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Anordnung an Reglern. Elektrische Regler, deren Wirkung sich auf den
periodisch unterbrochenen Kurzschluß eines z. B. einen Widerstand enthaltenden Teiles
eines Stromkreises gründet, wodurch Spannung, Strom, Geschwindigkeit o. dgl. geregelt
werden kann, enthalten bisher als bewegliche Teile einen schwingenden Magnetanker
mit einem Kontakt und einen anderen eine Lagervorrichtung für den ersten tragenden
Anker. Die Lagervorrichtung ermöglicht die Schwingung. Der letztere Anker wird von
einer Spule, abhängig von der konstant zu haltenden Größe (z. B. der Spannung einer
Hauptmaschine), betätigt, während den ersteren Anker eine Spule in Abhängigkeit
von einer beeinflussenden Größe (z. B. der Spannung einer Erregermaschine) betätigt.
Letztgenannte Größe schwingt um einen Mittelwert, der aber nicht konstant ist, sondern
von gewissen Größen, z. B. von der Belastung der Hauptmaschine, abhängt. Infolgedessen
kann die Mittellage, um die der erstgenannte Anker schwingt, nicht fest sein. Aus
diesem Grunde hat man die Schwingungsachse in beschriebener Weise beweglich gemacht.
Dieser Umstand macht jedoch die ganze Bauart ziemlich verwickelt und. auch die Wirkung
der Kontakte verhältnismäßig unberechenbar, was die Bewältigung starker Ströme sehr
erschwert.
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Nach der Erfindung wird ein einziger beweglicher Teil verwendet, der
um eine feste Achse schwingt und den beweglichen Kontakt bzw. die Kontakte trägt.
Letztere wirken mit festen Kontakten zusammen. Der bewegliche Teil wird sowohl von
der zu regelnden Größe (z. B. der Spajinung der Hauptmaschine) wie von der schwankenden
Größe (Erreg.erspannung) beeinflußt, aber die Wirkung letzterer ist derart ausgeglichen,
daß nur ihre schnellen Schwankungen zur Wirkung gelangen. Der schwingende Teil kann
in dieser Weise sehr leicht gemacht werden. Er wird zweckmäßig derart angeordnet,
daß .er in mechanischer Resonanz mit den betätigenden elektrischen Anstößen schwingt
und die Kontakte besonders nachgiebig trägt, so daß letztere, ohne nennenswert auf
die Beschaffenheit der Schwingungen einzuwirken, sich zu gewünschten Zeitpunkten
gegeneinanderlegen bzw. voneinander entfernen können. Ein Ausführungsbeispiel der
Erfindung ist in der Zeichnung in Abb. i schematisch dargestellt, während Abb.2
ein Diagramm der Wirkungsweise zeigt. .
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i i ist die Ankerwicklung und 12 die Erregerwicklung der Hauptmaschine.
Letztere Wicklung wird von einer Erregermaschine mit dem Anker 61 und der Erregerwicklung
62 gespeist. Ein in Reihe mit der letzteren liegender Widerstand 63 wird durch den
Regler intermittierend kurzgeschlossen, wodurch die Spannung in grundsätzlich bekannter
Weise geregelt wird.
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Der eigentliche Regler besteht aus einem schwingenden Teil 41, der
beim Ausführungsbeispiel durch zwei magnetische Felder mit schematisch angedeuteten
Kernen 31, 51 beeinflußt wird. Das eine Feld wird von einer festen an die Spannung
der Hauptmaschine angeschlossenen Wicklung 32 erzeugt. Im dargestellten Beispiel
mit einem Wechselstromerzeuger a#s Hauptmaschine geht der Anschluß über einen Spannungswandler
13. Das Feld im Kern 31 wirkt auf eine am
schwingenden Teil 41 aufgehängte
Spule 35, die ebenfalls an die Spannung der Hauptmaschine, im Beispiel in Reihe
mit der Wicklung ;z,-angeschlossen ist. Da die Wicklungen 3 2 und *35 also von demselben
Strom dnichflossen «erden, wirken sie aufeinander mit einer dem Quadrat des Stromes
(bzw. der Maschinenspannung) hauptsächlich proportionalen Kraft, und die Wicklungsrichtung
ist vorzugsweise so, daß diese Kraft anziehend wirkt.
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Das andere auf den Regler wirkende Feld mit dem Kern 5 i ist im Beispiel
als ein konstantes, gleichgerichtetes Feld gedacht und wird beispielsweise durch
einen Dauermagn -ten erzeugt. Es beeinflußt eine am Teil -11 auf -gchängte
Spule 52, die in unten beschriebener Weise erregt wird. Der schwingende Teil
41 trägt ferner einen Kontakt 44, der den periodischen Kurzschluß des Widerstandes
63 bewirkt. Er schwingt um ein Schneidemager 42, während die Stromzufuhr beispielsweise
von biegsamen Leiterstücken 47 bzw. 48 vermittelt wird. Der Teil 41 kann, wie gezeigt,
selbst als gemeinsame Rückleitung für sämtliche davon getragenen stromführenden
Teile dienen.
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Die Spule 5a wird vom Erreger gespeist, und da, dessen Spannung pulsierend
ist, wird die Kraft, mit der die Spule vom Feld beeinflußt wird, auch pulsierend.
Unter dem Einfluß dieser und der übrigen darauf wirkenden Kräfte erhält der Teil
41 dann eine Neigung zum Hinundherschwingen. Nach vorliegender Erfindung ist jedoch
die Anordnung derart, daß der Einfluß des verhältnismäßig konstanten Teiles der
Erregerspannung auf den Teil. 41 ausgeglichen ist, weshalb nur die schnellen Änderungen
dieses Feldes auf den schwingenden Teil wirken. Eine derartige Wirkung kann in verschiedener
Weise herbeigeführt werden, beispielsweise durch Einschaltung eines Kondensators
in Reihe mit der Spule 52 oder durch Anschließen der letzteren an eine besondere
Wicklung am Magnetgestell des Erregers. Eine in der Praxis besonders zweckmäßige
Ausführungsform ist die Einschaltung eines Spannungswandlers 53 zwischen die genannte
Spule und die Klemmen der Erregermaschine, wobei die Primärwicklung des Spannungswandlers
am besten in Reihe mit einem Ohmschen Widerstand 54 liegt. Gegebenenfalls kann der
Wandler auch mit einer dritten Wicklung 56 versehen sein, die an einem Kondensator
zwecks Ausgleiches des Blindleistungsverbrauchs angeschlossen ist. Eine derartige
dritte Wicklung mit Kondensator -kann- auch auf dem Kern 31 angebracht sein und
dabei gegebenenfalls die Spule 35 speisen.
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Der Teil 41 wird auch von einer Feder 43 beeinflußt, die der Anziehung
zwischen den Spulen 3a und 35 entgegenwirkt. Da die anziehende Kraft in der Regel
konstant ist, da ja der Regler zum Arbeiten auf konstante Spannung bestimmt ist,
kann man den Teil 43 für gewöhnlich so betrachten, als ob er außer von der pulsierenden
Kraft der Spule 52 nur von der unausgeglichenen Federkraft beeinflußt wäre,
die auf den Schwingungen, verursacht durch die abwechselnd vermehrte und verminderte
Federspannung, beruht, und in gewissen Fällen, falls er um seine Schwingungsachse
nicht ausgewuchtet ist, von der Schwerkraft. Alle diese Kräfte haben einen mehr
oder weniger ausgeprägt harmonischen Verlauf und bewirken deshalb eine harmonische
Schwingung des Teiles 41. Das einzige, was diese harmonische Schwingung zu stören
sucht, ist der Kontaktdruck. Durch eine zweckmäßig nachgiebige Verbindung zwischen
dem Teil 41 und dem oder den beweglichen Kontakten kann jedoch diese Störung auf
ein Mindestmaß gebracht werden. Zweckmäßig hängt man die Kontakte durch einen verhältnismäßig
steifen Teil 45 Scharnieren a6 auf, die mit den Schneiden 42 mehr oder weniger genau
gleichachsig sind, und verbindet die Teile 41 und 45 durch eine oder mehrere weiche
Federn 49. In dieser Weise wird sowohl das Prallen wie das gegenseitige Gleiten
der Kontakte vermieden, was Unterbrechungs- bzw. Schließungsfunken veranlassen könnte.
Falls der Teil 41 um seine Achse ausgewuchtet ist, werden zweckmäßig auch zwei einander
auswuchtende Kontakte oder Kontaktgruppen verwendet.
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In Abb. a bezeichnet die Kurve s den Weg des Teiles 41 und die Kurve
v seine Geschwindigkeit, beide als Funktionen der Zeit-Ihr Verlauf wird, solange
die Spannung der Hauptmaschine sich unverändert auf ihrem Normalwert hält, praktisch
sinusförmig. Infolge der ausgeprägt elastischen Verbindung zwischen dem Teil 41
und dem beweglichen Kontakt wird letzterer gegen den festen Kontakt während der
halben Schwingungsperiode des Teiles 41 anliegen. Die dieser Anlage entsprechenden
Halbwellen der Kurve s sind ausgezogen, die übrigen gestrichelt gezeichnet. Während
der Zeit des Kontaktschließens steigt die Erregerspannung, deren veränderlicher
Teil von der Kurve F dargestellt wird, nach einer negativen Exponentialkurve, während
der übrigen Zeit sinkt sie nach einer ähnlichen Kurve. Da vorausgesetzt wird, daß
der Erreger auf dem geraden Teil seiner Magnetisierungskurve arbeitet, so werden
die steigenden und fallenden Äste der Kurve E symmetrisch. Wären die Stromkreise
durch den Transformator ganz induktionsfrei und der Transformator selbst streuungsfrei,
so
würde der Strom durch die Spüle 52 praktisch derselben
Kurve wie die Spannung-E' folgen. Durch den scheinbaren Widerstand. wird jedoch
der wirkliche Strom I mehr öder weniger phasenverschoben gegen die Spannung und
gleichzeitig mehr abgerundet. Jedenfalls erhält er eine Komponente in Phase mit
der Geschwindigkeit v. Eine solche Komponente ist aber gerade !erforderlich, um
die Dämpfung durch Reibung u. dgl. aufzuheben, die stets mehr oder weniger genau
proportional der Geschwindigkeit ist. - .
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Wenn dagegen die Spannung der Hauptmaschine vom festgestellten Normalwert
abweicht, beispielsweise infolge einer Belastungsschwankung, hört das Gleichgewicht
zwischen der auf die Spule 3 5 wirkenden Kraft und dem Mittelwert der Federspannung
auf. Diese Kräfte sind im Verhältnis zu den den Teil 41 normal in Bewegung haltenden
groß, weshalb die genannte Gleichgewichtsstörung zur Folge hat, daß der Teil 41
unmittelbar in seiner einen Außenlage zur Ruhe kommt, -entsprechend geschlossenen
oder offenen Kontakten, je nachdem die Spannung gesunken oder gestiegen ist. Solange
die ebenerwähnten Kräfte außer Gleichgewicht sind, bleibt der Teil ¢ i in dieser
Lage. Während der ganzen Zeit steigt bzw. sinkt die Erregerspannung schnell, bis
sie denjenigen Wert erreicht, der- bei den geänderten Betriebsverhältnissen den
richtigen Wert der Spannung der Hauptmaschine gibt. Das Gleichgewicht ist dann wieder
hergestellt, und es tritt wieder der quasistationäre Zustand harmonischer Schwingungen
des Teiles 41 ein. Da die auf die Spule 35 wirkende Kraft hierbei genau dieselbe
wie vorher ist (wenigstens sollte es so sein), wird der Teil 41 um dieselbe Gleichgewichtslage
wie vorher schwingen. Die Kontakte bleiben deshalb fortwährend für die halbe Schwingungsperiode
geöffnet bzw. geschlossen, was beim Arbeiten des Erregers auf dem geraden Teil der
Sättigungskurve einem konstanten Wert der Erregerspannung entspricht.
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Anstatt die Kontakte 44 den Widerstand 63 unmittelbar kurzschließen
zu lassen, kann man zu diesem Zweck ein Zwischenrelais verwenden.