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Regelanordnung ; für elektrische Maschinen.
Die Erfindung bezieht sich auf Reguliersysteme und bezweckt bei der Regulierung mechanischer oder elektrischer Betriebsfaktoren (Betriebsgrössen), wie z. B. Tourenzahl, Frequenz oder Spannung die Gleichmässigkeit und Genauigkeit zu sichern.
Es ist bereits vorgeschlagen worden, elektrische Änderungen, welche den Änderungen eines Betriebsfaktors einer elektrischen Maschine, z. B. der Tourenzahl eines Elektromotors entsprechen, einer Raumentladungseinrichtung aufzudrücken und den von dieser Einrichtung abgegebenen Strom für die Beeinflussung bzw. Konstanthaltung des betreffenden Betriebsfaktors auszunutzen. Weiters ist auch die Anordnung einer von der Entladungseinrichtung beherrschten Hilfseinrichtung bekannt, die unabhängig von vibrierenden Kontakten die betreffende Betriebsgrösse der Maschine beeinflusst.
Auch beim Anmeldungsgegenstand werden elektrische Änderungen, welche einem Betriebsfaktor einer elektrischen Maschine entsprechen, einer Raumentladungsvorrichtung aufgedrückt, deren Abgabestrom für die Beeinflussung des besagten Betriebsfaktors ausgenutzt wird, wobei jedoch erfindungsgemäss die ohne bewegliche Kontakte arbeitende Hilfseinrichtung auf die Raumentladungsvorrichtung zu dem Zwecke rückwirkt, Pendelerscheinungen hintanzuhalten.
Ein weiteres wesentliches Merkmal der Erfindung ist die Einführung einer zeitlichen Verzögerung, welche bezweckt, die die Pendelerscheinung, nämlich die Schwankungen respektive Schwingungen der Tourenzahl um einen mittleren Durchschnittswert, unterdrückenden Vorgänge besonders wirksam zu machen.
Die in der Zeichnung dargestellte, spezielle Ausführungsform des Erfindnngsgegenstandes weist die im Vorhergehenden beschriebenen Merkmale auf. Die Rückwirkung unter Zeitverzögerung wird vermittels einer Gesamteinrichtung bewerkstelligt, die sich aus folgenden Elementen zusammensetzt : Aus einem Widerstand 40, 41 im Nebenschluss zur Regulierfeldwicklung, einem Kondensator 42, einem hohen Widerstand 39, welche in Serie zu einem Teil des Nebenschlusswiderstandes geschaltet sind und aus Verbindungsleitungen 38 bzw. 72 und 62 zwischen Gleichrichtergitter, Heizfaden und Kondensator.
Als ein wichtiges Merkmal des Erfindungsgegenstandes sei erwähnt, dass mit der Einrichtung, welche auf die Schwankungen eines der oben angeführten Faktoren reagiert, um auf den betreffenden Faktor eine regelnde Wirkung auszuüben. die aber nicht genügt, die Abweichung innerhalb einer bestimmt begrenzten Zeit vollständig auszugleichen, eine weitere Einrichtung verbunden ist, welche erst infolge der Tätigkeit der ersteren Einrichtung in Wirkung tritt, um einen weiteren Reguliereffekt auf den betreffenden Faktor, auszuüben der sich mit dem ersteren vereinigt, jedoch zeitlich später zur Wirkung kommt, und welcher dabei von solchem Ausmass ist, dass die Ausgleichung in der gegebenen Zeit gerade genau bzw. vollständig erfolgt.
Fig. 1 der Zeichnung zeigt das Schaltungsschema einer Ausführungsform und Fig. 2 eine charakteristische Kurve zwischen Spannung und Tourenzahl bzw. Spannung und Frequenz.
Die im Nachstehenden angenommenen Zahlenwerte für Tourenzahl, Frequenz, Kapazitäten, Widerstände usw. sind selbstverständlich nur als Beispiele zu betrachten.
Es sei also angenommen, dass die Tourenzahl des Motors 5 beispielsweise auf 1200 Umdrehungen pro Minute konstant gehalten werden soll, auch wenn irgendwelche Änderungen der Betriebsbedingungen eintreten, z. B. Änderungen der Spannung des von der Leitung 6 für den Antrieb des Motors gelieferten
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Stromes, Änderungen der Belastung des Motors, Änderungen der Temperatur usw.
Der Motor ist dargestellt als Gleichstrom-Compoundmaschine, welche ausser ihrer permanenten Serienfeldwicklung 7 und ihrer Nebenschlussfeldwicklung 8 noch eine Hilfsserienfeldwicklung 9 aufweist, welche beim Anlassen des Motors benutzt wird und schliesslich eine Hilfsregulierfeldwicklung-M, die, wie noch erörtert werden soll, unter dem Einfluss eines Vakuumrohrenregulators steht. Alle diese Feldwicklungen arbeiten akkumulativ. Vom Motor wird ein Weshselstromhoehfrequenzgenerator 11 angetrieben, der als Tourendynamo zum Zwecke der Regulierung dient und beispielsweise 720 Perioden bei 1200 Umdrehungen pro Minute ergibt.
Der Generator hat einen gezahnten Rotor 12 und einen Stator l') mit einer Erregerwicklung 14 sowie einer Ankerwicklung 15. Beide Wicklungen 14 und 15 sind mit den Regulierwiderständen 16 bzw. 17 in Serie geschaltet.
Der Generatorstrom von 720 Perioden geht durch ein Filter 20, welches Strom von einer Periodenzahl bis zu 700 pro Sekunde leicht durchgehen lässt, hingegen Strom von höherer Frequenz sicher abhält.
Die Ausgangsspannung dieses Filters wird der Anode einer Dreielektroden-Gleichrichterröhre (Detektorröhre) 21 aufgedrückt, welche über einen Kupplungswiderstand 22 von beispielsweise 100.000 Ohm das
Gitterpotential eines aus zwei Dreielektrodenröhren 25 und 26 bestehenden Verstärkers A beeinflusst.
Ein dem Widerstand 22 parallel geschalteter Kondensator 27 unterdrückt Spannungsschwankungen in diesem Widerstand. Dieser Kondensator kann eine Kapazität von beispielsweise O'l Mikrofarad haben.
Der Strom für das Motorregulierfeld 10 geht über die Entladungsstrecken des Verstärkers A von dessen Anoden aus, so dass der Verstärker den durch das Regulierfeld gehenden Strom steuert, wie noch des näheren beschrieben werden soll. Die Speisung der Heizdrähte der Rohren 21, 25 und 26 sowie der Anoden der Verstärkerrohren 25 und 26 erfolgt von einem Transformator 30 aus. Ausserdem wirkt, wie nachstehend noch erörtert, auch die Netzspannung (Leitung 6) auf die Anoden der Verstärkerrohren 25 und 26.
Die Primärwicklung 31 dieses Transformators wird durch zwei Schleifringe gespeist, welche an zwei elektrisch entgegengesetzte Kollektorlamellen des Motors angeschlossen sind und von diesen bei 20 Perioden pro Sekunde 80 Volt erhalten. Die beiden Enden einer Sekundärwicklung 32 des Transformators sind an je eine der Anoden der Rohren 25 und 26 angeschlossen ; diese Wicklung liefert den Anoden Strom über einen Stromkreis, der vom positiven Draht der Leitung 6 durch die Regulierfeldwicklung 10, den Verbindungsdraht 62, die beiden Hälften der Wicklung 32, die Entladungsstrecken der Röhren 25 und 26 und über den Verbindungsdraht 65 zum negativen Draht der Leitung 6 geht.
Eine Sekundärwicklung 35 des Transformators 31 ist mit den in Parallelschaltung liegenden Heizfäden der Röhren 25 und 26 verbunden und eine Sekundärwicklung 36 dieses Transformators mit dem Heizfaden der Röhre 21. Die Leitung 6 liefert dem Motor Gleichstrom von beispielsweise 110 Volt, weiters wird ihr die positive Gitterspannung entnommen und durch die Abzweigleitung 72 sowie den Widerstand 2 : 2 den Gittern der Verstärkerröhren 25 und 26 aufgedrückt, während die Heizdrähte dieser Röhren mit dem negativen Draht der Leitung 6 durch einen Draht 65 verbunden sind.
Ein zur Regulierfeldwicklung 10 des Motors parallel geschalteter Kondensator 37 unterdrückt Spannungsschwankungen in dieser Wicklung im Bereiche von Frequenzzahlen, wie sie sich aus der regelnden Wirkung des Verstärkers A ergeben.
Dieser Kondensator kann eine Kapazität von beispielsweise 0'1 Mikrofarad haben. Ein Draht, ? verbindet das Gitter der Gleiehriehterröhre über einen hohen Widerstand 39 von 1 Megohm mit dem Vereinigungspunkt zweier in Serie geschalteter Widerstände 40 und 41, die der Wicklung 10 parallel
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die eine Seite desselben durch den Draht 38 mit dem Gitter und die andere Seite durch den Draht 7'2 mit dem Heizdraht verbunden ist. Diese Schaltung hat, wie noch erklärt werden soll, den Zweck, eine Zeitverzögerung in der Rückwirkung des Ausgangskreises des Verstärkers 25, 26 auf das Gitter der Röhre 21 zu schaffen.
Die Kapazität des Kondensators 42 kann etwa 1 Mikrofarad betragen, der Widerstand 40 ein solcher von ungefähr 10.000 Ohm und der Widerstand 41 ein solcher von etwa 50.000 Ohm sein.
Die in Fig. 2 dargestellte Kurve ist die Spannungsfrequenzcharakteristik oder Spannungtourenzahlcharakteristik der Kombination aus Generator 11 und Filter 20. Die Frequenz ändert sich mit der Umlaufgeschwindigkeit des Motors. Wenn der Motor, angefangen vom Stillstand, an Geschwindigkeit zunimmt, steigt infolge der steigenden Klemmenspannung des Generators 11 auch die Spannung an der Ausgangsseite des Filters, bis die Frequenzzahl der Frequenz c nahekommt, welche bei 700 Perioden die Absperrfrequenz des Filters repräsentiert. Da die Frequenz noch über diese Absperrfrequenz hinaus steigt, fällt die Spannung an der Ausgangsseite des Filters ab.
Aus Gründen, die im folgenden klargelegt werden sollen, sind die Konstanten des Systems so gewählt, dass der Punkt, welcher der normalen Tourenzahl des Motors entspricht, beispielsweise der Punkt p, auf dem steil abfallenden, im Bereich der Absperrfrequenz liegenden Ast der Kurve liegt.
Der Motor wird angelassen, indem man einen nicht dargestellten Schalter schliesst, um die Leitung 6 mit dem ebenfalls nicht dargestellten, den Betriebsstrom liefernden Generator zu verbinden, so dass die Nebenschlussfeldwicklung 8 des Motors über den feststehenden Feldwiderstand 50 von Strom durchflossen wird. Der Ankerstrom für den Motor fliesst vom positiven Draht durch einen Anlasswiderstand 52 von beispielsweise 3 Ohm, durch die Anlassserienfeldwicklung 9, die permanente Seirenfeldwicklung 7 und
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den Anker 5 zurück zum negativen Draht der Leitung 6. Der Motor läuft also als ein Compoundmotor an, der ein starkes Feld und einen fixen Widerstand im Ankerstromkreis hat.
Sobald der Motor etwa 750 Umdrehungen pro Minute erreicht hat, hat der Spannungsabfall im Anker infolge der gegenelektro- motorisehen Kraft einen Wert erreicht, der genügt, um die Betätigung eines Anlassrelais 53 herbeizuführen.
Die Wicklung dieses Relais liegt im Diagonalzweig einer Wheatstoneschen Brücke. Zwei Zweige dieser Brücke bestehen aus den Widerstandseinheiten 54 und 55, die ihren Vereinigungspunkt an dem einen Ende der Diagonale haben, ein dritter Brückenzweig wird durch den Anlasswiderstand 52 sowie die Feldwicklung 9 gebildet und der vierte durch die Feldwicklung 7 und den Anker. Der obere Kontakt dieses Relais verbindet das rechte Ende der permanenten Feldwicklung 7 direkt mit dem positiven Draht der Leitung 6, wodurch der 3 Ohm, erienwiderstand 52 und die Anlassfeldwicklung 9 des Motors kurz geschlossen werden. Hiedurch verwandelt sich der Motor in einen direkt an die Leitung angeschlossenen gewöhnlichen Compoundmotor.
Der untere Kontakt des Anlassrelais liegt in der Leitung zwischen den Schleifringen des Motors und der Primärwicklung : 31 des Transformators 30, die einen Strom von annähernd 80 Volt Spannung und eine Frequenz von annähernd 20 Perioden pro Sekunde führt, wenn der Motor seiner normalen Tourenzahl nahekommt. Infolgedessen drückt die Sekundärwicklung 32 den Verstärker- röhren 25 und 26 eine Anodenspannung auf, und es fliesst ein Anodenstrom dieser Röhren durch die Regulierfeldwicklung 10. Diese Spannung wird auf dem oben bereits angegebenen Weg den Anoden in Überlagerung auf die Leitungsspannung aufgedrückt.
Gleichzeitig liefert der Wechselstromgenerator 11 einen Strom von hoher Frequenz zum Filter 20, dessen Ausgangsseite mit der Anode der Gleichrichterröhre 21 verbunden ist. Da dieser Filter einen sehr niederen Frequenzbereich ausscheidet (low pass filter) und der Motor zwar schon eine beträchtliche Geschwindigkeit, jedoch noch nich t die volle Normalgeschwindigkeit erreicht hat, arbeitet er noch immer auf dem aufsteigenden Ast der Kurve der Fig. 2.
Der Röhrenstrom in der Detektorröhre ist relativ stark und erzeugt in dem 100.000 Ohm Kupplungswiderstand 22 einen Spannungsabfall, welcher eine negative Aufladung der Gitter der Verstärkerröhren 25 und 26 bewirkt und infolgedessen das Durchgehen eines Stromes durch das Regulierfeld des Motors unter- drückt. Hiedurch erhält der Motor ein schwaches Feld, welches ein Ansteigen seiner Tourenzahl bewirkt.
Die Tourenzahl des Motors wird daher weiter steigen, bis jene erreicht ist, welche der Absperrfrequenz des Filters entspricht, worauf die Anodenspannung der Detektorröhre plötzlich abnimmt, infolgedessen auch der Strom, der durch den Kupplungswiderstand geht und ebenso die negative Aufladung an den Gittern der Verstärkerröhren 25 und 26. Dies verursacht eine plötzliche Steigerung des Anodenstromes im Verstärker, wodurch das Regulierfeld gestärkt und eine weitere Erhöhung der Tourenzahl hintangehalten wird. Der Motor hat so seine normale Tourenzahl erreicht.
Beim Anlaufen des Generators ist die von ihm herrührende Spannung an der Abgabestelle des Filters gering und ein von der Leitung 6 den Gittern der Röhren 25 und 26 durch den Widerstand 22 erteiltes positives Potential hat die Tendenz, das Regulierfeld zu stärken. Wo es zulässig ist, dass das Anlasshilfsfeld 9 in Wegfall kommt, kann diese Wirkung des Regulators dazu ausgenutzt werden, um dem Motordrehmomente, der gegenelektromotorisrhen Kraft und der Feldstärke die für langsames Laufen des Motors nötigen Werte zu geben.
Es sei die Wirkungsweise der Einrichtung beschrieben, wenn die Tourenzahl des Motors unter veränderlichen Betriebsbedingungen. z. B. bei schwankender Netzspannung oder sich ändernder Belastung konstant erhalten werden soll. Als Punkt der Charakteristik, welcher der normalen Tourenzahl des Motors entspricht, sei der Punkt p (Fig. 2) angenommen. Wenn die Dynamomaschine gemäss Punkt p läuft, bedingt jede Erhöhung der Tourenzahl einen Spannungsabfall. Wenn die Spannung im Netz steigt, erhöht sich die Tourenzahl des Aggregates und somit die Frequenz. Dadurch verringert sich die Spannung an der Ausgangsseite des Filters und hiemit jene der Anode der Röhre 21.
Infolgedessen verringert sich auch der Anodenstrom der Röhre 21, während der Anodenstrom der Röhren 25 und 26 verstärkt wird, wodurch die Tendenz entsteht, eine Steigerung der Tourenzahl hintanzuhalten. Die Verstärkung des Verstärkeranodenstromes bedingt eine höhere Spannung im Feld 10 und infolgedessen in letzter Linie auch eine Erhöhung der Spannung, welche vom Widerstand 40 durch den Widerstand 39 auf den Kondensator 42 wirksam ist. Da der Kondensator 42 durch den hohen Widerstand 39 hindurch aufgeladen wird, tritt eine Zeitverzögerung ein und die Spannung am Gitter der Röhre 21 wird langsamer steigen als wenn der Kondensator 42 nicht vorhanden wäre.
Die Spannung im Kondensator steigt aber nicht sofort, sondern wird verzögert um ein Zeitintervall, das direkt proportional ist dem Werte des Widerstandes 39 und der Grösse des Kondensators. Dieses Intervall (Verzögerungsperiode) soll zweckmässig ungefähr von derselben oder einer grösseren Dauer sein als die natürliche Schwingungsperiode des Systems (d. h. die Zeit eines einmaligen Hin- und Zurücksrhwingens bei der Oszillationsfrequenz des Systems). Diese Zeit ist um so grösser, je grösser die mechanische Trägheit des Systems ist.
Es wird daher nach dieser zeitlichen Verzögerung die dem Gitter der Detektorröhre erteilte negative Spannung erhöht werden, wodurch sich der Detektorröhrenanodenstrom verringert und dies hat zur Folge, dass der Regulier-
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die aus den Widerständen 39,40, 41, dem Kondensator 42 und dem Gitter der Röhre 21 bestehende Anordnung wird dem System sowohl Stabilität als auch Genauigkeit verliehen.
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Wenn dagegen die Leitungsspannung plötzlich sinkt, ergibt sich ein Steigen der Spannung im Filterausgangskreis bzw. der Anodenspannung der Röhre 21, infolgedessen auch eine Verstärkung des Anodenstromes der Röhre 21 und eine Schwächung des Anodenstromes der Röhren 25 und 26. was eine Tendenz, das Sinken der Tourenzahl zu verhindern, ergibt. Die Kompensationsanordnung arbeitet so, dass sie eine weitere, aber verzögert eintretende Tendenz, eine Verringerung der Tourenzahl zu verhindern, herbeiführt.
Sollte die Belastung des Motors eine höhere werden und die Tourenzahl unter die normale zu verringern suchen, so arbeitet das System in derselben Weise wie im Vorstehenden für den Ausgleich bei Sinken der Leitungsspannung zwecks Konstanthaltens der Tourenzahl beschrieben wurde. Bei plötzlicher Entlastung des Motors, infolge deren die normale Tourenzahl überstiegen wurde, arbeitet das System so, wie im Vorstehenden für den Ausgleich bei erhöhter Leitungsspannung beschrieben wurde.
Der Filter soll, wie erwähnt, eine scharfe Abschaltung bewirken, anderseits soll letztere nicht zu scharf sein. Als Beispiel sei erwähnt, dass in einem bestimmten Fall als günstigste Neigung der Charakteristik die von ungefähr 25 : 1 gefunden wurde. Diese Neigung ist so steil, als mit der elforderliehen Stabilität eben noch verträglich ist. Um die Empfindlichkeit und Genauigkeit der Regulierung zu erhöhen, wurde die Wirkung der Verzögerungseinrichtung 42, 39 in das System eingeführt.
Die Verstärkerröhren 25 und 26 dienen als Vollwellengleichrichter dazu, die in der Sekundärwicklung 32 induzierten Ströme unter dem Einfluss der Gittersteuerung gleichzurichten, um die Energie für die Regulierfeldwicklung zu liefern. Die Überlagerung der Gleichspannung von der Leitung 6 auf die in der Wicklung 32 induzierten Spannungswellen erhöht den nützlichen Teil dieser Wellen durch
Erhöhung des positiven mittleren Wertes der den Anoden der Röhren 25 und 26 aufgedrückten resul- tierenden Spannung, oder mit andern Worten dadurch, dass praktisch genommen die Nullachse der Wellen nach unten verschoben wird.
Die Heizdrähte der Röhren 25 und 26 sind mit dem negativen Draht der Leitung 6 durch eine
Leitung 65 verbunden, und die Gitter dieser Röhren sind an den positiven Draht der Leitung 6 über die
Leitung 72 und den Widerstand 22 angeschlossen. Wenn die vom Motor erreichte Tourenzahl einer
Frequenz entspricht, die um ein Geringes höher ist als die dem Punkte p entsprechende Frequenz, so wird die Anode der Gleichrichterröhre 21 nicht mehr weiter mit Energie von genügender Spannung beliefert, um den Spannungsabfall zu überwinden, der im Widerstand 22 zufolge des von den Gittern der Röhren 25 und 26 durch den Draht 72 dem positiven Leitungsdraht entnommenen Stromes entsteht.
Da jetzt kein Raumstrom mehr durch den Detektor 21 fliesst, ist der durch das Regulierfeld 10 gehende
Strom stark, wobei die Gitter der Röhren 25 und 26 in bezug auf ihre Heizdrähte positiv sind. Es besteht daher eine sehr starke Tendenz, den Motor zu verlangsamen.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Regelanordnung für elektrische Maschinen mit einer Raumentladungsvorrichtung, einer auf Änderungen einer Betriebsgrösse der Maschine zwecks Beeinflussung der Entladungsvorrichtung reagieren- den Einrichtung und einer von der Entladungsvorrichtung aus beherrschten Hilfseinrichtung, die unab- hängig von vibrierenden Kontakten arbeitet und die betreffende Betriebsgrösse der Maschine (z. B. die
Tourenzahl eines Elektromotors) beeinflusst, dadurch gekennzeichnet, dass zwecks Verhinderung von
Pendelungen beim Regulierungsvorgang von der letztgenannten Hilfseinrichtung eine Rückwirkung auf die Entladungsvorrichtung ausgeübt wird.
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Control arrangement; for electrical machines.
The invention relates to regulating systems and aims at regulating mechanical or electrical operating factors (operating parameters), such as e.g. B. number of revolutions, frequency or voltage to ensure uniformity and accuracy.
It has already been proposed that electrical changes, which correspond to changes in an operating factor of an electrical machine, e.g. B. correspond to the number of revolutions of an electric motor, to press a space discharge device and to use the current delivered by this device for influencing or keeping the relevant operating factor constant. Furthermore, the arrangement of an auxiliary device controlled by the discharge device is known, which influences the relevant operating variable of the machine independently of vibrating contacts.
Also in the subject of the application, electrical changes, which correspond to a service factor of an electrical machine, are imposed on a space discharge device, the output current of which is used to influence the said service factor, although according to the invention the auxiliary device working without moving contacts acts back on the space discharge device for the purpose of preventing pendulum phenomena.
Another essential feature of the invention is the introduction of a time delay, the purpose of which is to make the pendulum phenomenon, namely the fluctuations or oscillations of the number of revolutions around a mean average value, suppressing processes particularly effective.
The special embodiment of the subject matter of the invention shown in the drawing has the features described above. The reaction with time delay is achieved by means of an overall device that is composed of the following elements: a resistor 40, 41 shunted to the regulating field winding, a capacitor 42, a high resistor 39, which are connected in series with part of the shunt resistor, and connecting lines 38 or 72 and 62 between the rectifier grid, filament and capacitor.
As an important feature of the subject matter of the invention, it should be mentioned that with the device, which reacts to the fluctuations of one of the factors listed above, in order to exert a regulating effect on the relevant factor. which, however, is not sufficient to fully compensate for the deviation within a certain limited time, another facility is connected which only comes into effect as a result of the activity of the former facility in order to exert a further regulating effect on the relevant factor which is combined with the former, However, it comes into effect later, and which is of such magnitude that the adjustment takes place precisely or completely in the given time.
1 of the drawing shows the circuit diagram of an embodiment and FIG. 2 shows a characteristic curve between voltage and number of revolutions or voltage and frequency.
The numerical values assumed below for number of revolutions, frequency, capacities, resistances, etc. are of course only to be regarded as examples.
It is therefore assumed that the number of revolutions of the engine 5 is to be kept constant, for example at 1200 revolutions per minute, even if any changes in the operating conditions occur, e.g. B. Changes in the voltage supplied by the line 6 for driving the motor
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Current, changes in the load on the motor, changes in temperature, etc.
The motor is shown as a direct current compound machine which, in addition to its permanent series field winding 7 and its shunt field winding 8, also has an auxiliary series field winding 9, which is used when the motor is started, and finally an auxiliary regulating field winding-M, which, as will be discussed below, is under the influence of a vacuum tube regulator. All of these field windings work accumulatively. An alternating current high frequency generator 11 is driven by the engine, which serves as a touring dynamo for the purpose of regulation and which, for example, gives 720 periods at 1200 revolutions per minute.
The generator has a toothed rotor 12 and a stator 1 ') with an excitation winding 14 and an armature winding 15. Both windings 14 and 15 are connected in series with the regulating resistors 16 and 17, respectively.
The generator current of 720 periods goes through a filter 20, which allows currents of a number of periods of up to 700 per second to pass easily, while reliably holding off current of higher frequency.
The output voltage of this filter is applied to the anode of a three-electrode rectifier tube (detector tube) 21, which via a coupling resistor 22 of, for example, 100,000 ohms
Grid potential of an amplifier A consisting of two three-electrode tubes 25 and 26 is influenced.
A capacitor 27 connected in parallel with the resistor 22 suppresses voltage fluctuations in this resistor. This capacitor can have a capacitance of, for example, a microfarad.
The current for the motor regulating field 10 emanates from its anodes via the discharge paths of the amplifier A, so that the amplifier controls the current passing through the regulating field, as will be described in more detail below. The heating wires of the tubes 21, 25 and 26 and the anodes of the amplifier tubes 25 and 26 are fed from a transformer 30. In addition, as will be discussed below, the mains voltage (line 6) also acts on the anodes of the amplifier tubes 25 and 26.
The primary winding 31 of this transformer is fed by two slip rings, which are connected to two electrically opposing collector segments of the motor and receive 80 volts from them at 20 periods per second. The two ends of a secondary winding 32 of the transformer are each connected to one of the anodes of the tubes 25 and 26; this winding supplies the anode current via a circuit which runs from the positive wire of the line 6 through the regulating field winding 10, the connecting wire 62, the two halves of the winding 32, the discharge paths of the tubes 25 and 26 and via the connecting wire 65 to the negative wire of the line 6 goes.
A secondary winding 35 of the transformer 31 is connected to the parallel heating filaments of the tubes 25 and 26 and a secondary winding 36 of this transformer is connected to the heating filament of the tube 21. The line 6 supplies the motor with direct current of 110 volts, for example, and it also receives the positive grid voltage taken and pressed through the branch line 72 and the resistor 2: 2 the grids of the amplifier tubes 25 and 26, while the heating wires of these tubes are connected to the negative wire of the line 6 by a wire 65.
A capacitor 37 connected in parallel to the regulating field winding 10 of the motor suppresses voltage fluctuations in this winding in the range of frequency numbers as result from the regulating effect of the amplifier A.
This capacitor can have a capacitance of 0.1 microfarads, for example. A wire? connects the grid of the linear tube via a high resistance 39 of 1 megohm with the junction of two series-connected resistors 40 and 41, which are parallel to the winding 10
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one side of it is connected to the grid by wire 38 and the other side to the heating wire by wire 7'2. The purpose of this circuit, as will be explained below, is to create a time delay in the reaction of the output circuit of the amplifier 25, 26 on the grid of the tube 21.
The capacitance of capacitor 42 can be about 1 microfarad, resistor 40 about 10,000 ohms and resistor 41 about 50,000 ohms.
The curve shown in FIG. 2 is the voltage frequency characteristic or voltage speed number characteristic of the combination of generator 11 and filter 20. The frequency changes with the rotational speed of the motor. When the motor increases in speed, starting from standstill, the voltage on the output side of the filter also increases as a result of the increasing terminal voltage of the generator 11 until the frequency number approaches the frequency c, which represents the cut-off frequency of the filter at 700 periods. Since the frequency rises above this cut-off frequency, the voltage on the output side of the filter drops.
For reasons to be clarified below, the constants of the system are chosen so that the point corresponding to the normal number of revolutions of the engine, for example point p, lies on the steeply sloping branch of the curve in the range of the cut-off frequency.
The engine is started by closing a switch (not shown) to connect the line 6 to the generator, which is also not shown and which supplies the operating current, so that current flows through the shunt field winding 8 of the motor via the fixed field resistor 50. The armature current for the motor flows from the positive wire through a starting resistor 52 of, for example, 3 ohms, through the starting series field winding 9, the permanent Seirenfeld winding 7 and
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the armature 5 back to the negative wire of the line 6. The motor thus starts up as a compound motor, which has a strong field and a fixed resistance in the armature circuit.
As soon as the motor has reached about 750 revolutions per minute, the voltage drop in the armature as a result of the counter-electromotive force has reached a value which is sufficient to cause a starter relay 53 to be actuated.
The winding of this relay is in the diagonal branch of a Wheatstone bridge. Two branches of this bridge consist of the resistance units 54 and 55, which have their point of connection at one end of the diagonal, a third bridge branch is formed by the starting resistor 52 and the field winding 9 and the fourth by the field winding 7 and the armature. The upper contact of this relay connects the right end of the permanent field winding 7 directly to the positive wire of the line 6, whereby the 3 ohm, series resistance 52 and the starting field winding 9 of the motor are short-circuited. This transforms the motor into an ordinary compound motor connected directly to the line.
The lower contact of the starting relay is in the line between the slip rings of the motor and the primary winding: 31 of the transformer 30, which carries a current of approximately 80 volts and a frequency of approximately 20 periods per second when the engine approaches its normal number of revolutions. As a result, the secondary winding 32 applies an anode voltage to the amplifier tubes 25 and 26, and an anode current of these tubes flows through the regulating field winding 10. This voltage is superimposed on the line voltage on the anodes in the way already indicated above.
At the same time, the alternator 11 supplies a current of high frequency to the filter 20, the output side of which is connected to the anode of the rectifier tube 21. Since this filter eliminates a very low frequency range (low pass filter) and the motor has already reached a considerable speed, but has not yet reached full normal speed, it is still working on the ascending branch of the curve in FIG. 2.
The tube current in the detector tube is relatively strong and generates a voltage drop in the 100,000 ohm coupling resistor 22, which causes the grids of the amplifier tubes 25 and 26 to be negatively charged and consequently suppresses the passage of a current through the regulating field of the motor. This gives the engine a weak field, which causes its number of revolutions to increase.
The number of revolutions of the motor will therefore continue to increase until it has reached that which corresponds to the cut-off frequency of the filter, whereupon the anode voltage of the detector tube suddenly decreases, as a result of which also the current that passes through the coupling resistor and also the negative charge on the grids of the amplifier tubes 25 and 26. This causes a sudden increase in the anode current in the amplifier, as a result of which the regulating field is strengthened and a further increase in the number of revolutions is prevented. The engine has thus achieved its normal number of revolutions.
When the generator starts up, the voltage produced by it at the discharge point of the filter is low and a positive potential applied to the grids of the tubes 25 and 26 through the resistor 22 from the line 6 tends to strengthen the regulating field. Where it is permissible for the auxiliary starting field 9 to be omitted, this effect of the regulator can be used to give the motor torque, the counter electromotive force and the field strength the values necessary for slow running of the motor.
The mode of operation of the device is described when the number of revolutions of the engine under variable operating conditions. z. B. is to be kept constant with fluctuating mains voltage or changing load. The point p (FIG. 2) is assumed as the point of the characteristic which corresponds to the normal number of revolutions of the engine. If the dynamo is running according to point p, every increase in the number of revolutions causes a voltage drop. When the voltage in the network increases, the number of revolutions of the unit increases and thus the frequency. This reduces the voltage on the output side of the filter and thus that of the anode of the tube 21.
As a result, the anode current of the tube 21 is also decreased, while the anode current of the tubes 25 and 26 is increased, which tends to prevent the number of revolutions from increasing. The amplification of the amplifier anode current causes a higher voltage in field 10 and consequently, ultimately, also an increase in the voltage which is effective from resistor 40 through resistor 39 to capacitor 42. Since the capacitor 42 is charged through the high resistance 39, there is a time delay and the voltage on the grid of the tube 21 will rise more slowly than if the capacitor 42 were not present.
The voltage in the capacitor does not rise immediately, but is delayed by a time interval which is directly proportional to the value of the resistor 39 and the size of the capacitor. This interval (delay period) should expediently be approximately of the same or a greater duration than the natural period of oscillation of the system (i.e. the time of a single oscillation back and forth at the oscillation frequency of the system). This time is greater, the greater the mechanical inertia of the system.
After this time delay, the negative voltage applied to the grid of the detector tube will therefore be increased, as a result of which the detector tube anode current will be reduced and this has the consequence that the regulating
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the arrangement consisting of the resistors 39, 40, 41, the capacitor 42 and the grid of the tube 21 will give the system both stability and accuracy.
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If, on the other hand, the line voltage suddenly drops, the voltage in the filter output circuit or the anode voltage of the tube 21 increases, as a result of which the anode current of the tube 21 is increased and the anode current of the tubes 25 and 26 is weakened, which has a tendency to decrease To prevent number of revolutions results. The compensation arrangement works in such a way that it brings about a further, but delayed, tendency to prevent a reduction in the number of revolutions.
Should the load on the engine become higher and try to reduce the number of revolutions below normal, the system will work in the same way as described above for compensating for a drop in line voltage in order to keep the number of revolutions constant. If the engine is suddenly relieved of load, as a result of which the normal number of revolutions has been exceeded, the system operates as described above for the compensation in the event of increased line voltage.
As mentioned, the filter should cause a sharp switch-off, on the other hand, the latter should not be too sharp. As an example it should be mentioned that in a certain case the most favorable slope of the characteristic was found to be approximately 25: 1. This slope is so steep that it is just compatible with the required stability. In order to increase the sensitivity and accuracy of the regulation, the effect of the delay device 42, 39 was introduced into the system.
The amplifier tubes 25 and 26 serve as full-wave rectifiers to rectify the currents induced in the secondary winding 32 under the influence of the grid control in order to supply the energy for the regulating field winding. The superposition of the DC voltage from the line 6 on the voltage waves induced in the winding 32 increases the useful part of these waves through
Increase in the positive mean value of the resulting voltage impressed on the anodes of the tubes 25 and 26, or in other words by the fact that, practically speaking, the zero axis of the waves is shifted downwards.
The heating wires of the tubes 25 and 26 are with the negative wire of the line 6 through a
Line 65 connected, and the grids of these tubes are connected to the positive wire of line 6 via the
Line 72 and resistor 22 connected. If the number of revolutions achieved by the engine is one
If the frequency corresponds to that which is slightly higher than the frequency corresponding to the point p, the anode of the rectifier tube 21 is no longer supplied with energy of sufficient voltage to overcome the voltage drop that occurs in the resistor 22 as a result of the grid of the Tubes 25 and 26 through the wire 72 of the positive lead wire drawn current is produced.
Since there is no longer any room current flowing through the detector 21, the one passing through the regulating field 10 is
Current strong, the grids of tubes 25 and 26 being positive with respect to their heating wires. There is therefore a very strong tendency to slow the engine down.
PATENT CLAIMS:
1. Control arrangement for electrical machines with a space discharge device, a device that reacts to changes in an operating variable of the machine for the purpose of influencing the discharge device and an auxiliary device controlled by the discharge device that works independently of vibrating contacts and the relevant operating variable of the machine (e.g. B. the
Number of revolutions of an electric motor), characterized in that in order to prevent
Oscillations during the regulation process of the latter auxiliary device exerted a reaction on the discharge device.