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Elektromotorischer Regler für große Verstellkräfte In der Technik
werden: oft Regler für große Verstellkräfte ;gebraucht. Diese bestehen aus einem
Steuerorgan und einem von diesem gesteuerten Hilfsmotor (Siervofinötor), der die
Regelbjewegungen mit der nötigen großen Verstellkraft ausführt. D;er Hilfsmotor,
welcher hier Regelmotor genannt -wird, kann ein pneumatischer, hydraulischer Ö1-druckregler
oder ein elektrischer Motor sein. Die Erfindung beschäftigt sich mit der. Steuerung
von elektrischen Regelmotoren.
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Es ist bekannt, zur Steuerung von elektrischen Regelmotoren das Steuergerät
mit Kontakten zu versehen, die den Regelmotor in der einen oder andere. Richtung
-einschalten, wenn die gesteuerte Regelgröße von dem geivünschten Wert abweicht.
Diese einfachsten Regler haben vor allem den Nachtee, daß die Regelgeschwindigkeit
bei allen FeWergrößen sofort den Höchstwert :erreicht, wodurch bei kleinen Regelbewegungen
leicht Pendelungen entstehen, die nicht zur Ruhe kommen. Die höchste Regelgeschwindigkeit
ist bei solchen Reglern eng begrenzt. Man nennt sie daher Eilregler.
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Man hat zur Anpassung der Regelgeschwindigkeit an die Fehlergröße
auch schon vorgeschlagen, das Steuergerät so zu bauen, daß es dem Regelmotor Beine
mit dem Fehler steigende Spannung zuführt, z. B. indem man das Steuergerät in Art
Beines Wälzkontaktreglers ausbildet. Besitzt dieser z. B. zwei Kontaktbahnen mit
zwei Wälzsektoren, so wird jede Kontaktbahn mit ihren Lamellen an die Anzapfungen
je eines Widerstandes angeschlossen und beide Widerstände: parallel geschaltet.
Befindet sich das Meßsystem, also auch die Wälzsektoren, in der Mittellage,. so
ist die Spannung, :die zwischen ihnen liegt, gleich Null. Dreht. sich das Meßsystem,
so bewegt sich der seine Wälzsektor nach oben, der andere nach unten, und zwischen
beiden
ist eine mit größer werdendem Ausschlag zunehmende Spannung
vorhanden. Legt man den Anker eines konstant erregten Gleichstrommotors an die beiden
Wälzsektoren, so ist der Regelmotor in Ruhe, wenn die Wälzsektoren in ihrer Mittellage
sind. Bei Abweichung derselben bekommt ,der Regelmotor eine positive bzw. negative
Spannung, so daß er sich dreht und die zu regelnde Größe beeinflußt. Der Nachteil
dieser Anordnungzn besteht in den großen Verlusten, @@-elch@ in den beiden Widerständen
auftreten, auch wenn der Motor nicht arbeitet. Weiterhin ist die bei einer gegebenen
Stellung der Wälzsektoren an diesen abgenommene Spannung nicht konstant, sondern
sinkt mit größer werdendem Strom, so daß die R.egelgeschtvindiigleit stark von der
Belastung des Re gzlmoltors abhängt. Dies kann dazu führen, daß die Charakteristik
des Reglers von der Größe des Regelausschlages abhängt und eine richtige Einstellung
des Reglers nicht möglich ist. Aus obigen Gründen kommt die geschildert-, Anordnung
nur bei kleinen Regelleistungen zur Anwendung, aber auch wenn keine hohen Anforderungen
an die Regelung gestellt tverden. Bei. höheren Anforderungen hat man die an den
beiden Wälzsektoren vorhandene Spannung dem Feldeines Levna,rd-Generators zu, führt,
der seinerseits den R#e;g:,.lmoto#r speist. Da die dem Feld zuzuführende Leistung
wesentlich kleiner isst, sind di°e Verluste in den Widerständen nicht gar zu groß
und die oben angeführte störende Einwirkung des Spannungsabfalles in den Widerständen
nicht so stark. Man benötigt jedoch zusätzlich den Leonard-Generator mit seinem
besonderen Antriebsmotor.
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Gemäß der Erfindung werden die großen Verluste in den Widerständen
und auch der besondere Leonard-Umfarmer dadurch vermieden, daß man einen, mit vielen
Anzapfungen versehenen Transformator verwendet und die Anzapfungen an die Segmente
der Kontaktbahn führt. Abb. i zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Es bedeutet
n die aus einzelnen gegeneinander isolierten Lamellen hergestellte Kontaktbahn,
auf welcher ein Stromabnehmer b, in unserem Falle ein Wälzsektor, durch ein Meßsystem
c bewegt werden kann. Das Meßsystem c bekommt durch die Spule (i, beispielsweise
bei einem Spannungsregler die Spannungsspule, sein Drehmoment Nach der Erfindung
kommt ein an einer annähernd konstanten Wechselspannung UV liegender Traneformafior
e zur Anwendung, der in der Abbildung als Spartransformator dargestellt und mit
seinen Anzapfung en mit den Lamellen der Kontaktbahn verbunden ist. Da nun beim
Abwälzen des Sektors b iaft zwei Lamellen gleichzeitig berührt werden, enstehen
kurzgeschlosseneTransformatorwindun gen und damit Kurzschlußströme. Zu derer Verkleinerung
kann man kleine Widerstände j dauernd in die Zuleitungen zu den Lameller schalten.
Der Regelmotor f ist z. B. ein Asynchronmot.or, der von der Feldwicklung g erregt
wird, die an die Sammelschienen UV angeschlossen ist. Der Wicklung g kann ein Kondensatorlt
vorgeschaltet sein. Bewegt sich unter dem Einfluß der Spule d das Meßsystemc, so
bekommt die zweite Phasei der Motorfeldwicklung von dem Wälzsektor beine je nach
seiner Lage verschieden große Spannung, so daß der Motor anläuft und das Regelgerät
verstellt. Die Richtung der von dem Wälzsektor abgegriffenen Spannung ist verschieden,
je nachdem der Sektor nach oben oder nach unten ausschlägt, also je nach
der Richtung des auszuregeln.den Fehlers. Dient der Regler z. B. als Spannungsregler
für einen Generator, so ist die Spulecl an die Klemmen des Generators angeschlossen,
und der Regelmotor/ betätigt den Regelwiderstand im Erregerkreis des Generators.
Damit nun der Asynchronmo,tor f nach dem Ausregeln des Fehlers nicht als Einphasenmotor
weiterläuft, wird sein Rotarwiderstand erfindungsgemäß wesentlich größer gemacht
als normal. Das hat den weiteren Vorteil-, daß das Anzugsmoment des Motors größer
wird. Um ein gutes Anzugsmoment des Regelmotors/ zu erzielen, wird zwischen den
Strömen in der Wicklung g und in der Wicklung i eine Phasenverschiebung von möglichst
go' hergestellt. Hierzu kann beispielsweise der Kondensator /t der Wicklungg vorgeschaltet
sein. Um den Blindstrom der Wicklung i zu kompensieren, kann man hier einen Kondensators
parallel schalten. Hierdurch wird die Kontaktbahn von dem Blindstrom entlastet,
«#as für den Anwendungsbereich des Reglers wesentlich ist.
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Am Meßsystem c ist eine F eder j angebracht, welche das Gegenmomnent
für das Drehmoment der Spule d erzeugt. Um bei schwierigen Regelaufgaben Pendelunggen
zu vermeiden, wird eine Zusatzeinrichtung angebracht, welche aus :einer Feder k
besteht, die an einem Ende an einem Dämpfungskolbenp befestigt ist. Mit dem Dämpfungskolhenp
steht die drehbar gelagerte Spule nt in Verbindung, welche parallel zur Wicklung
i ;geschaltet ist. Die Spule in, befindet sich in dein Feld tz einer konstanten
Wechselerregung. Die Teile ly, in, tt bilden eine Rückführeinrirhtung. Die
Wirkung dieser Rückführung besteht darin, dal3 im ersten Moment dies R@egelvorgang
es der Wälzsektor eine große Bewegung ausführen kann, die nur durch die Federn k
und j begrenzt ist, und daß allmählich diese Bewegung zurückgeführt wird durch
die.
Spule m; die ein Gegenmoment @erzeugt, welches jedoch' nur entsprechend der Dämpfung
p zeitlich. verzögert wirksam wird. Durch eine vorgeschaltete Impedanz :o kann.
die Wirksamkeit der Rückführspule m eingestellt werden. Der Dämpfungskolhenp kann
auch durch eine elektromagnetische Dämpferscheibe ersetzt werden.
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Der in Abb. z beschriebene elektromotorische Regler hat gegenüber
der bekannten Anordnung folgende Vorteile: Zunächst sind die Stillstandsverluste
außerordentlich klein, da der Transformatore unbelastet ist. Auch beim Arbeiten
des Steuermotors sind wegen des guten Wirkungsgrades des Transformators dessen Verluste
und Spannungsabfälle ;gering. Die Verluste in den Widerständen Y sind auch sehr
klein, da ja stets nur zwei Widerstände im ungiinstigsten Falle eingeschaltet sind.
Statt jede Transformatorenanzapfung mit einem kleinen Widerstand r zu versehen,
genügt ges, wenn in jeder zweiten ein Widerstand vorgesehen wird. Es wird weiterhin
,ein besonderer Leonard-Umformer vermieden, da die Wicklung i des Motors die Spannung
unmittelbar und ohne Zwischenschaltung spannungsverzehrender Widerstände zugeführt
bekommt. Es besteht weiterhin die Möglichkeit, ,durch eine besondere zusätzliche
Rückführung m bei schwierigen Regelbedingungen den Regler 'zu stabilisieren.
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Die go° Phasenverschiebung,. welche den in den beiden Wicklung en
g und i fließenden Strömen gegeneinander verteilt werden soll, kann bei einem Drehstrornsystem
(Abb.2) auch ohne Kondensator erreicht werden, imdem die Spannung der Wicklung,k
unmittelbar der zur Phasenspannung des Transformators e senkrecht liegenden verketteten
Spannung, entnommen wird.
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Will man beim Transformatore die Hilfswiderstände vermeiden, so kann
man (Abt. 3 ) zwei parallel geschaltete Tra,nsformatorwioklungen verwenden, von
denen dieAnzapfunge;n abwechselnd mit den aufeinanderfolgenden Lamellen der Kontaktbahna
verbunden werden. Dadurch wird erreicht, @daß bei Berührung vom; zwei Lamellen die
sich ausbildenden Kurzschlußströme stank gedämpft sind, da sie größere Wicklungsteile
durchfließen müssen. Eine weitere Dämpfung kann durch zusätzliche Widerstände r,.
erfolgen.
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Statt :als Regehnofioireinen normalen Drehstrommotor mit großem Rotorwiderstand
zu verwenden, kann man eine besondere Bauart benutzen, bei der der drehbare Teil
nur :aus einer Aluminiurpscheibe oder Trommel biesteht, ähnlich den Zählermotomenoder
den Ferrarisantriebssystemen großer Spannungsregler, Auch die Verwendung von Kolllektormotoren
ist möglich. Wird z. B. die Erregerwicklung eines klemmen Einphasenkollektormotors
von einer Spannungsquelle erregt und führt man dem Anker von dem Steuergerät bzw.
dem Sektor b aus eine veränderliche Spannung zu, so wird der Motor richtig regeln.
Prinzipiell ist auch die Verwendung von Gleichstrommotoren denkbar, jedoch bedingt
dies besondere Schaltungen mit Gleichrichtern. Hierzu können Gleichrichter in b:esonderer
Schaltung @eingefügt werden.
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Eine weitere Möglichkeit der Verwertung des Erfindungsgedankens zeigt
Abb. q.. Hier kommen zwei Transformatoren"" und e2 zur Anwendung, die parallel geschaltet
sind. Der Transformator el ist mit der Kontaktbahn a, und der Transformator a2 mit
der Kontaktbahna2 verbunden. Die Stromabnehmaer sind mit bi und b2 bezeichnet. b2
wird vom Verstellmotor f -betätigt. Stehen die beiden Stromabnehmer bi und b2 nicht
an den gleichen Stellen ihrer Kontaktbahnen, so daß sie von den zugeordneten Transformatoren
verschieden große Spannungen abnehmen,, so bekommt die Wicklung i des Motors so
lange Spannung, bis der Verstellmotor den Stromabnehmer b2 in gleiche Stellung gebracht
hat. Man hat also die Möglichkeiten seiner Folgastenerung. Diese Folgesteueru,n;g
kann unabhängig von der Art der Regelaufgabe verwendet werden, sofern nur c den
drehbaren Teil eines Meßsystems bildet, dessen Drehmoment vom der konstant zu haltenden
Größe abhängig ist und von einer Gegenfeder i im Gleichgewicht gehalten wird. Weicht
die zu regelnde Größe vom dem Regelwert ab, dann bewegt sich der Wälzsektor b, und
als sein Abbild der mit dem Verstellinotor f gekuppelte Stromabniehmer b2 so lange,
bis der Fehler ausgeregelt ist. Während nach der Schaltung nach Abb. z der Wälzsektor
nach beendeter Ausregelung stets in die Nullage zurückkehrt, ist bei der Schaltung
nach Abb. q. nach Ausregeleng. die Stellung des Wälzsektors und die des Verstellmotors
eine andere als zu Beginn des Regelvorganges. Zur Stabilisierung der Regelung- bringt
man am besten eine Feder k an, die mit einem Dämpfungs- ; kolben L in Verbindung
steht.
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Statt einen Wälzsektor und .eine K ontaktbahn zu verwenden, kann man
bei größeren Leistungen oder, wenn es sonst Vorteile bietet, bei den Schaltungen
nach Abb. z bis 3 auch i deren zwei wählen, die von gleichen Meßsystemen angetrieben
werden. Hierbei kann die Wicklung des Regelmotors zwischen zwei, Stromabnehmer eingeschaltet
werden, und zwar so, daß sich die Veränderungen der von i den; beiden Stromabnehmern
abgegriffenen Spannungen ,addieren.