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Regeleinrichtung Die Erfindung betrifft eine elektrische Regeleinrichtung
zur Erzielung einer geknickten Regelkennlinie, d. h. einer solchen Abhängigkeit
der Regelwirkung von der zu regelnden Größe, die nicht über den ganzen Bereich linear
verläuft, sondern an einem bestimmten Punkt eine Unstetigkeit aufweist.
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Erfindungsgemäß wird zu diesem Zweck die zu regelnde elektrische oder
mechanische Größe gegebenenfalls nach Umformung derselben als Gleichstromgröße der
einen Wicklung einer mit konstanter Geschwindigkeit angetriebenen Gleichstrommaschine
mit drei Erregerwicklungen zugeführt, von denen die zweite Wicklung konstant erregt
ist und der ersten entgegenwirkt und die dritte Wicklung eine Nebenschlußerregung
darstellt, die beim Überwiegen -der Durchflutunig in der einen Richtung, beispielsweise
durch Gleichrichter, wirkungslos gemacht .wird. Zur Betätigung des Reglers werden
entweder die Spannung der Gleichstrommaschine oder die Nebenschlußerregerspannung
oder beide verwendet. Die erfindungsgemäße Einrichtung kann über an sich bekannte
Elemente, z. B. die Erregerwicklung .einer elektrischen Maschine, eines elektrischen
Reglers oder eines Servomotors oder die Gittersteuerung für ein Elektronen-oder
Ionenentladungsgefäß irgendeinen Apparat steuern. In letzterem Falle können beispielsweise
.die Erregung der Gleichstromwicklungen von Stoßtransformatoren, die in bekannter
Weise die Verschiebung des Zündzeitpunktes jeder Anode ermöglichen, geregelt werden.
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Die Erfindung ist in .der Zeichnung beispielsweise veranschaulicht.
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In Äbb. i ist mit i eine Gleichstromdynamo, die mit konstanter Geschwindigkeit
angetrieben wird, bezeichnet. Diese trägt eine Nebenschlüßerregerwicklung 2 als
Vervielfachen, die ein wenig unter dem kritischen Wert, bei "dem die Sättigung eintreten
würde, geregelt ist, ferner eine getrennte Erregung 3, die konstant öder ebenfalls
regelbar ist, und eire Erregung., die von einem mit derjenigen
Größe
veränderlichen Strom durchflossen wird, in deren Abhängigkeit die Regelung erfolgen
soll. Wenn diese Größe eine Stromstärke ist, kann der Strom die Wicklung-Ir' durchfließen
oder über einen Nebenschluß iii;# duktiver oder nichtirr uktiver Art zugeführt`
werden; wenn sie eine Spannung ist, kann die Wicklung4 auch direkt angeschlossen
sein.
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Die Regelung selbst wird durch eine Wicklung 5 bewirkt, die direkt
oder indirekt die Veränderung der zu regelnden Größe bewirken kann. Z. B. kann die
Wicklung 5 die Erregerwicklung eines Generators sein, der die Regelung bewirkt.
Die Wicklung 5 ist in einer Brücke von Gleichrichtern 6, 7, 8 und 9 angeordnet,
und die Anordnung ist derart, daß die Nebenschlußerregung 2 nur in der Richtung
vom Strom durchflossen ist, wie es durch .den Pfeil io angedeutet ist, wobei der
Strom über den Gleichrichter 8 fließt. In der anderen Richtung .ist die Erregung
durch den Gleichrichter 9 kurzgeschlossen. Man kann die gleiche Wirkung auch dadurch
erreichen, da.ß man die negative Klemme von i mit dem rechten Ende von a über einen
Gleichrichter verbindet, ohne über die Brücke zu gehen.
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In Abb. 2 .ist die Wirkungsweise der Anordnung und der Einfluß der
Wicklung 2 dargestellt. A stellt hierbei die Leerlaufkennlinie von i dar. Für .den
Wert o des Stromes in der Wicklung 4 ist der Arbeitspunkt bei B, dessen Abszisse
durch die Amperewindungen von 3 festgelegt ,ist, wobei sich die Richtung der Erregung
von i durch die Pfeile in Abb. i ergibt. Für einen bestimmten Stromwert in 4 sei
-der Arbeitspunkt bei C, wobei die Abszisse durch die Differenz der Amperew.indungen
von 3 und 4 bedingt ist. Wenn diese AmperewinFdungen gleich sind, ist die Spannung
Null; und wenn der Strom in 4 weiter anwächst, beginnt die Nebenschlußerregung in
2 zu wirken und gibt einen Arbeitspunkt, beispielsweise D, wobei der Winkel .der
Geraden E-D durch den Widerstand von 2 bestimmt ist.
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Die Abb.3 stellt die Regelkennlinie F-G dar, die eine Spannung U an
den Klemmen von i in Abhängigkeit von den Aanperewindungen 4 oder der Stromstärke
in der Wicklung4 ergibt. I stellt die Stromstärke dar, bei der die Amperewindungen
von 3 und 4 sich aufheben und bei deren Überschreiten die Wicklung 2 zu wirken beginnt.
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Abb,. 4 gibt die Kurve HJ, die das Verhalten des Stromes immer
in gleicher Richtung in 5 in Abhängigkeit vom Strom in der Wicklung 4 darstellt.
Diese Kennlinie H-I ist besonders zur Kompoundierung geeignet, wobei der Strom in
4 :derjenige ist, in dessen Abhängigkeit die Kompoundierung erfolgen soll (oder
aber ein Strom, -der diesem proportional ist). 5 kann hierbei die Erregerwicklung
der zu komPoündierenden Maschine sein ;;'c3der mittelbar auf den zu kompoundierenden
I or oder Apparat einwirken. Für Strome77erte in der Wicklung 4, die geringer als
I Sind, erfolgt Kompoundierung, und für Werte über I erfolgt starke Gegenkompoundierung
mit Strombegrenzung. Eine solche Kennlinie kann mit besonderem Vorteil zur Begrenzung
der Leistungsspitzen eines Generators dienen, der von einer Dieselmaschine angetrieben
wird.
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In diesem Fall kann die Nebenschlußerregungä der Begrenzungseinrichtung
in ihrer Wirkung herabgesetzt werden, um eine konstante Leistungskennlinie zu erhalten.
Weiterhin ist eine solche Kennlinie vorteilhaft, um den selbsttätigen Anlaß- und
Bremsvorgang bei begrenztem Drehmoment von solchen Motoren sicherzustellen, die
von Leonardgeneratoren gespeist werden, andererseits auch, um bei Qüecksilberdampfgleichrichtern,
die Fährzeugmotore speisen, die Überlastung einzuschränken.
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Abh: 5 stellt eine Abänderung der Anordnung nach Abb. i dar, wobei
der Wirkung .der Reglerwicklung 5 diejenige einer zweiten, ebenfalls von i gespeisten
Wicklung i i überlagert wird, jedoch ohne Zwischenschaltung einer Brücke aus Gleichrichtern.
i i kann beispielsweise in Reihe mit 5, wie es in der Abbildung dargestellt ist,
oder direkt an die Klemmen von i angeschlossen sein. Die Stromrichtung in i i wechselt
in gleichem Zeitmaß wie -die Polarität von i; und diese Wicklung kann in bezug auf
5 so angeschlossen sein,: daß ihre Amperewindungen sich addieren, solange der Strom
in 4 unter dem Wert I liegt; oder sie können sich im Gegenteil unter den gleichen
Bedingungen subtrahieren. Abb. 6 gilbt die Regelkurve H' I' für den ersten Fall
wieder, wo sich die Amperewin.dungen 5 und i i für Stromwerte in oberhalb I entgegenwirken.
Die Regelkurve H" T" in Abh. 7 bezieht sich auf die zweite Anschlußmöglichkeit,
wobei vorausgesetzt ist; daß die Zahl der Windungen von ri größer ist als die von
5. In dem besonderen Fall, wo 5 und i i die gleiche Anzahl von Windungen haben,
ergibt sich die Kurve H"', T"' in Abb. 8; für Stromwerte in der Wicklung4,
die unterhalb von I liegen heben sich die beiden Wicklungen 5 und i z in ihrer Wirkung
auf, und für Werte oberhalb von I addieren sich die Wirkungen der beiden Wickhingen
und werden durch die Erregung a verstärkt.
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Wenn die Größe, in deren Abhängigkeit geregelt werden soll, eine Spannung
ist, von deren Klemmen die Erregung 4 gespeist wird,
können die
beschriebenen Anordnungen besonders als Spannungsbegrenzer wirken. Man kann sie
z. B. zur Begrenzung der Leerlaufspannung von mit Saugdrosseln versehenen Ouecksilberdampfgefäßen
oder zur Begren=. zung der Leistung von Konstantstromgeneratoren sowie zum selbsttätigen
Laden von Sammlerbatterien mit Vorteil verwenden.
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Abb. g stellt ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung dar. Hierbei
ist das Vergleichselement nicht wie in den ersten Beispielen eine besondere Wicklung
3 zur konstanten Erregung einer Hilfsdynamo i, sondern beispielsweise eine konstante
Spannung U, wobei X die veränderliche Spannung bedeutet, in deren Abhängigkeit
geregelt werden soll.
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Eine Reglerwicklung ii wirkt auf ein Organ, das beispielsweise ein
normaler elektrischer Regler sein kann, mit ihren Amperewindungen proportional der
Summe der Spannungen c (U, +X), die durch -die Gerade K in den Abb. io und
ii in Abhängigkeit von der Spannung X dargestellt .ist. Eine zweite Reglerwicklung
5 liegt in einer Brücke, deren Zweige durch Elemente mit nur einer Stromdurchlaßrichtung
6, 7, 8, g gebildet wird; die Wirkung dieser Wicklung kann sich von der der Wicklung
i i abziehen oder zu ihr hinzufügen. Sie wirkt mit ihren Amperewindungen entsprechend
der Formel -I- (aX - b UJ entsprechend
größer oder kleiner als .das Verhältnis
wobei b und a Konstanten-sind, die unter sich im gleichen Verhältnis stehen
wie die Größen der Widerstände 13 und 12.
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Die gebrochene Linie LM der Abb. io stellt Aden Fa11 dar, wo
sich die Amperewindungen von i i und 5 in ihrer Wirkung unterstützen; fdie gebrochene
Linie LNI' in Abib. i i stellt den Fall dar, wo diese sich entgegenwirken. Die Linien
NP und N'P' in :den beiden Abbildungen stellen die gesamten Amperewindungen 5 -I-
i i dar. In Abb. io könnte die Gerade N durch eine andere Zahl der Amperewin@dungen
von 5 und i i eine andere Neigung haben. Sie könnte beispielsweise steigend statt
abfallend oder im Sonderfall horizontal verlaufen. Man sieht daraus, daß, wenn diese
Amperewindun:gen, auf einen Regler wirken oder wenn die konstanten Amperewindungen,
die durch die Gerade N dargestellt werden, wobei diese Gerade N beispielsweise horizontal
verläuft, durch die getrennte Erregung einer Dynamo mit drei Wicklungen aufgehoben
werden, die Wirkung von X auf den Regler null ist (oder vermindert, wenn die Gerade
N eine Neigung hat). Diese Wirkung tritt bis zu dem Wert
.in, und darüber hinaus wird infolge der unstetigen Änderung der Kennlinie am Punkt
X, eine Begrenzung des Wertes von X erhalten, so daß die Kennlinie jetzt
der Geraden .P folgt.
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Die Anordnung nach Abb. 1a entspricht der von Abb. g. Was dort X war,
ist hier die Spannung U2 einer Hilfsdynamo 1q., die mit konstanter Geschwindigkeit
angetrieben wird und deren Erregung 15 an den Klemmen eines Widerstandes 16 angeschlossen
ist, der vom Strom des zu regelnden Generators durchflossen wird. U1 ist die Spannung
dieses Generators und entspricht U, der Abb, g. Im Sinne der Beziehung von Abb.
io erhält man für den Wert sämtlicher Amperewindungen von 5 und i i (c +
b) ' Ui + (c - a) ' U2, wenn
und (c - b) ' U1 -i- (c t a) ' U2., wenn
Wenn diese Amperewindungen z. B. auf einen Regler wirken, ruft dieser eine solche
Änderung hervor, die das Gleichgewicht, wobei unter der obigen Voraussetzung die
Amperewindungen der Erregung konstant sind, wiederherstellt. Man hat dann (c -I-
b) ' U,+ (c - a) . U2= (c - b) . U1 -I- (c -I- a) #
U2 = konst. U2 ist hierbei proportional der Stromstärke. Man kann also Stromspannungskennlinien,
wie sie durch Abb. 13 dargestellt werden, erhalten, die in R eine unstetige Änderung
aufweisen, wobei,die Teile S und T für konstante Spannung (über- oder unterkompoundiert)
und die Teile W und Y für konstanten Strom, .der ebenfalls durch die Spannung
über- oder unterkompoundiert sein kann, gelten.
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Man kann auch die Anordnung nach Abb. 12 als Auswahlorgan verwenden,
beispielsweise um die höchste oder die geringste Spannung eines Dreileiternetzes
zu überwachen. Es genügt hierbei a = b - c zu
machen. Die Anordnung kann andererseits
auch mehrmals als Kaskade wiederholt werden, wenn es erforderlich sein sollte. Abb.
14 gibt ein Anwendungsbeispiel auf ein Fünf-Leiternetz, wo die vier Spannungen U1,
U2, U3 und U4 auftreten. Die Erregerwicklungen 5', i i' und 5", 11" geben auf die
Dynamos 17 bzw. 18, :die mit konstanter Geschwindigkeit angetrieben werden, eine
Spannung, die der höchsten oder der geringsten der vier Spannungen entspricht. Wenn
die Wicklungen 5 und i i beispielsweise einen Regler erregen,
kann
die geregelte Spannung je nachdem die höchste oder die geringste der vier Spannungen
U1 bis U4 sein.
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Abb. 15 gibt ein weiteres Anwendungsbeispiel der Anordnung nach Abb.
12 zur Gittersteuerung eines Quecksil'berdampfgefäßes, das in der Abbildung selbst
nicht dargestellt ist, sondern nur durch die Leitungen i9 und äo des Gleichstromnetzes
angedeutet wurde.
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Die Hilfs-dyn@amo 14 wird von dem Gleichstrom des: Gleichrichters
erregt, wobei die Teile 5, 6, 7; 8, 9; 11, 12 und 13 den ebenso bezeichneten in
Abb.12 entsprechen. Die Wicklungen 5 und z i erregen eine Hilfsdynamo 21, die in
bekannter Weise auf ,die Gittersteuerung es Gleichrichters einwirkt, beispielsweise
indem sie in die Gleichstromwicklung.des Stoßtransformators eingeschaltet ist, der
in bekannter Weise den Stromeinsatz jeder Anode zu verschieben gestattet.
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Man kann auch den Gleichrichter mit einer Kennlinie arbeiten lassen,
die denen von Abb. 13 entspricht. Die Dynamo 21 kann auch eine Erregerwicklung 22
tragen, die von der Dynamo z3 gespeist wird und über die Leitung 24 eine Gittervorspannung
liefert. Über den einstellbaren Widerstand 25 kann noch außerdem die Kennlinie des
Gleichrichters verändert werden. Endlich kann die Dynamo 21 noch eine Nebenschlußerregung
26 mit Verstärkerwcklung tragen, deren Wirkung in dem.einen oder anderen Sinn einsetzt,
je nachdem ob die resultierenden Amperewindungen von 5 und ii diejenigen von 22
überwiegen oder umgekehrt.