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Einrichtung zum Regeln von elektrischen Spannungen oder Strömen mittels
eines. aus Kohlenscheiben zusammengesetzten Widerstandes Es sind Vorrichtungen zur
Regelung von elektrischen Spannungen und Strömen bekannt, bei denen im Haupt- oder
Nebenstromkreis oder im Erregerstromkreis elektrischer Maschinen als veränderlicher
Widerstand eine aus einzelnen Kohlenscheiben zusammengesetzte Säule sich befindet,
die einem wechselnden mechanischen Druck ausgesetzt ,ist und dadurch ihren Ohmschen
Widerstand verändert. Die Kohlenscheibensäule wird durch die Kraft einer Feder zusammengedrückt.
Dieser wirkt die Kraft eines Elektromagneten entgegen, dessen Erregerstromspule
an den zu regelnden Stromkreis angeschlossen ist. Die magnetische Zugkraft wird
vergrößert und der Druck auf die Kohlenscheibensäule verringert, je größer die Spannung
oder der Strom werden will, und umgekehrt. Für einen theoretisch genauen Regelvorgang
ist es notwendig, daß auf dem ganzen Weg, den der Regelmechanismus macht, die Summe
der auf den Mechanismus einwirkenden Kräfte, wie der Kohlensäulengegendruck, die
Federkraft, magnetische Zugkraft, gleich Null sind.
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Wenn nicht komplizierte Ausgleichsmittel, sondern nur Hebelwerke zwischen
Magnet, Feder und Säulenlagerung angewendet werden, kann man den ganzen Regelbereich
der Kohlensäule nicht ausnutzen. Man muß sich auch damit abfinden, daß der zu regelnde
Wert der Spannung oder des Stromes sich innerhalb mehr oder weniger großer Grenzen
bewegt, damit beim Regelvorgang ein Sinken oder Steigen der Magnetamperewindungen
bzw. der magnetischen Zugkraft entsteht. Um diese Regelgrenzen in einem erträglichen
Maß zu halten, muß der Elektromagnet stark bemessen werden, was jedoch einen großen
Erregerstrom erfordert. Es sind auch Vorrichtungen bekannt, bei welchen durch Anwendung
von Federn oder Federgruppen, Kniehebel und biegsamem Federzugband, das sich an
eine oder mehrere Leitkurven anlegt, erreicht wird, daß die auf den Mechanismus
einwirkenden Kräfte in dem ganzen Regelbereich annähernd gleich Null sind, und zwar
bei gleichbleibenden Magnetamperewindungen, so daß die Vorrichtung auf. einen bestimmten
Regelwert arbeitet. Wenn durch längeren Betrieb sich die Höhe, die Elastizität,
die elektrischen Eigenschaften usw. der Kohlenscheibensäule verändern, so verlieren
aber alle diese Vorrichtungen die, erforderliche Genauigkeit der Regelung und müssen
neu eingestellt werden.
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Weiterhin sind Einrichtungen bekannt, bei denen unter Beibehaltung
der Ausgleichsorgane zwischen Magnet und Kohlensäule die Steuerung des Magneten
mittels eines mechanischen Zitterreglers erfolgt. Bei diesen Einrichtungen ist der
Magnet an die zu regelnde
Spannung angeschlossen. Der Zitterregler
dient also lediglich als ein zusätzliches Regelorgan, um neben den bereits vorhandenen
Ausgleichsorganen eine weitere Verfeinerun der Regelung zu erzielen. Im Hauptber@ich_
erfolgt also die Regelung durch den Magneten selbst, so daß die volle Regelwirkung
des" Zitterreglers nicht ausgenutzt wird. Ein weiterer Nachteil dieser Einrichtung
ist die Tatsache, daß der Magnet im Zusammenwirken mit dem Zitterregler sehr leicht
in Eigenschwingungen bzw. Pendelbewegungen gerät, so daß dämpfende Organe erforderlich
sind. Durch diese Dämpfungsorgane wird die Schnelligkeit der Regelung sehr gehemmt,
so daß von einer Schnellregelung nicht mehr gesprochen werden kann. Auf Grund der
verwendeten Hebelübertragungen ergibt sich der weitere Nachteil, daß der Kern des
Magneten verhältnismäßig große Wege zurücklegen muß im Vergleich zu dem eigentlichen
Hub der Kohlensäule. Um diese großen Wege zurückzulegen, werden aber im Verhältnis
zu den schnellen Regelbewegungen des Zitterreglers viel zu lange Zeiten benötigt,
so daß die Vorteile des Zitterreglers praktisch unausgenutzt bleiben.
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Völlig abwegig sind auch die Bemühungen, etwa die Kohlensäule im Takte
des Zitterreglers schwingen zu lassen, wie dies bei anderen Einrichtungen in Vorschlag
gebracht wurde. Durch die dauernden Schwingungen des Magneten werden sehr ungünstige
Wirkungen auf die Kohlensäule ausgeübt, welche sich in ihrer Elastizität und in
ihren Widerstandswerten sehr rasch ändert.
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Alle diese Nachteile werden bei der Einrichtung nach der Erfindung
zum Regeln von elektrischen Spannungen oder Strömen mittels eines aus Kohlenscheiben
zusammengesetzten Widerstandes, auf welchen elektromagnetisch ein veränderlicher
Druck ausgeübt wird und die elektromagnetische Erregung durch einen von der zu regelnden
Größe beeinflußten Zitterregler gesteuert wird, dadurch vermieden, daß der Druck
. auf die Kohlenscheibensäule allein und unmittelbar von dem Elektromagneten erzeugt
und ohneAusgleichs-oder Übertragungsorgane ausgeübt wird, und daß der Zitterregler
eine mit einer Feder zusammenwirkende Summerwicklung besitzt, welche an einem Abgriffpunkt
eines zwischen seinen Kontakten liegenden Widerstandes derart artgeschlossen ist,
daß der Magnet den Schwingungen des Zitterreglers nicht folgen kann, sondern sich
jeweils auf einen durch das Verhältnis der Offnungs- und Schließungszeiten der Kontakte
des Zitterreglers bestimmten Mittelwert der Erregung einstellt. Durch den Zitterregler
wird dann der Erregerstrom des. Elektromagneten so gesteuert, daß die effektiven
Amperewindungen, d. h. also die magnetische Zugkraft, -und damit der Druck auf die
Kohlensäule jeweils so groß wird, daß der Säulenwiderstand Spannung oder Strom auf
den vorgeschriebenen Wert bringt oder a:üf diesem Wert hält. Dadurch, daß der Magnet
unmittelbar und ohne Ausgleichs- oder übertragungsorgane auf die Kohlensäule wirkt,
wird gegenüber allen bisher bekannten Anordnungen außer einer wesentlichen Vereinfachung
der ganzen Einrichtung eine größere Regelgenauigkeit erzielt. Dies und die Schnelligkeit
der Regelung wird bei dem fast trägheitslos arbeitenden Zitterregler dadurch erreicht,
daß der Anker des Elektromagneten nur einen ganz geringen Regelweg zurückzulegen
hat.
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Die Einrichtung nach der Erfindung zeichnet sich weiterhin durch leichte
Einstellmöglichkeit des Reglers gegenüber solchen mit Kurvenscheiben und Hebelwerken
aus. Betriebsmäßig auftretende Veränderungen der Kohlensäule, beispielsweise durch
Verschieben der Kohleblättchen, werden durch die Arbeitsweise des Zitterreglers
sofort ausgeglichen, und durch die unmittelbare Kräfteübertragung von dem ,indirekt
gesteuerten Magneten auf die Kohlensäule wird der Kräfteausgleich des Systems in
besonders einfacher Weise erzielt. Ebenso wird durch den Zitterregler jeglicher
Temperatureinfluß auf die Kohlensäule und den Elektromagneten ausgeglichen. Die
Einrichtung nach der Erfindung erweist sich gegenüber Erschütterungen als vollkommen
unempfindlich. Endlich besteht bei der Einrichtung nach der Erfindung der Vorteil,
daß die Regelung sehr leicht auf verschiedene Längen und Teilungen der Kohlensäule
eingestellt werden kann. Es bedarf hierzu keinerlei Auswechslungen irgendwelcher
Einzelteile, wie dies sonst bei der Verwendung von Ausgleichsorganen erforderlich
ist.
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Die Abb. i und 2 zeigen Ausführungsbeispiele der Einrichtung nach
der Erfindung in schematischer Darstellung, und zwar für eine Spannungsregelung.
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In Abb. i wirkt der Elektromagnet in mit der Wicklung s auf den Anker
a der Kohlenscheibensäule h, wobei die Druckfeder f bei Mindesterregung des Elektromagnetenin
die Kohlenscheibensäule k bis auf ihr Eigengewicht entlastet. Die Steuerung der
Erregung des Magneten m erfolgt mittels des Zitterreglers z. Dieser besitzt die
Wicklung p, welche mit ihren Enden 8, 9 an der zu regelnden Spannung I und III liegt.
Außerdem ist der Zitterregler mit einer Summerwicklung g versehen, welche mit der
Federe zusammen auf den Ankern des Zitterreglers einwirkt. Der Widerstandr liegt
zwischen dem Drehpunkt q. des Ankers n und dem Kontakt i. Der Kontakt
i
ist finit dem Pol 13 der Kohlenscheiben Säule h sowie mit dem Leiter II leitend
ver. Bunden. An dem Widerstand? ist ein ver. änderlicher Abgriffpunkt 5 vorgesehen,
wel. cher mit dem Ende 6 der Summerwicklung g leitend verbunden ist. Das andere
Ende 7 der SummerNvicklung g steht mit dem Drehpunkt q. des Ankers jz in Verbindung.
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Der eine Pol der zu regelnden Spannung, und zwar der Leiber I, liegt
direkt am Verbrauchsnetz x, während der, andere Pol der veränderlichen Spannung
II über die Kohlenscheibensäule h dem Leiter III des Verbrauchernetzes x zugeführt
wird.
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Im Ruhezustand sind die Kontakte i und 2 des Zitterreglers geschlossen
und überbrücken den 'Widerstand r. Im Erregerstromkreis des Elektromagneten in,
ausgehend vom Punkt 13 an dem Leiter II, über Kontakt 1, 2 und Punkt ¢, 14, 15 nach
I, kann der höchste Stromwert auftreten. Der Elektromagnet wird also stark erregt,
und die magnetische Zugkraft auf den Anker a bzw. der Druck auf die Kohlenscheibensäule
h hat den höchsten'Wert. Ihr Widerstand ist am geringsten. Die Spannung zwischen
Leiter III und I ist dann nur wenig von der Spannung zwischen II und 1 verschieden.
Wenn die Spannung zu steigen beginnt, so wird die Spule p des Zitterreglers stärker
erregt. Bei Überschreitung des eingestellten, zu regelnden Grenzwertes wird der
Ankern des Zitterreglers z angezogen. Die Kontakte 1, 2 werden geöffnet und der
Widerstand r in den Erregerstromkreis der Spule s des Elektromagneten m eingeschaltet.
Der Erregerstrom wird auf den Mindestwert verringert. Gleichzeitig wird die Summenwicklung
g des Zitterreglers z über Punkt 5 am Widerstand r erregt. Die Amperewindungen der
Spule q wirken denjenigen der Spule >> entgegen, so daß der Ankern wieder zurückgeht
und die Kontakte 1, 2 sich schließen. Der -Erregerstrom in der Spule s des Elektromagneten
m wird wieder auf den Höchstwert gebracht, so daß sich abermals die Kontakte 1,
2 öffnen und in ständiger Schwingung gehalten werden. Das Verhältnis der Öffnungs-
und Schließzeiten des Kontaktes i, 2 bedingt die Stärke der Erregung des Elektromagneten
in-. Es ist abhängig von der Erregung der Spule p des Zitterreglers z und, da diese
an Leiter I und III, also -an der zu regelnden Spannung liegt, auch von dieser.
Wenn die veränderliche Spannung zwischen Leiter 1 und II zu steigen beginnt, so
will auch die Spannung zwischen Leiter I und III ansteigen. Das Arbeiten der Kontakte
1, 2 ändert sich derart, daß die 'Erregung in der Spule s des Elektromagneten in
sinkt. Die magnetische Zugkraft auf den Anker a wird verringert und damit auch der
auf die Kohlen-Scheibensäule h wirkende Druck. Ihr Widerstand steigt, und zwar so
weit, bis der zu regelnde Spannungswert zwischen Leiter I und - III wiederhergestellt
ist. Wenn umgekehrt die veränderliche Spannung zwischen I und II sinkt, wird durch
das Arbeiten des Zitterreglers z die Erregung in der Spule s des Elektr omagneten
in erhöht, die magnetische Zugkraft auf den Anker a und der Druck auf die Kohlenscheibensäule
h vergrößert, ihr Widerstand verringert und damit die Spannung zwischen Leitung
I und III auf den zu regelnden Wert gehoben. Der Kontakt i kann auch an Punkt 12,
d. i. an Leiter I I I, angeschlossen werden.
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Der Regelbereich des Zitterreglers wird nach der Erfindung durch Anbringung
eines Kontaktes 3 vergrößert, der entweder direkt oder über einen Widerstand @v
(i o, i i) an Leiter I angeschlossen ist. Wenn die Kontakte 2 und 3 geschlossen
sind, wird die Spule s des Elektromagneten überbrückt und so der untere Grenzwert
der Erregung, bedingt durch den Widerstand r, noch weiter herabgeregelt. Auch kann
eine zweite Spule, die der Spule sentgegenwirkt, auf dem Elektr omagneten m. angebracht
und zwischen Kontakt 3 und Leiter I geschaltet werden.
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In Abb. 2 besitzt der Elektromagnet m' die Differentialwicklungen
l', s'. Der Druck auf die Kohlenscheib:ensäule k' wird durch die Zugkraft des Elektromagneten
in' bewirkt, der durch die Wicklung t' voll erregt wird. Das eine Ende 16 der Spule
f' liegt an Leiter II (13), das andere Ende 1 7 an Leiter I. Der Kontakt i liegt
an Punkt 14; er kann auch an Punkt 13 gelegt werden. Die magnetische Wirkung der
Spule t' wird geschwächt bzw. aufgehoben durch die Spule s', deren Erregerstrom
vom Zitterregler z' gesteuert wird. Im übrigen spielt sich der Regelvorgang der
Anordnung nach Abb. 2 in analoger Weise wie bei Abb. i dargelegt ab.