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Regelungsanordnung für einen einen Wechselstromgenerator antreibenden
Motor. Die Erfindung betrifft Reglereinrichtungen, insbesondere Einrichtungen dieser
Art, die in einer elektrischen Anlage eine konstante Frequenz aufrechterhalten.
Die Erfindung bezwcckt, einfache und wirkungsvolle Apparate und Anordnungen für
den genannten Zweck zu schaffen. @ Ferner bezweckt die Erfindung, eine verbesserte
Differentialvorrichtung vorzusehen, wodurch die Frequenz des Speisestromkreises
durch eine konstante Frequenz reguliert «-erden kann und die Regulierung in Übereinstimmung
mit der Differenzwirkung der Differentialeinrichtung erreicht wird. Ein weiteres
Merkmal der Erfindung besteht darin, daß eine Anordnung der obengenannten Art mit
Vorrichtungen versehen wird, die verhindern, daß die Teile infolge ihres Beharrungsvermögens
über die richtige Stelle bzw. die Geschwindigkeit hinausschießen.
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Die Erfindung läßt zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten zu. So kann
dieselbe z. B. in Stromlieferungs- und Kraftübertragungsanlagen sowie in Kraftstationen
verwendet werden, wo die Aufrechterhaltung einer bestimmten Frequenz wünschenswert
ist.
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Eine weitere Anwendungsmöglichkeit in Kraftstationen besteht darin,
die Reguliervorrichtung zur Überwachung der Frequenz eines Kontrollstromkreises
zu benutzen, an welchem eine Zählvorrichtung, die sich in der Zentrale befindet,
angeschlossen ist, wobei eine zweite Zählvorrichtung in der Kraftübertragungsleitung
eingeschaltet und neben der ersten Zählvorrichtung montiert ist, so daß Abweichungen
zwischen den beiden Vorrichtungen angezeigt und entsprechend ausgeglichen "-erden
können.
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Ferner kann die Erfindung in Anlagen verwendet werden, in denen mittels
einer durch einen Synchronmotor angetriebenen Uhr die Normalzeit an beliebigen Stellen
angegeben wird. Der Synchronmotor kann dabei von einem Wechselstromnetz gespeist
werden. Der Erfindungsgegenstand wird in Verbindung mit einer Uhrenanlage beschrieben,
obwohl die der Erfindung zugrunde liegenden Gedanken in verschiedenster Weise anwendbar
sind.
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In der dargestellten Anlage ist ein Motorgenerator enthalten und außerdem
ein Synchronmotor, der von dem Generator einen Wechselstrom von konstanter bzw.
annähernd konstanter Frequenz erhält. Der Synchronmotor ist einer Zeituhr zugeordnet,
deren Angaben der Frequenz des Synchronmotors entsprechen. Damit diese die richtige
Zeit angibt, ist in der Anlage eine Kontrolluhr bzw. ein Kontrollechappement vorgesehen,
mit welchem die genannte Zeituhr verglichen werden kann. Dieses Hauptechappement
arbeitet konstant und wird auch durch den genannten Synchronmotor angetrieben. Zwischen
den Uhren ist eine Differentialvorrichtung angeordnet, die einen Schalthebel beeinflußt,
der seinerseits das Arbeiten eines durch einen Kontrollmotor gesteuerten Regulierwiderstandes
in der Weise beeinflußt, daß sich dieser Widerstand, der sich in dem Stromkreis
des zum Motorgenerator gehörigen Motors befindet, verändert. Auf diese Weise wird
die Frequenz des dem Synchronmotor zugeführten Speisestromes so reguliert, daß sie
im wesentlichen konstant bleibt.
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Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. In dieser ist Abb.
i eine Schaltung der Anlage nach der Erfindung.
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Abb. 2 und 3 sind eine Vorder- bzw. Seitenansicht der Tafel, auf welcher
die Apparate angebracht sind.
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Abb. q. ist eine Seitenansicht der Reguliervorrichtung selbst.
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Abb. 5 ist eine weitere Vorderansicht der Reguliervorrichtung nach
einem größeren Maßstabe, Abb. 6 eine Ansicht der Reguliervorrichtung nach Abb. 4
und 5 von unten gesehen, wobei die Kontrollvorrichtung ausgelassen ist, und Abb.
7 ist eine Ansicht von Einzelheiten das Hauptechappements.
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Die Motorgeneratoranordnung (Abb. i) besteht aus einem Motor i1 und
einem Generator i2. Der Motor besitzt einen Anker 13 und eine Nebenschlußfeldmagnetwicklung
1q. und erhält Strom von dem Leitungsnetz 15. Die Feldmagnetwicklung 1q. ist mit
einem Regulierwiderstand 16 in Reihe geschaltet, und von letzterem geht der Stromkreis
«-eiter über einen Widerstand 17, der mit einer verstellbaren Bürste 18 versehen
ist, durch welche der in dem Nebenschlußkreis enthaltene Widerstand verändert werden
kann. Die Bürste 18
ist mit einem Halter ig verbunden, der durch
eine mit Gewinde versehene Welle zi verschoben werden kann. Die mit Gewinde versehene
Welle 21 wird mit Hilfe einer geeigneten Zahnradübertragung 23 durch einen, umsteuerbaren
Kontrollmotor 22 in Drehung versetzt. Die Feldmagnetwicklung 24 des KOntrollmotors
ist mit der Mitte eines Widerstandes 25 verbunden, von welchem das eine Ende mittels
einer Leitung 26 mit dem Netz 15 verbunden ist.
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Der Generator 12 schickt einen Strom von annähernd konstanter Frequenz
in einen Synchronmotor z7.
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Die Einzelheiten der Kontrollvorrichtung ergeben sich am einfachsten
aus den Abb. 2 bis 6.
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Mit dem Synchronmotor ist eine zeitangebende Uhr 28 verbunden, die
gemäß der Geschwindigkeit des Motors angetrieben wird. Dies wird folgendermaßen
erreicht Auf der Welle des Synchronmotors sitzt ein Ritzel bzw. kleines Zahnrad
29, welches in ein Zahnrad 31 eingreift, das auf einer Welle 32 befestigt ist. Diese
Welle ist an ihrem einen Ende in einem Bock 33 o. dgl. und an ihrem anderen Ende
in der Gestellplatte 34 gelagert. Die Welle 32 trägt auch ein Ritzel 35, das in
ein Zahnrad 36 eingreift, welches auf der Welle 37 gelagert ist. Die Welle 37 ist
an ihren beiden Enden in den Tragstücken 38 und 39
gelagert. Das Tragstück
38 ist durch ein Verbindungsstück 41 mit dem Gestell 34 vereinigt. Das Tragstück
39 ist durch Schrauben 42 an dem Gestell 34 in der in den Abb. 5 und 6 ersichtlichen
Weise befestigt. Das Gestell 34 ist durch Stäbe 43 und Schrauben 44 mit dem Gehäuse
des Motors 27 verbunden.
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An seinem äußeren Ende trägt die Welle 32 einen Stift 45, der auf
eine Kurbel 46 einwirken kann, die auf der Welle 47 sitzt, welch letztere ein Uhrenechappement
bekannter Art antreibt.
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Eine weitere Beschreibung dieses Echappements erübrigt sich, da jede
beliebige bekannte Art desselben Anwendung finden kann. Durch das Echappement werden
die Zeiger 49 der Uhr 28 in der üblichen Weise herumgedreht.
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Die Welle 37 trägt an ihrem freien Ende eine Kurbel 51, die auf einen
Stift 52 einwirkt, der mit der Welle 53 befestigt ist, die eine kurze Schraubenspindel
54 trägt. Die beiden entgegengesetzten Enden der Welle 53 sind einerseits in einem
Tragstück 55 und andererseits in dem Gestell 34 gelagert. Die Welle 53 kann in der
Richtung ihrer Längsachse verschoben werden, wie im nachfolgenden näher beschrieben
ist.
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Eine Hauptuhr, mit der die synchron laufende Zeituhr verglichen werden
kann, sei im nachfolgenden durch das Bezugszeichen 56 bezeichnet. Ein solches Echappement
ist in der Abb. 7 im Grundriß beispielsweise dargestellt, obwchl jede beliebige
Art von Echappement zu diesem Zwecke verwendet werden kann.
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Zwischen dem durch Motor angetriebenen Uhrwerk 28 und dem Hauptechappement
56 ist ein Differentialgetriebe eingeschaltet, das aus einem Schneckenrad 57 (Abb.
4) besteht, welches an einer Buchse 58 befestigt ist. Das Schneckenrad 57 kämmt
mit einer Schnecke 54. Auf einer Welle 61, die durch die Buchse 58 hindurchgeht,
ist ein Zahnrad 59 befestigt. Die Welle 61: ist in einem Tragstück 62 und in einer
Erweiterung 63 des Gestells 34 gelagert. Das Z=IhnIad 59 ist ein Teil des
Rädergetriebes, das das Hauptechappement bildet. Das Rad 59 ist durch eine Feder
64 mit dem Schneckenrad 57 elastisch verbunden.
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Die durch den Synchronmotor 27 angetriebene Schnecke 54 treibt durch
die Zahnräder 57 und 39 (Abb. 4) r'as Hauptechappement 56, und die synchron
laufende Zeituhr z8 wird ebenfalls durch den Synchronmotor angetrieben vermittels
der Welle 32.
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Ein Teil der Kontrolleinrichtung, die sich in dem Stromkreis des Kontrollmotors
22 des durch Motor angetriebenen Widerstandes befindet, umfaßt den Winkelhebel 65;
der bei 66 drehbar gelagert ist. Das eine Ende dieses Hebels legt sich gegen die
Schneckenwelle 53, wie in , der Abb. 4 gezeigt. An seinem entgegengesetzten Ende
trägt dieser Hebel einen Kontakt 67 (Abb. 5), der mit Gegenkontakten 68, 69 zusammen
arbeitet, die auf nachgiebigen Armen 71 angebracht sind. Die Arme 71 sind durch
Schrauben 73 an einem Klotz aus Isoliermaterial befestigt. Der Klotz 72 wird durch
einen Balken 83 getragen, der, wie im nachfolgenden näher erläutert, zur Verhinderung
von Pendelbewegungen dient.
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Der eine Arm des Winkelhebels 65 ist mit einer Klemme 74 verbunden.
Wie aus der Abb. i hervorgeht, steht diese Klemme in Verbindung mit der Feldmagnetwicklung
24 des Kontrollmotors 22. Eine Klemme 75, die mit dem den Kontakt 68 tragenden nachgiebigen
Arm verbunden ist, führt nach einer Klemme des Abzweigwidersfandes 25 und ebenfalls
nach dem Anker des Kontrollmotors 22. Der den Kontakt 69 tragende nachgiebige
Arm hat eine Klemme 76, die nach den anderen Enden des Widerstandes 25 führt und
ebenfalls mit der einen Seite des Leitungsnetzes 15 verbunden ist. Hieraus ergibt
sich, daß, je nachdem der eine oder der andere Kontakt 68, 69 mit dem Kontakt
67 verbunden ist, das Feld 24 des Kontrollmotors in der einen oder anderen Richtung
erregt wird, um den Kontrollmotor 22 in der einen oder anderen Richtung anzutreiben
und dadurch die Bürste 18 in der
einen oder anderen Richtung zu
verschieben, je nach der erforderlichen Korrektur.
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Um die Geschwindigkeit des Hauptechappements konstant zu halten, werden
verstellbare Gewichte 77 mit den Armen des Winkelhebels t)5 verbunden, wie in der
Abb. 5 angedeutet. Auf dem senkrechten Arm des Winkelhebels 65 kann ein Zusatzdrehmoment
dadurch ausgeübt werden, daß die Spannung der mit der Welle 66 verbundenen Feder
erhöht wird, wobei diese Welle für den Schalthebel 65 einen Drehpunkt bildet. Diese
Einstellung der Spannung der Feder 78 kann in beliebiger Weise, wie z. B. mittels
einer Stellmutter 79, bewirkt werden. Außerdem kann an dem einen Arm des Winkelhebels
65 ein Gewicht So angehängt werden, wie dies aus den Abb. 2 und 5 hervorgeht. Auf
diese Weise wird auf die Schneckenwelle 53 ein konstanter Druck ausgeübt, der gerade
ausreicht, um die Neigung der Welle 53, sich bei der Drehung des Motors 27 zu verschieben,
züi überwiegen. Da die Welle 53 bei normalem Arbeiten nicht verschoben wird, wird
ihre Drehung auf das Schneckenrad 57 übertragen, welches die Drehbewegung nach dem
Hauptechappement 56 weitergibt, so daß der konstante Druck auf die Welle 53 die
Geschwindigkeit des Hauptechappements konstant hält. Eine bestimmte Einstellung
des Hauptechappements kann durch Einstellung der Gewichte erreicht werden.
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Aus dem Vorangegangenen geht hervor, daß bei jeder Abweichung zwischen
den Bewegungen der synchron angetriebenen Uhr 28 und dem Hauptechappement 56 eine
Torsionsbewegung der Differentialfeder 64 (Abb. q) stattfinden wird. Da die Schnecke
54 dadurch nicht schneller oder langsamer gedreht werden kann, wird ein solcher
Unterschied zwischen den Geschwindigkeiten der Uhr und dem Hauptechappement nur
in einer Verschiebung der Schneckenwelle 53 sich äußern. Eine solche Verschiebung
der Schnecken«velle 53 wird eine entsprechende Bewegung des gegen sie drückenden
Winkelhebels 65 verursachen. Hierdurch wird der Kontakt 67 gegen den Kontakt 68
und 69 gelegt, je nach der Bewegungsrichtung des Winkelhebels. Durch diese Wirkung
wird ferner eine entsprechende Einschaltung des Kontrollmotors 22 erfolgen, der
die Stärke des Feldes des Hauptmotors ii entsprechend vergrößert oder verkleinert.
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Erhält der Synchronmotor 27 (Abb. i) eine zu hohe Frequenz, so wird
die Schneckenwelle 53 nach links verschoben, wodurch verursacht wird, daß die Kontakte
67 und 68 zusammenkommen. Hierdurch findet eine solche Erregung des Nebenschlußfeldes
24 statt, daß der Kontrollmotor 22 die Schneckenwelle 21 in solcher Richtung dreht,
daß die Bürste 18 (Abb. 1) nach rechts verschoben wird. Dadurch wird der Strom der
Nebenschlußfeldwicklung 14. des Motors ii verstärkt und die Drehgeschwindigkeit
des Motors und folglich auch des Generators 12 herabgesetzt, was auch die Herabsetzung
der nach dem Synchronmotor 27 gelieferten Frequenz zur Folge hat. Es ist nun ohne
weiteres ersichtlich, daß, wenn ein Strom von zu niedriger Frequenz an den Motor
27 abgegeben wird, das Nebenschlußfeld 2,¢ in entgegengesetzter Richtung erregt
wird und infolgedessen eine Korrektur in entgegengesetztem Sinne stattfindet.
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Abgesehen von irgendwelchen anderen Einrichtungen, die für die Einstellung
der synchron angetriebenen Uhr 28 vorgesehen sein mögen, kann die oben beschriebene
Einrichtung veranlaßt werden, die Uhr 28 gegenüber dem Hauptechappement vorauseilen
zu lassen. Dies kann dadurch erreicht werden, daß das Zahnrad 23 so von Hand gedreht
wird, daß die Bürste 18 nach links (Abb. 2) verschoben wird, um den Erregerstrom
des Hauptmotors i zu schwächen. Dadurch. daß die Bürste 18 in dieser Lage gehalten
wird, wird der Motor 27 veranlaßt, seine Geschwindigkeit zu erhöhen, so daß die
Schnecke 5.1 in Ubereinstimmung mit der normalen, oben beschriebenen Wirkungsweise
der Reguliereinrichtung veranlaßt wird, nach links zu wandern. Die Schnecke kommt
dann bald außer Eingriff mit dem Zahnrad 57 und wird durch den Arm des Winkelhebels
65 in dieser Lage gehalten. Solange die Bürste 18 in der genannten Lage verbleibt,
gleitet die Schnecke wirkungslos an dem Rade 57, und die Geschwindigkeit des Hauptechappements
wird hierbei immer geringer, oder dasselbe bleibt überhaupt stehen, so daß die synchron
angetriebene Uhr das Hauptechappement einholen kann.
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In den Abb. 2 und 3 ist eine Vorrichtung dargestellt, die den Zweck
hat, ein Hinausschießen der Reguliereinrichtungen über die richtige Stelle bzw.
Geschwindigkeit infolge des Beharrungsvermögens der sich bewegenden Teile zu vermeiden.
Mit dem Halter i9 für die Bürste 18 ist eine Rolle 81 verbunden. Diese ist mit einer
langen Stange 82 in Berührung, die an einem drehbar gelagerten Träger 83 befestigt
ist. Die Stange 82 ist auf dem Träger 83 vermittels eines Schitzes 84 mit einer
Schraube 85 einstellbar. Die Stange 82 übt durch ihre Schwere auf die Rolle 81 einen
Druck aus, und dieser reicht aus, um eine Weiterbewegung der Bürste 18 durch ihr
Beharrungsvermögen zu verhindern. Um eine zu schnelle Zunahme bzw. Abnahme der Geschwindigkeit
des Hauptmotors zu verhindern, ist eine Vorkehrung getroffen, die darin besteht,
daß die Stange 82 so geneigt wird, daß, während die Bürste 18 sich nach dem rechten
Ende des Widerstandes der Spule 17 hin bewiegt,
sie das Gewicht
des Trägers 83 aus seiner Ruhelage herausheben muß.
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Aus der Abb. 5 geht ferner hervor, daß der Träger 83 die Kontakte
68 und 69 trägt. Während die Rolle 81 an der Stange 82 entlanggleitet, wird der
Träger 83 gehoben oder gesenkt, und durch diese Bewegung werden die Kontakte 67,
68 bzw. 67, 69 vorzeitig geöffnet, damit das Beharrungsvermögen der sich bewegenden
Teile die Regulierung vollenden kann, ohne über das Ziel hinauszuschießen.
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Das oben beschriebene Ausführungsbeispiel der Erfindung stellt eine
Anwendung derselben auf die Regulierung der Frequenz einer Uhrenanlage dar. Der
Grundgedanke der Erfindung ist natürlich auch für die Regulierung der Frequenz anderer
Anordnungen verwendbar. Auch lassen sich ähnliche Einrichtungen anstatt auf die
Frequenz von Stromverbrauchern zum Regulieren von Motoren und Kraftübertragungsanlagen
verwenden.