DE707010C - Elektrische Regeleinrichtung fuer technisch-physikalische Betriebsgroessen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Regeleinrichtimg für technisch-physikalische Betriebsgrößen, insbesondere von Wechselstrommaschinen mit Erregermaschine, bei der zur Vermeidung der Überregelung oder Pendelung ein Stabilisierungstransformator vorgesehen ist. Bei bekannten Einrichtungen dieser Art ist der Stabilisierungstransformator mit zwei Wicklungen versehen, von

1.0 denen die eine an einer Gleichspannung liegt, welche der die Regelung bewirkenden Größe (Erregerspannung, Heizstrom o. dgl.) proportional ist, während über die zweite der Regelvorgang im rückführenden Sinne beeinflußt wird.

Diese Einrichtung weist den Mangel auf, daß der Stabilisierungstransformator nicht auch dem Einfluß der zu regelnden Größe selbst unterliegt, wodurch die Stabilisierung unvollkommen bleibt.

Eine einwandfreie Stabilisierung einer elektrischen Regeleinrichtung der genannten Art läßt sich erfindungsgemäß dadurch erreichen, daß die zweite Wicklung des Stabilisierungstransformator in Reihe mit der Regelrelaiswicklung ebenfalls an einer Gleichspannung liegt, die der zu regelnden Größe (Wechselspannung, Temperatur o. dgl.) proportional ist, und daß die durch beide Wicklungen erzeugten Flüsse sich im Kern des Stabilisierungstransformators entgegenwirken und beim Sollwert der zu regelnden Größe angenähert aufheben.

Der Kern des Stabilisierungstransformators ist normalerweise durch die Gleichstromerregung verhältnismäßig ungesättigt, und infolgedessen werden kleine Änderungen im Strom oder in der Spannung, welche in einer der beiden Wicklungen hervorgerufen werden, merkliche induzierte Spannungen in der anderen Wicklung hervorgerufen, womit ein besonders empfindlicher Stabilisierungstransformator erhalten wird.

Es ist schwierig, wenn nicht sogar unmöglich, die beiden magnetischen Flüsse der zwei Spulen immer möglichst gleich und entgegengesetzt zu erhalten, infolgedessen ergeben sich Zeiten, in denen durch einen reinen Gleichstrom hervorgerufene magnetische Flüsse in der einen oder anderen Richtung im Kern auftreten, welche im Sinne einer magnetischen Sättigung in dem-Kern wirken.

Um dieser Neigung zur Sättigung entgegenzuwirken, wird der Kern des Transformators so ausgebildet, daß ein Teil einen verringerten Querschnitt aufweist, der ζ. B. durch eine Nut in einer Seite des Kernes erhalten wird. Mit einer solchen Einrichtung kann der Stabilisierungstransformator in kleiner Größe ausgeführt werden und damit mit relativ niedrigen Kosten, weil bei kleineren Werten des ίο reinen Gleichstroms magnetische Flüsse im Kern hervorgerufen werden, durch die der verringerte Querschnitt ungesättigt ist, so daß der Transformator empfindlich auf kleine Flußänderungen wird, während bei relativ >5 großen Werten des Flusses im Kern der verringerte Querschnitt gesättigt wird, so daß der größte Teil des Flusses sich seinen Weg durch die Luft suchen muß, wemit eine Sättigung des übrigen Teils des Kernes vermieden wird und der Transformator empfindlich in seiner Wirkungsweise bleibt.

Die Abbildung stellt schematisch eine Einrichtung nach der Erfindung dar, welche zur Regelung der Spannung eines Wechselstrom^a5 generators dient. Der Generator i, der das Netz 2 speist, besitzt eine Feldwicklung 3, die durch eine selbsterregte Erregermaschine 4 gespeist wird, die eine Nebenschlußwicklung 5 besitzt. In Reihe mit dieser Feldwicklung ist ein gewöhnlicher Feldwiderstand 6 und ein veränderlicher Regelwiderstand 7 geschaltet. Der Regelwiderstand 7 besteht aus zwei in Reihe geschalteten Säulenwiderständen, welche abwechselnd angeordnete Teile aus ³S verschiedenem Material besitzen, wie beispielsweise die langen Kohleelemente 8, zwischen die die kurzen Nickeleisenteile 9 geschoben sind. Der Kontakt- oder Oberflächenwiderstand zwischen diesen verschiedenen Materialien ist relativ hoch. Durch das äußere Ende der Kohleteile 8 gehen Metallkontakte, die so angebracht sind, daß. sie diese Kontaktwiderstände kurzschließen, wenn eine abwärts wirkende Kraft an dem äußeren Ende der Säule des Widerstandes 7 wirksam wird. Diese Kraft wird unter Vermittlung eines Hebelsystems durch einen Elektromagneten aufgebracht, der aus einem Kern 11 und einem axial gelagerten Anker 12 besteht. Eine Feder 13 versucht den Magneten entgegengesetzt der magnetischen Kraft zu drehen und die auf die Widerstandssäule wirkende Kraft unwirksam zu machen. Der Kern 11 wird durch die Hauptsteuerwicklung 14 erregt, welche auf diejenigen elektrischen Großen, die geregelt werden sollen, wie z. B. die Spannung des Generators, anspricht. Zwischen dem Generator 1 und der Hauptsteuerwicklung 14 ist ein Vollweggleichrichter 15 geschaltet, welcher aus irgendwelchen Gleichrichtern, beispielsweise Kupferoxydgleichrichtern, besteht. In Reihe mit der Wechselstromseite des Gleichrichters sind ein Strombegrenzungs- oder Glättungswiderstand iO und außerdem ein einstellbarer Widerstund

17 zur Einstellung der Spannung am Regler geschaltet.

Zur Verhütung des Pendeins des obenbeschriebenen Reglers ist ein Stabilisierungstransformator vorgesehen, welcher einen Kern

18 mit einem durch eine Nut 19 verringerten Querschnitt besitzt. Auf dem Kern befindet sich eine Spule 20, welche mit den Klemmen der Erregermaschine 4 verbunden ist. Außerdem befindet sich auf dem Kern iS eine zweite Spule 21, welche in Reihe mit der Regelrelaiswicklung 14 an dem Gleichrichter 15 liegt.

In der obenbeschriebenen Einrichtung werden die beiden Wicklungen 20 und 21 durch Gleichströme gespeist. Sie sind so auf dem Kern 18 angebracht, daß ihre magnetischen Flüsse entgegengesetzt gerichtet sind und sich gegenseitig aufzuheben suchen.

Die Wirkungsweise des ganzen Systems besteht darin, daß nahezu konstanter Strom in der Spule 14 erhalten wird. Vergrößert sich nämlich der Strom über seinen normalen Wert, so bewirkt der vergrößerte Fluß im Kern 11 eine Drehung des Ankers 12 im entgegengesetzten Uhrzeigersinn entgegen dem Drehmoment der Felder 13, wodurch die abwärts wirkende Kraft auf den Widerstand 7 vermindert wird und der Wert dieses Widerstandes sich vergrößert. Damit verkleinert sich die Spannung der Erregermaschine 4 und mithin die Erregung des Generators 1, dessen Spannung sich ebenfalls verkleinert mit dem Ergebnis, daß. der Strom in der Spule 14 wieder abnimmt. Genau so wird, wenn der Strom in der Spule 14 unter seinen normalen Wert zu fallen sucht, das Drehmoment der Feder 13 größer als die magnetische Kraft auf den Anker 12, so daß sich dieser im Uhrzeigersinn dreht und die Kontakte ι ο mehr Teile des Widerstandes 7 kurzschließen. Damit vergrößert sich die Spannung der Erregermaschine 4 und als Folge davon die Spannung des Generators 1, womit der Strom in der Spule 14 ebenfalls vergrößert wird. no

Der Strom der Spule 20, der durch die Spannung der Erregermaschine 4 hervorgerufen wird, ist jedoch nicht konstant, da verschiedene Werte der Leistung des Generators ι verschiedene Werte der Erregung be· ns dingen, wenn konstante Klemmenspannung erhalten werden »oll. Bei den meisten Generatorspannungsreglern ist jedoch eine wesentlich normale oder mittlere Betriebsbedingung vorhanden und durch Auslegung der Amperewindungen der Spule 20 für diese mittlere Betriebsbedingung, der eine mittlere oder nor-

male Erregerspännung entspricht, wird diese im wesentlichen gleich und entgegengesetzt der nahezu konstanten Amperewindungszahl der Spule 21 sein, und unter diesen Bedingungeii wird nur wenig oder kein Fluß im Kern 19 bestehen.

Die Wirkungsweise des Stabilisierungstransformators ist nun so, daß, wenn eine Spannungsänderung eintritt und der Regler versucht, .die Spannung zu vergrößern oder zu verkleinern, die Erreger spannung 4 eine kurzzeitige Spannung in der Spule 21 durch den Fluß, welcher durch den Wechsel in der Spannung der Spule 20 durch die ver-•5 änderte Erregerspannung hervorgerufen wird, erzeugt. Diese vorübergehende ausgleichende Spannung tritt natürlich nur dann auf, wenn die Erregerspannung sich ändert und steht Im Verhältnis zu dem Wert des Wechsels der Erregerspannung. Diese kurzzeitige Spannung wird in dem Stromkreis hervorgerufen, der die Spule 14 und den Gleichrichter 15 umfaßt, und zwar mit solcher Polarität, daß sie den Strom der Hauptsteuerspule 14 auf seinen

²S normalen Wert zu halten sucht. Wenn beispielsweise die Spannung des Generators 1 sich verkleinert, so verkleinert sich auch der Strom der Spule 14, wie bereits beschrieben wurde, und damit wird der Regler veranlaßt, die Erregerspännung zu vergrößern. Unter diesen Bedingungen hat der Spannungsausgleich der Spule 21 eine solche Polarität, daß er den Strom in dem Stromkreis durch die Spule 14 und den Gleichrichter 15 vergrößert.

Infolgedessen versucht der Regler in seine dauernde Gleichgewichtslage zurückzukehren, bevor der Regelvorgang beendet ist, wodurch ein Überregeln vermieden wird. Genau so wenn die Spannung des Generators 1 über ihren normalen Wert sich vergrößert, bewirkt die Verkleinerung der Erregerspannung eine entgegengesetzt gerichtete kurzzeitige Spannung in der Wicklung 21, wodurch wiederum der Strom der Spule 14 auf seinen normalen Wert zurückgehalten wird.

Infolge der Gleichrichter 15 wird der Wechsel des Stromes in der Spule 14, welcher durch die Wicklung 21 verursacht wurde, sich

- nicht auf den ganzen äußeren Stromkreis ausdehnen. Somit ist der Stabilisierungsstromkreis empfindlich und rasch in seiner Wirkung.

Die Wirkung des verringerten Querschnittes 19 besteht nun darin, die Sättigung des Kernes 18 zu verhindern, während gleichzeitig der Transformator damit klein in seiner Größe im Verhältnis zu seiner Empfindlichkeit wird. Bei kleinen Werten des Flusses im Kern 18 ist der verringerte Querschnitt nicht gesättigt, so daß kleine Änderungen im Strom der Wicklung 20 rasche und entsprechende Spannungsänderungen in der Wicklung 21 hervorrufen. Wäre jedoch kein verringerter Querschnitt vorhanden, statt dessen ein Luftspalt, so würde für kleine Werte des Flusses sich ein großer Transformator erforderlich machen, um die notwendige Empfindlichkeit zu erhalten. Wenn jedoch ein relativ großer Wechselstromfluß sich im Kern 19 entwickelt, sättigt sich der verkleinerte Querschnitt, während der restliche Teil des Kernes ungesättigt bleibt, so daß der größte Teil des Flusses sich seinen Weg durch die Luft suchen wird. Auf diese Weise ist der Transformator noch empfindlicher in seiner Wirkungsweise, wenn auch der Kern relativ hohe Wechselflüsse führt.

Obwohl die Erfindung nur in einem Beispiel beschrieben wurde, welches sich auf einen Spannungsregler für einen Wechselstromgenerator bezieht, kann natürlich der Stabilisierungsstromkreis in jeder beliebigen Regelanordnung Verwendung finden.

Claims (2)

1. Patentansprüche:

   I. Elektrische Regeleinrichtung für technisch-psysikalische Betriebsgrößen, insbesondere von Wechselstrommaschinen mit Erregermaschine, bei der zur Vermeidung der Überregelung oder Pendelung ein Stabilisierungstransformator mit zwei Wicklungen vorgesehen ist, von denen die eine an einer Gleichspannung liegt, welche der die Regelung bewirkenden Größe (Erregerspannung, Heizstrom o. dgl.) proportional ist, während über die zweite der Regelvorgang im rückführenden Sinne beeinflußt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Wicklung (21) des Stabilisierungstransformators (18) in Reihe mit 10c der Regelrelaiswicklung (14) ebenfalls an einer Gleichspannung" liegt, die der zu regelnden Größe (Wechselspannung, Temperatur o. dgl.) proportional ist, und daß die durch beide Wicklungen (21, 20) erzeugten Flüsse sich im Kern des Stabilisierungstransformators (18) entgegenwirken und beim Sollwert der zu regelnden Größe angenähert aufheben.
2. 2. Elektrische Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern des Stabilisierungstransformators an einer Stelle einen verringerten Querschnitt, der beispielsweise durch eine Nut (19) in einer Seite des Kernes erhalten wird, aufweist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen