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Einrichtung zur Regelung elektrischer Grüßen mittels eines Zitterrelais
mit nur einem beweglichen Teil Die gebräuchlichen Schnellregler benötigen für ihren
Betrieb die feine Einstellung von Federn und Gewichten. Da das Nachstellen der Federn
nur von speziell dafür geschultem Personal ausgeführt werden kann, so bedeutet dies
einen Nachteil für den Betrieb.
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Durch die vorliegende Erfindung soll dieser Nachteil dadurch vermieden
werden, daß bei .dem Zitterrelais das indifferente Gleichgewicht, das zur Aufrechterhaltung
dar jedesmaligen Veränderung der Mittellag° des Zitterschalters bei jeweils beendeter
Regelungsperiode erforderl:@rh ist, durch eine zusätzliche, den Zitterschalter elektromagnetisch
entweder unmittelbar :oder über eine Elektronenröhre beeinflussende Kraft hervorgebracht
ist, die ihrerseits von der Versteilung der Mittellage des Zitterschalters abhängig
und ihr im gewünschten Sinne angepaßt ist; @es wird hierdurch @ermöölicht, daß alle
Vorgänge der Schnellregelung auf rein elektrischem Wege erfolgen, und :daß der Zitterschalter
eine möglichst einfache mechanische Konstruktion erhält.
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Der Erfindungsgedanke wird nachstehend an Hand eines Ausführungsbeispiels
t Abb. i l näher erläutert.
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Es bedeutet darin i ,einen Gleichstromgenerator, dessen. Spannung
dadurch konstant gehalten werden soll, daß der mittlere Strom in der Erregerwicklung
8 durch periodisches Kurzschließen. des Widerstandes 9 geändert wird.
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Dieses Kuxzschheßen wird durch einen Relalszvtterschalter z über den
Kontakt m bewirkt, der durch die Ströme von vier Wicklungen b^einflußt wird. Der
Strom. der Wick'.ang 3 ist proportional der konstant zu haltenden Spannung. In der
Wicklullg 4 fließt ein konstanter Gleichstrom, der dem Strom in der Wicklung 3 entgegenwirkt
-und zum Vergleich mit der konstant zu haltenden Spannung dienen kann. In 5 fließt
ein Strom, der in regelmäßiger Folge zwischen zwei Werten schwankt, so: daß ein
reäelmäßiges öffnen und Schließen des Relais a gewährleistet wird. In 6 fließt ein
Strom, der sich entsprechend dem Verhältnis von der öffnungs- zur Schließungszeit
des Kontaktes m ändert, und zwar im gegebenen Falle derart, daß er bei der Zunahme
dieses Verhältnisses, also, bei der Abnahme des mittleren Erregerstromes .der Wicklung
8, zunimmt. Die gewünschte. Abhängigkeit des Stromes der Wicklung 6 von dem Verhältnis
der öffnungs- und Schließungszeiten des Kontaktes m kann z. B. dadurch erreicht
werden, daß der Zitterschalter z :einen weiteren Kontakt n steuert, der im Stromkreise
von 6 liegt, und der gegebenenfalls sich an einer Seite
des Zitterschalters
als der Kontakt in befindet, so daß für den Kontakt rt das Verhältnis der öffnungs-
zur S.chließungsz.eit abnimmt, wenn dieses Verhältnis für den Kontakt m zunimmt.
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Um die durch das periodische Öffnen und Schließen des Kontaktes n
vürursachten Schwankungen des Stromes der Wicklung 6 abzuflachen und diesem möglichst
einen Gleichstromcharakter zu verleihen, kann man irgendwelche zu diesem Zweck sonst
gebrauchte Anordnung verwenden, z. B. eine im betreffenden Stromkreise liegende,
passend bemessene, aus Seriendrosseln und Parallelkondensatoren bestehende Szebkatte
io. Natürlich kann man eine beliebig weitreichende Abflachung des Stromes in 6 nur
dann erreichen, wenn eine vollkommene Unt;xbrechung dieses Stromes beim Öffnen des
Kontaktes n vermieden wird, was in bekannter Weise durch überbrückung des Kontaktas
n durch einen passend bemessenen N,Vi,d2rstand r bewerkstelligt werden kann.
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Die Richtung der Kräfte, die die Ströme der Wicklungen 3 bis 6 auf
den Zitterschalter ausüben, ist durch die Pfeile angLdeutet.
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Das Zusammenwirken der vier Strörne sei an Hand der Abb. a erläu:ert.
Hier ist der zeitliche Verlauf der in Betracht kommenden Ströme aufgetragen. Durch
die nach unten gerichteten Pfeile wird angedeutet, daß die betreffenden Ströme -auf
den Zitterschalter im Sinne des Öffners des KontaktLs m wirken. Die nach oben gerichtaten
Pfeil deuten die Wirkung im Sinne des Schließens des Kontaktes m an. Hat die zu
regelnde Spannung gerade einen solchen Wert, daß der von ihr in der Wicklung 3 erzeugne,
im Sinne des Öffners des Kontaktes in wirkende Gleichstromi3 sich in seiner Wirkung
mit dem konstanten, im Sinne des Schließens wirkenden Vergleichsstrom i¢ aufhebt,
so sind noch die zwei anderen Ströme auf das Zitterrelais wirksam. Der eine von
diesen, nämlich der Stromfis in der Wicklung 6, hat -(bei genügender Abflachung
durch die Siebkette) angenähert den Gleichstromverlauf. Seine Wirkung im Sinne des
öffneus des Kontaktes m wird durch seinen Mittelbetrag is gemessen.
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Der Strom 15 der Wicklung 5 wirkt firn Sinne des Schlneßens
des Kontaktes in und hat angenähert den in der Abb. z dargestellten periodisch pulsierenden
Verlauf. Der eckige Verlauf dieses Stromes, der durch den Neeffs.chen Hammer 7 gesteuert
wird, bann durch eine große vorgeschaltete Selbstinduktion i i erzielt werden. Die
kombinierte Wirkung der Ströme i5 und 1s ergibt eine veränderliche Resullante, die
während der Zeitdauer T1 - während der i5 den Strom is überwiegt - durch den Verlauf
des Teiles der eckigen Kurve über der Horizontalenaa gegeben wird und im Sinne des
Schließens wirkt und während der Zeit T2 - während der die Wirkung von
15 kleiner als-,die von is ist - durch den Verlauf des Teiles der zackigen
Kuu ve unter der Horizontalen« gegeben wird und im Sinne das Öffners wirkt. Das
Verhältnis
bestimmt den Wert des durch den Regler gesteuerten Erregerstromes in der Wicklung
8 der Maschine.
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Wenn nun die konstant zu haltende Maschinenspannung aus irgendeinem
Grundre ansteigt, so wird dann der Strom i3 in seiner Wirkung ,nicht mehr durch
den konstanten Strom i4 ausgeglichen, sondern .ergibt einen gewissen Rest im Sinne
des Öffners des Kontaktes in. Dadurch wird die für die Länge der S,chLeßungs- und
Öffnungszeiten maßgebende Nullinie der Zickzackkurve aus der Lage aa in die Lage
bb verschoben. Die S.chkeßungszelt T'1, während der die neue Zickzacklinie über
der normalen Nullinieaa liegt, hat sich somit gegenüber dem vorhergehenden Wert
Tl verkleinert, und in ähnlicher Weise wird die neue Öffnungszeit T' größer als
die vorherige T2. Durch die eingetretene Verkleinerung des -Verhältnisses der Schließungsdauer
zur Öffnungsdauer wird der mittlere Erregerstrom der- Wicklung 8 der Maschine verkleinert
und die Spannung auf ihren Sollwert hinunterreguliert. Zugleich aber wächst der
Strom in der Wicklung, 6, denn für seinen Kontakt n ändert sich das Verhältnis der
S.chäeßungs- zur öffnungsdauer im umgekehrten Sinn als das entsprechende Verhältnis
für den Kontakt in und wird also jetzt größer. Da die Vergrößerung des Stromes 1s
auf den Zitterschalter in demselben Sinne wirkt wie die Vergrößerung von 1,3, so
kann 16, auch na-chdern 1.3 wieder auf den Sollwert gesunken ist, die Nullinie in
der Lage bb und das jetzt erford3rliche Verhältnis der Schließungs- zur Öffnungszeit
gleich
aufrechterhalten. Dieser Beharrungszustand dauert so lange, bis durch irgendeine
Änderung der Betriebsverhältnisse die Dynamospannung wieder eine Änderung erleidet,
die dann sofort in der oben beschriebenen Weise automatisch nachgeregelt wird. Man
:sieht, daß diese Regelung dadurch zustande kommt, daß die jedesmal zur Einhaltung
des erforderlichen Verhältnisses der Schließungs- zur Öffnungszeit nötige Verlagerung
der Mittellage des Zitterschalters zunächst durch die zu regelnde Spannung
bzw.
den von ihr erzeugten Strom i.- veranlaßt rund dann nach erfolgter Korrektur der
Spannung weiter durch den Strom 1s aufrechterhalten wird, da dieser letztere selbst
van der Verstellung der Mittellage des Zitterschalters im gewünschten Sinne, abhängig
gemacht worden. ist. Es sei zu der oben beschriebenen Ausführung noch bemerkt, daß
die Wicklungen 4 und 5, da sie im gleichen Sinne wirken, unter Umständen zu einer
einzigen kombiniert werden können.
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In Abb. 3 sei noch eine andere Ausführung desselben Erfindungsgedankens
dargestellt, die durch Verwendung einer Elektronenröhre die Einstellung einer viel
größeren Empfindlichkeit ermöölicht.
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Es bedeutet p die Primärwicklung eines Transformators, der an die
konstant zu haltende Wechselspannung angeschlossen ist. Die Spannung der Sekundärwicklung
s wird auf das Gitter der Röhre v geschaltet.
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Durch eine Brückenschaltung cdv f Z wird die Gitterspannung
mit der konstanten Spannung der Batterie 15 verglichen. In dem Diagonalzweige der
Brückenschaltung liegt die Wicklung i1 des Zitterschalters z, der in ähnlicher Weise-
wie heim vorigen Ausführungsbeispiel_ zwei Kontakte m und n
steuert.
Auch diese letzteren haben die ähnliche Bedeutung wie in der Abb. i.
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Natürlich können sie, wenn größere Leistungen gesteuert werden müssen,
das Öffnen und Schließen der Widerstände auch indirekt etwa durch Zwi=schenrelais
betätigen.
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Auf den Relaisschalter Y wirkt außerdem die Wicklung 13, die de=r
Wicklung 5 in Abb. i entspricht. Die dort durch Wicklung 6 bewirkte Rückführung
erfolgt hier durch eine Gittervorspannung, die durch den Relaiskontakt n in Abhängigkeit
von dem Verhältnis der öffnungs- zur Schließungszeit gebracht wird. Auch hier kann
man zur Ver-Rachung der von dem Kontakt n gesteuerten Gittervorspannung dieselben
Mittel wie beim vorigen Ausführungsbeispiel, z. B. Siebkette, benutzen. Man würde
sie in diesem Fall entweder in dem Kreise der die Vorspannung lirfernden Batterie
b und des Kontaktes tt oder an den Endklemmen des Widerstandes 12, von welchem
diese Vorspannuug ab-ezweigt ist, anordnen oder auch an beid°n genannten Stellen.
In der Abb.3 ist eine derartige, die Spannung verflachende. Anordnung durch die
Drosseln /t und den Kondensator! angedeutet. Die Empfindlichkeit der Anordnung kann
dadurch gesteigert werden, daß die von der Batterie b geliefertei, von dem Widerstand
12 abgezweigte Gittervorspannung für einen bestimmten normal,-n Betriebszustand,
z. B. bei gleichen Öffnungs-und Srhließungszerot@en des Kontaktes ni, durch eine
Batterie 1 4. aufgehoben wird. In dieseln Fall mußte der Brückenstrom der Wicklung
I I bei diesen normalen Betriebsverhältnissen und richtiger Spannung gleich
Null und der Strom in der Wickl=ung 13 zur Betätigung des Schalterschwingers ein
Wechselstrom sein.
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Wie bekannt, sind die Anordnungen zur Regelung von Generatoren auf
konstante Spannung im allgemeinen auch zur Regelung von Motoren auf konstante Drehzahl
verwendbar, wenn man den Sieles der in der aschine durch den Regler zu betätigenden
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Feldänderung entsprechend dem Arbeitscharakter der Maschine in richtiger
Weise trifft. Das gilt natürlich auch für die vorher beschriebenen Anordnungen.
So könnte man z. B. die Schaltung nach Abb. i auch ohne weiteres zur Konstanthaltung
der Drehzar eines Motors eines Leonardantriebes verwenden, wenn i in dieser Schaltung
den zu regelnden Motor und 8 die Feldwicklung der ihn speisenden Dynamo, bedeutet.
Man müßte in diesem Fall nur die Wicklung 3 mit einem von der Motordrehzahl abhängigen
Strom speisen, z. B. von .einer auf der Motorwelle sitzenden Tachometerdynatno.
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Im Fall, daß der Motor vom Netz gespeist und 8 seine eigene Feldwicklung
ist, müßte man außer der Speisung der Wicklung 3 von einer Tachometerdynamo die
Schaltung noch sinngemäß so ändern, daß das Verhältnis .der Schließungs- zur Öffnungsdauer
für den Kontakt m im gleichen Sinne wie für den Kontakt n geregelt wird, was z.
B. eadurch erreicht werden kann, daß der erstere auf dieselbe Seite des Zitterschalters
wie der letztere gegebenenfalls nach oben versetzt wird.
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Die beschriebene automatische Schnellregelung wird wegen ihrer Empfindlichkeit
mit Vorteil. zur Konstanthaltung der Drehzahl von Hochfrequenzumformern, wo es auf
ein=e möglichst genaue Einhaltung der Solldrehzahl ankommt, verwendet. Zu, diesem
Zweck wird ein empfindlicher Tourenindikator benutzt, der bei einer Abweichung der
Drehzahl von dem Sollwert oder bei überschreitung des Empfindlichkeitsbereiches
das Relais zum Ansprechen bringt, welches den Antriebsmotor in entsprechendem Sinne
beeinüußt. Umeine Verlagerung der Drehzahl bei Änderung des Verhältnisses der öffnungs-
zur Schließungszeit zu vermeiden, wird hierbei ebenfalls eine Rückführung verwendet,
welche das Relais so beeinflußt, daß es für jedes Verhältnis der Zeiten im Gleichgewicht
ist.
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Eine derartige Verwendung zur genauen Konstanthaltung der Drehzahl
eines Umformers, insbesondere eines Hochfrequenzumformers, ist in. der Abb.4 veranschaulicht.
Die
Schaltung ist ,ähnlich der nach Abb.3, nur ist hier der Brückenzweig gf durch eine
weitere Vakuumröhre v2 und Vors.chaltwiderstand c2 ersetzt. Die Anordnung und Wirkmigsweise
der übrigen. Teile ist nach dem vorher Gesagten ohne weiteres verständlich. Der
von. dem Zitterschalter gesteuerte Kontakt m ist hier nicht zur Darstellung gebracht,
da @er je nach dem Betriebscharakter entweder, wie bei der Abb. 3, auf der andren
Seite als der Kontakt n oder bei unmittelbarer Beeinflussung der Motorfeldwicklung
auf derselben Seite des Zitterreglers wie der Kontaktn angebracht wird. Werden zur
Speisung der Gitter Gleichstromspannungen verwendet, so könnte die Spannung E1 durch
eine Tachon7,eterdynamo und die Spannung E2 durch :eine konstante Vergleichsquelle
geliefert werden, so daß hier bei der übereinstimmtuig dieser beiden Spannungen
in der Brückenwicklung i i genau wie bei der Schaltung nach der Abb.3 bei. normalen
Verhältniesien entweder ein bestimmter konstanter Strom oder (bei der Verwendung
einer Batterie 14 zur Kompensierung der Gittervorspannung ) kein Strom fließt. Besser
ist es jedoch, die beiden. Gitterspannungen Ex 'und F'2 in der Weise, wie dies bei
denn bekannten Phasensprungindikator von Siemens & Halske (s. >;Wissenschaftliche
Veröffentlichungen aus dem Siemens-Konzexnn« Band 1, 1920-i922, Verlag von Julius
Springer, Berlin, i. Heft, Aufsatz von K. Boedeker & H. Rieger über »Frequenz-Relais«
Seke 126 u. ff. oder such »Telefunken-Zeitung« VII. Jahrgang, Oktober 1925, Nr.
q.o/q.1 Seite 33) geschieht, so von der Drehzahl abhängig zu machen, daß bei geringsten
Abweichungen der Drehzahl von denn Sollwert .die beiden Spannungen stark voneinander
nicht nur nach der Phase, sondern auch nach denn Betrag abweichen, so daß durch
die Brückenwicklung i i des Relais je nach dem Abweichungssinn .ein Strom in der
einen Moder in der anderen Richtung fließt. Durch diesen. Strom wird dann im gewünschten
Sinne das Verhältnis der Schliießungs- zur öffnungszelt des vom Zitterschalter--
gesteuerten Kontaktes m geändert; und nach .der erfolgten Drehzahlnachregelung wird
die notwendige Verlagerung der Mittellage des Relais 2 auch durch die vom Köntakt
n gesteuerte Gittervorspannung und den dadurch in der Wicklung i i unterhaltenen
Strom weiter aufrechterhalten.