AT122757B

AT122757B - Indirekte elektrische Regel- und Steuereinrichtung.

Info

Publication number: AT122757B
Authority: AT
Inventors: Johann Dr Latzko; Otto Ing Plechl; Adolf Ing Ritter
Original assignee: Bbc Ag Oesterr
Priority date: 1928-03-03
Filing date: 1928-03-03
Publication date: 1931-05-11
Also published as: FR665701A; NL29104C; GB307046A

Description

Indirekte elektrische Regel-und Steuereinrichtung.

Zur Konstanthaltung oder Regelung eines Zustandes, z. B. von Stromstärke, Drehzahl, elektrischer Spannung usw., kann man diesen Zustand soweit möglich unmittelbar, sonst mittelbar gemeinsam mit einer Vergleichsgrösse auf ein Vergleichsorgan (Differentialrelais) einwirken lassen, welches seinerseits die Regulierorgane direkt oder indirekt verstellt. Falls die zu regelnde Grösse eine elektrische Grösse ist, lässt man sie unmittelbar auf das Vergleichsorgan einwirken, wenn es sich aber um die Regelung einer nicht elektrischen Grösse handelt, wird von dieser in an sieh bekannter Weise eine elektrische Grösse,
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dass sie sehr gut zur Fernreglung verwendet werden können, da sowohl die zu regelnde elektrische Grösse als auch die Vergleichsgrösse auf weite Entfernungen übertragen werden können.

Zur Vermeidung von Pendlungen wird die Steuereinrichtung mit einer sogenannten Rückführung versehen, welche das vorzeitige Erreichen der Gleichgewichtslage am Vergleiehsorgan bedingt und auf diese Weise der Trägheit der zu steuernden Einrichtung Rechnung trägt. Bei den bekannten Einrichtungen geschieht dies während des Regelvorganges durch plötzliche Änderung der Konstanten eines der Stromkreise durch Umschaltung mit Hilfe eines Schützes. Das unstetige Einsetzen und Verschwinden der Rückführgrösse gibt dem Vergleichsorgan einen Stoss, welcher unter Umständen eine neuerliche unerwünschte Betätigung der Regeleinrichtung zur Folge hat. Kleine auszuregelnde Differenzen bzw. kurze Regelimpulse erfordern einen kleineren Betrag der Rückführung als grössere Differenzen bzw. längere Regelimpulse.

Erst von einer gewissen, bei jeder zu regelnden Einrichtung verschiedener Dauer des Regelimpulses an ist der erforderliche Betrag der Rückführung konstant.

Erfindungsgemäss wird der Nachteil der bekannten Ausführungen dadurch vermieden, dass die Änderung der zur Rückführung dienenden elektrischen Grösse bis zum Eintritt des Gleichgewichtes am Vergleiehsorgan stetig erfolgt. Bei langen Regelvorgängen genügt es, die Änderung der zur Rückführung dienenden elektrischen Grösse nur bis zu einem festen Wert stetig erfolgen zu lassen und dann konstant zu halten.

Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel für die stetige Veränderung der zur Rückführung dienenden elektrischen Grösse. Die Spannung des Generators 13 soll auf einen einstellbaren Wert konstant gehalten werden. Hiezu wird der Strom in seiner Feldwicklung 14 mittels des Widerstandes 15 geändert. Die Verstellung dieses Widerstandes geschieht mit Hilfe eines Motors 16. Durch die Wicklung 8a des Vergleichsorgans fliesst ein d (r Generatorspannung proportionaler Strom durch die Spule 8b ein der Batterie 7 entnommener Vergleichsstrom, welcher mit dem Widerstand 9 einstellbar und durch den Strommesser 10 messbar ist.

Bei Störung des Gleichgewichtes am Wagebalken 11 wird entweder das Kontaktpaar 12 a oder 12b geschlossen, wodurch der Motor 16, gespeist durch die Batterie 17, zum Vor- oder Rücklauf veranlasst wird. Hiedurch wird der Widerstand 15 so lange verstellt, bis infolge der geänderten Generatorspannung am Waagebalken wieder Gleichgewicht eingetreten ist. Durch Abheben des Waagebalkens von den Kontakten wird dann der Motor 16 wieder ausgeschaltet. Die Relais benötigen jedoch zu ihrem Abfallen eine nicht zu vernachlässigende Zeit, der Motor wird nicht sofort zum Stillstand kommen und auch nach Stillstand des Motors wird sieh der Strom in der Feldwicklung infolge der magnetischen Trägheit der Maschine noch etwas ändern.

Die Folge hievon ist, dass die Generatorspannung über den Wert, bei

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dauerndes Pendeln, um die Gleichgewichtslage eintritt. Um dies zu vermeiden, ist es notwendig, bei i jedem Reguliervorgang das Gleichgewicht am Waagebalken 11 herzustellen, bevor sieh die Wirkungen der Spule Sa und 8b selbst das Gleichgewicht halten (erste Rückführung). Dies geschieht dureh die
Zusatzwicklung Sc, deren Wirkung sieh zu der der Spule 8b addiert. Sie ist an ein Potentiometer, welches von der Batterie 19 gespeist wird, angeschlossen. Bei Mittelstellung des Potentiometerhebels 20 fliesst kein Strom durch die Spule 8c.

Bei Abweichung aus dieser Nullage wird dann die Spule je nach der
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Reguliervorgang im Sinne einer Erhöhung der Generatorspannung die Wirkung der beiden Spulen 8b und 8c zusammen kleiner wird als die der Spule 8b allein. Dadurch gelangt der Waagebalken 11 ins Gleichgewicht, bevor die Generatorspannung ihrem Sollwert entspricht und öffnet die Kontakte 12 a.

Gleichzeitig mit dem Abstellen des Motors 16 wird auch die Spule 22 a stromlos und die Federn 21 bringen
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Stärke und Dauer der Rückführung so eingestellt werden, dass der Hebel 20 zu jenem Zeitpunkt in die Mittellage gelangt, in welchem die geregelte Generatorspannung auf ihrem Sollwert angelangt ist.

Das Ausführungsbeispiel Fig. 2 unterscheidet sich von Fig. 1 dadurch, dass eine durch den Regelvorgang herbeigeführte Änderung des Vergleiehswertes zur Rückführung benutzt wird. Das Riiekführungspotentiometer wird nicht durch Solenoide, sondern durch einen Motor angetrieben, wobei die Rüekführungsbegrenzung durch Abschalten und der Rücklauf durch Umschalten dieses Motors bewerkstelligt wird. Es bedeutet wieder, wie in Fig. 2 : 1. 3 den Generator, 14 seine Feldwicklung, 15 den Regulier-
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Regulierwiderstand und der Antrieb 24 für das Schleifstück 20 des Potentiometers 18 wird vom Generator gespeist. Der Vergleichsstrom wird der Batterie 26 über ein Einstellpotentiometer 27 entnommen.

Da er, wie später angeführt wird, sieh während des Regelvorganges ändert, wird die Einstellung vorteilhafterweise anstatt mit einem Strommesser mit dem Spannungsmesser 28 vorgenommen, der von der
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eine durch die zu regelnde Frequenz, die andere durch eine Vergleichsfrequenz betrieben wird, wobei jede der beiden Maschinen ein Sonnenrad eines Planetengetriebes antriebt. Das Planetenrad des Getriebes wird sich relativ zur Achse des Getriebes in Ruhe befinden, sobald die zugeführten Frequenzen übereinstimmen. Bei Abweichung der zu regelnden Frequenz von der Vergleichsfrequenz weicht das Planetenrad
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richtung weit entfernt sein.

Die Frequenz eines Wechselstromes als Vergleichswert eignet sich infolge ihrer Unabhängigkeit von Leitungskonstanten vorzüglich zur Übertragung über grössere Entfernungen.

Die Erzeugung der Vergleichsfrequenz kann durch eine mit veränderlicher (einstellbarer) Geschwindigkeit angetriebene Wechselstrommaschine erfolgen. Um beim Vergleichsorgan dauernd rotierende Bestandteile zu vermeiden und ausserdem eine besondere Genauigkeit der Regeleinrichtung zu erzielen, wird erfindungs-
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Gemäss Fig. 3 wird der Transformator 34 mit der zu regelnden Frequenz, der Transformator 35 mit der Vergleichsfrequenz gespeist. Letztere wird vom Generator 36 erzeugt und über die Fernleitung. 37 der Steuereinrichtung zugeführt. Im gemeinsamen Sekundärkreis der beiden Transformatoren 34 und 35 ist ein Gleichrichter 38 angeordnet. In diesem Stromkreis fliesst daher ein Wellenstrom, dessen Frequenz durch die zwischen der zu regelnden Frequenz und der Vergleichsfrequenz auftretende Schwebung bestimmt ist. Der Wellenstrom wird durch den Transformator 39 in einen Wechselstrom verwandelt.

Dieser fliesst
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densator 42 (der allenfalls durch einen Ohmsehen Widerstand ersetzt werden kann) und die Spule 40b des Vergleichsorgans. Die Ströme in den Spulen 40a und 40b werden nur bei einer bestimmten Schwebungsfrequenz gleich sein, bei niedrigerer Frequenz wird der Strom in 40a, bei höherer Frequenz in 40b überwiegen. Demgemäss wird nur bei der bestimmten Frequenz der Waagebalken 11 in seiner Mittellage verharren, sonst aber die Steuerkontakte 43a oder 4, 3b schliessen. Schwankungen des Waagebalkens infolge wechselnder Zugkräfte und Resonanz sind durch Ausstattung des Systems mit entsprechender Masse und Dämpfung verhindert. Die vorbesehriebene Einrichtung zeichnet sich durch eine besondere Präzision aus.

Soll beispielsweise die zu regelnde Grösse 50 Perioden pro Sekunde betragen und sind die Solenoidkreise des Vergleichsorgans auf eine Schwebungsfrequenz von 4 Perioden pro Sekunde abge-
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nun die zu regelnde Grösse um 2% auf 49 Perioden pro Sekunde, so hat sich die Sehwebungsfrequenz auf 6 Perioden pro Sekunde d. i. um 5G% gegenüber dem früheren Wert erhöht.

Um die Einrichtung von Spannungsschwankungen gänzlich unabhängig zu machen, ist es vorteil-
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als Vergleichsgrösse zu verwenden. Fig. 4 stellt eine solche Anordnung dar. Die beiden Vergleiehfrequenzen können etwa durch zwei verschiedenpolige miteinander gekuppelte Wechselstrommaschinen 36a und. 36b erzeugt werden. Diese speisen die Primärwicklungen der beiden Transformatoren 35a und 35b. Dil' Sekundärwicklungen dieser Transformatoren sind mit denen der beiden, mit der zu regelnden Frequenz
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Sekundärwicklungen der beiden Transformatoren speisen über je eine Drosselspule 41 a bzw. 41 b die Solenoide 40a und 40b des Vergleichsorgans.

Wird die Drehzahl der Generatoren 36 beispielsweise so eingestellt, dass die Maschine 86 a 48 Perioden und die Maschine. 36b 52 Perioden pro Sekunde erzeugt, so herrscht unter der Voraussetzung einer symmetrischen Anordnung der Apparate Gleichgewicht, wenn die zu regelnde Frequenz genau 50 Perioden pro Sekunde beträgt. Die beiden Spulen des Vergleichsorgans 40a und 40b führen dann Wechselstrom von gleichem Effektivwert und von einer Frequenz von 4 Perioden pro Sekunde. Weicht die zu regelnde Frequenz etwa um 2% auf 51 Perioden pro Sekunde ab, so steigt die Frequenz in der Spule 40a auf 6 Perioden pro Sekunde, während die in der Spule 40b auf 2 Perioden pro Sekunde abfällt. Ist die Induktivität in dieser Spule sehr gross gegenüber dem Ohmschen Widerstand, so verhalten sich die Ströme nahezu wie 1 : 3.

Die Einrichtung ist daher imstande, auf sehr geringe Abweichungen der zu regelnden Frequenz vom Vergleichswerte anzusprechen. Wenn die zu regelnde Frequenz oder die Vergleichsfrequenz über grössere Entfernungen übertragen wird, so ist unter Umständen die der Steuereinrichtung zugeführte Energie zur Betätigung eines entsprechend kräftigen Vergleichsorgans nicht ausreichend. Es kann dann ausser einer Gleichrichtung auch eine Verstärkung des Sehwebungsstromes angewendet werden, beispielsweise unter Verwendung von Elektronenröhren
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Um die vorbesehriebene Regeleinrichtung mit einer Rückführung zu versehen, genügt es, den Antrieb des Vergleiehsstromerzeugers während eines Regelvorganges zu einer vorübergehenden Drehzahländerung zu veranlassen.

Die Betriebsbedingungen dieses Antriebe können hiebei unstetig, etwa

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balkens 11 sind die beiden Schütze 45 abgefallen. Der Erregerstrom des Motors 49 fliesst dann vom Mittelpunkt 52 des Potentiometers 51 über die in Reihe geschalteten Kontakte 48b und 48a sowie über den Einstellwiderstand 9 durch die Feldwicklung 50. Bei Ansprechen des Schützes 45a werden nun die Kontakte 46a und 47 a geschlossen. Gleichzeitig wird der Kontakt 48a geöffnet, so dass der über den Nullpunkt ? des Potentiometers führende Stromkreis unterbrochen wird. Nunmehr ist der Feldstrom-
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der Veränderung des Feldstromes strebt nun der Motor 49 und damit auch die beiden Stromerzeuger einer anderen Drehzahl stetig zu.

Bei Erreichung des Gleichgewichtes am Waagebalken 11 fällt das Schütz 45 wieder ab, wodurch die Feldwicklung 50 wieder ihren früheren Strom erhält und der Motor seine ursprüngliche Drehzahl annimmt. Durch die geeignete Wahl der Anzapfpunkte 53 am Potentiometer 51 kann die Grösse der Rückführung eingestellt werden, so dass eine Rückführungsbegrenzung, wie sie bei Fig. 1 und 2 beschrieben wurde, bei dieser Anordnung ohne zusätzliche Einrichtungen von selbst erreicht ist.

In vielen Fällen, insbesondere dann, wenn dem Vergleichsorgan die zu regelnde Grösse oder die Vergleichsgrösse über längere Leitungen zugeführt wird, ist es erforderlich, eine Sicherheitseinrichtung vorzusehen, welche bei Defekten dieser Leitungen Fehlregulierungen verhindert. Ein Leitungsbrueh im Vergleiehsstromkreis hätte beispielsweise bei der Anordnung nach Fig. 2 die Aberregung des Generators zur Folge. In solchen Fällen ist es zweckmässig, die automatische Regeleinrichtung ausser Betrieb zu setzen. Dies kann erfindungsgemäss ebenfalls durch einen Vergleich des zu regelnden Wertes mit dem
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überschreiten. Bei Leitungsbrüche oder Leitungskurzsehlüssen treten hingegen momentan verhältnismässig grosse Differenzwirkungen auf.

Stattet man daher das Vergleichsorgan mit einem Öffnungskontakt aus, welcher bei Überschreiten einer bestimmten Differenzwirkung den Betätigungsstromkreis der Steuereinrichtung unterbricht, so kann die weitere Regulierung nicht mehr vor sich gehen. Man kann das Vergleichsorgan auch so ausführen, dass eine mit dem Waagebalken fest verbundene Bürste bei Abweichungen aus der Nullage auf einen Schleifkontakt aufläuft, diesen jedoch bei Überschreiten einer bestimmten Differenzwirkungüberläuft. Die Steuerung spricht dann nur an, wenn die Differenzwirkung am Vergleichs- organ sieh innerhalb bestimmter, durch die Länge der Schleifbahn vorgegebener Grenzen bewegt. Wird
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werden. Es empfiehlt sich dann die Abschaltung im Störungsfall durch ein zweites, weniger empfindliches Vergleichsorgan ausführen zu lassen.

Mit den Kontakten desselben können dann nicht nur die
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werden.

PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Indirekte Regel-und Steuereinrichtung, bei der die zu regelnde elektrische oder elektrisch abgebildete Grösse und eine veränderliche elektrische Vergleichsgrösse gemeinsam auf ein Differentialrelais einwirken, das seinerseits die Regulierorgane direkt oder indirekt verstellt, wobei die RÜckfÜhrung des Differentialrelais durch vorübergehende, durch den Reguliervorgang selbst veranlasste Veränderung
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einer zusätzlichen Hilfsgrösse auf das Vergleichsorgan oder durch Veränderung des Einflusses der zu regelnden Grösse auf das Vergleichsorgan), dadurch gekennzeichnet, dass die Änderung der zur Riiekführung dienenden Grösse bis zum Eintritt des Gleichgewichtes am Vergleichsorgan stetig erfolgt.

Claims

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Änderung der zur Rückführung EMI4.7 am Vergleichsorgan die zur Rückführung verwendete elektrische Grösse bzw. deren Einfluss auf das Vergleichsorgan zu einer stetigen Rüekänderung veranlasst wird, so dass der Rüekführungseinfluss verschwindet EMI4.8 mit dem Sollwert auftreten kann.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, bei welcher als Vergleichsgrösse eine Stromstärke verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die vom Regelvorgang gesteuerte Hilfsgrösse eine Stromstärke ist.

5. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Änderung der Hilfs-und Vergleichsgrösse durch Änderung einer von einem Potentiometer (18) entnommenen Zusatzspannung bewirkt wird (Fig-. 1). <Desc/Clms Page number 5>

6. Einrichtung nach den Ansprüchen 2 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Weg des Schleifstückes des Potentiometers (18) durch Anschläge (2. 3) begrenzt ist.

7. Einrichtung nach den Ansprüchen 2 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass am Potentiometer (18) EMI5.1 meters betätigt, den Antrieb (24) des Potentiometers mittelbar oder unmittelbar abschalten (Fig. 2).

8. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Schleifstück (20) des Potentiometers bei Abweichung aus seiner Mittellage einen Kontakt (82 a oder 32 b) schliesst, welcher mit einem anderen bei Gleichgewicht oder entgegengesetztem Ansprechen des Vergleichsorgans (11) geschlossenen Kontakt in Reihe liegt, wobei durch Schliessen beider Kontakte der Antrieb (24) des Potentiometers zum Rücklauf in die Nullage veranlasst wird.

9. Einrichtung nach Anspruch 1, bei welcher als Vergleichsgrösse die Frequenz eines Wechselstromes verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, dass dem Vergleichsorgan (11) ein Wechselstrom zugeführt wird, dessen Frequenz der aus der zu regelnden und der Vergleichsfrequenz resultierenden Schwebungsfrequenz proportional ist (Fig. 3).

10. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass der dem Vergleichsorgan zugeführte Wechselstrom durch Gleichrichtung der zur Schwebung gebrachten Wechselströme erzeugt wird. EMI5.2 Sinne einwirken, so dass sich das Vergleiehsorgan (11) nur bei einem bestimmten Verhältnis der beiden Schwebungsfrequenzen im Gleichgewicht befindet (Fig. 4).

12. Einrichtung nach den Ansprüchen 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Vergleichsstromkreis des Vergleichsorgans mit einer Induktivität oder Kapazität (41 bzw. 42) ausgestattet wird, welche bei Gleichheit der zugeführten Spannung die Stromstärke des Kreises in Abhängigkeit von der Frequenz ändert.

13. Einrichtung nach den Ansprüchen 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Vergleichsorgan mit einer Dämpfung versehen ist.

14. Einrichtung nach Anspruch 1, bei der als Vergleichsgrösse die Frequenz eines Wechselstromes dient, dadurch gekennzeichnet, dass die Vergleichsfrequenz während eines Regelvorganges durch diesen selbst vorübergehend verändert wird.

15. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass bei Eintreten des Gleichgewichtes am Vergleichsorgan die zusätzliche Beeinflussung der Vergleichsfrequenzerzeuger aufgehoben wird.

16. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Vergleichsfrequenzerzeuger während der Dauer eines Regelvorganges auf eine andere Drehzahl eingestellt wird und mit einer Schwungmasse versehen ist, unter deren Einfluss seine Drehzahl stetig in die neu eingestellte Drehzahl übergeht.

17. Sicherheitseinrichtung für Einrichtungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die am Vergleichsorgan auftretende Differenzwirkung bei Überschreiten einer bestimmten (einstellbaren) Grösse derselben die selbsttätige Regelung ausser Betrieb setzt.

18. Sicherheitseinrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass bei Übersehreiten der höchstzulässigen Differenzwirkung durch einen Öffnungskontakt am Vergleichsorgan die zum Betrieb der Steuerorgane dienende Stromquelle abgeschaltet wird.

19. Sicherheitseinrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Vergleichsorgan EMI5.3 den Sekundärstrom schliessen.

20. Sicherheitseinriehtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass ausser dem zur Steuerung dienenden Vergleichsorgan noch ein zweites solches vorhanden ist, welches bei Überschreiten einer bestimmten Differenzwirkung die selbsttätige Regelung abschaltet.