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Einrichtung zur Regelung der Frequenz elektrischer Generatoren od. dgl.
EMI1.1
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linearen Beziehung abweichen, so dass die Charakteristiken der beiden Beziehungen mindestens in der Nähe des Sollwertes möglichst stark gegeneinander geneigt sind bzw. sich schneiden. Dieser Schnittpunkt der Charakteristiken bildet denjenigen Punkt, auf welchen die Regelvorrichtung arbeitet. Er kann auf den gewünschten Wert der Betriebsgrösse dadurch ohne Schwierigkeit gelegt werden, dass eine der Charakteristiken entsprechend gehoben oder gesenkt wird, z. B. durch Veränderung der Übersetzung zwischen dem Antriebsmechanismus, z. B. dem Synchronmotor und dem angetriebenen Glied. Für den beispielsweise angenommenen Fall einer Frequenzregelung könnte zur Erzeugung der zweiten Geschwindigkeit z.
B. ein Zähler verwendet werden, der durch Benutzung des bekannten Phasensprung in einem Resonanzkreis so stark frequenzabhängig ist, dass sein Arbeitsbereich nur einige Perioden, z. B. die Werte von 47-53, umfasst, die Charakteristik innerhalb des benutzten Teiles also sehr steil verläuft.
Bei der beschriebenen Anordnung ist die eine Charakteristik fast horizontal, während die andere stark geneigt ist. Man kann auch mit zwei im entgegengesetzten Sinne geneigten Charakteristiken arbeiten und erhält dadurch eine Anordnung, die besonders empfindlich ist. Wenn es sich beispielsweise darum handelt, die Frequenz eines Wechselstromnetzes konstant zu halten, so verwendet man zweckmässig zwei Zähler. Mit Hilfe von Resonanzkreisen kann man dafür sorgen, dass die Drehzahl des einen Zählers mit steigender Frequenz ebenfalls ansteigt, während die Drehzahl des andern Zählers mit steigender Frequenz sinkt. Es gibt dann nur eine einzige Frequenz, bei welcher die Drehzahlen der beiden Zähler gleich gross sind.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dieser Art ist in den Figuren dargestellt. Fig. 1 zeigt schematisch den Aufbau einer derartigen Regeleranordnung, 1 und 2 sind die Triebscheiben zweier Zähler, 3 und 4 die in an sich bekannter Weise angeordneten Bremsscheiben. 5 und 6 sind die Stromspulen, 7 und 8 die Spannungsspulen. Die Zählerachsen wirken über die Schneckengetriebe 9 und 10 auf das Differentialgetriebe 12. Die Achsen des Planetenrades 13 sind mit dem Kontakthebel14 verbunden, der zur Auslösung der Regelbewegung dient.
Damit die Drehzahlen der Zähler im entgegengesetzten Sinne von der Frequenz abhängen. kann die in Fig. 2 dargestellte Schaltung verwendet werden. Mit 15 ist eine Spule bezeichnet, die an die Wechselstromquelle, deren Frequenz geregelt werden soll, angeschlossen ist. Mit dieser Spule ist der auf die Nonnalfrequenz abgestimmte Schwingungskreis 16 gekoppelt, der aus den Induktivitäten 17 und 18 und der Kapazität 19 besteht. Mit der Induktivität 18 sind die Spulen 20 und 21 gekoppelt. An die Spule 20 ist die Stromspule 5 des einen Zählers angeschlossen, während die Stromspule 6 des andern Zählers unter Zwischenschaltung der zur Verschiebung der Phase dienenden Vorrichtung 22 an die Spule 21 angeschlossen ist. Die Vorrichtung 22 dient dazu, die Phase der von der Spule 21 gelieferten Ströme um 90 zu verdrehen. Man kann zu diesem Zweck die bekannten Schaltungen verwenden.
Die Spannungsspulen 7 und 8 der Zähler werden von der mit der Spule 15 gekoppelten Spule 23 gespeist. Durch Mittel, die in der Figur nicht dargestellt sind, aber im Zählerbau zur Herstellung einer Phasenverschiebung von 900 allgemein Verwendung finden, wird dafür gesorgt, dass der durch die Spule 5 fliessende Strom gegenüber dem von der Spule 7 erzeugten magnetischen Feld um etwa 450 verschoben ist, wie in Fig. 3 im Vektordiagramm dargestellt ist. Der in der Spule 6 fliessende Strom ist um etwa 900 gegenüber dem in der Spule 5 fliessenden Strom verschoben. Durch geeignete Polung der Spule 8 wird dem Vektor des magnetischen Feldes der Spule 8 die aus der Fig. 3 ersichtliche Lage erteilt.
Die Anordnung wirkt nun in der Weise :
Stimmt die Frequenz der Wechselstromquelle mit dem Normalwert überein, so nehmen die Vektoren der Felder und der Ströme die in Fig. 3 dargestellte Lage ein, d. h. die auf die Anker 3 ausgeübten Drehmomente sind gleich, und deshalb stimmen auch die Umdrehungsgeschwindigkeiten überein, so dass das Planetenrad 13 in der Ruhelage bleibt. Weicht die Frequenz jedoch vom Normalwert ab, so verschiebt sich die Phase der in den Spulen 20 und 21 fliessenden Ströme in dem einen oder dem andern Sinne. Es sei angenommen, dass bei einer Frequenzsteigerung die Vektoren der Ströme sich im Uhrzeigersinn verschieben und die in Fig. 3 gestrichelt gezeichnete Lage einnehmen. Aus der Figur ist zu erkennen, dass dabei die Phasenverschiebung zwischen (D 7 und J 5 grösser, dagegen zwischen (P 8 und J 6 kleiner wird.
Damit wird eine Verschiedenheit der Drehmomente hervorgerufen. Es weichen daher auch die Umdrehungszahlen der Zähleranker voneinander ab, und das Planetenrad wird verdreht. Diese Drehbewegung kann zur Herbeiführung des Regelvorganges benutzt werden. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 werden zwei Zähler verwendet, bei welchen die Drehzahl des Ankers des einen Zählers mit steigender Frequenz zunimmt, während die des andern Zählers mit steigender Frequenz abnimmt.
Die Drehzahlcharakteristik der beiden Zähler verläuft also im entgegengesetzten Sinne. Man kann Geschwindigkeiten bzw. Drehzahlen, von welchen die eine mit steigender Frequenz zunimmt, während die andere mit steigender Frequenz abnimmt, aber auch mit Hilfe von Zählern erhalten, deren Drehzahl- charakteristiken miteinander übereinstimmen, bei welchen also die Drehzahl in der gleichen Weise von der Frequenz abhängt. Zu diesem Zweck kann man jeden Zähler auf ein besonderes Differentialgetriebe einwirken lassen, von welchen das eine Glied mit konstanter Drehzahl im Umlauf versetzt wird. Die
Abhängigkeit der Drehzahl der Zähler von der zu regelnden Grösse, z. B. der Frequenz, wird dabei ebenfalls durch Resonanzkreise herbeigeführt.
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Ein Ausführungsbeispiel dieser Art ist in Fig. 4 dargestellt.
Mit 41 und 42 sind zwei Zähler bezeichnet, die unter Zuhilfenahme von Schwingungskreisen derart ausgebildet sind, dass sie bei der Normalfrequenz stillstehen, bei Abweichung von der Normalfrequenz in dem einen oder andern Sinn umlaufen. Die Zähler wirken über die Differentialgetriebe 43 und 44 auf die Impulsgeber 45 und 46 ein. Das eine Sonnenrad des Differentialgetriebes 43 wird vom Synchronmotor 47, das des Differentialgetriebes 44 vom Synchronmotor 48 angetrieben. Die Drehrichtung des Ankers des Zählers 41 in bezug zur Drehrichtung des Synchronmotor 47 ist umgekehrt wie die Drehrichtung des Ankers des Zählers 42 gegenüber der Drehrichtung des Synchronmotor 48. Mit Hilfe der Kontaktgeber 45 und 46 werden die Fortschaltwerke 49 und 40 einer an sich bekannten Vergleichsanordnung angetrieben.
Die Umlaufsgeschwindigkeit des Kontakta ; rmes 51 entspricht der Zahl der je Zeiteinheit vom Kontakt 45 gelieferten Impulse. Die Umlaufsgeschwindigkeit der Kontaktgabel 52 entspricht der Häufigkeit der vom Kontaktgeber 46 gelieferten Impulse. Wenn die Zahl der in der Zeiteinheit gelieferten Impulse gleich ist, so läuft der Arm 51 mit der gleichen Geschwindigkeit um wie der Arm 52, so dass zwischen den beiden Teilen keine Berührung stattfinden kann. Wenn die Impulszahlen jedoch voneinander abweichen, so tritt eine relative Geschwindigkeit auf, und der Arm 52 kommt mit der Kontaktgabel 51 in Berührung und löst dadurch in an sich bekannter Weise eine auf die Verstellung der zu regelnden Grösse einwirkende Vorrichtung aus.
Wenn der Arm 51 mit der Kontaktgabel 52 in Berührung kommt, kann man beispielsweise den auf die Energiezufuhr zur Dampfturbine einwirkenden Tourenverstellmotor während einer bestimmten Zeit in Umlauf setzen. Die Anordnung wirkt nun in folgender Weise.
Wenn die Frequenz mit dem Sollwert übereinstimmt, so stehen die Anker der Zähler 41 und 42 still. Die Kontaktgeber 45 und 46 werden mit Hilfe der Differentialgetriebe 43 und 44 von den Synchronmotoren 47 und 48 angetrieben. Die Umlaufzahl der Kontaktgeber ist untereinander gleich, so dass auch die Zahl der gelieferten Impulse übereinstimmt. Der Kontaktarm 51 wird daher mit der gleichen Geschwindigkeit wie die Kontaktgabel 52 umlaufen, so dass die zu regelnde Grösse nicht beeinflusst wird. Wenn die Frequenz vom Sollwert abweicht, so beginnen die Anker der Zähler 41 und 42 beispielsweise in der durch den Pfeil angedeuteten Richtung umzulaufen. Die Folge davon ist, dass sich die Umlaufzahlen des Kontaktgebers 45 vermindern, während sich die Umlaufgeschwindigkeit des Kontaktgebers 46 erhöht.
Vom Kontaktgeber 46 wird also eine grössere Anzahl von Impulsen geliefert als vom Kontaktgeber 45. Dies hat zur Folge, dass die Kontaktgabel 52 vom Fortschaltwerk 40 rascher angetrieben wird als der Kontaktarm 51 vom Fortsehaltwerk 49. Es kommt daher nach kurzer Zeit eine Berührung zwischen dem Kontaktarm 51 und der Gabel 52 zustande, durch die ein die Abweichung zwischen Ist-und Sollwert verkleinernder Regelschritt ausgelöst wird. Wenn der Istwert im entgegengesetzten Sinne vom Sollwert abweicht, so findet der gleiche Vorgang statt, lediglich mit dem Unterschied, dass dann die vom Kontaktgeber 45 erzeugten Impulse häufiger sind als die Impulse, die vom Kontaktgeber 46 erzeugt werden.
Die Anordnung nach Fig. 4 hat den besonderen Vorteil, dass auch bei Übereinstimmung der Frequenz mit dem Sollwert Impulse geliefert werden und daher die Vergleichsanordnung nicht stillsteht. Da dauernd Impulse gesendet werden, kann man leicht überwachen, ob die Anordnung einwandfrei arbeitet.
Für den richtigen Gang von Synehronuhren ist es wichtig, dass die Periodensumme in bestimmten Zeitabschnitten mit dem durch die Uhrzeit gegebenen Sollwert übereinstimmt. Dies kann man mit Hilfe der beschriebenen Anordnungen in einfacher Weise dadurch erreichen, dass man die Charakteristik eines der beiden Systeme in Abhängigkeit von der Abweichung zwischen dem Ist-und dem Sollwert der Periodensumme, also von der Abweichung zwischen der Normalzeit und der von den Synchronuhren angezeigten Zeit beeinflusst. Es ist dabei gleichgültig, ob die Charakteristiken der umlaufenden Systeme im entgegengesetzten oder im gleichen Sinne von der zu regelnden Grösse abhängig sind.
Eine Verschiebung der Charakteristiken kann man beispielsweise bei der zuerst beschriebenen Anordnung dadurch erzielen, dass man die Übersetzung zwischen dem Synchronmotor und dem Regelglied beeinflusst. Die Charakteristik des andern umlaufenden Gliedes kann man durch Veränderung der Abstimmung der Schwingungskreise erzielen. Diese Abstimmungsänderung kann sowohl durch Veränderung der Induktivität als auch der Kapazität des Schwingungskreises herbeigeführt werden. Die stark von der zu regelnden Grösse abhängige Charakteristik kann natürlich auch durch eine veränderliche Übersetzung verstellt werden. Die gleichen Mittel lassen sich natürlich auch bei den übrigen beschriebenen Ausführungsformen sinngemäss anwenden.
Die Grösse der Verschiebung der Charakteristik kann von der Grösse der Differenz zwischen dem Istwert und dem Sollwert der Periodensumme abhängig gemacht werden. Dadurch kann man erreichen, dass auch grosse Differenzen zwischen Ist-und Sollwert in verhältnismässig kurzer Zeit beseitigt werden.
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