DE621258C

DE621258C - Arrangement for the electrical control of technical-physical operating parameters, for example for frequency control

Info

Publication number: DE621258C
Application number: DES106981D
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Oskar Schmutz
Original assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens AG
Current assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens AG
Priority date: 1932-11-08
Filing date: 1932-11-08
Publication date: 1935-11-04

Description

DEUTSCHES REICHGERMAN EMPIRE

AUSGEGEBEN AM 4. NOVEMBER 1935ISSUED ON NOVEMBER 4, 1935

REICHSPATENTAMTREICH PATENT OFFICE

PATENTSCHRIFTPATENT LETTERING

KLASSE 21 c GRUPPE 63CLASS 21c GROUP 63

Patentiert im Deutschen Reiche vom 8. November 1932 abPatented in the German Empire on November 8, 1932

Es ist bekannt, zur elektrischen Regelung, beispielsweise der Spannung oder der Frequenz, eine Rückführung vorzusehen, um ein Überregeln zu vermeiden. Bei den bekannten An-5 Ordnungen wird beispielsweise auf dem Spannungsrelais eine zusätzliche Rückführungsspule aufgebracht, die von der Ankerspannung eines Hauptstrommotors erregt wird, welcher, je nachdem, ob die Spannung des Generators zuIt is known, for electrical regulation, for example the voltage or the frequency, to provide a feedback in order to avoid overregulation. With the known An-5 For example, there is an additional feedback coil on the voltage relay applied, which is excited by the armature voltage of a main current motor, which, depending after whether the voltage of the generator increases

to groß oder zu klein ist, zum Rechts- oder Linkslauf gebracht wird und einen Widerstand im Erregerstromkreis des Generators verändert. Man erreicht durch diese Anordnung infolge der Massenträgheit des Motors, daß die Rückstellkraft allmählich ansteigt. Diese bekannte Anordnung hat aber den Nachteil, daß der Steuermotor mit einer verhältnismäßig großen Masse ausgeführt werden muß, um die gewünschte Rückführungskraft zu erzielen, so daß der Regelvorgang verlangsamt wird. Die bekannte Anordnung hat außerdem noch den Nachteil, daß bei Abschalten des Motors die Rückführungskraft plötzlich Null wird, wodurch ein neuer ungewollter Regelvorgang ausgelöst werden kann. Es ist auch schon bekannt, die Rückführungskraft in der Weise zu erzeugen, daß die Größe, mit der die zu regelnde Größe verglichen wird, verändert wird. Zu diesem Zweck wird bei Kontaktgabe des Relais ein Motor eingeschaltet, der einen Widerstand verstellt, durch welchen die Vergleichsgröße geändert wird. Nach einer kurzen Zeit wird der Motor stillgesetzt, und sobald das Relais seinen Kontakt wieder öffnet, wird der Motor umgeschaltet und vor Erreichen der Mittellage des Relais wieder abgeschaltet. Diese bekannte Anordnung hat den Nachteil, daß die Schaltung ziemlich verwickelt wird.too big or too small, for clockwise or counterclockwise rotation is brought and changes a resistance in the excitation circuit of the generator. With this arrangement, due to the inertia of the motor, the restoring force is achieved gradually increases. This known arrangement has the disadvantage that the control motor with a relatively large Mass must be carried out in order to achieve the desired return force, so that the control process is slowed down. The known arrangement also has the Disadvantage that when the motor is switched off, the return force suddenly becomes zero, as a result of which a new unwanted control process can be triggered. It is already known to generate the feedback force in such a way that the size with which the to be controlled Size is compared, is changed. For this purpose, when the relay is contacted a motor switched on, which adjusts a resistance, through which the comparison variable will be changed. After a short time the motor will stop, and as soon as the relay If its contact opens again, the motor is switched and before the central position is reached of the relay switched off again. This known arrangement has the disadvantage that the circuit gets pretty tangled.

Diese Nachteile werden bei der Anordnung nach der Erfindung vermieden. Gemäß der Erfindung wird die Rückstellkraft, welche bei Kontaktgabe auf den Regler einwirkt und nach Öffnen des Kontaktes allmählich auf Null verringert wird, mit Hilfe von elektrischen Kondensatoren, Drosselspulen, Drosselketten oder ähnlichen Elementen erzeugt. Man erreicht dadurch den Vorteil, daß die Rückstellkraft in einfacher Weise erzeugt und den Betriebserfordernissen leicht angepaßt werden kann. Die Anordnung nach der Erfindung unterscheidet sich auch wesentlich von einer anderen bekannten Anordnung, bei welcher eine Rückstellkraft verwendet wird, die gleich dem Differentialquotienten nach der Zeit der zuThese disadvantages are avoided in the arrangement according to the invention. According to the Invention is the restoring force, which acts on the controller when contact is made and after opening the contact is gradually reduced to zero, with the help of electrical Capacitors, inductors, inductor chains or similar elements are generated. One achieves this has the advantage that the restoring force is generated in a simple manner and the operating requirements can be easily customized. The arrangement according to the invention is different also differs significantly from another known arrangement in which a restoring force is used which is equal to the Differential quotients according to the time of the to

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:*) The patent seeker stated as the inventor:

Dipl.-Ing. Oskar Schmutz in Berlin-Haselhorst.Dipl.-Ing. Oskar Schmutz in Berlin-Haselhorst.

regelnden Betriebsgröße- -ist. Demgegenüber wird bei der Anordnung nach der Erfindung eine Rückstellkraft- verwendet, die bei Kontaktgabe des Reglers zur Einwirkung gebracht wird, aber nach öffnen des Kontaktes auf Null verringert wird. Die Anordnung nach der Erfindung besitzt den Vorteil, daß nach Unterbrechen des Regelvorganges eine Kontaktgabe des Relais nach der anderen Richtung mit ίο Sicherheit vermieden wird, da die Rückstellkraft verringert wird. Bei der bekannten Anordnung dagegen behält im Augenblick der öffnung des Kontaktes die Rückstellkraft zunächst ihre Größe bei, weil die Änderung der Betriebsgröße in der Zeiteinheit zunächst gleich-." bleibt.regulating company size -is. In contrast, in the arrangement according to the invention a restoring force used, which is brought into effect when the controller makes contact is, but is reduced to zero after opening the contact. The arrangement according to the Invention has the advantage that after interruption of the control process a contact is made of the relay in the other direction is avoided with ίο safety, since the restoring force is decreased. In the known arrangement, on the other hand, the restoring force is retained at the moment the contact is opened initially their size, because the change in company size in the unit of time is initially the same. " remain.

Wie die Größe der Rückstellkraft gewählt werden muß, sei an Hand eines einfachen Beispieles für die Frequenzregelung in Fig. ι erläutert. Die Normalfrequenz sei 50 ~/see, die augenblicklich herrschende Frequenz 48 '-'/see. Die in Fig. 1 dargestellte Gerade a gibt die Änderung der Frequenz an, die auftritt, wenn der Verstellmotor für die Kraftmittelzufuhr der Maschine mit konstanter Drehzahl läuft und alle Verzögerungen, wie die Anlaufverzögerung des Motors, die Verzögerung in der Dampfzufuhr, die durch die Massenträgheit der Maschine verursachte Verzögerung usw., gleich Null sind. Die Kurve δ dagegen" zeigt den tatsächlichen Verlauf der, Frequenz bei einem Regelvorgang, also unter Berücksichtigung der Verzögerungen, hervorgerufen durch die Trägheit des Motors, die Massenträgheit der Maschine usw. Die Kurve steigt erst allmählich an und läuft dann parallel zu der Geraden a. Um Uberregelungen zu vermeiden, muß im Punkt .A abgeschaltet werden, von dem aus sich dann die Frequenz allmählich der Normalfrequenz nähert. Damit im Punkt A abgeschaltet wird, muß dort die auf den Frequenzregler einwirkende Kraft Null sein. Nun wirkt auf den Frequenzregler eine Kraft, die proportional ist dem Abstand der Kurve δ von der Horizontalen w = 50 ~/sec. Will man daher im Punkte A abschalten, so muß eine Zusatzkraft auf den Regler zur Einwirkung gebracht werden, die gleich der Höhe der schraffierten Fläche ist. Dies geschieht erfindungsgemäß dadurch, daß Kondensatoren, Drosselspulen, Drosselketten oder ähnliche Elemente aufgeladen und wieder entladen werden. Beispielsweise kann man diese Kurvenform dadurch nachahmen, daß man einen Kondensator über einen Widerstand auflädt und ihn wieder entlädt.How the size of the restoring force must be selected is explained using a simple example of the frequency control in FIG. The normal frequency is 50 ~ / see, the currently prevailing frequency 48 '-' / see. The straight line a shown in Fig. 1 indicates the change in frequency that occurs when the variable speed motor for the power supply of the machine runs at constant speed and all delays, such as the start-up delay of the motor, the delay in the steam supply caused by the inertia delay caused by the machine, etc., are zero. The curve δ on the other hand "shows the actual course of the, frequency in a control process, thus taking into account the delays caused by the inertia of the motor, the inertia of the machine, etc. The curve rises gradually and then runs parallel to the straight line a. In order to avoid over-regulation, it must be switched off at point A , from which the frequency gradually approaches the normal frequency. In order to switch off at point A, the force acting on the frequency regulator must be zero. Now a force acts on the frequency regulator , which is proportional to the distance of the curve δ from the horizontal w = 50 ~ / sec. If you want to switch off at point A , an additional force must be applied to the controller, which is equal to the height of the hatched area according to the invention in that capacitors, inductors, inductor chains or similar elements are charged and discharged again mimic this waveform by charging a capacitor through a resistor and then discharging it again.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt Fig. 2. Der Frequenzregler ist ein wattmetrisches Relais mit zwei gekoppelten Systemen 1 und 10. Das obere System !erzeugt ein Drehmoment, welches der Frequenzabweichung von der Nennfrequenz proportional ist. Zu diesem Zweck wird von der Spannung des Netzes 4 die Feldspule 2 mit einem Strom J₁ gespeist, der infolge der großen Induktivität der Feldspule fast um 90 ° nacheilt. Der Strom J₂ des aus dem Kondensator 5 und der Spule 6 bestehenden Resonanzkreises wird dem Rähmchen 3 zugeführt. Er ist im Resonanzfalle in Phase mit der Spannung, so daß bei diesen Relais wie bei allen den Phasensprung des Resonanzkreises ausnutzenden Frequenzrelais das Drehmoment bei der normalen Frequenz gleich Null ist, während es bei der Abweichung von der Normalfrequenz positiv oder negativ ,wird. Erfindungsgemäß ist mit der Achse des Relais ein zweites wattmetrisches System 10 verbunden. Die eine Spule 12 dieses wattmetrischen Systems wird von einem konstanten Gleichstrom J₃ aus der. Gleichstromquelle 27 erregt. Die andere Spule 13 wird erst erregt, wenn der Kontaktarm 28 des Relais mit einem der beiden feststehenden Kontakte 29 oder 30 in Berührung kommt. Zu diesem Zweck sind zwei Relais 17 und 18 vorgesehen. Im Stromkreis der Erregerwicklung des einen Relais liegt der Kontakt 29, im Stromkreis des anderen der Kontakt 30. Jedes Relais besitzt drei Kontakte 19, 20 und 21 bzw. 23, 24 und 25. Parallel zur Spule 13 liegt ein Kondensator 14, der über den Widerstand 15 mit der Stromquelle 27 verbunden werden kann. Beim Ansprechen des Relais 17 wird der Kondensator in der einen Richtung, beim Ansprechen des Relais 18 in der anderen Richtung aufgeladen. Zu diesem Zweck führt vom positiven Pol der Stromquelle über den Kontakt 20 eine Leitung zum einen Ende des Widerstandes 15 und über den Kontakt 24 eine zweite Leitung zu. dem einen Pol des Kondensators, während vom negativen Pol der Stromquelle eine Leitung über den Kontakt 21 zu demselben Pol des Kondensators und eine zweite Leitung über den Kontakt 25 zum Widerstand führt. Durch Schließen dieser Kontakte 20 und 21 bzw. 24 und 25 wird auch gleichzeitig der Nebenschlußmotor 16 erregt, welcher zur Verstellung der Kraftmittelzufuhr der zugehörigen Maschine dient. Wenn die Relais abfallen, wird der Kondensator 14 -über den Widerstand 15 und die Kontakte 19 und 23 entladen. Wird beispielsweise der Kontakt 29 geschlossen, so wird das ,Relais 17 erregt und schließt seine Kontakte 20 und 21. Dadurch wird der Kondensator über den Widerstand 15 aufgeladen und gleichzeitig der Motor 16 erregt. Sobald der Kontakt 29 wieder geöffnet hat, schließt das Relais 17 den Kontakt 19, wodurch der Kondensator über den Widerstand 15 entladen wird. In Fig. 3 ist das von dem System erzeugte Drehmoment dargestellt. SobaldAn embodiment of the invention is shown in FIG. 2. The frequency controller is a wattmetric relay with two coupled systems 1 and 10. The upper system generates a torque which is proportional to the frequency deviation from the nominal frequency. For this purpose, the field coil 2 is fed from the voltage of the network 4 with a current J ₁ which, due to the large inductance of the field coil, lags by almost 90 °. The current J ₂ of the resonance circuit consisting of the capacitor 5 and the coil 6 is fed to the frame 3. In the case of resonance, it is in phase with the voltage, so that with these relays, as with all frequency relays using the phase jump of the resonance circuit, the torque at the normal frequency is equal to zero, while it is positive or negative at the deviation from the normal frequency. According to the invention, a second wattmetric system 10 is connected to the axis of the relay. One coil 12 of this wattmetric system is fed by a constant direct current J ₃ from the. DC power source 27 energized. The other coil 13 is only excited when the contact arm 28 of the relay comes into contact with one of the two fixed contacts 29 or 30. Two relays 17 and 18 are provided for this purpose. In the circuit of the excitation winding of one relay is the contact 29, in the circuit of the other of the contact 30. Each relay has three contacts 19, 20 and 21 or 23, 24 and 25. Parallel to the coil 13 is a capacitor 14, which is on the Resistor 15 can be connected to the power source 27. When the relay 17 responds, the capacitor is charged in one direction, when the relay 18 responds in the other direction. For this purpose, a line leads from the positive pole of the current source via contact 20 to one end of resistor 15 and via contact 24 a second line. one pole of the capacitor, while a line from the negative pole of the power source leads via contact 21 to the same pole of the capacitor and a second line leads via contact 25 to the resistor. By closing these contacts 20 and 21 or 24 and 25, the shunt motor 16 is also excited at the same time, which is used to adjust the power supply of the associated machine. When the relays drop out, the capacitor 14 is discharged via the resistor 15 and the contacts 19 and 23. If, for example, the contact 29 is closed, the relay 17 is excited and closes its contacts 20 and 21. As a result, the capacitor is charged via the resistor 15 and the motor 16 is excited at the same time. As soon as the contact 29 has opened again, the relay 17 closes the contact 19, whereby the capacitor is discharged via the resistor 15. In Fig. 3 the torque generated by the system is shown. As soon

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der Motor im Zeitpunkt B eingeschaltet wird, steigt das Drehmoment des Rückstellsystems allmählich an, bis es einen konstanten Endwert erreicht. Im Zeitpunkt A, in dem der Kontakt des Reglers wieder geöffnet wird, wird der Kondensator 14 entladen, so daß die Rückstellkraft allmählich auf Null zurückgeht. Der Endwert und das Ansteigen und Abklingen des vom System.io erzeugten Drehmoments werden auf die Reguliereigenschaft der Maschine und des Netzes so abgestimmt, daß das Überregeln am geringsten wird. Wie die Fig. 3 zeigt, ist das Zusatzdrehmoment proportional der in Fig. 1 strichlierten Fläche. Den Relais 17 und 18 sind Gleichrichter 22 und 26 parallel geschaltet, die einen verzögerten Relaisabfall bewirken, wodurch eine häufige kurzzeitige Kontaktgabe dieser Relais 17 und 18 vermieden wird. Zweckmäßig wird man die Relais 17 und 18 gegenseitigthe motor is switched on at time B , the torque of the reset system increases gradually until it reaches a constant end value. At time A, at which the contact of the controller is opened again, the capacitor 14 is discharged, so that the restoring force gradually decreases to zero. The final value and the rise and fall of the torque generated by the System.io are matched to the regulating properties of the machine and the network in such a way that overregulation is the least. As FIG. 3 shows, the additional torque is proportional to the area shown by the dashed line in FIG. The relays 17 and 18 are connected in parallel with rectifiers 22 and 26, which cause a delayed relay dropout, as a result of which frequent brief contact between these relays 17 and 18 is avoided. Expediently, the relays 17 and 18 are mutually exclusive

ao so verriegeln, daß jedes Relais nur ansprechen kann, wenn das andere in der Ruhelage steht. Zur Erreichung des verzögerten Anstieges und Abfalles von J₄ können auch mehrere Widerstände und Kondensatoren in kettenförmigem Aufbau verwendet werden. Es kann auch das verzögerte Ansteigen des Stromes einer Drossel benutzt werden.Lock ao so that each relay can only respond when the other is in the rest position. To achieve the delayed rise and fall of J ₄ , several resistors and capacitors in a chain structure can be used. The delayed increase in the current of a choke can also be used.

Wenn, wie beispielsweise in Fig. 1 durch die gestrichelte Kurve dargestellt ist, sich die Frequenz nach Abschalten im Punkt A in Form einer Schwingung der Normalfrequenz nähert und auch bei Beginn des Regelvorganges in entsprechender Weise ein Schwingungsvorgang auftritt, so kann man an Stelle eines Kondensators zur Erzeugung der Rückstellkraft eine Kombination aus Kondensatoren und Drosselspulen benutzen, durch ■ welche eine solche Rückstellkraft erzeugt wird, daß sie stets gleich ist der Differenz aus der tatsächlichen Regelkurve b und der in der Figur dargestellten Geraden α bzw. der durch die Normalfrequenz gegebenen Horizontalen. Zu diesem Zweck braucht man nur in Reihe mit dem Widerstand 15 in Fig. 2 eine Drosselspule zu legen.If, as shown for example in Fig. 1 by the dashed curve, the frequency approaches the normal frequency in the form of an oscillation after switching off at point A and an oscillation process also occurs in a corresponding manner at the start of the control process, then a capacitor can be used instead Use a combination of capacitors and choke coils to generate the restoring force, through which a restoring force is generated such that it is always equal to the difference between the actual control curve b and the straight line α shown in the figure or the horizontal given by the normal frequency. For this purpose one only needs to put a choke coil in series with the resistor 15 in FIG.

Arbeiten mehrere mit je einer solchen Frequenzsteuerung ausgerüstete Generatoren zusammen, so kann man dadurch eine gleichmäßige Belastung der Generatoren erzielen, daß auf das Steuerrelais ein der Generatorleistung proportionales Drehmoment ausgeübt wird. Dies wird in Fig. 2 dadurch erreicht, daß auf das Rähmchen 3 gleichzeitig der Generatorstrom über den Stromwandler 7 zur Einwirkung gebracht wird. Die Wirkkomponente des vom Stromwandler gelieferten Stromes erzeugt bei Resonanzabgleichung eine Stromkomponente im Rähmchen, die annähernd senkrecht zur Netzspannung liegt und die mit dem Strom J₁, der ebenfalls um fast 90 ° gegenüber der Spannung nacheilt, ein Drehmoment ergibt.If several generators each equipped with such a frequency control work together, a uniform load on the generators can be achieved by exerting a torque proportional to the generator output on the control relay. This is achieved in FIG. 2 in that the generator current is brought into effect on the frame 3 via the current transformer 7 at the same time. The active component of the current supplied by the current transformer generates a current component in the frame with resonance adjustment, which is approximately perpendicular to the mains voltage and which results in a torque with the current J ₁ , which also lags behind the voltage by almost 90 °.

An Stelle die Drehmomente zu addieren, können auch die ihnen proportionalen Gleichspannungen addiert werden, indem z. B. eine mit J₄ proportionale Gleichspannung und eine mit der Frequenzabweichung proportionale 6g Gleichspannung auf den Regler zur Einwirkung gebracht werden. Die der Frequenz proportionale Gleichspannung kann beispielsweise mit Hilfe von Resonanzkreisen erzeugt werden, wobei die Spannung an der Drossel oder am Kondensator oder der Strom des Resonanzkreises gleichgerichtet wird.Instead of adding the torques, the DC voltages proportional to them can also be added by z. B. a DC voltage proportional to J ₄ and a 6g DC voltage proportional to the frequency deviation can be applied to the controller. The direct voltage proportional to the frequency can be generated, for example, with the aid of resonance circuits, the voltage at the choke or the capacitor or the current in the resonance circuit being rectified.

Die Anordnung nach der Erfindung ist nicht auf die Regelung der Frequenz beschränkt, sondern kann auch zur Regelung anderer Betriebsgrößen, beispielsweise der Spannung, des Stromes, der Drehzahl, der Temperatur usw., Verwendung finden. Man braucht dann nur das erste Meßsystem des Reglers in Fig. 2 durch ein anderes zu ersetzen, das von der betreffenden Größe abhängig ist.The arrangement according to the invention is not limited to the regulation of the frequency, but can also be used to control other operating parameters, such as the voltage, des Current, the speed, the temperature, etc., find use. Then you just need to replace the first measuring system of the controller in Fig. 2 by another that of the relevant Size depends.

Claims

Patent claims:

1. Arrangement for the electrical control of technical-physical operating parameters, for example for frequency control, in which a restoring force is applied to the controller when contact is made acts, which is gradually reduced to zero after opening the contact, characterized in that the restoring force with the help of electrical capacitors, Drosse ^ pulen, choke chains or similar elements is generated.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the restoring force is dependent is based on the voltage of a capacitor, which is charged via a resistor when the controller is contacted Opening the contact is discharged across the resistor.

3. Arrangement according to claim 2, characterized in that with the movable Part of the regulator is a wattmetrical system, one of which is constant is excited while the other is in parallel 10g to the capacitor.

4. Arrangement according to claim 3, characterized in that two relays with three each Contacts are provided, one of which when the controller is contacted according to the tio one side, the other when contacting the controller to the other side for addressing is brought, and that the first contacts of the two relays in series with the resistor and the capacitor form a closed circuit, while the second and third contacts each are so connected to the resistor and capacitor and the DC voltage source that when one of the relays responds

the capacitor in one sense, at Response of the other relay is charged in the other sense.

5. Arrangement according to. Claim 4, characterized in that parallel to the winding of the relay is a rectifier.

6. Arrangement according to claim 1, characterized in that the sum of one the direct current value proportional to the variable to be controlled and one of the feedback force proportional direct current magnitude acts on the controller.

1 sheet of drawings