Verfahren zur Synchronisierung der Drehzahl von Maschinen. Es ist bekannt, Maschinen zu synchroni sieren durch Vergleich von Wechselspannun gen mit den Drehzahlen der Maschinen pro portionalen Frequenzen in bezug auf Fre quenz- und Phasenabweichungen und Rege lung der Drehzahlen der Maschinen auf Fre quenz- und Phasengleichheit dieser Spannun gen.
Ein wesentlicher Nachteil dieses Ver fahrens lieb jedoch darin, dass zwischen den zu synchronisierenden Maschinen dauernde Gangunterschiede bestehen können, die ein ganzzahliges Vielfaches der Schwingungs dauer der verglichenen Wechselspannungen betragen. Aus diesem Grunde sind in vielen Fällen noch zusätzliche kostspielige Mittel zur Vermeidung solcher Gangunterschiede erforderlich.
Es ist ferner bekannt, Maschinen da durch zu synchronisieren, dass die Phase von Synchronisierungsimpulsen mit der Phase der zu synchronisierenden Maschinen ver glichen werden, was beispielsweise dadurch geschieht, dass die Synchronisierungssignale im Umlaufsrhythmus der Maschine umge polt werden, und aus den entstehenden Spannungen und Strömen eine Regelgrösse gewonnen wird,
welche die Steuerung der Maschine im Sinne einer Verminderung der Abweichungen vom phasenrichtigen Gleich lauf beeinflusst. Der Nachteil dieses Syn- ehronisierungsverfa.hrens besteht vor allem in der verhältnismässig grossen Bandbreite, welche die Synchronisierungsimpulse zu ihrer Übertragung erfordern.
Die Nachteile dieser bekannten Syn,chro- nisierungsverfahren werden beim erfindungs- gemässen Verfahren dadurch vermieden, dass von einer taktgebenden und der mit ihr zu synchronisierenden Maschine Wechselströme von periodisch veränderlicher Frequenz er zeugt w=erden,
deren Frequenzuntersehied festgestellt und damit die Drehzahl der zu synchronisierenden Maschine auf Gleichlauf mit der taktgebenden Maschine geregelt wird.
Einerstes Ausführungsbeispiel für das erfindungsgemässe Verfahren werde an Hand der Fig. 1 bis d der Zeichnung näher er läutert.
In der in Fig. 1 dargestellten Anordnung bedeuden M, die taktgebende, M2 'die zu syn- chronisierende Maschine und W1, WZ die mit ihnen gekoppelten Wechselspannungsgenera- toren, welche Wechselspannungen mit den Frequenzen f,
und f z erzeugen. B ist ein Ringmodulator, in welchem die Frequenzen f, und f2 gegenseitig moduliert werden, und Z ein Apparat,
der die Drehzahlregelung der Maschine M2 veranlasst. Vor der eigentli chen Synchronisierung müssen die Dreh zahlen der zu synchronisierenden Maschi- nen mit bekannten Mitteln bereits zur unge- fähren Übereinstimmung gebracht werden, so dass zwischen den Frequenzen f,
und f z nur noch relativ kleine Differenzen herrs,chfen.
Fig. 2 zeigt die zeitlichen Frequenz- verläufe f 1 und f ; der zu vergleiehendL-n Wechselspannungen. Die Periode TI der Frequenz f l entspricht dabei einer einzigen, Wellenumdrehung der taktgebenden 14Z a.- schine M,,
die Periode T-- einer Umdrehung der zu synchronisierenden Maschine IlI=. Die beiden Frequenzen <I>f,</I> und f.2 ändern ausser dem ihren Wert gradlinig innerhalb des gleichen Frequenzbereiches.
Zu Beginn der Synchronisierung bestehen zwischen den bei den zu vergleichenden Wechselspannungen der Gangunterschied T und die Frequenz differenzen F. und Fb. Im Ringmodulator R wird nun das Modulationsprodukt der Fre quenzen f,. und f. gebildet, durch dessen Fil- terung eine Kontrollspannung K gewonnen wird, deren Frequenz die in jedem Zeitpunkt. herrschende Frequenzdifferenz anzeigt.
Diese Spannung K wird dem Regelapparat Z zu geführt, der die zu synchronisierende Maschine M2 im Sinne der Erreichung eines genauen Synchronlaufs beeinflusst. Da die Kontroll- spa-nnung K keine nach Vorzeichen -wirkende Regelgrösse ist, muss dafür gesorgt werden, dass die anfängliche Drehzahl der zu syn chronisierenden Maschine 312 stets kleiner oder stets grösser als diejenige der taktgeben den Maschine M,_ ist.
An Hand von Fig. 3a und 3b kann der Synchronisierungsvorgang genau verfolgt wer den, wobei die schraffierten Flächen ein un gefähres Bild für die während der entspre chenden Zeitabschnitte auftretenden Kontroll- spannungen K ergeben.
Die Periode T, der vom Generator WZ erzeugten Wechselspan- nung ist zu Beginn des Synchronisierungs- vorganges entsprechend der im vorliegenden Falle kleineren Drehzahl der zu sy nehroni- sierenden Maschine M2 grösser als die Pe riode T,. der Spannung des Generators TV',
. Nachdem der Gangunterschied T der beiden Maschinen M, und M. durch Erreichung einer verschwindenden Differenz zwischen den. Frequenzen <I>f 1</I> und<I>f</I> = auf ein Minimum gebracht ist, erfolgt die weitere Synchroni sierung zur Herbeiführung eines phasenstar ren Gleiehlaufs durch Vergleich der Wechsel- spannungen im Ringmodulator R in bezug auf Phasenabweichungen.
Die bei Frequenz gleichheit nun entstehende Gleiohstroinkom- ponente der Kontrollspannung K ergibt eine weitere, nach Grösse und Vorzeichen wir kende Regelgrösse. Sie besitzt bei einer Phasenverschiebung der zu vergleichenden Wechselspannungen von - 90 den Wert Null.
Der Regelapparat Z der zu sy nchroni- sierenden Maschine J1= wird dann nicht mehr beeinflusst, d. 1i. es herrscht in diesem Augen blick ein vollständig phasenstarrer Gleich lauf zwischen taktgebender und zu synchro nisierender Maschine. Bei kleinen Abwei chungen aus dieser Phasenlage erreicht der Gleistrom relativ hohe Werte und ruft eine sofortige Korrektur der Phase im vorzeichen richtigen Sinne hervor.
Wie olmn erwähnt. kann bei dieser Aus führungsart. des erfindungsgemässen Ver fahrens die beim Frequenzvergleich auftre tende Kontrollspannung K nur zur Synchro nisierung von einer Seite her benützt werden, d. h. nur wenn die Anfangsdrehzahl der zu synchronisierenden Masehine stets im glei chen Sinne von derjenigen der taktgebenden Maschine verschieden ist.
Wird jedoch an statt auf die Frequenzdifferenz Null auf eine konstante mittlere Frequenzdifferenz geregelt. so ist eine Synchronisierung von beiden Seiten möglich.
Eine Synchronisierung von beiden Seiten wird ferner auch durch den Vergleich von Mehrphasenspannungen mit periodisch ver- änderlielier Frequenz erreicht, wobei ein mit der Differenzfrequenz rotierendes Drehfeld entsteht. Dieses Drehfeld ist je nach dem Vor zeichen der Frequenzdifferenz linksdrehend oder rechtsdrehend, so da.ss immer eine Re gelung im richtigen Sinne möglich ist..
Die Durchführung kann beispielsweise mit einer Drehfeldmaschine erfolgen, deren Läufer mit der Differenzfrequenz rotiert, oder nach dem im Schweizer Patent Nr. 218502 beschriebenen Mehrphasenmodulationsverfahren. Bei letzte- rem Verfahren -wird im Ausgangssystem je weils ein Drehfeld gewonnen, dessen Um- la.ufsfrequenz gleich der algebraischen Summe der mit Vorzeiehen versehenen Fre quenzen der zugehörigen Eingangsdreh felder ist.
Die Synchronisierung durch Regelung auf eine konstante Frequenzdifferenz sei in einem weiteren Ausführungsbeispiel auffand der Fig. 4 näher erläutert. f,. und<I>f 2</I> stellen die beiden hier innerhalb zweier verschie dener Frequenzbereiche stetig ansteigenden und wieder abfallenden Frequenzen der Wechselspannungen dar,
die von den mit zwei zu synchronisierenden Maschinen Ml und iY12 gekoppelten Wechselspannungsgene- ratoren W, und W2 erzeugt werden.
Zwi schen den Wechselspannungen besteht an fänglich gleichfalls ein Gangunterschied T und zwei verschiedene Frequenzdifferenzen F" und Fb. Die Drehzahl der zu synchronisie renden Maschine M= wird nun bis zur Er reichung der bei minimalem Gangunterschied T herrschenden konstanten mittleren Fre- quenzdifferenz F" geregelt.
Im Gegensatz zum ersten Ausführungsbeispiel nimmt des halb der durch Frequenzmodulation und nachfolgende Beruhigung des Modulations- produktes gewonnene Regelstrom bei Errei chung des Gleichlaufs von taktgebender und zu synchronisierender Maschine einen be stimmten konstanten Frequenzwert an.
Die praktische Durchführung des Ver fahrens kann beispielsweise mit einer An ordnung gemäss Fig. 5 erfolgen. Die zu syn chronisierenden Maschinen 1121, 112 treiben die Tonräder W1, W2 an, welche eine un regelmässige Zahnteilung aufweisen. Die von diesen Tonrädern in den Induktionsspulen S,, S2 erzeugten Wechselspannungen mit den Frequenzen f 1, f 2 werden im Ringmodulator R gegenseitig moduliert.
Von den entstehen den Modulationsfrequenzen F;" Fb wird vom Tiefpassfilter TP nur die kleinere (F") weiter geleitet. Im Diskriminator Z wird :eine der Frequenzdifferenz Fa, proportionale Gleich spannung E erzeugt, welche nach ausrei chender Verstärkung im Verstärker V die Bremse B betätigt. Der Diskriminator Z kann gemäss, den in den Fig. 6a und 6 b dargestellten Schaltschemen ausgeführt sein.
Bei einer Regelung auf die Frequenzdiffe- renz Null wird ein Diskriminator gemäss Fig. 6a verwendet. Soll dagegen der syn- chrone Gleichlauf gemäss dem an Hand Fig. 4 beschriebenen Ausführungsbeispiel bei einer bestimmten Frequenzdifferenz F" bestehen,
so wird ein Diskriminator gemäss Fig. 6b benötigt, welcher ein auf die Fre quenz F" abgestimmtes Bandfilter enthält. Bei Eingangsfrequenzen über- oder unterhalb des Wertes F, ändert die Ausgangsspannung des Filters TP ihre Richtung um 180 und erzeugt am Ausgang des Diskriminators Z eine positive oder negative Spannung, mittels welcher eine stabile Regulierung der Ma schine M2 möglich ist.
Beim Vergleich von Mehrphasenspannun- gen kann die Schaltung gemäss Fig. 7 ver wendet werden. Der dreiphasige Modulator R, welcher der im SChweizeTPatentNr. 218502 beschriebenen Ausführung entspricht, erzeugt Dreiphasenspannungen mit den Frequenzen F., und Fb, wobei vom dreiphasigen Tief passfilter TP nur die Wechselspannung mit der Frequenz F" durchgelassen wird.
Die Wechselspannung wird über den Verstärker V geleitet und treibt den Asynchronmotor A an, der seinerseits ein Regelorgan 0 betätigt.
Bei einer Anordnung zum Vergleich von einphasigen Spannungen, wie sie beispiels- weise in der Fig. 5 dargestellt ist, können ferner zusätzliche Mittel zur Erzeugung des phasenstarren Gleichlaufs zwischen der takt gebenden und der zu synchronisierenden Ma schine angewandt werden.
Bei der Schalt anordnung gemäss Fig. 8a erzwingt der Ring- modulator Ro den Synchronlauf, während eine weitere Vergleichsvorrichtung B1 infolge der Wirkung des Tiefpassfilters TP erst bei Frequenzgleichheit der Generatoren Wi und W2 in Aktion tritt. Die Vergleichsvorrich- tung R1 kann z.
B. nach dem Wattmeter- prinzip arbeiten und so lange Regelspannung liefern, bis ihre Eingangsspannungen um<B>90'</B> phasenverschoben sind oder, bei Varschaltung eines 90 -Phasenverdrehungsgliedes P, bis die Generatoren W1 und WZ phasengleiche Span nungen liefern.
Bei der Schaltanordnung gemäss Fig. 8b sind die Vergleichsvorrichtungen B, und R1 zu einer einzigen Vergleichsvorrichtung R
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vereinigt, <SEP> und <SEP> die <SEP> Trennung <SEP> in <SEP> zwei <SEP> Regel spannungen <SEP> erfolgt <SEP> erst <SEP> ausserhalb <SEP> der.;
elhen.
<tb> Anstatt <SEP> mit <SEP> dem <SEP> gezeigten\ägezahnfürmi gen <SEP> Frequenzverlauf <SEP> der <SEP> zti <SEP> vergleichenden
<tb> Z@rechselspannungen <SEP> kann <SEP> auch <SEP> ¯mit <SEP> einer
<tb> sinusähnlichen <SEP> oder <SEP> andern <SEP> periodischen <SEP> Fi-r@ queDzä.nderung <SEP> gearbeitet <SEP> werden.Ihre <SEP> 11-1odu lationsperioden <SEP> T,, <SEP> T., <SEP> können <SEP> auch <SEP> mehr <SEP> a.ls
<tb> nur <SEP> einer <SEP> Wellenumdrehung <SEP> der <SEP> taktgeben den <SEP> bezw. <SEP> der <SEP> zu <SEP> synchronisierenden <SEP> Maschine
<tb> entsprechen.
<SEP> Es <SEP> besteht <SEP> ferner <SEP> die <SEP> Möglich keit, <SEP> die <SEP> durch <SEP> Filterung <SEP> des <SEP> Modulationspro duktes <SEP> gewonnene <SEP> Kontrollspannung <SEP> IL <SEP> nur
<tb> auf <SEP> ein <SEP> Anzeigeinstrument <SEP> zu <SEP> schielten <SEP> und
<tb> darauf <SEP> die <SEP> Drehzahlre-elung <SEP> der <SEP> zu <SEP> synebro nisierenden <SEP> Maschine <SEP> L31.. <SEP> von <SEP> Hand <SEP> vorzu nehmen.
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Ausser <SEP> auf <SEP> rein <SEP> elektrischem <SEP> Wege <SEP> durch
<tb> Produktbildung <SEP> im <SEP> Ringmodulator <SEP> kann <SEP> die
<tb> Differenzfrequenz <SEP> auch <SEP> auf <SEP> mechaniselie <SEP> Art
<tb> gewonnen <SEP> werden, <SEP> indem <SEP> die <SEP> Vergleichsräder
<tb> eines <SEP> mechanischen <SEP> Differentials <SEP> mit <SEP> den <SEP> Fre quenzen <SEP> der <SEP> zu <SEP> vergleichenden <SEP> -#ÄTechselspaxi nungen <SEP> angetrieben <SEP> --erden, <SEP> worauf <SEP> das <SEP> ab geleitete <SEP> Pbad <SEP> des <SEP> Differentials <SEP> mit <SEP> der <SEP> Diffe renzfrequenz <SEP> umläuft.
<SEP> Ebenso <SEP> können <SEP> die
<tb> Frequenzen <SEP> in <SEP> einem <SEP> elektrischen <SEP> Differ <SEP> (=n tial <SEP> zwei <SEP> Drehfelder <SEP> mit <SEP> verschiedener <SEP> L <SEP> m laufs#esehei>indigkeit <SEP> erzeugen, <SEP> so <SEP> dass <SEP> dessen
<tb> Läufer <SEP> mit <SEP> der <SEP> Differenzfrequenz <SEP> rotiert..
<tb> Bei <SEP> der <SEP> praktischen <SEP> Durchführung <SEP> kann
<tb> es <SEP> vorkommen, <SEP> dass <SEP> sich <SEP> der <SEP> Gangunterschied
<tb> T <SEP> nicht <SEP> ohne <SEP> weiteres <SEP> auf <SEP> das <SEP> gewünschte
<tb> Mindestmass <SEP> verkleinern <SEP> lässt, <SEP> weil <SEP> der <SEP> Fre quenzunterschied <SEP> bereits <SEP> vor <SEP> Erreiellung <SEP> des
<tb> gewünschten <SEP> Endzustandes <SEP> kontrollierbare
<tb> Werte <SEP> unterschreitet.
<SEP> Abhilfe <SEP> kann <SEP> dann.
<tb> durch <SEP> Erhöhung <SEP> der <SEP> Frequenzen <SEP> f1 <SEP> und <SEP> f<B>#,</B>
<tb> geschaffen <SEP> -werden. <SEP> Da, <SEP> zur <SEP> übertragung <SEP> der
<tb> Synchronisierungsfrequenz <SEP> in <SEP> vielen <SEP> Fällen
<tb> nur <SEP> eine <SEP> beschränkte <SEP> Kanalbreite <SEP> zur <SEP> Ver fügung <SEP> steht, <SEP> werden <SEP> die <SEP> Frequenzen <SEP> zweck mässig <SEP> erst <SEP> bei <SEP> der <SEP> VergleiehseinriellI-ung
<tb> etwa. <SEP> durch <SEP> Frequenzvervielfachung <SEP> erhöht.
<tb> Das <SEP> erfindungsgemässe <SEP> Verfahren <SEP> kann
<tb> auch <SEP> zur <SEP> Synchronisierung <SEP> von <SEP> Schwing@tllgs erzeugern <SEP> irgendwelcher <SEP> Art <SEP> benutzt <SEP> werden.