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Einrichtung zur selbsttätigen Spannungsregelung mittels zweier Regler
Bei der Spannungsregelung tritt häufig die Aufgabe, auch bei Benutzung eines Reglers
großer Leistung die auftretenden Spannungsschwankungen schnell oder feinstufig bzw.
schnell und feinstufig auszuregeln, auf. Die Lösung dieser Aufgabe bereitet Schwierigkeiten
insofern, als der Energieaufwand für die Bewegung des Regelorgans so groß wird,
daß ein empfindliches Steuerorgan nicht mehr in der Lage ist, das Regelorgan zu
verstellen. Man hat nach einem bekannten Vorschlag diese Schwierigkeiten dadurch
zu beseitigen versucht, daß man zwei Regler benutzt, nämlich einen Feinregler und
einen Grobregler. Der Feinregler schaltet am Ende seines kegelbereiches den Antrieb,des
Grabreglers ein, rler dann mit konstanter Regelgeschwindigkeit regelt. Diese Regelungsart
hat .den Nachteil, daß leicht Pendelungen eintreten können.
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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur selbsttätigen Spannungsregelung
mittels zweier Regler, von denen der eine ein Grob-oder Langsamregler, der andere
ein Fein-oder Schnellregler ist. Erfindungsgemäß wird die eingangs erwähnte Aufgabe
ohne die geschilderten Mängel dadurch gelöst, daß der -#'intriobsmotor :des Grob-
oder Langsamreglers mit einer von der jeweiligen Stellung des Regelorgans des Fein-
oder Schnellreglers oder von der an diesem Regler abgenommenen Spannung bzw. einer
ihr entsprechenden Spannung abhängigen Geschwindigkeit und Drehrichtung umläuft.
Ein gegenseitiges Pendeln der beiden Regler tritt hier nicht ein. Sobald der Fein-
oder Schnellregler seine normale Stellung verläßt, beginnt der Grob- oder Langsamregler
ebenfalls züi laufen, bis die Spannungsschwankung ausgeregelt und dabei ,der Fein-
oder Schnellregler in seine normale Stellung zurückgekehrt ist. Plötzliche Spannungsschwankungen,
die gering zu sein pflegen, wird also zunächst der Schnellregler ausregeln, bis
der Langsamregler nachkommt, wobei der Schnellregler in seine Ausgangsstellung zurückgeht.
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In den Abbildungen sind Ausführungsbeispiele für eine Einrichtung
.gemäß der Erfindung
-schaltungsinäßig dargestellt. In Abb. 1 i411,1
mit 1 i und 12 die Klemmen bezeichnet, mit denen die Spantiungsregeleinrichtung
an die ankommende schwankende Spannung an`esclilossen- ist, während an den hleinnten
13 und 14 die konstante Spannung a.l>genommen wir.1. Die Regeleinrichtung weist
einen Feinregler auf, .der aus einem Regeltransformator 15 besteht, auf dessen dr
Kontaktgabe zugänglichen Sekundärwicklung eine Kohlerolle 16 läuft und die Spannung
abn.imnit. Die Kohlerolle 16 wird durch einen Üldruckschnellregler 17 bewegt, dessen
Kraftduelle ans einem Asynchron.tliotor 18 besteht. der aus einem Drehstromnetz
19 gespeist wird. Die von dem Regeltran.sforniator 15 gelieferte, zwischen der Kohlerolle
16 und der 'Mittenanzapfung2o der Regelwicklung auftretende Spannung, die sowohl
ad-iitiven wie subtraktiven Sinn haben kann, wirkt als Zusatzspannung zu der ankommenden
Spannung. Eine weitere Zusatzspannung wird von einem Grobregler geliefert, der aus
einem Regeltransformator 21 besteht, auf dessen Regelwicklung beispielsweise zwei
hohlerollen laufen. Die zur Verstellung der Kohlerollen dienende endlose Kette wird
von einem Motor angetrieben, dessen Anker 22 an der vom Feinregler 1 5 abgenommenen
Spannung liegt. Die Erregerwicklung 23 dieses Antrieb -sinotors ist an eine unveränderliche
Spannung, beispielsweise an die Spannung der halben Regelwickl,un.g des Regeltransformators
15, angeschlossen. Erzwingt man durch entsprechende Maßnalhinen, z. B. durch Heraufsetzen
des Widerstandes- der Wicklung 23 oder des Ankers 22 bzw. durch Vorschalten von
Widerständen vor diese Wicklungsteile, einen möglichst einheitlichen Leistungsfaktor
ini Stromkreis der Wicklung 23 und des Ankers 22, so zeigt sich. daß der Antriehsmotor
des Grobreglers 21 sich in der einen Richtung drelit. solange sich die Kohlerolle
16 des Feinreglers auf der einen Hälfte der Regelbahn befindet, daß er dagegen in
der aüderen Richtung umläuft, wenn sich die Kohlerolle i6 auf der entgegengesetzten
Hälfte der Regelwicklung befindet: denn beire Ü bergan über die Mittenanzapfung
20 der Regelwickhing wird die Ankerspannung unigewendet. Ferner zeigt es sich, -daß
der Anker 22 sich tini so schneller drehen wird. je mehr sich die hohlerolle 16
einem der Enden der Regelwicklung nähert, und daß der Anker um so langsamer laufen
wird, je näher sie sich der llittelanzapftuig 2o befin:_let. Der Antriebsmotor 2
2, 23 bewegt die Kohlerollen des Grobreglers 21 in dein Sinne, daß) die vorn Grobregler
gelieferte Zusatzspannitrig dieselbe Richtung aufweist wie die von der hohlerolle
16 abgenommene Zusatzspannung, so daß durch den Grobregler eine gleichsinnige, aber
wesentlich steilere Regelung als durch den Regeltransforirnator 15 bewirkt wird.
Die Folge davon ist, ctaß nach einiger Zeit der Schnellregler i,-die hohlerolle
16 wieder in die Mittelstellung f Anzapfung 2o j bringen wird, womit der Regelvorgang
beendet ist.
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Das in Abb.2 dargestellte -lusfiilirungsbeispiel unterscheidet sich
von dein in Abb. i gezeigten lediglich dadurch, (laß Zwischentranstorinatoren 2.1.
und 25 hinzugefügt sind, iiher «-elche die Regeltransformatoren 15 und 21 die Zusatzspannungen
liefern. Auf diese Weise lassen sich die für eine pendelfreie Regelung erforderlichen
Gesamtübersetzungsverhältnisse bequemer erreichen.
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Die Abb. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel iiiit einem Gleichstrommotor
zum Antrieb de; Grobreglers. Der Feinregeltransformator i; tnit der Kohlerolle 16
speist hier mit der Spannung zwischen der hohlerolle 16 und dein Ende 26 der Regelwiekhing
einen Gleichrichter 2; und mit der Spannung zwischen der Mittenan-rapfung 2o und
dein Ende 21) der Regelwicklung einen Gleichrichter 28. Die beiden Gleichspannungen
dieser Gleichrichter sind einander entgegengesetzt geschaltet; an der Differenzspaimung
liegt der Anker 22 des den Grobregler antreibenden Gleichstrommotors, während die
Feldwicklung -23 des -Motors von dem Gleichrichter 28 finit konstanter Spannung
gespeist wird. Die Regelcharakteristik dieser Anordnung hat den gewünschten Verlauf:
Der finit konsta:iteni Feld erregte Gleichstrommotor 22, 23 erhält eine nach Größe
und Richtung veränderliche Ankerspannung und wird daher eine Drehrichtung und Drehgeschwindigkeit
aufweisen, die dein Abstand der Kolilerolle 16. vorn Regelwicklungsmittelpunkt 2o
entspricht. Steht die Kohlerolle 16 auf dem Wicklungsmittelpunkt 20, so erhält der
Anker 22 keine Spannung.
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Bei den in den Abb. 1, 2 und 3 dargestellten Anordnungen ist eine
Abschaltung des Antriebsinotors 22, 23 in den beiden Endstellungen des Grobreglers
.21 nicht vorgesehen. Auf solche Endausschalter bann man verzichten. namentlich
.venn die Leitung des Antriebsmotors verluiltnismäßig klein ist. In solchen Fallen
würfle es genügen, wenn der Motcr clas Getriebe des @re>hreglers über eine Friktionskupplung
antreibt. Will inan,. namentlich bei größeren Regelmotorleistungen. auf eine En.:lausschaltung
des Antriebsmotors üir den Grobregler nicht verzichten, so kann man in d:n 13e@.deri
F-n-Istellitngen des 'irobreglers 21, wie üblich, Enclausschalter öffnen lassen,
die ini Stromkreis des Antriebstnotors 22, 23 liegen. Parallel zu diesen
Endausschaltern
liegen Schalter, die von der Kohlerolle 16 in ihren beiden Endstellungen geöffnet
«-erden. Zweckmäßig werden die zuletzt ,genannten Schalter jeweils erst @dann wieder
geschlossen, wenn :die Kohlerolle i6 die Mittelanzapfung 2o erreicht. Eine Abschaltung.
:des Antriebsmotors 22, 23 findet also erst .dann statt, wenn sowohl der Feinregler
als auch der Grobregler in die Endstellungen gelangt sind. .Der Antriebsmotor wird
wieder eingeschaltet, sobald die Kohlerolle 16 zurückzulaufen beginnt bzw. besser
erst, wenn sie über die Mittel;anzapfung 2o hinwegläuft.
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Die Abb. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Einrichtung
gemäß der Erfindung, bei dem auch Endausschalter für den Antriebsmotor des Grobreglers
vorgesehen sind. Mit der von dem Schnellregler 17 angetriebenen Kohlerolle 16 ist
eine Kohlebürste 29 mechanisch und elektrisch leitend verbunden, die auf .einer
aus zwei Teilen 30 und 31 bestehenden Kontakschiene gleitet. Über diese geteilte
Kontaktschiene werden zwei gegenläufige Erregerwicklungen 23a und 23L, sogenannte
Reversierwicklungen, des Antriebsmotors für den Grobregler 21 gespeist; und zwar
in dem Sinne, daß der Motor sich bei Stromfluß über die Schiene 30 in der
einen Richtung, bei Strornfluß über die Schiene 31 in der anderen Richtung dreht.
Der Motor 22, 23 ist als Hauptstrommotor gewickelt. . Im Zuge der Verbindungen zwischen
den geteilten Schleifschienen 30, 31 und den Erregerwicklungen 23a und 23L liegen
Endausschalter 32 und 33, welche von dem Grobregler 21 gesteuert werden. Ist beispielsweise
der Grobregler 21 in seine eine Endstellung gefahren und hat den Endausschalter
32 ausgelöst, so kann er beim Zurückregeln der Kohlebürste 29 auf den Schleifschienenteil
3.1 nunmehr in anderer Drehrichtung zurücklaufen, wobei sich -der Endausschalter
32 wieder schließt. Im Prinzip ist die Wicklungsweise dieser Einrichtung dieselbe
wie die der Abb. i. Der in Abb. 4 benutzte Reversiermotor weist infolge seiner Charakteristik
allerdings den Nachteil auf, daß seine Drehzahl sich nicht proportional mit der
Spannung ändert, was für eine pendelfreie Regelung des Aggregates wünschenswert
wäre.
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In Abb.5 ist deshalb ein Beispiel dargestellt, das sich eines mit
konstanter Spannung erregten Motors für den Grobregler bedient. Die Speisung des
Motorankers 22 erfolgt über zwei geteilte Schleifschienen 30, 31 und 34, 35, deren
Kohlebürsten 29 und 36 mit der Kohlerolle 16 mechanisch gekoppelt sind. Die Kohlebürste
29 ist mit der Kohlerolle 16, die Kohlebürste 36 mit der Anzapfung 2o leitend verbunden.
Man kann natürlich ebenso mit feststehenden Kohlebürsten und beweglichen Schleifschienen
arbeiten, wobei dann nicht die Kohlebürsten, sondern die Schleifschienen mit der
Kohlerolle 16 zu kuppeln sind. Die Erregerwicklung 23 ist wie in Abb.i geschaltet.
Befinden sich d:e Kohlebürsten 29 und 36 auf den Schleifschienenteilen
30 und 34, so dreht sich der Anker 22 des Motors in der einen Richtung, befinden.
sie sich auf den Schleifschienenteilen 34 35, so dreht er sich in der anderen Richtung.
Die Umkehr der Richtung wird nicht durch die Unterteilung der Schleifschienen erreicht,
sondern genau wie in Abb. i durch die Umpolung der Spannung beim Durchgang der Kohlerolle
i6 durch den Regelwicklungsmittelpunkt 2o. Die Unterteilung der Schleifschienen
ist in diesem Beispiel nur deshalb vorgenommen worden, damit der Motor in jeder
Drehrichtung durch einen besonderen Endausschalter 32o.bzw. 33o abgeschaltet werden
kann. Die Endausschalter ;320, 33o, die hier doppelpolig ausgebildet sind, werden
von dem Grobregler 21 in seinen Endstellungen geöffnet.
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In Abb. ist eine, ähnliche Anordnung bei Verwendung eines mit Gleichstrom
gespeisten Motors dargestellt. Der Gleichrichter 27 richtet hier die Spannung zwischen
der Kohlerolle und dem Wicklungsmittelpunkt 2o gleich und arbeitet auf die Schleifschienen
30, 31 und 34, 35. Die Kohlebürsten 29 und 36 werden in diesem Beispiel wieder gemeinsam
mit der Kohlerolle 16 verstellt. Durch die Unterteilung der Schleifschienen wird
hier nicht nur die Endausschaltung durch die Endausschalter 320, 33o ermöglicht,
sondern auch die Umkehrung der Drehrichtung des Antriebsmotors herbeigeführt, da
der Anker 2.2 an die Schleifschienen in wechselseitiger Polung angeschlossen ist.
Die Erregerwicklung 23 des Motors wird über den Gleichrichter 28 mit einer unveränderlichen
Spannung, beispielsweise der halben Regelspannung des Regeltransförmators 15, gespeist.
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Die angeführten Schaltungsarten sind nicht nur für die Verwendung
eines transformacorischen Feinreglers mit Schnellreglerantrieb und eines transformatorischen
Grobreglers mit langsamerem Antrieb geeignet. Man kann sie sinngemäß auch für Anordnungen
mit transformatorischenFeinreglern ohne Schnellregler und mit Grobreglern benutzen.
Beispielsweise kann man als Feinregler einen von Windung auf Windung angezapften
Regeltransformator benutzen, der durch ein hochempfindliches Relais gesteuert wird,
während als Grobregler ein motorisch angetriebener Stufentransformätor dient.
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Die Einrichtung gemäß der Erfindung ist auch bei Benutzung anderer
als transformatorischer
Regler von Vorteil. Es lassen sich derartige
Einrichtungen beispielsweise auch beim Zusammenarbeiten eines sogenannten Röhrenreglers
(Feinreglers) mit einem Transformatorregler (Grobregler) verwenden. Bei den durch
Elektronenröhren gesteuerten Fein-oder Schnellreglern pflegt man in den Leitungen
der konstant zu haltenden Spannung einen Zusatzgenerator zti schalten, dessen Gleichstromerregung
von einem Elektronenrohr gespeist wird. Die eigentliche Zusatzspamiung tritt an
den Klemmen des Zusatzgenerators auf; diese Spannung könnte man zur Betätigung des
Antriebsmotors für den Grobregler benutzen. Man kann aber auch die an den Klemmen
der Erregerwicklung des Zusatzgenerators auftretende Spannung v erwenden, um den
Motor des Grobreglers zu steuern. Entsprechend ist die Erfindung auch bei Zusammenarbeit
eines magnetischen Konstanthalters mit Gleichstromerregung und eines Transformatorgrobreglers
anwendbar. Der magnetische Konstanthalter besteht aus einem Eisenkern, der eine
Wechselstromwicklung und eine Gleichar om-,vicklung trägt. Seine Arbeitsweise ist
allgemein bekannt. Es läßt sich durch einen solchen magnetischen Konstanthalter
eine verhältnismäßig feinstufige Regelung einer konstant zu haltenden Spannung erreichen.
Zur Aussteuerung des Grobregelmotors kann man nun sowohl die an der Wechselstrotnwicklung
auftretende Wechselspannung wie die an der Gleichstromwicklung auftretende Gleichspannung
benutzen, da letztere nach ihrer Größe und Richtung ein .Maß für die Aussteuerung
des Feinreglers darstellt.
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Die Speisung des Ankers des Antriebsmotors für den Grob- oder Langsamregler
bzw. bei Verwendung eines Hauptstroinmotors die Speisung des ganzen .Motors kann
auch von einer Spannung aus erfolgen, die der vom Fein- oder Schnellregler abgenommenen
Spannung gleich oder proportional ist. Beispielsweise kann man vön den Klemmen 13,
14 in den Abb. i bis 6 ein Potentiometer oder einen als Potentiometer geschalteten
Sparregeltransformator speisen, dessen zwischen Mittenabgriff und Regelkontakt abgenommene
Spannung dann zur Speisung des Regelmotors herangezogen wird, wobei dieser Regelkontakt
naturgemäß mit dein Verstellorgan des Feinreglers gekuppelt sein muß.