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Relaislose elektrische Regeleinrichtung mit einer Drosselspule, deren
Gleichstromvormagnetisierung gesteuert wird Bei den in der Elektrotechnik auftretenden
Regelaufgaben ist es meist erforderlich, bei einer geringen Abweichung des Istwertes
vom Sollwert der zu regelnden elektrischen Größe (Betriebskenngröße) beträchtliche
Leistungen zu steuern, durch die auf die Betriebskenngröße entsprechend eingewirkt
wird. Es werden deshalb für diese Zwecke meist relaisähnliche, mit Kontakten arbeitende
Geräte verwendet. Der Nachteil dieser Einrichtungen liegt in der Abnutzung und Unsicherheit
der Kontakte, im verwickelten mechanischen Aufbau, in der Trägheit, in der Unempfindlichkeit
infolge Reibungswiderstände - u. a. m. Die Erfindung vermeidet diese Nachteile,
und zwar durch Benutzung von in .besonderer Weise ausgeführten und bemessenen Drosselspulen,
deren Scheinwiderstand durch Gleichstromvormagnetisierung geändert wird. Durch Gleichstrom
vormagnetisierte und auf diese Weise gesättigte Drosselspulen sind an sich bekannt;
sie nehmen bekanntlich bei gleichbleibender Wechselspannung einen um so größeren
Wechselstrom auf, je größer die Gleichstromerregung ist. Es ist auch bekannt, die
Gleichstromerregung von dem von der Drosselspule aufgenommenen Wechselstrom etwa
durch Verwendung von Trockengleichrichtern abhängig zu machen. Es wird dann bei
größerem Wechselstrom auch eine stärkere Gleichstromerregung ausgeübt, so daß sich
wiederum ein um so. größerer Wechselstrom ergibt. Durch eine solche Anordnung wird
erreicht, daß die Steigerung des von der Drosselspule aufgenommenen Wechselstromes
(Drosselspulenstromes) wesentlich größer ist als die Steigerung der im Drosselspulenstromkreis
wirksamen Spannung. Diese Wirkungsweise
kann für inancheZwecke
vorteilhaft ausgenutzt werden, jedoch genügt sie für die meisten Regelaufgaben nicht,
.da bei diesen eine Empfindlichkeit von wenigen Hundertsteln des Sollwertes oder
sogar von einem Bruchteil davon gefordert wird.
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Die Erfindung erfüllt diese Forderung nach einer hohen Empfindlichkeit
durch eine solche Bemessung der Wicklungen und des Kraft= linienpfades der Drosselspule,
daß beim Sollwert der zu regelnden Betriebskenngröße die Abhängigkeit des Drosselspulenstromes
von der die @'ormagnetisierung hervorrufenden Gleichstromerregung einerseits und
die vorzugsweise mit Hilfe von Gleichrichtern bewirkte Abhängigkeit der Gleichstromv
ormagnetisierung von Drosselspulenstrom andererseits in einem weiten Bereich einander
gleich sind, so daß sich der Drosselspulenstro@m beim Sollwert der Betriebskenngröße
innerhalb eines gewissen Wertebereiches im indifferenten Gleichgewicht befindet,
dagegen bei einer kleinen Abweichung der Betriebskenngröße vom Sollwert infolge
Störung dieser Gleichheit einen am Rande oder außerhalb dieses Bereiches liegenden
Wert eindeutig annimmt. Zur näheren Erläuterung des grundlegenden Erfindungsgedankens
sei die Einrichtung im folgenden an Hand der Abb. i a bis i i an einem konkreten
Beispiel erörtert. Die Abb. i a stellt die an sich bekannte Schaltung einer gleichstromvormagnetisierten
Drosselspule dar, deren Gleichstromvormagnetisierung durch den die Drosselspule
durchfließenden Wechselstrom selbst beeinflußt wird (Drossel mit rückgekoppelter
Gleichstromvormagnetisierung). Die dreischenkelige Drosselspule trägt auf ihren
äußeren Schenkeln Wechselstromwicklungen i, die in Reihe mit einem -Nutzwiderstand?
an ein Wechselstromnetz mit der Spannung LT - geschaltet sind. Der mittlere Schenkel
trägt dieGleichstromvormagnetisierungswicklungen, von denen die eine als Haupterregung
3 über einen Gleichrichter 5 im Wechselstromkreis der Drosselspule selbst liegt,
während die einen entgegengesetzten Fluß erzeugende Gegenerregung 4 an eine unabhängige
Gleichspannungsquelle angeschlossen ist.
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Der die Drosselspule durchfließende Wechselstrom J ist gegeben durch
den Quotienten aus der angelegten Spannung und dem Scheinividerstand des Kreises,
welch letzterer nun infolge der Gleiclistro:mvo:rmagnetisierung selbst wiederum
vom Drosselspulenstrom abhängig ist. Der Strom, der sich unter dem Einfluß dieser
Wechselwirkung tatsächlich einstellt, wird in bekannterWeise ähnlich wie bei einem
selbsterregten Generator gefunden, indem man den Schnittpunkt der im folgenden erläuterten
beiden Kennlinien des Systems bestimmt. Die für die Eisensättigung und damit für
den Scheinwiderstand der Drosselspule maßgebende Größe ist die im Mittelschenkel
der Spule erzeugte magnetomotorische Kraft, welche gleich ist der algebraischen
Summe der Amperewindungen der beiden Wicklungen 3 -,und .4. Ist il der in einem
bestimmten Umlaufsinn durch die Spule 3 (Windungszahl w1) fließende Strom und i,
der im entgegengesetzten Sinne durch die Spule 4 (Windungszahlfließende Strom, dann
ist die resultierende Gleichstromvormagnetisierungserregung S, die im folgenden
einfach kurz als Vormagnetisierung bezeichnet «-erden möge, gegeben durch
S - 1 A W _--_ ilwn - i,w.=. (i) Bei verschwindender Vortnagnetisierung,
also bei nicht gesättigtem Eisenkern, ist die Selbstinduktion und damit der Scheinwiderstand
der Spule am größten, während bei wachsendem .S der Widerstand abnimmt und dementsprechend
der bei einer gegebenen Spannung die Spule durchfließende Strom zunimmt. Trägt man
also die Stärke des durch die Spulen i der Drossel fließenden Wechselstromes J als
Funktion der Gleichstromerregung S auf, so: erhält man V-förmige Kurven nach Art
der in Abb. i b dargestellten. Als Paranneter dieser Kurven tritt noch die an den
Spulen i liegende Wechselspannung L'- auf: die in Abb. i b gezeichneten Kurven
a, b, c, c!
gehören zu verschiedenen Spannungen, und zwar entspricht die Kurve
a. der niedrigsten, cl der höchsten Spannung. Wegen ihrer annähernd V-förmigen Gestalt
seien die Kennlinien der Abb. i b im folgenden kurz als V-Kurven bezeichnet. Ihr
Verlauf gibt an, wie bei gegebener Spannung an der Drosselspule der die Drossel
durchfließende Strom (Drosse-lspulenstroml von der Vormagnetisierung S abhängt.
Andererseits ist S selbst wieder von J abhängig, denn die Haupterregungswicklung
3 wird ja unter Vorschaltung eines Gleichrichters 3 vom Drosselspulenstrotn selbst
durchflossen, also ist der -Mittelwert von il gleich dem Mittelwert des Absolutbetrages
des Wechselstromes J. Demnach wird il proportional dem Effektivwert von J, und zwar'
gilt für :den Fall idealer Vollweggleichrichtung und unverzerrten sinusförmigen
Wechselstromes
Trägt man diese Abhängigkeit in einem zweiten J-S-Diagramm (Abb. i c) auf, so erhält
man zunächst für den Fall, daß die Gegenerregungsspule stromlos bleibt (i, = o),
eine durch den :Nullpunkt gehende Gerade. Der Winkel x, den diese Gerade mit der
S-Achse
einschließt, ist von der Windungszahl w1 abhängig, und zwar gilt unter den der Gleichung
(2) zugrunde liegenden Voraussetzungen cot a = o' g w1 . (3) Diese die Abhängigkeit
der Vormagnetisierung S vom Drosselspulenstrom J darstellende Gerade sei im folgenden
der Kürze halber als die Erregungslinie der Drosselspule bezeichnet. Ihr Neigungswinkel
a läßt sich gemäß Gleichung (3) durch die Windungszahl zu, der SpulE 3 von vornherein
beliebig einstellen. Man kann natürlich auch bei schon fertiggestellter Drosselspule,
also festliegendem Wert von zul, den Winkel a nachträglich noch vergrößern, indem
man an die Klemmen der Wicklung 3, also parallel zur Spule 3, einen Nebenschlußwiderstand
R" in den Stromkreis des Gleichrichters 5 schaltet. Dann wird nur ein Teil des gleichgerichteten
Stromes durch die Spule 3 fließen und die VormagnetisierungS kleiner ausfallen als
ohneWiderstand; daher wird die Erregungslinie steiler, also mit einem größeren Neigungswinkel
a verlaufen. Durch Verkleinerung des Nebenwiderstandes R" kann der Winkel
a immer mehr vergrößert werden.
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Sobald man nun durch die Gegenerregungsspule 4 ebenfalls einen Strom
schickt, und zwar einen von J unabhängigen Strom i2, wird gemäß Gleichung (i) die
gesamte Vormagnetisierung S um den von J unabhängigen Betrag i2, w2 verkleinert.
Graphisch bedeutet, dies, wie in Abb. i c dargestellt, daß die Erregungslinie im
J-S-Diagramm parallel zu sich selbst um das Stück i=, w, nach links verschoben wird.
Daraus ergibt sich, daß man. durch Wahl von z,al, w2, i2 und gegebenenfalls durch
einen pärallel zur Spule 3 liegenden Nebenwiderstand Rrz die Lage der Erregungslinie
beliebig einstellen kann, und zwar wird durch zu, und durch den Nebenwiderstand
R" die Neigung der Erregungslinie und durch zu, und i. ihr Schnitt mit der Abszissenachse
beeinflubt.
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Auch die Gestalt und Lage der V-Kurv en läßt sich durch die Bemessung
der Einzelteile der Schaltung von Abb. i a beeinflussen. Die Größen, von denen die
Gestalt und Lage der V-Kurven abhängen, sind: die Windungszahl der Wechselstro:mwicklung
i, die Länge und der Ouerschnitt des magnetischen Kraftlinienpfades im Eisen sowie
die Breite eines gegebenenfalls vorgesehenen Luftspaltes im Kraftlinienpfad und
schließlich die magnetischen Eigenschaften des Eisenkernes selbst.
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Die experimentelle Ermittlung der in Abb. i b dargestellten V'-Kurven
erfolgt praktisch in der Weise, daß man die durch die Reihenschaltung der Spulen
i und 3 erzeugte Rückkopplung löst und die Spule 3 von einem von J unabhängigen
Strom il durchfließen läßt. Stellt man sodann wieder die Rückkopplung in Form der
durch Abb. i a dargestellten Schaltung her, so muß der Strom J gleichzeitig den
durch die V-Kurven (Abb. i b) und die Erregungslinie (Abb. i c) dargestellten Bedingungen,
genügen. Man hat also für die vorgegebenen Parameterwerte U, a" w2 und 'i2 die zugehörige
V:Kurve und die dazugehörigen Erregungslinien in einem Diagramm zu zeichnen; dann
gibt die Ordinate des Schnittpunktes beider Kurven die Stromstärke des unter diesen
Bedingungen fließenden Drosselspulenstromes an. In Abb. i d sind die Schnittpunkte
einer zu einem bestimmten Gegenerregungsstrom i2 gehörigen Erregungslinie mit zwei
zu den Spannungen U1 und U2 gehörigen V-Kurv en mit P1 bzw. P2 bezeichnet. Die zugehörigen
Ordinaten J1 bzw. J2 geben die Ströme an, die bei den Spannungen U1 bzw. U_ durch
die Drosselspule fließen. Aus Abb. i d ist leicht zu erkennen, daß
um so größere Werte annimmt, je kleiner der Winkel ist, unter dem die Erregungslinie
die V-Kurven schneidet.
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Eine Verschiebung des Schnittpunktes und damit eine Änderung des Drosselspulenstromes
J kann man natürlich auch durch eine Parallelverschiebung der Erregungslinie, also
durch eine Änderung des Gegenerregungsstromes i2- erzielen. Auch für diesen Fall
gilt, daß
um so größer wird, je kleiner der Schnittwinkel zwischen Erregungslinie und V-Kurven
ist.
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Wenn nun der Drosselspulenstrom J beispielsweise zur Beeinflussung
des Feldes eines Generators verwendet wird und wenn p irgendeine zu regelnde Betriebskenngröße,
z. B. die Generatorspannung L" ### ist, so wird die Regelung um so empfindlicher
werden, je größer
beim Sollwert von p ist.
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Der Erfindungsgedanke besteht nun darin, eine völlige Konstanthaltung
der Betriebskenngröße p dadurch zu erreichen, daß man
über alle Grenzen wachsen läßt, was durch eine solche Bemessung und Abgleichung
der 'im Drosselspulenkreis liegenden Schaltelemente geschehen kann, daß die V-Kurven
und die Erregungslinien miteinander über einen weiten Bereich zur Deckung kommen.
Während also gemäß Abb. i d die \f-Kurven und die
Erregungslinien
einander unter einem endlichen Winkel schneiden, haben die beiden Kurven gemäß dem
in Abb. i e zum Ausdruck gelangenden Erfindungsgedanken über einen endlichen Bereich
hinweg einen gemeinsamen Verlauf; zwischen den Punkten A und B deckt sich die V-Kurve
mit der Erregungslinie vollständig. An Stelle eines einzigen wohldefinierten Schnittpunktes
der beiden Kurven, also an Stelle eines einzigen Ordinatenwertes für J tritt dann
ein endlicher Deckungsbereich, also ein kontinuierlicher, von JA bis JB reichender
Wertebereich für den Drosselspulenstrom : das System befindet sich innerhalb dieses
Wertebereiches von J im indifferenten Gleichgewicht. Dies gilt natürlich für jene
Spannung LT = Uo. die zu der gezeichneten Kurve aus der Schar der V-Kurven gehört.
Bei einer Abweichung der Spannung vom Werte U, nach der einen oder anderen Richtung
entstehen, wie in Abb. i f dargestellt, wieder scharfe Schnittpunkte I und II, von
denen der eine bei niedrigen, der andere bei hohen I-Werten liegt. Der Drosselspulenstrom
steigt also bei Überschreiten des Wertes 4#U = LT, der Spannung sprunghaft auf einen
viel größeren Wert an, während er bei der Spannung U, selbst beliebige Werte innerhalb
eines bestimmten endlichen Bereiches annehmen kann (indifferentes Gleichgewicht).
Die Abhängig= keit des Drosselspulenstromes J von der Spannung Uist in Abb. i g
dargestellt, in der an der Stelle L.' = ('To die Ableitüngä über alle Grenzen
wächst, wobei sich außerdem der lotrechte Verlauf der Kurve über ein größeres Ordinatenintervall
erstreckt.
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Die Verwirklichung des Erfindungsgedankens erfolgt durch die geeignete
Bemessung der Einzelteile der in Abb. i a dargestellten Schaltung. Wie oben erläutert
wurde, hängt die Gestalt der V-Kurve von folgenden Faktoren ab: Windungsza.hl der
Wechselstromwicklung i, Länge und Ouerschnitt des magnetischen Kraftlinienpfades,
magnetische Eigenschaften des Eisenkerns, Dicke eines gegebenenfalls eingeschalteten
Luftspaltes. Die Neigung bzw. Lage der Erregungslinien wird dagegen bestimmt durch
die oben aufgezählten Parameter zel und R" bzw. w. und i.. Die Lehre der Erfindung
geht nun dahin: Man soll die angegebenen Parameterwerte so bemessen bzw. aufeinander
abgleichen, daß die zum Soll wert der zu regelnden Betriebskenngröße gehörige V-Kurve
mit einer Erregungslinie über einen größeren Bereich zur Deckung kommt, in welchem
Bereich sodann der Drosselspulenstrom J sich im indifferenten Gleichgewicht befindet.
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Den Zweck und Wert dieser erfinderischen Maßnahme erkennt man am klarsten
aus der weiter unten beschriebenen Anwendung der Einrichtung *zur Spannungsregelung
eines Stromerzeugers. Es ist aber vorweg zu bemerken, daß die Einrichtung nicht
allein zur Regelung von Spannungen, sondern auch zur Konstanthaltung anderer Betriebskenngrößen
verwendet werden kann. Gemäß Abb. i e findet eine teilweise Deckung statt zwischen
einer Kurve aus der Schar der V-Kurven und einer bestimmten Geraden aus der Schar
der Erregungslinien. Eine Abweichung vom gemeinsamen Verlauf kann, wie in Abb. i
h dargestellt, auch verursacht werden durch eine kleine Verschiebung der Erregungslinie,
also z. B. durch eine kleine Änderung des Stromes i_. Wenn man daher J bei konstanter
Spannung U- als Funktion der Gegenmagnetisierung G = i., w, aufträgt, so erhält
man eine Kurve nach Abb. i i. Es tritt ein indifferentes Gleichgewicht bei einem
bestimmten Wert der Gegenmagnetisierung G = G, ein, der zu einem bestimmten Wert
des durch die Wicklung. fließenden Stromes i2o =G ° ge-
hört. Wenn man also
die Drossel aus einer von den Betriebskenngrößen unabhängigen und völlig konstant
gehaltenen Spannung (.,-
speist, kann man die Anordnung zur Konstanthaltung
eines Stromes i. verwenden. Daraus ergibt sich weiter die Möglichkeit einer Anwendung
zur Konstanthaltung einer Drehzahl, indem, man z. B. den Strom i@ durch eine mit
der zu regelnden Antriebswelle gekuppelte Tachometerdynamo erzeugt. Auch eine Änderung
der Frequenz verursacht durch Änderung des Scheinwiderstandes der Drossel eine Verschiebung
der V-Kurve und damit eine Abweichung vom Deckungszustand. Daraus ergibt sich, daß
die Anordnung zur Konstanthaltung verschiedener Betriebskenngrößen, wie z. B. von
Spannungen, Strömen, Drehzahlen und Frequenzen, verwendet werden kann.
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Für die Größe jener Gegenmagnetisierung G., die zu einer Deckung der
Kennlinien führen kann, wenn gleichzeitig der Neigungswinkel a der Erregungslinie
richtig gewählt wird, findet man einen Anhaltspunkt an Hand der Abb. i f. Wegen
der Symmetrie der V-Kurven ergibt sich nämlich, daß die Gegenmagnetisierung G0 für
sich allein (also bei stromloser Haupterregungsspule 3) eine Änderung des Drosselspulenstromes
im Betrag von dessen Anfangswert J, hervorrufen würde, wobei J, jener Strom
ist, der bei der gegebenen Spannung und bei der Gleichstromvormagnetisierung Null
durch die Drosselspule fließt.
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Der Vorteil, der sich aus der teilweisen Deckung von Erregungslinien
und V-Kurven und dem dadurch erzielten indifferenten Gleichgewicht des Drosselspulenstromes
ergibt, läßt
sich am deutlichsten an Hand der in Abb. 7 a dargestellten
Schaltung der Regeldrossel zur Konstanthaltung einer Generatorspannung klarmachen.
Mit Hilfe dieser Schaltung kann die Regeldrossel zur selbsttätigen Feldregelung
einer elektrischen Maschine ohne Zuhilfenahme eines mechanisch bewegten Teiles
be-
nutzt werden. Es wird vorausgesetzt, daß die betreffende Maschine zwei
Erregerwicklungen besitzt, von denen die eine in normaler Weise, etwa von einer
eigenen Erregermaschine, erregt wird, während die andere Erregerwicklung über Gleichrichter
in Reihe mit der gemäß der Erfindung abgeglichenen Regeldrossel geschaltet ist,
und zwar in solchem Sinne, daß beide Erregerwicklungen einander entgegenwirken.
Eine solche Anordnung ist in Abb. 7 a dargestellt, in der wieder i bis 5 die gleichen
Bestandteile bedeuten wie in Abb. i a. 6 ist ein Gleichrichter, der zur Erzeugung
der Gleichspannung dient, mit welcher die Gegenmagnetisierungswicklung4 erregt wird.
12 ist die zu regelnde elektrische Maschine, beispielsweise ein Einphasengenerator,
131 die zugehörige Erregermaschine, 14 die Erregerwicklung der letzteren, 15 der
zugehörige Feldregler für Handbetätigung, 16 die Haupterregerwicklung der Maschine
12 und 17 die von der Drosselspulenanordnung i bis 6 gespeiste Erregerwicklung,
die der Haupterregung entgegenwirkt. Die Wicklung 17 spielt im vorliegenden Falle
die Rolle des. Nutzwiderstandes, welcher in Abb. i a mit 2 bezeichnet worden war.
Es sei nun w3 die Windungszahl der vom. Strom is der Erregermaschine 13 durchflossenen
Wicklung 16 und w4 die Windungszahl der Spule 17, welche in Reihe mit der Wicklung
3 liegt und daher so wie diese vom gleichgerichteten Drosselspulen-Strom i1 durchflossen
wird. Da die Wicklungen 16 und 17 gemäß obiger Voraussetzung einander entgegenwirken,
ist die resultierende Felderregung F des Generators 12 gegeben durch die algebraische
Summe der Amperewindungen beider Spulen: F=23W3-i]w4. (5)
Die zur Aufrechterhaltung
der Generatorspannung U, erforderliche Felderregung F hängt nun vom Belastungszustand
des Generators ab; sie ist z. B.' bei Vollast und cos p = o,8 rund doppelt so groß
wie im Leerlauf. F1 sei die Felderregung des Generators bei Vollast und F2 jene
im Leerlauf, welche die Generatorspannung angenähert auf ihrem Sollwert er: hält.
Wenn die Spannungsregelung selbsttätig sein soll, muß bei konstantem Strom i3 der
Erregermaschine 13 die Änderung des Drosselspulenstromes il allein genügen, um die
bei Lastwechsel erforderliche Änderung der Felderregung herbeizuführen. Gemäß den
Gleichungen F1 --. i3 w3 - w4 und F2 = '3W3 - i @i@ w4 (6)
muß sich dann der gleichgerichtete Drosselspulenstrom bei Lastwechsel zwischen den
Grenzen i(1) und i(i) verändern können, wobei < i(i) ist und dementsprechend
gemäß Gleichung (2) der Effektivwert des durch die Drosselspule fließenden Stromes
J zwischen den Grenzen J, = 1, i i i und J2 = 1, I I i I') liegt, (7) wobei J1 <
J2 ist.
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Wenn man nun die in Abb. 7 a dargestellte Schaltung verwendet, ohne
die den Gegenstand der Erfindung bildende Bemessung der Schalteiemente vorzunehmen,
welche die in Abb. i e dargestellte Kurvendeckung bewirkt, so, wird sich der Gleichgewichtszustand
zwischen Strom und Spannung der Maschine so, verschieben, wie es in Abb. i d dargestellt
ist: bei Belastung sinkt die Spannung bis zu einem unterhalb des Sollwertes gelegenen
Wert U1, der dadurch gegeben ist, daß der Schnittpunkt P1 der zugehörigen V-Kurve
mit der Erregungslinie die Ordinate J1 hat. Im Leerlauf muß in entsprechender Weise
die Spannung auf einen höheren Wert U2 steigen. Wie man aus der Ab#b. i d erkennt,
wird die Spannungsabweichung U2 - U1 um so kleiner, je kleiner der Winkel zwischen
V-Kurv en und Erregungslinien wird. Sobald .man nun die Schaltelemente des Regeldrosselkreises
gemäß der Erfindung nach Abb. i e so abgleicht, daß die zum Sollwert der
Spannung U, gehörige V-Kurve mit der Erregungslinie über den Bereich von A bis B
zur Deckung kommt, dann wird die zur Regelung der Felderregung der Maschine nötige
Änderung des Drosselspulenstromes ohne Spannungsänderung vor sich geben können,
d. h. also, es tritt eine Regelung auf wirklich konstante Spannung ein. Voraussetzung
ist dabei, daß das durch die Gleichungen (6) gegebene Stromintervall Jx . . .
1.
innerhalb des in Abb. i e mit JA ... TB bezeichneten
Ordinatenintervalls des Deckungsbereiches A, B der beiden Kurven liegt. Die
Wirkung der erfinderischen Maßnahme besteht also darin, die Genauigkeit der Regelung
auf ein solches Höchstmaß zu bringen, daß beim Durchlaufen des ganzen Regelbereiches
vom Leerlauf bis Vollast keine nennenswerte Abweichung der zu regelnden Betriebskenngröße
vom Sollwert eintritt.
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Die Wirkungsweise ist in Abb. 7 b näher erläutert, in welcher Co die
Spannüngskennlinie (Klemmenspannung U) der Maschine 12 bei Leerlauf und C,, die
Spannungskennlinie bei einem der größten vorkommenden Last entsprechenden
äußeren
Verbraucherwiderstand in Abhängigkeit von der Erregung AW darstellt. Die Erregung
Abi,' setzt sich aus den beiden Komponenten AW" und All=', zu-
sammen; die
erstere rührt von der Haupterregerwicklung 16 her und ist demnach. als konstant
anzunehmen, die letztere rührt von der Gegenerregerwicklung 17 her und weist
demgemäß einen etwa der Abb. i g entsprechenden Verlauf auf. Der in Abb. 7b dargestellte
Verlauf der resultierenden Erregung AW in Abhängigkeit von der Klemmenspannung U
läßt erkennen, daß sich bei allen Belastungszuständen bzw. bei allen in Beträcht
kommenden Verbraucherwiderständen selbsttätig gerade jene Erregung ergibt, die!
für die Erzielung der Sollspannung TI" erforderlich ist.
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Zur Erzielung der erförderlichen Kennlinien können zweckmäßig auch
Kondensatoren etwa in Reihen- oder Parallelschaltung zur Drosselspule verwendet
werden. Solche Einrichtungen dürfen aber nicht mit Anordnungen verwechselt werden,
bei denen das sogenannte Kippen der Drosselspule durch den Kondensator hervorgerufen
wird: abgesehen von dem andersartigen Aufbau weisen die letztgenannten Anordnungen
Eigenschaften auf, die sie für Regelzwecke unbrauchbar machen: das Kippen nach oben,
also bei steigender Spannung, erfolgt bei einem wesentlich höheren Spannungswert
als das Kippen nach unten. Wenn auch unter Umständen eine kleine Verschiedenheit
dieser beiden Werte erwünscht sein kann, so macht doch eine große Verschiedenheit,
die sich bei Kondensatoranordnungen ergibt, solche Anordnungen für Regelzwecke im
allgemeinen unbrauchbar.
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Die bei der vorzugsweisen Ausführung der Erfindung erforderliche lineare
Abhängigkeit des Drosselspulenstromes von der Gleichstromvormagnetisierung ergibt
sich in günstiger Weise, wenn der magnetische Widerstand der Drosselspule überwiegend
im Eisenweg der Kraftlinien liegt. Daher ist es zweckmäßig, die Drosselspule so
zu bemessen, daß ;las, Oüadrat der Länge der magnetischen Pfade im Verhältnis zu
dem von denselben umschlossenen Fensterquerschnitt des Eisenkernes vergleichsweise
groß ist. Diese Forderung führt unter Umständen bei größeren Leistungen der Drosselspule
zu ungewöhnlichen Bauformen, und es kann deshalb vorteilhaft sein, an Stelle einer
einzigen großen Drosselspule mehrere kleine zu verwenden, deren einzelne Wicklungen
zweckmäßig miteinander in Reihe geschaltet werden.
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Wie aus obigem hervorgeht, müssen zur scharfen Ausprägung des sprunghaften
Anstieges des Drosselspulenstromes die Scheinwiderstände des Drosselspulenstromkreises
und die Gegenvormagnetisierung genau aufeinander abgestimmt sein. Es können deshalb
die Widerstandsänderungen, die durch Temperaturänderungen der Wicklungen infolge
der Erwärmung durch den Strom eintreten, unter Umständen stören. Eine nähere Untersuchung
zeigt nun, daß die Widerstandserhöhung im Drosselspulenstromkreis (i, 2; siehe Abb.
i a ) durch eine Widerstandserhöhung im Stromkreis der Gegenvormagnetisierung .f
ausgeglichen werden kann. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung werden deshalb
die thermischen Zeitkonstanten und die mittleren Übertemperaturen beim normalen
Betriebszustand so. aufeinander abgestimmt, daß die Einflüsse der Widerstandsänderungen
infolge Stromwärme sich gegenseitig aufheben.
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In vielen Fällen, in denen die im Drosselspulenstromkreis wirksame
Spannung L.' die zu regelnde Betriebskenngröße ist, steht für die Speisung der in
Abb. i a mit .4 bezeichneten, 'zur gegensinnigen Vormagnetisierung dienenden Wicklung
überhaupt kein konstanter Gleichstrom zur Verfügung. Es kann dann die Erregung von
Wechselspannung L-über Gleichrichter 6 abgenommen werden, wie dies in Abb. a dargestellt
ist. Bei dieser Anordnung ergibt sich im wesentlichen die gleiche Kennlinie wie
die in Abb. i g dargestellte, d. h. der Sprung des Drosselspulenstromes tritt bei
einer relativen Abweichung der Spannung U auf, die von der Größenordnung eines Prozentes
ist. Soll dieser Bereich noch weiter herabgesetzt werden, so ist die gegensinnige
Vormagnetisierung gemäß einer Weiterbildung der Erfindung so vorzunehmen, daß sie
mit zunehmender Netzspannung abnimmt. Eine solche Anordnung ist in -AM. 3
dargestellt, und zwar erfolgt bei dieser die Speisung der Wicklung. über die Gleichrichter
6 von einer Spannungssumme, deren einer Summand die an der in Reihe mit dem Kondensator
8 an der Spannung U liegenden gesättigten Drosselspule 7 herrschende Spannung ist
und deren anderer Summand die mittels des Transformators 9 um i8o elektrische
Grade phasenverschobene Netzspannung ist. Bei zunehmender Wechselspannung L% wächst
die Sättigung der Drosselspule 7, und wegen des hiermit verbundenen Sinkens des
Blindwiderstandes tritt eine Änderung des Phasenwinkels und damit eine Drehung des
Spannungsvektors der an ihr herrschenden Spannung ein, und durch diese Drehung ergibt
sich wiederum eine Verminderung der zur Speisung der Wicklung .1. verwendeten Summenspannung.
Die Verminderung der gegensinnigen Vormagnetisierung bei steigender Netzspannung
kann auch durch Verwendung einer
zweiten Drosselspulenanordnung
erzielt werden, die gemäß der Erfindung abgeglichen ist. Dies wird weiter unten
beschrieben. werden.
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Aus den Abb. i b und i d ist ersichtlich, daß die im unteren Bereich
geradlinigen V-Kurven J = J (,S) im oberen Bereich gekrümmt sind. Um nun gegebenenfalls
den Sprung des Drosselspulenstromes J über den geradlinigen Teil hinaus vergrößern
zu können bzw. um überhaupt auch eine von vornherein gekrümmte V-Kurve, wie z. B.
die Kurve b von Abb. i b, verwenden zu können, ist es manchmal zweckmäßig, in Reihe
zur HaupterregungssPule 3 wechselstromseitig eine g& sättigte Drossel und parallel
zu beiden einen Scheinwiderstand zu schalten. Eine solcheAnordnung ist in Abb. 4
dargestellt, in der wieder di,e gleichen Bezeichnungen wie in Abb. 2 gelten und
.in der mit ro diemittelbar inReihe zur Hauptvormagnetisierungswicklung 3 geschaltete
Drosselspule und mit i i der Scheinwiderstand bezeichnet wird, der parallel zur
Drosselspule io und zur Gleichrichteranordnung 5 geschaltet ist. Bei einer Zunahme
des Drosselspulenstromes steigt.dieEisensättigung in der Drossel io; .damit verringert
sich ihr Widerstand, unddieVerzweigungdesDrosselspulenstromes in einen,über den
Gleichrichter 5 in die Hauptvormagnetisierungswicklung3 fließenden Teil und einen
über den Nebenwiderstand i i fließenden Teil wird zugunsten des ersteren Teils geändert.
Hierdurch wird bewirkt, daß die Stärke der Hauptvormagnetisierung und damit auch
die resultierende Vormagnetisierung S mit einer höheren als der ersten Potenz des
Drosselspulenstromes wächst. Während also die Erregungslinien S = S (J), wie in
Abb. i c dargestellt, nach den ursprünglichen Ausführungsformen (Abb. i a bzw. und
3) Gerade waren, sind die entsprechenden Erregungslinien für die in Abb. 4 dargestellte
Ausführungsform nach unten gekrümmt, und diese Krümmung kann durch geeignete Abgleichung
der Scheinwiderstände der Wicklungen 3, io und ii so gewählt werden, daß eine Deckung
der Erregungslinie mit der zum Sollwert der Betriebskenngröße gehörigen V-Kurve
eintritt.
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In besonderen Fällen kann es erwünscht sein, daß die bei den Werten
U, bzw. G, nach den Abb, i g bzw. i i nahezu senkrecht verlaufende Kennlinie des
Drosselspulenstromes in einem bestimmten Maße geneigt ist. Dieser Fall liegt beispielsweise
bei einem Spannungsrelais vor, das zur selbsttätigen Steuerung eines Stu@fentransfo,rrnators
dient. Bekanntlich müssen solche Steuerrelais eine gewisse Unempfindlichkeit aufweisen,
die der Größe der Stufenspannung des gesteuerten Transformators entspricht. Es darf
also in diesem Falle bei steigender Spannung der Sprung des Drosselspulenstromes
nach aufwärts erst bei einem etwas größeren Spannungswert erfolgen als der Sprung
nach abwärts bei abnehmender Spannung. Bei dem Erfindungsgegenstand kann dies in
sehr einfacher Weise und in regelbarem Ausmaß durch eine geringfügige Vergrößerung
der gegensinnigen Vormagnetisierung über den Wert G, (Abb. i f) hinaus bei gleichzeitigerVerringerung
des Neigungswinkels a erreicht werden. Die Abb. i k stellt die Verhältnisse dar,
die sich bei einer solchen Abgleicbung der Kennlinien ergeben. An Stelle der Deckung
über einen gewissen Bereich treten drei Schnittpunkte auf, von denen der mittlere
labil ist, so daß bei Überschreiten eines bestimmten Spannungswertes der Strom nach
oben kippt, wobei gleichzeitig die Spannung an der Drossel sinkt. Die zugehörige
J-U-Kennlinie des Systems ist in Abb. 5 a dargestellt. Durch eine Verminderung der
Gegenvormagnetisierung bei gleichzeitiger Vergrößerung von a entsteht dagegen ein
Schnittpunkt, wie in Abb. id dargestellt, und die zugehörige J-U-Kennlinie hat keinen
lotrechten Verlauf mehr, sondern die in Abb. 5 b dargestellte abgeschrägte Gestalt.
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Gemäß einer Weiterbildung des Erfindungsgedankens können besonders
große gesteuerte Leistungen und eine besonders scharf ausgeprägte sprunghafte Abhängigkeit
des Drosselspulenstromes von der Betriebskenngröße durch die stufenweise Hintereinanderschaltung
zweier oder mehrerer gleichstromvormagnetisierter Drosselspulen bei Anwendung der
Bemessung gemäß der Erfindung erzielt werden: der gleichgerichtete Strom der ersten
Drosselspule (Steuerdrosselspule) wirkt auf die Gleichstromerregung der zweiten
Drosselspule (Verstärkerdrosselspule). Die Leistung der Steuerdrosselspule kann
dann wesentlich kleiner gewählt werden als die der Verstärkerdrosselspule. Weiterhin
kann die Hintereinanderschaltung der beiden Drosselspulen so vorgenommen werden,
daß der Strom der Steuerdrosselspule auf die gegensinnige Vormagnetisierung der
Verstärkerdrosselspule wirkt. Bei Überschreitung des Sollwertes. der Spannung U,
im Steuerdrosselspulenkreis ergibt der Anstieg des Steuerdrosselspulenstromes eine
bedeutende Verstärkung der Gegenvormagnetisierung der Hauptdrosselspule, so daß
der Strom in dieser plötzlich sprunghaft absinkt. Abb. 6a stellt eine solche Anordnung
dar; in derselben bedeuten wiederum i bis 6 die gleichen Teile der Steuerdrosselspule
wie in Abb. :4., ioi bis io6 die entsprechenden Teile der Verstärkerdrosselspule
und io2 .den äußeren Scheinwiderstand des Verstärkerdrosselspulenstromkreises, also
den eigentlichen Nutzwiderstand. Selbstverständlich kann bei dieser und bei der
weiter unten beschriebenen Anordnung,
an Stelle der beiden getrennten
Gleichrichteranordnungen 5 und io6 eine einzige Gleichrichteranordnung v erwendetwerden.Wie
aus einer näheren Untersuchung hervorgeht, ergibt sich bei der Anordnung gemäß Abb.
6 a eine Kennlinie gemäß Abb. 6b. In jenem Teil der Kennlinie, der unmittelbar rechts
vom Scheitel der Kurve von Abb. 6b liegt, entspricht also einer zu großen Regelspannung
U ein kleiner Drosselspulenstrom, einer zu kleinen Regelspannung ein großer Drosselspulenstrom.
Eine solche Kennlinie wird beispielsweise bei der weiter unten beschriebenen Anordnung
nach Abb. 16 verwendet.
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Die Einwirkung des Stromes der Steuer drosselspule auf,die Gegenvormagnetisierung
der Verstärkerdrosselspule kann auch entgegengesetzt wie bei der oben beschriebenen
Anordnung im Sinne einer Schwächung der Magnetisierung erfolgen; in diesem Falle
entspricht dann die Kennlinie grundsätzlich derjenigen der Abb. i g, jedoch tritt
der sprunghafte Anstieg des Drosselspulenstromes schon bei einer besonders kleinen
Steigerung der Regelspannung (T über ihren Regelwert ein. Die Hintereinanderschaltung
zweier Drosselspulenanordnungen gemäß der Erfindung kann nach einer Weiterbildung
d,es Erfindungsgedänkens auch so vorgenommen werden, daß der gleichgerichtete Strom
der Steuerdrosselspule auf die Hauptvormagnetisierung der Verstärkerdrosselspule
und der gleichgerichtete Strom der letzteren auf die Gegenvormagnetisierung sowohl
der Steuerdrosselspule als auch der Verstärkerdrosselspule wirkt. Durch eine solche
Anordnung wird erreicht, daß der Strom der Verstärkerdrosselspule in weitem Maß
von der Größe des Nutzwiderstandes unabhängig ist, weshalb sie besonders für Schweißzwecke
geeignet ist. Abb. 6 c stellt eine solche Anordnung dar; in der die gleichen Bezeichnungen
gelten wie in Abb. 6 a.
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Der grundsätzliche Erfindungsgedanke kann weiterhin durch eine entsprechende
Zusammenschaltung, vorzugsweise Brückenschaltung, von zwei oder mehreren Drosselspulen
so verwirklicht werden, daß der von Induktivität der gleichstromvormagnetisierten
Drosselspule (n) abhängige, auf die Vormagnetisierung einwirkende Strom JB mit zunehmender
Vormagnetisierung S abnimmt, so daß im Bereich des Sollwertes der Betriebslcenngröße,
z. B. beim Ansteigen der Spannung (T, ein sprunghafter Rückgang des Stromes Jß eintritt.
Eine solche Anordnung ist beispielsweise in Abb. 6 d dargestellt, in der i bis 4
bzw. i' bis d' die mehrfach beschriebene Drosselspulenanordnung gemäß der Erfindung
und toi bzw. zoi' die zur Bildung der Brückenschaltung verwendeten Drosselspulen
annähernd konstanter Induktivität darstellen, 2 die im Brückenstromkreis liegende
Nutzimpedanz und 5 die Gleichrichteranordnung, über die der Brückenstrom IB auf
die Vormagnetisierungswicklungen 3 bzw. 3' einwirkt. Für diese beispielsweise Anordnung
sind die Kennlinien C bzw. C des Brückenstromes JB in Abhängigkeit von der
Vormagnetisierung S bei einer kleinen Abweichung vom Sollwert der Regelgröße (T
nach unten bzw. oben in Abb. 6e dargestellt. Weiterhin ist in dieser Abbildung die
Kennlinie S - S (IBM) der Vormagnetisierung S in Abhängigkeit vom Brückenstrom
JB strichpunktiert eingetragen; die Vormagnetisierung S setzt sich aus einer bei
den beschriebenen Anordnungen der gegensinnigen Vormagnetisierung entsprechenden
Grundvormagnetisierung G, und einer entgegenwirkenden, dem Brückenstrom JB proportionalen
Vormagnetisierung S1 zusammen. Wie ersichtlich, ergibt sich bei einer kleinen Abweichung
des Sollwertes der Betriebskenngröße vom Istwert nach unten der Schnitt zwischen
der V-KurveCund der ErregungslinieS=S (JB) im Punkt I und somit bei einern verhältnismäßig
großen Wert des Brückenstromes JB. Bei einer geringeren Abweichung des Sollwertes
der Betriebskenngröße vom Istwert nach oben ergibt sich der Schnittpunkt 1I zwischen
der V-Kurve C und der Erregungslinie S = S (TB) und somit ein verhältnismäßig
kleiner Wert des Brückenstromes JB, und demgemäß erhält man als Kennlinie des Brückenstromes
JB in Abhängigkeit von der Regelgröße (j bei Abweichung des Istwertes vom Sollwert
nach unten einen sprunghaften Rückgang des Brückenstromes 7B ähnlich Abb. 6b, jedoch
mit rascherem anfänglichem Anstieg des Brückenstromes JB.
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Dem Strom, .den die verschiedenen beschriebenen Drosselspulenanordnungen
gemäß der Erfindung aufnehmen, läßt sich nach Maßgabe der zulässigen Frequenzabhängigkeit
durch Parallelschaltung eines Kondensators ein der Spannung 1j proportionaler Kapazitätsstrom
überlagern, so daß dadurch der insgesamt aufgenommene Strom vermindert wird. Auf
diese Weise wird beispielsweise der gemäß Abb. i f aufgenommene Strom J" auf einen
in Abb. i f nicht eingezeichneten Bruchteil J" seiner Größe vermindert und das Verhältnis
des Stromes fö zu dem dem Schnittpunkt 1I entsprechenden Stromwert wesentlich vergrößert.
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Die beschriebenen Anordnungen gemäß der Erfindung können beispielsweise
sehr vorteilhaft zur Konstanthaltung einer Spannung verwendet werden, und zwar so,
daß der bei Abweichung des Istwertes der Betriebskenngrößc vom Sollwert sich sprunghaft
ändernde Drosselspulenstrom einen Motor speist, der einem konstanten, etwa von einer
Feder ausgeübten
Drehmoment beim Sollwert der Betrieb-skenngröße
gerade das Gleichgewicht hält und der ein die Betriebskenngröße beeinflussendes
Gerät, beispielsweise einen Regeltransformator oder leinen Feldregler o. dgl., antreibt,
so daß dieses Gerät bei Abweichung des Istwertes der Betriebskenngröße vom Sollwert
entweder im Sinne des Motordrehmomentes oder diesem entgegen, je nach Abweichung
der Betriebskenngröße, betätigt wird. Die Betätigung des die Betriebskenngröße beeinflussenden
Gerätes erfolgt also ohne irgendwelche Relais. Dabei ist es natürlich belanglos,
ob der betreffende Motor vom Drosselspulenstrom unmittelbar, also, vom Wechselstrom,
oder über eine Gleichrichteranordnung gespeist wird. Es ist selbstverständlich auch
bei diesem sowie bei allen anderen angeführten praktischen Anwendungsbeispielen
der Erfindung möglich, den gleichgerichtetM, sich sprunghaft ändernden Drosselspulenstrom
durch entsprechende Glättungseinrichtungen zu glätten und ihn dadurch für verschiedene
Zwecke, etwa zur Speisung eines Gleichstrommotors, geeignet zu machen. Auch die
bei allen Anordnungen gemäß der Erfindung bestehende selbstverständliche Möglichkeit,
den Sollwert der Betriebskenngröße durch Anordnung von Arizapfungen an den Wicklungen
der Drosselspule bzw. durch Anwendung eines Zwischentransformators einstellbar zu
machen, soll, da sie mit der Erfindung an sich nichts zu tun hat, nicht weiter erörtert
werden.
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Eine weitere vorteilhafte Möglichkeit, das Feld einer elektrischen
Maschine mittels der Drosselspulenanordnung gemäß der Erfindung selbsttätig zu regeln,
besteht darin, durch den mit der Regelspannung sich sprunghaft ändernden Drosselspulenstrom
mittels eines Elektromagneten einen veränderlichen mechanischen Druck auf eine Kohlenwiderstandssäule
ausüben zu lassen, so, daß sich infolge der bekannten Druckabhängigkeit von Kohlenwiderständen
die Widerstandswerte in Abhängigkeit von der Regelspannung ändern. Bei Parallelschaltung
eines solchen Widerstandes zur Feldwicklung der betreffenden zu regelnden elektrischen
Maschine, wobei ein mit dem Widerstand und der Feldwicklung in Reihe liegender Vorwiderstand
vorausgesetzt ist, wird dann der in der Feldwicklung fließende Strom nach Maßgabe
der Regelspannung geregelt. Der druckabhängige Widerstand kann auch in Reihenschaltung
zur Feldwicklung liegen, wenn entweder zur Speisung des den veränderlichen mechanischen
Druck ausübenden Elektromagneten eire Drosselspulenanordnung entsprechend Abb. 6a.
verwendet wird oder wenn durch Anwendung einer geeigneten Gegenkraft (beispielsweise
durch eine Feder) die elektromagnetische Kraft nicht eine Verstärkung, sondern eine
Verminderung des mechanischen Druckes auf den Kohlenwiderstand hervorruft.
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Vorteilhafter als die eben erwähnten Rege anordnungen mit beweglichen
Teilen scheint die als Beispiel für die Wirkungsweise der Erfindung beschriebene
Ausführungsform nach Abb. 7 a, bei welcher eine Spannungsregelung ohne mechanisch
bewegte Teile dadurch erzielt wird, daß der gleichgerichtete Drosselspulenstrom
eine Felderregungswicklung des Generators durchfließt. Während nun diese Ausführungsform
nur bei solchen Generatoren in Anwendung gebracht werden kann, deren Felderregung
von vornherein zwei getrennte Wicklungen trägt, kann die im gleichen Sinne wirkende
Ausführungsfarm nach Abb. 8 auch für Generatoren angewendet werden, die bloß eine
einzige Erregerwicklung besitzen. Die Beeinflussung des Feldes des Generators erfolgt
bei dieser Ausführungsform in der Weise, daß die Drosselspulenanordnung auf einen
Widerstand wirkt, der in Reihe zur Erregerwicklung der zu regelnden Maschine geschaltet
ist. In Abb. 8 gelten die gleichen Bezeichnungen wie in Abb.7a; der Nutzwiderstand
:2 der Drosselspulenanordnung ist in diesem Falle auf die Gleichstromseite des Gleichrichters
5 gelegt und ist gleichzeitig in Reihe zur Erregerwicklung 16 geschaltet. Der von
der Größe des Drosselspulenstromes abhängige Spannungsabfall im Widerstand 2 wirkt
der Ankerspannung der Erregermaschine 13 entgegen und verringert daher das Feld
des Generators 12. Auf diese Weise ist die Wirkung der Anordnung im wesentlichen
die gleiche wie jener gemäß Abb.7a und entspricht daher auch dem Diagramm der Abb.
7b.
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Bei größeren Typenleistungen der Maschine 12, deren Spannung selbsttätig
geregelt werden soll, kann es zweckmäßig sein, die zusätzliche vom Drosselspulenstrom
durchflossene Erreger-,vicklung nicht am Erregerfeld des Generators selbst anzubringen,
sondern am Feld der Erregermaschine, welche kleine Leistungen verbraucht. Ferner
kann es bei größeren Maschinen zweckmäßig sein, den Drosselspulenstrom auf eineHilfsgleichstrommaschine
wirken zu lassen, deren Anker in Reihe zur Erregerwicklung der zu regelnden Maschine
geschaltet ist und die der normalen Erregerspannung entgegenwirkt. Eine solche Anordnung
ist in Abb. 9 dargestellt, in der wieder die gleichen Bezeichnungen wie in Abb.
7 a gelten; 18 stellt den Anker der Hilfsgleichstrommaschine und i9 deren Erregerwicklung
dar. Auch bei dieser Anordnung entspricht die Wirkungsweise dem Diagramm der Abb.
7 b.
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Befinden sich in einem Kraftwerk mehrere zu regelnde Maschinen, so
kann es unter L.'mständen
zweckmäßig sein, eine einzige gemeinsame
Spannungsquelle vorzugsweise konstanter Spannung zur Erregung mehrerer -Maschinen
zu verwenden und dabei jedoch für jede Maschine zur unabhängigen selbsttätigen Regelung
eine eigene Hilfsmaschine mit der zugehörigen Drosselspulenanordnung anzuwenden.
Arbeiten die Maschinen auf die gleiche Sammelschiene, so darf, wenn sie ähnliche
Spannungskennlinien besitzen, die zusätzliche bam Anker 18 auftretende) Spannung
bei allen Maschinen gleich sein. Es ist dann also mit einer einzigen Hilfsmaschine
auszukommen; hierauf wird weiter unten nochmals eingegangen werden.
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Gemäß einer Weiterbildung des Erfindungsgedankens kann die Hilfsmaschine,
deren Anker in Reihe zur Haupterregerwicklung der zu regelnden Maschine geschaltet
ist, eine zweite Erregerwicklung erhalten, die im Sinne einer Verminderung der Ankerspannung
wirkt. Die zweite Erregerwicklung kann beispielsweise über Gleichrichter von der
zu regelnden Spannung Lt gespeist werden. Es ergibt sich dann ein Erregungsdiagramm
gemäß Abb. io, in dem AT"V@o, die von der Drosselspulenanordnung gemäß der Erfindung
und ALf-'21 die von der zweiten Erregerwicklung hervorgerufenen - in diesem Falle
der Spannung U proportionalen - Erregeramperewindungen darstellen. Die resultierende
Erregung AW, der die am Anker der Hilfsmaschine auftretende Spannung zumindest im
unteren Bereich ungefähr proportional ist, ergibt sich dann wie eingetragen, nämlich
unterhalb des Sollspannungswertes U, negativ und oberhalb dieses Wertes positiv;
dementsprechend wird bei Spannungen unterhalb des Sollwertes eine die Erregerspannung
unterstützende, bei Spannungen oberhalb des Sollwertes eine der Erregerspannung
entgegenwirkende Ankerspannung erzeugt. Im allgemeinen wird bei normaler Auslegung
des Feldwiderstandes nur der positive Bereich der Erregung verwendet, so daß eine
Bemessung der zweiten Wicklung gemäß der Geraden ALl'=1 genügt. Bei einer solchen
Auslegung der Erregerwicklung muß bei der selbsttätigen Regelung der in Reihe zum
Anker liegende Feldregelwiderstand für Handbetätigung auf den kleinsten Widerstandswert
eingestellt werden. Soll es jedoch auch möb lieh sein, die selbsttätige Regelung
bei einer beliebigen anderen, etwa mittleren Stellung des Feldregelwiderstandes
durchzuführen, so, daß z. B. bei einer plötzlichen Überbrückung der Hilfsmaschine
keine allzu große plötzliche Änderung der Erregung eintritt, so kann die zweite
Erregerwicklung gemäß der Geraden ALY.i ausgelegt werden; die Ankerspannung der
Hilfsmaschine nimmt dann je nach Bedarf positive oder negative Werte an. Die zweite
Erregerwicklung kann zweckmäßig statt durch die Spannung L' auch durch die Erregerspannung
selbst gespeist «-erden. Eine solche Anordnung ist noch einfacher als die nach Abb.
9 und ergibt im wesentlichen die gleiche Wirkung. Sie ist in Abb. i i dargestellt,
in der die gleichen Bezeichnungen gelten wie in Abb. 9. Ferner ist 2o die von der
Drosselspulenanordnung gespeiste Erregerwicklung, 21 die von der Erregerspannung
der Maschine 12 gespeiste zusätzliche Erregerwicklung und 2-2 ein der letzteren
etwa zur Einstellung des Arbeitspunktes der Regelanordnung vorzuschaltender Widerstand.
Der Schalter 23 ist als geöffnet vorausgesetzt. Seine Bedeutung wird weiter unten
noch erläutert. Durch die beiden Erregerwicklungen 20 und 21 wird in dein et-%va
durch die «-elle der 1Iaschine 12 angetriebenen Anker 18 eine solche zusätzliche
EMIi erzeugt, daß die von der 1laschine 12 abgegebene Spannung dein Sollwert entspricht.
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Die I-Iilfsmascliine gemäß der Erfindung kann sehr zweckmäßig auch
dazu verwendet werden, imFalle einerAbschaltung der zu regelnden Maschine infolge
innerer Fehler eine rasche selbsttätige Entregung vorzunehmen. Hierzu ist es nur
erforderlich, die resultierende Erregung der Hilfsmaschine etwa proportional der
Erregerspannung zu machen, und zwar in einem solchen Sinne, daß die Ankerspannung
der Erregerspannung etltgegenwirkt. Bei entsprechender Bemessung bzw. Wahl des Widerstandes
der Erregerwicklung 20 kann dies sehr einfach durch Parallelschalten der Wicklungen
2o und -21 bewirkt werden; es ist bloß erforderlich, daß dann die Wirkung der Wicklung
2o die der Wicklung 21 überwiegt. Der zur Parallelschaltung erforderliche Schalter
23 ist in Abb. i i dargestellt. Die Hilfsmaschine kann auch in bekannter Weise zur
Stabilisierung der selbsterregten Erregermaschine bei Handregelung benutzt werden.
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Wie bereits angegeben, kann bei ,der selbstü ätill -enRe-elungmehrerer.zueinaiiderparallel
b geschalteter Maschinen gemäß der Erfindung unter Umständen in dem Erregerkreis
aller Maschinen die gleiche zusätzliche Spannung und deshalb eine einzige gemeinsame
Hilfsmaschine verwendet werden. Dies hat <len großen Vorteil, daß die Blindlastaufteilung
auf die Maschinen sich von selbst ungefähr richtig ergibt und,überdies, wie bei
normalem Handbetrieb, durch die Feldwiderstände einfach geregelt werden kann. In
den meisten praktischen Fällen kann aber nicht damit gerechnet werden, daß die 1Iaschinen
stets zueinander parallel arbeiten, so daß also auch für getrennte Regelung Vorsorge
getroffen werden muß. Außerdem kann eine gemeinsame
Hilfsmaschine
für alle zu regelnden Maschinen dann nicht verwendet werden, wenn die oben geschilderte
Schnellentregung verwendet -,verden soll. Deshalb ist es in den meisten praktischen
Fällen zweckmäßig, jeder zu regelnden Maschine eine eigene Hilfsmaschine zuzuordnen
und bei Parallelbetrieb entweder die Anker dieser Maschinen oder aber noch einfacher-
bloß die Erregerwicklungen zueinander parallel zu schalten. Eine solche Anordnung
ist in Abb. I2 dargestellt, in der die gleichen Bezeichnungen gelten wie in Abb.
i i; 2:@ stellt den zur Parallelschaltung ei-er Erregerwicklung 2o dienenden Schalter
dar. Die um ioo vermehrten Bezugszeichen bedeuten die entsprechenden Teile eines
zweiten Maschinensatzes bzw. der zugehörigen Drosselspulenanordnung. Mit Rücksicht
auf die durch die magnetische Kopplung erzwungene Gleichheit der Spannungen in den
beiden Drosselspulenhälften i bzw. ioi genügt die einpolige Verbindung der Erregerwicklungen
2o und i2o zur Erzielung des gewünschten Parallelbetriebes. Wie ersichtlich, ist
die Schaltung so getroffen, daß bei der selbsttätigen Entregung infolge Betätigung
des Schalters 23 bnv. 123 dieser Parallelbetrieb für die betreffende Maschine aufgehoben
wird.
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Eine besonders einfache, selbsttätige Feldregelung einer elektrischen
Maschine ergibt sich durch Anwendung einer Drosselspulenanordnung entsprechend Abb.
6a. Der von der Verstärkerdrosselspule aufgenommene gleichgerichtete Strom kann
dann unmittelbar zur Speisung der Feld-,vicklung dienen, da er mit steigender Regelspannung
abnimmt. Eine Schwierigkeit besteht jedoch darin, daß der Drosselspulenstrom infolge
der in Abb. 6b dargestellten spitzen Form der Stromspannungskennlinie bei kleineren
Werten der Regelspannung unter Umständen zu gering ist, so daß sich noch ein weiterer
Gleichgewichtszustand zwischen der Erregung und der Maschinenspannung U bei einer
Spannung unterhalb desjenigen Sollwertes, bei dem die sprunghafte Verminderung der
Erregung stattfindet, ergibt. Gemäß einer Weiterbildung des Erfindungsgedankens
wird deshalb, eine weniger spitze Form der Stromspannungskennlinie dadurch erreicht,
daß der Haupterregerwicklung der Verstärkerdrosselspule wechselstromseitig, also
parallel zum Gleichrichter io5, eine weitere Drosselspule parallel geschaltet ist,
deren Gleichstromvormägnetisiergng ebenso wie die Gegenvormagnetisierung der Verstärkerdrosselspule
durch den der Steuerdrosselspule entnommenen, gleichgerichteten Strom bewirkt wird.
Eine solche Anordnung ist in Abb. 13 a dargestellt, in der die gleichen Bezeichnungen
gelten wie in 6a; 26 bezeichnet die Wechselstromwicklung der der Gleichrichteranordnung
io5 parallel geschalteten Drosselspule und 27 ihre die Gleichströmvormagnetisierung
bewirkende Wicklung. Wie ersichtlich, ist letztere in Reihe zur Wicklung io.I geschaltet,
die die gegensinnige Vormagnetisierung der Verstärkerdrosselspule bewirkt. In Abb.
13b ist außer der Stromspannungskennlinie der Drosselspulenanordnung die Leerlaufkennlinie
Co bzw. Vollastkennlinie C" (Kennlinie bei dem der Vollast entsprechenden Verbraucherwiderstand)
eingetragen; wie ersichtlich, werden die Maschinenkennlinien nur beim Sollwert der
Spannung U, von der mit der Kennlinie der Drosselspulenanordnung identischen Erreger-1,--ennlinie
geschnitten; ein Gleichgewichtszustand ergibt sich also ausschließlich beim Sollwert
der Spannung.
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Bei Verwendung einer eigenen Erregermaschine kann die beschriebene
Anordnung zweckmäßig so abgeändert werden, daß die Spannung des Generators auf den
Stromkreis der Steuerdrosselspule und eine über Schleifringe der Erregermaschine
entnommeneWechselspannung auf den Stromkreis der Verstärkerdrosselspule einwirken.
In manchen Fällen der selbsttätigen Spannungsregelung ist es erwünscht, den Wert
der geregelten Spannung von einem Strom (Kompoundierungsstrom) abhängig zu machen.
Bei der Anordnung gemäß der Erfindung kann dies einfach dadurch erfolgen, daß die
gegensinnige Vormagnetisierung der Drosselspule vom Kompoundierungsstrom beeinflußt
wird. Infolge Änderung der gegensinnigen Vormagnetisierung ergibt sich ja, wie aus
den Abb. 5 a und 5 b hervorgeht, in einem gewissen Bereich eine Veränderung des
Regelspannungswertes, bei dem die sprunghafte Änderung des Drosselspulenstromes
eintritt.
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Auch beim Parallelbetrieb mehrerer elektrischer Maschinen ist manchmal
zur gleichmäßigen Stromaufteilung eine Kompoundierung erforderlich; dies ist insbesondere
dann der Fall, wenn die Maschinen ungleiche Spannungskennlinien aufweisen. Durch
die Kompoundierung wird nun mit steigendem Strom die Erregung vermindert, was in
manchen Fällen unerwünscht ist. Zweckmäßig erfolgt dann die selbsttätige Feldregelung
so, daß die gegensinnige Vormagnetisierung der Drosselspule vom Strom der geregelten
Maschine und im entgegengesetzten Sinne von der Stromsumme der parallel arbeitenden
Maschinen abhängig gemacht wird. Durch den Strom der betreffenden Maschine selbst
wird eine Verminderung der Vormagnetisierung bewirkt, durch die Stromsumme hingegen
wiederum eine Erhöhung. Je nach dem Verhältnis der beiden Einwirkungen ergibt sich
eine Erhöhun.
g, Verminderung oder Konstanz der Regelspannung bei
zunehmender Stromsumme.
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Den Grenzfall der Kompoundierung stellen Maschinen für konstanten
Strom dar: solche Maschinen finden insbesondere für Schweißzwecke Verwendung. Gemäß
der Erfindung wird die Drosselspulenanordnung zur I'eldd regelung einer solchen
Maschine an eine möglichst konstante fremde Wechselspannung angeschlossen, und die
gegensinnige Vormagnetisierung der Drosselspule wird dem abgegebenen Maschinenstrom
proportional gemacht. Überdies erhält die Maschine zweckmäßig eine dem Maschinenstrom
proportionale Zusatzerregung, die der von der Drosselspulenanordnung ausgeübten
Erregung entgegenwirkt. Durch die Zusatzerregung wird erreicht, daß auch bei vollständigem
Kurzschluß des Maschinenstromkreises keine Erhöhung des Stromes über den gewünschten
Sollwert eintritt. Eine solche Anordnung ist in Abb. 14 dargestellt, in der i bis
5 wiederum die gleichen Teile wie in den vorher beschriebenen Abbildungen bedeuten;
weiterhin stellen 28 die auf konstanten Strom zu regelnde Maschine, 29 deren Antriebsmotor,
3o die von der Drosselspulenanordnung über die Gleichrichter i o5 gespeiste Erregerwicklung
und 31 die vom Maschinenstrom oder einem Teil desselben durchflossene Zusatzerregerwicklung
dar. Wie ersichtlich, erfolgt die gegensinnige Vormagnetisierung der Drosselspule
mittels der Wicklung.I, und zwar zweckmäßig mit Hilfe des Nebenschlusses 32, durch
den Strom der Maschine 28. Die Wirkungsweise dieser Anordnung ergibt sich aus dem
vorher Gesagten von selbst. Infolge der annähernd konstanten fremden Wechselspannung,
an die die Drosselspulenano:rdnung angeschlossen ist, ergibt sich bei Strömen unterhalb
des Sollwertes eine sehr hohe, bei Strömen oberhalb desselben eine sehr geringe
Erregung durch die Wicklung 30: die Unterschiede der Erregungen unterhalb und oberhalb
des Stromsollwertes werden noch durch die Zusatzerregerwicklung 31 verstärkt.
Bei entsprechender Bemessung sinkt bei Überschreitung des Sollwertes des Stromes
die resultierende Erregung auf Null bzw. sie kann sogar negative Werte annehmen.
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Selbstverständlich kann auf die angegebene Weise die gleiche Wirkung
auch bei Zwischenschaltung einer Erregermaschine erzielt werden.
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In grundsätzlich gleicher Weise können Maschinen für konstanten Strom
auch als Einankermaschinen ausgeführt werden, wobei auf vier Wechselstromseite vor
diese Maschinen Drosselspulen entsprechender Induktiv ität zu schalten sind.
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Eine weitere wichtige Anwendungsmöglichkeit der Erfindung besteht
bei den sogenannten Netzreglern, durch die eine ankommende veränderliche Wechselspannung
auf einen bestimmten Sollwert selbsttätig geregelt wird. Hierzu kann die sich sprunghaft
ändernde Stromaufnahme der Drosselspulenanordnung gemäß der Erfindung verwendet
werden, indem der betreffende Drosselspulenstrom durch eine «eitere Drosselspule
geschickt wird, in der er je nach Größe der ankommenden Spannung den zur Erzielung
des Sollwertes erforderlichen Spannungsabfall erzeugt. Eine solche Anordnung zeigt
Abb. 15, in der i bis 6 die gleichen Teile darstellen wie in den vorher beschriebenen
Abbildungen, 33 die@"ordrosselspule und 3-1 den Verbraucher. Es ist ohne weiteres
klar, daß bei einer geringfügigen Abweichung der Spannung am Verbraucher 34. vom
Sollwert eine sprunghafte Änderung des Drosselspulenstromes eintritt, so daß trotz
Veränderung der ankommenden Spannung t"" die Spannung t'_, am Verbraucher 34 praktisch
konstant gehalten wird.
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Diese Anordnung besitzt den Nachteil, daß bei induktivem Verbraucher
die Verbraucherspännung U; immer kleiner sein muß als die ankommende Spannung t'".
In vielen Fällen sinkt aber die ankommende Spannung t"" selbst unter den Sollwert
der Spannung, und es ist dann erwünscht, auch Spannungserhöhungen gegenüber der
ankommenden Spannung LT" zu erreichen: Dies ist durch die ziisätzliche Anordnung
eines Kondensators möglich, der dem Verbraucher parallel geschaltet wird. Der Kondensatorstrom
bewirkt dann in der Vordrosselspule 33 eine Spannungserhöhung, die durch den von
der Drosselspulenanordnung aufgenommenen Strom je nach der Höhe der Verbraucherspannung
t" , ganz oder teilweise aufgehoben wird.
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Eine andere, besonders zweckmäßige Anordnung, bei der ebenfalls eine
Erhöhung der Verbraucherspannung t';, über die ankommende Spannung LT" möglich ist,
besteht darin, däß zur Vordrosselspule ein Kondensator parallel geschaltet wird
und daß die Vordrosselspule eine Gleichstromvormagnetisierung erhält, wobei diese
Gleichstromvormagnetisierung durch eine Drosselspulenanordnung gemäß Abb. 6a erfolgt.
Diese Drosselspulenanordnung weist bekanntlich eine Kennlinie gemäß Abb.6b auf und
bewirkt also eine sprunghafte Verminderung der Gleichstro-mvormagnetisierung derVordrosselspule
bei geringfügiger Steigerung der Regelspannung. Durch die Verminderung der Vormagnetisierung
wird die Induktiv ität der Vordrosselspule erhöht, wodurch der aus der @'ordrosselspule
und dem dazu parallel geschalteten Kondensator bestehende Scheinwiderstand, den
der vom Verbraucher bzw. von der Drosselspulenanordnung aufgenommene induktive
Strom
durchfließt, im Sinne der Gleichhaltung der Verbraucherspannung geändert wird. Eine
solche Anordnung ist in Abb. 16 dargestellt, in der jedoch an Stelle der Vordrosselspule
und des -zu ihr parallel geschaltetn Kondensators ein Transformator verwendet ist,
an dessen Sekundärwicklung der Kondensator 38 angeschlossen ist. In der genannten
i4bbildung bedeuten i bis 6 und ioi bis io6 die gleichen Teile wie in Abb. 6a und
weiterhin 35 den mit GleichstromvorinagnetisierUng 39, 40 versehenen Transformator
mit der Primärwicklung 36, der Sekundärwicklung 37 und dem Kondensator 38. 34 ist
der Verbraucher. Wenn bei dieser Anordnung im Falle einer geringfügigen Erhöhung
der ankommenden Spannung U" eine Erhöhung der Verbraucherspannung U, eintritt, erfolgt
ein sprunghaftes Absinken des Stromes der Drosselspule ioi und damit ein ebensolches-
Absinken der Gleichstromv ormagnetisierung des Transformators 35. Durch die dabei
eintretende Erhöhung der Leerlaufinduktivität des Transformators 35 wird der zwischen
den Klemmen seiner Primärwicklung 36 herrschende, die Verbraucherspannung über die
ankommende Spannung U" erhöhende kapazitive Scheinwiderstand im Sinne der Gleichhaltung
der Verbraucherspannung verändert.
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In manchen Fällen soll eine selbsttätige Spannungsregelung in Abhängigkeit
vom Leistungsfaktor erfolgen. Auch diese Abhängigkeit kann durch Beeinflussung der
gegensinnigen Vormagnetisierung der Drosselspule, " deren Strom sich sprunghaft
ändert, bewirkt werden. Die zusätzliche gegensinnige Vormagnetisierung erfolgt dann
zweckmäßig so, daß sowohl die Spannung als auch der Strom im Sinne einer Vergrößerung
der gegensinnigen Vormagnetisierung, die geometrische Summe aus der Spannung und
einer dem Strom proportionalen Spannung hingegen im Sinne einer Verminderung derselben
wirken. Um eine Blindstromabhängigk eit zu erreichen, kann die dem Strom proportionale
Spannung eine Phasenverschiebung von annähernd go elektrischen Graden gegenüber
dem Strom erhalten. Eine solche Anordnung ist in Abb. 17 dargestellt, in der i bis
ig die gleichen Teile wie in Abb. 9 und io5 die zur Speisung der Wicklungig dienende
Gleichrichteranordnung bedeuten; weiterhin stellt 44 einen primärseitig vom Laststrom
des Hauptgenerators 12 durchflossenen Stromwandler dar, dessen Sekundärstrom über
die Gleichrichteranordnung 43 einer eine zusätzliche, gegensinnige Vormagnetisierung
bewirkenden Wicklung 41 zugeführt wird. Der Sekundärstrom des Stromwandlers .y.4
durchfließt auch einen Schein-' widerstand 46, so daß- die Gleichrichteranordnung
45,an einer Spannungssumme, bestehend. aus der zu regelnden Spannung und einer dem
Laststrom des Hauptgenerators 12 proportionalen Spannung, liegt. Diese Spannung
wirkt auf die zusätzlich angeordnete Vormagnetisierungswicklung 42.
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Die Wirkungsweise der Anordnung besteht darin, daß .die zusätzliche,
gegensinnige Vorinagnetisierung, bestehend aus je einer von der Spannung, einer
vom Strom und einer von der geometrischen Summe aus der Spannung und einer weiteren,
dem Strom proportionalen Spannung herrührenden Komponente, jeweils bei einem bestimmten
Leistungsfaktor Null ist. Bei Abweichungen von diesem Leistungsfaktor ergibt sich
jedoch ein Einfluß auf die gegensinnige Vormagnetisierung, durch den der Spannungswert,
bei dem die sprunghafte Änderung des Drosselspulenstromes eintritt, entsprechend
geändert wird.
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Bei einer leistungsfaktorabhängigen Regehing einer elektrischen Maschine
kann gemäß einer Weiterbildung des Erfindungsgedankens an Stelle der Beeinflussung
der gegensinnigen Vormagnetisierung durch die geometrische Summe aus der Spannung
und aus einer dem Strom proportionalen Spannung die Beeinflussung durch den Erregerstrom
der Maschine verwendet werden. Dies geht aus einer näheren Betrachtung des bei verschiedenen
Maschinenströmen und Leistungsfaktoren erforderlichen Erregerstromes hervor. Der
Einfluß der Maschinenspannung ist dabei in ein Verhältnis zum Einfluß des Maschinenstromes
zu setzen, das dem Verhältnis des bei Leerlauf erforderlichen Erregerstromes zu
dem bei dem betreffenden Maschinenstr6m und dem gewünschten Leistungsfaktor sich
ergebenden Erregerstrom, vermindert um den bei Leerlauf erforderlichen Erregerstrom,
entspricht.
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In den meisten Anwendungsfällen der Regeleinrichtung gemäß der Erfindung
folgt der Regelwert nicht augenblicklich dem sprunghaft sich ändernden Drosselspulenstr'o#m.
Dies trifft beispielsweise auch bei der selbsttätigen Feldregelung einer elektrischen
:Maschine zu, da die Änderung des magnetischen Flusses infolge der Gegen-EMK und
infolge des Einflusses der Dämpfung erst mit einer gewissen Verzögerung den Änderungen
der im Erregerstromkreis wirksamen Spannung folgt. Es besteht dadurch bekanntlich
die Gefahr des Überregelns und des Auftretens von Pendelungen des Regelwertes. Gemäß
einer Weiterbildung der Erfindung werden diese Erscheinungen dadurch verhindert
bzw. vermindert, daß bei raschen Änderungen des auf den Regelwert einwirkenden Drosselspulenstromes
eine Rückwirkung dieser Änderung auf die gegensinnige Vormagnetisierung der Drosselspule
im Sinne einer Hemmung des
Stromanstieges hervorgerufen wird. Diese
Dämpfung der Regeleinrichtung kann einfach dadurch erzielt werden, daß auf dem mit
der Gleichstromv ormagnetisierungswicklung versehenen Schenkel der Drosselspule
eine mit eitlem Widerstand belastete Wicklung (Dämpferwicklung) angeordnet wird,
wobei der Widerstand zweckmäßig geregelt und auch kurzgeschlossen werden kann. Durch
den einstellbaren Widerstand wird das Maß der Dämpfung beeinflußt. Eine solche Anordnung
zeigt Abb. 18, in der i bis i9 die gleichen Teile wie in Abb. 9 und io5 die zur
Speisung der Wicklung i9 dienende Gleichrichteranordnung darstellen; weiterhin bedeuten
.I; die Dämpfer-,vicklung und .I8 den an diese angeschlossenen regelbaren Widerstand.
Selbstverständlich kann die grundsätzlich gleiche Wirkung durch Parallelschaltung
eines Widerstandes zu einer der Vormagnetisierungswicklungen 3 oder d erzielt werden;
eine solche Maßnahme ist insofern vorteilhaft, als die Wicklung .I7 erspart wird,
jedoch erfordert sie größere elektrische Leistungen zur Speisung der mit Parallelwiderstand
versehenen Vormagnetisierungswicklung 3 bzw. q..
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In noch vollkommenerer Weise können bei der Feldregelung elektrischer
Maschinen das Überregeln und die Pendelungen des Regelwertes dadurch vermieden werden,
daß die Beeinflussung der gegensinnigen Vormagnetisierung der Drosselspule gemäß
der Erfindung nach Maßgabe der Änderungsgeschwindigkeit des Feldstromes der Maschine
erfolgt. Die Änderungsgeschwindigkeit des Feldstromes ist nämlich ein durch die
Zeitkonstante des Feldes bestimmtes Maß dafür, wieweit der augenblickliche Feldstrom
noch von seinem dein augenblicklichen Zustand der Regelung entsprechenden stationären
Wert abweicht. Dadurch wird bei entsprechender Größe der Beeinflussung erreicht,
daß der Drosselspulenstrom bei seinem dem neuen stationären Zustand entsprechenden
Wert verbleibt, sobald er ihn erreicht hat, auch wenn im betreffenden Augenblick
die Regelspannung den Sollwert noch nicht aufweist.
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Bei Hintereinanderschaltung mehrerer verzögernder Glieder, also beispielsweise
einer oder mehrerer Erregermaschinen, ist zweckmäßig von jedem einzelnen Glied aus
eine lZückwirkung auf die gegensinnige Vormagnetisierung nach iHaßgabe der betreffenden
Zeitkonstanten vorzunehmen. Bei Vorhandensein einer Erregermaschine, auf deren Feld
der sich sprunghaft ändernde Drosselspulenstrom einwirkt, erfolgt deshalb 7weckmäßig
eine Beeinflussung der gegensinnigen Vormagnetisierungder Drosselspule sowohl entsprechend
der Änderungsgeschwindigkeit des Feldstromes der Erregermaschine als auch entsprechend
der Änderungsgeschwindigkeit des Feldstromes des zu regelnden Hauptgenerators selbst.
Zweckmäßig wird zur Beeinflussung in Abhängigkeit von der Änderungsgeschwindigkeit
der betreffenden Ströme ein Transformator verwendet. Eine solche Anordnung zeigt
Abb. i9, in der die gleichen Bezeichnungen wie in Abb. 18 gelten und 5o einen Transformator
darstellt, der auf die zusätzliche, gegensinnig wirkende Vormagnetisierungswicklung
.I9 einwirkt. Nachdem vorher Gesagten könnte nveck-mäßig auch in Reihe zur Wicklung
i9 ein Transformator zur Einwirkung auf die gegensinnige Vormagnetisierung der Drosselspule
angeordnet sein.
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In manchen Fällen soll die Regelung auf den Sollwert, beispielsweise
den Solhvert einer Spannung, unabhängig von eler Frequenz erfolgen. Dies läßt sich
durch entsprechende Beeinflussung der Haupt- und der gegensinnigen Vormagnetisierung
der Drosselspule gemäß der Erfindung mittels frequenzabhängiger Scheinwiderstände,
besonders bei Anwendung der in Abb. .I dargestellten grundsätzlicher. Anordnung,
erzielen. Dabei kann unter Uniständen, nämlich bei nicht zu hohen Ansprüchen an
die Regelgenauigkeit, eine frequenzabhängige Beeinflussung der Hauptvorinagnetisierung
vermieden werden, wenn letztere auf eine mittlere Frequenz abgestimmt und eine entsprechende
Frequenzabhängigkeit der gegensinnigen Vorrnagnetisierung vorgesehen ist. Die günstigsten
Verhältnisse erhält man meist bei einer solchen Anordnung, wenn die gegensinnige
Vormagnetisierung bei wachsender Frequenz stärker als umgekehrt proportional sinkt.
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Eine Anordnung mit frequenzabltäiigigeii Widerständen ini Stromkreis
der gegensinnigen Vormagnetisierung zeigt Abb. 2o: in dieser stellen i bis 6, wie
irr den vorher beschriebenen Abbildungen, die einzelnen Teile der Drosselspule,
51 und 52 den frequenzabhängigen Widerstand dar. Bei hoher Frequenz ist die gegensinnige
Vormagnetisierung verhältnismäßig gering, so daß der Spannungswert, bei dem der
plötzliche Stromanstieg eintritt, nahezu unverändert bleibt. Bei geringer Frequenz
stellt sich selbstverständlich eine erhöhte gegensinnige Vormagnetisierung ein.
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Gemäß einer Weiterbildung des Erfndungsgedankens kann der Spannungswert,
bei dein der plötzliche Stromanstieg erfolgt, dadurch mit einer höheren Genauigkeit
erhalten werden, daß mittels einer mit Gleichstrom vormagnetisierten Drosselspule
die Frequenzabhängigkeit und damit die Größe der gegensinnigen Vormagnetisierung
in Abhängigkeit von der Regelspannung beeinflußt wird. Eine solche Regeleinrichtung
ist besonders für eine
mit veränderlicher Drehzahl angetriebene
elektrische Maschine, die konstante Spannung abgeben soll, geeignet. Abb. 21 zeigt
eine solche Anordnung, in der z bis 6, wie in den vorher beschriebenenAbbildungen,
die einzelnenTeile der Drosselspule gemäß der Erfindung, 5 1 und 52 den frequenzabhängigen
Widerstand, 53 die mit veränderlicher Drehzahl angetriebene Maschine, 5,4 deren
iN ebenschlußerregerwicklung, 55 den zugehörigen Feldregler für Handbetätigung,
56 die von der DrGsselspulenanordnune über die Gleichrichteranordnung 1o5 gespeiste
zusätzliche Erregerwicklung und 57 eine gleichstromvormagnetisierteDro,sselspule,
die dem Kondensator 52 parallel geschaltet ist, darstellen. Diese Drosselspule 57
wird von der Spannung der Maschine 53 vormagnetisiert. Die Erregerwicklung 56 wirkt
der Erregung durch die Wicklung 54 entgegen. Bei zu großer Maschinenspannung erhöht
sich die Sättigung der Drosselspule 57, so daß sich deren Induktivität vermindert,
wodurch sich der Scheinwiderstand der aus der Drosselspule 5 r, dein .Kondensator
52 und der zu diesem parallel geschalteten Drosselspule 57 bestehenden Anordnung
erhöht. Hieraus ergibt sich wiederum eine Verminderung der gegensinnigen Vormagnetisierung,
also eine Verstärkung de, durch die Drosselspule r fließenden Stromes uiid dadurch
eine Verminderung der resuitierenden Erregung der Maschine 53, was eine Verminderung
der voraussetzungsgemäß zu holi°n Maschinenspannung bewirkt.
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Während bei der vorstehend beschriebenen Ausführung (Abb. 2o und 2i)
des allgemeinen Erfindungsgedankens eine möglichste Unabhängigkeit des Spannungswertes,
bei dem der plötzliche Anstieg des Drosselspulenstromes erfolgt, von der Frequenz
und also auch von Gier entsprechenden Drehzahl erzielt wird, ist es hingegen in
manchen Fällen erwünscht, eine möglichst ausgeprägte Abhängigkeit von einer bestimmten
Drehzahl zu erhalten. Ein sölcher Fall liegt beispielsweise bei selbsttätiger Regelung
auf eine bestimmte Solldrehzahl vor; vorzugsweise kann eine solche Regelung durch
Einwirkung des Drosselspulenstromes auf die Erregung einer elektrischen Maschine,
deren Ankerspannung etwa in Leonardschaltung die zu regelnde Drehzahl beeinflußt,
verwirklicht werden. Zweckmäßig wird dabei die Drosselspule an eine möglichst konstante
Wechselspannung(Primärspannung) angeschlossen und die gegensinnige Vormagnetisierung
in Abhängigkeit von der Drehzahl etwa mittels einer Tachometerdynamo beeinflußt.
Erwünscht ist dabei eine möglichst geringe Abhängigkeit von möglichen Schwankungen.
der Primärspannung, was gemäß einer Weiterbildung des Erfindungsgedankens dadurch
erzielt werden kann, daß die gegensinnige Vormagnetisierung stärker als linear von
der Primarspannung abhängig ist; besonders zweck-. mäßig kann diese Abhängigkeit
so erzielt werden, daß vor die Gleichrichteranordnung, die, die gegensinnig wirkendeVorrnagnetisierungswicklung
speist, eine gesättigte Drosselspule geschaltet wird.
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Eine solche zur Regelung einer Drehzahl in Leonardschaltung ausgeführteAnordnungzeigt
Abb. 22. In dieser bedeuten r bis 6, wie in den vorher beschriebenen Abbildungen,
-die einzelnenTeile derDrosselspüle, weiterhin 58 den von der Primärspannung gespeisten
Antriebsmotor, 59 den Steuergenerator, 6o den Leonardmotor, 6r die von letzterem
angetriebene Wechselstrom-Tacho@meterdynamo, 62 die Haupterregung des Steuergenerators,
63 eine Gleichstromsammelschiene, 64 die von der Drosselspulenanordnung gespeiste
Zusatzerregung des Steuergenerators. 65 stellt die vor die Gleichrichteranordnung
6 geschaltete gesättigte Drosselspule, 66 die zur Speisung der zusätzlichen, gegensinnig
wirkenden Vormagnetisierungswicklung 67 dienende Gleichrichteranordnung, 68 und
69 den frequenzabhängigen Scheinwiderstand, der im Stromkreis dieser zusätzlichen
gegensinnigen Vormagnetisierung liegt, dar. Die Wirkungsweise besteht nun darin,
daß beispielsweise bei zu hoher Drehzahl der Tachometerdynamo 61 und bei der dadurch
gegebenen zu hohen Frequenz infolge der Frequenzabhängigkeit der Scheinwiderstände
68 und 69 eine solche Verminderung der gegensinnigen Vormagnetisierung (in der Wicklung
67) eintritt, daß der Drosselspulenstrom und daher auch die Gegenerregung in der
Wicklung 64 sprunghaft ansteigen, so daß die Spannung des Steuergenerators 59 und
als Folge davon die Drehzahl des Motors 6o und die der Maschine 61 auf den Sollwert
vermindert werden. Selbstverständlich ist dafür zu sorgen, daß der Sollwert der
Drehzahl in den gewünschten Grenzen eingestellt werden kann. Hierzu sind zweckmäßig
der Blindwiderstand und gegebenenfalls auch der Wirkwiderstand der Scheinwiderstände
68 und 69 regelbar vorzusehen. Gegebenenfalls ist es bei einem großen erforderlichen
Regelbereich der Drehzahl auch zweckmäßig, zwischen den Leonardmotor 6o und die
Tachometerdynamo 61 ein Getriebe mit veränderlichem Übersetzungsverhältnis einzubauen.
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Die Erfindung läßt sich auch sehr vorteilhaft zur selbsttätigen Spannungsregelung
von gittergesteuerten Entladungsgefäßen verwenden. Die Drosselspulenanordnung gemäß
der Erfindung ist dann zweckmäßig an eine mögüchst konstante Wechselspannung (Primärspannung)
anzuschließen, und die gegensinnige Vormägnetisierung dieser Anordnung ist von
der
zu regelnden Spannung zu beeinflussen. Die bei Abweichungen des Istwertes der Regelspannung
vom Sollwert eintretenden sprunghaften Änderungen des Drosselspulenstromes können
dann in einfacher, an sich bekannter `''eise zur Beeinflussung der Gitterspannung
entsprechend verwendet werden. Selbstverständlich kann auch in diesem Falle die
gegensinnige Vormagnetisierung der Drosselspule in stärkerem Maße als linear von
dieser Spannung abhängig gemacht werden, um einen möglichst geringen Einfluß etwaiger
Schwankungen der Primärspannung auf den Regelwert zu erzielen.