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Selbsttätiger Spannungsregler für elektrische Generatoren mit besonderer
Erregermaschine. Die Erfindung betrifft selbsttätige Spannungsregler für elektrische
Generatoren mit besonderen Erregermaschinen, bei welchen - wie bekannt - das periodische
Einschalten und Kurzschließen eines fixen Erregernebenschlußwiderstandes durch einen
mittels Steuermagnets gesteuerten Schaltmagnet erfolgt, welcher Steuermagnet gegen
die Zugkraft einer Feder o. dgl. arbeitet. Das Wesen der Erfindung besteht nun darin,
daß der Luftspaltwiderstand des Steuermagnets durch die Generatorspannung derart
beeinflußt wird, daß bei Zunehmen der Generatorspannung der Luftspaltwiderstand
verringert, bei Abnehmen der Spannung hingegen vergrößert wird. Demzufolge erfordert
der Steuermagnet zur Überwindung der gegen den Steuermagnet arbeitenden Federkraft
im ersten Falle eine kleinere und im letzten Falle eine größere Stromstärke, woraus
eine der jeweiligen Belastung entsprechende Erregerspannung resultiert.
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Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß zwecks Erreichung
einer mit zunehmender Belastung zu- oder abnehmenden Spannung, ferner zum Ausgleich
des sich ändernden Drehmomentes des Steuermagnets die Ferrarissche Scheibe mit ausgeführt
ist.
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Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes
dargestellt, und zwar zeigt Fig. z die ganze Anordnung in schematischer Darstellung,
Fig. z den den Luftspaltwiderstand ändernden Eisenkern und Fig. ; die Ferrarissche
Scheibe mit am Umfang sich änderndem elektrischen Widerstand.
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. Die Spannungsregulierung, das ist die Einstellung des Magnetisierstromes
der Erregermaschine entsprechend der Belastung des Generators, geschieht durch periodisches
Kurzschließen und Einschalten eines im Nebenschlußkreis des Erregers eingeschalteten
fixen Widerstandes .
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Der Spannungsregler besteht aus vier Hauptteilen, und zwar aus dem
in der Zeichnung mit 5 bis 7 bezeichneten Ferrarisschen Motor, aus dem mit 8 bis
17 bezeichneten Steuermagnet, aus dem mit 18 bis 24 bezeichneten Schaltmagnet
und aus der mit 25 bezeichneten Ölbremse.
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Die Magnetspule des Ferrarisschen Motors 5 ist mit Vorschaltwiderstand
6 auf die Spannung des Generators z geschaltet (bei höherer Spannung mit Zwischenschaltung
eines Spannungstransformators). Das Drehmoment, welches die erwünschte Generatorspannung
im Ferrarisschen Motor erzeugt, wird durch eine Spiralfeder 9 ausbalanciert. Bei
dem Ansteigen oder Abfallen der Generatorspannung wird die Ferrarissche Scheibe
in der einen oder in der anderen Richtung verdreht.
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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiele ist nun im Luftspalt des
Steuermagnets ein durch den Ferrarisschen Motor bewegter Eisenkern 8 angeordnet,
welcher - wie aus Fig. 2 ersichtlich - nach der einen Richtung mit sich verjüngendem
Querschnitt ausgeführt ist. Beim Verdrehen der Ferrarisschen Scheibe bewegt sich
auch der Eisenkern 8 im Luftspalt des Steuermagnets und verändert daher infolge
seines ab- bzw. zunehmenden Querschnittes so lange den magnetischen Widerstand des
Luftspaltes, bis durch die Wirkung der übrigen
Teile der Einrichtung
die richtige Klemmspannung wiederhergestellt ist.
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Die Spule ii des Steuermagnetes ist mit Vorschaltwiderstand i2 auf
die Spannung der Erregermaschine 2 geschaltet. Der bewegliche Teil 13 ist in 0 schwingbar
gelagert. Die Zugkraft des durch den Magnet ii fließenden Stromes ist durch eine
Feder 17 ausbalanciert. Der Kontaktarm 14 ist auf dem beweglichen Teil 13 befestigt
und steuert mit dem Kontakte 16 den Schaltmagnet.
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Der Schaltmagnet besteht aus dem Elektrornagnet 18, dessen Spule mit
Vorschaltwiderstand 23 auf die Spannung des Erregers angeschlossen wird. Der bewegliche
Teil des Schaltmagnets 2o ist in Y schwingbar gelagert und ist mit Kontakt 2i versehen,
welcher mit dem fixen Kontakt 22 das Kurzschließen und Einschalten des Erregernebenschlußwiderstandes
4 besorgt. Die Feder ig dient dazu, um diese Kontakte bei der Aberregimg des Magnets
18 zu schließen.
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Die Wirkungsweise des Apparates ist die folgende Wenn die Kontakte
m und 22 des Schaltmagnets sich öffnen, so wird der Erregernebenschlußwiderstand
.4 eingeschaltet, wodurch die Spannung des Erregers fällt und hiermit auch die im
Steuermagnet ii fließende Stromstärke. Das Sinken der Erregerspannung geschieht
so lange, bis die Zugkraft der Feder 17 die Zugkraft des Steuermagnets übersteigt
und der Kontaktarm 14 mit Kontakt 16 in Berührung kommt, wodurch die Magnetspule
18 des Schaltmagnets kurzgeschlossen, d. h. aberregt wird, und läßt der :Magnet
18 den beweglichen Teil los, die Feder ig zieht denselben an, wodurch der Kontakt
21, 22 geschlossen und der Nebenschlußwiderstand kurzgeschlossen wird. Dies hat
wieder das Ansteigen der Erregerspannung und der Zugkraft des Steuermagnets ii,
das Öffnen der Kontakte 14, 16 und die Erregung des Magnets 18, das Öffnen der Kontakte
21, 22 und hiermit das Einschalten des Erregernebenschlußwiderstandes 4 zur Folge.
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Der vorbeschriebene Vorgang wiederholt sich im schnellen Nacheinander
und erzeugt in bekannter Weise einen pulsierenden Gleichstrom, dessen Pulsationen
die Gleichmäßigkeit der Generatorspannung nicht beeinflussen.
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Der Kondensator 24 dient in bekannter Weise zur Vermeidung von Funkenbildung
an den Kontakten 24, 25.
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Durch Belastungsänderungen erzeugte Spannungsänderungen bewirken,
wie bereits erwähnt, die Bewegung des Eisenkernes 8, und zwar derart, daß bei größerer
Belastung des Generators ein schmälerer Teil des Eisenkernes im Luftspalt des Steuermagnets
Platz nimmt als bei geringerer Belastung, so daß im früheren Falle der magnetische
Widerstand größer ausfallen wird und daher der Strom im Steuermagnet zur Überwindung
der Zugkraft der Feder 17 bei größerer Belastung auf einem höheren Wert ansteigen
muß als bei geringerer Belastung. Da bei Belastungsänderungen die Bewegung. des
Eisenkernes 8 nur dann aufhört, wenn die Gleichgewichtslage zwischen der Feder g
und dem Drehmoment der Generatorspannung wieder hergestellt ist, so wird die Erregerspannung
immer auf denjenigen Wert reguliert, welcher der Stellung des Eisenkernes 8 im Steuermagnet,
das ist der jeweiligen Belastung bei der erwünschten Spannung, entspricht.
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Zur Vermeidung von Überregulierung und Pendelung der Spannung dient
die einstellbare Ölbremse 25.
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Anstatt des Ferrarisschen Motors kann auch ein auf Spannung geschaltetes
Solenoid Anwendung finden.
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"Zwecks Erreichung einer mit der zunehmenden Belastung zu- oder abnehmenden
Spannung am Generator wird die Ferrarissche Scheibe an der Peripherie mit sich änderndem
elektrischen Widerstand ausgeführt. Bei einer Ausführungsform erhält die Scheibe
eine exzentrische Form, wie in Fig. 3 gezeichnet, wo die Kreislinie strichliniiert
angedeutet ist. Dieselbe Maßnahme kann auch dazu dienen, um das Drehmoment des Steuermagnets,
welches Moment entsprechend der Form des Eisenkernes 8 auf der Peripherie veränderlich
sein kann, auszugleichen. Das magnetische Feld erzeugt nämlich im Eisenkern 8 zufolge
des nach einer Richtung abnehmenden Querschnittes ein Drehmoment, welches der Größe
nach der Querschnittsänderung entspricht. Falls diese Querschnittsänderung konstant
verläuft, so wird auch das erzeugte Drehmoment - da auch das magnetische Feld konstant
ist - im ganzen Verlaufe konstant, sonst aber in den verschiedenen Lagen veränderlich
sein. Dieses Moment addiert sich zum Drehmoment der Ferrarisscheibe undwerden diese
beiden Momente durch die Feder g im Gleichgewicht erhalten. Zum Ausgleich des durch
den Eisenkern erzeugten veränderlichen Drehmomentes kann die vorbeschriebene Ausbildung
der Ferrarisscheibe dienen.
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Bei mehreren parallel arbeitenden Generatoren kann ein einziger Regler
verwendet-werden, welcher für jeden Generator mit separaten Steuermagnet versehen
ist, deren Eisenkerne gemeinschaftlich bewegt werden. Durch die entsprechende Dimensionierung
der Eisenkerne 8 wird eine den Leistungen der Generatoren entsprechende Stromverteilung
erreicht.
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Selbstredend können zur Änderung des Luftspaltwiderstandes auch andere
Maßnahmen getroffen werden, so z. B. können die Schenkel des Steuermagnets, welche
den Luftspalt bilden, gegeneinander beweglich sein, so daß durch
Nähern
der Schenkel gegeneinander der Luftspalt vermindert wird.