DE944503C - Regler - Google Patents

Description

Regler

Es sind bereits Regler zur selbsttätigen Regelung einer elektrischen Größe, beispielsweise der Spannung vorgeschlagen worden, bei denen die Regelung durch direkte Änderung des Regelwiderstandes unter Verwendung eines Stapels aus Blattsteuerfedern erfolgt. Als Reglerantrieb kann hierbei z. B. ein Elektromagnet mit abgefedertem Ankerarm dienen.

Bei der Entwicklung derartiger Regeleinrichtungen sind Vorschlage entstanden, die zur weiteren Ausgestaltung und Verbesserung der Regeleinrichtung geeignet sind. Die Erfindung ermöglicht es, den Anwendungsbereich des Reglers zu erweitern, wobei z. B. selbst bei großen Stromstärken und Leistungen eine genaue Arbeitsweise des Reglers erzielt wird. Der Regler erlaubt hierbei verhältnismäßig kleine Antriebsmittel mit geringen bewegten Massen anzuwenden und den gewünschten Verlauf der Gesamtlastkurve zu erreichen.

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Regler mindestens zwei mit Regelwiderständen zusammenwirkende Widerstandsvorrichtungen mit Blattfedern enthält, deren Federkräfte gegeneinandergerichtet sind.

In den Zeichnungien ist der Erfiridungsgegenstand in einer beispielsweisen Ausführungsform dargestellt. Es zeigt

Fig. ι das Gerät und den Stromkreis nach der Erfindung,

■Fig. 2 die Lastkurve entsprechend der jeweiligen Belastung eines einzigen Blattfederwiderstandes,

Fig. 3 eine Ansicht einer Widerstandsvorrichtung, deren Blattfedern an einem Ende mit dem ίο Regelwiderstand verbunden sind und am entgegengesetzten Ende sich gegen _äeinen Anschlag legen,

Fig. 4 eine Ansicht derselben Blattfederanordnung mit Stromkreissteuergliedern, von denen ein Teil vom Anschlag angehoben ist, während der andere Teil in stromleitender Verbindung miteinander steht,

Fig. S, 6 und 7 die Kurven, die die charakteristischen Kennlinien der in den Fig. 1, 3 und 4 der Zeichnung dargestellten Regleranordnung wiedergeben.

Das Reglersystem nach Fig. 1 ist für die Steuerung der Spannung eines Generators 1 bestimmt, der eine an die Speiseleitungen 3, 4 angeschlossene Ankerwicklung 2 und eine Feldwicklung 5 besitzt, die zur Ankerwicklung 2 parallel geschaltet ist. Der Erregerstromkreis verläuft hierbei· über den Leiter 6, Regulierwiderstände 7 und 8, einen Leiter 9, den Feldwiderstand 12, die Feldwicklung S und den Leiter 14. Die Erregung der Feldwicklung S wird durch zwei Widerstandsvorrichtungen 15 und 16 gesteuert, die je mit Anzapfungen des Widerstandes 7 bzw. 8 verbunden sind und eine Mehrzahl Blattfedern enthalten, die von einem gemeinsamen Steuerglied so gesteuert werden, daß sich der Wert der Widerstände 7 und 8 bei Bewegung des Antriebsorgans 26 im entgegengesetzten Sinne ändert.

Die Widerstandsvorrichtung 15 besitzt mehrere Blattfedern τγ, die in -Form eines Stapels angeordnet und mittels der Zwischenleitungen 18 an einer Mehrzahl von voneinander getrennten Punkten des Stufenwiderstandes 7 angeschlossen sind. Die feststehenden Enden der Blattfedern 17 sind voneinander durch Streifen 19 aus Isolierstoff isoliert und werden zwischen den Anpreßplatten 21 und 22 durch eine Klemmvorrichtung 23 festgehalten. Die anderen Enden der Blattfedern 17 sind frei beweglich angeordnet und haben unter Einfluß einer nach links wirkenden Kraft das Bestreben, in Eingriff mit einem aus Isolierstoff bestehenden Ansöhlagblock 24 zu kommen. Durch den Anschlagblock 24 wird die Bewegung der Blattfedern 17 nach links begrenzt, wobei die freien Enden der Blattfedern oder der Stromkreissteuerelemente getrennt werden, wodurch die leitende Verbindung der an denselben vorgesehenen Kontaktknöpfe 25 mit den an den benachbarten Blattfedern vorgesehenen Kontaktknöpfen unterbrochen wird.

Die Federn 17 können durch ein antreibendes Organ 26 in Berührung miteinander gebracht werden, wodurch sie den Widerstand 7 nach und nach kurzschließen. Das antreibende Organ 26 wird mittels eines beweglichen Ankerarmes 27 getragen, der bei 28 schwenkbar angebracht ist. Dabei wird der Arm 27 in einer Richtung um den Drehpunkt 28 mittels einer Hauptfeder (Rückholfeder) 29 bewegt, welche entgegen dem Zug des Ankers 31 wirkt, der an dem entgegengesetzten Ende des Ankerarmes 27 angeordnet und mittels eines durch eine Wicklung 33 erregten Magneten 32 betätigt wird. Die Wicklung 33 liegt ia einem Stromkreis, der gemäß der zu regelnden Größe, in diesem Fall der Spannung an den Leitern 3 und 4, erregt wird. Der Stromkreis erstreckt sich über die Leiter 3 und 34, den Spannungsregulierwiderstand 35,, den Leiter 36, die Wicklung 33, den. Leiter 37, die Sekundärwicklung 38 eines Dämpfungstransformators 39 und durch den Leiter 41 zu dem Speisestromkreisleiter 4. Die primäre Wicklung 42 des Transformators 39 ist durch die Leiter 43 und 44 an die Feldwicklung 5 des Generators 1 angeschlossen.

Die Widerstandsvorrichtung 16 ist im allgemeinen ähnlich ausgebildet wie die Widerstandsvorrichtung 15 und besteht aus einer Mehrzahl von Blattfedern 45, die zu einem Stapel zusammengefaßt sind und die an ihren, dem Regulierwiderstand 8 zugekehrten 'Enden voneinander durch Streifen 46- aus Isoliermaterial getrennt sind. Die Blattfedern 45 sind über die Anzapfleitungen 47 mit den einzelnen Punkten des Stufenwiderstandes 8 verbunden. Die feststehenden Enden der Blattfedern 45 mit dazwischenliegenden Isolierstreifen werden zwischen den Klemmplatten 48 und 49 mittels einer Klemmvorrichtung 52 festgehalten. Die der Klemmvorrichtung 52 abgekehrten Enden der Blattfedern 45 sind frei beweglich und haben, das Bestreben, sich nach rechts in Eingriff mit einem AnscMagblook 53, der aus einem elektrisch gut leitenden Stoff besteht, zu bewegen. Auf diese Weise wird die Bewegung der Blattfedern in einer Richtung begrenzt, wobei die an den freien Enden der Blattfedern 45 vorgesehenen Warzen 54 aus Isolierstoff außer Berührung miteinander kommen. Bei Bewegung durch ein am Ankerarm 27 vorgesehenes Organ 55 nach links wird eine zunehmende Zahl von Federn 45 abgehoben.

Der Ankerarm 27 trägt einstellbare Anschläge 56 und 57, die zur Begrenzung seiner Bewegung in der einen oder anderen Richtung entsprechend dem Wirkungsbereich der Blattfedern 17 und 45 dienen. Die Widerstandsvorrichtung 16 weicht von der Widerstandsvorrichtung 15 dadurch ab, daß als Mittel zum Kurzschließen des Widerstandes 8 zwischen den Federn 45 die geneigte Fläche des Anschlagblockes 53 dient.

Die Blattfederanordnungen 15 und 16 zur Steuerung des Wertes des Widerstandes sind besonders deutlich in Fig. 3 und 4 dargestellt. Die Anordnung ist so getroffen, daß, wenn der Ankerarm 27 in Fig. ι nach rechts bewegt wird, das antreibende Organ 26 die Berührung der an den Blattfedern 17 vorgesehenen Kontaktknöpfe 25 aufeinanderfolgend verursacht, wodurch der Widerstand 7 immer mehr

kurzgeschlossen wird, wobei das antreibende Organ 55 den Eingriff der Blattfedern 45 mit dem leitenden Anschlagblock 53 und die Trennung der Warzen 54 herbeiführt, um die gleiche Zahl von Stufen des Widerstandes 8 kurzzuschließen. Die Bewegung des Ankerarmes 27 in der entgegengesetzten Richtung verursacht eine entgegengesetzt gerichtete Änderung des Wertes der Widerstände 7 und 8. Die Kräfte, die von den Blattfederanordnungen der beiden Widerstandsvorrichtungen herrühren, sind gleich und so gewählt, daß sie auf den Ankerarm 27 in entgegengesetzten Richtungen einwirken.

Der die Erregerwicklung 33 tragende Kern kann in Form eines viereckigen C ausgebildet werden. Die entgegengesetzten, nach innen vorstehenden Enden des Kernes sind durch parallel zueinander verlaufende Flächen begrenzt, zwischen welchen ein Zwischenraum entsteht, in welchen der Anker 31 so hineinragt, daß ein doppelter Luftspalt von im wesentlichen konstanter Größe unabhängig von der Lage des Ankers im Bereiche des für die Wirkung der Widerstandsvorrichtungen 15 und 16 erforderlichen Hubes entsteht.

Fig. 2 der Zeichnung zeigt Kurven, aus welchen das Wesen der durch den Kontaktarm 27 hervorgerufenen Kräfte der Federn 17 hervorgeht, wenn nur eine Widerstandsvorrichtung, z. B. die Vorrichtung 15, angewandt wird. Als Abszissen sind die vom antreibenden Organ 26 zurückgelegten Wege aus einer Lage links aufgetragen. Wenn das antreibende Organ 26 nach rechts bewegt wird, so wird die Hauptfeder 29 etwas zusammengedrückt, so daß ihre Zugkraft, wie durch die Kurve 62 ge^- zeigt ist, abnimmt. Bei dieser Bewegung des antreibenden Organs 26 wird eine zunehmende Zahl der Blattfedern 17 vom Anschlag 24 abgehoben, wobei die Kraft jeder dieser Federn mit fortschreitender Fortbewegung vom Anschlag zunimmt. Die Kurve 63 zeigt die mit der Bewegung des antreibenden Organs 26 zunehmenden Kräfte der Federn 17 in Richtung entgegen der durch die Kurve 62 gezeigten Hauptfederkraft. Die resultierende Gesamtkraft, die durch die Kurve 64 wiedergegeben ist, ist hierbei gleich der Differenz zwischen diesen beiden Kräften. Die mechanische Konstruktion ist so gewählt, daß die Kraftänderung der Gruppe der Blattfedern, wie die Kurve 63 zeigt, sich nicht linear ändert. Die magnetische Zugkraft, die vom Anker 31 verlangt wird, um den Ankerarm 27 sowie das antreibende Organ 26 in einer gegebenen Lage zu halten, muß für die zuverlässige Reglerwirkung der Gesamtkraft nach Kurve 64 plus einem hinreichenden Unterschied oder Zugabfall bei zunehmender Lage gleich groß und entgegengerichtet sein, so daß der Kontaktarm 27 für jede verschiedene Erregung der Spule 33 eine etwas unterschiedliche Lage einnimmt.

In Fig. 5 der Zeichnungen ist die oharakteristische Kurve 64 der Widerstandsvorrichtung gezeichnet, die analog der Vorrichtung 15 ausgebildet ist. Die Kurve 64 stellt hierbei die resultierende Kraft für die verschiedenen Stellungen des Antriebsorgans 26 über seinen wirksamen Bereich entsprechend den Änderungen des Widerstandes 7 dar.

Die Kurven 65 bis 72 zeigen die Zugwirkung des Kernes 32 an dem Anker 31 in demselben Bereich der Bewegung des antreibenden Organs 26, wobei jede Kurve für einen bestimmten durch die Reglerspule hindurchfließenden Strom, z. B. von 0,065 bis 0,105 Amp., gilt.

Es sei bemerkt, daß jede der dem bestimmten Wert des Spulenstromes entsprechenden Zugkurven 65 bis 71 die Kurve 64 unter einem bestimmten Winkel schneidet, wodurch die Stabilität der Wirkung des Reglers in jedem Schnittpunkt erreicht wird. Das heißt, daß eine kleine Änderung des Stromes von einem bestimmten Wert einer genauen Änderung der Lage des Ankers entspricht. Bei der Bewegung des antreibenden Organs 26 in dem in Fig. 2 gezeigten Bereich gemäß der Kurve 64 wird die Reglerspule, wenn sie für die Bewegung des Ankers nicht kompensiert ist, im Fall einer beträchtlichen Stromänderung sich von dem durch die Kurve 71 dargestellten Wert an einem äußeren Ende des Hubes bis ungefähr zum an dem anderen äußeren Ende des Bereiches angegebenen Stromwert der Kurve 66 variieren. Die Genauigkeit des Reglers ist durch die Abweichung der Kurve 64 vom Sollwert nach Kurve 71 in Abhängigkeit von der Lage des Kontaktarmes 27 gegeben. Dieser Bereich ist in Fig. 5 durch den gestrichelten Teil gekennzeichnet. Je näher sich die Kurven 64 und 71 kommen, desto weniger ist die Abweichung der Spannung vom S ollwert vom Ankerhub, d. h. von der Belastung des Generators abhängig.

Die Kurve 73 in Fig. 6 stellt eine Fehlerkurve dar, die dem Unterschied zwischen den Kurven 64 und 71 in Fig. 5 entspricht. Die Lage dieser Kurve kann zwischen den in Fig. 6 durch gestrichelte Linien dargestellten Kurven 74 und 75 durch die Einstellung des veränderbaren Widerstandes 35 nach Fig. 1 eingestellt werden. Der allgemeine Charakter der Kurve wird indessen durch die Änderung ihrer Lage nicht verändert; um die Genauigkeit des Reglers zu steuern, ist es notwendig, den durch die Kurve 64 dargestellten Verlauf der Kräfte des Reglers oder den Charakter der durch die Schar der Kurven 65 bis 71 dargestellten magnetischen Zugkräfte zu ändern.

Bei einem Regler der beschriebenen Art mit einem einzigen Stapel von Blattfedern ist insbesondere bei kleinem Feldstrom die gesamte Kraft der Federn 17 gering, so daß der Abstand zwischen den Kurven 64 und 71 klein ist und somit die Genauigkeit des. Reglers gegenüber dem gewünschten oder festgelegten Betrag sich nur unwesentlich ändert. Bei zunehmendem Feldstrom wird jedoch die Reglergenauigkeit infolge des an- iao steigenden Wertes der Federkräfte, wie es in Fig. 2 durch die Kurve 63 dargestellt ist, schlechter, indem ein größerer Abfall in der gesamten Kurve 64 nach Fig. 2 auftritt. Wenn die Stromstärke des Feldkreises ansteigt, so ist es erwünscht, z. B. zwei 1*5 oder vier Widerstandsvorrichtungen anzuwenden,

von denen jede ihren eigenen Stapel besitzt. Auf diese Weise werden die beweglichen Gewichte (Massen) jeder einzelnen Gruppe oder jedes Stapels auf einen kleineren Betrag begrenzt als in dem Fall, wenn der ganze Feldregelwiderstand durch einen einzigen Stapel gesteuert werden würde.

Gemäß der Erfindung sind zwei oder ein Vielfaches von zwei Stapeln vorgesehen, die so angeordnet sind, daß die Federkräfte der beiden ίο Stapel gegeneinander wirken, so daß, wenn eine zunehmende Zahl von Blattfedern des einen Stapels in Eingriff mit dem ihnen zugeordneten Anschlagblock kommt, eine zunehmende Anzahl von Blattfedern des anderen Stapels aus dem Eingriff mit ihrem zusammenwirkenden Anschlagblock gebracht wird, wie es in Fig. 1 dargestellt ist.

In Fig: 7 der Zeichnungen stellt die Kurve 76 die Kurve der Federkräfte der Widerstandsvorricntung 15 dar, welche ihrem Charakter nach ähnlich der Kurve 63 in Fig. 2 verläuft; die Kurve jy zeigt die Kurve der Federkräfte der Widerstandsvorrichtung 1.6. Diese beiden Kurven sind zwar ihrem Charakter nach ähnlich; sie verlaufen jedoch, in bezug aufeinander derart spiegelbildlich, daß die resultierende Kurve der beiden Einheiten der Blattfedern, wie es in Fig. 7 durch die 'gestrichelte Kurve 78 dargestellt ist, nach der Erfindung eine gerade Linie bildet.

Die Wirkung des vorstehend beschriebenen Reglers ist folgende: Wenn der Generator 1 angelassen wird und seine Spannung klein ist, so wird der Arm 27 in seine dargestellte Lage durch die Haupt- oder Rückholfeder 29 gebracht, in welcher das treibende Organ 26 die Blattfedern 17 von dem ihnen zugeordneten Anscihlagblock 24 abhebt, während das treibende Organ 55 zugleich in eine Lage bewegt wird, in der die Blattfedern 45 in Eingriff mit dem ihnen zugeordneten Anschlagblock 53 gelangen, so daß sämtliche Stufen der Widerstände 7 und 8 durch die zwei Gruppen der Blattfedern 17 und 45 kurzgeschlossen werden, und dadurch die Erregung gesteigert und die Klemmenspannung des Generators im zunehmenden Sinne schnell aufgebaut wird. Wenn die Generatorspannung bis auf den gewünschten Wert angestiegen ist, übersteigt die Kraft des Ankers 31 die Wirkung der Feder 29 und bewegt den Ankerarm 27 um den Zapfen 28 entgegen der Uhrzeigerbewegung, wobei die treibenden Organe 26 und 55 in Fig. r nach links bewegt werden, wodurch eine zunehmende Zahl von Federn 17 in Eingriff mit dem Anschlagblock 24 kommt und eine Trennung der Kontaktknöpfe 25 sowie die Unterbrechung der kurzgeschlossenen Widerstandsteile herbeiführt. In derselben Zeit hebt das treibende Organ 55 eine ,übereinstimmende Zahl von Federn 45 von dem elektrisch leitenden Anschlagblock 53 ab und bringt die Isolierwarzen 54 in Eingriff miteinander, wodurch eine entsprechende Zahl der Stufen des Widerstandes 8 eingeschaltet wird; auf diese Weise ändert sich der wirksame Betrag der Reglerwiderstände 7 und 8. Wenn die gewünschte Generatorspannung erreicht ist, so stellt sich am Anker mit der Zugkraft der Feder 29 und der Summe der Kräfte, hervorgerufen durch viele Blattfedern 17 und 45, die außer Eingriff mit ihren Anschlägen gekommen sind, ein ,Gleichgewichtszustand her, wobei die Widerstände 7 und 8 einen Zwischenwert einnehmen.

Wenn die Spannung zwischen den Leitern 3 und 4 über einen gewünschten Wert ansteigt, so verursacht die zunehmende Erregung der Wicklung 33 eine vergrößerte Zugkraft am Anker 31, wodurch die treibenden Organe 26 und 55 nach links bewegt werden und dabei eine zunehmende Zahl der Teile der Feldregelwiderstände 7 und 8 unterbrochen wird, um den Widerstand in dem Stromkreis, in welchem die Feldwicklung sich befindet, zu erhöhen und dementsprechend die Erregung und die Klemmenspannung des Generators 1 zu verringern. Diese Verringerung der Klemmenspannung verursacht eine entsprechende Herabsetzung der Erregung in der Wicklung 33 und den Zug des Ankers 33, wodurch die treibenden Organe 26 und 55 in einen Gleichgewichtszustand entsprechend der gewünschten Generatorspannung wieder gelangen.

Fällt die Generatorspannung unter ihren gewünschten Wert ab, so wird die Erregung der Wicklung 33 und die Zugwirkung am Anker 31 verringert, wodurch die Feder 29 die treibenden Organe 26 und 55 in Fig. 1 nach rechts bewegt, so daß eine zunehmende Zahl der Teile der Feldregelwiderstände 7 und 8 kurzgeschlossen wird; durch die dabei zunehmende Erregung der Generatorfeldwicklung 5 steigt die Generatorspannung auf ihren gewünschten Wert.

Claims (6)

Patentansprüche;

1. Regler zur selbsttätigen Regelung einer elektrischen Größe, z. B. der Spannung, unter Verwendung eines Stapels von Blattfedern zur Steuerung der Regel widerstände, dadurch gekennzeichnet, daß derselbe mindestens zwei mit Regelwiderständen (7, 8) zusammenwirkende Widerstandsvorriohtungen (15, 16) mit Blattfedern (17 bzw. 45) enthält, deren-Federkräfte gegeneinandergerichtet sind.

2. Regler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in Stapeln angeordneten Blattfedern (17 und 45) der beiden Widerstandsvorrichtungen (15, 16) über einen gemeinsamen Ankerarm (27) mittels eines gemeinsamen Magnetsystems (31, 32, 33) derart beeinflußt werden, daß, wenn eine zunehmende Zahl der Blattfedern des einen Stapels in Eingriff mit dem ihnen zugeordneten Anschlagblock kommt, eine zunehmende Anzahl von Blattfedern des anderen Stapels aus dem Eingriff mit ihren Anschlagblock gebracht wird.

3. Regler nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandsvorrichtungen (15, 16) symmetrisch in bezug auf den

Ankerarm (27) des Magnetsystems (31, 32, 33) angeordnet sind.

4. Regler nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Blattfedern (17) der einen Widerstandsvorrichtung (15) an ihren frei beweglichen Enden Kontaktknöpfe (25) tragen und in einer Bewegungsrichtung durch einen Anschlagblock (24) aus Isolierstoff begrenzt sind, während die Blattfedern (45) der anderen Widerstandsvorrichtung (16) an ihren frei beweglichen Enden Isolierwarzen (54) aufweisen und sich gegen einen Anschlagblock (53) aus elektrisch gutleitendem Stoff legen.

5. Regler nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlagblöcke (24 und 53) spiegelbildlich zueinander verlaufende geneigte Anlageflächen besitzen, gegen die sich die freien Enden der Blattfedern (17, 45) legen, die je nach der Lage des Ankerarmes (27) jeweils die gleiche Zahl der Abschnitte der zugeordneten Widerstände (7, 8) kurzschließen.

6. Regler nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlagblöcke (24, 53) zugleich als Anschläge für den Ankerarm (27) dienen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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