DE1059088B - Einrichtung zur Frequenzregelung unter Verwendung von Ringmodulatoren - Google Patents

Description

DEUTSCHES

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

Es ist'bereits bekannt, zum Zwecke der Frequenzregelung 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 werdenj 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 Ringmodulatoren 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 SoIlfreqenzspannung besteht, sinusförmig verläuft, während sie außerhalb dieses Bereiches einen konstanten Wert aufweist. Auf diese Weise ist ein eindeutiges Regelsignal erzeugbar. '

Fig. 1 der Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Regeleinrichtung, und

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 Modulatoren 6 und 7 angeschlossen. Der Ärbeitspunki 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 Spannungsteiler. 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 Einrichtung zur Frequenzregelung
unter Verwendung von Ringmodulatoren

Anmelder:

Maschinenfabrik Oerlikon
Zürich-Oerlikon (Schweiz)

Vertreter: Ph. Frhr. v. Habermann, Rechtsanwalt,
München 22, Widenmayerstr. 34

Beanspruchte Priorität:
Schweiz vom 5. Februar 1957

Hansrudi Bühler, Bassersdorf (Schweiz},
ist als Erfinder genannt worden

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 andererseits am Eingang des Verstärkers 15 liegt, dessen Ausgang mit .der Diode 30 in Verbindung steht. Der Regelverstärker wird an die Klemmen 31 und 32 angeschlossen, an denen die Spannung U^ vorbanden ist.

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

Die Fig. 2 gibt die Phasenbeziehungen zwischen den Spannungen U₁ bis M₄ 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 φ aufgetragen, der die Phasenverschiebung zwischen der Sollfrequenzspannung (Klemmen ί in Fig. 1) und einer Phase der Istfrequenzspaanung (Klemmen 3 in Fig. 1) angibt. In bekannter Weise sind die an den Mittelanzapfungen der Transformataren 5 und 5' auftretenden Spannungen U₁ und M₂ der Größe —sinφ bzw. —cosφ proportional. Aus den Maschengleichungen für die Spannungsteiler 8, 8' und 9, 9^r folgen weiterhin die in. Fig. 2 festgelegten Phasenlagen für die Spannungen u_s

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Claims (6)

und M4. Die Gleichstromverstärker 10, 13, 14 und 15 haben die Aufgabe, die Phase der an ihrem Eingang liegenden Spannung um 180° zu drehen. Zur Erklärung des Regelvorganges seien die Gitterspannungen der Ventile 16, 21 usw. näher betrachtet. Dem Gitter des Ventils 16 wird die Spannung M4 über die Diode 18 und die Spannung M2 über die Diode 19 zugeführt. In Fig. 3 sind die Gitterspanmingen des Ventils 16 und die Spannung M1 in Abhängigkeit vom Winkel φ aufgetragen. Für das \rentil 21 sind die entsprechenden Zusammenhänge der Fig. 4 zu entnehmen, und die Fig. 5 stellt den Verlauf der Gitterspannungen und der Spannung M1 für das Ventil 23 dar. -Es soll zunächst angenommen werden, daß der Winkel φ 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 φ=0 nach Fig. 3 die Spannung M2 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 <p=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 -M1, und am Ausgang des genannten Verstärkers tritt dann die Spannung +M1 auf. Man wählt nun das. Potential der in Fig. 1 mit i- bezeichneten Klemmen stets etwas höher als die höchste positive Spannung von M1. Daher fließt über die Diode 30 ein Strom, und an der Klemme 32 liegt die Spannung +M1, die für <p=0 ebenfalls gleich Null ist. Sinkt infolge einer Störung die Istfrequenz ab, so nimmt derWinkel φ in negativer Richtung zu, und die Spannung uR folgt dem sinusförmigen Verlauf von M3 (Fig. 6). Bei φ=— π/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 u% 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 φ=— π/2. 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 φ——π/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 Gitterspannung 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 Höchstwert von M1. Folglich ist jetzt die Diode 29 gesperrt, und u' besitzt einen konstanten Wert. Durch den Verstärker 15 wird M^ für Winkel, die kleiner als —π/2 sind, zu einer konstanten positiven Größe. Dieser Verlauf ist erforderlich, um eine eindeutige Regelung zu erzielen. Im Bereich von 93=—π/2 bis φ=—2π ist die Sinusfunktion für den Regelvorgang nämlich nicht brauchbar, da trotz Vergrößerung des Winkels —φ die dem Regelverstärker zugeführte Spannung verkleinert oder gar negativ würde. Deshalb erfolgt bei der erfindungsgemäßen Einrichtung die vorstehend beschriebene Umschaltung auf eine konstante Spannung. Man könnte an sich bei φ=—2π auf die Sinusfunktion 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 erneute Zündung des Ventils 21 bestimmt ist. Aus der Fig. 4 ist zu entnehmen, daß das Ventil 21 bei 9?=—9si/4 wieder zündet und damit die Löschung des Ventils 16 bewirkt. Die Spannung uR 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 u^ dem ansteigenden Ast der Sinusschwingung, im umgekehrten Fall aber dem.abfallenden. Unter der Voraussetzung, daß bereits im Punkt A (Fig. 6) die Istfrequenz mit der Sollfrequenz übereinstimmt, wird die Zurückregelung auf dem durch den Pfeil angedeuteten Weg vorgenommen. Es sei noch bemerkt, daß es erforderlich ist, die Zündung des Ventils 23 zu verhindern, solange das Ventil 16 brennt. Die Spannung Ur 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 φ= — 3π/4 gegeben. Die 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 M^ 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. Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Frequenzregelung unter Verwendung von Ringmodu'latoren, 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 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 Bereiches einen konstanten Wert aufweist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sollfrequenzspannung über zwei Transformatoren (4, 4') an die einen Diagonalen von zwei Modulatoren (6, 7) gelegt ist,

und die anderen Diagonalen mit den Sekundärwicklungen zweier Transformatoren (5, 5') verbunden sind, deren Primärwicklungen von je einer Phase der Istfsrequenzspannung erregt sind.

3. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel'anzapfungen der Transformator-Sekundärwicklungen (4, 4') miteinander und dem Nulleiter der Regeleinrichtung verbunden sind.

4. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelanzapfungen der Transformator - Sekundärwicklungen (5, 5') mit zwei Spannungsteilern (8, 8'; 9, 9'); verbunden sind, deren Teilspannungen (w_s, M₄) zusammen mit einer Ausgangsspannung der Modulatoren (M₂) über Dioden (beispielsweise 18, 19)

zur Gittersteuerung einer elektronischen Schalteinrichtung dienen.

5. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Schalteinrichtung im wesentlichen aus vier mit Steuer- und Schirmgittern versehenen Ventilen besteht, 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.

6. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Gleichstromverstärker (10, 13, 14, 15) angeordnet sind, die zur Phasendrehung der an ihrem Eingang liegenden Spannung dienen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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