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Selbsttätiger elektrischer Regler. Es sind elektrische Spannungsregler
bekannt, bei welchen die Regulierung elektrischer Stromerzeuger durch abwechselndes
Einschalten und Kurzschließen eines Widerstandes im Erregerkreise der Maschine erfolgt.
Die Offnungs- und Schließbewegung der Schaltkontakte wird in diesem Falle durch
die durch das Einschalten und Kurzschließen des Erregerwiderstandes bewirkte Erregerspannungsänderung
hervorgerufen. Diese Einrichtung enthält das Prinzip der Rückführung, welche bei
einem schnellwirkenden Regler unentbehrlich ist, wenn die zu regulierende Maschine
eine größere magnetische Trägheit besitzt.
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Bei ganz kleinen Maschinen, wie solche für Kleinbeleuchtungsanlagen
aller Art, z. B. Zug-und Automobilbeleuchtungen u. dgl. zur Anwendung kommen, ist
indessen die magnetische Trägheit der Maschinen so gering, daß die Regulierung mit
einfacheren Mitteln durchführbar ist.
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Derselbe Fall trifft zu, wenn der Regler zur Steuerung kleiner Hilfsmotoren
oder zur Regulierung beliebiger anderer Stromkreise verwendet wird (Fig.a).
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Endlich liegen auch bei größeren Maschinen die Verhältnisse vielfach
so, daß wegen der geringen Belastungsschwankungen ein etwas langsamerer und dadurch
einfacherer Regler Verwendung finden kann.
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Es sind verschiedene Regleranordnungen bekannt geworden, welche das
Regulierproblem in diesen vereinfachten Fällen zu bewältigen bestimmt sind.
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Alle diese Regler haben das Gemeinsame, daß sie das Einschalten und
Kurzschließen des Regulierwiderstandes unabhängig von der Änderung des Erregerstromes
oder der Erregerspannung entweder gleichzeitig durch den, unter dem Einfluß der
zu regulierenden Spannung stehenden, eigentlichen Regulierelektromagneten oder aber
durch einen unabhängigen motorischen Antrieb bewirken.
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Im ersteren Falle wird durch den beweglichen Kontakt gleichzeitig
mit dem Einschalten und Kurzschließen des Regulierwiderstandes ein gewisser Teil
des Vorschaltwiderstandes der Regulierspule, oder ein Teil von deren Wicklung, oder
eine besondere Zusatzwicklung abwechselnd zu- und abgeschaltet, wodurch eine über
die eigentliche regulierende Magnetkraft gelagerte, pulsierende Magnetkraft und
dadurch die schwingende Bewegung des Schaltkontaktes, dessen Schwingungszahl der
Eigenschwingungszahl des beweglichen Systems entspricht, erzielt wird.
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Im zweiten Falle ist die Schwingungszahl nur durch die Geschwindigkeit
des Antriebsmotors gegeben. Der Motor kann dabei durch einen einfachen elektromagnetischen
Apparat, z. B. einen sogenannten Wagnerschen Hammer, einen Elektromotor bekannter
Art oder aber durch einen beliebigen motorischen Antrieb gegeben sein. Bekannt ist-
ferner ein Regler,
welcher die im ersten Falle beschriebene Einrichtung
so variiert, daß die pulsierende magnetische Kraft, welche der eigentlichen regulierenden
Magnetkraft überlagert ist, durch eine pulsierende Federkraft, welche durch eine
zwischen einen rotierenden Kurbelzapfen und den Schaltkontakt und Magnetanker gespannte
Feder entsteht, ersetzt wird.
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In beiden Fällen liegt die Amplitude der Schwingung des Schaltkontaktes
nicht zwangläufig fest, sondern hängt von der Masse des Magnetankers und Schaltkontaktes
und von der Dämpfung ab, welche beim Zusammenstoß der Kontakte auftritt. Der Schaltweg
ist deshalb einerseits veränderlich und anderseits im allgemeinen so klein, daß
größere Leistungen nicht geschaltet werden können, weshalb bei größeren Erregerströmen
und -spannungen Zwischenrelais notwendig sind.
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Die Nachteile dieser Anordnung werden durch die nachstehend beschriebene
Erfindung vermieden.
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Der Erfindungsgedanke des Reglers besteht darin, daß die Regulierfunktionen
auf beide Kontakte verteilt werden, derart, daß der eine Kontakt eine schwingende
Bewegung gegebener Amplitude, in mehr oder weniger starrer Kupplung mit dem motorischen
Antrieb, ausführt und sein Gegenkontakt in elastischer Kupplung mit dem Anker des
regulierenden Elektromagneten verbunden ist und, in Abhängigkeit von den, zu regulierenden
elektrischen Spannungen. oder Strömen, sich dem ersteren mehr oder weniger nähert,
wodurch die Kontaktdauer der Schaltkontakte vergrößert oder verringert wird. Infolge
der elastischen Kupplung des -Gegenkontaktes mit dem Magnetanker kann der erstere
mehr oder weniger durchfedern, ohne daß der Magnetanker mit seiner bedeutend größeren
Masse der schwingenden Bewegung zu folgen braucht.
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Es kann auch der schwingende Schaltkontakt mit seinem Antrieb elastisch
verbunden sein, so daß er in einer Richtung durchfedert, wenn die elastischen Federkräfte
die aus der schwingenden Bewegung resultierenden Beschleunigungskräfte überwiegen,
so daß der Kontakt der Bewegung zu folgen vermag. Ebenso können beide Kontakte gleichzeitig
abgefedert sein.
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Die einfachste Reguliereinrichtung ergibt sich dadurch, daß der Regler
in an sich bei periodischen Reglern bekannter Weise mit der zu regulierenden Maschine
zusammengebaut wird und der Antrieb des Schaltkontaktes von der Welle der Maschine
aus durch Kurbel, Exzenter, Kurvenscheibe o. dgl. erfolgt. Doch ist jeder beliebige
andere Antrieb, z. B. mit kleinem Hilfsmotor, ebenso tunlich.
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Die Anzahl der Schwingungen der Kontakte in der Zeiteinheit kann durch
geeignete Wahl der Antriebsart beliebig festgelegt werden. Wird beispielsweise der
Antrieb durch eine Nockenscheibe auf drehender Welle bewirkt, so kann die Zahl der
Pulse, unabhängig von der Umdrehungszahl der Welle, auch beliebig vermehrt werden.
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Die Antriebsgeschwindigkeit kann sich, unbeschadet der Regulierfähigkeit
des Reglers, in weiten Grenzen ändern, weil die Schwingungszahl in keinem Zusammenhang
mit der Regulierung steht.
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Diese Einrichtung besitzt gegenüber den bekannten Anordnungen mit
rotierenden Unterbrechern und verschiebbaren Bürsten u. dgl. den Vorteil vollständiger
Reibungsfreiheit und folglich größter Empfindlichkeit.
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Der Vorteil der großen Empfindlichkeit kann aber nur dann ausgenützt
werden, wenn der regulierende Magnetanker auf keine störende Erschütterungen anspricht,
wie solche insbesondere beim Zusammenbau mit dem Stromerzeuger von Automobil- oder
Zugbeleuchtungsanlagen auftreten. Diese Störungsfreiheit wird dadurch erreicht,
daß die Masse des Magnetankers in mehrere Teile unterteilt und die einzelnen Teile
so miteinander durch Hebelarme verbunden werden, daß sich die von außen bewirkten
Beschleunigungskräfte und deren Momente aufheben. Am einfachsten und besten geschieht
die Unterteilung in zwei konzentrische Teile, deren Schwerpunkte möglichst in einen
Punkt zusammenfallen.
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Zur Erzielung einer passenden Dämpfung der Bewegungen des Magnetankers
können die Kerne mit Leiterstücken aus gut leitendem Material, in der Form von Ringen,
Röhren öder beliebig anderer Form verbunden, werden, welche: im magnetischen Feld
der Spule angeordnet sind. Bei achsialen Verschiebungen des Ankers werden in den
Leitern Wirbelströme induziert, welche die Bewegungen abzudämpfen suchen.
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Die konzentrische Anordnung der Magnetkerne ermöglicht auch die Ausbildung
einer Luft- oder Flüssigkeitsdämpfung, welche in demselben Sinne wie die Wirbelstromdämpfung
wirkt.
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In Fig. Z ist die schematische Anordnung und das Schaltungsschema
des Reglers dargestellt. Es bedeuten a der Anker des zu regulierenden Generators,
d die Bürsten und b das Magnetfeld desselben. w ist der Erregerwiderstand,
der abwechselnd durch den schwingenden Kontakt k und seinen Gegenkontakt h, der
durch die Feder y mit der Triebstange z des Elektromagneten s, p, q verbunden
ist, kurzgeschlossen und wiedereingeschaltet wird. Durch den Kondensator c wird
Funkenbildung verhindert. Der Kontakt k wird durch den Hebel 1, der
in i fest gelagert ist und welcher vom Kurbelzapfen g
angetrieben
-wird, in schwingende Bewegung versetzt. Der Kurbelzapfen sitzt auf der Schnurscheibe
in, die von der auf der Generatorenwelle befestigten Scheiben aus angetrieben wird.
Die Feder f, welche dem magnetischen Zug entgegen wirkt, sucht den Gegenkontakt
la mit dem schwingenden Kontakt k
in Berührung zu bringen. Nimmt demnach die
Spannung an den Bürsten d beispielsweise ab, so wird der mittlere Abstand beider
Kontakte ebenfalls ab- und die Dauer ihres gegenseitigen Kontaktes zunehmen, so
daß die Erregung und damit die regulierte Spannung wieder steigt. Bei zunehmender
Spannung findet das Umgekehrte statt..
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Der Elektromagnet des Reglers ist im Querschnitt dargestellt. Der
Magnetanker ist in zwei Kerne P und q zerlegt, deren - Schwerpunkte S1 und SZ bei
entsprechender Dimensionierung der Gegengewichte o möglichst nahe ineinander fallen.
Der Kern p ist direkt mit der Stange z verbunden; der Kern q sitzt fest in. dem
Dämpferrohr t, das durch die Ausleger e über die in den festen Drehpunkten j gelagerten
Doppelhebel v ebenfalls mit der Stange z derart in Verbindung steht, daß sich die
magnetischen Kräfte unterstützen. Die Stange z überträgt die Bewegung auf
die Feder r
und den Gegenkontakt h.
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Es ist leicht übersehbar, daß die auf die zwei gleichen, in demselben
Punkt konzentriert gedachten Massen einwirkenden äußeren Kräfte, welche auf beide
Massenhälften in gleicher Stärke und Richtung einwirken, sich vermöge der Kupplung
beider Teile aufheben und keine Bewegungen hervorrufen können. Äußere Erschütterungen
lösen deshalb keine Eigenschwingungen des Magnetsystemes aus, noch vermögen sie
demselben erzwungene Schwingungen aufzuprägen.
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Das Rohr t schneidet an den Spulenenden Kraftlinien, welche bei Bewegung
des Rohres in achsialer Richtung in demselben dämpfende Wirbelströme induzieren.
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Die im Raume zwischen den Magnetkernen eingeschlossene Luft, welche
bei der Bewegung der Kerne P und q längs der Rohrwand t und der Stange
z entströmt, wirkt ebenfalls als kräftiges Dämpfungsmittel.
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In Fig.2 ist als Anwendungsbeispiel eine Schaltung dargestellt, bei
welcher der Regler nicht zur Regulierung eines Generators, sondern zur zeitweisen
Betätigung eines Hilfsmotors verwendet wird, der seinerseits zur Verstellung eines
Widerstandes oder zu einer beliebigen anderen Arbeitsleistung bestimmt ist.
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Der Regler ist in Fig. 2 nur durch die Schaltkontakte h, k,
die doppelt vorkommen, angedeutet. Von den vier Widerständen w1, w2, w3, w4 sind
w1 und w. unveränderlich, während die Wirkung der abwechselnd kurzgeschlossenen
w3 und w4 derjenigen veränderlicher Widerstände gleichkommt. Der Anker a des Hilfsmotors,
dessen Feld durch b angedeutet ist, dreht sich infolgedessen in der einen oder anderen
Richtung, je nachdem der nach außen in Betracht kommende Mittelwert von w3 und w4
größer oder kleiner als der Widerstandswert von w1 und w2 ist.
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Der Regler kann mit Strömen beliebig kompoundiert werden.