-
Anordnung zur Regelung der Spannung oder Drehzahl elektrischer Maschinen
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Regelung der Spannung oder Drehzahl elektrischer
Maschinen, bei der in an sich bekannter Weise ein Hilfsgenerator verwendet wird,
der die Regelung der Maschine über zwischengeschaltete Relais bzw. Verstärkereinrichtungen
steuert. Erfindungsgemäß wird ein Hilfsgenerator benutzt, der durch zwei ent,gegengerichtete,
,aber sich g e;genseitig nicht beeinflussende Magnetfelder erregt wird, von denen
.da.s eine durch konstante Magnete, insbesondere permanente Magnete, und das andere
durch mit .einem der zu regelnden Größe proportionalen Strom ,gespeiste Elektrom,a.gnete
erzeugt wird. Der Hilfsgenerator liefert so zwei Wechselspannungen, deren Differenz
zur Steuerung der Regelmittel be-
nutzt wird. Diese Differenz kann für den
Sollzustand der zu regelnden Spannung oder Drehzahl gleich Null sein; sie kann aber
auch eine bestimmte Größe aufweisen. Zufolge dieser Differenzbildung ist die Regelgenauigkeit
eine sehr hohe, namentlich wenn die von dem Hilfsgenerator gelieferte Spannung noch
Verstärkeranordnungen, wie Elektronenröhren, zugeführt wird, die ihrerseits erst
auf die Spannung und die Drehzahl der Maschine einwirken.
-
Die permanenten Magnete und die Elektromagnete können in der Umfangsrichtung
der Maschine um i 8o ;elektrische Grade versetzt sein, so daß sie in der Ankerwicklung
des Hilfsgenerators Wechselspannungen mit iSo' Phasenverschiebung induzieren.
-
Im folgenden ist die Erfindung an Hand zweier Ausführungsbeispielje
für den Hilfsgenerator und durch Schaltungen näher erläutert.
-
Fig. i zeigt in schematischer Darstellung die Ausbildung des Hilfsgenerators.
Der Generator besitzt zwei U-förmig ausgebildete Erregermagnete I und 1I, die auf
einer Welle i einander gegenüberstehend befestigt :sind. Der Magnet I ist ein permanenter
Magnet, während der Magnet II ein Elektromagnet ist und von einem Strom direkt oder
über Gleichrichter erregt wird, der der zu regelnden Größe proportional ist. Zwischen
den beiden Enden der U-Magnete befinden sich die beiden Spulen III und IV. Brei
der Rotation der beiden U-Magnete wird dementsprechend gleichzeitig in der einen
Spule von dem permanenten Magneten und in der zweiten Spule von dem Elektromagneten
eine Wechselspannung induziert. Die beiden Spulen III und IV sind nun gegensinnig
hintereinandergeschaltet, so da.ß die beiden Wechselspannungen sich an den Herausführungsklemmen
der Hinterelnanderschaltung aufheben, sofern der Elektromagnet ein ebenso starkes
Feld entwickelt wie .der permanente Magnet. Ändert sich nun die zu regelnde Größe,
so ändert sich auch
die Erregung des Elektromagneten, und die Iiintereinanderschaltung
der Spulen II I und IV wird eine Differenzspannung ,A E ergeben, di4: für den Regelvorgang
benutzt werden kaim:'t In .dem Diagramm der Fig. a sind dek.. Vorgänge veranschaulicht.
Die Kurven stei die von dem permanenten Magneten in der Spule IV induzierte Wechselspannung
dar, die um i 8o' verschobene Kurve e die von dem Elektromagneten in der Spule III
induzierte Spannung. Die Amplitude dieser beiden Kurven ist gleich ;groß und die
resultierende Spannung ist gleich Null. Steigt nun die von dem Elektromagneten induzierte
Spannung auf den Betrage" so ergibt sich eine resultierende Wechselspannung r; vermindert
sich die Spannung des Elektromagneten auf den Betrag e", dann ergibt sich eine resultierende
Spannung r" die um i 8ö' in der Phasenlage gegenüber r verschoben ist, wobei sie
beispielsiveise wieder dieselbe Größe s=ie die Spannung r annimmt.
-
Fig. 3 der Zeichnung zeigt einen achtpoligün Hilfsgenerator in schematischer
Stirnansicht. Es sind vier mit I bezeichnete permanente Magnete und vier mit II
bezeichnete Elektromagnete vorhanden. Die Einzelausbildung der permanenten und der
Elektromagnete bzw. ihre Lage zu den von ihnen induzierten Spulen III und IV mag
der Anordnung nach Fig. i entsprechen. Die vier induzierten Spulen III sind gleichsinnig
hintereinandergeschaltet, ebenso die vier Spulen IV. Die beiden Spuiengruppen sind
gegensinnig hintereinandergeschaltet, und an ihren äußeren Klemmen 2 kann die Spannungsdifferenz
A E abgenommen werden. Die Wirkungsweise ist dieselbe wie bei der Anordnung der
Fig. i. Dies ergibt sich am besten daraus, wenn man nur zwei am Ankerumfang nebeneinanderliegende
Erregermagnete bzw. induzierte Spulen betrachtet, von denen der eine ein permanenter
und der zweite ein Elektromagnet ist. Die Anordnung .der Fig. i ist in Fig. 3 sozusagen
dadurch vervielfacht, daß die beiden Magnet- und Spulensysteme der Fig. i auf der
einen Seite des Umfanges näher aneinandergeschoben sind, während auf der zweiten
nunmehr verbreiterten Seite des Umfanges neue Magnet- und Spulensy steme eingerückt
sind.
-
Aus den obigen Ausführungen ergibt sich, daß der für die Regelung
dienende Hilfsgenerator mit einer beliebigen Drehzahl umlaufen kann, ohne daß dadurch
der Regelvorgang wesentlich beeinflußt wird, da eine Änderung der Drehzahl die von
den permanenten und den Elektromagneten induzierten Spannungen in gleichem Maße
ändert. Der Hilfsgenerator kann also mit der zu regelnden Maschine gekuppelt sein;
er kann aber auch von einer beliebigen anderen Maschine angetrieben werden. Selbstverständlich
ist die in Fig. i gezeigte Anordnung der Pole und der von ihnen induzierten MVicklunzen
für
| Erfindung keineswegs wesentlich. Man |
| tue beispielsweise ,auch-.einen Hilfsgenerator |
| :h@venden, der wie eine einphasige Synchron- |
maschine ausgebildet ist, wobei die umlaufenden Erregerpole abwechselnd aus permanenten
und aus Elektromagneten bestehen. Der Ständer dieser Synchronmaschine besitzt, wie
üblich, eine Wechselstromwic'klung.
-
Die permanenten Magnete (Stahlmagnete ohne besondere Erregerwicklung)
sind an sich für die Erfindung unwesentlich. Wesentlich ist nur, daß diese Magnete
eine konstante Feldstärke aufweisen. Man kann daher an ihrer Stelle auch mit konstantem
Strom erregte Elektromagnete nehmen. Führt man diese Magnete mit hoher Eisensättigung
aus, dann kann man sie auch mit demselben Stromwie die obenerwähnten Elektromagnete,
deren Erregerstrom von der zu regelnden Größe abhängig ist, erregen. Trotzdem bleibt
ihre Feldstärke infolge der Eisensättigung im wesentlichen konstant. Für die Erhöhung
der Regelgenauigkeit ist es zweckmäßig, wenn die Elektromagnete möglichst ohne Hysteresis
arbeiten, damit eine Änderung der zu regelnden Größe sofort dieselbe Änderung der
Feldstärke an den Elektromagneten zur Folge hat. Für die Elektromagnete wird daher
zweckmäßig ein Eisen mit geringer Hysteresis verwendet. In manchen Fällen wird es
sogar zweckmäßig sein, die Elektromagnete überhaupt ohne Eisen .auszuführen.
-
Fig.4 der Zeichnung zeigt eine Gesamtanordnung gemäß der Erfindung.
Mit dem in der Spannung zu regelnden Gleichstromgenerator 3 ist der Hilfsgenerator
mit den Magnetsystemen bzw. Wicklungen I bis IV gekuppelt. Dem Elektromagneten II
wird dabei die Spannung am Kommutator des Generators zugeführt. Die an den Klemmen
auftretende Differenzspannung wird über einen Transformator 4 einer Verstärkeranordnung
mit den Elektronenröhren 5 und 6 zugeführt. Die Elektronenröhre 6 wirkt dabei wie
ein zu dem Widerstand 7 parallel geschalteter, in der Größe veränderlicher Widerstand.
Entsprechend dieser Änderung des Widerstandes 6 tritt .auch eine Änderung des Stromes
in der Erregerwicklung 8 des Generators 3 auf. Dadurch -wird dann die Abweichung
der Generatorspannung vom Sollwert wieder rückgängig gemacht.
-
Bei der Anordnung nach Fig.4 ist es nicht zweckmäßig, die von dem
Hilfsgenerator gelieferte Differenzspannung ;A E derart zu bemessen, daß .diese
Spannung für den Sollwert der zu regelnden Spannung gleich Null ist. In diesem Fall
vvVirde nämlich bei einem Spannungsabfall
und bei einer Spannungssteigerung
am Generator 3 von gleicher Größe beide Male dieselbe Differenzspannung auftreten;
nur die Phasenlage der Spannuni'" würde um i 8o' ,gemäß dem Diagramm der Fig. a
sich ändern. Hiermit wäre aber mitder Verstärkeranordnung, wie sie in Fig. 4 dargestellt
ist, keine Regulierung des Generators möglich, da sowohl Unter- als, auch Überschreitung
des Soll-wertes der zu-regelnden Spannung dieselbe Änderung des Widerstandes der
Elektronenröhre 6 und damit des Stromes; in der Erregerwicklung 8 zur Folge hätte.
Um dies zu vermeiden, sind bei der Anordnung der Fig. 4. die permanenten und die
Elektromagnete für den Sollwert der zu regelnden Spannung derart gegeneinander abgeglichen,
daß die Differenzspannung A E einen von Null verschiedenen Wert besitzt, der bei
,einer Änderung der Spannung des Generators 3 nach der einen Richtung ansteigt,
nach der anderen Richtung abfällt, der .aber bei allen Betriebszuständen niemals
sein Vorzeichen umkehrt.
-
Selbstverständlich kann man aber auch derart arbeiten, daß die Differenzspannung
, E an den Klem@mien 2 für den Sollwert der zu regelnden Größe gleich Null ist.
-
Fig. 5 der Zeichnung zeigt eitle solche Anordnung. Die Differenzspannung
A E ist der einen Spule io eines Dynamometers zugeführt, dessen zweite Spule
i i von einer Wechselspannung gespeist wird, die dieselbe Frequenz wie die Spannung
,A E besitzt, die aber beim Durchgang der Spannung rA E durch den Nullwert ihre
Phasenlage beibehält. Diese Spannung kann beispielsweise von einem der Spulens.ysteme
III oder IV der Fig. i oder 3 geliefert werden (Eiei oder Eiv). Die beweglicht Spule
des Dynamometers ist mit einem Kontaktumschlaghebel 13 gekuppelt. Je nachdem der
Hebel 13 ,an die Kontakte 14 oder 15
zum Anliegen kommt, bekommt der
Verstellmotor 16 von der Batterie 17 aus Strom in der :einen oder
anderen Richtung und verstellt über die Zahnstange 18 die Größe des in dem Erregerstromkreis
des Generators 3 der Fig. q. eingeschalteten Widerstandes 7 in dem einen oder ,anderen
Sinne.