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Jeder Steuer-und Regeleinrichtung physikalischer Grössen liegt eine Messeinrichtung zugrunde.
Zur Messung einer physikalischen Grösse ist ein für diese Grösse empfindliches Organ erforderlich, welches je nach der Art der Messgrösse und des Organs seinen mechanischen, optischen und akustischen
Zustand ändert. Weiters ist ein Vergleichsorgan erforderlich, an welchem die Grösse der Veränderung des Messorgans festgestellt werden kann.
Das neue Verfahren ist für Messapparate bestimmt, deren empfindliches Organ um eine Achse rotiert, wobei die Umlaufzahl des Messorgans in der Zeiteinheit von dem Zustand der physikalischen
Grösse abhängt, der gemessen werden soll. Als Vergleichsorgan dient ein Apparat mit konstanter
Drehzahl. Zwischen Mess-und Vergleichsorgan ist ein Differentialgetriebe eingeschaltet, so dass die
Drehzahl der Kreuzwelle der Differenz der beiden Antriebsapparate entspricht.
Es sind bereits selbsttätige Regler bekannt, welche in Wechselstromnetzen die Spannung des
Netzes unter dem Einfluss der Differenzwirkung einer Maschine mit sich gleichbleibender Geschwindig- keit und einer Maschine deren Geschwindigkeit sich mit der Spannung ändert, konstant halten. Im besonderen wurden für die Maschine mit der von der Netzspannung abhängigen Drehzahl ein Reihen- schlusskommutatormotor, für die Maschine mit gleichbleibender Geschwindigkeit ein Synchronmotor benutzt. Die beiden Motoren arbeiten auf ein Differentialgetriebe, dessen Kreuzwelle als Stufen- schalter eines Transformators ausgebildet ist. Um die notwendigen Drehmomente zu erzielen, müssen die beiden Motoren sehr gross gewählt werden.
Da überdies bei der Art des Antriebes eine schleichende
Schaltung nicht vermieden werden kann, konnte die beschriebene Einrichtung in der Praxis keinen
Eingang finden.
Eine andere Aufgabe stellt die Konstanthaltung kleiner Ströme, namentlich für Messzwecke, dar. Auch hier wirkt eine Kreuzwelle als Schaltarm ; an Stelle des Stufentransformators tritt ein ent- sprechend ausgelegter Widerstand. Da als stromempfindliches Organ ein Zähler verwendet wird, bleibt die erzielbare Leistung sehr gering und ist zum Anschluss regulärer Verbraucher völlig ungeeignet.
Bei einer gleichfalls bekannten Einrichtung zur Regelung der Spannung von Generatoren betätigt die Kreuzwelle zwei Hilfskontakte. Da die Kreuzwelle schon durch geringe Unterschiede ihrer beiden Antriebe aus einer Grenzstellung in die andere läuft, ist dieser Regler wegen der unvermeid- lich auftretenden Pendelungen unbrauchbar.
Bei einer Einrichtung nach dem neuen Verfahren wird die Messspannung bzw. die in Frage kommende physikalische Grösse nicht verändert, sondern auf das empfindliche Organ eine zusätzliche
Beeinflussung ausgeübt, durch welche der Unterschied zwischen Messwert und konstanter Grösse aus- geglichen wird, wobei aus der Grösse der zusätzlichen Beeinflussung bei eingetretenem Ausgleich auf die zu messende physikalische Grösse geschlossen werden kann.
Ein derartiges Messgerät kann dann durch Anbau eines Registrierarmes oder von Kontakten zum Schreiber bzw. Regler ausgebildet werden.
Fig. 1 stellt eine prinzipielle Anordnung nach dem neuen Verfahren dar. Teil j ! ist der Mess- apparat, dessen empfindliches Organ um seine Achse rotiert, wobei die Umlaufzahl in der Zeiteinheit von der zu messenden physikalischen Grösse abhängt. Teil 2 ist das Vergleichsorgan mit konstanter
Umlaufzahl (Synchronmotor, Uhrwerk usw.). Teil 3 ist ein Kontakt, welcher von der Kreuzwelle 16 des Planetengetriebes 7, 8 und 9 angetrieben wird. Er gleitet auf einem Widerstand 4, der seinerseits dem Messgerät 1 zugeschaltet ist. Die Zahnräder 6 und 6 werden vom Messgerät 1 und vom Vergleichs-
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gerät 2 angetrieben.
Ihre Achsen sind mit den Kegelrädern 7 und 8 eines Differentialgetriebes verbunden, zwischen welchen das Sonnenrad 9 läuft. Auf der Kreuzwelle 16 sitzen ausserdem der Zeiger 10, welcher über der Skala 11 spielt, und der Hilfskontakt 12, welcher die Leitung 14 mit den beiden Leitungen 13 oder jfJ zu verbinden imstande ist. Die gesamte Einrichtung arbeitet folgendermassen : Es sei zunächst angenommen, dass die Drehzahl der Geräte 1 und 2 gleich ist. Es ist ohne weiteres einzusehen, dass in diesem Fall keinerlei Verdrehung der Kreuzwelle 16 erfolgt. Sie bleibt in Ruhe.
Es sei nun angenommen, dass der Messwert, also die Drehzahl des Gerätes 1 ansteige, dadurch werde der Zeiger 10 im positiven Sinn bewegt. Ebenso verschiebt sich der Kontakt 3 auf dem Widerstand 4, dies hat zur Folge, dass das Messgerät 1 nicht nur vom Messwert beeinflusst wird, sondern dass durch Änderung der Kontaktstellung 3 auf dem Widerstand 4 seine Drehzahl heruntergesetzt wird. Die Bewegung der Kreuzwelle 16 wird daher nur so lange andauern, bis durch die Verschiebung des Kontaktes 3 auf dem Widerstand 4 die Drehzahl des Messgerätes 1 derjenigen des Vergleichswerkes 2 wiederum angeglichen ist.
Es ist wohl ohne weiteres einzusehen, dass die Grösse der Verschiebung des Kontaktes 3 auf dem Widerstand 4 und somit die Änderung der Stellung des Zeigers 10 im Raum, ein Mass für den jeweiligen Unterschied des Messwertes am Gerät 1 gegenüber einem konstanten Wert bildet, wobei der als konstant angenommene Wert durch die Drehzahl in der Zeiteinheit des Gerätes 2 dargestellt wird. Entscheidend für die Funktion der Anordnung ist somit die zusätzliche Beeinflussung des Gerätes 1, welche stetig in Abhängigkeit von der Stellung der Kreuzwelle erfolgen muss. Da die
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Hilfsgrössen bleiben auf die Genauigkeit der Messung ohne jeden Einfluss. Von besonders grosser Bedeutung ist jedoch das dynamische Verhalten derartiger Messeinrichtungen, welche ihre Verwendung beim Registrieren, Steuern und Regeln besonders zweckmässig erscheinen lässt.
Alle Eigenschaften, welche H. Dallmann im Archiv für Elektrotechnik vom 10. November 1934, Seite 710, in seiner Arbeit über die Wiedergabe der Leitkurve durch Mittelwert bildende Messgeräte für ein Messgerät mit Differentialgetriebe darlegt, finden sich bei der vorliegenden Messeinrichtung vor. Sie ist daher besonders geeignet, Mittelwerte von Messgrössen schriftlich aufzuzeichnen. Die Aufzeichnung beispielsweise einer Spannung kann mit einer bisher für unmöglich gehaltenen Genauigkeit mit unterdrücktem Nullpunkt erfolgen. Es ist lediglich notwendig, als Messgerät 1 einen spannungabhängigen Induktionszähler, der von der Änderung der Raumtemperatur weitgehend unabhängig ist, zu verwenden und als Sollwert einen kleinen Synchronmotor vorzusehen.
Induktionszähler der vorerwähnten Art werden von jeder Zählerfabrik auf Wunsch geliefert, zumal ihre Drehzahl nur zwischen + 10% zu schwanken braucht. Es ist jedoch möglich, das neue Verfahren auch für ganz andere Zwecke zu verwenden. Es sei angenommen, dass das Gerät als Kilowattstundenzähler oder als i2-Zähler ausgeführt ist. Bei Abweichung der Drehzahl des Gerätes 1 und entsprechender Ausführung des Planetengetriebes 7, 8 und 9 wird der Zeiger 10 zeitlich der Änderung des Messwertes nur im weiten Abstand folgen.
Es ist daher möglich, mit Hilfe der Kontakte 13 und 16 die gesamte Einrichtung als Verzögerungrelais zum Schutz gegen Überlast oder auch als Tarifapparat zu verwenden, welcher bei länger dauernder Überschreitung eines Normalwertes nach einiger Zeit einen Kontakt betätigt, einen Zähler steuert
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der Regeltechnik.
Gerade in der Regeltechnik sollen Messwerte in weiteren oder engeren Grenzen jedenfalls aber innerhalb eines bestimmten Bereiches gehalten werden. Bei Anwendung des neuen Verfahrens in einem Messgerät besitzt dasselbe Regeleigenschaften, welche es jedem andern bekannten Regelgerät überlegen erscheinen lassen. Es sei ausdrücklich bemerkt, dass die Regelung jeder Art von physikalischen
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das Problem der Spannungsregelung von Transformatoren herausgegriffen. Dieselben Probleme, welche bei diesem Spezialfall auftreten, kehren bei andern Aufgaben der Regeltechnik wieder, es ist jedoch bei Abwandlung des neuen Verfahren möglich, viele andere Regelprobleme in äquivalenter Weise zu lösen.
Die Forderungen, welche an eine gute Spannungsregelung mittels Regeltransformatoren und Motorantrieb gestellt werden, sind etwa folgende : Die Abweichung des Istwertes vom Sollwert darf
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sind mit Sicherheit zu vermeiden. Um dies zu erreichen, darf unterhalb einer bestimmten Abweichung des Istwertes vom Sollwert überhaupt kein Ansprechen der Regeleinrichtung erfolgen. Überschreitet die Abweichung den vorerwähnten Wert, so muss die zum Ansprechen des Regelkontaktes nötige Zeit um so grösser werden, je weniger die Differenz zwischen Istwert und Sollwert die zulässige Grenze überschreitet. Nach Beendigung der Kontaktgabe muss der Istwert bereits innerhalb der Grenzen des Sollwertes liegen.
In Fig. 2 ist ein Spannungsregler dargestellt, welcher beispielsweise für Regeltransformatoren Verwendung finden kann. Der Regeltransformator selbst ist nicht dargestellt, er speist das Netz, an welches die Schienen 128 angeschlossen sind. Das Messgerät 101 wird durch einen spannungsabhängigen
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gewählt werden kann. So ist auch die Möglichkeit gegeben, den Widerstand 122 parallel zu den Klemmen des Spannungsmessgerätes 101 anzuordnen, wobei dann statt eines Öffnungskontaktes ein Schliess- kontakt verwendet wird. Die Rückführung bleibt dieselbe.
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werden.
Es sei zu diesem Zweck angenommen, dass bei einer Schwankung der Netzspannung um + 1% der Kontaktarm 112 gerade mit den Kontakten 115 und 113 in Berührung kommt. Die erste Bedingung ist also erfüllt. Steht der Kontaktarm in der Mitte, so dauert es je nach Ausführung des Apparates längere Zeit, bis eine Spannungsschwankung sich geltend macht. Vorübergehende Schwankungen bleiben unberücksichtigt, da nicht auf den Momentanwert, sondern auf einen Mittelwert der Spannung eingeregelt wird. Somit ist auch die zweite Bedingung erfüllt. Es ist zuletzt ohne weiteres einzusehen, dass die Kreuzwelle sich immer rascher aus ihrer Normalstellung herausdreht, je grösser die Differenz zwischen Istwert und Sollwert der zu regelnden physikalischen Grösse ist, denn die Winkelgeschwindigkeit der Kreuzwelle hängt nur von der Differenz der beiden Antriebe ab.
An Stelle der Spannungsregulierung könnte ebenso gut eine Stromregulierung erfolgen. Weiter ist es möglich, jeden physikalischen Zustand in Form einer Zählerdrehzahl ferngesteuerter spannungsunabhängiger Zähler abzubilden, so dass tatsächlich mit der Erfindung ein Steuerrelais für die Änderung jeder beliebigen Zustandsgrösse geschaffen wurde. Werden die Hilfskontakt weggelassen, so arbeitet die ganze Einrichtung wie ein gewöhnliches Messgerät, nur mit dem Unterschied, dass bei der Einrichtung nach der Erfindung mit beliebig grosser Zeitkonstante gearbeitet werden kann. Anderseits ist es auch möglich, die Zeitkonstante des Gerätes soweit abzugleichen, dass praktisch Momentanwerte angezeigt werden.
Bei der Verwendung als Registriergerät wirkt sich die grosse Zeitkonstante besonders günstig aus, da auch bei kleinem Papiervorschub leserliche Aufzeichnungen erzielt werden, wenn der Messwert auch noch so stark schwankt.
Abschliessend sei noch bemerkt, dass häufig die Forderung gestellt wird, eine Zustandsgrösse nicht auf einen konstanten Wert einzuregeln, sondern nach einer Veränderlichen. Es kann beispielsweise wünschenswert sein, die Spannung des Netzes nicht auf einen konstanten Wert einzuregeln, sondern den einzuregelnden Wert bei Erhöhung der Stromentnahme aus dem Netz ansteigen zu lassen, damit die Spannungsabfälle in den Leitungen kompensiert werden. Um dies zu erreichen, ist es lediglich notwendig, das Stromeisen IM mit einer weiteren Wicklung zu versehen, deren Strom in funktionellem Zusammenhang steht mit der Stromentnahme aus dem Netz 128. Der von dieser Spule erzeugte Fluss muss dem Fluss, welchen die Spulen 118 erzeugen, entgegenwirken.
Steigt die Stromentnahme aus dem Netz 128, so wird dadurch die Drehzahl des Zählers 101 auch dann zurückgehen, wenn die Spannung im Netz 128 an der Stelle konstant bleibt, an welcher der Hilfstransformator 127 angeschlossen ist.
Der Widerstand 104 wird verkleinert und der Kontakt 103 wird den Schaltvorgang ebenso einleiten,
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Beispiel für eine solche Lösung diene das Problem, die zu regelnde Zustandsgrösse, in diesem Falle also die Spannung, nicht in Abhängigkeit vom Strom zu verändern, sondern in Abhängigkeit von der Zeit. In grösseren Netzen ist nämlich die zu haltende Spannung zu jedem Zeitpunkt von vornherein bekannt (Programmregelung). Der Synchronmotor 102 wird dann durch einen spannungsunabhängigen Zähler ersetzt, dessen Drehzahl von einem Widerstand aus gesteuert wird. Die Änderung der Widerstandsgrösse oder des Spannungsabgriffes erfolgt von einem Uhrwerk aus.
Soll die Spannung zu einem bestimmten Zeitpunkt erniedrigt sein, so wird auch die Drehzahl des Antriebes 102 heruntergesetzt, der Antrieb 101 läuft schneller als der Antrieb 102 und es tritt derselbe Erfolg ein, als wenn die Spannung des Netzes 128 unzulässig erhöht worden wäre. Der Kontakt 116 spricht an und reduziert mit bekannten Mitteln die Netzspannung.
Mit der neuen Einrichtung wurde ein Messgerät geschaffen, dessen vorzüglichste Eigenschaften das erzielbare grosse Drehmoment, seine in denkbar weiten Grenzen einstellbare Zeitkonstante und die Einfachheit seiner Teile sind. Das grosse Drehmoment ermöglicht die direkte Betätigung der Kontakte, welche bekanntlich mit den üblichen elektrischen Messinstrumenten nicht mit der notwendigen Sicherheit erreicht werden kann. Ein weiterer grosser Vorteil besteht in der Möglichkeit, eine Registrierung mit unterdrücktem Nullpunkt durchzuführen, bei welcher trotzdem nicht jede kleine Schwankung in der Messgrösse zu einem unerträglichen Pendeln der Registriereinrichtung führt.
Diese Eigenschaften, welche von keiner andern der derzeit bekannten Einrichtungen erreicht werden
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bekannten Einrichtungen.
**WARNUNG** Ende DESC Feld kannt Anfang CLMS uberlappen**.