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KAISERLICHES

•PATENTAMT.Hk

Selbsttätige Spannungsregler, bei denen das \ Regelungsprinzip, angewendet ist, einen in den < Erregerstromkreis der zu regelnden Maschine eingeschalteten Widerstand mittels Tas'tkontakten periodisch kurzzuschließen, sind in verschiedenen Ausführungsformen bekannt geworden. Es unterscheiden sich dieselben voneinander durch die Zahl, Anordnung, Beeinflussung usw. der mit den Tastkontakten versehenen Regulierhebel. So sind Regler bekannt geworden, bei welchen der Erregerwiderstand durch zwei bewegliche gegeneinanderschwingende Kontakte gesteuert wird; wiederum gibt es Regler, die nur einen beweglichen, gegen,. einen festen schwingenden Kontakt aufweisen und andere mehr. Allen diesen Reglern ist gemeinsam, daß der oder die Regulierhebel durch besondere Schaltungen oder Einrichtungen in peso riodische Schwingungen versetzt werden, welche die zu regelnde Maschinengröße in ein bestimmtes Verhältnis zweier Zeiten aufteilt, nämlich der Zeit, während welcher der Erregerwiderstand kurzgeschlossen ist und der Zeit, während welcher er in den Erregerstromkreis eingeschaltet ist. Auch durch die Einrichtung zur Erzeugung der·' Regulier-, hebelschwingungen unterscheiden sich die vorbekannten Regler voneinander. Bei den meisten arbeitet diese Einrichtung nach dem Prinzip des Neffsehen Hammers, wobei die Erregung dieses Hammers oft von der zu regelnden Spannung, manchmal von der Erregerspannung oder von einer besonderen ^N Stromquelle erfolgt. Auch die Erzeugung dieser'Regulierhebelschwinguhgen auf mechanischem Wege ist bereits vorgeschlagen worden.

Der den Gegenstand vorliegender Erfindung bildende Spannungsregler für elektric sehe Maschinen, durch den der in den Erregerstromkreis der zu regelnden Maschine oder in den Erregerstromkreis von deren Erregermaschine eingeschaltete Eri-egerwiderstand durch ein oder mehrere feste öder bewegliche gegen einen oder mehrere feste oder bewegliche Kontakte schwingende Kontakte periodisch eingeschaltet und kurzgeschlossen wird, ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Erzeugung der Regulierhebelschwingungen und.' die'zur Aufteilung dieser Schwingungen magnetisch miteinander gekuppelt sind und gemeinsam auf die die beweglichen -Kontakte tragenden Regulierhebel einwirken. : ;

Die Erzeugung der Regulierhebelschwingungen erfolgt durch die zur Erregung des zu regelnden Generators benötigte Erreger-Spannung; die Aufteilung dieser Schwingungen wird durch die geregelte Maschinenspan- nung besorgt. Der nachstehend beschriebene Regler weist gegenüber den bekannten; Reg-

lern, bei denen z. B. eine mechanische Kupplung der Einrichtungen zur Erzeugung der Regulierhebelschwing'ungen und Aufteilung dieser Schwingungen vorhanden ist, wesentliehe Vorteile auf. So können dabei die in Schwingungen zu versetzenden Massen auf ein Minimum gebracht und das von der Einrichtung zur Erzeugung der Regulierhebelschwingungen , auszuübende Drehmoment

ίο kann-auch sehr klein gehalten werden, weil der Hebelarm, an welchem dieses Drehmoment angreift unter Zugrundelegung dieser minimalen Masse bei dieser Anordnung ein maximaler ist. Auch die Erzeugung der Regulierhebelschwingungen durch die Erregerspannung zeitigt Vorteile. Um den Regulierhebel in * periodische Schwingungen zu bringen, . müssen Erregerspannungsänderun-' gen auftreten, deren Höhe durch die Unempfindlichkeit des Reglers gegeben ist. Diese/ periodischen Erregerspannungsänderungen dämpfen sich nun aber durch die Maschine ab, so daß sie an der Netzspannung nur noch schwach zum Ausdruck kommen.

Und auch diese schwachen Netzspannungspulsationen werden infolge der magnetischen Kupplung der beiden Einrichtungen noch zur Erzeugung der Regulierhebelschwingungen ausgenutzt. Die Vereinigung der beiden Reglerteile, des die periodischen Schwingungen erzeugenden und des diese Schwingungen aufteilenden, zeitigt auch eine wirksame Rückverstellungseinrichtung, indem eine aus den ErregerspannungspulsatiOnen und · Netzspannungspulsationen, die zeitlich etwas gegeneinander verschoben sind, resultierende Pulsationen' am Regulierhebel wirksam 'ist, die gegenüber der Spannungsänderung an der zu regelnden Maschine zeitlich auch etwas

verschoben ist. ,

Die Fig. 1 zeigt schematisch einen Spannungsregler, bei dem die Zitterspule Und die Spannungsspule auf denselben Kern aufgewickelt sind, in Verbindung mit dem zu regelnden Gleichstromgenerator. Es bezeichnet in dieser Fig. 1 den Anker des Generators, 2 dessen Erregerwicklung, 3 den dieser Erregerwicklung vorgeschalteten Widerstand. 'Der Spannungsregler selbst besteht hier aus dem Kondensator 4, der parallel zu den Unterbrechungskontakten 5 und 6, mit welchen der Widerstand 3 periodisch eingeschaltet und kurzgeschlossen werden soll, geschaltet ist, und welcher in bekannter Weise zur Unterdrückung der Funken an den Kontakten 5 und 6 dienen soll. Der Kontakt 6 ist feststehend, während der Kontakt 5 an dem um den Drehpunkt 10 beweglichen Hebel 13 befestigt , ist und dessen dem Kontakt 5 entgegengesetztes Ende den Anker g trägt. Auf den U-förmigeh Magneten 8 sind gemeinsam die Zitterspule 11, die über den Widerstand 15 an die an der Erregerwicklung 2 herrschende Spannung e angeschlossen ist und die über den Widerstand 14 an die Netzspannung E angeschlossene Spannungsspule 12 aufgewickelt. Die Feder 7 endlich hat den durch die Wicklungen 11 und 12 erzeugten magnetischen Kräften, die auf den Anker 9 einwirken, das Gleichgewicht zu halten.

Es handelt sich bei dem Regler nach Fig> 1 also um einen Spannungsregler, der nur ein einziges schwingendes System, an welchem alle magnetischen Kräfte angreifen, besitzt und ,bei dem ein beweglicher Kontakt gegen den festen Gegenkontakt schwingt. Die Wirkungsweise dieses Reglers ist mit wenig Worten die folgende:

Durch den selbsttätig gegen den festen Kontakt 6 schwingenden Kontakt 5 wird der Widerstand 3 periodisch kurzgeschlossen. Die, Schwingungen des Hebels 10, an dem der Kontakt 5 befestigt ist, selbst entstehen dadurch, daß bei einer Ansteigung der Erregerspannung e der Anker9 durch den Magneten 8 85 , angezogen wird, wodurch die Kontakte 5 und 6 den Widerstand 3 in den Erregerkreis der zu regelnden Maschine einschalten. Hierdurch sinkt die Spannung e wieder, die Kraftäußerung der Zitterspule wird nachlassen und go der Widerstand 3 durch die Kontakte 5 und 6 von neuem kurzgeschlossen. Die Erregerspannung e steigt ■ infolgedessen wieder an und damit auch die auf den Anker 9 ausgeübte Zugkraft, die Kontakte 5 und 6 werden außer Berührung gebracht und durch dieses wechselnde Ein- und Ausschalten des Widerstandes wird der Anker 9 und der mit demselben verbundene Hebel 13 mit dem Kontakt 5 in Schwingungen geraten, ähnlich wie der Anker eines Neffschen Hammers.

Die Aufgabe der Spannungsspule· 12 ist es nun, diese Schwingungen in ein bestimmtes

Taktverhältnis — zu zerlegen, wobei L die

t, .,

kontaktfreie Zeit und t₃ die Zeit des Kontaktschlusses bezeichnet, denn eben dieses

Verhältnis — bedingt die Größe des Erreger-

Z₃

stromes. Steigt also z. B. die Netzspannung £ und damit die M. M. K.. des Magneten 8 auf den Anker 9 über den durch die Feder 7 ausbalancierten Betrag an, so wird der mit dem Anker 9 verbundene Hebel 13 bzw. der Kontakt 5 in einer höheren Lage schwingen und dadurch die Kontaktdauer gegenüber der kontaktffeien Zeit kleiner und der Erregerstrom eben auch entsprechend kleiner werden. Sinkt die Netzspannung unter den Einstellungswert, so ist der Vorgang einfach umgekehrt.

Bei steigender Generatorspannung soll also

die Spannungsspule ebenso wie die Zitterspule das Bestreben haben, den Erregerwiderstand 3 einzuschalten, bei sinkender Generatorspannung denselben kurzzuschließen. Daraus geht hervor, daß die von den beiden Spulen erzeugten M. M. Ke. gleichsinnig wirken müssen und daß, da mit zunehmender Belastung die Erregerspannung ansteigt, der Regler mit zunehmender Belastung auf eine.

ίο niedere Spannung am Generator regelt. Es gibt Fälle, in welchen diese Eigenschaft von Nachteil sein kann, z. B. wenn es sich darum

., handelt, die Spannung von einem Generator zwischen Leerlauf und voller Belastung absolut konstant zu halten. Manchmal wäre es auch erwünscht, daß die Spannung mit zunehmender Belastung, um den vermehrten Spannungsabfall in den Netzleitungen zu dekken, statt abnehmen, gerade zunehmen würde.

Aber dieses Abnehmen der Spannung bei zunehmender Belastung kann unter Umständen auch wieder von Vorteil sein. So z.B. wenn es sich um die Regelung einer Zugbeleuchtungsdynamo handelt, die zeitweise parallel mit einer Batterie zusammenarbeiten muß. Die Tourenzahl, mit der diese Zugbeleuchtungsdynamo umläuft, ändert sich in großen Grenzen proportional mit der Zugsgeschwindigkeit. Läuft die Dynamo leer, so wird der Regulator mit zunehmender Geschwindigkeit infolge Abüehmens des von der von der sinkenden Erregerspannung abhängigen Zit-. terspule erzeugten Drehmomentes auf eine höhere Spannung am Generator einregulieren.

Ist nun der Spannungsregler so eingestellt, daß derselbe bei der geringst zulässigen Geschwindigkeit der Dynamo die Spannung derselben auf etwa 2 Volt pro ,Akkumulatorenzelle einreguliert und ,sind Batterie und Dy-

40. namo parallel geschaltet, so nimmt mit zunehmender Geschwindigkeit die Dynamospannung etwas zu und damit auch der nach der Batterie fließende Ladestrom. Mit steigendem Ladestrom reguliert aber infolge Anwachsens des Drehmomentes der Zitterspule, was die Folge der für die höhere Belastung notwendigen höheren Erregerspannung ist, der Spannungsregler wieder auf eine kleinere Spannung ein, und der Ladestrom wird deshalb

entsprechend sinken. ■

Nur durch zweckentsprechende Wahl des Verhältnisses der Amperewindungszahlen der Spannungsspule und der Zitterspule läßt sich also erreichen, daß die Batterie nie einen zu hohen Ladestrom erhält und zu deren vollständigen Aufladung doch auch die dazu not-' wendige Spannung vorhanden ist. Dazu kommt noch, daß die Aufladung der Batterie eher in den Zeiten vorgenommen wird, wenn die Dynamo nicht durch Lichtstrom belastet ist. Denn sobald diese Lichtstrom abgeben muß, wird aus denselben Gründen wie bei zu hohem Ladestrom die Spannung, auf die der Regulator regelt, kleiner werden,, d. h. nach der Batterie weniger Ladestrom fließen, als in den Zeiten, wo die Beleuchtung ausgeschaltet ist und die Dynamo ist dadurch ebenfalls vor Strpmüberlastung geschützt. Bei einem Spannungsregler, der unabhängig von der Belastung konstante Spannung; halten würde, müßten zur Erreichung dieses Schutzes für die Batterie und Maschine besondere Vorkehrungen getroffen werden.

Aus dem angeführten Beispiel ist also ersichtlich, daß Fälle vorkommen können, wo es erwünscht ist, wenn der Regulator in Ab- _ hängigkeit von der Belastung.auf eine kleinere Spannung einreguliert. Da, wo diese Eigenschaft ein Übelstand ist, kann man sich durch Anbringen von besonderen Kompensationseinrichtungen behelfen, oder man macht das von der Spannungsspule erzeugte Drehmoment im Verhältnis zu dem von der Zitterspule entwickelten sehr groß, so daß die Einwirkung der letzteren auch bei maximaler Erregerspannung sehr gering ist.

Die Fig. 2 zeigt schematisch eine Einrichtung, wodurch die Einwirkung der Zitter-.spule auf die Spannungsspule bzw.-Generatörspannung reduziert werden kann. Die Zeichnung veranschaulicht nur den eigentlichen Spannungsregler, und sind für,, die einzelnen Bestandteile desselben wieder die Bezeichnungen der Fig. 1 gewählt. Neu dazugekommen ist der mit 17 bezeichnete Transformator mit der Primärwicklung 18 und der Sekundärwicklung 16. Die Zitterspule: 11 wird, wie ,ersichtlich, über den Transformator 17 an die Erregerspannung e angeschlossen. Die durch das periodische Kurzschließen des Erreger-Widerstandes auftretenden Fluktuationen der Erregerspannung werden sich' über diesen Transformator auf die Zitterspule 11 übertragen und den Anker 9 in Schwingungen versetzen. Bei zweckentsprechender Bemessung des Transformatoreisens oder Einbau eines Luftschutzes in dasselbe werden die Veränderungen der Größe der Erregerspannung bei den verschiedenen Belastungs- , zuständen des Generators ohne Einfluß auf die Sekundärspannung des Transformators sein und der Einstellungswert. des Reglers wird nur infolge der variablen Größe der Amplituden der periodischen Änderungen der Erregerspannung etwas beeinflußt.

Auch durch Spannen oder Entspannung der Feder 7 in Abhängigkeit des Erregerstromes der Erregerspannung oder des Belastungsstromes kann eine Kömpensationswirkung erreicht werden. Schaltet man vor die Zitterspule einen Widerstand aus einem Material mit stark, veränderlichem Tempe-

raturkoeffizienten, so daß dadurch auch bei wechselnder Erregerspannung durch die an diese Spannung· angeschlossene Zitterspule ungefähr immer derselbe Strom fließt, so wird deren Einwirkung auf die Spannungsspule eine konstante sein und der Regler auch . bei veränderlicher Belastung und Tourenzahl auf die gleiche Spannung einregulieren.
Die bis jetzt besprochenen Regulatoren

ίο haben nur ein schwingendes System, an dem sowohl die von der Zitterspule als auch die von der Spannungsspule erzeugten magnetischen Kräfte angreifen. Nun lassen. sich aber auch bei magnetischer Kupplung der, Zitterspule und Spannungsspule Anordnungen mit zwei oder mehr schwingenden Systemen denken, wie auch die magnetische Kupplung der beiden Wicklungen durch mancherlei Anordnungen, durch Aufwickeln derselben auf einen gemeinsamen Kern oder auf getrennte Kerne bewerkstelligt werden kann. Ein Spannungsregulator mit zwei schwingenden Systemen zeigt die Fig. 3. Die einzelnen Teile dieses Spannungsreglerrelais sind mit den in Fig. 1 gewählten Bezeichnungen versehen. Neu hinzugekommen ist die Dämpfung 19, mit der das eine schwingende System abgedämpft ist. Näher auf die Wirkungsweise dieses Reglers einzugehen, scheint uns auf Grund der vorstehenden Ausführungen und gestützt- auf die vielen Veröffentlichungen über die Theorie ähnlicher Spannungsregler überflüssig zu sein.

Selbstverständlich ist es auch, daß statt der mit Eisen versehenen Spannungsreglerrelais einfach Solenoidspulen angewendet werden, die ebenso wie die ersteren außer von den genannten Spannungen auch vom Netzstrom oder Teilströmen desselben zur Erreichung irgendeines Zweckes beeinflußt werden können. Die in vorstehendem Text beschriebene magnetische Verkettung der Zitter- und der Spannüngsspule hindert auch nicht, daß ■der Regler statt für Spannungsregelung auch zur Regelung eines Stromes oder einer Leitung verwendet wird. Statt die Zitterspule an die Erregerspannung anzulegen, kann dieselbe in Reihe mit der Erregerwicklung der zu regelnden Maschine, oder bei Anwendung •50 einer besonderen Erregermaschine, in Reihe mit der Erregerwicklung derselben geschaltet sein.

Claims

Patent-Ansprüche:

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i. Selbsttätiger Spannungsregler für elektrische Maschinen, durch den der in den Erregerstromkreis der zu regelnden Maschine oder in den Erregerstromkreis von deren Erregermaschine eingeschaltete Erregerwiderstand durch ein oder mehrere feste oder bewegliche gegen einen oder mehrere feste oder bewegliche Kontakte schwingende Kontakte periodisch eingeschaltet und kurzgeschlossen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die die beweglichen Kontakte in Schwingungen versetzende und direkt oder über ohmsche oder -induktive Widerstände an die über der Erregerwicklung herrschende Spannung angelegte Zitterspule (11) und die diese Schwingungen in ein bestimmtes Taktverhältnis, nämlich in das Verhältnis einer Zeit, während welcher der Erregerwiderstand kurzgeschlossen und einer Zeit, während welcher er eingeschaltet ist, zerlegende und direkt oder über ohmsche oder induktive Widerstände an die zu regelnde Spannung angelegte Spannüngsspule (12) miteinander magnetisch gekuppelt sind.
2.' Selbsttätiger Spannungsregler nach Anspruch 1 für von der Achse von Fahrzeugen aus angetriebene Gleichstrommaschinen mit oder ohne besondere Erreger- maschine in Verbindung mit Sammlerbatterien und Anschluß der Zitterspule an die Erregerspannung des Generators oder der zügehörigen Erregermaschine, dadurch gekennzeichnet, daß die Ampere-. windungen der Zitterspule. und der Spannüngsspule so gewählt,werden, daß durch die Einwirkung, der Zitterspule die Spannung des Generators sichmit der Tourenzahl oder Belastung derart verändert, daß der Regler auf volle Ladespannung . einregulieren kann, die, Ladeströmstärke der Batterie und der Maschinenstrom zulässige Werte aber nie überschreiten können.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.