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Elektrische Regeleinrichtung.
Für die Regelung von elektrischen Grössen, wie z. B. Spannung, Strom usw., werden mit Vorteil elektrische Regelmaschinen verwendet. Derartige Einrichtungen arbeiten oftmals mit Brücken- schaltungen oder auch mit einer festen Grunderregung (D. R. P. Nr. 590373) und besitzen den Nachteil, dass für die Erreichung einer gewissen Genauigkeit verhältnismässig grosse Steuerleistungen gebraucht werden, wodurch sich zwangläufig eine grosse Zeitkonstante ergibt und die Regelungen auch träge werden. In einer Anordnung nach dem österr. Patent Nr. 142494 werden diese Nachteile dadurch vermieden, dass die Grunderregung durch Verwendung eines spannungsabhängigen Widerstandes mit negativem Temperaturkoeffizienten stark veränderlich gemacht wird.
Diese Anordnung neigt jedoch in gewissenFällen zuPendelungen, was besonders dann unangenehm ist, wenn an Stelle elektrischer Grössen mechanische, wie z. B. Geschwindigkeit, Druck usw., geregelt werden.
Gemäss der Erfindung wird dieser Nachteil dadurch vermieden, dass der Widerstand im Strom- kreis der Grunderregung spannungsunabhängig mit möglichst kleinem Temperaturkoeffizienten und jener im Steuerstromkreis spannungsabhängig gemacht wird, ferner dass die magnetische Zeitkonstante der Grunderregung und des Steuerstromkreises sehr klein und jene der konstanten Sollwerterregung gross ausgeführt wird und die der Steuerwicklung gegengeschaltete Hilfswicklung konstant erregt wird.
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möglichst einander angeglichen werden, so dass der Arbeitsbereich auf dem steilen ungesättigten Teil der Magnetkennlinie liegt. Dies ist notwendig, damit bei kleinen Änderungen der Amperewindungen der Steuerwicklung bereits grosse Änderungen im resultierenden Feld und in der Klemmenspannung der Regelmaschine erreicht werden.
Erfindungsgemäss werden als spannungsabhängige Widerstände für den Steuerstromkreis bei Gleichstrom solche mit besonders kleiner Zeitkonstante und stark überproportionaler Stromänderung, etwa Glimmlampen, Kohlenfadenlampen, Elektronenröhren oder Gleichrichtersäulen, verwendet, hingegen bei Wechselstrom stark gesättigte Eisendrosseln in Verbindung mit Trockengleichrichtern.
Aus Fig. 1 der Zeichnung ist die grundsätzliche Schaltung einer solchen Regelmaschine ersichtlich.
Sie ist ein Gleichstrom-Nebenschlussgenerator mit drei Wicklungen an sich bekannter Art (siehe auch österr. Patent Nr. 142494). Im Hauptfeldkreis I befindet sich ein einstellbarer Widerstand W1, mittels welchem die Höhe der Grunderregung eingestellt werden kann. W1 wird derart gewählt, dass seine Spannungskennlinie möglichst mit der Magnetisierungskennlinie der Regelmasehine zusammenfällt.
Die beiden Hilfsfelder i und s sind einander entgegengesetzt und gleich, wenn die Steuergrösse den Sollwert besitzt. Im Steuerstromkreis 11 liegt ein spannungsabhängiger Widerstand We der vorangeführten Art. Der Strom von 12 ist konstant und stellt den Sollwert dar. Durch den Widerstand W2 wird die Sollwerteinstellung verändert. Um den Strom in 12 konstant zu halten, kann 12 unter Vorschaltung eines Variator W"an die Steuerspannung direkt geschaltet werden. Andernfalls erfolgt die Speisung durch eine eigene Stromquelle, wie z.
B. eine Batterie B oder eine kleine Gleichstrommaschine G. Wird 12 an eine von der Steuergrösse unabhängige Stromquelle angeschlossen, so kann die Klemmenspannung der Regelmasehine auch über Null hinaus in ihrer Richtung umgekehrt werden.
Besitzt die Steuergrösse ihren Sollwert, so sind die Amperewindungen von 11 und 12 gleich und die Spannung der Reguliermaschine besitzt einen Wert, der durch W1 gegeben ist, aber auch zwangläufig auf Null gebracht werden kann. Weicht die Steuergrösse vom Sollwert ab, so wird 11 bedeutend grösser oder kleiner als 12, wodurch sich das Hauptfeld I und damit die Klemmenspannung der Regelmaschine ändern. Durch eine geeignete Wahl des Arbeitspunktes von I auf dem steilen ungesättigten
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Teil der Magnetisierungslinie hat man es in der Hand, bei kleinen Änderungen von 11 sehr grosse Änderungen von t und der Spannung der Regelmaschine zu erzielen.
Aus Fig. 2 ist eine Anordnung für die Spannungsregelung eines Drehstromgenerators ersichtlich.
Die Regelmasehine ist gleichzeitig die Erregennaschine. Im Stromkreis von/2 liegt ein Variator Wv, . ferner ist/2 an eine kleine Gleichstrommaschine K, die mit der Erregermaschine gekuppelt ist, angeschlossen ; hiedurch wird/2 von der Steuerspannung vollkommen unabhängig und konstant. /1 wird über einen Trockengleichrichter G vom Drehstromgenerator erregt.
Auf der Wechselstrom- seite des Gleichrichters liegt eine stark gesättigte Eisendrossel, wodurch der Kreis ausserordentlich empfindlich für Spannungsschwankungen gemacht wird, d. h. also, es ergeben sich bei kleinen Spannungs- schwankungen auf der Wechselstromseite grosse Stromschwankungen im- Gleichstromkreis von 11'
Sobald die Spannung des Wechselstromgenerators, z. B. grösser wird als der Sollwert, wird/1 grösser als/2'hiedurch wird das Hauptfeld f sehr klein und die Klemmenspannung der Erregérmaschine fällt ausserordentlich stark ab, so dass die Generatorspannung nahezu auf ihren höheren Wert zurückgeht.
Wie man sieht, besitzt die Regelung einen statischen Charakter, wodurch Pendelungen zuverlässig vermieden werden.
Bei Stromerzeugern mit eigener Erregermasehine, die bereits im Betriebe sind, ist es oft nicht möglich, die Feldwicklung der Erregermaschine grundlegend zu ändern. In diesem Falle kann die
Feldwicklung in zwei Teile geschaltet werden, falls sie genügend reichlich ist. Der eine Teil wird an den Anker der Erregermaschine angeschlossen. Der zweite wird durch die Regelmaschine plus/minus zusätzlich erregt. Die Regelmaschine braucht in diesem Falle nur mehr mit zwei Wicklungen aus- gestattet zu werden, da als Grunderregung die eine Wieldungshälfte der Erregermaschine verwendet werden kann. Eine solche Anordnung ist aus Fig. 3 für einen fremderregten Gleichstromerzeuger ersichtlich, kann aber unter Verwendung eines Gleichrichters für Wechsel (Dreh) stromerzeuger ver- wendet werden.
Die Feldwicklung der Hauptmaschine wird durch die Erregermaschine E gespeist.
Die Feldwicklung der letzteren ist in zwei Teile F1 und F2 geteilt, von welchen F1 selbsterregend wirkt, während F2 durch die Regelmaschine R fremderregt wird. Diese selbst besitzt, wie bereits erwähnt, nur mehr zwei Wicklungen, u. zw./1 als Steuerwicklung und als konstante Sollwertwieldung. Die Wirkungsweise ist ohne weiters aus dem Schaltbild zu entnehmen.
Ist eine Unterteilung der Feldwicklung nicht möglich, so wird die Regelmaschine in den Feldkreis der Erregermaschine direkt geschaltet, wobei letztere also eigenerregt bleibt. Durch die Regelmaschine wird nur eine zusätzliche Plus- oder Minusspannung eingeführt, wodurch die Erregermasehine bei konstantem Widerstand W1 mehr oder minder erregt wird. Auch in diesem Falle braucht die Regelmaschine nur mit zwei Wicklungen, für Konstantfeld und Steuerfeld, ausgeführt zu werden. Bei Wechsel- und Drehstromgeneratoren kann, um eine besondere Stromquelle zu vermeiden, die Konstant- feldwicklung/2 an den Anker der Erregermaschine unter Vorschaltung eines Variator angeschlossen werden.
Mit Vorteil kann eine solche Schaltung aber auch für selbsterregte Gleichstromgeneratoren verwendet werden, wenn diese keine konstante Drehzahl besitzen. Die Regelmaschine wird dann, wie bekannt, in Gegenschaltung in den Feldkreis des Gleichstromgenerators geschaltet und mit der Hauptmaschine gekuppelt. Ihre Klemmenspannung ändert sich auch mit der Drehzahl, wodurch bei kleiner Leistung eine grosse Genauigkeit erreicht wird.
Die Regelmaschine kann aber auch, wie bereits erwähnt, zur Regelung von mechanischen Grössen verwendet werden, wenn ein geeignetes Organ zur Umwandlung der mechanischen in elektrische Energie, welche zur Impulsgebung dient, vorhanden ist.
Eine derartige Anordnung für die Geschwindigkeitsregelung einer Wasserturbine ist aus Fig. 4 ersichtlich.
Von der Welle der Turbine T wird das Regelaggregat, bestehend aus einer Regelmaschine R und einem Geschwindigkeitsdynamo G, angetrieben. Die Spannung von G ist ein Mass für die Geschwindigkeit und soll konstant bleiben. R speist den Motor M, der über ein Vorgelege den Leitapparat L verstellt. Entspricht die Geschwindigkeit von T dem Sollwert, so ist die Klemmenspannung Null und M in Ruhe. Andernfalls wird bei Abweichung der Geschwindigkeit das Feld fi grösser oder kleiner als das Feld/2, hiedurch wird R erregt und die Klemmenspannung positiv oder negativ. Der Motor M wird in der einen oder andern Richtung von Strom durchflossen und verstellt über ein entsprechendes Vorgelege den Leitapparat, so lange, bis der Sollwert der Geschwindigkeit erreicht ist.
Durch die gegenelektromotorische Kraft des Motors, welche bei seinem Lauf auftritt, wird die Regelung zwangläufig rückgeführt.
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