DE963534C

DE963534C - Mains voltage regulator

Info

Publication number: DE963534C
Application number: DEN3708A
Authority: DE
Inventors: Norbert Leo Kusters; Donald Maclean Murray
Original assignee: National Research Council of Canada
Current assignee: National Research Council of Canada
Priority date: 1951-04-01
Filing date: 1951-04-01
Publication date: 1957-05-09

Description

Netzspannungsregler Die Erfindung bezieht sich auf einen selbsttätigen Netzspannungsregler, bestehend aus einem änit seiner Sekundärwicklung im Zuge einer Netzleitung angeordneten Zusatztransformator, einem diesen auf der Primärseite steuernden., an den Netzklemmen liegenden Stelltransformator und, einer Vorrichtung zur Messung der Eingangs-und%der Ausgangsspannung des Reglers, die bei Abweichungen vom Sollwert über eine Relaisschaltung einen Motor betätigt, der den Schleifkontakt des Stehtransformators so lange verschiebt, bis die Ausgangsspannung den Sollwert' erreicht hat. Erfindungsgemäß wird als Motor ein: Gleich;-stromdrehspulmotor verwendet, bei dem der Winkeldrehbereich der Drehspule auf weniger als 36o° beschränkt und die Drehspule unmittelbar mit dem Stellglied des Steldtransformators mechanisch gekuppelt ist. Weiter ist ein Tachometergenerator unmittelbar mechanisch mit der Drehspule gekuppelt, und die Spannung dieses Generators wird zur Verhinderung von Pendlungen in den Steuerkreis des Reglers zurückgeführt.Mains voltage regulator The invention relates to an automatic Mains voltage regulator, consisting of a änit its secondary winding in the course of a Power line arranged additional transformer, one controlling this on the primary side., variable transformer lying on the mains terminals and a device for measuring the input voltage and% of the output voltage of the controller, which in the event of deviations from the setpoint A motor is operated via a relay circuit, which moves the sliding contact of the standing transformer shifts until the output voltage has reached the setpoint '. According to the invention a: direct current moving coil motor is used as the motor, in which the angular range of rotation the moving coil is limited to less than 36o ° and the moving coil immediately with it is mechanically coupled to the control element of the transformer. Next is a The tachometer generator is mechanically coupled directly to the moving coil, and the The voltage of this generator is used to prevent oscillation in the control circuit of the controller.

Der Ausdruck »unmittelbar mechanisch gekuppelt« wird hier im beschränkten Sinne als »eine Verbindung, die keine Bewegung im Verhältnis zwischen den gekuppelten Teilen erlaubt«, gebraucht, so daß also Kupplungen mit Zahnradverbindungen, Gelenken u. dgl. äusgeschlossen sind. Der Regler nach der Erfindung ist ein sehr schnela reagierender Spannungsregler mit weitem Regelbereich und einer kurzen, im wesentlichen konstanten Reaktionszeit, die hauptsächlich von der Höhe drei Spannungsabweichung abhängig ist.The expression "directly mechanically coupled" is used here in a restricted sense as "a connection which does not allow any movement in the relationship between the coupled parts", so that couplings with gear connections, joints and the like are excluded. The regulator according to the invention is a very fast reacting voltage regulator with a wide control range and a short, essentially constant reaction time, which is mainly dependent on the amount of three voltage deviation.

Von dem verwendeten Gleichstrommotor können sehr hohe Drehmomente vorübergehend geleistet werden, und die Meßvorrichtung sowie der Steuerstromkreis können über einem weiten Bereich von Spannungsabweichungen so bemessen werden, daß sie eine Stehgröße und damit ein Drehmoment, das sich mit der Höhe der Abweichung ändert, erzeugen. Zum Ausgleich einer Spannungsabweichung durch den mit dem Motor gekuppelten Transformator ist nur eine sehr kurze Zeit erforderlich, die fast konstant ist, da mit größeren Abweichungen auch die Geschwindigkeit dieses Motors entsprechend: wächst.The DC motor used can produce very high torques temporarily made, and the measuring device and the control circuit can be dimensioned over a wide range of voltage deviations so that they have a standing size and thus a torque that varies with the amount of deviation changes, generate. To compensate for a voltage deviation caused by the motor coupled transformer is only required for a very short time, which is almost constant is, since with larger deviations the speed of this motor is correspondingly: grows.

Der nach Art eines Drehspulinstrumene für Gleichstrom ausgebildete Motor ist besonders zur unmittelbaren mechanischen Kupplung mit einem Transformator geeignet, dessen Übersetzung durch die Drehbewegung eines radialen Armes gesteuert wird. Derartige Transformatoren sind an sich bekannt. Der Winkeldrehbereich des Drehspulmotors kann auf den des verwendeten Stelltransformators abgestimmt werden. Die unmittelbare mechanische Kupplung zwischen Motor und Stellglied des Transformators stellt eine Verbindung mit. niedriger Massenträgheit dar, die frei von allen Mängeln der bisher verwendeten Zahnradkupplungen ist. Normale Gleichstrommotoren sind. für diesen Zweck nicht brauchbar, da die Bürsten und Kollektoren Verzögerungen und Widerstände im Feld- und Ankerkreis hervorrufen, die stellungsmäßige Ungenauigkeiten verursachen.The one designed in the manner of a moving coil instrument for direct current Motor is especially designed for direct mechanical coupling with a transformer suitable, whose translation is controlled by the rotary movement of a radial arm will. Such transformers are known per se. The angular rotation range of the Moving coil motor can be matched to that of the variable transformer used. The direct mechanical coupling between the motor and the actuator of the transformer connects to. low inertia, free from all defects of the gear couplings used so far. Normal DC motors are. for useless for this purpose because the brushes and collectors have delays and resistances cause positional inaccuracies in the field and anchor circle.

Um eine überrebelung des Reglers zu verhindern, ist unmittelbar mit dem Motor noch ein Tachometexgenerator gekuppelt, dessen Ausgangsspannung in den Steuerstromkreis zurückgeführt wird.In order to prevent the controller from being overblown, press immediately a tachometex generator is coupled to the engine, the output voltage of which is in the Control circuit is fed back.

In der Zeichnung sind Ausführungsarten des erfindungsgemäß verwendeten Motors dargestellt. Fig. i und 2 zeigen einen Motor geeigneter Konstruktion, wobei Fig. 2 ein Querschnitt entlang der Linie 2-2 der Fig. i ist. Die feststehenden Teile des Motors bestehen aus einem inneren Magnetring 8o6 und einem mit diesem konzentrischen magnetischen Außenring 807, die verbunden und getragen werden. durch die magnetischen Seiten- bzw. Mittel-und Unterteile 8o8, 8o9 und 8io, sowie einer FeldsPule 815, die den Mittelteil 8io umgibt und durch die Seitenteile 8o8 begrenzt ist. Es besteht daher ein ringförm:iger Luftspalt gleichmäßiger Größe zwischen den Ringen 8o6 und 807, in dem sich die Ankerspule 8i2 bewegt. Die Spule ist mechanisch an der Hohlwelle 8i3 gehalten und dreht sich mit der Spindel, so daß die Achse der Spindel die Mitte der Wölbung des ringförmigen Luftspaltes bildet. Mechanische (nicht gezeigte) Vorrichtungen begrenzen die Drehbewegung in beiden Richtungen, so daß die, Ankerspule 812 nicht mit dem Mittelteil 81o in Berührung kommt. Durch diese Begrenzung wird der genannte Drehbereich auf etwa 270' beschränkt. Die Welle ist auf den Ständern 814 drehbar gelagert.In the drawing, embodiments of the motor used according to the invention are shown. Figures i and 2 show an engine of suitable construction, Figure 2 being a cross-section along line 2-2 of Figure i. The stationary parts of the motor consist of an inner magnetic ring 8o6 and a magnetic outer ring 807 concentric with this, which are connected and carried. by the magnetic side or middle and lower parts 8o8, 8o9 and 8io, as well as a field coil 815 which surrounds the middle part 8io and is delimited by the side parts 8o8. There is therefore an annular air gap of uniform size between rings 8o6 and 807, in which the armature coil 8i2 moves. The coil is held mechanically on the hollow shaft 8i3 and rotates with the spindle so that the axis of the spindle forms the center of the curvature of the annular air gap. Mechanical devices (not shown) limit the rotation in both directions so that the armature coil 812 does not come into contact with the central part 81o. As a result of this limitation, the stated range of rotation is restricted to approximately 270 ' . The shaft is rotatably mounted on the stands 814.

Das magnetische Feld und die Polarität der Ringe 8o6 und 807 werden durch die Feldspule 8i5 hergestellt, die den Mittelteil 81o umgibt, zwischen diesem Teil und dem Seitenteil 8o8 durchgeht und auf dem Unterteil 8o9 ruht. Die Leitungen 816 und 817 für die Ankerspule sind durch die Hoblspindell 813 eingeführt und mit Schaltern verbunden. Durch diese mechanisch gekoppelten Schalter kann die Ankerspeisung gegebenenfalls unterbrochen werden..The magnetic field and polarity of rings 8o6 and 807 will be made by the field coil 8i5 surrounding the central part 81o between them Part and the side part 8o8 goes through and rests on the lower part 8o9. The lines 816 and 817 for the armature coil are inserted through the planing spindle 813 and with Switches connected. These mechanically coupled switches can be used to feed the armature may be interrupted ..

Einer der Vorteile der Verwendung eines Motors mit einem, auf etwa 27o° beschränkten Drehbereich besteht darin, daß dieser Drehbereich ungefähr dem vollen Spannungsbereich von Stelltransformatoren entspricht, wie sie- zur Zeit gebräuchlich sind. Das heißt, der Weg des Transformatorstellarms erstreckt sich über etwa 27o° und damit über den gesamten möglichen Spannungsbereich, so daß es möglich ist, die Welle eines Motors der erwähnten Type unmittelbar mechanisch mit dem Transfor -mator zu kuppeln und damit die Vorteile der bereits geschilderten niedrigen Massenträgheit auszunutzen. Weitere wesentliche Vorteile bestehen in der einfachen Konstruktion und der Verminderung der Reibung beim Betrieb des Motors. Ebenfalls direkt mechanisch gekuppelt mit der Motorwelle ist der Tachometergenerator, dessen Einzelheiten nicht gezeigt sind, da seine Konstruktion allgemein bekannt ist. Es sind jedoch schematische Zeichnungen einer möglichen Motor-Generator-Anlage in der: Fig. 3 bis 6 gezeigt, die eüne andere Art von Motor mit einem noch gleichmäßigeren Feld zeigen.One of the advantages of using a motor with one, on about 27o ° limited range of rotation is that this range of rotation is approximately the corresponds to the full voltage range of variable transformers, as they are currently in use are. This means that the path of the transformer actuator arm extends over about 27o ° and thus over the entire possible voltage range, so that it is possible to use the Shaft of a motor of the type mentioned directly mechanically with the transformer to couple and thus the advantages of the already described low inertia to take advantage of. Other significant advantages are the simple construction and the reduction in friction when the engine is running. Also directly mechanically The speedometer generator is coupled to the motor shaft, but its details are not are shown as its construction is well known. However, they are schematic Drawings of a possible motor-generator system in the: Fig. 3 to 6 shown, show the new other kind of engine with an even more uniform field.

Dieser Motor hat ein inneres zylindrisches Polstück 822 und ein halbmondförmiges Polstück 823. dessen konkave Fläche zylindrisch ist und konzentrisch nahe der Außenfläche des Polstücks 822 liegt. Der äußere' Ring 824 bildet die magnetische Strecke zwischen diesen Teilen und. ist mit dein inneren Polstück 822 durch das Kernverbindungsstück 825 und mit dem äußeren Polstück 823 durch das Kernverbindungsstück 826 verbunden.This motor has an inner cylindrical pole piece 822 and a crescent-shaped one Pole piece 823. the concave surface of which is cylindrical and concentric near the outer surface of the pole piece 822 lies. The outer 'ring 824 forms the magnetic path between these parts and. is to your inner pole piece 822 through the core connector 825 and connected to outer pole piece 823 by core connector 826.

Beide Verbindungsstücke sind von Feldspulen 833 umgeben, welche die Form eines senkrechten Ringes haben, wobei besonders auf Fig.6 hingewiesen sei, wo die allgemeine Anordnung der Feldspule perspektivisch gezeigt ist. Wie Fig. 3 und q. zeigen, ist das äußere Polstück so geformt; daß es mit den Spulen zusammen den ringförmigen; Raum zwischen dem ringförmigen. Luftspalt und dem Außenring ausfüllt.Both connectors are surrounded by field coils 833, which the Have the shape of a vertical ring, with particular reference to Fig. 6, where the general arrangement of the field coil is shown in perspective. Like Fig. 3 and q. show the outer pole piece is shaped; that it is related to the coils the annular; Space between the annular. Fills the air gap and the outer ring.

In Fig. 5 ist gezeigt, daß die auf der Welle 828 befestigte Ankerspule 827 sich in dem ringförmigen Luftspalt bewegt und daß die Spulenleitungen 829 in den Anker durch die hohle Welle 828 geführt sind. -Zusammerl-,virkende Rollen, Rollenhebel 830 und i\Toclcen 831 betätigen die Schalter, die den Motorstromkreis öffnen zur Begrenzung der Drehung dien Motorwelle, damit die Ankerspule 827 nicht in Berührung mit dem Kernkontaktstück 825 kommt. Konzentrisch. mit der Motor-,velle eingebaut ist der Stelltransformator 2o2, und an der Motorwelle 828 befestigt ist der Arm 829 des Stelltransformators, der mechanisch die Spannungsangleichung ausführt.In Fig. 5 it is shown that the armature coil 827 mounted on the shaft 828 moves in the annular air gap and that the coil lines 829 are guided into the armature through the hollow shaft 828. -Zamml-, turning rollers, roller lever 830 and i \ Toclcen 831 operate the switches that open the motor circuit to limit the rotation of the motor shaft so that the armature coil 827 does not come into contact with the core contact piece 825. Concentric. The variable transformer 2o2 is installed with the motor shaft, and the arm 829 of the variable transformer, which mechanically adjusts the voltage, is attached to the motor shaft 828.

Weiterhin ist der Tachometergenerator innerhalb des Stelltranaformators eingebaut, und sein Anker ist mit der Motorwelle verbunden, mit der er sich dreht. Es ist natürlich nicht notwendig, den Generator innerhalb des Stelltransformators zu montieren, doch wird hierdurch die ganze Vorrichtung kompakter und einfacher.Furthermore, the tachometer generator is inside the adjusting transformer built in, and its armature is connected to the motor shaft with which it rotates. It is of course not necessary to have the generator inside the variable transformer to assemble, but this makes the whole device more compact and simple.

Bei beiden oben beschriebenen Motorarten wird die Ankerspule auf eine Form gewickelt; die Spule wird dann behandelt, um ihr die notwendige mechanische Widerstandsfähigkeit zu geben, und dann von der @Fdsrm entfernt. Die so hergestellte Spule hat eine sehr niedrige und verleiht dem Motor daher eine sehr kurze Reaktionszeit.With both of the motor types described above, the armature coil is set to one Form wrapped; the coil is then treated to give it the necessary mechanical To give resilience, and then removed from the @Fdsrm. The one made in this way Coil is very low and therefore gives the motor a very short response time.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Mains voltage regulator, consisting of an additional transformer arranged with its secondary winding in the course of a mains line, a variable transformer which controls this on the primary side and is located at the mains terminals, and a device for measuring the input and / or output voltage of the regulator, which in the event of deviations from the setpoint, vert actuates a motor via a relay circuit that moves the sliding contact of the regulating transformer until the output voltage has reached the setpoint, characterized in that a direct current moving coil motor is used in which the angular range of rotation of the moving coil is limited to less than 36o ° and the moving coil is mechanically coupled directly to the actuator of the variable transformer.

2. Mains voltage regulator according to claim i, characterized in that that a tachometer generator is directly, mechanically coupled to the moving coil and the voltage of this generator to prevent oscillation in the, Steuerkrens of the controller is fed back. Considered publications: ETZ, 71st year (195o), issue 8/9, p. I91.