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Verfahren und Vorrichtung zur Erfassung und Regelung technischer Frequenzen
Bei der Versorgung von frequenzabhängigen Verbrauchern, wie beispielsweise Leuchtstoffröhren, ist es erforderlich, um eine Schädigung der Verbraucher zu vermeiden, die Frequenz in möglichst engen
Grenzen konstant zu halten. Dieses Problem tritt insbesondere dann auf, wenn bei Ausfall der Netzspannung frequenzabhängige Verbraucher durch ein Hilfsaggregat gespeist werden müssen. In diesen Fällen wurde bisher so vorgegangen, dass bei Verwendung einer Batterie als Stromquelle für das Hilfsaggregat die
Spannung, oder bei Verwendung einer Brennkraftmaschine zum Antrieb des Hilfsaggregates die Drehzahl, konstant gehalten wurde. Damit ist aber noch nicht die Garantie gegeben, dass die technische Frequenz in den entsprechenden Grenzen gehalten wird.
Die Ausnützung technischer Frequenzen als Regelfaktor bietet aber insofern Schwierigkeiten, da technische Frequenzen ziemlich niedrig liegen. Hiebei werden unter technischen Frequenzen die Frequenzen der üblichen Stromnetze verstanden, welche beispielsweise ungefähr in der Grössenordnung von 50 Hz liegen.
Es ist daher bereits vorgeschlagen worden, die zu regelnde Frequenz zuerst in eine Drehzahl umzuwandeln, mit welcher eine Lochscheibe angetrieben wird, wobei über diese Lochscheibe beispielsweise unter Verwendung einer Photozelle eine vervielfachte, höhere Frequenz erzeugt wird. Diese höhere Frequenz wird nun bei den bekannten Vorrichtungen mit einer Bezugsgrösse verglichen, und die so ermittelte Vergleichsgrösse zur Regelung herangezogen. Zur Bildung der Bezugsgrösse sowie für den Ver- gleich dieser Bezugsgrösse mit der höheren Frequenz muss daher eine zusätzliche Einrichtung vorgesehen werden, wodurch die ganze Anlage wesentlich komplizierter, teurer und störungsanfälliger wird.
Die Erfindung zielt nun darauf ab, diese Nachteile zu vermeiden und besteht im wesentlichen darin, dass bei einer Vorrichtung zur Erfassung bzw. Regelung technischer Frequenzen, bei welcher die zu erfassende bzw. regelnde Frequenz mittels einer Frequenzumformereinrichtung in zumindest eine höhere Frequenz umgeformt wird, an die Frequenzumformerschaltung mehrere Schwingkreise angeschlossen sind, denen die höheren Frequenzen zugeführt werden und deren feste Abstimmungen sich voneinander stets unterscheiden, und an welche eine an sich bekannte Anzeige-bzw. Regeleinrichtung angeschlossen ist.
Durch die direkte Zuführung der höheren Frequenzen an fest abgestimmte Schwingkreise, deren Abstimmungen sich voneinander stets unterscheiden, kann jeder Abweichung der Sollfrequenz ein bestimmter Schwingkreis entsprechen, an welchen eine bestimmte Anzeige- bzw. Regeleinrichtung angeschlossen ist. So kann beispielsweise im einfachsten Fall beim Ansprechen eines Schwingkreises die nachgeschaltete Anzeige-bzw. Regeleinrichtung lediglich ein Warnsignal auslösen, während das Ansprechen eines andern Schwingkreises das Abschalten der gesamten Vorrichtung bewirkt.
Die Erfindung bietet also wesentlich mehr Möglichkeiten als die bisher bekannten Vorrichtungen, obwohl der Aufbau bedeutend einfacher gestaltet ist, da keine Einrichtungen zur Bildung einer Bezugsgrösse vorhanden sind.
Im Rahmen der Erfindung weist die Frequenzumformerschaltung zwei Kanäle auf, in welchen voneinander verschiedene oder gegeneinander phasenverschobene, gleiche höhere Frequenzen erzeugt werden, welche einander überlagert den fest abgestimmten Schwingkreisen zugeführt werden. Es ergeben sich auf diese Art sehr hohe überlagerte Frequenzen, welche in vorteilhafter Weise zur Regelung ausgenutzt werden
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können, wobei die Abmessungen der Filter weiter verkleinert und die Regelgenauigkeit vergrössert werden kann.
Vorzugsweise weist die eine Lochscheibe, welche zwischen einer oder mehreren Lichtquellen sowie lichtempfindlichen Organen mit einer von der technischen Frequenz abhängigen Drehzahl rotiert, auf- weisende Vorrichtung im Rahmen der Erfindung auf der Lochscheibe wenigstens zwei Lochreihen auf, wobei die Koinzidenzstellen von Lichtquelle, Loch und lichtempfindlichem Organ in den einzelnen Lochreihen phasenverschoben sind. In diesem Falle können überlagerte Frequenzen beliebiger Höhe erzeugt werden.
Auf diese Weise wird ermöglicht, die technischen Frequenzen in solche höheren Frequenzen umzuwandeln, dass bei kleinster Abmessung der Schwingkreise ein Maximum an Regelgenauigkeit erreicht wird.
Gemäss einem Verfahren zum Betrieb einer erfindungsgemässen Vorrichtung konnen bei Ansprechen der Regelung die höheren Frequenzen gegeneinander in dem Sinn phasenverschoben werden, dass bei Abfall der technischen Frequenz unter ihren Sollwert die Grundfrequenz des aus der Überlagerung der höheren Frequenzen entstehenden Frequenzgemisches erniedrigt und bei einem Ansteigen der technischen Frequenz über ihren Sollwert erhöht wird. Dies hat den Vorteil, dass durch Überregelung das Regelsystem schneller zum Ansprechen gebracht wird und damit der Zeitraum einer Überschreitung oder Unterschreitung der technischen Frequenz auf ein Mindestmass herabgesetzt wird.
In der Zeichnung ist die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen schematisch erläutert.
Fig. 1 zeigt das Schaltbild einer erfindungsgemässen Vorrichtung zur Erfassung und Regelung der Frequenz, Fig. 2 zeigt eine Lochscheibe mit einer einzigen Lochreihe. Fig. 3 zeigt das Schaltbild einer andern Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung und Fig. 4 zeigt einen erfindungsgemässen Frequenzgeber in axonometrischer Darstellung.
In Fig. 1 ist das Schaltbild einer Vorrichtung dargestellt, welche beispielsweise für die Frequenzkonstanthaltung für Leuchtstoffröhren verwendet wird, falls die Leuchtstoffröhren bei Ausfall des Netzes von einer Akkumulatorenbatterie gespeist werden sollen. Die von der Akkumulatorenbatterie 1 gelieferte Gleichspannung wird den Klemmen 2 eines rotierenden Umformeraggregates 3 zugeführt, welches die zugeführte Gleichspannung in eine Wechselspannung umformt, welche über die Klemmen 4 den Leucht- stoffröhren zugeführt wird. Auf der Welle 5 des Umformeraggregates 3 ist eine dünne, nahezu trägheitslose
Lochscheibe 6 befestigt, welche in Fig. 2 dargestellt ist.
Diese Lochscheibe 6 rotiert zwischen einer ebenfalls von der Batterie 1 gespeisten, ortsfest angeordneten Lichtquelle 7 und einem ebenfalls ortsfest angeordneten lichtempfindlichen Organ, beispielsweise einer Selenzelle 8. Glühlampe 7 und Selenzelle
8 sind achsparallel zur Welle 5 mit den Löchern 9 der Lochscheibe 6 fluchtend angeordnet und bilden mit der Lochscheibe einen Frequenzgeber. Der von der Lichtquelle 7 ausgehende Lichtstrahl fällt beim Vorbeiwandern eines Loches 9 der Lochscheibe 6 auf die Selenzelle'S und erzeugt einen Impuls. Dadurch, dass die Lochscheibe mit einer der abgegebenen Frequenz des Umformers proportionalen Drehzahl rotiert, wird die Frequenz der Impulse in der Selenzelle ebenfalls streng proportional der vom Umformer abgegebenen Frequenz sein, jedoch einen bedeutend höheren Wert aufweisen.
Als Beispiel sei hier angegeben, dass, wenn bei einer Polzahl des Umformeraggregates 2p = 2 und einem abgegebenen Sollwert der Frequenz f = 50 Hz die Umdrehungszahl der Welle 5 3000 U/min beträgt, bei einer Anordnung von 60 Löchern auf der Lochscheibe die auf der Selenzelle auftretende Impulsfrequenz 3000 Hz beträgt.
Diese Impulsfrequenz wird einer Sammelscheibe 10 zugeführt, an welcher auf eine bestimmte Frequenz abgestimmte Schwingkreise bzw. Filter 11 angeordnet sind. Sinkt nun beispielsweise die Frequenz an den Ausgangsklemmen 4 des Umformeraggregates 3 infolge Nachlassens der Batteriespannung um 1 Hz ab, so beträgt die Frequenz an der Sammelschiene 10, die im obigen Beispiel angeführten Werte vorausgesetzt, nur mehr 2940 Hz und ein auf diesen Wert abgestimmtes Filter 11 gibt ein Signal über die Leitung 12 und eine nicht dargestellte Verstärkereinrichtung an den Regelmechanismus. Dieser Regelmechanismus kann im einfachsten Fall in an sich bekannter Weise ein akustisches Signal auslösen, wodurch der Wärter der Anlage auf das Absinken der Frequenz aufmerksam gemacht wird und von Hand aus einen entsprechenden Regelvorgang ausführt.
Wenn die Frequenz an den Ausgangsklemmen 4 des Umformeraggregates 3 nur mehr 48 Hz beträgt, die Frequenz an der Sammelschiene also nur mehr 2880 Hz, so spricht ein auf diesen Wert abgestimmtes Filter an und kann beispielsweise die Abschaltung der Anlage bewirken. Es kann aber auch durch das Ansprechen der Filter eine vollautomatische Regelung beispielsweise durch Zuschalten von Zellen zur Akkumulatorenbatterie erfolgen.
Fig. 3 unterscheidet sich von Fig. l lediglich dadurch, dass die Lochscheibe 6 nicht auf der Welle des Umformeraggregates, sondern auf der Welle eines Synchronmotors 13 befestigt ist. Der Synchronmotor wird an die Ausgangsklemmen 4 des Umformeraggregates 2 angeschlossen und läuft daher synchron mit der vom Umformeraggregat abgegebenen'Frequenz. Letzten Endes ist also auch hier die Impulsfrequenz an der Selenzelle 8 der vom Umformeraggregat 3 abgegebenen Frequenz proportional.
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InFig. 4isteinerfindungsgemässerFrequenzgeberdargestellt, welcher in diesem Falle aus einer Lochscheibe mit zwei untereinander angeordneten, eine gleich grosse Anzahl von Löchern aufweisenden Lochreihen, zwei Lichtquellen und zwei Selenzellen besteht. Die Lichtquelle 14 und die dazugehörige Selenzelle 15 sind wieder ortsfest und mit der inneren Lochreihe fluchtend angeordnet, während die Lichtquelle 16 und die Selenzelle 17, welche mit der äusseren Lochreihe fluchten, mit einem Bügel 18 verbunden sind und zusammen um die Achse 19 verschwenkt werden können. Durch diese Verschwenkung wird eine Phasenverschiebung der auf den Selenzellen 15 und 17 auftretenden Impulsfrequenz bewirkt.
Werden nun beide Impulsfrequenzen, welche infolge der Gleichheit der beiden Lochreihen dieselbe Amplitude und Frequenz besitzen, jedoch phasenverschoben sind, derselben Sammelschiene zugeführt, so entsteht eine Zwischenfrequenz, welche einen noch grösseren Wert besitzt als die Einzelfrequenzen. Dadurch wird noch eine feinstufigere Abstufungermöglicht. Die verschiebbare Anordnung des einen Frequenzgebers ermöglicht in einfachster Weise die Einstellung der auf der Sammelschiene auftretenden Frequenz. Weiters kann eine Verstellvorrichtung vorgesehen sein, welche über ein bei raschen Absinken der Frequenz ansprechendes Filter 11 gesteuert wird und den verstellbaren Frequenzgeber derart verschwenkt, dass eine noch grössere Abweichung der Frequenz vom Sollwert vorgetäuscht und dadurch eine beschleunigte Nachregelung bei-
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