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Anordnung für elektrische Regeleinrichtungen Die Erfindung bezieht
sich auf eine Anordnung für elektrische Regeleinrichtungen, und zwar insbesondere
auf Regler von der Art, bei welchen die geregelte Größe durch einen Elektromotor
gesteuert wird.
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Bei Regelapparaten dieser Art wendet man beispielsweise für den durch
einen Motor verstellten Widerstand, der zur Steuerung der Generatorspannung im Feldstromkreis
eines Generators oder in einem Hilfsfeldstromkreis angeordnet ist, ein Kontaktvoltmeter
oder Meßrelais an, das auf die Schwankungen der geregelten Spannung anspricht und
das einen Kontakthebel od. dgl. in der einen oder der anderen Richtung aus seiner
Gleichgewichtsstellung je nach Richtung und Größe der Abweichung der geregelten
Größe von ihrem Sollwert verstellt. Die beweglichen Kontaktteile stehen in der Regel
mit ortsfesten Kontaktteilen im Eingriff, durch welche Steuerstromkreise für die
Hilfsrelais betätigt werden, die wiederum den. den Widerstand zur Änderung der Felderregung
verstellenden Motor steuern. Sind in dem Regelstromkreis Induktanzen
und
somit Trägheiten vorhanden, so wirkt sich die durch die Verstellung des Reglera.rmes
hervorgerufene Veränderung des Feldwiderstandes mit entsprechender an und für sich
durch die Zeitkonstante des Generators gegebener Verzögerung auf die zu regelnde
Spannung aus, wodurch Überregelungen der zu regelnden Spannung auftreten, zu deren
Verhütung man besondere Einrichtungen vorzusehen pflegt, die eine vorzeitige Unterbrechung
des Laufes des '\'erstellmotors herbeiführen sollen. Ist die Abweichung der zu regelnden
Spannung zu groß, so genügt das einmalige Ansprechen der Einrichtung nicht zur vollständigen
Korrektur. Das Meßrelais muß dann mehrere aufeinanderfolgende Arbeitsschritte ausführen
und bewirkt damit eine schrittweise Korrektur der Spannung, bis nach einer genügenden
Anzahl von Arbeitsschritten die vollständige erforderliche Korrektur erzielt ist.
Dieses schrittweise Arbeitern beansprucht jedoch eine beträchtliche Zeit, was unerwünscht
ist.
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Demgegenüber zeichnet sich die Erfindung im wesentlichen dadurch aus,
daß das Relais zur Bestimmung der Arbeitsschritte mit einer zweiseitig wirkenden
Dämpfungseinrichtung versehen ist, also die Bewegung der Gegenkontakte sowohl von
als auch zur Ruhelage verzögert erfolgt, so daß beim Ausregeln der Kontaktarm des
Regelwiderstandes möglichst in einem Zuge die Stellung erreicht, die für den neuen
Belastungszustand des Generators notwendig ist. Ein solcher Regler arbeitet bedeutend
schneller. da die für das schrittweise Arbeiten benötigte zusätzliche Zeit wegfällt.
Dies gilt vor allem für aperiodische Regelung; aber auch im Fall nicht aperiodischer
Regelung, also dann, wenn ein Durchschwingen durch den Sollwert erfolgt, ergibt
sich der Vorteil der Maßnahmen nach der Erfindung, daß das Ansprechen der Regelkontakte
weit seltener erfolgt und die Dauer des Regelvorganges eine erheblich kürzere ist
als bei den bekannten Anordnungen. Da die Kontaktteile und Steuerrelais wesentlich
seltener zu arbeiten haben, so werden ihre Beanspruchung und Ausnutzung weitestgehend
verringert.
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Im folgenden sind die Einzelheiten der Erfindung an Hand der Zeichnungen
erläutert. Fig. I zeigt schematisch eine Einrichtung, die die wesentlichen Merkmale
des Erfindungsvorschlages nicht besitzt; Fig. -2 veranschaulicht die Arbeitseigenschaften
des in Fig. i dargestellten Reglers; Fig. 3 zeigt schematisch die verbesserte Ausführungsform
und Fig. d. die dazugehörige Arbeitscharakteristik.
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In Fig. i ist i ein Generator mit dem Ständer 2, der ein dreiphasiges
Netz 3, d., 5 speist. 6 ist das Feld, das von einer Erregermaschine 7 mit einer
Selbsterregerwicklung 12, einem Anker 8 und einem Steuerwiderstand 9 gespeist wird.
Der Steuerwiderstand 9 wird durch einen Verstellmotor 14, der seinerseits durch
Hilfsrelais 15 und 16 gesteuert wird, bewegt; diese Hilfsrelais «-erden durch ein
Meßrelais 17 mit Wicklung 18 gesteuert, das in Abhängigkeit von der Ausgangsspannung
des Generators z arbeitet. 22 ist der Kern dieses elektromagnetischen Relais, 23
eine Rückstellfeder. -24. ist der Kontakthebel des Relais, der bei 25 gelagert ist
und die Kontakte 26 und 27 trägt, die mit den Kontakten L und R an den Hebeln 28
und 29 zusammenarbeiten; die Hebel sind um die Lager 31, 32 schwenkbar
und miteinander durch einen Lenker 33 verbunden, so daß sie gleichzeitig betätigt
werden. Ihre Bewegung ist durch einen Anschlag 34 begrenzt. Die Hebel 28, 29 stehen
unter der Einwirkung einer Feder 35 und eines Elektromagneten 36 mit der Wicklung
37 und der Dämpfungseinrichtung 38.
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Besitzt die Spannung des Generators i ihren Sollwert, so schweben
die Kontakte 26, 27 in der gezeichneten Lage zwischen den Kontakten
L und R, und die Relais 15 und 16 sind entregt. Sinkt nun die Spannung des
Generators i unter ihren Sollwert, so wird die Erregung des Relais 17 erniedrigt,
so daß die Rückstellfeder 23 die Kontakte 2,~ und R zum Eingriff bringt. Dadurch
wird ein Stromkreis von der Batterie.4i durch die Leitung 42, die Kontakte 27 und
R, die Leitung .I3, die Wicklung .I4. des Relais i6 und die Leitung 45 zur Batterie
zurück geschlossen. Das Relais 16 spricht an und schließt mit seinem Kontakt .46
einen Stromkreis von der Batterie .I8 durch die Ankerwicklung .19 des Verstellmotors
14 und die Feldwicklung 51. Der Motor 1d läuft also an, und zwar in einer solchen
Richtung, daß der Abgreifarm 52 des @@`iderstandes im Linksdrelisinn bewegt wird
und nacheinander mit verschiedenen Abgreifkontakten 53 in Berührung kommt. Diese
Bewegung vergrößert die Anzahl der kurzgeschlossenen Widerstandsabschnitte 51, vermindert
also den Widerstand des Feldkreises und erhöht dadurch die an das Feld 6 angelegte
Spannung und damit die Spannung des Geiierabors i. Die Zunahme der Generatorspamiung
wirkt sich wiederum auf das Relais 17 aus, so daß die Kontakte 27 und R wieder außer
Eingriff kommen. Nun ist ein Kondensator 56 im -Nebenschluß zur Relaiswicklung .I4.
vorgesehen, um die Wicklung noch für eine weitere Zeitspanne im erregten Zustand
zu halten, nachdem sich die Kontakte 27 und R getrennt haben. Das Relais 16 bleibt
also noch etwas länger in seiner Einschaltlage, um den
Motor 14
im Laufen zu halten, bis ein gewisser Stand des Abgreifarmes 52 erreicht ist, obwohl
sich die Kontakte 27- und R bereits getrennt haben.
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Der Kontaktq.7 des Relais 16 schließt gleichzeitig mit dem Einschalten
des Verstellmotors einen Stromkreis: Batterie 44 Leitung 42, Wicklung 37, Leitung
57, Kontakt 47, Leitung 45 zur Batterie 41 zurück. Dadurch wird der Elektromagnet
36 erregt und bewegt das Kontaktteil R plötzlich nach abwärts im Sinn der Trennung
vom Kontakt 27. Nach der Entregung des Relais 16 und Unterbrechung des Stromkreises
durch den Kontakt 47 nimmt die Kraft des Elektromagneten 36 ab, und die Feder 35
führt die Hebel 28 und 29 mit den Kontakten L und R in ihre normale Lage zurück.
Die einseitig (in Pfeilrichtung) wdrkendeDämpfungseinrichtüng38 begrenzt diese Bewegung
bis zu einem gewissen Grad, so daß eine relativ lange Zeit zur Anpassung der Spannung
des Generators i an den geänderten Wert des Widerstandes 9 zur Verfügung steht.
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Wenn die Spannung des Generators i über ihren Sollwert ansteigt, wird
die Anzugskraft der Wicklung i8 auf den Magnetkern 22 des Meßrelais 17 vergrößert,
so daß jetzt diese Kraft größer ist als die,der Feder 23 und der Hebel 2q. aufwärts
bewegt wird und mit dem Kontakt 2:6 in Eingriff kommt.-In diesem Fall wird an Stelle
des Hilfsrelais 16 das Hilfsrelais 15 erregt, das den Verstellmotor in der entgegengesetzten
Drehrichtung steuert. Alle übrigen Vorgänge spielen sich in der bereits geschilderten
Weise ab.
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In Fig. 2 ist die zur Herstellung einer Korrektur der Spannung des
Generators erforderliche Zeitverzögerung in der Abszisse aufgetragen. Die Ordinate
gibt in Prozenten die Abweichungen der geregelten Größe von ihrem Sollwert an. Die
Kurve A-B ist unter der Annahme gezeichnet, daß jeder Arbeitsschritt des Widerstandes
9 die Generatorspannung um 1/2 0/0 ändert. Wenn z. B. die Spannung vom Sollwert
um 1/2% abweicht, so bewirkt das Schließen des Kontaktes des Meßrelais 17 eine Bewegung
des Regelwiderstandes 9 um einen Arbeitsschritt. Hierfür wird die durch die Linie
66 in Fig. 2 dargestellte Zeitdauer benötigt. Der horizontale Abstand über die Linie
66 hinaus bis zur Kurve A-B gibt die Zeit an, die die Kontakte I_ und
R brauchen, um in ihre Normallage unter dem Einfluß der Dämpfungseinrichtung
38 zurückzukehren. Beträgt die Abweichung der zu regelnden Größe i %, so läuft der
Widerstand 9 um zwei Schritte weiter, was durch die beiden Linien 67 in Fig. 2 veranschaulicht
wird. Je mehr die Abweichung der zu regelnden Größe vom Sollwert zunimmt, um so
geringer wird die Zeitdauer zwischen dem ersten und dem zweiten Arbeitsschritt des
Mechanismus. Da der Kontakthebel 24. weiter von der Mittelstellung weggeführt wird,
wird eine geringere Bewegung der Kontaktteile L und R von ihrer maximalen Entfernung
voneinander bis zu ihrer Normallage benötigt, um ein erneutes Eingreifen der Kontaktteile
zu bewirken. Wie die Linien 68 in Fig. 2 zeigen, die sich auf eine 30/aige Abweichung
der geregelten Größe beziehen, genügt der erste Arbeitsschritt des Elektromagneten
36 nicht, um unmittelbar eine Trennung der Primärrelaiskontaktglieder herbeizuführen.
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Die der Erfindung entsprechende Ausführungsform nach Fig. 3 stimmt
in ihren Grundbestandteilen mit der Regeleinrichtung nach Fig. i überein; die übereinstimmenden
Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Sie unterscheidet sich von der
nach Fig. i in erster Linie dadurch, daß die Kontakte 62 und 4.7 der Hilfsrelais
15, 16 nicht die Erregerwicklung 37 des Meßrelais 17 direkt steuern, sondern daß
sie auf das Primärrelais mittelbar unter Zwischenschaltung eines besonderen Zusatzrelais
72 wirken, das ebenfalls aus der Batterie 41 gespeist wird. Das Relais 72 schließt,
wenn es erregt wird, einen Stromkreis über den Leiter .42, die Wicklung 37 des Elektromagneten
36, die Leitung 76, den Relaiskontakt 77 und die Batterie 41. Auch zu diesem Zusatzrelais
ist ein Kondensator, der mit 78 bezeichnet ist, parallel geschaltet.
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Bei Abweichungen der Generatorspannung von ihrem Sollwert arbeitet
die Einrichtung zunächst ebenso wie die nach Fig. i. Bei einer Bewegung des Kontakthebels
2.I in der einen oder anderen Richtung aus seiner Mittelstellung wird das Hilfsrelais
15 oder 16 erregt und schaltet den Verstellmotor ein. Nach Ansprechen eines der
Relais 15 oder 16 wird durch den Kontakt 6 2 oder 47 ein Hilfsstromkreis
für die Erregung des Zusatzrelais 72 geschlossen, das seinerseits den Elektromagneten
36 erregt. Da nun die zweiseitig wirkende Dämpfungseinrichtung38 eine plötzliche
Bewegung des Ankers des Elektromagneten 36 verhindert und infolgedessen eine plötzliche
Bewegung der Kontakte R und L ausgeschlossen ist, so ist die Zeitdauer, während
welcher der Meßrelaiskontakt 26 und L oder 27 und R miteinander im Eingriff bleiben,
vergrößert. Gemäß Fig. 2 ist die Gesamtzeit, die der Regler benötigt, um die geregelte
Größe wieder auf ihren Sollwert zurückzuführen, im wesentlichen gegeben durch die
Gesamtzeit, während welcher die Hilfsrelais 15 bzw. 16 geschlossen sind, d. h. die
Gesamtzeit wird durch die gesamte Länge der Linien in Fig. 2 angegeben, die von
einem bestimmten Prozentsatz der Abweichungen aus laufen. Der Elektromagnet 36 kann
nun zusammen
mit der Dämpfungseinrichtung 38 so angeordnet und ausgebildet
sein, daß durch die Bewegung der Kontakte L und R für einen bestimmten Prozentsatz
der Abweichungen der zu regelnden Größe von ihrem Sollwert diese gesamte Zeit vor
der Trennung der lIeßrelaiskontakte aufgebraucht wird. Diese Werte sind in Fig.
4 als fortlaufende horizontale Linien für die einzelnen Prozentsatzwerte der Abweichungen
eingetragen. Es ergibt sich also eine fortlaufende Arbeit des Motors 14 und des
Widerstandes g, bis die Gesamtzahl der Ab greifkontakte 53 am Widerstand 9 durchschritten
ist.
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Wenn der Elektromagnet 36 sich genügend bewegt hat, um die lIeßrelaiskontakte
zu trennen, so fallen die Kontakte der Hilfsrelais 15 oder 16 in ihre Ruhelage zurück
und unterbrechen dadurch die Arbeit des Motors 14. Gleichzeitig wird der Stromkreis
der Wicklung 71 des Zusatzrelais 72 unterbrochen. Der Kondensator 78 bewirkt dabei
eine Verzögerung der Entregung dieses Relais, bis die Hebel 28 und 29 ihre äußerste
Lage erreicht haben. Erst nach der Entregung des Relais 7 2 wird auch der- Stromkreis
derWicklung37 unterbrochen, und die Feder 35 beginnt die Hebel 28 und 29 in ihre
Lage zurückzuführen. Die hierfür benötigte Zeit, die durch den horizontalen Abstand
zwischen den rechts liegenden Enden der verschiedenen horizontalen Linien in Fig.
.I und der linearen Kurve A-B gegeben ist, ist der Zeitraum zwischen der Trennung
der lleßrelaiskontakte und der Vervollständigung der Korrektur der Spannung des
Generators i durch den Widerstand 9.
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Diese Zeit reicht aus, um den Kontakthebel 24. in seine Mittellage
wieder zurückkehren zu lassen, bevor die Kontaktglieder L und R in ihre durch den
Anschlag 34 festgelegte Normallage zurückgekehrt sind. Die Arbeitszeit der Regeleinrichtung
zur Vervollständigung der Korrektur der zu regelnden Größe auf ihren Sollwert ist
für jede einzelne prozentuale Abweichung vom Sollwert in den Fig. 2 und .I durch
den horizontalen Abstand der Punkte der Kurve A-B von der Ordinate ge-
geben.
Daraus geht hervor, daß der in Fig. 3 dargestellte Apparat die geregelte Größe in
viel kürzerer Zeit korrigiert, indem er die einzelnen schrittweisen Operationen
der Anordnung nach Fig. i in eine einzige Operation zusammenfaßt und dabei die Zeiträume
zwischen den einzelnen Schritten der Anordnung nach Fig. i eliminiert.
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Die Möglichkeiten zur Anwendung und Ausführung der Erfindung sind
nicht auf das hier im einzelnen beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Die
angegebenen Vorschläge lassen sich vielmehr auch in abgewandelter Form einzeln oder
in den verschiedensten Kombinationen mit Vorteil anwenden.