-
Vibrations-Regel-Einrichtung Zur Regelung elektrischer Ströme, beispielsweise
des Erregerstromes ,elektrischer Maschinen, zum Zwecke der Konstanthaltung der Spannung
oder der Umdrehungszahl der Maschine oder auch zum Zwecke der Synchronisierung,
sind grundsätzlich zwei Methoden zu unterscheiden, die sogenannbe träge Regelung
und die Schnellregelung. Die erste Regelungsart ist dadurch gekennzeichnet, daß
sie immer erst dann einsetzt, wenn- eine merkbare Änderung der zu beeinflussenden
bzw. zu regelnden Größe bereits stattgefunden hat, so daß in der Zwischenzeit die
zu regelnde Größe eine weitere Änderung erfahren haben kann und somit die Regelungsbeeinflussung
hinter den Änderungen zurückbleibt. Die zweite Art, die sogenannte Schnellregelung
dagegen, auf die sich auch die Erfindung bezieht, ist der ersteren bedeutend überliegen
und kommt überall da, wo es sich um größte Genauigkeit der Konstanthaltung bzw.
Regelung irgendeiner Größe handelt, in Frage. Ausführungen dieser Art sind die auf
denn Tirrillprinzip aufgebauten Regler für elektrische Generatoren sowie neuerdings
auch zur Konstanthaltung der Drehzahl von Maschinen der sogenannte Schmidtsche Fliehkraftkontaktregler.
Die Empfindlichkeit und Genauigkeit solcher Regelmethoden hängt jedoch im hohen
Grade von dem Fehlen j#qglicher Reibungs- und Trägheitserscheinungen ab, die mehr
oder weniger den bisher be-i kannten Systemen anhaften. Die bis jetzt bekannten,
auf dem Tirrillprinzip aufgebauten Schnellregler für Gleich-und Wechselstrom werden
meistens in Verbindung mit einer Erregermaschine verwendet. Sie arbeiten mit einer
von der Netzspannung abhängigen pulsierenden Beeinflussung des Erregerstromes. Ein
Vibrationsrelais, welches auf ein Regelorgan der zu regelnden Vorrichtung einwirkt,
wird durch eine von der Netzspannung abhängige Wechselstromsteuerkraft betätigt.
Als Richtkraft für dieses Relais findet meist ein von der zu regelnden Größe abhängiger
Gleichstrom Verwendung. So wird beispielsweise beim Tirrillregler ein im Feld der
Erregermaschine sich .befindender Widerstand etwa hundertmal in der Sekunde kurzgeschlossen.
Durch die Netzspannung wird die Zeitdauer dieses Kontaktschlusses beeinflußt. Sinkt
z. B. durch Belastung die Netzspannung, so werden die Zeiten des Kontaktschlusses
länger, und die Spannung kommt infolgedessen wieder auf den normalen Wert. Unter
Umständen kann jedoch der Fall eintreten, daß die Regelgenauigkeit nicht mehr den
zu @erwartenden Bedingungen entspricht. Die der Richtkraft des Steuerrelais überlagerte,
von der Netzspannung abhängige Wechselstromkomponente ändert sich nach Größe und
Periodenzahl in Abhängigkeit vom Belastungszustand der zu regelnden Generatoren.
Dies bewirkt in den Grenzlagen eine stoßweise bzw. eine zu geringe Beeinflussung
des Steuerrelais;
insbesondere tritt dieser Fall dann ein, wenn
der Wechselstrom der Relaisspule über einen Transformator zugeführt wird, da hier
bei langsamer Frequenz der Regelperiode eine Wirkung nicht mehr stattfindet.
-
Erfindungsgemäß werden die angeführten Nachteile dieser Schnellregler
dadurch beseitigt, daß auf das Relais eine von der zu steuernden Größe unabhängige
Wechselstromsteuerkraft einwirkt.
-
Zur Anwendung gelangt das erfindungsgemäße Verfahren bei Vibrations-Regel-Einrichtungen
nach dem Schnellregler- oder Tirrillprinzip, indem ein von der zu regelnjen Größe
abgeleiteter und in Abhängigkeit von derselben sich ändernder elektrischer Gleichstrom
als Richtkraft für ein fernerhin durch eine von der zu steuernden Größe unabhängige
Wechselstromstenerkraft betätigtes und auf .ein Regelorgan der zu regelnden Vorrichtung
einwirkendes Vibrationsrelais verwendet wird. Der Grundgedanke der erfindungsgemäßen
Einrichtung besteht also darin, daß von der zu regelnden Größe ein Gleichstrom abgeleitet
wird, während die pulsierende Steuerkraft durch einen gesondert erzeugten Wechselstrom
hervorgerufen wird. Letzterer kann je nach den, Betriebsverhältnissen eine normale,
beispielsweise 5o Perioden oder unter Umständen auch besonders gewählte Frequenz
besitzen. Durch die richtige Wahl dieser ,auf das Relais einwirkenden @elektri.
scheu Kräfte ist man in der Lage, höchste Empfindlichkeit der Regulierung zu erzielen.
-
In den Abbildungen sind Ausführungsbeispiele zur Verwirklichung des
Erfindungsgedankens dargestellt.
-
Es bedeutet in Abb. ia, in der als Abszis; senachse die Zeit und als
Ordinate die Kraft aufgetragen ist, a parallel zur Abszissenachse verlaufend diejenige
Kraft, die notwendig ist, um eine Berührung der beiden Relaiskontakte herbeizuführen,
so daß für alle Kräfte, die größer sind als a, die beiden Kontakte geschlossen,
für Kräfte, die unterhalb der Größe von a liegen, die Kontakte offen sind. Auf das
Relais wirken einerseits eine konstante Kraft (konstante Vorspannung) b sowie die
periodisch vorzugsweise sinusförmig sich ändernde Kraft x, die sich der .ersteren
überlagert, so daß als gesamte Kraft die Kraft c resultiert. Die Kontaktschließung
s und die Kontaktöffnungsdaner o während einer Periodep der Regelung ergeben sich
dann, wie in der Abbildung dargestellt ist. Ändert sich nun, wie dies in Abb. ib
veranschaulicht ist, beispielsweise die konstant wirkende Kraft b, d. h. die Vorspannung
des Relais; so sieht man, daß jetzt die Schließungsdauer s im Verhältnis zur Öffnungsdauer
o während einer Regelperiodep größer geworden ist. Abb. 2 zeigt nun eine einfache
Ausführungsform zur Verwirklichung dieses Gedankens zur Spannungsregelung. i bedeutet
eine Gleichstromdynamomaschine, die auf ein Netz 5 arbeitet und deren Erregung durch
die Wicklung 2 dargestellt ist, welche- von einer fremden Quelle q. üntier Zwischenschaltung
eines Widerstandes; 3 gespeist wird. 6 bedeutet ebenfalls einen in den Ernegerfkreis
eingeschalteten Widerstand, der unter Einwirkung des Relais 9 periodisch gesteuert
wird. Das Relais 9 trägt zwei Wicklungen io und i i und wird durch eine geeignete
Wechselspannungsquelle 12, welche die Wicklung io durchfließt, periodisch erregt,
wie dies der Kurve x gemäß Abb. ia entspricht. Die zweite Wicklung i i ist als Polarisationswicklung
zu bezeichnen und liegt an einer von der konstant zu haltenden Spannung der Maschine
i abhängigen Potentialdifferenz, die mit Hilfe eines Potentiometers 8 von den Klemmen
des Netzes 5 abgenommen wird. Nimmt nun beispielsweise die Maschinenspannung zu,
so steigt auch entsprechend die Spannung des Potentiometers, 8 und somit die konstante
Vormagnetsierung des Relais 31. Hiermit wiederum ist eine Vergrößerung der konstant
wirkenden Kraft auf d'en Anker des Relais gegeben, die nach Abb. ib eine Vergrößerung
der Schließungsdauer im Verhältnis zur öffnungsdauer mit sich bringt. Letzteres
schließlich verursacht, wie man erkennt, eine Vera kleinerung der Öffnungsdauer
des Widerstandes 6 während einer Regelperiode. Dies hat zur Folge, daß der mittlere
Erregerstrom und damit auch die Klemmenspannung der Maschine heruntergeht, d. h.
daß letztere auf einem konstanten Betrag erhalten wird.
-
Abb.3 zeigt eine entsprechende Einrichtung zur Drehzahlregelung. Es
bedeutet beispielswesie 13 eine Hochfrequenzmaschine, deren Erregerwicklung der
Einfachheit halber fortgelassen ist. 15 ist die Antriebsmaschine, im angenommenen
Beispiel ein Gleichstram-Nebenschlußmotor mit Magnetwicklung 16 und mit periodisch
gesteuertem Regelwiderstand 17. 18 ist das den Motor speisende Gleichstromnetz und
14 ein Verbrauchernetz für die Hochfrequenzmaschine. v"= bedeutet eine von der zu
regelnden Frequenz abhängige Größe, in vorliegendem Falle die der Maschine entsprechende
Frequenz, d. h. hier die Maschinenfrequenz sel'b'st. v, ist eine Kontroll:- oder
Synchronisierungsfrequenz von gleicher Periodenzahl wie die Maschinenfrequenz. i9
und 2o sind die Eingangsspulen und 21 die Sekundärspule eines Differentialtransformators,
22 und 23 zwei Gleichrichterröhren, 2¢ ein Widerstand, an dessen Enden eine der
zu regelnden Drehzahl bzw. Frequenz entsprechende Spannung eiltnommen
wird.
9 ist das Steuerrelais mit Wicklung i o, die wiederum von einem konstanten W echselstrom
einer Quelle 12 durchflossen wird und ein periodisch wirkendes magnetisches Feld
erzeugt, während i i die an die Klemmen des Widerstandes 24 angeschlossene Vorspannungswicklung
bedeutet und die konstant wirkende magnetische Richtkraft erzeugt. Der Relaiskontakt
7 ist mit den Enden des Regelsteuerwiderstandes 17 verbunden. Die Anordnung des:
Kontaktes 7 auf der einen oder anderen Seite des Relaisankers hängt davon ab, welche
Phasenverschiebungv", und vs im Ruhezustande besitzen und ob enitsprechend bei einer
Zunahme der Drehzahl bzw. der Frequenz eine Zunahme des resultierenden überlagerungsstromes
oder eine Abnahme desselben in der - Spule 21 eintritt. Wird beispielsweise in dem
Gebiet zwischen o und 18o° Phasendifferenz im normalen Zustande .gearbeitet, in
dem der zu überwachende Strom, also im Falle der Abb. 3 der von der Hochfrequenzmaschine
entnommene Strom gegenüber dem Kontroll- oder Synchronisierungsstrom nacheilt, beispielsweise
9o° Ruhephasendiferenz, so entspricht einer Zunahme der Maschinendrehzahl bzw. der
Zunahme der Frequenz eine Zunahme des resultierenden Stromes in der Spule 21. Dies
'bedeutet eine Zunahme der Spannung am Widemstand 24 und somit eine Zunahme der
Vormagnetisierun.g des Relais 9, was wiederum eine Vergrößerung der Schließungsdauer
gegenüber der öffnungsdauer bedeutet. Dies ist jedoch wiederum gleichbedeutend mit
einer Zunahme des resultierenden mittleren, die Feldwicklung des Motors durchfließenden
Stromes, wodurch die Drehzahl auf ihrem alten Wert erhalten bleibt.
-
Außer der in den Ausführungsbeispielen dargestellten Beeinflussung
des Erregerstromes eines Motors zur Spannungs- oder Drehzahlregelung kann das erfindungsgemäße
Verfahren natürlicherweise auch auf jegliche Art der Regelung elektrischer Ströme
Verwendung finden, beispielsweise kann zwecks Drehzahlregelung die Leistungsabgabe
einer Maschine durch elektrische Steuerung einer Wirbelätrombremse, deren Bremsstrom
in .analoger Weise wie der Erregerstrom einer Maschine, nach dem der Erfindung zugrunde
liegenden Prinzip .gesteuert wird, geändert werden.