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Regelanordnung für Gleichstrommaschinen.
Es ist bekannt, Gleichstrommaschinen dadurch auf der gewollten Drehzahl zu halten, dass eine den Drehzahlschwankungen der zu regelnden Maschine folgende Tachometerdynamo einen Elektronen- strom so beeinflusst, dass die Erreger-Amperewindungen der zu regelnden Maschine im entgegengesetzten
Sinn der erfolgten unerwünschten Drehzahländerungen verändert werden. Dies geschieht z. B. bei den bekannten Einrichtungen dadurch, dass eine Elektronenröhre in den Stromkreis einer Hilfserregerwieklung der zu regelnden Maschine geschaltet wird. so dass die Gesamt"rregung bei einer Drehzahlüberschreitung verstärkt, die Maschine also verzögert wird.
Man gewinnt ein Bild der bekannten Einrichtung, wenn man die Fig. l ohne die Batterie 12 betrachtet ; man hat sich also die Batterie zunächst als nicht vorhanden zu denken und die zu ihr führenden Leitungen als unmittelbar verbunden anzunehmen. In dieser Abbildung hat der zu regelnde Gleichstrommotor 1 zwei im gleichen Sinne wirkende Erregerwicklungen 2 und 3. Die Erregerwicklung 2 dient in be- kannter Weise zur Fremderregung der Maschine. Die Erregerwicklung 3 wird durch die Gleichstromquelle t ? gespeist. Zwischen dieser und der Wicklung 3 liegt eine Elektronenröhre mit der Glühkathode 4 und der Anode 5. Die Glühkathode 4 kann auf beliebige Art, z. B. über einen Widerstand 17, von der Gleichstromspannung E geheizt werden.
Zwischen der Anode 5 und der Kathode 4 liegt ein Sperrgitter 6, das den Durchgang der Elektronen je nach seiner Spannung beeinflusst. Übersteigt z. B. diese Spannung einen gewissen Wert, so fliesst zwischen 4 und 5 ein Elektronenstrom. Unterschreitet die Spannung diesen Wert, so wird der Elektronendurchgang unterbunden. Das Sperrgitter 6 liegt (bei vorläufiger Ausserachtlassung der Batterie) an der einen Klemme einer Tachometerdynamo 7, die mit der Gleichstrommaschine 1 gekuppelt ist. Die andere Klemme dieser Dynamo ist mit der Kathode 4 verbunden.
Die Erregungen 2 und 3 werden durch die Regler 8 und 9 so eingestellt, dass die Drehzahl des Motors beim stärksten Durchgang der Elektronen durch die Röhre unterhalb der geforderten Drehzahl liegt. Mit dem Regler 10 wird dann die Erregung der Tachometerdynamo 7 so eingestellt, dass das Sperrgitter 6
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maschine und damit der Maschine 7 entspricht. Läuft also die Gleichstrommaschine mit einer niedrigeren als der gewünschten Drehzahl. so wird die Wicklung 3 durch Unterbrechung des Elektronendurchgangs durch das Sperrgitter 6 stromlos, die Erregung der Maschine 1 wird also geschwächt und damit ihre Drehzahl beschleunigt. Überschreitet die Drehzahl der Maschine 1 die geforderte Drehzahl, so wächst die Spannung des Sperrgitters 6, ermöglicht einen Elektronendurchgang und führt dadurch eine Verstärkung der Erregung durch die Wicklung 3 herbei.
Dadurch wird die Maschine 1 zu einer kleineren Drehzahl als der geforderten gezwungen und das Spiel beginnt von neuem. Die Anordnung bewirkt also selbsttätig ein dauerndes schnelles Pendeln der Maschine 1 um einen Mittelwert, der der geforderten Drehzahl entspricht.
Belastungsschwankungen haben auf die Drehzahl der Maschine so lange keinen Einfluss, als der dadurch bedingte Drehzahlabfall nicht grösser wird als die Drehzahlerhöhung, die durch Unterbrechung des Elektronenstromes und Stromloswerden der Wicklung : : 1 erreicht werden kann. Dementsprechend muss der Regler 9 eingestellt werden. Die Einstellung der gewünschten Drehzahl erfolgt mit Hilfe des Reglers 10, der durch Änderung der Erregung 7 den einzelnen Drehzahlen der Maschine 1 entsprechende Spannungen am Sperrgitter 6 zuordnet. Die Regler 8 und 9 müssen dann gegebenenfalls gleichzeitig nach Massgabe der erwähnten Gesichtspunkte verstellt werden.
Nun ist es nicht immer möglich, die Tachometerdynamo 7 so zu bemessen, dass ihre Spannung den charakteristischen Zündspannungen entspricht. Z. B. kann die Zündspannung am Sperrgittcr 6'
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zwischen + und-schwanken muss. Eine solche Forderung kann die Tachometerdynamo nicht erfüllen. Diese Schwierigkeit kann durch Einschalten einer Zusatzspannungsquelle 12 in den Sperrgitterkreis behoben werden. Im erwähnten Falle müsste die Spannung 12 gleich und entgegengesetzt der Tachometerdynamospannung bei der geforderten Maschinendrehzahl sein.
Soll nun die Empfindlichkeit der ganzen Anordnung durch die Tachometerdynamo verändert werden, so kann dies nur dadurch geschehen, dass ihre Erregung anders eingestellt wird, d. h. also so, dass gleichen Drehzahlschwankungen andere Spannungsschwankungen entsprechen. Durch diese Veränderung der Erregung wird aber das mittlere Potential der Tachometerdynamo verlegt.
Damit die sich hiebei insgesamt ergebende Gitterkreisspannung der Charakteristik der Röhren entsprechend gehalten werden kann, wird die Zusatzspannung nach der Erfindung regelbar gemacht. damit der Veränderung des mittleren Potentials der von der Drehzahl abhängigen Spannung eine entsprechend Veränderung der Zusatzspannung gegenübergestellt werden kann. Mit Hilfe einer solchen regelbaren Zusatzspannung ist es auch möglich, geringe Drehzahlregelungen der Gleichstrommaschine vorzunehmen. Diese Regelung ist in ihren Grenzen durch die durch die Röhre eingeleiteten Erregerstromstösse in der Wicklung 3 bestimmt.
Beim Vorhandensein mehrerer Gleichstrommaschinen ist es bei Verwendung einer regelbaren Zu- satzspannung ohne weiteres möglich, eine gemeinsame Zusatzspannung für alle Maschinen zu verwenden.
Die Charakteristik der verwendeten Röhren bleibt bei längerem Gebrauch nicht stets gleich ; die Veränderung dieser Charakteristik kann unter Umständen mit Hilfe der Zusatzspannung ausgeglichen werden, ohne dass die Erregung der Tachometerdynamo und damit die Empfindlichkeit der Regelanordnung irgendwie verändert zu werden braucht. In ähnlichem Sinne kann die regelbare Zusatzspannung dazu benutzt werden, die erste Einstellung des betriebsmässig günstigsten Zustandes der Regelanordnung bei Inbetriebnahme einmalig vorzunehmen. Die regelbare Zusatzspannung ergibt ganz, allgemein einen weiteren Freiheitsgrad für die Steuerung der Anordnung.
Bei den so zu regelnden Maschinen ist also eine besondere Hi1fserregerwlcklung 3 erforderlich.
Diese wird nun erfindungsgemäss sowohl für die vorliegenden neuen Anordnungen als auch für die eingangs beschriebenen bekannten Regelanordnungen dadurch erspart, dass die Elektronenröhre die Erregerwick- lung selbst oder Teile davon überbrückt. Es kann hiebei zweckmässig sein, einen Widerstand vor die Elektronenröhre zu schalten, damit an Stelle der kurzschliessenden überbrückung nur ein Nebenschluss entsteht.
In der ein entsprechendes Ausführungsbeispiel darstellenden Abb. 2 ist wieder 1 der zu regelnd.
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und dem Gitter 6 überbrückt ist. Die Gitterspanmmg wird in Abhängigkeit von der Drehzahl, z. B. durch eine nicht gezeichnete, vom Motor 1 bewegte Tachometerdynamo beeinflusst. Steigt die Ladung des Gitters 6 über einen bestimmten Wert, so fliesst der Erregerstrom statt über die Erregerwicklung 2 nun-
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Stromstärke. Die Anordnung ist sowohl auf die Einrichtung nach Fig. l als auch die im folgenden beschriebenen Anordnungen sinngemäss anwendbar.
Die Fig. 2 zeigt auch in gestrichelten Linien den Fall, in dem die Elektronenröhre nur einen Neben- schluss 15 zur Erregerwicklung S einsehaltet, wenn die Ladung des Gitters 6 einen gewissen Betrag über- steigt. Der Erregerstrom fliesst dann zum Teil durch den Widerstand 15 und von der Anode ; ; zur Kathode 4.
Diese Schaltungen haben vor den bekannten Schaltungen den Vorteil, dass handelsübliche Maschinen verwendet werden können.
Bei Gleichstrommaschinen, deren Drehzahl von einer Kommandostelle aus regelbar ist, wird oft verlangt, dass jede befohlene Drehzahl von der Gleichstrommaschine unter allen Umständen eingehalten wird. Diese Eindeutigkeit wird nun aber durch elektrische und magnetische Vorgänge in der Gleiehstrom- maschine in Frage gestellt.
Ausserdem können bei Nebenschlussregelung die Spannungssehwankungen, bei Spannungsregelung die Erregungssehwankungen der Erreger-Amperewindungen die richtige Ausführung des Kommandos in Frage stellen, oder Ungenauigkeiten in der Übertragung des Kommandos vom Kommandoapparat auf die Spannungsregelung oder die Nebenschlussregelunng können die gleichen unerwünschten Wirkungen hervorbringen. Alle diese Ungenauigkeiten können mit Hilfe des Erfindungsgegenstandes ausgeschaltet werden.
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maschine nicht ohne weiteres zu, wenn die dem Elektronenstrom zugeführte Beeinflussungsspannun in fester Abhängigkeit von der Drehzahl der zu regelnden Gleichstrommaschine steht.
Die eindeutige Regelbarkeit der Motoren kann aber dadurch erreicht werden, dass die den Elektronenstrom regelnden elektrischen oder magnetischen Grössen von dem die Drehzahl bestimmenden Kommandoapparat in ihrem Verhältnis zur Drehzahl der Gleichstrommaschine selbsttätig beeinflusst werden, so dass bei jeder geforderten Drehzahl der bestimmte die Zündung einleitende Spannungswert gewährleistet ist.
Gemäss der Fig. 3 wird ein Gleichstrommotor 1 mit der gewöhnlichen Erregerwicklung 2 dadurch auf stetiger Drehzahl gehalten, dass die Hilfserregerwieklung 3 durch eine Elektronenröhre 4 in Ab.
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hängigkeit von der Spannung des Gitters 6 Reize erfährt, die die Maschine 1 kleine Pendelungen um eine mittlere Drehzahl ausführen lässt. Die Gitter 6 liegt an der Spannung der Tachometerdynamo 7, die mit der Maschine 1 mechanisch gekuppelt ist.
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in der Erregerwicklung 3 in Abhängigkeit von der Gitterspannung Bs dar. Die Verhältnisse sind dabei so angenommen, dass einer mittleren Stromstärke Js eine Spannung Ea = 0 entspricht. Der geforderten Drehzahl muss also eine Spannung im Gitterstromkreis 6 vom Wert 0 entsprechen.
Die Fig. 5 zeigt die Spannung E7 der Tachometerdynamo in Abhängigkeit von der Drehzahl n der Gleichstrommaschine. Befindet sich im Gitterkreis eine Spannungsquelle 12, die der Tachometerdynamospannung E7 entgegenarbeitet, so stellt sich die Maschine 1 auf die Drehzahl n1 ein, bei der E7 gleich und entgegengerichtet der Spannung E12 ist. Die sich hieraus ergebende Gitterkreisspannung hat dann den Wert Null. Diese Drehzahl nl würde der an einem Kommandoapparat eingestellten Drehzahl entsprechen. Der Kommandoapparat 8 besteht aus einem Regler, der die Erregerstromstärke in der Wicklung 2 der Maschine 1 verändert.
Wird der Kommandoapparat 8 auf eine der Drehzahl n2 entsprechende Stellung umgestellt, so muss auch die Spannung E12 auf einen Wert E12 n2 vermindert werden, der der von der Tachometerdynamo 7 bei der Drehzahl n2 abgegebenen Spannung E7 gleich und entgegengesetzt ist. Das Regelsystem übernimmt dann selbsttätig die Aufrechterhaltung der Drehzahl M. Die Spannungen kann z. B. selbsttätig dadurch geregelt werden, dass der Regler 8 mit einem Regler 10 mechanisch gekuppelt ist und die Spannung E12 in der gewünschten Weise verändert.
Wird die Drehzahl der Gleichstrommaschine 1 nach der Fig. 6 bei gleichbleibender Erregung durch Veränderung der den Bürsten zugeführten Spannung ER geregelt, so wird von der Gleichstrommaschine eine Drehzahl verlangt, die dieser Spannung verhältnisgleieh ist. Wird dann die Spannung
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Fig. 7 hervorgeht, die Zusatzspannung ER selbsttätig im gleichen Sinne geregelt, wie die Spannung E12 in der Fig. 5 und es wird die gleiche Regelwirkung wie bei der Einrichtung nach Fig.. 3 erzielt. Eine richtige Abgleichung der Spannung E7 gegen die Spannung En kann auf einfache Weise durch einen
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Liegt die Maschine 1 nach der Fig. 8 in Leonardschaltung, d. h. wird sie von dem Generator 19 des Leonardumformers gespeist, so entspricht die Spannung nicht genau der Stellung des Steuerhebels 20 (Kommandoapparat).
Dieser Stellung entspricht aber stets eindeutig die an den Klemmen der Erregerwicklung 21 des Leonardgenerators 19 auftretende Spannung. Schaltet man diese Spannung mit der
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dieser Abbildung dient lediglich zum Heizen der Kathode 4.
Je nach der Charakteristik der verwendeten Elektronenröhre kann es notwendig sein, ausser der von der Drehzahl abhängigen Spannung und der ihr entgegengesetzt wirkenden stetigen Spannungsquelle im Gitterstromkreis eine dritte stetige Spannungsquelle einzuschalten. Es ist dann möglich, als mittlere Gitterspannung unabhängig von den Werten der beiden veränderlichen Spannungsquellen beliebig positive und negative'Werte zu erreichen. Für das Verhältnis der Erreger-Amperewindungen der Wick-
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das gleiche wie für Anordnungen zur Aufrechterhaltung einer stetigen Drehzahl nicht regelbarer Gleichstrommaschinen. Bestimmend für die Einstellung dieser Amperewindungen ist jedoch im vorliegenden Fall auch die Grösse der Ungenauigkeit der Kommandoübertragung an sich.
Weicht z. B. die Drehzahl der Gleichstrommaschine 1 von der mit dem Regler (Kommandoapparat 20) geforderten Drehzahl erheblich ab, so übernimmt der Regelkreis, in den die Elektronenröhre eingeschaltet ist, die selbsttätige Ausregelung dieses Unterschiedes. Es ist ohne weiteres einzusehen, dass eine für bestimmte Belastungsschwankungen ausreichende Steuerung durch eine solche Ungenauigkeitsübertragung weiter beansprucht wird und es muss dafür gesorgt werden, dass die durch die Einstellung der Erregungen gegebene Möglichkeit auch für Ungenauigkeiten noch ausreicht. Z. B. muss in der Fig. 6 der Regler 9 bei grösserer Ungenaugkeit auf einen kleineren Widerstandswert eingestellt werden.
Dadurch werden die Regelreize in der Wicklung 3 vergrössert und sind dann in der Lage, ausser den Drehzahlschwankungen durch Belastungsstösse auch die durch die Ungenauigkeit in der Kommandoübertragung verursachten Schwankungen auszugleichen.
Die Erfindung erstreckt sich nicht nur auf Gleichstrommaschinen als solche, sondern auch auf alle Anordnungen, bei denen mehrere Maschinen verwendet werden und Gleichstrommaschinen die Aufrechterhaltung der Drehzahl tragen, wie z. B. Regelsätze mit Gleichstromhintermaschinen usw.
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