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Schaltung von elektrischen Schnellreglern mit vibrierenden Kontakten,
die unter der Einwirkung von mit der Lage der Kontakte veränderlichen Richtkräften
stehen, zur Leistungsregelung von Pufferdynamos Die bisher bekannten elektrischen
Schnellregler mit im Raum verstellbarem Kontaktpunkt der Hebel; die einen im Erregerkreis
einer Maschine liegenden Widerstand periodisch ein- und ausschalten, haben sämtlich
eine astatische Charakteristik. Darunter ist in allen Fällen eine praktisch erreichbare
Astasie zu verstehen. Vielfach werden Schnellregler und Eilregler, die größere Fehler
in der Astasie besitzen, vorteilhaft angewendet, z. B. zur Stabilisierung des Parallelbetriebes
der Regler. Die Fehler in der Astasie können bewußt oder unbewußt in der Einstellung
des Reguliersystems liegen oder durch Federeinwirkung erzielt werden oder auch durch
die Einwirkung einer zweiten Betriebsgröße entstehen. In vielen Fällen wird der
Spannungsregler nicht nurvon der konstant zuhaltenden Spannung eines Generators,
sondern auch noch von dem Strom desselben beeinflußt. Da diese Komponente aber im
Vergleich zur Spannung sehr klein ist, wird der Regler noch als astatischer Regler
bezeichnet. Auch derartige Regler sind überall dort nicht brauchbar, wo die Regulierung
z. B. auf eine Änderung der Umdrehungszahl von Maschinen wirken muß und zu einer
bestimmten Geschwindigkeit eine ganz eindeutige Erregung gehört. Beispielsweise
kann für Betriebe mit stark schwankendem Arbeitsbedarf, z. B. Walzenstraßen, Bergwerksfördermaschinen
usw., bei denen ein Leistungsausgleich durch eine mit der Hauptantriebsmaschine
gekuppelte sogenannte Pufferdynamo erzielt wird, ein Regler mit astatischem Charakter
nicht benutzt werden.
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Durch die Erfindung soll daher ein neuer Schnellregler mit vibrierenden
Kontakten geschaffen werden, dessen Wesen darin zu sehen ist, daß der an sich astatische
Regler durch geeignete Hilfsmittel eine statische Charakteristik erhält. Der Regler
soll also in dem die Regulierung einleitenden System nur von einer einzigen Betriebsgröße
beeinfiußt werden und eine zu der Größenordnung derselben ganz eindeutige Stellung
besitzen. Dies läßt sich dadurch erreichen, daß die beiden vibrierenden Kontakte
des Reglers unter Richtkräften,z. B. Federkräften, stehen, die mit der Lage der
Kontakte veränderlich sind. Der Unterschied gegenüber den sonst üblichen Schnellreglern
besteht also darin, daß bei letzteren das Hebelsystem des einen Magneten, welcher
den Regelvorgang einleitet, durch ein Gegengewicht ausgeglichen ist, sich also im
labilen Gleichgewicht befindet, während bei dem statischen Schnellregler die Gegenkräfte
durch Federkräfte gebildet werden, die in an sich bekannter Weise so gestaltet sind,
daß sie nacheinander zur Wirkung kommen. Bei einem solchen Schnellregler gehört
also zu jedem Betriebszustand oder zu einer bestimmten Betriebsgröße eine ganz bestimmte
Höhenlage des Magnetkerns und der Kontakte. Ein solcher statischer Schnellregler
läßt eine mannigfaltige Ver-
Wendung zu, welche sich mit den sonst
üblichen statischen - Reglern, welche die Drehzahl mit Hilfe eines Fliehkraftreglers
verändern, nicht erreichen lassen.
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Fliehkraftregler und sonstige träge Regler werden stets eine ungleichartige
Regelung hervorbringen, und zwar ist die Ungleichartigkeit der Regelung von dem
Grade der Trägheit des Reglers abhängig. Als Beispiel diene folgendes Wenn ein Betrieb
normalerweise mit zoo Umdrehungen per Minute arbeitet und der Regler die ungefähre
Einhaltung dieser Drehzahl bewirken soll, wird ein träger Regler, der erst etwa
beim Rückgang der Drehzahl auf 95 Umdrehungen pro Minute anspricht, bewirken,
daß eine gewisse Leistung N zugeschaltet wird. Ein anderes Mal wird aber bei der
gleichen Drehzahl und im übrigen genau gleichen Betriebsverhältnissen eine Leistung
N' zugeschaltet, welche von der Leistung N verschieden ist, und zwar wird
N und N' um so mehr voneinander verschieden sein, je träger der Regler ist,
und nur bei einem idealen Regler ohne Trägheit einander gleich sein. Das liegt nicht
an der Tatsache, daß die Trägheit des Reglers naturgemäß eine zeitliche Verzögerung
in der Regelwirkung herbeiführt, sondern daran, daß gewisse Umstände, wie z. B.
insbesondere Reibungswiderstände oder auch Beschleunigungsverhältnisse der zu beeinflussenden
Teile, um so unkontrollierbarer werden, je größer die Trägheit des Regelmechanismus
ist. Zu den trägen Reglern, soweit sie zur Regelung von Dynamomaschinen benutzt
werden, gehören solche Regler, welche eine direkte mechanische Betätigung der Einstellung
der Erregung bewirken, also elektromechanische oder ähnliche Relais mit Gewichts-,
Schwerkraft- oder Federwirkung, ferner Fliehkraftregler, welche mechanisch auf die
Kurbel des Nebenschlußregulier-Widerstandes wirken, oder auch solche Regeleinrichtungen,
welche in der Unterstützung der Arbeit der Antriebsmaschine durch Anwendung von
Schwungmassen dienen. Alle diese Regler haben den anhaftenden Nachteil, daß sie
wegen ihrer Trägheit bei gleichen Drehzahländerungen ungleiche oder mindestens nicht
immer gleiche Erhöhungen oder Erniedrigungen der Spannung oder bei einer Leistungsregelung
Zu- oder Abschaltung der gleichen Leistung bewirken. Wenn nun die die Reguliervorrichtung
überwachende Einrichtung nicht auf die trägen Teile einer Stufenregulierung einwirkt,
sondern äuf die empfindlichen Organe eines elektrischen Schnellreglers, gleichgültig,
ob die die Regelung einleitende Verstellung des einen Schnellreglerkontaktes auf
elektrischem Wege oder mechanisch erfolgt, werden mannigfache Vorteile erzielt.
Besonders ist eine Regelung mittels statischen Schnellreglers für die Leistungsregelung
von Pufferdynamos für Kraftmaschinenpufferungen geeignet, weil bei solchen Anordnungen
ein geregelter automatischer Betrieb bei stark schwankendem Arbeitsbedarf nur durch
einen schnell wirkenden Regler mit statischer Charakteristik erzielt werden kann.
Ist die Pufferdynamo beispielsweise eine Gleichstrommaschine mitFremd-oder Eigenerregung,
welche an ein Gleichstromnetz oder eine Batterie angeschlossen ist, so wird sich
bei Abnahme des Arbeitswiderstandes, z. B. bei Leerlauf der Walzenstraße, die Hauptantriebsmaschine
beschleunigen, wodurch die Spannung der Pufferdynamo bei konstanter Erregung steigt.
Die Pufferdynamo wird nun als Generator wirken und elektrische Energie an das Gleichstromnetz
abgeben. Bei Zunahme des Arbeitswiderstandes, z. B. beim Einschieben eines Walzblockes,
sinkt die Umdrehungszahl der Hauptantriebsmaschine, und die Pufferdynamo wird nunmehr
als Motor arbeiten. Dieser Vorgang, d. h. der Übergang der Pufferdynamo vom Motor
zum Generator und umgekehrt, wird - durch den statischen Schnellregler gemäß der
Erfindung wesentlich unterstützt und gefördert, da durch diesen nicht nur eine sofortige
Zu- oder Abschaltung der Leistung bewirkt, sondern auch erreicht wird, daß bei Rückgang
der Drehzahl auf einen bestimmten Betrag stets die gleiche Leistung zugeschaltet
und beim Steigen der Drehzahl um diesen bestimmten Betrag stets wiederum die gleiche
Leistung abgeschaltet wird. Der Einfluß der Hysteresis und der Temperaturfehler,
welcher bei kompoundierten Maschinen Ungenauigkeiten in sich birgt, fällt dabei
fort. Die Erfindung bezieht sich nun auf besonders zweckmäßige Schaltungen eines
statischen Schnellreglers zur Leistungsregelung von mit der Kraftmaschine mechanisch
verbundenen Pufferdynamos, von der in der Zeichnung einige Ausführungsbeispiele
dargestellt sind.
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In Abb. x bedeutet a die Hauptantriebsmaschine, beispielsweise eine
Gasmaschine, bei b ist die Walzenstraße angeschlossen. Auf der gemeinsamen Welle
von a und b sitzt die Pufferdynamo, deren Anker mit c und deren Erregerwicklung
mit d bezeichnet ist. Der Anker c steht mit dem Gleichstromnetz e in Verbindung.
Die Erregerwicklung d erhält ihren Strom von einer besonders angetriebenen Erregerdynamo
f, deren Erregerwicklung g und deren Regulierwiderstand g1 ist., Der Widerstand
g1 wird von zwei vibrierenden Kontakten h, hl des Schnellreglers abwechselnd eingeschaltet
und kurzgeschlossen. Die Kontakte h, hl werden, wie beim Tirrillregler, von zwei
Magneten i und k gesteuert. Die Gegenkräfte zu beiden Magneten bilden die
Zugfedern il und k1. Der Magnet i, im folgenden als Erregerspannungsmagnet bezeichnet,
liegt an der Spannung der Erregermaschine f. Der Magnet k, im folgenden als Tourenmagnet
bezeichnet, wird von einer besonderen Hilfsdynamo 1 gespeist, die ebenfalls
auf der Hauptwelle
sitzt, und deren Spannung proportional ihrer
Umdrehungszahl ist. Diese Hilfsdynamo ist also eine sogenannte . Tourendynamo oder
Tachometer-Dynamomaschine. Die von dem Tourenmagneten k ausgeübte Zugkraft ist ebenfalls
proportional der Drehzahl der Hauptwelle. Da durch die Anordnung der Feder k1 als
Gegengewicht der Regler statischen Charakter besitzt, so gehört zu jeder Umdrehungszahl
der Hauptwelle bzw. der Tourendynamo l eine ganz bestimmte Höhenlage der Kontakte
k, Das abwechselnde Kurzschließen und W iedereinschalten des Widerstandes dl bewirkt
der Erregerspannungsmagnet i in bekannter Weise, so daß die Erregerspannung der
Pufferdynamo in Abhängigkeit von ihrer eigenen Umdrehungszahl selbsttätig eingestellt
wird. Sinkt z. B. beim Einschieben eines Blockes in die Walzenstraße die Umdrehungszahl
der Hauptwelle, sö fällt auch die Spannung der Tourendynamo 1, der Magnetkern
k steigt, und die Kontakte h, k1 sinken. Dadurch wächst die Öffnungszeit.
Es fällt die Spannung der Erregung d der Puffermaschine c, und der durch den Umdrehungsabfall
an sich schon eingeleitete Übergang der Puffermaschine zum Motor wird unterstützt.
Steigt nach Beendigung des Walzvorganges die Umdrehungszahl der Hauptwelle, so verstärkt
umgekehrt der Schnellregler das Feld d, und die Puffermaschine wirkt als Generator.
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In den Stromkreis der Tourendynamo 1 ist noch ein Regulierwiderstandll
eingeschaltet, der zur Einstellung des Schnellreglers dient. In den Hauptstromkreis
der Pufferdynamo kann noch ein Meßwiderstand na eingeschaltet werden, an
dessen Enden zwei Hilfswicklungen i2 und k2 oder nur eine allein gelegt werden,
so daß der Schnellregler auch von dem Strom der Pufferdynamo abhängig gemacht ist.
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Die Ausführung nach Abb. 2 unterscheidet sich von der nach Abb. r
lediglich dadurch, daß an Stelle des Tourenmagneten k ein statischer Fliehkraftregler
n getreten ist, der durch Federn n1 belastet ist. Der Regler n wird auf irgendeine
Weise, z. B. durch eine biegsame Welle, von der Hauptmaschinenwelle angetrieben.
Auch bei diesem Regler entspricht jede höhere Muffenstellung. einer größeren minutlichen
Umdrehungszahl der Hauptwelle. Der zugehörige Kontakt hl wird auf irgendeine Weise
von der Muffe des Reglers gesteuert.
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Die Abb. 3 und ¢ zeigen die ungefähren Arbeitsdiagramme eines derartigen
Arbeitsbetriebes ohne Berücksichtigung von Schwungmomenten. In der oberen Kurve
A sind die minutlichen Umdrehungszahlen in Abhängigkeit von der Zeit dargestellt,
von den unteren Kurven gibt B die Leistung der Pufferdynamo und C die Leistung des
Gasmotors wieder. Die über der Nullinie liegenden Flächen stellen die von der Pufferdynamo
an das Netz abgegebene elektrische Leistung dar, die unter der Nullinie liegende
Fläche die aus dem Netz als Motor entnommene Leistung. Punkt z der Kurve A entspricht
dem Leerlauf des Gasmotors, etwa 105 Umdrehungen in der Minute. Zwischen den Punkten
2 und 3 liegt bei etwa zoo Umdrehungen in der Minute der konstante Betrieb der Puffermaschine
als Dynamo. Sowie der Walzblock eingeschoben wird, sinkt die Umdrehungszahl auf
etwa 95. Zwischen Punkt ¢ und 5 liegt der konstante Walzvorgang. Nach Beendigung=
des Walzens steigt die Umdrehungszahl sofort wieder auf 105 (Punkt 6), um darauf
wieder auf zoo (Punkt 7 bis 8), entsprechend dem Dynamobetrieb, zurückzugehen.
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Die bisher beschriebenen Beispiele können zusammengefaßt werden unter
dem Begriff einer Stromschlußvorrichtung, die den im Erregerstromkreis der Pufferdynamo
oder im Erregerstromkreis ihres Erregers liegenden Widerstand g1 abwechselnd einschaltet
und kurzschließt und wobei das Taktverhältnis dieser Stromschlußvorrichtung einerseits
von der Erregerspannung, andererseits von der Umdrehungszahl des Arbeitsbetriebes
abhängig ist.
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Anstatt nun von der Umdrehungszahl direkt auszugehen, kann man sie
auch indirekt zugrunde legen. Wächst nämlich z. B. in einem solchen Betriebe der
Arbeitswiderstand (Einschieben eines Walzblocks), so hat die Umdrehungszahlmomentan
das Bestreben, zufallen. Diese Änderung hat bei den üblichen, geregelten Kraftmaschinen
eine gesteigerte Energieaufnahme zur Folge, z. B. größere Dampfzufuhr bei Dampfmaschinen,
größere Wasserzufuhr bei Wassermotoren usw. Diese Änderung der Energieaufnahme kann
nun erfindungsgemäß ebenfalls zur Beeinflussung der beschriebenen Stromschlußvorrichtung
herangezogen werden.
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Eine besonders einfache Ausführung ergibt sich beim Antrieb durch
einen Elektromotor, wie er in Abb. 5 schematisch dargestellt ist. Auf einer gemeinsamen
Welle sitzen der Antriebselektromotor a1, die Arbeitsmaschine b1, die in diesem
Falle eine Steuerdynamo für einen Fördermotor b2 ist, die Pufferdynamo c und die
Erregerdynamo f l. Die Pufferdynamo ist an eine beliebige Stromquelle, beispielsweise
die Batterie e1, angeschlossen.
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Dadurch, daß die Erregerdynamo mit der Pufferdynamo gekuppelt ist,
ist schon die Erregung der Puffermaschine selbsttätig in Abhängigkeit von ihrer
Umdrehungszahl gebracht. Diese Abhängigkeit genügt jedoch noch nicht, um den gewünschten
schnellen Übergang der Puffermaschine vom Generator zum Motor und umgekehrt zu erreichen.
Diese Verstärkung bewirkt auch hier ein elektrischer Schnellregler mit vibrierenden
Kontakten. Das von der Erregerspannung abhängige Magnetsystem i, il entspricht
dem
in Abb. z dargestellten. Das zweite Magnetsystem P, P, ist von der Stromaufnahme
des Elektromotors ai abhängig, beispielsweise bei einem Drehstrommotor durch einen
Reihentransformator o. Beim Überschreiten des für den Motor zulässigen Stromes,
z. B. beim Einschieben des Walzblocks, soll der Magnet P die Kontakte h,
lt, öffnen, wodurch die Erregerspannung zum Sinken gebracht wird, indem beide
Kontakte abwärts gehen. Die Puffermaschine c wirkt infolgedessen als Motor mit.
Um diesen Zweck zu erreichen, war es notwendig, das Magnetsystem P, P1 derart umzustellen,
daß von den beiden Kontakten der eine, nämlich h, an dem Federende, der andere Kontakt
hl an dem Magnetende des zugehörigen Hebels sitzt.
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Bei den in Abb. z und 2 dargestellten Ausführungsbeispielen sitzt
die Arbeitsmaschine b unmittelbar auf der Hauptantriebswelle. An ihre Stelle kann
auch, wie in Abb. 5, eine Steuerdynamo für einen in Leonardschaltung o. dgl. angeschlossenen
Elektromotor treten, der dann die eigentliche Arbeitsmaschine antreibt.. In diesem
Falle kann die Tourendynamo l auch mit dem Elektromotor des Leonardsystems gekuppelt
sein. Der Schnellregler muß dann entsprechend der Abb. 5 eingerichtet sein, d. h.
es muß der eine Kontakt am Federende, der andere am Magnetende des zugehörigen Hebels
sitzen.