Erregers habe während seiner sich periodisch wiederholenden Oszillationen gerade eine solche Lage eingenommen, daß die Spannung des Generators zu steigen beginnt und daß jetzt plötzlich eine starke Entlastung des Generators auftritt, so muß sich in diesem Fall der Reguliervorgang verzögern, weil die nach falscher Richtung in Bewegung befindlichen Massen zuerst verzögert und dannexciter lying in the excitation circle during its periodically repeating oscillations just in such a position that the voltage of the generator begins to rise and that suddenly a strong discharge of the generator occurs, the regulation process must be delayed in this case, because the masses moving in the wrong direction are first decelerated and then

ίο erst wieder in umgekehrter Richtung beschleunigt werden müssen, bevor die notwendige Verminderung des Erregerstromes eintreten kann. Diese sämtlichen Übelstände sind durch vorliegende Erfindung durchaus vermieden. Gemaß der Erfindung werden die Metallwider- " stände durch Flüssigkeitswiderstände ersetzt und vermittels eines außerordentlich leichten, gasförmigen Energieträgers geregelt, wobei die Zuführungsorgane für den gasförmigen Körperίο first have to be accelerated again in the opposite direction before the necessary reduction in the excitation current can occur. All of these inconveniences are entirely avoided by the present invention. ACCORDING the invention, the Metallwider- "stands by fluid resistors and replaced by means of a very slight, controlled gaseous energy carrier, the feed members of the gaseous body

(z. B. Luft) unter dem Einflüsse der zu regelnden Größen stehen. Es wird dadurch erreicht, die erforderlichen Schaltungen mit der denkbar größten Geschwindigkeit vollziehen, sowie Ströme beliebiger Größe dauernd schalten zu können. Gemäß der Erfindung wird eine Änderung des Erregerstromes nur dann herbeigeführt, wenn dies der Zustand des Generators erfordert. Bei konstanter Belastung und konstanter Tourenzahl des Generators stellt sich das Steuerorgan (Ventil) nach einigen Oszillationen, welche lediglich von der Trägheit der Ventilkonstruktion, also in der Hauptsache vom Ventilteller, abhängig sind, auf einen Mittelwert ein. Es erfolgt keinerlei Änderung des Erregerstromes, keinerlei Bewegung des Ventils und somit keinerlei Feuer am Unterbrecher.(e.g. air) are under the influence of the variables to be controlled. It is achieved by the carry out the necessary switching operations at the highest possible speed, as well as To be able to switch currents of any size continuously. According to the invention there is a change of the excitation current is only brought about if this is required by the state of the generator. This arises with constant load and constant number of revolutions of the generator Control element (valve) after a few oscillations, which are only caused by the inertia of the valve construction, that is mainly dependent on the valve head, on a mean value. There is no change in the excitation current, no movement of the valve and thus no fire at the breaker.

Auch der Fall einer Verzögerung des Reguliervorganges durch die vorerwähnten Umstände ist gemäß vorliegender Erfindung nicht denkbar, weil der Ventilteller sich immer nur aus seiner Ruhelage in der einen oder anderen Richtung zu bewegen braucht.Also the case of a delay in the adjustment process due to the aforementioned circumstances is not conceivable according to the present invention, because the valve plate is always just off its rest position needs to move in one direction or the other.

Ein weiterer Vorteil ,der Einrichtung nach vorliegender Erfindung besteht darin, daß der Wasserwiderstand in seiner Anwendung gemäß der Erfindung für jede beliebige Leistung ohne Zwischenschaltung eines Hilfsrelais benutzt werden kann; denn die Hilfskraft ist hier dasAnother advantage of the device according to the present invention is that the Water resistance in its application according to the invention for any performance without Interconnection of an auxiliary relay can be used; because this is the assistant here

■ gespannte Gas selbst, und je nach dem-Druck■ cocked gas itself, and depending on the pressure

desselben sind zur Änderung des Widerstandes beliebige Kräfte verfügbar, ohne daß die zur Betätigung des Ventils notwendige' Kraft auch nur um den kleinsten Betrag wächst.of the same, any forces are available to change the resistance, without the for Actuation of the valve necessary 'force grows even by the smallest amount.

Die Einrichtung nach der Erfindung erfüllt demnach alle an einen Schnellregler zu stellenden Ansprüche. Die Flüssigkeit selbst kann eine beliebige sein; beispielsweise kann Wasser oder angesäuertes Wasser Verwendung finden, dessen Widerstand in an sich bekannter Weise, beispielsweise durch Zufuhr von Luft oder einem sonstigen evt. unter Druck stehenden Gas, geregelt werden kann. Die Luft ist, mit Metallen verglichen, ein fast gewichtsloses Mittel und kann also in nahezu beliebig kurzer Zeit beschleunigt oder verzögert werden. Bei Verwendung von Druckluft ist außerdem der große Vorteil gegeben, daß das die Änderung des Widerstandes unmittelbar bewirkende Mittel die dazu erforderliche Kraft in sich selbst aufgespeichert besitzt, so daß also als erforderliehe Kraft für die Widerstandsänderung lediglich diej enige ganz geringe Kraft in Frage kommt, welche zur Bewegung der die Regulierung der Luftbewegung bewirkenden Organe, Ventile, Klappen o. dgl. erforderlich ist. Diese Organe kann man vollkommen entlasten und mit Hüben von weniger als Y₁₀ mm ausführen, so daß die Möglichkeit gegeben ist, den Spannungsregler nach vorliegender Erfindung bereits bei außerordentlich geringen Spannungsänderungen zum Ansprechen bringen zu können.The device according to the invention therefore meets all the requirements to be made of a rapid regulator. The liquid itself can be any; for example, water or acidified water can be used, the resistance of which can be regulated in a manner known per se, for example by supplying air or some other gas that may be under pressure. Compared to metals, air is an almost weightless medium and can therefore be accelerated or decelerated in almost any short time. When using compressed air there is also the great advantage that the means directly causing the change in resistance has the necessary force stored in itself, so that the only possible force required for the change in resistance is that which is very small to move the organs, valves, flaps or the like that regulate the air movement. These organs can be completely relieved and executed with strokes of less than Y ₁₀ mm, so that there is the possibility of being able to make the voltage regulator according to the present invention respond even with extremely small voltage changes.

Die praktische Ausführung eines Schnellreglers der gekennzeichneten Art kann in der verschiedensten. Weise erfolgen und ist für vorliegende Erfindung bzw. für deren Tragweite von untergeordneter Bedeutung. Eine sehr einfache Ausführungsform ist in der beiliegenden Zeichnung schematisch veranschaulicht. Der durch Luft gesteuerte Wasserwiderstand c ist in den Erregerkreis α des Generators b verlegt und das Steuerventil h wird bei dem gezeichneten Ausführungsbeispiel unmittelbar ohne irgendwelche Hilfsmittel von der Generatorspannung beeinflußt. In diesem Falle hängt die Genauigkeit der Regelung lediglich von dem Empfindlichkeitsgrad des Steuerventils ab, und dieses kann beispielsweise leicht derart ausgeführt sein, daß es schon auf Spannungsänderungen von -\ Y₂ Prozent anspricht. The practical implementation of a rapid regulator of the type indicated can be in the most varied. Manner and is of minor importance for the present invention or for its scope. A very simple embodiment is illustrated schematically in the accompanying drawing. The air-controlled water resistance c is relocated to the excitation circuit α of the generator b and the control valve h in the illustrated embodiment is directly influenced by the generator voltage without any auxiliary means. In this case, the accuracy of the regulation depends only on the degree of sensitivity of the control valve, and this can, for example, easily be designed in such a way that it already responds to voltage changes of - \ Y ₂ percent.

Zur Erhöhung der Empfindlichkeit des Steuerventils kann natürlich auch die Beeinflussung desselben mittelbar, beispielsweise unter Anwendung eines leichten Zwischenrelais o. dgl. erfolgen.To increase the sensitivity of the control valve can of course also influence the same indirectly, for example using a light intermediate relay or the like.

Die Wirkungsweise des Apparates ist kurz folgende:The mode of operation of the device is briefly as follows:

Steigt die Generatorspannung um den genannten Betrag, so wird das in der Figur rechts liegende Luftsteuerventil mehr geöffnet, und das durch das Rohr d zugeführte Gas strömt in größerer Menge durch das Rohr g gegen die Elektrode e, wodurch der Wasserwiderstand plötzlich außerordentlich vergrößert wird. Die Folge davon ist eine schnelle und starke Verminderung des Erregerstromes und demzufolge ein Fallen der Generatorspannung. Dadurch aber wird das Luftventil bereits wieder mehr geschlossen und der Wasserwiderstand auf das ursprüngliche Maß zurückgeführt. Dies Spiel wiederholt sich bei jeder Spannungserhöhung im beschriebenen und bei Spannungserniedrigungen im umgekehrten Sinne; d. h. das Steuer-If the generator voltage increases by the amount mentioned, the air control valve on the right in the figure is opened more, and the gas supplied through the pipe d flows in greater quantities through the pipe g towards the electrode e, whereby the water resistance is suddenly and extraordinarily increased. The consequence of this is a rapid and strong reduction in the excitation current and consequently a drop in the generator voltage. As a result, however, the air valve is closed more and the water resistance is returned to the original level. This game is repeated with every increase in voltage in the sense described and with decreases in voltage in the opposite sense; ie the tax

ventil' wird, wenn Spannungsänderungen auftreten, nach jeder dieser Änderungen, gegebenenfalls nach einigen Oszillationen, zur Ruhe kommen.valve 'is, if voltage changes occur, after each of these changes, if necessary after a few oscillations, come to rest.

In der Figur ist noch ein weiteres Rohr k veranschaulicht, welches lediglich zur Entlastung des Steuerventils h dient und außerdem die überschüssige Luft zur Kühlung des Wassers in den Flüssigkeitsbehälter führt. Selbstverständlich ist durch das in der Figur veranschaulichte Ausführungsbeispiel der Erfindungsgedanke nicht erschöpft. Es kann beispielsweise die ganze Einrichtung auch in den Erregerstromkreis einer besonderen Erregermaschine oder in einen diesem äquivalenten Stromkreis verlegt werden, ohne dadurch aus dem Rahmen vorliegender Erfindung herauszutreten. Die Widerstandsänderung kann auch dadurch vergrößert werden, daß dem Feld noch ein Wasserwiderstand parallel geschaltet wird, und immer der Serienwiderstand vergrößert wird, wenn der Parallelwiderstand verkleinert wird oder umgekehrf. In the figure, another pipe k is illustrated, which only serves to relieve the control valve h and also leads the excess air to cool the water in the liquid container. Of course, the inventive concept is not exhausted by the embodiment illustrated in the figure. For example, the entire device can also be installed in the excitation circuit of a special excitation machine or in an equivalent circuit without thereby going outside the scope of the present invention. The change in resistance can also be increased by connecting a water resistance in parallel to the field and always increasing the series resistance when the parallel resistance is reduced or vice versa.

Claims

Patent Claims:

1. Device for automatic voltage regulation of generators through modification the excitation resistance, characterized in that the excitation resistance is known per se, by admixture

., resistance regulated by gaseous bodies (e.g. air), their supply organs are under the influence of the variables to be controlled.

2. Device according to claim 1, characterized in that several parallel and In line with the field, appropriately regulated water resistances are used.

1 sheet of drawings.