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Einrichtung an elektrischen Schnellreglern zur Erhöhung der Regelgeichwindigkeit
Elektrische Regler, die auf die Erregung der elektrischen Maschinen einwirken, um
die Regelung der Spannung, Drehzahl, des Leistungsfaktors usw. zu erreichen, arbeiten
gewöhnlich mit einer gewissen Verzögerung. Diese Verzögerung ist zum Teil durch
die Trägheit der bewegten Teile oder durch die vorhandene Dämpfung der Regler bedingt.
Bei den Tirrillreglern z. B., ist der Spannungskern mit einer Oldämpfung versehen.
Solange sich die zu regelnde Größe nur innerhalb geringer Grenzen ändert, sind die
verzögernden Ursachen praktisch ohne Einfluß auf die Genauigkeit der Regelung. Sobald
-jedoch die zu regelnde Größe plötzlich erheblich von ihrem Normalwert abweicht,
kann der Regler nur allmählich oder stufenweise den neuen Verhältnissen Rechnung
tragen. Bei dem Tirrillregler verhindert z.,B. der Dämpfzylinder, daß die Hauptkontakte
sofort die Stellung einnehmen, die den veränderten Bedingungen entspricht. Mit der
Größe der Generatoren und der Länge der Übertragungsleitungen wächst auch die Wichtigkeit
einer schnellen Einstellung. Z. B. soll die Spannung auch bei starken Änderungen
in allerkürzester Zeit auf den richtigen Wert zurückgeführt werden.
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Um in allen Fällen eine schnelle Regelung zu erhalten, ist es bekannt,
dem elektrischen Schnellregler ein' besonderes, von der zu regelnden Größe beeinflußtes
Relais zuzuordnen, das bei einer einen bestimmten Betrag überschreitenden Änderung
der zu regelnden Größe entspricht und das Arbeiten des Reglers unterstützt. Selbstverständlich
kann das Zusatzrelais auch derart ausgeführt werden, daß es auch bei einer einen
bestimmten Betrag unterschreitenden Änderung der zu regelnden Größe anspricht. Das
Relais der bekannten Einrichtung wirkt dabei als selbständiger Grobregler auf einen
in dem Erregerkreis der Erregermaschine des zu regelnden Generators angeordneten
Widerstand ein, während der Schnellregler die Feinregelung übernimmt.
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Die Erfindung bezieht sich auf eine derartige Einrichtung, bei der
also zur Erhöhung der Regelgeschwindigkeit neben dem elektrischen Schnellregler
noch eire zusätzliches, von der zu regelnden Größe beeinflußtes Relais vorgesehen
ist, das bei einer einen bestimmten Betrag überschreitenden und bei einer einen
bestimmten Betrag unterschreitenden Änderung der zu regelnden Größe anspricht und
das Arbeiten des Reglers unterstützt.
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Erfindungsgemäß wirkt jedoch das Zusatzrelais nicht wie bei der bekannten
Einrichtung auf einen Widerstand im Erregerkreis der zu regelnden Maschine ein,
sondern auf
den Schnellregler selbst in der Weise, daß dessen Arbeitsgeschwindigkeit
erhöht wird.
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Dadurch wird der wesentliche Vorteil erreicht, daß für die Einhaltung
der zu regelnden Größe nur ein einziges Element, nämlich der Schnellregler, maßgebend
ist und so ein unter Umständen auftretendes Gegeneinanderarbeiten von Grob- und
Feinregelung und damit verbundenes Pumpen des zusätzlichen Relais vermieden werden.
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Um die Wirkungsweise der zusätzlichen Einrichtung zu beschreiben,
sei angenommen, daß die Spannung eines Generators durch einen Tirrillregler geregelt
werden soll. Die Erfindung selbst ist aber hierauf nicht beschränkt und kann auch
dann Anwendung finden, wenn es sich um andere zu regelnde Größen oder um andere
Schnellreglertypen handelt.
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Das Hilfsrelais ist wie bei der bekannten Einrichtung parallel zu
dem Netzspannungsmagneten des Reglers geschaltet und so ausgeführt, daß es nur anspricht,
sobald sich die Spannung um einen größeren Betrag als zulässig, z. B. um 2'/, von
seinem Normalwert, entfernt und daß es in seine Ruhelage zurückkehrt, wenn der Spannungswert
wieder innerhalb der zulässigen Grenzen liegt. Das Relais kann zur Steuerung von
zwei Stromkreisen dienen. Die Anordnung nach der Erfindung kann dann z. B. so getroffen
sein, daß der bewegliche Kontakt in der einen Endlage den Netzspannungsmagneten
des Reglers kurzschließt und in der anderen Endlage einen vor der Netzspannungsspule
liegenden Widerstand überbrückt. Im ersten Fall wird erreicht, daß der Hauptkontakt
des Reglers unter dem Einfluß des Netzspannungskerns schnell seine neue Lage einnimmt,
ohne daß der Netzspannungsmagnet eine Verzögerung ausübt. Im anderen Fälle wird
die Netzspannungsspule stärker erregt als gewöhnlich und zieht infolgedessen mit
stärkerer Kraft den Magnetkern an, wodurch der Hauptkontakt ebenfalls wieder schneller
in die neue Lage gebracht wird, als wenn der Regler ohne das Zusatzrelais arbeitet.
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Das Relais kann auch so angeordnet sein, daß es direkt auf den Dämpfzylinder
oder auf andere Verzögerungseinrichtungen des Reglers einwirkt, wodurch erreicht
wird, daß die beweglichen Teile schneller die neue Lage einnehmen als bei Änderungen
innerhalb enger Grenzen.
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In der Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
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In Abb. i sind die Verbindungen und Anordnungen der Teile für den
Fall gezeichnet, daß die Spannung eines Generators mit besonders erregter Erregermaschine
durch einen Tirrillregler geregelt werden soll. Abb. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung, das eine Abänderung der Anordnung gemäß Abb. i darstellt. In Abb.
2 sind nur die wesentlichsten Teile herausgezeichnet.
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In Abb. i stellt i einen Generator dar, der auf ein Netz 2 arbeitet.
Die Erregung des Generators soll durch den Regler 3 und das Hilfsrelais 4 beeinflußt
werden. Der Generator i besitzt eine Erregerwicklung 5, die von einer besonderen
Erregermaschine 6 gespeist wird. Die Erregerwicklung der Erregermaschine ist mit
7 bezeichnet und wird von einer Hilfsmaschine 8 erregt. In dem Nebenschlußkreis
der Hilfsmaschine 8 liegt ein einstellbarer Widerstand io in Reihe mit der Feldwicklung
g. Durch den Widerstand io wird die Leistung der Hilfsmaschine auf einen bestimmten
Wert `eingestellt. In Reihe mit der Erregerwicklung 7 liegt ein einstellbarer Widerstand
i i, der durch die parallel liegenden Kontakte 12 des Reglers 3 kurzgeschlossen
werden kann.
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Der Regler 3 ist als Tirrillregler dargestellt. Der bewegliche Arte
15 trägt an dem einen Ende einen Magnetkern, der von einer Spule 18 in Abhängigkeit
von der Spannung der Erregermaschine gespeist wird. Auf der anderen Seite des beweglichen
Armes 15 sind Federn 17 angeordnet, die den Arm entgegen der Wirkung der Magnetspule
18 so zu drehen versuchen, daß die Kontakte 12 geschlossen werden. Ein zweiter beweglicher
Arm 16 trägt einen Magnetkern, der sich im Innern der Magnetspule 21 bewegt. Durch
das Gewicht des Magnetkerns versucht der Hebel 16 ein Schließen der Kontakte 12.
Die Spule 2 t wird von der Spannung des Netzes 2 erregt. Der Netzspannungsmagnet
21 ist mit einer Öldämpfung 2.4 ausgerüstet. Der Regler arbeitet in der bekannten
Weise und bewirkt bei geringen Änderungen der Spannung ein schnelles Zurückführen
auf den normalen Wert.
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Das Zusatzrelais q., das die Grobregulierung vornimmt, besitzt einen
Elektromagneten 25, der ebenfalls an der Netzspannung liegt. Der' Anker des Relais
4 besitzt ein Kontaktglied 28 und eine Dämpfung 29" die z. B. als Öldämpfung ausgeführt
sein kann. Diese Dämpfung ist jedoch nur sehr gering, so daß der Anker schnell auf
Änderungen der Spannung reagieren kann.
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In der Anordnung nach Abb. i liegt ein Widerstand 30 in Reihe mit
der Netzspannungsspule 21. Der Anker -z8 des Relais .l. arbeitet mit zwei einander
gegenüberliegenden Kontakten 31 und 32 zusammen. Der Kontakt 31 ist durch den Leiter
33 mit dein Leiter 23, der Kontakt 32 durch den Leiter 3.1. mit dem Leiter 22 verbunden.
Der gemeinsame Punkt des Widerstandes 30 und der Erregersps.
nnungsspule
21 ist -durch einen Leiter 35 mit dem beweglichen Anker 28 des Relais 4 verbunden.
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Die Wirkungsweise der in Abb. i dargestellten Anordnung ist folgende:
Solange die Spannung des Netzes 2 innerhalb der zulässigen Grenzen sich ändert,
kommen die Kontakte 28 nicht mit den Kontakten 31 und 32 in Eingriff. Die Spannung
des Generators i wird also vollständig durch den Regler 3 geregelt, dadurch, daß
der -Widerstand i i im 1i eldkreis der Erregermaschine periodisch eingeschaltet
oder kurzgeschlossen wird. Der Anker 28 des Relais 4 versucht sich unter dem Einfluß
seines Gewichtes im Uhrzeigersinne zu drehen, wird aber in einer mittleren Stellung
zwischen den Kontakten 31 und 32 gehalten, solange die Spannung des Netzes und damit
der Magnetspule 25 ihren normalen Wert besitzt. Es sei angenommen, daß im Netz 2
plötzlich eine große Belastung -abgeschaltet wird und infolgedessen die Spannung
um einen erheblichen Wert ansteigt, der größer ist als normalerweise zulässig (z.
B. mehr als 20o der normalen Spannung). Unter diesen Voraussetzungen wird die Spule
25 des Relais 4 stärker erregt und dreht den Kontakt 28 entgegen dem Uhrzeigersinne,
bis er den Kontakt 31 berührt. Hierdurch wird der Widerstand 3o, der dein Spannungsmagneten
21 vorgeschaltet ist, kurzgeschlossen. Der Spannungsmagnet 21 erhält infolgedessen
eine bedeutend größere Spannung zugeführt, als es dem augenblicklichen Spannungsanstieg
entspricht. Dies hat zur Folge, daß der Magnetanker bedeutend schneller nach oben
gezogen wird und durch den Hebel 16 der Abstand der Kontakte 12 vergrößert wird.
Hierdurch wird in bekannter Weise die Spannung der Maschine i fallen, und zwar schneller,
als wenn nur der normale Netzspannungsmagnet 21 vorhanden wäre. Sobald die Spannung
sich so weit geändert hat, daß sie wieder innerhalb der zulässigen Grenzen ist,
öffnen die Kontakte 28, 3r, wodurch der Widerstand 3o-wieder dem Spannungsmagneten
2z vorgeschaltet wird. Die Spannungsregelung erfolgt dann wieder in der gewöhnlichen
Weise unter dem Einfluß des Reglers 3. Wenn durch Zuschaltung einer starken Last
die Spannung des Netzes 2 plötzlich um einen verhältnismäßig großen Betrag, z. B.
um mehr als 2 0/0, sinkt, so wird der Arm 28 des Hilfsrelais 4 mit dem-Kontakt 32
in Berührung kommen, da die Erregung des Relais 25 nicht mehr ausreicht, um dem
Magnetgewicht genügend entgegenzuwirken. Dürch das Schließen der Kontakte 28, 32
wird die Netzspannungsspule 2i kurzgeschlossen, Die Wirkung auf den Regler 3 ist
also die gleiche, als wenn die Netzspannung vollständig zurückgegangen wäre. Der
Magnetspannungskern fällt ab und verringert über den Hebel 16 den Abstand zwischen
den Kontakten 12" und zwar in stärkerem Ausmaße, als wenn die Zusatzeinrichtung
nicht vorhanden wäre. Irgendeine magnetische Verzögerung wirkt auf den- Spannungsmagnetkern
nicht ein, so däß der mit dem Arm 16 verbundene Kontakt 12 sehr schnell die neue
Lage einnimmt. Sobald nun die Spannung am Generator i wieder so weit gestiegen ist,
daß sie innerhalb der zulässigen Grenzen liegt, wird die Spule 25 des Relais 4 wieder
genügend stark erregt, um die Kontakte 28, 32 zu trennen und damit die Überbrückung
der Spule 21 aufzuheben. Der Regler 3 übernimmt dann wieder die Regelung der Spannung.
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Anstatt einen Widerstand 3o bzw. die Netzspannungsspule 21 kurzzuschließen,
kann das Relais-4 auch auf die Erregerspannungsspule 18 einwirken und entweder diese
Spule selbst oder einen ihr vorgeschalteten Widerstand kurzschließen, je nachdem,
ob sich die Netzspannung in unzulässigem Ausmaß nach oben oder nach unten geändert
hat. Wenn die Anordnung des Reglers so getroffen-ist, daß der Hauptköntakt 12, der
von der Erregerspannungsspule z8 gesteuert wird, sich auf den Gegenkontakt zu bewegt,
sobald die Netzspannung fällt, so muß das Relais 4 so auf die Erregerspannungsspule
18 einwirken, daß dieselbe beim Fallen der Spannung kurzgeschlossen wird und @daß
beim Anstieg der Netzspannung über einen betimmten Betrag hinaus das Relais 4. einen
der Erregerspannungsspule vorgeschalteten Widerstand kurzschließt.
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Bei den beschriebenen Anordnungen ist der Einfachheit halber das gewöhnlich
vorhandene Differentialrelais der Regler fortgelassen. Diese Vereinfachung ist zulässig,
da die Bewegung der Kontakte des Differentialrelais die gleiche ist wie die Bewegung
der Hauptkontakte 12. Sollte die Anordnung des Widerstandes i i so getroffen sein,
daß er bei geschlossenem Kontakt 12 voll wirksam wäre, so ist es selbstverständlich,
daß die im vorstehenden beschriebenen Anordnungen in entsprechender Weise abgeändert
werden müssen.
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In Abb.2 ist ein besonders konstruiertes Ölgefäß 24 in vergrößertem
Maßstäbe tierausgezeichnet. Die übrigen Teile des Reglers sind normal ausgeführt
und entsprechen der Anordnung nach Abb. i. Das Zusatzrelais wirkt bei der Anordnung
nach Abb. 2 direkt äuf das Ölgefäß ein. Es besitzt wiederum eine an der Netzspannung
liegende Wicklung 25, eine Dämpfung 29 und bewegliche Kontakte 28, die mit den Kontakten
31, 32 in Berührung kommen. Außerdem ist ein Relais 36 vorgesehen, dessen Spule
über die Leiter 38, 37, Kontakte 31, 28 oder 32":28, Leiter 35 parallel zum _ Netzspannungsmagneten
an der
Netzspannung liegt. Solange sich die Spannung des Netzes
nur in geringen Grenzen ändert, hat der Kontakt 28 eine mittlere Lage zwischen den
Kontakten 31 und 32. Wenn die Änderungen einen größeren Betrag annehmen, wird der
Kontakt 28 entweder mit 31 oder mit 32 Berührung haben. In beiden Fällen wird die
Wicklung des Relais 36 erregt und zieht den Anker an. Mit dem Relais 36 ist durch
eine Stange 39 eine verschiebbare Hülse 4o verbunden, in der sich der Kolben
41 der Öldämpfung 24 bewegt. Zn dem unteren Teil des Ölbehälters 24 ist ein ringförmiger
Flansch 42 angeordnet, der eine Anzahl V-förmiger bffnungen 43 besitzt. Bei der
gezeichneten Anordnung sind z. B. vier solcher Öffnungen vorhanden. Bei unerregtem
Relais 36 nimmt die Hülse 4o infolge ihres Eigengewichts eine solche Lage ein, daß
ihr unterer Teil ungefähr bis zur Hälfte des Flansches 42 reicht. Wenn die Hülse
4o nach oben gezogen wird, kann durch die V-förmigen Einschnitte das Öl aus der
Hülse 4o leichter in den Ölzylinder 24 übertreten, so daß die dämpfende Wirkung
verringert wird. Sobald infolge einer großen Spannungsänderung das Relais 36 über
die Kontakte 28, 3 i oder 32 erregt wird, wird die Hülse 4o nach oben gezogen und
dadurch die Zeitverzögerung infolge der starken Dämpfung des Netzspannungskerns
soweit als möglich ausgeschaltet. Der INTetzspannungskern und der damit verbundene
Kontakt i2 kann also die der Spannungsänderung entsprechende Lage schneller einnehmen
als bei einem normalen Regler. Sobald die Spannung wieder innerhalb der zulässigen
Grenzen liegt, wird das Relais 36 stromlos, und die Hülse 4o sinkt nach unten, bis
sie wieder ihre normale, in Abb.2 dargestellte Lage einnimmt und so die Zeitverzögerung
wieder auf ihren normalen Wert zurückführt.
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Die beschriebenen und dargestellten Anordnungen können auch gleichzeitig
angeordnet oder in beliebiger Weise abgeändert werden, je nach den vorliegenden
Verhältnissen und der vorhandenen Reglertype.
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Wesentlich ist, daß das Relais von der zu regelnden Größe oder einer
ihr entsprechenden Größe beeinflußt wird und derartig auf die Steuerorgane einwirkt,
daß eine schnellere Regelung erreicht wird, als wenn der Regler ohne Zusatzrelais
arbeitet. Wenn die Dämpfung des Reglers nicht eine Öldämpfung ist, sondern dadurch
erfolgt, daß eine - mit dem Regler verbundene Scheibe sich zwischen den Polen eines
Bremsmagneten bewegt, so kann das Relais 4 z. B. elektromagnetisch durch Verschwenken
der Bremsmagnete oder durch Entkuppeln der Dämpfscheibe von dem Regler die Dämpfung
schwächen oder aufheben. Die Beeinflussung der Dämpfung des Reglers kann auch in
beliebig anderer Weise erfolgen.