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Anordnung zur selbsttätigen Regelung der Betriebsgrößen von elektrischen
Maschinen mittels im Erregerkreis angeordneter gittergesteuerter Dampf- oder Gasentladungsstrecken
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Anordnung zur selbsttätigen Regelung
von Betriebsgrößen elektrischer Maschinen, welche z. B. sowohl für Gleich- oder
Wechselstromgeneratoren als auch für irgendein Netz, sofern der das Netz speisende
Generator zugänglich ist, verwendbar ist. Die zu regelnde Betriebsgröße des Generators
bzw. des Netzes, beispielsweise die Spannung oder der Strom, soll dabei in engen
Grenzen konstant gehalten werden.
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Es sind bereits derartige Regeleinrichtungen bekanntgeworden, welche
mit gittergesteuerten Dampf- oder Gasentladungsstrekken arbeiten und bei denen "beispielsweise
jede Abweichung der zu regelnden Spannung von einem vorbestimmten Wert dazu benutzt
wird, die Phasenverschiebung zwischen der Gitterspannung der Entladungsstrecken
gegenüber der Anodenspannung derart zu ändern, daß der dem Erregerkreis des Generators
zugeführte Strom in entsprechendem Sinne geändert wird.
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Es sind ferner noch Anordnungen bekanntgeworden, bei denen eine Regelung
von Generatoren mit Hilfe von Entladungsstrecken dadurch herbeigeführt wird, daß
in Abhängigkeit von einer an einer aus verschiedenartil;en Scheinwiderständen bestehenden
Brükkenanordnung erzeugten Spannung auf zwei gegenläufig regelnden Steuerwegen die
eine oder andere Entladungsstrecke voll geöffnet bzw. gänzlich gesperrt ist. Bei
Verschiebung des Brückengleichge"vichtes weist daher die Gitterspannung einen Phasensprung
von angenähert i 8o' auf. Diese Regelung ist naturgemäß sehr grob und gibt leicht
zu Pendelungen des Generators Anlaß. Die vorliegende Erfindung kann im Gegensatz
hierzu eine beliebig freie Einstellung der Regelgrenzen und damit eine wesentlich
größere Konstanz der Regelung selbst herbeiführen. Die im Erregerkreis der elektrischen
Maschine angeordneten gittergesteuerten Dampf- oder Gasentladungsstrecken werden
in Abhängigkeit von der Phasenverschiebung einer Gitterwechselspannung, die einem
aus verschiedenartigen Scheinwiderständen bestehenden Spannungsteiler entnommen
wird, geändert. Die Spannungsteileranordnung wird auf zwei gegenläufig regelnden
Steuerwegen von der zu regelnden Größe beeinflußt. Erfindungsgemäß werden in diese
beiden gegenläufig regelnden Steuerwege Hilfsentladtuigsstrecken oder mechanische
Schaltmittel eingeschaltet, die es gestatten, die Größe vorzugsweise eines Scheinwiderstandes
der Spannungsteileranordnung ini einen oder anderen Sinne so zu
beeinflussen,
daß die Phasenlage der den Hauptentladungsstrecken zugeführten Steuerwechselspannung
in beliebig einstellbare. Grenzen iin Sinne einer Vor- oder Nacheilun,' geändert
wird. Dabei sind in den SteuesJ kreisen der Hilfsentladungsstrecken lichtelel-"
trische Zellen vorgesehen, bei deren Leiten werden entweder der eine oder der andere
der beiden gegenläufig regelnden Steuen vege freigegeben wird.
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Die beiliegenden Zeichnungen mögen zur Erläuterung des Erfindungsgedankens
dienen. In dein Ausführungsbeispiel nach Abb. i sind lichtempfindliche Zellen 9
und 1.1 in einer derartigen Lage gegenüber einem von der zti regelnden Spannung
abhängigen, in der Abbildung nicht dargestellten Galvanometer angeordnet, daß ein
Anwachsen der zu regelnden Spannung über den vorgeschriebenen mittleren Wert eine
derartige Bewegung des reflektierten Lichtstrahles bewirkt, daß dieser beispielsweise
die Zelle 9 trifft, und daß umgekehrt eine Verminderung der Netzspannung eine Bewegung
des reflektierten Lichtstrahles in der umgekehrten Richtung auslöst und dabei bewirkt,
daß er die Zelle 9 verläßt und die Zelle 14 trifft. In der Zeichnung ist i die Primärwicklung
eines Transformators, welcher die V erstärkerkreise der Photozellen 9 und 14 speist.
Seine Sekundäiwicklung 2 speist die Gittersteuerkreise der Hilfsentladungsstrecken
io und 16, welche gebräuchliche Dreielektrodenröhren sein können. Die Sekundärwicklungd
versorgt die Anodenkreise der Entladungsstrecken io und i (i. Vermittels der in
Potentioineterschaltung angeordneten Widerstände 5 und 6 kann die Gittervorspannung
der Entladungsstrecke io bzw. 16 eingestellt werden. Die Steuergitter dieser beiden
Entladungsstrecken sind über Strombegrenzungswiderstände 8 bzw. 15 sowie die beiden
Photozellen 9 bzw. Id. an die Steuerspannung angeschlossen. Im Anodenkreis der beiden
Entladungsstrecken sind iin Falle des Ausführungsbeispiels der Einfachheit halber
empfindliche Relais 1 2 bzw. 18 angeordnet, welche ansprechen, wenn ein Anodenstrom
in der entsprechenden Entladungsstrecke io bzw. 16 fließt. Die Wicklungen dieser
Relais sind durch Kondensatoren i i bzw. 17 überbrückt, welche die Aufgabe haben,
die Spannung in den Relais 12 bzw. 18 während der in bezug auf die betreffende Entladungsstrecke
negativen Halbwelle der von der Sekundärwicklung d. gelieferten Spannung so weit
aufrechtzuerhalten, daß die Relais 1 2 und 18 während dieser Halbwelle am Abfallen
verhindert werden. Die von den Relais 12 bzw. 18 betätigten Kontakte i9 bzw. 2o
dienen zum Kurzschließen verschiedener Teile des Widerstandes 21, 22, 23,
auf den weiter unten eingegangen wird. Statt der mechanischen Relais, die wegen
der einfachen Darstellungs-# Sveise in der Zeichnung angegeben sind, könien natürlich
auch an sich bekannte rein elekt`rische Übertragungsanordnunget1 zur An-@.,t«tndutig
gelangen, was jedoch für das Wesen "der vorliegenden Erfindung ohne Belang ist.
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Fällt nun ein Lichtstrahl vorn Galvanoineter auf die Photozelle
9, so wird das Gitterpotential der Entladungsstrecke i o über den negativen
Wert, der durch das Potentiometer 5 eingestellt ist, hinaus ansteigen und einen
Stromdurchgang durch die Entladungsstrecke io bewirken, während vorher die am Potentiometer
5 eingestellte Vorspannung allein den Stromdurchgang verhindert hat. Die Kontakte
i 9 und 2o sind derart angeordnet, daß i9 seinen Stromkreis bei Stromdurchgang durch
die Entladungsstrecke 16 schließt, während 2o seinen Stromkreis hei Stromdurchgang
durch die Entladungsstrecke io öffnet.
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Es sind nun weiterhin zwei Dampf- oder Gasentladungsstrecken, vorzugsweise
Ouecksilberdanipfentladungsstrecken, vorgesehen, welche aus einem Transformator
mit der Primärwicklung 26, 27 gespeist werden. Diese Entladungsstrecken liegen
ini Stromkreis einer Wicklung 37, welche beispielsweise die Feldwicklung des Wechselstromgenerators
ist, dessen Spannung geregelt werden soll, oder auch die Feldwicklung einer Hilfserregermaschine,
welche ihrerseits die Erregerwicklung des Hauptgenerators speist. Die Sekundärwicklung
des Speisetransformators für diesen Stromkreis 31, 32 ist mittelangezapft, und die
beiden Entladungsstrecken 34,36 sind in Zweiweggleichricliterschaltung angeordnet,
so daß die Wicklung 37 mit gleichgerichtetem Strom gespeist wird. Die Gitterspannung
der beiden Entladungsstrecken 3.4, 36 wird der Sekundä rwicklung 28, 29 eines besonderen
Gittertransformators entnommen, gegebenenfalls Tiber Strombegrenzungswiderstände
33, 35. Die Primärwicklung des Gittertransformators ist mit dein einen Ende an die
Mittelanzapfung der Primärwicklung z6, 27 des Haupttransformators angeschlossen,
während das andere Enrle mit der gemeinsamen Klemme eines Kondensators 24 und eines
Ohtnscheir Widerstandes 21, 22, 23 verbunden ist, welche in Spannungsteilerschaltung
zwischen den Kleinnien der die Anodenspannung der Entladungsstrecken 3.4, 36 liefernden
Spannung 38 geschaltet sind; die Spannung 38 ist vorteilhaft eine konstante und
von der zu regelnden Spannung unabhängige Hilfsspannung. Die Phase der Spannung
an der Primärwicklung 25 des Gittertransformators kann daher in einfachster Weise
durch Änderung eines der Scheinwiderstände der Spannungsteilerschaltung verschoben
werden;
im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist als veränderlicher
Widerstand der Ohmsche @Viderstand 21, 22, 23 vorgesehen.
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Die Abb. 2 zeigt das Vektordiagramm der durch den Spannungsteiler
21, 22, 23, 24 und die Transforniatorwicklung 25 gebildeten Brückenanordnung. Es
sei 0A die Spannung der Sekundärwicklung 26, OB die der Wicklung 2;. AC ist
die Spannung am Widerstand 2i, 22, 23 und CB die Spannung am Kondensator
24. 0C stellt die Spannung der Wicklu11g 25 des Gittertransformators dar.
Der geometrische Ort des Vektorendpunktes C ist der Halbkreis ACB; daher kann durch
Änderung der Größe von AC die Phasenbezieliung zwischen 0C und 0A bzw.
OB
geändert «-erden. Die Phase der Gitterspannung 28 kann also gegenüber der
Anodenspannung 31 leicht geändert werden und ebenso die der Gitterspannung 29 gegenüber
der A11odenspannung 32.
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Es ist leicht' einzusehen, daß, wenn die Photozellen 9 und 14. räumlich
so angeordnet sind, daß bei der Sollspannung keine der beiden Zellen vorn Lichtstrahl
getroffen wird, auch keine der beiden Entladungsstrecken io oder 16 Strom führt,
der Kontakt 2o daher geschlossen und der Kontakt ig geöffnet ist, cl. 1i. der Teilwiderstand
21 ist kurzgeschlossen. Durch geeignete Wahl der Widerstandsgröße der Teilwiderstände
22 und 23 und durch entsprechende Einstellung des in Reihe zu der Erregerwicklung
37 angeordneten Feldwiderstandes 39 läßt sich der Erregerstroh der Feldwicklung
37 dabei so einstellen, daß die richtige Spannung gerade vom Generator geliefert
wird.
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Die Alb. 3 und .I zeigen schematisch den Vorgang der Steuerung des
durch die Entladungsstrecken 34 und 36 fließenden Stromes. 1 stelle das Anodenpotential
beispielsweise der Röhre 34, dar, 1I sei die kritische Gitterspannung dieser Entladungsstrecke
und III die von der Sekundärwicklung 28 gelieferte tatsächliche Gitterspannung.
Diese Spannung eilt der Anodenspannung I um einen Betrag nach, der durch die Konstanten
der Brückenailordnung festgelegt ist. Die Entladungsstrecke 34. wird stromführend,
sowie die Spannung III die Kurve der kritischen Gitterspannung II schneidet (Punkt
a). Der schraffierte Teil der Anodenspannungskurve stellt daher den Teil dar, in
welchem die Entladungsstrecke 34 stromführend ist. Steigt die Generatorspannung
an, so wird der Kontakt 20 geöffnet, der Widerstand 2o in die Brücke eingeschaltet
und damit die Phasennacheilung der Gitterspannung gegenüber der Anodenspannung vergrößert
(Abb. 4.). Die Entladungsstrecke 34 ist daher nur noch Während eines kleinen Teiles
der Halbwelle leitend, so daß der mittlere Erregerstrom des Generators herabgesetzt
wird. Fällt jedoch die Generatorspannung zuviel, so wird die Photozelle 14 belichtet,
der Kontakt i9 geschlossen und damit außer dein Teilwiderstand 21 auch der Teilwiderstand
22 kurzgeschlossen. Die Gitterspannung wird dadurch im Sinn einer Voreilung phasenverschoben,
die Dauer der Leitfähigkeit der Entladungsstrecken über einen großen Teil der positiven
Halbwelle erstreckt und damit die Erregung und die Generatorspannung wieder erhöht.
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Abb. 5 zeigt eine Abwandlung der in Abb. i gezeigten Anordnung. Zur
Steuerung der Phasenschieberbrücke ist dort anstatt der Photozellenanordnung ein
empfindliches Relais .Io verwendet, das ebenfalls an die die Gleichrichteranordnung
speisende Wechselstromquelle 38 angeschlossen ist. welche nicht mit dem zu regelnden
Netz identisch sein soll. Steigt die Generatorspannung, so schließt das Relais einen
Teil der Drosselspule .41 kurz und bewirkt damit eine Phasenverschiebung der Gitterspannung
im Sinn einer Nacheilung, wie oben beschrieben. Fällt die Generatorspannung, so
schließt das Relais .Io einen Teil des Widerstandes 42 kurz und bewirkt damit eine
Voreilung der Gitterspannung und somit ein Höherregeln der Erregung.
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Die beschriebene Art der Regelung ist natürlich nicht auf die Beeinflussung
der Spannung eines Generators beschränkt, sondern kann natürlich auch sinngemäß
auf die selbsttätige Regelung sonstiger Betriebsgrößen von elektrischen Maschinen
bzw. den mit diesen Maschinen zusanuneirarbeitenden Netzen angewandt «-erden.