DE235317C

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KAISERLICHESIMPERIAL

PATENTAMT.PATENT OFFICE.

PATENTSCHRIFTPATENT LETTERING

- M 235317 KLASSE 21 c. GRUPPE fr i- //: - M 235317 CLASS 21 c. GROUP for i- //:

/· υ / · Υ

Patentiert im Deutschen Reiche vom 18. Juli 1909 ab. Patented in the German Empire on July 18, 1909 .

. Viele Arbeitsmaschinen erfordern zu ihrem geordneten Betriebe eine veränderliche, genau regelbare Geschwindigkeit, die selbsttätig oder von Hand eingestellt werden kann. Es ist dabei meist wünschenswert, daß jeder Stellung des Steuerhebels eine bestimmte Geschwindigkeit der Antriebsmaschine entspricht, oder daß sich ihre Geschwindigkeit doch wenigstens nur unerheblich von der durch den Steuerhebel. Many working machines require a variable, precise one for their orderly operation adjustable speed that can be set automatically or by hand. It is there it is usually desirable that each position of the control lever have a certain speed corresponds to the prime mover, or that its speed at least only changes insignificant from that by the control lever

ίο gegebenen Sollgeschwindigkeit entfernt.ίο given target speed removed.

In sehr befriedigendem Maße entspricht bei gebührender Beachtung gewisser Nebenerscheinungen die elektrische Leonard-Schaltung dieser Forderung, sofern der Antriebsgenerator konstante Drehzahl beibehält. Auch Drehstrom-Nebenschlußmotoren mit Regeltransformator erfüllen die Bedingung aufs beste,- solange ihnen Drehstrom konstanter Frequenz zugeführt wird. Schwankt jedoch die Generatordrehzahl im Leonard-System — wie beispielsweise bei den bekannten ligner-Anlagen — oder ändert sich die Primärfrequenz der Drehstrommotoren erheblich, so ändert sich in demselben Maße auch die Drehzahl des angeschlossenen Motors nebst seiner Arbeitsmaschine, auch wenn die Steuerhebelstellung unverändert bleibt.With due attention, certain side effects correspond to a very satisfactory degree the electrical Leonard circuit provided this requirement, the drive generator maintains constant speed. Also three-phase shunt motors with regulating transformer fulfill the condition as best as possible, - as long as you give them three-phase current of constant frequency is fed. However, if the generator speed fluctuates in the Leonard system - such as with the known ligner systems - or the primary frequency of the three-phase motors changes considerably, the speed of the connected one also changes to the same extent Motor and its working machine, even if the control lever position remains unchanged remain.

Auch bei Wärmemotoren, bei Turbinen und ebenso bei elektrischen Motoren, die durch Vorschaltwiderstände im Arbeitsstromkreise geregelt werden, ist die Geschwindigkeit nicht nur von der Reglerstellung abhängig, sondern außerdem noch von der jeweiligen Belastung. Um bei derartigen ^Kraftmaschinen eine eindeutige Abhängigkeit der Geschwindigkeit von der Steuerhebelstellung zu erzielen, soll nun gemäß vorliegender Erfindung ein besonderes Steuergetriebe angewandt werden, das zwischen Steuerhebel und Maschinenregler eingeschaltet ist, und das ein selbsttätiges Nachregeln der Maschinengeschwindigkeit bewirkt, sobald diese von ihrem Sollwerte erheblich ab-■ weicht.Even with heat engines, with turbines and also with electric motors that run through Series resistors in the working circuits are regulated, the speed is not only dependent on the controller position, but also on the respective load. In order to have a clear dependence of the speed on such engines To achieve the control lever position is now a special one according to the present invention Control gears are used, which is switched between the control lever and the machine controller and that automatically readjusts the machine speed as soon as it deviates significantly from its setpoints gives way.

Der Steuerhebel selbst soll also nicht dazu dienen, den Maschinenregler unmittelbar zu beeinflussen, er soll nur eine bestimmte mechanische Leitgeschwindigkeit oder eine elekirische Leitfrequenz einstellen, mit der die jeweilige Maschinengeschwindigkeit auf elektrischem Wege verglichen wird. Zu diesem Geschwindigkeitsvergleiche soll eine Drehfeldmaschine dienen, die elektrische Ströme zweier verschiedener Periodenzahlen aufnehmen kann. Da durch die Drehfeldmaschine und das gesamte Steuergetriebe nur eine geringe Energiemenge fließt, in dem Maße, wie sie zum Verstellen des Maschinenreglers erforderlich ist, so können die Abmessungen dieser Hilfsmaschinen sehr klein gegenüber den Größen der Hauptmaschinen gewählt werden.The control lever itself should not be used to directly control the machine controller influence, it should only have a certain mechanical master speed or an electrical one Set the digital frequency with which the respective machine speed is set to electrical Ways is compared. A rotating field machine is used for this speed comparison serve that can absorb electrical currents of two different number of periods. Because the induction machine and the entire control gear only use a small amount of energy flows to the extent that it is necessary to adjust the machine controller, so the dimensions of these auxiliary machines can be very small compared to the sizes of the main machines can be chosen.

Ein Beispiel möge die Anwendung des Gedankens erläutern. In Fig. 1 bedeutet m den zu regelnden Arbeitsmotor, dessen Geschwindigkeit von der Belastung und von der Größe des Vorschaltwiderstandes h im Hauptarbeitskreise abhängt. Durch äußere Eingriffe, etwa mit Hilfe eines Steuerhebels t, der die Geschwindigkeit eines kleinen Gleichstrommotors g beherrscht, läßt sich die Drehzahl und damit die abgegebene Frequenz eines Drehstromsynchrongenerators r regeln, der seine Ströme in den Stator einer mit dem Hauptmotor m gekuppeltenLet an example explain the application of the idea. In Fig. 1, m denotes the working motor to be controlled, the speed of which depends on the load and on the size of the series resistor h in the main working circuit. External interventions, for example with the help of a control lever t, which controls the speed of a small direct current motor g, can regulate the speed and thus the output frequency of a three-phase synchronous generator r, which feeds its currents into the stator of a main motor m coupled

Drehfeldmaschine l sendet. Der Rotor dieser Drehfeldmaschine liefert Ströme anderer Frequenz in einen Steuerapparat s, der beispielsweise als Asynchronmotor ausgebildet sein kann, und der seinerseits den Maschinenregler h mechanisch beeinflußt.Three-phase machine l sends. The rotor of this induction machine supplies currents of a different frequency to a control apparatus s, which can be designed, for example, as an asynchronous motor, and which in turn influences the machine controller h mechanically.

Da im Rotor des »Laufapparatesa / so lange Spannungen induziert werden, als seine Drehzahl von der Drehgeschwindigkeit des Statorfeldes abweicht, die -wiederum durch Geschwindigkeit oder Frequenz des »Leitapparates« r gegeben ist, so wird der »Steuerapparat« s die Drehzahl des Hauptmotors m so lange beeinflussen, bis Laufapparat und Leitapparat dieselbe Geschwindigkeit besitzen. Das geschieht ganz unabhängig von dem jeweiligen Absolutwerte der Geschwindigkeit und der Größe der Belastung.
Verändert man durch Regeln der Leitgeschwindigkeit die von der Maschine r abgegebene Leitfrequenz, so wird der Steuerapparat sofort Ströme erhalten und auf den neuen Gleichgewichtszustand hinregeln. Ändert sich andererseits, etwa durch Zunahme der Belastung, die Drehzahl des Hauptmotors, so setzen die im Laufapparate entstehenden Ströme den Steuerapparat wiederum in Tätigkeit und veranlassen die Wiederherstellung der vorherigen Geschwindigkeit.Since voltages are induced in the rotor of the "running apparatus" as long as its speed deviates from the rotational speed of the stator field, which in turn is given by the speed or frequency of the "guide apparatus" r , the "control apparatus" becomes the speed of the main motor m influence until the running apparatus and guide apparatus have the same speed. This happens completely independently of the respective absolute value of the speed and the size of the load.
If the master frequency emitted by the machine r is changed by regulating the master speed, the control apparatus will immediately receive currents and regulate them to the new state of equilibrium. If, on the other hand, the speed of the main motor changes, for example due to an increase in the load, the currents generated in the treadmill activate the control apparatus again and cause the previous speed to be restored.

Das Steuergetriebe wirkt also derart, daß die zu regelnde Geschwindigkeit des Hauptmotors der geregelten Geschwindigkeit des Leitapparates stets etwas nacheilt, daß diese Differenz sich jedoch stets zu vermindern strebt.The control gear thus acts in such a way that the speed of the main motor to be regulated the regulated speed of the diffuser always lagging somewhat that this difference but always strives to diminish.

Natürlich muß der Sinn, in dem der Steuerapparat den Maschinenregler beeinflußt, von vornherein richtig eingestellt sein.Of course, the sense in which the control apparatus affects the machine governor must be from must be set correctly from the outset.

Wegen der Beschleunigungskräfte, die auf die trägen Massen des Hauptmotors wirken müssen, um ihm die richtige Geschwindigkeit j zu erteilen, muß der Maschinenregler seiner Stellung in der Gleichgewichtslage, die derselben Geschwindigkeit des Hauptmotors entsprechen würde, um einen gewissen Betrag voreilen. Er wird also dann, wenn der Motor die richtige Geschwindigkeit angenommen hat und der Steuer apparat zur Ruhe gekommen ist, bereits zu weit reguliert haben, und die Folge davon ist jetzt ein Überregulieren der Motorgeschwindigkeit. Dadurch wird der Regler vom Steuerapparat wieder um ein gewisses Maß zurückgeführt, um nach wiederholten derartigen Spielen seine Ruhelage zu erreichen.Because of the acceleration forces that act on the inertial masses of the main engine must, in order to give it the correct speed j, the machine controller must its Position in the equilibrium position, which correspond to the same speed of the main engine would advance by a certain amount. So it will be when the engine has reached the right speed and the control apparatus has come to rest, have already regulated too far, and the result this is now an overregulation of the engine speed. This means that the controller is dated Control apparatus again reduced to a certain extent to after repeated such Play to reach its resting position.

Es erhellt hieraus, daß die beschriebene Leitgeschwindigkeitssteuerung nicht augenblicklich reguliert, daß vielmehr Schwingungen des ganzen Systems auftreten. Eine genauere Betrachtung zeigt aber, daß diese Pulsationen im allgemeinen gedämpft sind und daher absterben, und zwar um so schneller, je geringer die trägen Massen des Hauptmotors sind und je energischer der Motor auf eine Verstellung des Maschinenreglers anspricht.It is evident from this that the master speed control described is not instantaneous regulates that rather vibrations of the whole system occur. A closer look but shows that these pulsations are generally dampened and therefore die off, and the faster the lower the inertial masses of the main motor and the more energetically the motor responds to an adjustment of the machine controller.

Außer der in Fig. 1 skizzierten Schaltung des Steuergetriebes sind noch eine große Reihe von Varianten ausführbar. Allen liegt jedoch der gemeinsame Gedanke zugrunde, daß der Vergleich der Laufgeschwindigkeit und der Leitgeschwindigkeit elektrisch mit Hilfe einer Drehfeldmaschine geschieht. Es ist beispielsweise nicht erforderlich, als Steuerapparat s in Fig. ι eine Asynchronmaschine zu verwenden, man kann ebensogut eine Synchronmaschine mit Gleichstromerregung benutzen, aiich kann man die Rotoren sowohl der Steuermaschine s als des Leitapparates r mit Drehstrom oder Wechselstrom statt mit Gleichstrom speisen, wie es Fig. 2 darstellt.In addition to the circuit of the control gear shown in FIG. 1, a large number of variants can also be implemented. However, all of them are based on the common idea that the comparison of the running speed and the master speed is done electrically with the aid of a rotary field machine. For example, it is not necessary to use an asynchronous machine as the control apparatus s in Fig. Ι, one can just as well use a synchronous machine with direct current excitation, but the rotors of both the control machine s and the control apparatus r can be fed with three-phase current or alternating current instead of direct current, such as it represents FIG. 2.

Als Steuerapparat braucht man nicht notwendig eine Drehfeldmaschine zu verwenden, welche die Verstellung des Maschinenreglers selbst besorgt, man kann vielmehr, wie in Fig. 3, auch ein Relais benutzen, das einen besonderen Servomotor S₁ in Tätigkeit versetzt. Dann erzielt man im allgemeinen eine schnellere Regulierung, weil die Regelgeschwindigkeit, solange der Servomotor überhaupt eingeschaltet ist, konstant bleibt, während dieselbe bei den früheren Anordnungen mit größer werdender Annäherung der Laufgeschwindigkeit an die Leitgeschwindigkeit immer geringer wird. Die Gefahr des Uberregulierens und Pendeins wird bei dieser Anordnung allerdings vergrößert, so daß man mit der Erhöhung der Regelgeschwindigkeit nicht zu weit gehen darf.It is not necessary to use a rotating field machine as the control apparatus, which adjusts the machine controller itself; instead, as in FIG. 3, a relay can also be used which activates a special servomotor S ₁ . Then one generally achieves faster regulation because the regulating speed remains constant as long as the servomotor is switched on at all, whereas in the earlier arrangements the same becomes lower and lower as the running speed approaches the master speed. The risk of over-regulation and pendulum is increased with this arrangement, however, so that one must not go too far with increasing the regulating speed.

Statt als Leitgeschwindigkeitsapparat eine Synchronmaschine zu benutzen, welche die mechanische Leitgeschwindigkeit in eine elektrische Leitfrequenz umwandelt, kann man diese letztere auch unmittelbar erzeugen. Hierzu kann ein Drehstrom-Kollektorgenerator dienen, der durch Einstellung des Verhältnisses zwischen Kollektor- und Statorspannung an einem Regeltransformator beliebige Frequenzen zu erzeugen erlaubt. Man kann auch ■ Maschinen benutzen, die mit Kondensatoren belastet sind und allein die Eigenschwingungen ihres Stromkreises hervortreten lassen, wie im Patent 179954 beschrieben ist. . Schließlich sind auch — besonders bei vorhandenen Drehstromnetzen — Kollektorfrequenzwandler, die jede beliebige Sekundärfrequenz abgeben können, als Leitapparate brauchbar. Instead of using a synchronous machine as the master speed apparatus, which the converting mechanical master speed into an electrical master frequency, one can the latter also generate directly. A three-phase collector generator can be used for this purpose serve by setting the ratio between the collector and stator voltage to generate any frequencies on a regulating transformer. You can also ■ Use machines that are loaded with capacitors and only use natural vibrations make their circuit stand out, as described in patent 179954. . In the end are also - especially in existing three-phase networks - collector frequency converters that can emit any secondary frequency, useful as guide apparatus.

Eine weitere Ausführungsform des Laufapparat es ist in Fig. 4 dargestellt. Es ist hier nicht eine gewöhnliche Mehrphasenmaschine verwendet, um die Differenzfrequenz zwischen der Leitfrequenz und der Laufgeschwindigkeit entsprechend zu erzeugen, sondern ein Gleichstromanker, der durch drei Schleifringe Mehrphasenstrom erhält und ihn durch einen Kollek-Another embodiment of the running apparatus is shown in FIG. It is here not an ordinary polyphase machine used to determine the frequency difference between to generate according to the digital frequency and the running speed, but a DC armature, which receives multiphase current through three slip rings and passes it through a collector

tor mit drei Bürsten hindurch weitergibt. Da hierbei eine Veränderung der Frequenz um den Betrag der Maschinendrehzahl stattfindet, so ist die Anordnung der früheren völlig äquivalent. Gleichzeitig ist in Fig. 4 als Leitapparat ein regulierbarer Drehstromfrequenzwandler dargestellt, als Steuerapparat eine im Rotor und Stator mit derselben Frequenz gespeiste Drehstrom-Synchronmaschine.gate with three brushes. Since this involves a change in the frequency the amount of engine speed takes place, the arrangement of the previous one is completely equivalent. At the same time, an adjustable three-phase frequency converter is shown in FIG. 4 as a distributor shown, as a control apparatus one fed in the rotor and stator with the same frequency Three-phase synchronous machine.

Alle bisher erwähnten Anordnungen entsprechen dem Schema der Fig. 5, in der wieder r den regelbaren Leitapparat, I den Laufapparat und s den Steuerapparat bedeutet. Während Leit- und Steuerapparat beliebige Maschinenarten sein konnten, die nur zur Erzeugung oder Aufnahme von Wechselstrom geeignet sein mußten, sollte als . Laufapparat eine doppelt angeschlossene Mehrphasenmaschine verwendet werden. Es wurde aber bereits erwähnt, daß man diese Mehrphasenmaschine nicht notwendig zum Laufapparate machen muß, man kann sie ebensogut auch als Steuerapparat verwenden, wie in Fig. 6, oder als Leitapparat, wie in Fig. 7.All the arrangements mentioned so far correspond to the scheme of FIG. 5, in which r again denotes the controllable diffuser, I the running apparatus and s the control apparatus. While the guidance and control apparatus could be any type of machine that only had to be suitable for generating or receiving alternating current, should be as. Running apparatus a doubly connected multiphase machine can be used. It has already been mentioned, however, that this multiphase machine does not necessarily have to be made into a running apparatus; it can just as well be used as a control apparatus, as in FIG. 6, or as a guide apparatus, as in FIG. 7.

Bei der Anordnung der Fig. 6 kann man zum Erzeugen der Leitfrequenz eines der oben beschriebenen Mittel in Anwendung bringen, beispielsweise kann man eine gewöhnliche S}^- chronmascbine gebrauchen. Eine gleiche Maschine — mit Gleichstrom- oder auch Drehstromerregung — läßt sich auch als Laufapparat mit dem Hauptmotor kuppeln und liefert eine dessen Geschwindigkeit entsprechende Lauffrequehz in den Steuerapparat, dessen Bewegung dann bei richtiger Schaltung von der Differenz der Leit- und Laufgeschwindigkeit abhängt.In the arrangement of FIG. 6, one of those described above can be used to generate the master frequency Apply means, for example one can use an ordinary S} ^ - use chron machine. The same machine - with direct current or three-phase excitation - Can also be coupled to the main motor as a running machine and delivers a speed corresponding to its speed Lauffrequehz in the control apparatus, its movement then with correct switching depends on the difference between the guide and running speed.

In der Schaltung der Fig. 7 ist gegenüber dem ausführlich besprochenen Schema der Fig. 5 nur die Rolle des Leit- und Laufapparates vertauscht, was auf die Wirkungsweise natürlich ganz ohne Einfluß ist.In the circuit of FIG. 7, compared to the schematic that has been discussed in detail, FIG Fig. 5 only interchanged the role of the guide and running apparatus, which affects the mode of operation is of course completely without influence.

Ordnet man das Steuergetriebe nach Fig. 6 oder 7 an, läßt man also den Hauptmotor mit Hilfe des Laufapparates eine bestimmte Lauffrequenz erzeugen, so kann man in vielen Fällen eine Vereinfachung erzielen, nämlich dann, wenn der Hauptmotor elektrisch betrieben wird. Man kann dessen Rotor dann durch Schleifringe ohne weiteres Strom entnehmen, dessen Frequenz nur von der Drehzahl abhängig ist, gleichgültig, ob der Hauptmotor Gleichstrom- oder Drehstromantrieb hat. Dieser Strom läßt sich unter Vermeidung eines besonderen Laufapparates unmittelbar zum Steuern verwenden.If you arrange the control gear according to Fig. 6 or 7, you leave the main motor Generate a certain running frequency with the help of the treadmill, so one can in many Cases achieve a simplification, namely when the main motor is operated electrically will. You can then easily take electricity from its rotor through slip rings, whose frequency is only dependent on the speed, regardless of whether the main motor Has direct current or three-phase drive. This current can be avoided while avoiding a use special running apparatus directly for steering.

Der Laufapparat braucht in allen Fällen nicht notwendig unmittelbar mit dem Hauptantriebsmotor gekuppelt zu sein, sondern man kann ihn zweckmäßig mit demjenigen Maschinenteil verbinden, an dessen Geschwindigkeitsregelung besonders viel gelegen ist. Beispielsweise wird man ihn bei Fördermaschinen mit konischen Seiltrommeln unmittelbar vom Förderseil aus antreiben lassen, da die Maschinengeschwindigkeit hier erst in zweiter Linie interessiert.In all cases, the running apparatus does not necessarily need to be connected directly to the main drive motor to be coupled, but you can conveniently connect it to that part of the machine to whose speed control is particularly well located. For example, it is used directly on hoisting machines with conical cable drums Let the conveyor rope drive off, as the machine speed is only second here Line interested.

In manchen Fällen ist es wünschenswert, die Geschwindigkeit des Hauptmotors nicht starr von der Leitgeschwindigkeit abhängig zu machen, sondern ihr eine gewisse Elastizität zu verschaffen, so daß sie bei größer werdender Belastung etwas geringer wird. Diese Forderung liegt u. a. vor beim Antriebe von Walzwerken, wo man starke Belastungsstöße aus dem Energievorrat von Schwungrädern zu decken sucht, die mit dem Motor gekuppelt sind.In some cases it is desirable not to speed the main motor to make it rigidly dependent on the conduction speed, but rather to make it a certain elasticity to procure, so that it becomes a little less with increasing load. This requirement lies inter alia before with the drives of rolling mills, where you get strong load surges from the energy supply of flywheels ceilings that are coupled to the engine.

Man kann diese Pufferwirkung hervorbringen, indem man an irgendeiner Stelle des Steuergetriebes eine weitere Drehfeldmaschine einschaltet, deren Drehzahl sich nach der Größe des Belastungsmomentes vom Hauptmotor richtet. So ist in Fig. 8 ^₁ ein vom Hauptstrome gespeister Motor, dessen Drehzahl diesem proportional ist. Er bewegt die doppelt angeschlossene Drehfeldmaschine r_v die als »Kompoundierungsleitapparat« wirkt, indem sie dem Maschinenregler eine der Belastung entsprechende Rückstellung erteilt. Natürlich könnte man durch einfache Umschaltung auch erzielen, daß der Hauptmotor mit wachsendem Drehmomente zunehmende Drehzahl erhält, doch wird dieser Fall selten eintreten.This buffer effect can be produced by switching on another induction machine at any point in the control gear, the speed of which depends on the magnitude of the load torque from the main motor. In Fig. 8 ^ _{1 there is} a motor fed by the main current, the speed of which is proportional to it. It moves the double-connected rotary field machine r _v, which acts as a "compounding guide apparatus" by giving the machine controller a reset corresponding to the load. Of course, by simply switching over, one could also achieve that the main motor receives an increasing speed as the torque increases, but this case will rarely occur.

Der Kompoundierungsäpparat wirkt ersiehtlieh auch auf die Schnelligkeit des Reglers und auf die Pendelungsmöglichkeit ein, da er nicht nur bei äußeren Belastungsänderungen, sondern auch bei Geschwindigkeitsverstellungen in Tätigkeit tritt. In der Schaltung für Tourenabfall bei zunehmender Belastung verzögert er die Regelgeschwindigkeit, wirkt aber gleichzeitig dämpfend auf etwaige Schwingungserscheinungen ein. Bei selbsttätiger Tourenerhöhung tritt das umgekehrte ein.The compounding preparation works clearly also on the speed of the controller and on the possibility of oscillation, since it does not only with external changes in load, but also with speed adjustments in Activity occurs. Delayed in the circuit for route dropping with increasing load it controls the control speed, but at the same time has a dampening effect on any vibration phenomena a. If the tour increases automatically, the reverse occurs.

Claims

Patent claims:

1. Electrical device for controlling of machines by means of master speed, characterized in that of three control parts, namely the guide apparatus, the running apparatus or control apparatus, at least one multi-phase machine connected on both sides with a stator and rotor or armature is, for the purpose of comparing the master speed and running speed in such a way that only their difference for controlling takes effect.

2. Electrical device according to claim i, characterized by application a rotating field induction machine to compare the digital frequency and running frequency.

3- Electrical device according to claim i, characterized by application a collector frequency converter for comparing the digital frequency and running frequency.

4. Electrical device according to claim i, characterized in that the electric current, which has the running frequency, the circuits of the to be regulated Motor is removed.

5. Electrical device according to claim i, characterized in that the Running apparatus is not moved directly from the main motor, but from a machine part driven by it will.

6. Electrical device according to claim ι with compounding of the master speed control, characterized by another induction machine connected to the control circuit, its speed depends on the load on the main engine.

1 sheet of drawings.