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Einrichtung zur Erzielung eines bestimmten Unempfindlichkeitsgrades
bei selbsttätigen elektrischen Reglern Vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung
zur Erzielung eines bestimmten, z. B. praktisch konstanten Unempfindlichkeitsgrades
bei selbsttätigen elektrischen Reglern, welche dazu dienen, das Verhältnis zweier
elektrischer Werte zueinander zu regeln.
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Es sind schon Regler bekannt, bei welchen dieses Verhältnis durch
die Verstellung eines beweglichen Teiles einer elektromagnetischen Vorrichtung beiderseits
einer mittleren Stellung geregelt wird, wobei der bewegliche Teil unmittelbar oder
mittelbar unter Vermittlung einer Hilfsmaschine (Servomotor) auf das Regelungsglied
einwirkt; wenn den RegelungsbedingungenGenüge geleistet ist, steht der bewegliche
Teil in seiner mittleren Stellung in Gleichgewicht, welches auch die Größe jedes
einzelnen Gliedes des Verhältnisses sein mag; in diesem Falle ist die Verstellkraft
der Vorrichtung gleich Null. Bei solchen Reglern nimmt der Unempfindlichkeitsgrad
zu, wenn die Größe jedes einzelnen Gliedes abnimmt, wie dies an Hand der Zeichnung
näher erläutert wird; übrigens ist dies allgemein der Fall bei zur Messung von Quotienten
dienenden Apparaten.
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Gemäß vorliegender Erfindung wird dieser Nachteil dadurch vermieden,
daß man die Stromstärke eines oder mehrerer durch den Regler fließenden Ströme,
welche unter gewöhnlichen Umständen von dem einen der beiden oder von den beiden
Gliedern des Quotienten abhängig sind, einem im voraus bestimmten Gesetz folgen
läßt.
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Die Einrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß mit dem vom Regler
unmittelbar oder mittelbar betätigten Regelungsglied ein oder mehrere bewegliche
Glieder unmittelbar oder mittelbar so verbunden sind, daß sie sich zwangsläufig
miteinander bewegen, und daß diese mit dem Regelungsglied verbundenen Glieder- auf
die Stromstärke des oder der durch den Regler fließenden Ströme derart einwirken,
daß diese Stromstärke einem im voraus bestimmten Gesetz folgt, @gemäß welchem die
durch den Regler fließenden Ströme unabhängig von den Belastungsströmen sind.
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Auf beiliegender Zeichnung sind zwei beispielsweise Ausführungsformen
der Einrichtung schematisch dargestellt.
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Abb. r und 3 zeigen, wie in den für diese Ausführungsformen angenommenen
Fällen die Regelung bis jetzt vorgenommen wurde.
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Abb. 2 und q. veranschaulichen die beiden Ausführungsformen gemäß
der Erfindung. Für die erste Ausführungsform wird angenommen, claß ein elektrischer
selbsttätiger Regler zur Regelung des Leistungsfaktors (cos @) eines Drehstromnetzes
mit konstanter
Spannung dient, indem er auf die Erregung eines Synchronkondensators
(Blindleistungsmaschine) einwirkt. Die Aufgabe wurde schon z. B. wie folgt gelöst:
Die bewegliche Wicklung a der elektromagnetischen Vorrichtung a-b (Abb. i) des nur
zum Teil dargestellten Reglers ist unter Zuhilfenahme eines Stromwandlers c durch
einen Strom i gespeist, der praktisch dein Strom J des Netzes d proportional ist,
dessen Leistungsfaktor geregelt werden soll. Die feststehende Wicklung oder Erregerwicklung
b dieser Vorrichtung a-b steht mit einem Phasentransformator e in Verbindung, dessen
Einphasen-Sekundärwicklung f gegenüber der Dreiphasen-Primärwicklung e verstellt
werden kann; sie ist von einem konstanten Strom durchflossen, da die Netzspannung
eine konstante ist; der von dieser Erregerwicklung b erzeugte Strom ist daher auch
konstant.
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Die Verstellkraft der beweglichen Wicklung a ist somit I cos a oder
i cos a
proportional, wobei a den Winkel bezeichnet, welchen die Vektoren
des von der Erregerwicklung b erzeugten Stromes i miteinander einschließen.
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Wenn den Regelungsbedingungen Genüge geleistet ist, liegt die bewegliche
Wicklung a in ihrer mittleren Stellung, d. h. ihre Verstellkraft ist gleich Null;
es muß also der Winkel a gleich 9o° sein. Daraus folgt, daß die Sekundärwicklung
f des Phasentransformators e-f eine ganz bestimmte Winkelstellung gegenüber der
Primärwicklung e einnehmen muß. Diese Einstellung wird z. B. ein für alle Mal vorgenommen.
Wenn nun der Winkel (p sich um + A cE, ändert, ändert sich der Winkel a. um denselben
Betrag, und die bewegliche Wicklung a der Vorrichtung a- b ist einer Verstellkraft
K unterworfen, die proportional ist i cos (90 -I- 0 q» oder -I- i sin A q) Daraus
ergibt sich sofort, daß je schwächer J oder i ist, desto größer A cp sein muß, damit
diese Verstellkraft -I- K erreicht wird. Der Unempfindlichkeitsgrad wird also um
so größer sein, je kleiner J ist.
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Nimmt man z. B. an, daß der Unempfindlichkeitsgr ad gleich -I- i °/o
des Leistungsfaktors bei normaler Stromstärke beträgt und daß auf einen Leistungsfaktor
gleich i geregelt werden soll, dann muß infolge dieses angenommenen Unempfindlichkeitsgrades
der Leistungsfaktor bis auf o,99 hinuntergehen, damit eine Regelung eintritt: der
Winkel muß ungefähr um -l-8° und sein Sinus um +O,42 variieren, so daß die Verstellkraft
-I- 0,I42 J proportional ist.
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In dem Falle, in welchem der Strom J z. B. viermal kleiner ist als
der Normalstrom, müßte, damit eine Regelung vorgenommen wird, sin (-f- A cp) viermal
größer, d. h. gleich 0,568 und cos (± A cp) gleich o,823 sein, wodurch der
Unempfindlichkeitsgrad auf -f- 17,7°/o anwächst. Wenn endlich der Strom gleich o,iq.2
des Normalstromes wird, ist der Unempfindlichkeitsgrad gleich ioo°/o, da sin (-I-
A (p) gleich i sein. müßte: es tritt keine Regelung mehr ein, welches auch die Änderungen
des Leistungsfaktors sind.
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Durch die in Abb. 2 veranschaulichte Ausführungsform der Einrichtung
wird der Unempfindlichkeitsgrad des Reglers praktisch konstant gehalten, wenn der
Strom T zwischen in voraus bestimmten oberen und unteren Grenzwerten sich bewegt,
dies unter folgender, in der Praxis immer mit ausreichender Genauigkeit zutreffender
Annahme.
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Jedem Wert der Wattleistung des Netzes d entspricht ein bestimmter
Wert der Magnetisierungsleistung dieses Netzes d, d. h. ein bestimmter Wert der
vom Synchronkondensator zu liefernden Magnetisierungsleistung, damit das Netz den
gewünschten Leistungsfaktor besitzt.
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Aus dieser Annahme ergibt sich, daß, wenn den Regelungsbedingungen
Genüge geleistet ist, jedem Wert des Netzstromes J eine ganz bestimmte Stellung
des vom selbsttätigen Regler unmittelbar oder mittelbar betätigten beweglichen Gleitkontaktes
g des Feldwiderstandes h des nicht dargestellten Synchronkondensators entspricht.
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Unter solchen Voraussetzungen erhält man einen praktisch vom Strom
J unabhängigen Unempfindlichkeitsgrad des Reglers, wenn man den Gleitkontakt g des
Feldwiderstandes 1a mit einem anderen beweglichen Gleitkontakt h mit Hilfe eines
Getriebes l mechanisch kuppelt und auf diese Weise auf den Stromkreis der beweglichen
Wicklung a des selbsttätigen Reglers einwirkt. Diese Einwirkung kann z. B. dadurch
erfolgen, daß zu dem Stromwandler c ein größerer oder kleinerer Nebenschluß durch
passende Selbstinduktionen und Widerstände geschaffen wird.. Diese Selbstinduktionen
und Widerstände sind so unterteilt, daß, wenn den Regelungsbedingungen, welches
auch die Netzstromstärke J sei, Genüge geleistet ist, d. h. wenn die beiden Gleitkontakte
g, h eine ganz bestimmte, der jeweiligen \Tetzstromstärke J entsprechende Stellung
einnehmen, sowohl die Stromstärke i in der beweglichen Wicklung a wie auch der Winkel
a, den der Vektor dieser Stromstärke i
mit dein Spannungsvektor
des in der Sekun-,lärwicklung J erzeugten Stromes einschließt, immer wieder die
gleichen Werte annehmen. In diesem Falle schreibt also das von der Stromstärke i
zu befolgende Gesetz den Wert dieser Stromstärke i und ihre Phasenverschiebung mit
der Netzspannung vor.
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Wenn gewünscht wird, daß der Leistungsfaktor, anstatt daß er konstant
bleibt, sich mit der Belastung gemäß einem bestimmten Gesetz ändert, wird die Sekundärwicklung
f des Phasentransformators e-f mit einem Gleitkontakt g des Feldwiderstandes mechanisch
gekuppelt, und zwar so, daß der von den Vektoren des Stromes der Erregerwicklung
b und des Stromes i der beweglichen Wicklung a eingeschlossene Winkel gleich go°
ist, wenn diesem Gesetz über die :Änderung des Leistungsfaktors Genüge geleistet
ist.
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Natürlich kann a die feststehende und b die bewegliche Wicklung sein.
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Die zweite Ausführungsform ist auf einen selbsttätigen Regler- angewandt,
der dazu dient, den Ohmschen Wert eines von einem veränderlichen Strom durchflossenen
Widerstandes m (Abb. 3) konstant ztr halten, indem er auf den Gleitkontakt it dieses
letzteren einwirkt, was in solchen Fällen notwendig ist, in denen sich der spezifische
Widerstand des Materials des Widerstandes rrt mit der durch den Stromdurchgang hervorgerufenen
Erwärmung erheblich ändert.
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Diese Aufgabe wurde bis jetzt z. B. wie folgt gelöst: Der bewegliche
Teil der elektromagnetischen Vorrichtung besitzt zwei Wicklungen o, p, deren
Amperewindungen einander gleich und entgegengesetzt gerichtet sind, wenn den Regelungsbedingungen
Genüge geleistet ist; die eine Wicklung, o, ist von einer der durch den Widerstand
m fließenden Stromstärke J proportionalen Stromstärke ii und die andere, p, von
einer Stromstärke i_ durchflossen, welche der vom Widerstand in aufgezehrten Spannung
P proportional ist. Es wird angenommen, daß die in Abb.3 nicht dargestellte feststehende
Erregerwicklung der elektromagnetischen Vorrichtung ein konstantes Feld liefert
und daß beide Wicklungen o, p dieselbe Windungszahl besitzen, um die folgenden
Erklärungen zu vereinfachen.
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Wenn die Regelungsbedingungen verwirklicht sind, ist die Verstellkraft
K der Vorrichtung gleich Null und ist i, - i-
Damit diese Verstellkraft einen
zur Erreichung einer Regelung notwendigen Wert -I- K erreicht, muß die Differenz
Y1-4) einen ganz bestimmten Wert besitzen. Da aber i, und i., zu J bzw. P proportional
sind, ergibt sich, daß der Unempfindlichkeitsgrad des Reglers in Prozenten des Ohmschen
Widerstandes zunimmt, wenn die Stromstärke J und somit die Spannung P kleiner «-erden.
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Die zweite Ausführungsform (Abb. 4) ist nun gemäß der Erfindung so
eingerichtet, daß die Werte i,, i, praktisch konstant gehalten werden, welches auch
die Werte von J und P zwischen im voraus fortgesetzten oberen und unteren Grenzwerten
sein mögen; es wird also der Unempfindlichkeitsgrad praktisch konstant gehalten.
Dabei wird angenommen, da dies in der Praxis mit ausreichender Genauigkeit verwirklicht
ist, daß, wenn den Regelungsbedingungen Genüge geleistet ist, jedem bestimmten Werte
der Stromstärke J und somit der Spannung P ein bestimmter Wert des spezifischen
Widerstandes des den Widerstand in bildenden Materials entspricht; dies bedingt
wiederum einen bestimmten Wert des benützten Teiles des Widerstandes in, um den
verlangten konstanten Widerstandswert zu erhalten. Aus dieser Annahme folgt, daß
jedem Wert der Stromstärke J und somit der Spannung P eine ganze bestimmte Stellung
des vom selbsttätigen Regler betätigten Gleitkontaktes it des Widerstandes nr entspricht.
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Unter solchen Voraussetzungen erreicht man einen praktisch von der
Stromstärke J und der Spannung P unabhängigen Unempfindlichkeitsgrad, indem man
mit dem beweglichen Gleitkontakte n des Widerstandes m
zwei andere Gleitkontakte
r, s mittelbar oder unmittelbar, wie durch die Linie t angedeutet, mechanisch kuppelt.
Diese Gleitkontakte r, s sind dazu bestimmt, auf die Ströme in den Wicklungen o,
p des selbsttätigen Reglers einzuwirken; dies kann z. B. dadurch geschehen, daß
in die Stromkreise dieser Wicklungen passende Widerstände 1s, v eingeschaltet werden,
die so unterteilt sind, daß, wenn den Regelungsbedingungen, welches auch die Stromstärke
J und die ihr entsprechende Stellung der Gleitkontakte tt bzw. r oder s sei,
Genüge geleistet ist, die Stromstärken il und i. in den Wicklungen o und p stets
auf den konstanten Wert zurückgeführt werden.
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Die Einrichtung nach der Erfindung kann natürlich auch in andern Fällen
angewendet werden als nur in den erläuterten.
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An Stelle einer praktisch konstanten Haltung des Unempfindlichkeitsgrades
kann für diesen letzteren ein anderes Gesetz vorgeschrieben werden, wodurch eine
besondere Änderung der Stromstärke-oder Stromstärken in der elektromagnetischen
Vorrichtung bestimmt wird. -Die Wicklungen der elektromagnetischen Vorrichtungen
können auch anders eingerichtet als angegeben und z, B. alle beweglich sein.