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Einrichtung zur Spannungs- oder Drehzahlregelung von elektrischen
Maschinen Bei elektrischen Maschinen, insbesondere Gleichstrommaschinen, tritt häufig
die Forderung auf, bestimmte Größen, beispielsweise die Spannung oder Drehzahl,
konstant zu halten oder in, anderer Weise zu regeln. So ist es z. B. vielfach erwünscht,
bei Generatoren die Spannung unabhängig von den Änderungen der Belastung und der
Drehzahl, bei Motoren die Drehzahl unabhängig von den Änderungen der aufgedrückten
Spannung konstant zu halten. Zur Lösung des vorerwähnten Problems sind bereits zahlreiche
mehr oder weniger vollkommene Einrichtungen angegeben worden, die aber zum Teil
recht verwickelt und darum praktisch wenig brauchbar sind.
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Die Erfindung bezweckt, die Aufgabe der Regelung der Spannung oder
Drehzahl elektrischer Maschinen mit besonders einfachen Mitteln zu lösen. Dieser
Zweck wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daB im Stromkreise einer Erregerwicklung
der zu regelnden Maschine oder ihrer Erregermaschine eine Glimmröhre liegt. Glimmröhren
haben bekanntlich die Eigenschaft, daß sie im Bereiche des normalen Kathodenfalles
bei stark veränderlicher Stromstärke einen konstanten Spannungsabfall aufweisen.
Die Glimmerscheinung beginnt, sobald die zur Zündung erforderliche Spannung vorhanden
ist, zunächst an einer kleinen Stelle der Kathode und breitet sich mit zunehmender
Stromstärke allmählich über die ganze Kathode aus. Schaltet man mit einer Glimmröhre
einen Ohmschen Widerstand in Reihe, so verändert sich die Charakteristik der Kombination
aus Glimmröhre und Widerstand in der Weise, daß ihre Spannung mit steigender Stromstärke
entsprechend der -Größe des Ohmschen Spannungsabfalls ansteigt. Trotzdem ergeben
sich für die Regelung günstige Verhältnisse, solange der Spannungsabfall am Widerstand
klein ist gegenüber dem Spannungsabfall der Glimmröhre.
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Legt man eine Glimmröhre in den Erregerstromkreis eines Generators,
so erzielt man bei steigender Erregerspannung einen wesentlich stärkeren Anstieg
der magnetischen Feldstärke des Generators, als wenn an Stelle der Glimmröhre sich
ein Ohmscher Widerstand befände. Diese Eigenschaft läßt sich für die Zwecke der
Erfindung mit Vorteil ausnutzen. Man kann zunächst die Glimmröhre im Erregerstromkreise
der elektrischen Maschine selbst anordnen. Besitzt die zu regelnde Maschine getrennte
Erregerwicklungen für Grunderregung und für Zusatzerregung, so wird man die Glimmröhre
in den Stromkreis
der Zusatzerregerwicklung legen. Je nach dem beabsichtigten
Zweck` kann dabei die mit der Glimmröhre in Reihe geschaltete Erregerwicklung so
angeschlossen sein, daß sie die, Wirkung der anderen Erregerwicklung unterstützt
oder ihr entgegenwirkt. Soll die Drehzahl eines unmittelbar vom Netz erregten Gleichstrommotors
geregelt werden, so ordnet man zweckmäßig parallel zu der der Erregerwicklungg vorgeschalteten
Glimmröhre einen Ohmschen Widerstand an, der so bemessen ist, daß er den Hauptteil
des Erregerstromes durchläßt. Die Glimmröhre hat dann nur die von dem Regelungsvorgang
herrührenden Schwankungen der Stromstärke zu übernehmen.
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Zur Selbstregelung elektrischer Stromkreise ist es schon bekannt,
eine Glühlampe zu verwenden, deren Glühkörper aus einem Widerstand von hohem negativen
Temperaturkoeffizienten und einem zweiten Widerstand von niedrigem positiven oder
negativen Temperaturkoeffizienten zusammengesetzt ist. Gegenüber dieser Anordnung
stellt die Verwendung einer Glimmröhre eine wesentliche Vereinfachung dar; denn
Glimmröhren sind bedeutend weniger "empfindlich im Betrieb und können, falls sie
einmal durchbrennen, mit geringem Kostenaufwand wieder ersetzt werden. Diesen Vorteil
weist die Erfindung auch gegenüber den ferner noch bekannten Einrichtungen auf,
bei welchen selbstveränderliche Widerstände, z. B. in einer Wasserstioffatm!osphäre
befindliche Eisenwiderstände, im Erregerstromkreis von -elektrischen iHaschinen
derart verwendet werden, daß man bei steigender Erregerspannung einen wesentlich
stärkeren Anstieg der magnetischen Feldstärke der elektrischen Maschine erzielt.
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Die Verwendung von Glimmröhren ist im übrigen in anderem Zusammenhang
schon vielfach bekannt. So hat rnan Glimmröhren in Verbindung mit Meßinstrumenten
in Relaisschaltungen u. dgl. schon vielfach verwendet. Durch die Erfindung wird
ein weiteres Anwendungsgebiet von Glimmröhren erschlossen.
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In der Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch
veranschaulicht.
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Abb. i zeigt die Schaltung eines indirekt, d. h. mittels Erregermaschine
erregten Gleichstromgenerators. i ist der Anker, 2 die Feldwicklung des Generators,
3 der Anker und 4. die Feldwicklung der zugehörigen Erregermaschine, die in Zusatz-
oder Gegenschaltung auf ein Netz 5 mit konstanter Spannung geschaltet ist. Die Erregerwicklung
q. der Erregermaschine wird von einem Netz 6 über eine Glimmröhre 7 gespeist. Das
Netz 6 hat dieselbe Spannung wie der Anker i des zu regelnden Generators. Steigt
z. B. die Drehzahl des Generators und damit die Spannung des Ankers i an, so erhält
die Erregermaschine 3 eine wesentlich verstärkte Erregung. Ist nun der Anker 3 der
Spannung des Netzes 5 entgegengeschaltet, so nimmt entsprechend die Stärke des die
Erregerwicklung 2 durchfließenden Stromes rasch ab, bis die Spannung am Anker i
des zu regelnden Generators auf ihren früheren Wert gesunken ist. Dhrch Wahl des
Verhältnisses der Ankerklemmenspannung der Erregermaschine 3 zur Spannung des Netzes
5 hat man es in der Hand, die Schwächung des Feldes des Hauptgenerators beliebig
einzustellen. Wünscht man statt der Schwächung eine Verstärkung des Feldes, so ist
der Anker 3 mit vertauschten Polen anzuschließen. Die Trägheit der Magnetfelder
des Hauptgenerators und der Erregermaschine bringt es mit sich, daß die Spannungsregelung
nicht augenblicklich, sondern in gedämpften Schwingungen vor sich geht.
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Soll mit der beschriebenen Einrichtung nicht die Spannung eines Generators,
sondern die Drehzahl eines Motors geregelt werden, so ist der Anker 3 der Erregermaschine
in Zusatzschaltung mit dem Netz 5 zu verwenden.
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Es ist nicht notwendig, das Netz 6, welches die Erregerwicklung q.
speist, an die Ankerklemmen der zu regelnden Maschine anzuschließen. Man könnte
ebenso gut eine fremde Stromquelle verwenden, deren Spannung sich mit der Belastung
oder Drehzahl der zu regelnden Maschine ändert.
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Abb. 2 zeigt eine Regelungsanordnung mit nur einer einzigen Maschine,
welche zwei Erregerwicklungen trägt. Von diesen ist die eine, 12, an eine Stromquelle
konstanter Spannung 13 angeschlossen, die andere, 14, liegt in Reihe mit einer Glimmröhre
15 an der Klemmenspannung des Ankers i i. Für die beiden Erregerwicklungen
1a und 14 wählt man Gegenschaltung im Falle des Generators und Zusatzschaltung im
Falle des Motors. Auch hier ergibt sich dann bei zunehmender Klemmenspannung der
Maschine, wenn diese ein Generator ist, eine Feldschwächung und dementsprechende
Spannungsverminderung bzw., wenn es sich um einen Motor handelt, eine Feldverstärkung
und dementsprechende Drehzahlverminderung. DieGlimmröhrewirkt also wieder im Sinne
der Konstanthaltung der zu regelnden Größen.
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Eine Schaltung, die besonders für Gleichstrommotoren geeignet ist,
ist durch Abb. 3 dargestellt. Hier liegt der Motoranker 21 an der Spannung eines
Netzes 25; seiner Feldwicklung 22 ist eine Glimmröhre 23 vorgeschaltet. Parallel-
zu dieser liegt ein Ohmscher
Widerstand 24, der den der Regelung
nicht bedürftigen Hauptteil des Erregerstromes durchläßt.