Spannungsregler

Spannungsregler, selbsttätige, dienen dazu, die Generatorspannung oder die Spannung an einer beliebigen Verbrauchsstelle automatisch konstant zu halten.

Ein viel benutzter Spannungsregler ist der von der A.E.-G., Berlin, gebaute Tirrillregler, der für Gleichstromgeneratoren, deren Erregerstromkreis an eine besondere Erregermaschine angeschlossen ist, und für ein- und mehrphasige Wechselstromgeneratoren Verwendung findet. Die Regelung geschieht durch Veränderung der Klemmenspannung der zu dem Generator gehörenden Nebenschlußerregermaschine bei konstantem Widerstand im Erregerstromkreis des Generators. Ein zu dem Nebenschlußregulator der Erregermaschine parallel liegender Kurzschlußkontakt wird durch einen mit mehreren hundert Schwingungen in der Minute vibrierenden Hebel abwechselnd geschlossen und geöffnet. Je größer während der Schwingung die Schließungszeit gegenüber der Oeffnungszeit ist, um so größer ist der Mittelwert des durch den Kontakt fließenden Nebenschlußstromes, um so höher die Klemmenspannung der Erregermaschine. Aendert sich die Belastung des Generators von Leerlauf bis Vollast, so ist die Erregerspannung[737] zu erhöhen; vermindert sich die Tourenzahl des Generators oder vergrößert sich bei Wechselstromgeneratoren die Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung im Nutzstromkreise, so muß ebenfalls wiederum eine entsprechende Erhöhung der Erregerspannung stattfinden. Die dem Generator zugeführte Erregerspannung wird demnach zwischen einem Minimalwerte, entsprechend dem Leerlauf bei maximaler Tourenzahl, und einem Maximalwerte, wie er der Vollast des Generators bei minimaler Tourenzahl und kleinstem Werte des Leistungsfaktors entspricht, zu verändern sein. Der Magnetregulator (Hauptstromregulierwiderstand) des Generators bleibt hierbei entweder kurz geschlossen oder auf einen konstanten niedrigen Wert eingestellt; er darf indessen nicht fortgelassen werden, da er als Reserve oder zum Parallelschalten eines weiteren unbelasteten Generators mit einem schon belasteten bei gemeinsamer Erregerstromquelle erforderlich ist. Nebenstehende Figur zeigt das Schema eines Tirrillreglers. Parallel zum Nebenschlußregulator der Erregermaschine ist der Kurzschlußkontakt (Relaiskontakt) c₁ c₂ angeordnet, dessen Kontaktstücke mit einem Kondensator verbunden sind. Der Kontakt wird durch die Fender l geschlossen und durch den Gleichstrommagneten e (Relais) geöffnet. Letzterer ist mit den Wicklungen m und n versehen, die an den Erregerklemmen anliegen und einander in ihrer Wirkung aufheben. Die eine Wicklung m ist dauernd, die andre nur dann stromdurchflossen, wenn der Hauptkontakt C₁ C₂ geschlossen ist. Ist dieser Kontakt offen, so besitzt nur die eine Wicklung Anschluß, und der Eisenkern wird magnetisch, der Anker angezogen und der Kontakt c₁ c₂ geöffnet. Bei eingeschaltetem Hauptkontakt C₁ C₂ werden beide Wicklungen vom Strom durchflossen, und da sie sich in ihren Wirkungen aufheben, so verschwindet der Magnetismus, und der Anker wird unter dem Einfluß der Feder f nach oben gezogen, der Relaiskontakt c₁ c₂ geschlossen.

Der Nebenschlußregulator der Erregermaschine wird also nicht direkt durch die Hauptkontakte C₁ C₂, sondern unter Vermittlung des Relais und der Relaiskontakte c₁ c₂ kurz geschlossen; es geschieht dies deshalb, um die eigentlichen Kurzschlußkontakte kräftig und mit großem Oeffnungsweg ausführen zu können, ohne daß die Pulsationen der Erregerspannung, die die Vibrationen der Kontakte hervorrufen, zu groß werden. Der zu den Relaiskontakten parallel liegende Kondensator verhindert das Auftreten schädlicher Funken. An den Kontaktstellen C₁ C₂ ist ein Kondensator nicht notwendig, da hier auch ohne einen solchen Funken nicht sichtbar sind. Um eine gleichmäßige Abnutzung der Kontaktstellen zu erreichen, wird nach je 24 Stunden die Stromrichtung in ihnen durch Umlegen zweier kleiner Umschalter umgekehrt.

Der Reglermechanismus selbst besteht aus zwei Hauptteilen, dem Gleichstrommagneten, der auf den Gleichstromhebel H₁ mit dem Kontakt C₁ einwirkt, und dem Wechselstrommagneten, der den Wechselstromhebel H₂ mit dem Kontakt C₂ betätigt. Die Wicklung des Gleichstrommagneten ist an die Klemmen der Erregermaschine angeschlossen und wird von einem Strome durchflossen, dessen Momentwert jederzeit demjenigen der Erregerspannung proportional ist. Diese Spule übt auf den Eisenkern K₁ eine Zugkraft in Richtung von oben nach unten aus. Der Kern K₁ ist am linken Ende des Hebels H₁ frei beweglich aufgehängt, während rechts an demselben der obere Hauptkontakt C₁ befestigt ist. Auf den Hebel H₁ wirkt außerdem noch die Gegenkraft der Sender F₁ ein. Mit wachsender Erregerspannung wird der Kern K₁ immer tiefer in die Spule hineingezogen und nimmt bei jedem Werte derselben eine bestimmte Gleichgewichtslage ein, die einerseits durch die Größe der auf ihn ausgeübten Zugkraft, anderseits durch die Gegenkraft der Sender bestimmt ist. Nun ist in Wirklichkeit die Erregerspannung eine fluktuierende; es vollführt daher der Gleichstromhebel H₁ und der Kontakt C₁ unter ihrer Einwirkung eine schwingende Bewegung.

Die Spannungswicklung S₂ der Wechselstromspule ist an einen von der Generatorspannung gespeisten Spannungstransformator angeschlossen und wird von einem Strom durchflossen, dessen Effektivwert jederzeit demjenigen der Generatorspannung proportional ist. Die Spule übt auf den Eisenkern K₂ in Richtung von unten nach oben eine Zugkraft aus. Der Kern K₂ ist am rechten Ende des Hebels H₂ frei beweglich aufgehängt; links trägt der Hebel den Kontakt C₂ und das Gegengewicht G. Die Einstellung des Eisenkernes und die Bemessung des Gegengewichtes erfolgt derart, daß sich der Hebel H₂ bei der konstant zu haltenden Generatorspannung vollkommen im Gleichgewicht befindet. Ist dagegen die Generatorspannung niedriger oder höher, so ist die von der Spule auf den Kern K₂ ausgeübte Kraft eine kleinere bezw. eine größere als die zur Aufrechterhaltung des Gleichgewichts nötige, und der Kontakt C₂ wird gehoben oder gesenkt.

[738] Tritt eine Belastungssteigerung oder Verminderung der Tourenzahl ein, so daß die Generatorspannung zu sinken beginnt, so wird die Kontaktstelle C₁ C₂ sofort durch den Hebel H₂ gehoben, die Erregerspannung steigt, da der Nebenschlußregulierwiderstand der Erregermaschine durch den Kontakt C₁ C₂ kurzgeschlossen ist, bis wieder Gleichgewicht bei normaler Generatorspannung erreicht ist. Die Spannungsspule S₂ des Wechselstrommagneten stellt also in Gemeinschaft mit dem Gleichstrommagneten stets eine konstante Generatorspannung ein.

Die Wechselstromspule S¹₂ (Stromspule) ist an einen Stromtransformator angeschlossen und wird verwendet, wenn zur Konstanthaltung der Spannung an einem von der Zentrale entfernten Ort, z.B. einem Speisepunkt, eine Ueberkompoundierung des Generators notwendig ist. Die Stromspule S¹₂ ist so geschaltet, daß sie der Spannungsspule S₂ entgegenwirkt. Auf diese Weise erreicht man eine mit dem Generatorstrome anwachsende Verminderung der Amperewindungszahl des Wechselstrommagneten und erhält eine mit der Beladung des Generators steigende Generatorspannung. Die Größe der Spannungssteigerung bei einer bestimmten Belastung kann mittels Ab- und Zuschalten von Windungen der Stromspule durch Verstellen von Regulierkurbeln geändert werden.

Körner.