Einrichtung zur Fr eqnenzr egeleng mittelst elektrischen Reglers: Die Zugkraft eines Elektromagnetes oder das Drehmoment eines Elektromotors sind beide abhängig vom Strom in ihren Wick lungen. Die Stromstärke in der Wicklung einer der genannten Vorrichtungen kann man dadurch frequenzabhängig machen, dass man in ihrem Stromkreis entweder eine Selbst induktion oder eine Kapazität einfügt, wo bei. Konstanz der Spannung vorausgesetzt wird.
Im Falle der Kapazität variiert dann der Strom proportional, im Falle der Selbst induktion umgekehrt proportional der Fre quenz, wobei auch die Phase des Stromes in beiden Fällen in entgegengesetztem Sinne be- einflusst wird. Die vorliegende Erfindung beruht auf der Anwendung dieser bekannten Erscheinungen.
Darnach wird das bewegliche System der Regelvorrichtung von Strömen beeinflusst, in deren Kreisen derart abgestimmte Wechsel stromwiderstände verschiedener Frequenz abhängigkeit enthalten sind, dass bei einem bestimmten Frequenzwert ein Drehmoment auf das bewegliche System nicht ausgeübt wird. Solange sich dieser Frequenzwert nicht: ändert, bleibt das System in Ruhe; ändert jedoch die Frequenz ihren Wert, so wird sich das System nach der einen oder andern Rich tung bewegen, je nachdem :der Einfluss des . einen oder des andern Wechselstromwider- standes überwiegt.
Der eine davon kann eine Induktivität, der andere eine Kapazität sein.
In der Zeichnung sind mehrere Ausfüh rungsbeispiele für die Erfindung dargestellt, und zwar handelt es sich bei Fig. 1 um die Ausnutzung der Resonanz zwischen Selbst induktion und Kapazität, bei Fig. 2 bis 5 um den gegensätzlichen Einfluss zweier Strom kreise, von denen der eine Selbstinduktion, der andere Kapazität enthält:
gemäss Fig. 2 und 3 wirken die Drehmomente zweier Er regersysteme und gemäss Fig.4 und 5 die Ströme zweier Erregerspulen einander ent gegen. Fig. ö und 7 zeigen zwei Anwen dungsbeispiele des neuen Frequenzreglers. In allen Beispielen ist der Einfachheit halber ein Regler mit Drehsystem dargestellt, in Fig..3 und 4 ein solcher mit Schaltkontakten zur Betätigung eines Servomotors, sonst ein Regler mit Wälzsektor zur unmittelbaren Verstellung von Widerständen,
die im Strom kreis eines elektrischen Antriebsmotors oder eines Verstellapparates für die Kraftmittel- zufuhr einer beliebigen Kraftmaschine liegen.
Je nach Bedarf kann der Regler mit oder ohne Gegenkraft ausgeführt werden. Die Gegenkraft kann einseitig oder doppelseitig und einstellbar sein. Auch kann man eine Dämpfung.svorrichtung anbringen. Überall kann eine mechanische oder elektrische Ein stellvorrichtung für die Gleichgewichtslage des beweglichen Reglersystems vorgesehen werden.
Fig. 1 zeigt einen an ein Einphasennetz )a bezw. an zwei Phasen eines Drehstromnetzes angeschlossenen Regler mit zwei Spulen ra und<I>b</I> und dem Drehsystem<I>d.</I> Die Spule a liegt über dem Widerstand f an der Span nung des Netzes, dessen Frequenz konstant gehalten werden soll, der Stromkreis der ebenfalls vom Netz<I>n</I> gespeisten Spule<I>b</I> da gegen enthält einen Kondensator c, dessen Kapazität so abgestimmt ist, dass sie mit der Selbstinduktion des Stromkreises der Spule b bei der gewollten normalen Frequenz in Reso nanz ist.
Damit in diesem Falle der Strom nicht über das zulässige Mass ansteigt, ist der Widerstand g eingeschaltet. Derselbe dient zugleich mit dem Widerstand f dazu, dem Stromkreis der Spule a möglichst induk tionsfreien Charakter zu verleihen. Bei Nor malfrequenz und Resonanz heben sich Selbst induktionen und Kapazität im Kreis der Spule b gerade auf; die Phasenverschiebung ist auch hier Null, ebenso wie im Stromkreis der Spule a, und in beiden Spulen fliesst Strom der gleichen Phase.
Infolgedessen tritt keinerlei Drehmoment auf, und das Dreh system d des Reglers bleibt stehen. Ändert sich aber die Frequenz, so herrscht im Kreise der Spule b keine Resonanz mehr, es über wiegt entweder der Einfluss der Selbstinduk tion oder der der Kapazität; infolgedessen hat der Strom in diesem Kreise Phasenver schiebung, es entsteht ein Drehmoment im Regler nach der einen oder andern Rielitung", das das Drehsystem zum Aussehla"; ve raii- lasst. Es können Einrichtungen vorgc@@c#bin werden, die gestatten, diejenige Frequenz, bei der Resonanz eintritt, zu verändern.
Der Regler gemäss Fig. 2, der an das Drehstromnetz 7a angeschlossen ist, arbeitet nach dem Gegenschaltungsprinzip. Er besitzt zwei Drehfeldsysteme, die auf Drehsysteme dl und d2 wirken, die miteinander starr ge kuppelt sind, während ihre Erregerfelder ei und e2 so geschaltet sind, dass die erzeugten Drehmomente einander entgegenwirken. Die Drehsysteme d bilden hier die Läufer von Motoren, deren Ständer die Wicklungen e tragen.
Nun sind den Erregerwicklungen ei des einen Motors Kondensatoren h, den Er regerwicklungen e2 des andern Motors Dros selspulen i vorgeschaltet. Bei einer bestimm ten Frequenz nehmen beide Drehfeldsysteme ei und e= einen solchen Strom auf, dass die auf die Drehsysteme dl und d2 ausgeübten Drehmomente sich aufheben. Bei sinkender Frequenz werden :Strom und Drehmoment des Systems<I>ei,</I> dl kleiner und diejenigen des Systems e2, d2 grösser; bei steigender Fre quenz ist es umgekehrt.
Der Normalwert der Frequenz, bei dem der Regler in Ruhe bleibt, kann mit Hilfe des regelbaren Vorschalt- widerstandes m eingestellt werden. Schwan kungen der Netzspannung sind auf die Ein richtung ohne Einfluss, da beide Systeme an der gleichen Spannung liegen, deren Schwan kungen sich infolgedessen auf beide Systeme in genau gleicher Weise auswirken. Das Gleiche gilt für die Phasenverschiebung im Netz und die Temperatur.
Man kann den beiden Erregersystemen ei und e2 auch ein einziges, gemeinsames Drehsystem zuordnen, wie das in Fig. 3 ver anschaulicht ist. Statt wie bei Fig. 1 und 2 einen Regler mit Widerstandsverstellung an zutreiben, kann das Drehsystem auch gemäss Fig.3 lediglich Endkontakte schliessen oder öffnen, die zweckmässig als Schnappkontakte ausgebildet werden.
Der neue Frequenzregler gemäss Fig. 2 und 3 besitzt grosse technische, bauliche und betriebliche Vorteile. Wie schon erwähnt, ist er vollkommen spannungs-, cos (p- und tem peraturunempfindlich. Dagegen kann er äusserst empfindlich auf Frequenzänderungen gebaut werden, da er vollkommen asiatischen Charakter aufweist. Da das eine System induktiven, das andere kapazitiven Strom aufnimmt, kompensiert sich die Stromauf nahme beider Systeme, und infolgedessen ist der Bedarf des Reglers an Scheinleistung iiusserst gering.
Schliesslich ist der Verlauf (les Gesamtdrehmomentes in Abhängigkeit von der Frequenz sehr günstig, da das Ein zeldrehmoment jedes Systems eine quadra tische Funktion des Stromes ist. Statt der Drehsysteme könnten auch Zugsysteme, also ElelLtromagnete mit Zugspulen, verwendet werden.
Um die Ansprechgenauigkeit des neuen Reglers noch zu erhöhen, kann man auch den Regler nach Fig. 2 oder 3 mit einem solchen nach Fig. 1 kombinieren, indem man ein Drehsystem nach Fig. 1 mit einem solchen nach Fig. 2 oder 3 kuppelt und das erste Drehsystem nach dem Resonanzprinzip ge mäss Fig. 1, das zweite Drehsystem nach dem Gegenschaltungsprinzip nach Fig.2 oder 3 erregt.
Wenn anderseits keine so grossen Anfor- (lerungen an die Frequenzempfindlichkeit ge stellt werden, kann man bei der Ausfüh- i:ungsform nach Fig. 2 und 3 gegebenenfalls einen besonderen Kondensator h, weglassen und sich mit der Kapazität der Leitungen bezw. dem ohmschen Widerstand m be gnügen.
Eine weitere Ausführungsform des Er findungsgegenstandes wird durch den Regler nach Fig. 4 verkörpert. Sein Drehsystem %l wird von drei Spulen<I>o, p,</I> q beeinflusst, die u ieder derart gespeist werden, dass die Ströme in ihnen dann ein Drehfeld-erzeugen, wenn die Frequenz von der normalen ab weicht.
Zu diesem Zweck ist die Spule o des Reglers an die Spannung zwischen zwei Pha sen des Spannungswandlers t angeschlossen, -,\ ährend die beulen Spulen 1) und cq zwi- sehen der dritten Phase und dem Nullpunkt des Wandlers liegen.
Der Kreis der Spule p enthält den Kondensator h, der Kreis der Spule<I>q</I> die Drosselspule<I>i</I> nebst Einstell widerstand m. Kapazität und Selbstinduktion in den Kreisen der Spulen<I>p</I> und<I>q</I> werden nun so abgeglichen, dass sich die in ihnen erzeugten Felder bei Normalfrequenz prak tisch aufheben und daher kein Drehmoment auf das Drehsystem d ausgeübt wird. Weicht die Frequenz vom Normalwert ab, so nimmt der Strom zum Beispiel in .der Spule p zu und zugleich der um zirka<B>180'</B> verschobene Strom in der Spule q ab, und der resultie rende Strom erzeugt ein Feld, das mit dem um 90 verschobenen der Spule o ein Dreh moment ergibt.
Es ist natürlich nicht nötig, dass .die Phasenverschiebung zur Erzeugung des Dreh momentes 90 beträgt. Ferner kann man den resultierenden Strom zur Speisung des Reglers auch in einem besonderen Stromwandler er zeugen, wie das in Fig. 5 dargestellt ist. Hier sitzen die beiden von der gleichen Netzphase mit 180 phasenverschobenen Strömen ge speisten Wicklungen<I>p</I> und<I>q</I> auf dem Eisen kern eines Stromwandlers w. Bei Abwei chung der Frequenz vom Normalwert speist dessen dritte Wicklung r die Spule s des Reglers, dessen zweite Wicklung o von einer andern Phase des Netzes n erregt wird.
Der Regler nach Fig. 4 und 5 be sitzt ähnliche Eigenschaften wie derjenige nach Fig. 2 und 3. Auch er lässt .sich zwecks Erhöhung der Ansprechempfindlichkeit mit einem solchen nach Fig. 1 kuppeln. Auch er lä,sst sich mit Zugspulen ausführen.
Im folgenden seien noch zwei wichtige Anwendungsgebiete des neuen Reglers an hand von Ausführungsbeispielen beschrieben.
Fig. 6 zeigt die Regelung der Belastungs verteilung auf die vier Generatoren I-IV einer elektrischen Kraftstation. Jeder Gene rator werde von einer Wasserturbine an getrieben, deren Beaufschlagung in üblicher Weise von einem Servomotor l geregelt wird.
Dessen Regelventil wird von einem elek- frischen Leistungsregler z verstellt, der eine Spanriungs-, eine Strom- und eine Steuer wicklung j besitzt, von denen die letzten bei den an die gleiche Netzphase angeschlossen sind und einander entgegenwirken. Die Steuerwicklung j wird von einem -Frequenz- regler nach der Erfindung beeinflusst, dessen Drehsystem d entsprechend der Zahl der zu regelndenGeneratoren vier Wälzsektoren auf ihren Widerständen gleichzeitig verstellt.
Jedem Generator I-IV sind ein Sektor des Drehsystems d und eine Steuerspule j zu geordnet, welch letztere den Servomotor l der zugehörigen Turbine lc beeinflusst. Die Tur binen<I>k,</I> Servomotoren l und Verstellregler <I>z</I> sind der Übersichtlichkeit wegen nur bei einem der vier Generatoren I-IV dargestellt; nur die vier Steuerspulen j sind vollständig eingezeichnet.
In den Stromkreisen dieser Spulen liegen noch Handregler y, die .dazu dienen, den Belastungsanteil jedes Generators individuell nach Bedarf von Hand einzu stellen. Auf diese Weise können die Be lastungsverhältnisse des Kraftwerkes von einer Stelle aus beherrscht werden.
Statt der einzelnen Generatoren eines Kraftwerkes können natürlich auch die Ein zelwerke einer Gruppe von zusammen geschlossenen Kraftwerken in ihrer Be lastungsverteilung beliebig von einem Zen tralpunkt beeinflusst werden. Auch kann man die Widerstände y selbsttätig, etwa nach einem gegebenen Fahrplan oder Verteilungs schlüssel, verstellen lassen.
Als weiteres Beispiel für die Anwendung des neuen Frequenzreglers kann der Mehr motorenantrieb einer Papiermaschine dienen. Bekanntlich hängt das Papiergewicht pro laufenden Meter bezw. die Dicke des Papiers von der Geschwindigkeit der Papiermaschine, ab. Will man .gleichmässiges Papier haben, so muss man die Maschine mit ebenso gleich mässiger Geschwindigkeit laufen lassen; diese muss daher ständig anhand von Probe messungen nachreguliert werden.
Verwendet man aber den Frequenzmesser nach der Er- fiadung, so kamt die Qesehwindigkeit selbst- tätig genau konstant gehalten werden. Fig. 7 zeigt schematisch den Mehrmotorenantrieb einer Papiermaschine mit den Motoren 1, ?, 3 usw., die von der Leonarddynamo x aus gespeist werden. Der relative Gleichlauf aller Motoren 1, 2, 3 usw. wird durch Differential regler v gewährleistet, deren Leitfrequenz von einem kleinen Synchrongenerator m ge liefert wird.
Dessen Frequenz wird nun von einem Frequenzregler d, e nach der Erfin dung jeweils konstant gehalten, welcher auf die Drehzahl des die Maschine u treibenden Motors einwirkt. Statt dessen könnte der Frequenzregler natürlich auch auf die Span nung der Leonarddynamo x bezw. ihrer Er regermaschine einwirken. Dies hat den Er folg, dass die Leitfrequenz, geliefert von der Maschine u, genau konstant bleibt, unab hängig von äussern oder innern Einflüssen, wie Schwankungen der Frequenz .des Haupt netzes n, Temperatureinflüssen usw.
Will man andere Papierstärken erzeugen, so ver stellt man .gleichzeitig mit der Spannung der Leonarddynamo auch die Leitfrequenz durch andere Abstimmung der induktiven Verhältnisse der Erregerkreise des Frequenz reglers.
Selbstverständlich sind mit den genann ten Beispielen die Anwendungsgebiete des neuen Reglers nicht erschöpft. Unter anderem ist er zum Beispiel in vielen Fällen geeignet, in Verbindung mit einem kleinen Wechsel stromerzeuger, als einfacher Drehzahlregler den gewöhnlichen Fliehkraftpendelregler zu ersetzen. Diesem elektrischen Drehzahlregler kann man in einfachster Weise alle die ver schiedenen Charakteristiken geben, die ein Pendelregler haben kann; man kann Un- gleichförmigkeitsgrad und Statik durch Dämpfung und Federung des Drehsystems beeinflussen.
Auch kann man den neuen Regler als Leistungs- oder als Isodromregler ausbilden.