CH350354A - Elektrische Einrichtung zur Frequenzregelung - Google Patents

Elektrische Einrichtung zur Frequenzregelung

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CH350354A
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Buehler Hansrudi
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Oerlikon Maschf
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P9/00Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output
    • H02P9/42Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output to obtain desired frequency without varying speed of the generator

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Eletrric Generators (AREA)

Description


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 Elektrische Einrichtung zur    Frequenzregelung   Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Einrichtung zur    Frequenzregelung   unter    Verwendung   von    Ringmodulatoren.   



  Es ist bereits bekannt, zum Zwecke der    Fre-      quenzregelung   die Soll- und    Istfrequenz   einem phasenabhängigen Gleichrichter zuzuführen und die Ausgangsspannung dieses Gleichrichters als Regelsignal zu verwenden. Die    Istfrequenz   kann hierbei beispielsweise einer    Wechselstrom-Tachomaschine   entnommen werden, die mit der Welle einer auf konstante Drehzahl zu regelnden Gruppe gekuppelt ist, während ein    Oszillator   die Sollfrequenz liefert. Die bekannte Anordnung weist jedoch den Nachteil auf, dass die beiden Vergleichsfrequenzen synchronisiert werden müssen und dass bei grossen Abweichungen der    Istfrequenz   von der Sollfrequenz die Gefahr des    Kippens   besteht.

   Das Regelsignal stellt in diesem Fall eine für Regelaufgaben    unbrauchbare   Wechselspannung dar. 



  Die Mängel des Bekannten lassen sich dadurch vermeiden, dass erfindungsgemäss die an die    Ring-      modulatoren      angelegte      Istfrequenzspannung   eine    Zweiphasenspannung   darstellt und dass Mittel vorgesehen sind, die zur Erzeugung einer für die Regelung verwendeten Spannung dienen, welche nur in einem vorbestimmten Bereich des Phasenwinkels, der    zwischen   einer Phase der    Istfrequenzspannung   und der    Sollfrequenzspannung   besteht,    sinusförmig   verläuft, während sie ausserhalb dieses Bereichs einen konstanten Wert aufweist. Auf diese Weise ist ein eindeutiges    Regelsignal      erzeugbar.   



  Die    Fig.   1 der Zeichnung zeigt ein    Ausführungs-      beispiel   der erfindungsgemässen Regeleinrichtung, und die    Fig.   2 bis 7 dienen der Erläuterung der physikalischen Vorgänge. 



  In    Fig.   1 sind mit 1 die    Klemmen   bezeichnet, an denen eine Spannung liegt, welche die Sollfrequenz besitzt. Die Klemmen 2 und 3 werden von zwei um 90  gegeneinander verschobenen Phasenspannungen gespeist, die mit der    Istfrequenz   schwingen. Die Sekundärwicklungen der Transformatoren 4, 4' und 5, 5' sind an die    Ringmodulatoren   6 und 7 angeschlossen. Der Arbeitspunkt der    Modulatordioden   wird dabei in bekannter Weise so gewählt, dass ein Kurzschluss der Transformatoren vermieden ist.

   Die Widerstände 8,    _   8' und 9, 9' wirken    als      Spannungs-      teiler.   Mit 10 ist ein Gleichstromverstärker bezeichnet, mit 11 dessen    Vorwiderstand;   mit 12 ein Rückkopplungswiderstand. Der Verstärker weist ausserdem eine nicht gezeigte Verbindung zum Nulleiter 0 der Schaltung auf. Die Anordnung enthält weiterhin die Verstärker 13, 14, 15. Das gas- oder dampfgefüllte Ventil 16 ist mit der Anode über den Widerstand 17 an das positive Potential der    Schaltanordnung      gelegt,   während die Kathode an den Nulleiter angeschlossen ist. Das    Ventilgitter   wird mit den Dioden 18, 19 und 20 verbunden. Zwischen den Anoden der Ventile 16 und 21 liegt der Kondensator 22.

   Einen entsprechenden    Schaltungsaufbau   zeigen die Ventile 23 und 24. Für diese ist jedoch nur der Kopplungskondensator 22' und die Diode 33 mit Bezugszeichen versehen, während die übrigen Dioden und Widerstände nicht besonders bezeichnet sind. Die negative Klemme des Gerätes ist über die Widerstände 25 und 26 mit den Dioden 27 und 28 verbunden. Die Diode 29 wird einerseits an den Ausgang des Verstärkers 10 geschaltet, während sie anderseits am Eingang des Verstärkers 15 liegt, dessen Ausgang mit der Diode 30 in Verbindung steht. Der Regelverstärker ist mit den Klemmen 31 und 32 verbunden, an denen die Spannung UR vorhanden ist. 



  Zur Erläuterung der Wirkungsweise der in    Fig.   1 dargestellten Einrichtung dienen die    Fig.   2 bis 7. 



  Die    Fig.   2 gibt die Phasenbeziehungen zwischen 

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 den Spannungen    rcl   und    u1   wieder, die an den einzelnen in    Fig.   1 angegebenen Punkten der Schaltung gegenüber dem Nulleiter bestehen. Auf der Abszisse von    Fig.   2 ist der Winkel    (p   aufgetragen, der die Phasenverschiebung zwischen der    Sollfrequenzspannung   (Klemmen 1 in    Fig.   1) und einer Phase der    Istfre-      quenzspannung   (Klemmen 3 in    Fig.   1) angibt.

   In bekannter Weise sind die an den    Mittelanzapfungen   der Transformatoren 5 und 5' auftretenden Spannungen    u1   und    u.,   der Grösse -    sin      (p   bzw. -    cos      (p   proportional. Aus den    Maschengleichungen   für die Spannungsteiler 8, 8' und 9, 9' folgen weiterhin die in    Fig   2    festgelegten      Phasenlagen   für die Spannungen    u#,   und    u4.   Die Gleichstromverstärker 10, 13, 14 und 1.5 haben die Aufgabe, die Phase der an ihrem Eingang liegenden Spannung um l80  zu drehen. 



  Zur Erklärung des Regelvorganges seien die Gitterspannungen der Ventile 16, 21 usw. näher betrachtet. über die Diode 18 ist das Gitter des Ventils 16 mit der Spannung    u1   und über die Diode 19 mit der Spannung u2 verbunden. In    Fig.   3 sind die Gitterspannungen des Ventils 16 und die Spannung    u1   in Abhängigkeit vom    Winkel      cp   aufgetragen. 



  Für das Ventil 21 sind die entsprechenden Zusammenhänge der    Fig.   4 zu entnehmen, und die    Fig.   5 stellt den Verlauf der    Gitterspannungen   und der Spannung    u1   für das Ventil 23 dar. 



  Es soll zunächst angenommen werden, dass der Winkel    !p   den    Wert   Null habe. In diesem Fall sind die    Ventile   16, 21, 23 und 24    gesperrt,   weil an ihren Gittern negative Spannungen liegen. Die Gitterspannung der Ventile richtet sich nämlich stets nach der mit dem Gitter verbundenen Diode, die das tiefste Potential aufweist. So erzeugt beispielsweise die Diode 19 am Gitter des Ventils 16 ein negatives Potential, weil für    cp   = 0 nach    Fig.   3 die Spannung u2 negativ ist. Die Diode 18 ist hingegen mit einem positiven Potential verbunden und wird deshalb    in   der Sperrichtung beansprucht. Auf die    Gitterspannung   des Ventils 16 kann sie also keinen Einfluss ausüben.

   Da sämtliche    Ventile   für    99   = 0    gesperrt   sind,    liegt   an den Kathoden der Dioden 27 und 28 eine positive Spannung, so dass auch sie gesperrt sind. Die Spannung u' am Eingang des Verstärkers 15 ist demnach bei    Vernachlässigung   des Spannungsabfalls an der Diode 29 gleich der Spannung -    u1,   und am Ausgang des genannten Verstärkers    tritt   dann die Spannung +    u1   auf.

   Man wählt nun das Potential der in    Fig.   1 mit + bezeichneten    Klemmen   stets etwas höher als die höchste positive Spannung von    u1.      Daher   fliesst über die Diode 30 ein Strom und an der    Klemme   32    liegt   die Spannung +    u1,   die für    (p   = 0 ebenfalls gleich Null ist. 



  Sinkt infolge einer Störung die    Istfrequenz   ab, so nimmt der Winkel    9p   in negativer Richtung zu und die Spannung    ua,   folgt dem    sinusförmigen   Verlauf von u,    (Fig.   6). Bei    rp   =    -,-t/4   zündet das    Ventil   21, da dessen Gitterspannung positiv wird    (Fig.4).   Wenn das Ventil ein Schirmgitter besitzt,    lässt   es sich durch entsprechende Wahl der    Schirmgitterspannung   erreichen, dass die Zündung beim Nulldurchgang der Gitterspannung    erfolgt.   Das gezündete Ventil 21 beeinflusst die Spannung    uFZ   zunächst jedoch nicht. Diese Spannung wird aber im weiteren Verlauf durch das Ventil 16 gesteuert.

   Wie der    Fig.   3 zu entnehmen ist, zündet dieses Ventil beim Winkel 99    =-W2.   Hierdurch sinkt die Anodenspannung auf den geringen Wert der Brennspannung ab, und infolge der Kopplung über den Kondensator 22 fällt die Anodenspannung des Ventils 21 so weit, dass es gelöscht wird. Es ist darauf hinzuweisen, dass bei    (p   =    -.-r/2   die Gitterspannung des Ventils 21 einen negativen    Wert   annimmt. Diese Tatsache allein würde aber die Löschung nicht ermöglichen, da bei einer gas- oder    dampfgefüllten   Röhre lediglich der Zündeinsatz mit Hilfe der    Gitterpannung   festgelegt werden kann, während eine Löschung auch durch eine negative Spannung nicht erreichbar ist.

   Infolge der Zündung des Ventils 16 liegt nun die Diode 27 an einem konstanten negativen Potential, das dem Betrage nach etwas grösser ist als der    Grösstwert   von    u,.      Folglich   ist    jetzt   die Diode 29    gesperrt   und u' besitzt einen konstanten    Wert.   Durch den Verstärker 15 wird    rcl;   für Winkel, die kleiner als -    z/2   sind, zu einer konstanten positiven Grösse. Dieser Verlauf ist erforderlich, um eine eindeutige Regelung zu erzielen.

   Im Bereich von    97   = -,7/2 bis    (p   = - 2.7 ist die    Sinusfunktion   für den Regelvorgang nämlich nicht brauchbar, da trotz Vergrösserung des Winkels -    rp   die dem Regelverstärker    zugeführte   Spannung verkleinert oder gar negativ würde. Deshalb erfolgt bei der vorliegenden Einrichtung die vorstehend beschriebene Umschaltung auf eine konstante Spannung. Man könnte an sich bei 2 z auf die    Sinus-      funktion   zurückschalten, doch würde der dabei auftretende Spannungssprung zu Schwingungen Anlass geben. Deshalb wird die Zurückschaltung erst bei einem grösseren negativen Winkel vorgenommen, der durch die erzeugte Zündung des Ventils 21 bestimmt ist.

   Aus der    Fig.   4 ist zu entnehmen, dass das Ventil 21 bei    9p   = -9    ar/4   wieder zündet und damit die Löschung des Ventils 16 bewirkt. Die Spannung    uiZ   weist demnach einen Verlauf auf, wie er in    Fig.   6 dargestellt ist. Falls nach der Zurückschaltung auf die    Sinusfunktion   die    Istfrequenz   immer noch tiefer    liegt      als   die Sollfrequenz, folgt UR dem ansteigenden Ast der    Sinusschwingung,   im umgekehrten Fall aber dem abfallenden.

   Unter der Voraussetzung, dass bereits im Punkte A    (Fig.   6) die    Istfrequenz   mit der Sollfrequenz    übereinstimmt,   wird die Zurückregelung auf dem durch den Pfeil angedeuteten Wege vorgenommen. Es sei noch bemerkt, dass es erforderlich ist, die Zündung des Ventils 23 zu verhindern, solange das Ventil 16 brennt. Die Spannung    ua   würde nämlich sonst von einem konstanten positiven    Wert   auf einen -konstanten negativen Wert umgeschaltet werden, und eine ordnungsgemässe Regelung    wäre   dann unmöglich. Gemäss    Fig.   5 ist der    Zündeinsatz   für das Ventil 23 bei    cp   = - 3    .r/4   gegeben.

   Die 

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 Diode 33 verhindert dies jedoch, da sie an das Gitter des Ventils 23 ein negatives Potential legt, wenn die Röhre 16 brennt. Es wird hierdurch die erforderliche Verriegelung erreicht. 



  Im vorstehenden sind die Vorgänge bei einer Verringerung der    Istfrequenz   beschrieben worden. Analoge Überlegungen gelten bei ihrem Ansteigen über die Sollfrequenz. Die Ventile 23 und 24 übernehmen dann die den Ventilen 16 und 21 entsprechenden Funktionen, und die Spannung UR verläuft nach    Fig.   7. 



  Die beschriebene Einrichtung kann dazu dienen, eine Maschinendrehzahl konstant zu halten, sie kann aber auch zum Synchronisieren von Synchrongeneratoren verwendet werden. Im letzteren Fall wird das Regelsignal dem Turbinenregler zugeführt.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRUCH Elektrische Einrichtung zur Frequenzregelung unter Verwendung von Ringmodulatoren, dadurch gekennzeichnet, dass die an die Ringmodulatoren angelegte Istfrequenzspannung eine Zweiphasenspannung darstellt und dass Mittel vorgesehen sind, die zur Erzeugung einer für die Regelung verwendeten Spannung (ull) dienen, welche nur in einem vorbestimmten Bereich des Phasenwinkels, der zwischen einer Phase der Istfrequenzspannung und der Sollfrequenzspannung besteht, sinusförmig verläuft, während sie ausserhalb dieses Bereichs einen konstanten Wert aufweist. UNTERANSPRÜCHE 1.
    Einrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Sollfrequenzspannung über zwei erste Transformatoren (4, 4') an die einen Diagonalen von zwei Modulatoren (6, 7) gelegt ist, und die anderen Diagonalen mit den Sekundärwicklungen zweier zweiter Transformatoren (5, 5') verbunden sind, deren Primärwicklungen von je einer Phase der Istfrequenzspannung erregt sind. 2. Einrichtung nach Patentanspruch und Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittelanzapfungen der Sekundärwicklungen der ersten Transformatoren (4, 4') miteinander und dem Null- leiter der Regeleinrichtung verbunden sind. 3.
    Einrichtung nach Patentanspruch und den Unteransprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittelanzapfungen der Sekundärwicklungen der zweiten Transformatoren (5, 5') mit zwei Spannungs- teilern (8, 8'; 9, 9') verbunden sind, deren Teil- spannungen (u3, u4) zusammen mit einer Ausgangsspannung der Modulatoren (u2) über Dioden (18, 19) zur Gittersteuerung einer elektronischen Schaltein- richtung dienen. 4.
    Einrichtung nach Patentanspruch und den Unteransprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Schalteinrichtung vier mit Steuer- und Schirmgittern versehene Ventile besitzt, wobei die Anoden je zweier Ventile (16, 21; 23, 24) über Kondensatoren (22, 22') gekoppelt sind und zwischen zwei Ventilen (16, 23) Verriegelungen (20, 33) vorgesehen sind, die eines der beiden Ventile sperren, solange das andere brennt. 5. Einrichtung nach Patentanspruch und den Unteransprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass Gleichstromverstärker (10, 13, 14, 15) angeordnet sind, die zur Phasendrehung der an ihrem Eingang liegenden Spannung dienen.
CH350354D 1957-02-05 1957-02-05 Elektrische Einrichtung zur Frequenzregelung CH350354A (de)

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