Selbsttätiger Spannungsregler für Wechsel- und Drehstrommaschinen aller Art Die Spannungsregler der Wechsel- und Dreh stromgeneratoren, die auf grosse Netze arbeiten, haben erstens dafür zu sorgen, dass ihre Maschinen sich an der Spannungsregelung und der Deckung des Blindleistungsbedarfs im Netz angemessen beteiligen. Zweitens müssen sie bei starken Spannungssenkun gen durch rasche Steigerung der Erregung die Stabi lität des Parallelbetriebes aufrechterhalten und drit tens bei plötzlicher Entlastung oder Abtrennung ihrer Generatoren vom Netz einen unzulässig hohen Span nungsanstieg verhindern.
Die heutigen Spannungsregler entsprechen diesen Anforderungen insofern noch nicht, als man mit ihnen die Blindleistungserzeugung und -verteilung und die Spannungshaltung nicht in wünschenswerter Weise durchführen kann, ohne Gefahr zu laufen, dass die Maschinen überlastet werden. Deshalb besteht auch beim Bedienungspersonal mitunter die Neigung, die Spannungsregler abzuschalten und lieber mit der grossen natürlichen Statik der Maschinen, das heisst praktisch konstanter Blindleistung, zu fahren. Diese Mängel der Spannungsregler werden sich mit zuneh mender Leistungsfähigkeit und Ausdehnung des Netzverbundbetriebes und der wachsenden Energie versorgungsdichte immer stärker bemerkbar machen.
Denn dann wird die Leistungsfähigkeit der einzelnen Maschineneinheiten - abgesehen von den ganz grossen neuen Maschinensätzen - im Verhältnis sowohl zur Gesamtleistung des ganzen Netzverbandes als auch zu der eines örtlichen Netzbezirkes bestimm ten Umfanges immer kleiner. Zweitens verringern sich die elektrischen Entfernungen (nach wirksamen Impedanzen bzw. Reaktanzen gerechnet) zwischen den einzelnen Kraft-. und Umspannwerken, und zwar nicht nur, weil diese näher beieinander liegen, son dern auch, weil die Leistungsfähigkeit aller Übertra gungsanlagen grösser wird, weil Hoch- und Höchst- Spannungsnetze überlagert werden und weil man die Netze auch mehr vermascht.
Denkt man sich einmal die Netzimpedanzen bis zu dem theoretischen Grenzwert Null verringert, so wäre im ganzen Netz, abgesehen von der Spannungs übersetzung durch die Umspanner, die Spannung gleich gross, ganz unabhängig von den Wirk- und Blindleistungsflüssen in den Leitungen. Man hätte also dann ganz ähnliche Verhältnisse wie bei der Drehzahl- bzw. Frequenzregelung, nur mit dem Un terschied, dass man die Spannung beim Verbraucher durch Regelumspanner auf dem Sollwert halten kann, auch wenn die Spannung in den übergeordneten Hoch- und Höchstspannungsnetzen schwankt.
Wie bei der Drehzahl- und Wirkleistungsregelung hätte man dann auch bei der Spannungs- und Blindlei- stungsregelung die beiden Möglichkeiten, entweder eine einzige Maschine im Netz - entsprechend der Frequenzmaschine bzw. der Führermaschine, die die Netzkennlinie einhält - mit der Spannungskonstant haltung zu betrauen und alle andern Maschinen statisch arbeiten zu lassen oder aber sämtlichen Ma schinen im ganzen Netz statische Kennlinien zu geben bzw. die natürlichen, durch die Umspannerreaktanzen hervorgebrachten Kennlinien bestehen zu lassen oder lediglich ihre Neigung zu verkleinern.
Das erstere Ver fahren wäre unzweckmässig, da die eine spannungs haltende Maschine alle Blindlastschwankungen an sich ziehen würde. In Betracht käme nur das Arbeiten mit lauter geneigten Kennlinien, womit man bei richtiger Kennlinieneinstellung eine gleichmässige oder sonst gewünschte Verteilung der gesamten Blindleistung auf alle jeweils in Betrieb befindlichen Maschinen erreichen könnte, ohne dass die dabei entstehenden Spannungsschwankungen stören würden, da man sie den Mittel- und Niederspannungsnetzen durch Rege lungsspanner fernhalten kann.
Die gleichmässige Verteilung der gesamten im Netz anfallenden Blindleistung auf alle jeweils auf das Netz arbeitenden Maschinen hätte den grossen Vorteil, dass man im ganzen mit der kleinstmöglichen Gesamtleistungsfähigkeit aller Blindleistungserzeuger auskäme, da die Gesamtblindbelastungskurve wegen des gegenseitigen Ausgleichs zwischen den Einzel lasten wesentlich geringere Schwankungen aufweist als die Belastungskurven von Teilnetzen oder gar von örtlichen Netzen. Dieser Vorteil auf der Maschi nenseite müsste aber durch eine ständige Blind leistungsfluktuation im ganzen Netz erkauft werden.
Denn von jeder irgendwo anfallenden Blindbelastung würden bei den heutigen und noch mehr bei den künftigen grossen Netzen die örtlichen Maschinen nur mehr sehr wenig übernehmen; das meiste würde aus allen Teilen des ganzen Netzes, also durchschnitt lich aus grossen Entfernungen, zufliessen.
In Wirklichkeit schlägt man einen Mittelweg ein, und zwar zunächst in der Weise, dass man sich durch den Maschineneinsatz und durch entsprechende Ein stellung der Blindbelastung der Maschinen von Hand dem örtlichen Blindleistungsbedarf, der dank der ständigen Aufschreibungen im voraus näherungs- weise bekannt ist, in grossen Zügen anpasst.
Bei der Aufteilung des Restes, für die die Spannungsregler zu sorgen haben, bieten die in Wirklichkeit stets vor handenen, soeben nur vorübergehend für eine erste überschlägige Betrachtung als verschwindend klein angenommenen Leitungsimpedanzen eine sehr will kommene Möglichkeit zur Einhaltung einer mittleren Linie zwischen örtlicher Deckung und Bezug von aussen her. Hierfür gibt es bei der Drehzahlregelung kein Gegenstück, sondern nur bei der eine Stufe höher stehenden Drehungsregelung (Richtvektorrege- lung), die deshalb in mancher Hinsicht als Vorbild dienen kann, wenn man die Spannungsregelung zur Netzregelung weiterentwickeln will.
Je grösser die Lei tungsimpedanzen sind, desto stärker werden bei einer bestimmten Kennlinieneinstellung Blindlaständerun- gen örtlich gedeckt; im Grenzfall unendlich grosser Impedanzen, das heisst, wenn das Netz in Teilnetze aufgetrennt ist, muss jeder Teil seine Blindbelastung ganz allein übernehmen. Auch wenn man umgekehrt bei gegebenen Leistungsimpedanzen die Kennlinien flacher einstellt, überwiegt immer mehr die örtliche Deckung,
bis schliesslich bei waagrechten Kennlinien die Laständerungen ganz an Ort und Stelle festge halten und zwischen den Kraftwerken oder Netzteilen nur noch konstante einstellbare Blindleistungen bei gleichen Spannungssollwerten die Blindleistungen Null - ausgetauscht werden.
Einem bestimmten Mittelweg oder, anders ausgedrückt, einem bestimm ten Aufteilungsverhältnis zwischen örtlicher Deckung und Bezug von aussen her entspricht also unter gege benen Verhältnissen eine ganz bestimmte Kenn- linienneigung. Da nun im Laufe der künftigen Ent wicklung, wie eingangs gesagt, die Leitungsimpe danzen kleiner und die Netze grösser werden, muss man in Zukunft allmählich zu immer flacheren Kenn- linien übergehen, wenn man ein bestimmtes Auftei lungsverhältnis beibehalten will.
Statt aber die Laständerungen alle gleichermassen in einem bestimmten Verhältnis auf örtliche Deckung und Fernbezug aufzuteilen, wird man besser das folgende Verfahren anwenden. Man wird, ohne die betrieblich eingesetzte Maschinenleistung zu vergrö ssern, bei vielen Maschinen die Kennlinien - auf die Umspannerklemmen bezogen - waagrecht oder sogar ansteigend einstellen. Dann werden von diesen Maschinen die anfallenden Laständerungen bis zur Grenze ihrer Belastbarkeit örtlich gedeckt und nur die Spitzen, die ihre Leistungsfähigkeit übersteigen, von aussen her beigesteuert, und zwar zunächst von den Maschinen in der näheren Umgebung und erst, wenn auch diese ausgelastet sind, von den weiter entfernten Maschinen.
Auf diese Weise erreicht man nicht nur die bestmögliche Ausnutzung der einge setzten Blindleistungserzeuger, sondern zugleich auch sehr gute Konstanthaltung der Spannung, ferner die günstigsten Arbeitsbedingungen für die Regelumspan- ner in den Mittel- und Niederspannungsnetzen, die kleinstmögliche Beunruhigung des Netzes durch Blindleistungsflüsse und schliesslich übersichtliche Be triebsverhältnisse sowie Entlastung des Personals.
Allerdings besteht dabei die Gefahr, dass die Regler die Maschinen überlasten, da der Regel bereich für den Erregerstrom mit Rücksicht auf aussergewöhnliche Betriebszustände und -vorfälle stets ziemlich viel grösser gewählt werden muss, als für den Nennbetrieb erforderlich. Denn wenn die Maschinen infolge ihrer waagrechten oder flachen Kennlinien die ganze Blindbelastung in einem mehr oder weniger grossen Umkreis an sich ziehen, so können sie sich dabei, sofern keine geeigneten Gegenmassnahmen getroffen werden, leicht über nehmen. Ausserdem hängt die Blindbelastung der ein zelnen Maschine bei flacher Kennlinie auch stärker von den Spannungsverhältnissen in der Umgebung und von Schaltmassnahmen ab, wie etwa vom Zu- und Abschalten von Leitungen.
Waagrechte Kennlinien an den Klemmen der Umspanner von mehreren auf die gleiche Sammel schiene arbeitenden Maschinensätzen haben den Nach teil, dass man die Blindleistung nicht in gewohnter Weise mit Hilfe der Umspannerreaktanzen auf die verschiedenen Einheiten verteilen kann. Unter den verschiedenen Möglichkeiten, diese Schwierigkeit zu umgehen, wird voraussichtlich künftig die beste die sein, ansteigende Kennlinien zu verwenden, da man damit zugleich den Spannungsabfall in den Leitungen und Umspannern zu den Verbrauchern hin ganz oder teilweise ausgleichen kann.
Was bisher über die Spannungsregelung von synchronen Wechsel- oder Drehstromgeneratoren ge sagt wurde, gilt sinngemäss auch für Synchronmoto ren, regelbare Asynchronmaschinen sowie andere Wechsel- und Drehstrommaschinen einschliesslich Phasenschieber (Kompensatoren) aller Art, Wechsel- und Umrichter und nicht zuletzt für Regelumspanner, die das zweite Hauptanwendungsgebiet der Span nungsregler darstellen.
Solange ein Regelumspanner allein einen Netzteil versorgt, kann der Spannungs regler durch Zu- und Abschalten von Windungen die Spannung auf der geregelten Seite bestimmen, während den Blindleistungsfluss durch den Umspan ner der Blindleistungsbedarf der Abnehmer vor schreibt.
Arbeitet der Regelumspanner aber mit andern Umspannern, Generatoren oder sonstigen Blindleistungserzeugern zusammen, handelt es sich vor allem um die Kupplung selbständiger Netze, so wird die Spannungslage und die Blindlastverteilung durch das Zusammenwirken aller parallelen Einhei ten nach Massgabe ihrer Kennlinien und der Impe danzen bzw. Reaktanzen der Netzleitungen bestimmt. Es gilt daher für die Regelumspanner das oben für Generatoren Gesagte sinngemäss ebenfalls.
Die Ge fahr der Überlastung ist bei den Umspannern sogar noch grösser, einmal weil es bei ihnen keine natür liche Grenze für die Belastung gibt und dann auch weil bei ihnen Konstanthalten der Spannung durch den Regler an sich schon eine waagrechte Kennlinie bedeutet und nicht wie bei den Generatoren dank der Umspannerreaktanz eine fallende. Anderseits ver tragen die Umspanner allerdings auch eine beträcht liche Überlastung, was mit Vorteil ausgenützt wer den kann.
Bei der Spannungsregelung von regelbaren Dros seln und Kondensatorbatterien besteht zwar die Ge fahr der Überlastung nicht, doch kann es wegen der Spannungshaltung im Netz und zur Vermeidung der Überlastung von Leitungen usw. zweckmässig sein, die Spannungsregler so auszubilden, dass man mit ihnen die BIindleistungsaufnahme oder -abgabe begrenzen kann.
In allen diesen verschiedenen Anwendungsfällen, die Spannungsregler den Anforderungen des künfti gen Netzbetriebes anzupassen, ist das Ziel der vor liegenden Erfindung. Sie ist dadurch gekennzeichnet, dass der einzuhaltende Spannungsverlauf selbsttätig einstellbar ist, und zwar bei Überschreitung einer bestimmten einstellbaren Belastung mit induktivem Leistungsfaktor (das heisst mit Abgabe von Magneti- sierungsleistung) mit Abbiegung oder sprungartigem Verlauf der Charakteristik nach unten hin und!oder bei Überschreitung einer bestimmten einstellbaren Belastung mit kapazitivem Leistungsfaktor (das heisst mit Aufnahme von Magnetisierungsleistung)
mit Ab biegung oder sprungartigem Verlauf der Charakte ristik nach oben hin.
:Ulan kann dabei die Einrichtung so treffen, dass die Grösse der Belastung in Abhängigkeit von wei teren Betriebsgrössen eingestellt wird, so dass bei Erreichen eines bestimmten Wertes dieser Betriebs grössen die Grösse der eingestellten Belastung ver ändert wird. Auch kann eine Ferneinstellung der Be lastung erfolgen.
Die Kennlinien der Fig. 1 und 2 zeigen an zwei Beispielen, wie die Erfindung grundsätzlich wirken soll. Auf den Abszissenachsen ist die Belastung ab- getragen, worunter man sich zunächst, was aber noch einer späteren genaueren Festlegung bedarf, die Scheinleistung Ns, die Blindleistung N," den Gesamt strom J oder den Blindstrom JU vorstellen kann. Dabei soll unter Blindleistung hier und im folgen den stets Magnetisierungsleistung verstanden werden.
Positive Blindleistung soll Abgabe von Magnetisie- rungsleistung, also Übererregung, bedeuten, negative umgekehrt Aufnahme von Magnetisierungsleistung, also Untererregung. Entsprechendes gilt für den Blindstrom. Auf den Ordinatenachsen ist die Klemmenspannung U der Maschinen, Umspanner usw., bei letzteren die geregelte Spannung, abgetra gen. Bei Maschinen kann U auch die Spannung auf der Oberspannungsseite des Maschinenumspanners sein.
Die in Fig. 1 dargestellte Kennlinie ist beispiels weise waagrecht angenommen entsprechend astati- scher Reglereinstellung. Sie könnte aber ebensogut auch fallen oder steigen, also eine gewisse positive oder negative Statik haben. Rechts (induktive Be lastung) bei hoher, links (kapazitive Belastung) bei mittlerer Belastung biegt sie sprungartig in die punk tierten, waagrechten Linien ab. Der Regler arbeitet von bestimmten Belastungsgrenzen ab bei erniedrig tem bzw. erhöhtem Spannungssollwert, was sich als sprungartige Abbiegung (Knickeng) in der Kennlinie darstellt.
Die vertikal punktierten Linien in Fig. 1 stellen den Fall der Regelung dar, wenn der Sollwert des Reglers nicht geändert wird.
Fig.2 zeigt als weiteres Beispiel eine mit der Belastung ansteigende Kennlinie. Auf beiden Seiten ist diese steigende Kennlinie mehr oder weniger stark abgeknickt. Die Knickstellen können eckig oder, wie in Fig. 2 rechts unten angedeutet, abgerundet sein. Von den Knickstellen an nimmt die Belastung zwar noch weiter zu, aber nur bei rasch sinkender bzw. ansteigender Spannung. Dieses Verhalten ist in vielen Fällen, besonders bei Umspannern mit ihrer verhält nismässig hohen vorübergehenden überlastbarkeit sehr zweckmässig, da es die äusserste Ausnutzung aller parallel arbeitenden Einheiten erlaubt.
Wenn etwa ein Umspanner bei zunehmender Belastung seine Nennleistung erreicht hat, so entzieht er sich nicht bei der senkrecht abbrechenden Kennlinie von Fig. 1 jeder stärkeren Inanspruchnahme, sondern er beteiligt sich weiterhin an der Aufbringung der wachsenden Last, aber nur bei ziemlich stark ver ringerter bzw.
erhöhter Spannung, also gewisser massen nur unter der Bedingung, dass auch die par allel arbeitenden andern Einheiten ihren Teil mit beitragen und die Verbraucher gegebenenfalls ihren Bezug ebenfalls ein wenig einschränken, so dass n-it vereinten Kräften die Belastungsspitze überwunden oder zum mindesten genügend Zeit für Aushilfsmass- nahmen gewonnen sind. Für die gestrichelten und punktierten Linien gilt das bereits Gesagte hier eben falls.
Die Stabilität des Parallelbetriebes von Wechsel- oder Drehstrommaschinen kann unter Umständen dadurch beeinträchtigt werden, dass bei starken Span- nungsabsenkungen, beispielsweise infolge von Kurz schlüssen, die Spannungsregler durch die Last- oder Stellbegrenzung daran gehindert werden, die Erre gung bis zum höchstmöglichen Wert zu steigern.
Dabei kann es sich empfehlen, die obere Begrenzung (Blindleistungsabgabe) durch ein Unterspannungs- relais oder ein ähnliches Gerät aufheben zu lassen, gegebenenfalls nur so lange, bis die Gefahr des Ausser- trittfallens beseitigt ist und die Spannung wieder nor male Werte angenommen hat. Ob solche Massnahmen notwendig sind, hängt auch von der Ausführungsart der Last- oder Stellbegrenzungen ab.
Manche wirken, was die späteren Beispiele noch deutlicher zeigen werden, wie ein Anschlag und lassen überhaupt nicht zu, dass der Regler das Stellglied über die Grenze hinaus verstellt, bei andern kann der Regler zunächst unbehindert arbeiten und erst nachträglich wird für die Einhaltung der Grenzen gesorgt.
Nach dem bisher Gesagten weist die Last- oder Stellbegrenzung für die Spannungsregler von Wech sel- oder Drehstrommaschinen zwar manche Ähnlich keiten mit der Öffnungsbegrenzung der Drehzahl regler üblicher Bauart auf, doch bestehen anderseits auch wesentliche Unterschiede.
Während der Dreh zahlregler unmittelbar die Grösse, nämlich die Wirk leistung, beeiriflusst, die durch die Öffnungsbegren zung daran gehindert werden soll, über einen be stimmten Wert hinaus zu steigen, wirkt der Span nungsregler nur mittelbar über die Erregung auf die Blindleistung oder den Blindstrom ein und die Erre gung wird ausserdem nicht nur durch diese, sondern auch durch die Wirkleistung und die Spannung be stimmt, woraus sich weitere Unterschiede ergeben, auf die später noch kurz eingegangen werden wird.
Die Ausführungsmöglichkeiten für die Last- oder Stehbegrenzung sind bei der grossen Zahl gebräuch licher Reglerbauformen sehr mannigfaltig, zumal es auch einen wesentlichen Unterschied bedeutet, ob man die Erfindung bei neu zu bauenden oder bereits vorhandenen Reglern anwendet, was beides in Be tracht kommt. Dabei soll mit den am allgemeinsten, das heisst für Maschinen aller Art, Umspanner, Dros seln, Kondensatorbatterien, Gleich-, Wechsel- oder Umrichter, verwendbaren begonnen werden.
Von den drei Möglichkeiten, nämlich im Stellwerk des Reglers selbst, vor dem Reglermesswerk oder hinter seinem Stellglied, einzugreifen, sei zunächst die erst genannte behandelt.
Als Beispiel für die erste Hauptgruppe der ge bräuchlichen Spannungsregler, die mittelbar wirken den, ist in Fig. 3 ein Regler mit hydraulischem Stell motor dargestellt, der lediglich der Übersichtlichkeit halber mit einem Stellglied für geradlinige statt der meist gebräuchlichen kreisförmigen Bewegung ge zeichnet ist.
Ausser den bekannten Hauptbestand teilen derartiger Regler, nämlich dem Spannungs- messwerk 1, dessen Skala gleich für die Abweichung der Spannung U von ihrem Sollwert geeicht dargestellt ist, dem Sollwerteinsteller 2, statt dessen gewöhnlich ein Einstellwiderstand vor dem Spannungsmesswerk verwendet wird, dem Steuerventil 3, dem Stellmotor 4, dem Erregerwiderstand 5, an dessen Stelle gege benenfalls auch ein anderes Steuerorgan treten kann, dem Rückführkatarakt 6 und der Rückführfeder 7,
hat der Regler eine doppelseitige Lastbegrenzungs- vorrichtung. Im Spannungsmesswerk 1 wird die jeweilige Istspannung gemessen und mit der Soll wertspannung verglichen. Die Sollwertspannungwird im Beispiel nach Fig. 3 durch Verlagerung des Ge lenkes beim Sollwerteinsteller in der Höhe vorgenom men. Stimmen Ist- und Sollwert der Spannung über ein, so muss sich der Zeiger des Messwerkes beim Skalenstrich Null befinden.
Bei Abweichungen des Istwertes der Spannung von ihrem Sollwert schlägt der Zeiger nach oben oder unten aus und betätigt das Steuerventil 3. über das Steuerventil fliesst nun ein Druckmittel dem Stellmotor 4 zu und beauf- schlagt dessen Kolben von oben oder von unten, so dass dieser seine Lage verändert und damit den Ab griff am Erregerwiderstand 5. Die jeweilige Stellung des Kolbens im Stellmotor 4 wird über den Rück führkatarakt 6 auf das Übertragungsgestänge rück übertragen. Die Rückführfeder belastet das Gestänge so, dass dieses frei von übrigen Kräften das Gestänge so beeinflusst, dass es seine Ausgangsstellung ein nimmt.
Die Begrenzungshebel 9 und 10 werden vom Messwerk 8 über ein Gestänge verstellt und drücken bei Erreichen bestimmter positiver und negativer Grenzwerte der Belastung von oben bzw. von unten her gegen einen Anschlag 13 an der Steuerventil- stange und sorgen so dafür, dass diese Belastungs grenzen nicht überschritten werden oder, wenn dies ausnahmsweise - insbesondere nach zwei unmittel bar aufeinanderfolgenden Belastungsänderungen gleichen Vorzeichens - einmal vorgekommen ist, die Belastung wieder auf diese Werte zurückgeht. Innerhalb des durch die beiden Grenzen gezogenen Bereiches kann der Regier, wie man sieht, ungehin dert arbeiten.
Vor dem Messwerk 8 kann nötigenfalls, das heisst, wenn der Messwerksverzug selbst hierfür nicht ausreicht, noch ein verzögerndes Glied 14 ange bracht werden, damit der Regler bei Belastungs änderungen in der Nähe der Grenzbelastungen zu nächst vorübergehend auch über die Grenzen hinaus gehen kann. Ausserdem ist auch noch ein in der Abbildung nur schematisch angedeuteter Schalter 15 vorgesehen, der durch ein Unterspannungsrelais oder eine ähnliche Einrichtung geöffnet wird, wenn und gegebenenfalls solange die Spannung unter einen bestimmten einstellbaren Wert sinkt, womit die Be grenzungsvorrichtung ausser Tätigkeit gesetzt wird.
Auf den Bau des Messwerks 8 braucht hier nicht näher eingegangen zu werden, da er dem Fachmann keine besonderen Schwierigkeiten bietet. Wenn bei Wechsel- oder Drehstrom die Lastbegrenzung nach der Scheinleistung N, oder dem Strom<I>J</I> erfolgen soll, was sehr zweckmässig ist, weil man damit die Maschinen usw. auch bei schwankender Wirkbe lastung stets voll für die Blindleistungserzeugung aus nützen kann, muss man jeweils unterscheiden, ob bei gegebener Scheinleistung oder gegebenem Strom die Blindleistung positiv oder negativ ist, ob also die Maschine usw. über- oder untererregt ist.
Wenn die Maschine Wirkleistung abgibt, gehen Scheinleistung und Strom bei über gang vom positiven zum nega tiven Arbeitsbereich nicht durch Null; das Mess- werk muss vielmehr umgeschaltet werden und dabei ändert sich sein Ausschlag sprungartig, doch ist dies ohne Belang, da es im mittleren Bereich sowieso ausser Wirksamkeit ist.
Verwandelt man beispiels weise zur Scheinleistungsmessung Spannung und Strom in verhältnisgleiche Gleichströme, deren Pro dukt mit einem Gleichstromwattmeter gemessen wird, so muss man bei einem der Ströme die Fliess richtung umkehren, wenn die Blindleistung ihr Vor zeichen wechselt, was etwa durch ein wattmetrisches Relais geschehen kann, bei dem, sofern es sich um Drehstrom handelt, in bekannter Weise der Strom der Phase verwendet wird, an die der Spannungs- wandler nicht angeschlossen ist.
Das Beispiel von Fig. 4 zeigt, wie man durch das Messwerk 8 für die Belastung, bei dem jetzt die positiven Ausschläge nach unten, die negativen nach oben gehend angenommen sind sowie durch die Be grenzungshebel 9 und 10 die Bewegung des Zeigers des Spannungsmesswerkes 1 auch unmittelbar begren zen kann. Es braucht hierzu wohl nur bemerkt zu werden, dass es von den Kräften bzw. Drehmomenten der Messwerke und ihrer Federn abhängt, ob die Begrenzung hart ausfällt, wie in Fig. 1, oder mehr oder weniger weich, wie in Fig. 2 dargestellt.
Wenn die Feder des Spannungsmesswerkes 1 im Verhältnis zu der des Belastungsmesswerkes 8 nur schwach ist, entsteht eine fast senkrecht abgebrochene Kenn linie nach Fig. 1, andernfalls beeinflusst die Mess- werksfeder 1 auch den Ausschlag des Zeigers des Belastungsmesswerkes 8 und damit die Belastungs grenzen, und zwar in dem Sinne, dass im positiven Lastbereich bei Spannungen unterhalb des einge stellten Sollwertes, im negativen Bereich bei Span nungen über dem Sollwert höhere Belastungen zuge lassen werden,
was geknickte Kennlinien nach Fig. 2 mit mehr oder weniger starker Neigung der Kenn- linienendabschnitte ergibt. Entsprechendes gilt übri gens auch für die Anordnung nach Fig. 3.
Die Fig.5 und 6 veranschaulichen zwei Mög lichkeiten, die Lastbegrenzung bei Reglern der bisher betrachteten Art durch Einwirkung auf die Rück führfeder 7 zu erreichen. Im Falle der Fig.5 hat das Messwerk 8 für die Belastung vorgespannte Fe dern, die mit ihren freien Enden von oben und unten her gegen einen festen Anschlag (in der Mitte des Messwerkes links) drücken und gegen die der Zeiger anschlägt, sobald eine Kraft bzw. ein Drehmoment ihn aus seiner Mittellage bringt.
Erst wenn die Be lastung in positivem oder negativem Sinne so gross ist, dass der Zeiger die Gegenkraft der entsprechen den Feder überwinden kann, macht er einen der weiteren Belastungszunahme verhältnisgleichen Aus schlag, verlagert dabei über den Hebel 16 den Fuss- punkt der Rückführfeder 7 und biegt auf diese Weise die Kennlinie sprungartig ab. Die Grenzbelastungen, bei denen die Knickstellen liegen sollen, lassen sich durch Änderung der Vorspannung der Federn leicht ändern, ebenso die Neigungen der abgeknickten End- abschnitte der Kennlinien, beispielsweise durch Ver schiebung des Drehpunktes 17 des Hebels 16.
Bei der Anordnung nach Fig. 6 ist das Messwerk für die Belastung wieder ein Messwerk üblicher Art wie im Falle von Fig. 3 und 4, aber bei Wechsel- oder Dreh strom nur in der Ausführung für die Blindleistung oder den Blindstrom, nicht für die Scheinleistung oder den Strom, da das Messwerk hier über den gan zen Bereich stetig arbeiten muss und nicht springen darf. Es verschiebt nämlich über den Kniehebel 18 eine Schablone 19, gegen die der Fühlhebel 20 ange drückt wird, der seinerseits den Fusspunkt der Rück führfeder 7 verlagert.
Eine Änderung der Kenn linie wird in diesem Falle durch Einsetzen einer andern Schablone erreicht.
Bemerkenswert an den beiden eben besproche nen Anordnungen nach Fig. 5 und 6 ist, dass der Regler bei einer Spannungsänderung zunächst ganz unbehindert arbeiten, also die Belastung gegebenen falls auch über die Grenzen hinaus steigern kann, und erst gegen Ende des Regelvorganges die Be grenzung zu spüren bekommt. Daher kann man hier bei Wechsel- oder Drehstrom u.
U. auf eine Auf hebung der Grenzen bei grösseren Spannungsabwei chungen verzichten, zumal wenn man die Begrenzung nach der Scheinleistung oder Blindleistung vornimmt, da dann bei abgesunkener Spannung ein entsprechend höherer Strom zugelassen wird, bevor die Begrenzung eingreift. übrigens könnte man das Belastungsmess- werk 8 der Anordnung von Fig. 5 mit den beiden vorgespannten Federn auch an Stelle der in Fig. 3 gezeichneten Last- oder Stellbegrenzung unmittelbar auf die vom Messwerk 1 betätigte Stange einwirken lassen, beispielsweise da, wo in Fig. 3 die Einstell vorrichtung 2 sitzt.
Damit erhielte man wieder eine unverzögerte Wirkung. Der Unterschied in der Ar beitsweise wird durch den Vergleich besonders deut lich.
Als Beispiel für die zweite Hauptgruppe der ge bräuchlichen Spannungsregler, die unmittelbar wir kenden, veranschaulicht Fig. 7 schematisch einen Regler mit astatischem Spannungsmesswerk 21, das bekanntlich keine ausschlagabhängige, sondern eine konstante, etwa durch ein Gewicht oder ein entspre chend abgestimmtes Federsystem hervorgebrachte Gegenkraft hat, dessen Messwerkszeiger daher keine bestimmte Stellung einnimmt, was in der Abbildung dadurch angedeutet ist, dass keine Teilstriche in die Messwerksskala eingezeichnet sind.
Der Zeiger geht bei Ansteigen der Spannung über ihren durch einen Vorwiderstand einstellbaren Sollwert ganz nach oben, im andern Falle ganz nach unten und verstellt damit den Erregerwiderstand 22 oder das sonstige Steuer organ, wobei in bekannter Weise die Feder 23 und der Ölkatarakt 24 für gedämpfte Einregelung des neuen Endzustands nach einer aufgetretenen Span nungsabweichung sorgen.
Die Vorrichtung zur Last oder Stellbegrenzung besteht bei diesem Beispiel aus einem ebenfalls astatischen Messwerk 25 für die Be lastung, bei dem die Gegenkräfte ähnlich wie im Falle der Fig. 5 gegen einen Anschlag in der Skalen mitte drücken, solange nicht die auf den Zeiger im einen oder andern Sinne ausgeübte Kraft ausreicht, um sie zu überwinden. Die Gegenkräfte sind aber hier, da das Messwerk astatisch sein soll, konstant, und zwar den jeweils gewünschten Belastungsgrenzen verhältnisgleich.
Sie werden wieder durch Gewichte oder abgestimmte Federsysteme hervorgebracht und können auf beiden Seiten unabhängig voneinander nach Wunsch eingestellt werden. Sobald die Be lastungsgrenzen im einen oder andern Sinne über schritten werden, wandert der Zeiger nach oben oder unten, ohne dass ihm dabei eine bestimmte Stellung vorgeschrieben wäre, und nimmt mittels der Stange 26 und dem Anschlag an ihrem untern Ende den Schleif- oder Wälzbügel am Widerstand 22 nach oben oder unten mit. So wird bei überschreitung der Belastungsgrenzen aus dem astatischen Spannungs regler gewissermassen ein astatischer Regler für die Belastung.
Diese wird aber dann nicht konstant ge halten, was ein senkrechtes Abbrechen der Kenn linien gemäss Fig. 1 bedeuten würde, sondern es er geben sich, was meist für den Betrieb auch zweck mässiger ist, mehr oder weniger stark abgeknickte Kennlinien nach Fig.2, da gegen den Zeiger des Belastungsmesswerkes 25, wenn er eingreift, auch noch die der Spannung verhältnisgleiche Kraft des Spannungsmesswerkes 21 drückt.
Durch Wahl der Kräfteverhältnisse bei den beiden Messwerken hat man es in der Hand, die Steilheit der Kennlinienend- abschnitte nach Belieben zu wählen. Wie die früher beschriebenen, so kann man auch diese Ausführungs form nötigenfalls durch ein verzögerndes Glied und durch einen Schalter ergänzen, der das Belastungs- messwerk 25 bei Absinken der Spannung unter einen bestimmten Wert ausser Wirksamkeit setzt.
Weitere Beispiele für den Einbau der Last- oder Stellbegrenzung in den Regler selbst erübrigen sich, da es dem Reglerfachmann keine Schwierigkeiten macht, die angegebenen Richtlinien auch auf andere gebräuchliche Reglerbauarten, wie etwa die Vibra- tions- oder die Kohledruckregler, anzuwenden.
Dagegen sollen nun einige Beispiele für Last- oder Stellbegrenzungen folgen, die vor dem Regler in die Zuleitungen vom Spannungswandler zum Span nungsmesser einzubauen sind. Solche Vorsatzgeräte haben den Vorteil, dass sie nachträglich angebracht und ganz allgemein für alle Reglerarten verwendet werden können, so dass man die heutigen Regler typen beibehalten kann.
Fig. 8 zeigt ein erstes Gerät dieser Art mit dem Belastungsmesswerk 8, dessen Zeiger wie beim Mess- werk 8 von Fig. 6 gegen vorgespannte Federn arbei tet, dem ölkatarakt, der dämpfend und verzögernd wirkt, sowie dem über ein Hebelgestänge mit ver schiebbarem Drehpunkt 28 vom Messwerkzeiger aus mehr oder weniger weit kurzgeschlossenen Vorwider- stand 29 vor dem Spannungsmesswerk 1 des Reglers.
Sobald die Belastung ihre obere Grenze erreicht, die sich durch die Vorspannung der obern nicht darge stellten Feder im Belastungsmesswerk 8 einstellen lässt, macht dessen Zeiger einen der überschreitung verhältnisgleichen Ausschlag nach oben und ver schiebt damit die Bürste auf dem Vorwiderstand 29 um ein entsprechendes Stück nach unten, wodurch sich der Vorwiderstand verkleinert und ein etwas niedriger Sollwert vorgeschrieben wird.
Da der Strom im Messkreis durch den Regler selbst konstant gehal ten wird, entstehen Kennlinien nach Fig. 2, bei denen die Steilheit der Endabschnitte durch Verschieben des Hebeldrehpunktes 28 leicht in weiten Grenzen geändert werden kann, falls dies notwendig erscheint. Ebenso kann die ganze Begrenzungseinrichtung nöti genfalls bei starkem Spannungsrückgang auch wieder selbsttätig abgeschaltet werden.
Sobald der Zeiger des Messwerks 8 oder die Bürste auf dem Vorwiderstand 29 am obern oder untern Ende des Mess- bzw. Stellbereichs angelangt sind, hält der Regler weiterhin den damit erreichten Spannungswert konstant oder er arbeitet wieder nach seiner statischen, jedoch um eine Stufe nach unten bzw. oben verlegten Kennlinie weiter, wie in Fig. 1 und 2 durch die waagrechten bzw. leicht ansteigen den punktierten Linien angedeutet ist. Die Höhe der Stufe hängt von der Auslegung des Belastungsmess- werkes und des Vorwiderstandes ab.
Eine Maschine, ein Umspanner usw., die mit einem solchen Regler ausgerüstet allein auf ein Netz arbeiten, werden also auch über die Stufe oder Knickstelle hinaus belastet, wenn der Verbrauch weiter steigt, doch wird der Bezug durch die Spannungserniedrigung bzw. -erhö- hung etwas herabgesetzt. Im Normalfall des Parallel arbeitens mit andern Einheiten dagegen wird der steigende Bedarf dank der Spannungsänderung gröss tenteils von den andern Einheiten beigesteuert und die Stufe wirkt wie beabsichtigt als Grenze.
Sprungartige Abbiegungen in der Kennlinie (Stu fen) lassen sich auch dadurch herstellen, dass man als Belastungsmesswerk ein Kontaktinstrument ver wendet, das bei Erreichung bestimmter Belastungs werte Vorwiderstände vor dem Messwerk zu- oder abschaltet. Dieses Verfahren führt zu Sprüngen des Spannungsverlaufes, bei denen nur der obere oder der untere Spannungswert, aber kein Zwischen zustand möglich ist. Deshalb kann dabei leicht der Fall eintreten, dass der Regler in der Nähe der Stufen hin und her springt und nicht mehr zur Ruhe kommt.
Wie früher bereits bemerkt wurde, müssen bei Wechsel- oder Drehstrom die Belastungsmesswerke beim Vorzeichenwechsel der Blindleistung umge schaltet werden, sofern man die Begrenzung der Be lastung nach der Scheinleistung oder dem Strom vor- nimmt. Es liegt nahe, diese Umschaltung zugleich dazu zu benutzen, um gewissermassen die eine Hälfte des Belastungsmesswerkes zu sparen und die andere doppelt auszunützen.
Die einfachste Lösung dieser Art stellt wohl die in Fig. 9 dargestellte dar, bei der eine vom Belastungsstrom J durchflossene, also etwa in den Stromwandlerkreis eingeschaltete Spule 30, gedämpft oder verzögert beispielsweise wieder durch einen Ölkatarakt 31, gegen eine vorgespannte Feder 32 drückt, deren durch die Stellschraube 33 einstell bare Kraft sie bei dem gewünschten Grenzstrom überschreitet. Dabei wird wie beim vorigen Beispiel ein Vorwiderstand 34 im Messkreis des Spannungs reglers verstellt, jedoch diesmal stets in der gleichen Richtung von einem Ende des Widerstandes her, nicht wie im Falle der Fig. 8 von seiner Mitte aus.
Die andere Hälfte des Vorwiderstands - abgesehen von dem ausserdem immer auch noch vorhandenen Einstellwiderstand - braucht nicht verstellbar aus P<B>0</B> führt zu werden, sondern kann ein fester Wider <B>-</B> stand 35 sein.
Durch einen Schalter 36 können die beiden Teilwiderstände so zu- und umgeschaltet werden, dass bei Überschreitung der eingestellten Stromgrenze der wirksame Gesamtwiderstand beider Teile zusammen wie bei der Anordnung von Fig. 8 bei weiterer Belastungszunahme entweder vergrössert wird (Schalter in der untern, in Fig. 9 gezeichneten Stellung) oder aber verkleinert (obere Schalterstel lung). Die Zwischenkontakte, die beim Umschalten nacheinander kurzzeitig mit den beiden Hauptkon takten verbunden werden, haben lediglich dafür zu sorgen, dass der Strom beim Schalten nicht unter brochen wird.
Umgeschaltet muss werden, wenn die Blindleistung oder der Blindstrom ihr Zeichen wechseln, wobei es nicht auf grosse Genauigkeit an kommt, da dann der Strom unterhalb der vorge sehenen Grenzen liegt' und die ganze Einrichtung daher ausser Wirksamkeit ist. Die Umschaltung er folgt selbsttätig in Abhängigkeit vom Blindstrom oder von der Blindleistung oder aber durch den Span nungsregler selbst, sei es mechanisch, wenn sein Stell glied die Mittelstellung durchläuft, sei es elektrisch, beispielsweise in Abhängigkeit vom Erregerstrom oder von der Erregerspannung, wenn diese mittlere Werte unter- oder überschreiten.
Im übrigen wird es viele Fälle geben, in denen man die Begrenzung im praktischen Betrieb nur auf einer Seite, bei Maschi nen beispielsweise für Blindleistungsabgabe (L7ber- erregung), benötigt, so dass die Umschalteinrichtung entbehrlich ist.
Eine etwas andere, in Fig. 10 dargestellte Aus führung der gleichen Einrichtung besteht aus einem Strommesser 37 irgendwelcher Art für Drehbewe gung, dessen mittels der Stellschraube 38 vorge spannte Feder den Messwerkszeiger bzw. einen Arm an der Messwerkswelle so lange gegen einen Anschlag bei der Nullstellung drückt, bis die Stromstärke den eingestellten Grenzwert erreicht.
Mit der Messwerks- welle ist in bekannter Weise ein Wälzsektor 39 ver bunden, der bei Überschreitung der Stromgrenze über die Kontaktbahn 40 abrollt und damit den Vor widerstand 41 um einen der jeweiligen Stromüber schreitung verhältnisgleichen Betrag verringert, so dass der Spannungsregler einen entsprechend niedri geren Spannungswert und damit eine abgeknickte Kennlinie einregelt. Auf der Messwerkswelle sitzt ausserdem eine Metallscheibe 42 mit übergreifendem Dauermagnet 43 als Dämpfungs- oder Verzögerungs- einrichtung. Soll die Strombegrenzung nicht nur ein seitig,
sondern auf beiden Seiten vorgenommen wer den, so benötigt man wie beim vorigen Beispiel noch einen festen Widerstand 35 und einen Umschalter 36.
Die Anordnung von Fig. l la hat im Falle einsei tiger Begrenzung überhaupt keine bewegten Teile. Die Begrenzung erfolgt hier wieder durch Änderung des wirksamen Widerstandes im Messkreis des Reglers, die der Belastungsstrom J hervorbringt. Dieser durchfliesst, vom Stromwandler kommend, durch die Graetz-Schaltung 44 gleichgerichtet und durch den Kondensator 45 geglättet, die Spule 46 und magnetisiert dadurch die Drossel 47 vor, deren Eisenkern eine scharf abgeknickte Magnetisierungs- kurve aufweist. Ein Teil des Belastungsstromes fliesst über den veränderbaren Parallelwiderstand 48.
Mit seiner Hilfe kann der Strom in der Wicklung 46 so eingestellt werden, dass gerade dann das Knie der Magnetisierungskurve erreicht wird, wenn der Be lastungsstrom die jeweils gewünschte, vom Regler einzuhaltende Grenze überschreitet. Durch diese Vor magnetisierung wird die Induktivität einer zweiten Wicklung 49 auf der Drossel 47 geändert, die par allel mit einem Kondensator 50 und einem Wider stand 51 in den Messkreis des Reglers vor dessen Spannungsmesser 1 geschaltet ist.
Die Verhältnisse sind dabei so gewählt, dass im untern Bereich der Magnetisierungskurve der Drossel 47, das heisst also, solange der Belastungsstrom unterhalb des eingestell ten Grenzwertes liegt, der Ladestrom des Kondensa- tors 50 den Strom in der Wicklung 49 überwiegt und die Parallelschaltung 49-50-51 somit kapa- zitiv wirkt, dagegen induktiv, wenn der Belastungs strom die Grenze überschritten hat. Der Widerstand 51 sorgt dabei dafür, dass die Spannung an der Parallelschaltung 49-50-51 beim Durchgang durch den Resonanzbereich nicht zu hoch wird.
Da der Messkreis im ganzen vorwiegend induk tiven Widerstand hat und im Endzustand immer den gleichen, vom Regler konstant gehaltenen Strom führt, wirkt die Parallelschaltung 49-50-51 wie ein Vorwiderstand, der rasch zunimmt, wenn der Belastungsstrom über den eingestellten Grenzwert hinausgeht, so dass der Regler dann eine höhere Spannung einregelt entsprechend dem linken Teil der Kennlinie von Fig.2, abgesehen davon, dass die Knickstelle nicht so scharf ist wie dort gezeichnet. Das Zeigerdiagramm von Fig. 12 zeigt die Span nungsverhältnisse im Messkreis bei verschiedenen Werten des Belastungsstroms noch deutlicher.
Dabei ist<I>i</I> der Strom im Messkreis und U", die Spannung am Messwerk, die beide vom Regler konstant gehal- ten werden,<B>Up</B> die Spannung an der Parallelschal tung und U die Spannung an den Klemmen des Mess- kreises, sofern man den ausserdem stets noch vor handenen Einstellwiderstand ausser Betracht lässt.
Mit den Indices 1, 2 und 3 bei U und U, sind drei ver schiedene Zustände gekennzeichnet, nämlich der bei ungesättigter Drossel (Belastungsstrom unterhalb des Grenzwertes), der der Resonanz zwischen Drossel und Kondensator und der bei gesättigter Drossel (Be lastungsstrom oberhalb des Grenzwertes).
Lässt man den Kondensator 50 und den Wider stand 51 weg, so dass von der Parallelschaltung nur noch die Drossel 49 übrigbleibt, so wird umgekehrt, wenn der Belastungsstrom den eingestellten Grenz t, der Vorwiderstand verkleinert und wertübersteig die Spannung am Messkreis vergrössert, was ein Ab biegen der Kennlinie nach unten wie auf der rechten Seite von Fig. 2 ergibt.
Will man vom einen zum andern Schaltzustand ohne Spannungssprung übergehen, so muss man, wie in Fig. 11b angedeutet, noch eine Drossel 52 und gegebenenfalls einen Widerstand 53 in den Messkreis einfügen und mit den Schaltern 54 und 55 wie bereits beschrieben umschalten. Im übrigen wird man die beim Bau magnetischer Verstärker (Transduktoren) gewonnenen Erfahrungen mit Vorteil auch hier an wenden, beispielsweise um eine Rückwirkung des Messkreiswechselstroms auf den Gleichstromkreis zu vermeiden.
Schliesslich kann man auch wieder die ganze Last- oder Stehbegrenzung bei starken Span nungsrückgängen selbsttätig ausser Wirksamkeit setzen lassen, doch wird dies im allgemeinen nicht nötig sein, da auch bei sehr starkem Anwachsen des Be lastungsstroms infolge der Sättigung der Drossel 49 (und gegebenenfalls auch schon des Stromwandlers) die Spannung nur wenig weiter sinkt und der Regler bei starken Spannungseinbrüchen anfangs ebenso rasch und kräftig eingreift,
ob ihm nun der Span- nungssollwert oder ein um 10 oder 15% Barunter- liegender Wert vorgeschrieben wird.
Als letztes Beispiel für Vorsatzgeräte sei an Hand von Fig. 13 eine doppelseitig in Abhängigkeit vom Blindstrom wirkende Last- oder Stellbegrenzung ohne bewegte Teile beschrieben. Bei ihr erzeugt der Belastungsstrom J, von dem wie früher ein Teil durch den regelbaren Widerstand 56 abgezweigt werden kann, in zwei Umspannern 57 und 58, deren Primär- wicklungen er in entgegengesetztem Sinne durchfliesst, zwei Sekundärspannungen Ei und E2, die hinterein ander in den Messkreis eingeführt sind.
Bei den bei den Umspannern wird das Knie der Magnetisierungs- kurve bei verschiedenen Werten des Belastungsstroms erreicht, so dass beispielsweise, wie in Fig. 14 darge stellt (ausgezogene Linie), die Spannung Ei bei zu nehmendem Strom noch weiter linear ansteigt, wäh rend bei der Spannung E., die mit entgegengesetztem Vorzeichen erscheint, das Knie schon überschritten ist.
Die Summenspannung Ei + E2 hat dann bei spielsweise den im Diagramm von Fig. 14 unten ge- zeichneten Verlauf, wobei die Verhältnisse so gewählt sein sollen, dass die Summenspannung bei dem ge wünschten Grenzwert des Belastungsstroms nach unten abbiegt. Der weitere Verlauf der Summen kurve hängt dann davon ab, wie man das Knie der Spannungskurve El legt.
Wenn es weit oberhalb von dem der Spannungskurve E, liegt, fällt die Summen kurve weiter steil ab, liegt es in der Nähe, so biegt die Summenkurve in die Waagrechte ein, wie die gestrichelten Linienstücke mit der Bezeichnung El' bzw.<I>Ei</I> + E2 in Fig. 14 andeuten.
Wie sich die Summenspannung El + E, die dem Belastungsstrom<I>J</I> um 90 nacheilt, zur Spannung<I>U",</I> am Spannungsmesswerk geometrisch addiert und da durch - von dem stets im Messkreis noch vorhan denen Einstellwiderstand abgesehen - die vom Regler eingehaltene Spannung U", am Messkreis be- einflusst; ist aus den drei Zeigerdiagrammen von Fig. 15 zu ersehen, die für Phasengleichheit zwischen <I>J</I> und U, für voreilendes J und für nacheilendes<I>J</I> gelten.
Da bei vielen Spannungsreglern üblicher Bauart die Statik bekanntlich in ähnlicher Weise erzeugt wird, braucht hier nicht im einzelnen nach gewiesen zu werden, dass im wesentlichen nur die senkrecht zu U stehende Komponente von J die Spannung<I>U</I> vergrössert bzw. verkleinert. Wenn<I>J</I> und U also bei reiner Wirklast in Phase sind, was bei gewöhnlichem Wechselstrom stets und bei Dreh strom dann der Fall ist, wenn U die Sternspannung ist, wird U praktisch nur durch den Blindstrom J" beeinflusst.
Das gleiche lässt sich, wenn U bei Dreh strom die verkettete Spannung ist, durch zweckent sprechende Schaltungen erreichen, beispielsweise durch Schaffung eines künstlichen Sternpunkts oder durch Erregung der Umspanner 57 und 58 mit zwei verschiedenen Phasenströmen oder durch Einschal tung eines Shunts in den Stromwandlerkreis und Speisung der Umspanner mit der davon abgenom menen Spannung über einen zwecks Herstellung der richtigen Phasenlage vorgeschalteten Widerstand. So erhält man die Kennlinie von Fig. 16, die ganz den in Fig. 2 rechts unten als wünschenswert dargestellten Verlauf hat und an den Enden, wie punktiert ange deutet, entweder nach unten bzw. oben weitergeht oder aber in die Waagrechte einbiegt.
Im letzteren Falle entsteht im ganzen eine abgerundete Stufe oder Welle, was den Vorteil hat, dass man die Last- oder Stellbegrenzung bei starken Spannungsrückgängen nicht abzuschalten braucht. Dass man auch fallende oder horizontale Kennlinien erzielen kann, indem man die Ei-Kurve in Fig. 14 steiler oder ebenso steil vom Nullpunkt aus ansteigen lässt wie die E"-Kurve, und dass überhaupt durch zweckentsprechende Aus legung der Umspanner 57 und 58, insbesondere durch Wahl von Blechen mit passenden magnetischen Eigenschaften, durch Veränderung der Windungs- zahlen der Wicklungen usw.
die Kennlinien weit gehend nach den Anforderungen des Einzelfalles ge staltet werden können, bedarf keiner weiteren Erläu terung. Bemerkt sei lediglich noch, dass es u. U. besser, wenn auch etwas umständlicher ist, die Nei gung (Statik) der Kennlinien in bekannter Weise ge trennt von der Last- oder Stellbegrenzung hervor zubringen, weil man dann freier ist und insbesondere die Kennlinienneigung nicht durch andere Einstellung der Belastungsgrenzen mittels des Widerstands 56 ge ändert wird, was man gegebenenfalls durch Ände rung der Windungszahl der Wicklungen wieder aus gleichen muss.
Zum Schluss sollen noch die Möglichkeiten kurz besprochen werden, die Last- oder Stellbegrenzung am Stellglied des Reglers oder dahinter anzubringen. Im allgemeinen kommt dieser Weg praktisch kaum in Betracht, da auf dieser Seite des Reglers meist die Kräfte grösser sind und die Einrichtungen demgemäss einen höheren Aufwand erfordern als die bisher be schriebenen. In dem Sonderfalle aber, dass es sich um die Spannungsregelung von Wechsel- oder Dreh strommaschinen, vor allem also Synchrongeneratoren, handelt, kann man u. U. zu verhältnismässig einfachen Lösungen kommen.
Die in Fig. 17 und 18 dargestellten Zeiger diagramme für die Spannungen in der Ständerwick- lung eines Synchrongenerators, ersteres für Blind leistungsabgabe (Übererregung), letzteres für Blind leistungsaufnahme (Untererregung), lassen erkennen, wie sich der Strom J und seine Blindkomponente Jb bei gleichbleibender Wirkbelastung und Erregung ändern, wenn die Klemmenspannung U der Maschine bei Blindleistungsabgabe (Fig. 17) um einen gewissen Betrag sinkt bzw. bei Blindleistungsaufnahme (Fig.18) um ebenso viel steigt und damit den neuen Wert U' annimmt.
Der Wirkstrom J,_ ändert sich dabei, da die Wirklast gleichbleiben soll, im umgekehrten Verhält nis wie die Klemmenspannung. Die neuen Werte des Stromes und seiner Komponenten sind in den Diagrammen ebenfalls mit einem Strich bezeichnet, die Synchronreaktanz mit k.
Man kann aus solchen Diagrammen entnehmen, wie sich die Maschine ver hält, wenn ihr erstens von ihrer Antriebsmaschine konstante Leistung zugeführt wird, wie dies bei der Mehrzahl der Maschinensätze in den heutigen grossen Netzen infolge der ausserordentlich guten Frequenz konstanz der Fall ist, und wenn zweitens am Erreger widerstand Anschläge angebracht oder andere gleich wertige Vorrichtungen getroffen werden, die dafür sorgen, dass der Spannungsregler die Erregerspannung auch bei Änderungen der Netzspannung nicht über einen bestimmten einstellbaren Wert hinaus erhöhen bzw. erniedrigen kann, wobei ersteres für Abgabe, letzteres für Aufnahme von Blindleistung gilt.
Die Kennlinien der Fig. 19 zeigen das Ergebnis für einige Belastungsfälle, und zwar das obere, mit a bezeich nete Bild für den Strom<I>J,</I> das untere Bild<I>(b)</I> für die Scheinleistung N, Dabei wurden die ungünstig sten in der Praxis vorkommenden Werte der Syn- chronreaktanz zu Grunde gelegt und die üblichen Phasenverschiebungen vorausgesetzt. Man sieht daraus, dass man mit einem Anschlag am Erreger widerstand oder einer ähnlich wirkenden Vorrichtung den Strom oder die Scheinleistung ebenfalls in wün schenswerter Weise begrenzen kann.
Besonders gün stig liegen die Verhältnisse gerade in dem praktischen wichtigsten Fall der Vollbelastung: die Scheinleistung, die die Erwärmung der Maschine im wesentlichen bestimmt, bleibt nach Erreichung des Anschlags auch bei sinkender bzw. steigender Spannung so gut wie konstant. Der Regler kann also dann die Ma schine nicht mehr überlasten.
Wie ein solcher Anschlag im einfachsten Falle ausgeführt werden kann, zeigt schematisch die Fig. 20 an einem Beispiel für einseitige Begrenzung der Erregerspannung nach oben hin, also im Bereich der Übererregung. Der Weg des Stellgliedes 59, das den Erregerwiderstand 60 verstellt, wird durch den Anschlag 61 begrenzt, der zur Milderung des Stosses auch gefedert, etwa wie ein Puffer, ausgeführt wer den kann.
Dieser Anschlag lässt sich mittels des Handrades 62, an dessen Stelle wie stets auch eine Fernsteuereinrichtung treten kann, in eine gewünschte Stellung bringen und durch einen Hubmagneten 63 unwirksam machen, der bei Absinken der Spannung unter einen bestimmten Wert eingeschaltet und gege benenfalls bei Wiederansteigen der Spannung ausge schaltet wird. Sieht man am andern Ende des Erre gerwiderstandes auch einen solchen Anschlag vor, so ist bei diesem ein Hubmagnet nicht erforderlich.
Für mittelbar wirkende Regler, für die Anschläge dieser einfachen Art nicht zweckmässig sind, da der Regler mit seiner grossen Stehkraft dagegen drücken würde, führt man die Begrenzung besser in der von den Drehzahlreglern her bekannten Art und Weise aus, wie dies Fig. 21a an dem von Fig. 3 übernom menen Beispiel eines Reglers mit hydraulischem Hilfsmotor wieder für einseitige Begrenzung bei Blindleistungsabgabe zeigt. Die mit den gleichen Ziffern bezeichneten Reglerbauteile stimmen mit denen von Fig.3 überein.
An Stelle der dortigen Lastbegrenzung ist hier eine vom Stellglied (Rück führstange) betätigte, auf das Steuerventil 3 zurück wirkende Stellbegrenzung getreten, die aus zwei mit einander gelenkig verbundenen Hebeln 64 und 65, einem Anschlag 66 an der Steuerventilstange, einer Vorrichtung 67 zum Einstellen der gewünschten Grenzlast und einem Hubmagneten 68 zur Freigabe des Steuerventils und damit Aufhebung der Begren zung besteht.
Da bei einer solchen Stellbegrenzung der Regler auch nicht vorübergehend über die vor gesehene Grenzstellung hinausfahren kann - ausge nommen bei starkem Spannungsrückgang - wird im allgemeinen eine Anordnung, wie in Fig. 21b für den gleichen Regler gezeichnet, vorzuziehen sein, bei der von der Rückführstange über ein Hebelgestänge 69 ein Anschlag 70 den Fusspunkt der Rückführfeder 7 gegen die Kraft der Feder 71 vom Anschlag 72 wegzieht, sobald die mit dem Handrad 73 einstellbare Grenzstellung des Stellglieds überschritten wird. Be sondere Massnahmen für den Fall starken Spannungs rückgangs sind dabei im allgemeinen wohl entbehr lich.
Eignen sich die zuletzt beschriebenen Möglich keiten vor allem für neu zu bauende Regler, so kön nen die folgenden ohne grosse Umstände auch nach träglich an vorhandenen Reglern angebracht werden. Bei dem Beispiel von Fig.22 werden durch einen Nocken- oder Walzenschalter 74 die Verbindungs leitungen zwischen dem letzten Teil des Erreger widerstands 75 und den zugehörigen Segmenten der Kontaktbahn 76 nacheinander, mit der letzten be ginnend, unterbrochen und ein Segment nach dem andern mit dem jeweils benachbarten verbunden. Der Regler kann dann, wenn er die Bürste in der Abbil dung nach rechts zum Ende der Kontaktbahn hin verschiebt, den Erregerwiderstand, sobald er bei dem letzten umgeschalteten Segment angekommen ist, nicht weiter verkleinern.
Die Erregerspannung ist also damit wie durch einen Anschlag nach oben hin begrenzt. Mittels des Hubmagneten 77 und der von ihm gemeinsam betätigten Schalter kann die Stell- begrenzung ausser Wirksamkeit gesetzt werden.
Die folgenden Fig. 23 bis 25 zeigen schematisch verschiedene Lösungen von Teilanordnungen des selbsttätigen Spannungsreglers nach der Erfindung.
Der Anordnung von Fig. 23 liegt der Gedanke zu Grunde, dass der Erregerwiderstand 79 zwar weiter verkleinert wird, wenn die auf ihm schleifende Bürste 80 sich nach rechts bewegt, dass sie aber bei Über schreitung des gewünschten Grenzwerts an eine Stange 81 anschlägt, deren Länge mittels einer über gestülpten Hülse verändert werden kann. Es wird dann gegen die Kraft der Feder 82 ein zusätzlicher, mit dem Erregerwiderstand 79 in Reihe geschalteter Widerstand 83 nach und nach eingeschaltet, so dass sich der Gesamtwiderstand im Erregerkreis nicht mehr ändert.
Durch Kurzschliessen des Widerstands 83 mit Hilfe eines Hubmagneten kann auch in die sem Falle die Begrenzung leicht unwirksam gemacht werden, was in Fig. 23 nicht eigens dargestellt ist.
Bei dem Beispiel von Fig.24 wird die Begren zung dadurch erreicht, dass je nach dem gewünschten Wert der Grenzlast ein Teil des Erregerwiderstands 84 durch einen metallischen Schieber 85 kurzge schlossen und gleichzeitig ein entsprechender Teil des im Erregerkreis liegenden Zusatzwiderstandes 86 eingeschaltet wird.
Grundsätzlich kann man die beschriebenen Lö sungen auch für Stellbegrenzungen am andern Ende des Erregerwiderstands, also im Bereich der Unter erregung, verwenden. Im allgemeinen wird aber für diese Seite die in Fig.25 angedeutete Möglichkeit vorzuziehen sein, bei der auf dem Erregerwiderstand 87 bzw. der dazugehörigen Kontaktbahn ausser der Hauptbürste 88 noch eine mit dieser verbundene Nebenbürste 89 vorgesehen ist, die von Hand oder durch Fernsteuerung verschoben wird und auch an der Hauptbürste 88 vorbei auf ihre andere Seite gebracht werden kann. Die Nebenbürste 89 bildet die Stehbegrenzung, da der jeweils links von ihr liegende Teil des Erregerwiderstands 87 ausgeschal tet ist.
Schliesslich kann man den Erregerstrom bzw. die Erregerspannung und damit, wie nachgewiesen wurde, auch die Belastung der Haupt-(Wechsel- oder Drehstrom)-Maschine dadurch begrenzen, dass man den selbsttätigen Spannungsregler, soweit er sich für Gleichstrommaschinen bzw. Gleichrichter eignet, bei der Erregermaschine (gegebenenfalls Verstärker- maschine) oder dem etwa zur Erregung benutzten Gleichrichter anwendet.
Dieser Überblick über die grosse Zahl von Mög lichkeiten zur Verwirklichung des Erfindungsgedan kens zeigt wohl deutlich genug den Weg, um in jedem einzelnen Falle die geeignetste Lösung zu finden, auch wenn sie vorstehend nicht näher be schrieben ist. Welche Ausführungsform man jeweils auch wählt, immer kann der Kostenaufwand für die Last- oder Stellbegrenzung gering sein verglichen mit den durch sie erreichbaren wirtschaftlichen Vor teilen. Denn mit ihrer Hilfe kann man, wie aus den eingangs gemachten Bemerkungen hervorgeht, die Spannungsregelung zur Netzregelung machen und damit die Spannungshaltung und die Blindleistungs- verteilung vervollkommnen.
Dies bedeutet nicht nur eine - auch finanziell betrachtet, recht beachtliche - Verringerung der Leitungsverluste und Verbilli gung der Regelumspanner, weil ihr Regelbereich klei ner gehalten werden kann, sondern ermöglicht es unter Umständen auch, die Generatoren künftig für höhere Leistungsfaktoren auszulegen, wodurch sich bei dem heutigen hohen Neubaubedarf an Kraft werken ansehnliche Beträge einsparen liessen.