DE647765C

DE647765C - Arrangement for regulating the frequency of electrical machines

Info

Publication number: DE647765C
Application number: DES105344D
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Erich Friedlaender; Dipl-Ing Oskar Schmutz
Original assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens AG
Current assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens AG
Priority date: 1932-07-07
Filing date: 1932-07-07
Publication date: 1937-07-22

Description

Anordnung zur Regelung der Frequenz von elektrischen Maschinen ' Es ist bereits vorgeschlagen worden, zur Regelung der Frequenz einen F requenzregler zu benutzen, der nicht nur von der Frequenzabweichung, d. h. dem Unterschied der Frequenz .von dem Sollwert, sondern auch von dein ersten Differentialquotienten der Frequenzabweichung nach der Zeit abhängig ist. Zu diesem Zweck ist beispielsweise vorgeschlagen worden, finit Hilfe von Resonanzgreisen und Gleichrichtern eine Gleichspannung oder einen Gleichstrom zu erzeugen, welche der Abweichung der Frequenz vom Sollwert proportional sind und vorzugsweise beim Durchgang der Frequenz durch die Sollfrequenz ihr Vorzeichen umkehren. Zu diesem Zweck kann man beispielsweise die Ströme zweier Resonanzkreise gleichrichten. Die Differenz dieser beiden Ströme ist proportional der Frequenzabweichung, wenn die Abstimmung der Resonanzkreise so getroffen wird, daß sich ihre Charakteristiken bei der Sollfrequenz im Wendepunkt schneiden. Uni nun eine Spannung zu erhalten, welche von der Änderungsgeschwindigkeit der Frequenzabweichung abhängig ist, hat man diese Gleichspannung oder den Gleichstrom über einen Ohmschen Widerstand auf die Primärwicklung eines Transformators zur Einwirkung gebracht, dessen Sekundärwicklung dann eine von der Änderungsgeschwindigkeit der Frequenzabweichung abhängige Spannung liefert. Es ist auch bereits vorgeschlagen worden, mit Hilfe von Kondensatoren und Widerständen eine Spannung zu erzeugen, die dem ersten Differentialquotienten nach der Zeit der Frequenzabweichung proportional ist. Auf das Frequenzrelais, beispielsweise auf ein polarisiertes Relais, wird dann eine Gleichspannung zur Einwirkung gebracht, die sich aus einer von der Frequenzabweichung abhängigen und einer vom ersten Differentialquotienten der Frequenzabweichung abhängigen Gleichspannung zusammensetzt. Auf das Relais wirkt also eine Spannung ein, die der Größe gg + a # entspricht, wobei #o die Frequenzabweichung und a eine Konstante bedeutet.Arrangement for regulating the frequency of electrical machines' It has already been proposed to use a frequency regulator to regulate the frequency, which not only depends on the frequency deviation, ie the difference in frequency .von the setpoint, but also from your first differential quotient of the frequency deviation depends on the time. For this purpose it has been proposed, for example, to finitely generate a direct voltage or a direct current with the aid of resonance circuits and rectifiers, which are proportional to the deviation of the frequency from the setpoint and preferably reverse their sign when the frequency passes through the setpoint frequency. For this purpose, for example, the currents of two resonance circuits can be rectified. The difference between these two currents is proportional to the frequency deviation if the tuning of the resonance circuits is made in such a way that their characteristics intersect at the setpoint frequency at the turning point. To obtain a voltage that depends on the rate of change of the frequency deviation, this direct voltage or the direct current has been brought into effect via an ohmic resistance on the primary winding of a transformer, the secondary winding of which then supplies a voltage that is dependent on the rate of change of the frequency deviation. It has also already been proposed to use capacitors and resistors to generate a voltage which is proportional to the first differential quotient after the time of the frequency deviation. A direct voltage is then applied to the frequency relay, for example a polarized relay, which is composed of a direct voltage dependent on the frequency deviation and a direct voltage dependent on the first differential quotient of the frequency deviation. So a voltage acts on the relay, which has the size gg + a # where #o is the frequency deviation and a is a constant.

Gemäß der Erfindung wird bei einer Anordnung zur Regelung der Frequenz von elektrischen Maschinen unter Verwendung eines normalen Drehzahlreglers und eines diesen zusätzlich beeinflussenden Frequenzreglers, der von der Frequenzabweichung vom Sollwert und dem ersten Differentialquotienten der Frequenzabweichung nach der Zeit gemäß dem Ausdruck p + a # abhängig ist, die Konstante a so bemessen, daß sie gleich oder annähernd gleich der Zeitkonstanten der Exponentialkurve ist, durch welche die Kurve ersetzt werden kann, nach der sich die Frequenzabweichung bei plötzlicher Vergrößerung der Netzbelastung um einen bestimmten Wert bei alleinigem Eingreifen des Drehzahlreglers ändert. 'Man erreicht dadurch, wie folgende Betrachtung zeigt, daß keine Überregelung auftritt.According to the invention, in an arrangement for regulating the frequency of electrical machines using a normal speed controller and a frequency controller that additionally influences this, which is dependent on the frequency deviation from the setpoint and the first differential quotient of the frequency deviation with respect to time according to the expression p + a # , the constant a is dimensioned so that it is equal to or approximately equal to the time constant of the exponential curve, by which the curve can be replaced, according to which the frequency deviation changes with a sudden increase in the network load by a certain value when the speed controller only intervenes. In this way, as the following consideration shows, one achieves that no overregulation occurs.

Eine plötzliche Vermehrung der Netzbelastung um einen konstant bleibenden Betrag AN., verursacht bei alleinigem Eingreifen der Drehzahlregler eine Frequenzabweichung W von der Netzfrequenz nach Fig. i, wie durch Versuche festgelegt wurde. Wie die Kurve zeigt, sinkt unter der Mehrbelastung des Netzes die Frequenz zunächst mit annähernd konstanter Neigung ab und stellt sich schließlich infolge der -Statik der Drehzahlregler auf einen konstanten Wert ein. Es besteht nämlich ein annähernd linearer Zusammenbang zwischen der Frequenzabweichung ¢a von der Sollfrequenz und der vom Generator abgegebenen Leistung Nm, wie z. B. die Kurve 01 in Fig. z zeigt, so daß die Generatoren bei sinkender Frequenz mehr Leistung an das Netz -abgeben. Die in Fig. i dargestellte Kurve, nach der sich die Frequenzabweichung bei einem plötzlichen Belastungsstoß ändert, wenn nur die Drehzahlregler eingreifen, läßt sich angenähert durch die Exponentialkurve rp" ersetzen, welche dieselbe Anfangstangente und denselben Endwert wie . die ff,-Kurve besitzt. Die Zeitkonstante dieser Kurve ist 7'. Diese Netzzeitkonstante T hängt von der Art des Netzes ab. Sie ist abhängig von der Anlaufszeit der Maschine, d. h. der Zeit, welche die Maschine braucht, um mit dem Nenndrehmoment vorn Leerlauf bis zur normalen Drehzahl hochgefahren zu werden, wobei die gesamte Leistung zur Beschleunigung beiträgt. Sie ist ferner abhängig von der Unempfindlichkeit der Drehzahlregler. Sie kann durch Rechnung oder experimentell bestimmt werden. Zu diesem Zweck kann man beispielsweise die Netzbelastung plötzlich ändern und mittels eines Oszillographen die Kurve der Frequenzabweichung aufnehmen.A sudden increase in the network load by a constant amount AN. Causes a frequency deviation W from the network frequency according to FIG. As the curve shows, under the increased load on the network, the frequency initially drops with an almost constant incline and finally adjusts to a constant value due to the static of the speed controller. This is because there is an approximately linear correlation between the frequency deviation [a] from the setpoint frequency and the power Nm output by the generator, such as B. shows curve 01 in FIG. The curve shown in FIG. I, according to which the frequency deviation changes in the event of a sudden load surge, if only the speed controllers intervene, can be replaced approximately by the exponential curve rp ", which has the same initial tangent and the same end value as the ff, curve. The time constant of this curve is 7 '. This network time constant T depends on the type of network. It depends on the start-up time of the machine, i.e. the time it takes for the machine to run up to normal speed with the nominal torque from idling The total power contributes to the acceleration. It is also dependent on the insensitivity of the speed controller. It can be determined by calculation or experimentally. For this purpose, for example, the network load can suddenly be changed and the frequency deviation curve recorded using an oscilloscope.

Bei konstant bleibender Netzbelastung läßt sich die frequenzabweichung W ändern, wenn durch Betätigung des Dreh7ahlverstellmotors die Drehzahlcharakteristik von 01 einer Maschine in Fig. z horizontal um die regulierte Leistung AN, verschoben wird und so die Leistungsabgabe Nm der Maschine durch die neue Charakteristik (P., bestimmt wird. Nimmt inan diese Verschiebung um d 11T, plötzlich vor, so stellt sich nach derselben Exponentialfunktion mit derselben Zeitkonstanten T die neue Netzfrequenz ein.Remaining constant power load, the frequency deviation can be W change when such by operating the Dreh7ahlverstellmotors the speed characteristics of 01 of a machine in Fig. Is horizontally shifted by the regulated power ON, and thus the power output Nm of the machine with the new characteristic (P., If I suddenly make this shift by d 11T, then the new network frequency is established according to the same exponential function with the same time constant T.

Die allgemeine Gleichung für die Frequenzabweichung' lautet also nach der gemachten Annäherung 7' ist Bierbei die oben definierte Netzzeitkonstante, I, ein konstanter Faktor, A'" die Netzbelastung, I N, die Summe der waagerechten Verschiebungen der. Drelizalilcharakteristik von o (Fig. a) aller Netzgeneratoren.The general equation for the frequency deviation 'reads according to the approximation made 7 'is the network time constant defined above, I, a constant factor, A'"the network load, IN, the sum of the horizontal shifts in the three-way characteristic of o (Fig. A) of all network generators.

Ist dauernd NR = Nr, also die Netzbelastung gleich der regulierten Leistung N, aller Generatoren, so ist die Frequenzabweichung(p gleich Null. Sind YAT, und N" nicht gleich, so stellt sich eine Frequenzabweichunggemäß Gleichung (i) ein. Wird der Drehzahlverstellniotor eines Generators oder mehrerer Generatoren nach der einen oder anderen Richtung je nach den Vorzeichen von k (- N" -1- Y N,) = tp -1- T betätigt,. so findet eine Frequenzregelung unter Vermeidung einer Überregelung statt, da dann der Frequenzregler je nach der Ausgeglichenheit zwischen Netzbelastung und regulierter Leistung in Tätigkeit tritt.If NR = Nr, i.e. the network load is the same as the regulated power N, of all generators, the frequency deviation (p is zero. If YAT and N "are not the same, a frequency deviation according to equation (i) results a generator or several generators in one direction or the other depending on the sign of k (- N " -1- Y N,) = tp -1- T actuated. frequency regulation takes place while avoiding overregulation, since the frequency regulator then comes into operation depending on the balance between network load and regulated power.

Wie bereits eingangs erwähnt, .sind Anordnungen zur Frequenzregelung vorgeschlagen worden, bei denen der Frequenzregler von der Größe qg + a abhängig ist. Gemäß der Erfindung wird nun die Konstante a so gewählt, daß sie gleich der obenerwälviten Netzzeitkonstanten T ist. Die Größe a. kann beispielsweise, wenn die Bildung des ersten Differentialquotienten mittels eines Transformators vorgenommen wird, durch Änderung des Übersetzungsverhältnisses gles Transformators eingestellt werden. Die Einstellung kann beispielsweise auf Grund von Rechnungen erfolgen. Man kann die Einstellung jedoch auch experimentell vornehmen, indem man die auf das Relais einwirkende Spannung (p + a mißt, wenn eine plötzliche Belastung auftritt, wobei die vom Relais ausgehenden Steuerleitungen unterbrochen sind, so daß lediglich die Drehzahlregler eingreifen. Man muß dann die Einrichtung so lange verstellen, bis die osziilographisch aufgenommene Spannung bei einer plötzlichen Belastung annähernd Rechteckform erreicht. Die Zeitkonstante T ist von der Art der Maschinen- und Drehzahlregler abhängig. Wenn daher nicht lauter gleiche Maschinen verwendet werden, so wird sich die Zeitkonstante T etwas ändern, wenn eine Maschine ab- oder zugeschaltet wird. Man wird daher die Konstante-a auf den Mittelwert der Zeitkonstanten T einstellen oder aber ,auch, je nach der Maschinenzahl, die eingeschaltet ist, verändern.As already mentioned at the beginning, arrangements for frequency control have been proposed in which the frequency controller of the size qg + a is dependent. According to the invention, the constant a is now chosen so that it is equal to the network time constant T mentioned above. The size a. For example, if the first differential quotient is formed by means of a transformer, the transformer can be adjusted by changing the transformation ratio. The setting can be made, for example, on the basis of invoices. However, the setting can also be carried out experimentally by measuring the voltage acting on the relay (p + a measures when a sudden load occurs, with the control lines coming from the relay being interrupted so that only the speed controllers intervene. You then have to adjust the device until the oscillographically recorded voltage almost reaches a rectangular shape in the event of a sudden load. The time constant T depends on the type of machine and speed controller. If, therefore, not all of the same machines are used, the time constant T will change somewhat when a machine is switched on or off. The constant-a will therefore be set to the mean value of the time constant T or, depending on the number of machines that are switched on, changed.

Das Frequenzgerät, das auf die Steuergröße p + T anspricht, läßt sich auch bei Anschluß von Synchronuhren an das Netz verwenden. Bei genügender Größe des Fehlintegrals f p - d t, das durch Vergleich der Netzzeit mit der astronomischen Zeit gewonnen wird, kann je nach seinem Vorzeichen das Frequenzgerät auf einen über oder unter der Mittelfrequenz liegenden Wert umgeschaltet werden. Es kann auch in Abhängigkeit von dem Fehlintegral eine stetige Veränderung vorgenommen werden. Zu diesem Zweck kann beispielsweise der Resonanzkreis,- welcher die frequenzabhängige Spannung oder den frequenzabhängigen Ström liefert, verschieden abgestimmt werden.The frequency device that responds to the control variable p + T responds, can also be used when synchronous clocks are connected to the network. If the error integral f p - dt, which is obtained by comparing the network time with the astronomical time, is sufficient, the frequency device can be switched to a value above or below the mean frequency, depending on its sign. A constant change can also be made as a function of the incorrect integral. For this purpose, for example, the resonance circuit, which supplies the frequency-dependent voltage or the frequency-dependent current, can be tuned differently.

Nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung kann man, um Überregelungen zu vermeiden, den Frequenzregler nicht nur von der Frequenzabweichung und dein ersten Differentialquotienten der Frequenzabweichung nach der Zeit, sondern auch noch von dem zweiten Differentialquotienten der Frequenzabweichung nach der Zeit abhängig machen. Man kann dadurch noch vollkommener erreichen, claß Überregelungen vermieden werden. .According to a further embodiment of the invention, one can in order to overregulate to avoid the frequency controller not only from the frequency deviation and your first Differential quotient of the frequency deviation according to time, but also from the second differential quotient of the frequency deviation as a function of time do. In this way one can achieve even more perfectly that overregulations are avoided will. .

Wie obenerwähnt, ist bei einer plötzlichen Änderung der Netzbelastung um einen bestimmten Betrag AN die Frequenzabweichung (p in erster Annäherung eine Exponentialfunktion. Es war dabei -angenoninien, daß zwar die Drehzahlregler der Kraftmaschinen in normaler Weise eingreifen, aber noch keine Nachregelung der Frequenz erfolgt. Die Frequenzinaschine muß nun eine Mehrleistung AN liefern, um eine dauernde Frequenzabsenkung des Netzes zu vermeiden. Das Frequenzsteuerreläis muß daher zweckmäßig auf die Leistung d N oder auf did Frequenzabweichung und ihren ersten Differentialquotienten (ip + T # nach der Zeit ansprechen. Die Zeitkonstante T ist dabei, wie erwähnt; eine Konstante des Netzes, auf welches das Relais abgestimmt ist.As mentioned above, in the event of a sudden change in the network load by a certain amount AN, the frequency deviation (p is an exponential function in a first approximation. It was -angenoninien that although the speed controllers of the prime movers intervene normally, the frequency is not yet readjusted. The frequency machine must now deliver an additional power AN in order to avoid a permanent frequency lowering of the network. The frequency control relay must therefore expediently be based on the power d N or on the frequency deviation and its first differential quotient (ip + T # address after the time. The time constant T is, as mentioned; a constant of the network to which the relay is tuned.

Fig. 3 gibt nun den genaueren-Verlauf der Frequenzabweichung bei einem Leistungsstoß an, wenn nur die Drehzahlregler eingreifen. Die Frequenzabweichung ist durch die Gleichung zweiter Ordnung - . bestimmt; ' - welche 'eine gedämpfte Schwingung darstellt,' die in Fig. 3 dargestellt ist. Die Netzkonstante T1 ist ein Maß für die Dämpfung und die Netzkonstante T2 ein Maß für die auftretende Schwingungsdauer: Auf diese beiden Konstanten soll das Fre-#quenzsteuerrelais abgestimmt werden. Diese beiden Konstanten T1 und T2 können rechnerisch aus 'den Maschinenkonstanten und den Konstanten der Drehzahlregler bestimmt werden, sie können auch experimentell aus der oszillographisch aufgenommenen Kurve der Frequenzabweichung ermittelt werden, die man erhält bei einem plötzlichen Belastungsstoß, wenn lediglich die Drehzahlregler eingreifen.FIG. 3 now shows the more precise course of the frequency deviation in the event of a power surge when only the speed controllers intervene. The frequency deviation is given by the second order equation -. certainly; '- which' represents a damped oscillation, 'which is shown in FIG. 3. The network constant T1 is a measure of the damping and the network constant T2 is a measure of the period of oscillation that occurs: The frequency control relay should be tuned to these two constants. These two constants T1 and T2 can be determined arithmetically from the machine constants and the constants of the speed controller, they can also be determined experimentally from the oscillographically recorded curve of the frequency deviation, which is obtained in the event of a sudden load surge when only the speed controller intervenes.

Bezeichnet man in der Fig.3 mit T4 die Schwingungsdauer und -mit T3 die Zeitkonstante der Exponentialkurve, welche die gedämpfte Schwingung einhüllt, so ist, wie die Rechnung ergibt: Bei bekannten T3 und T4 kann also aus der Gleichung (3) die Konstante T2 ausgerechnet werden und hierauf aus-Gleichung (4.) di`: Konstante T,.If one denotes the period of oscillation in Fig. 3 with T4 and with T3 the time constant of the exponential curve, which envelops the damped oscillation, as the calculation shows: With known T3 and T4, the constant T2 can be calculated from equation (3) and then from equation (4.) di`: constant T ,.

Um ein Frequeiizsteuerrelais zu erhalten, welches auf die Frequenzabweichung und den ersten und zweiten Differentialquotienten der Freqtlenzabweichung'anspricht, kann beispielsweise die Anordnung nach Fig..l verwendet werden. i ist das Relais, «-elches den Drehzahlverstellmotor betätigt. Es wird vom Anodenstrom einer Röhre 2 erregt. 3 ist ein Transformator, der an das Netz angeschlossen ist. An eine Sekundärwicklung des Transformators sind ein- Kondensator 4 und ein Transformator 5 angeschldssen, der die Gleichrichteranordnung 6 speist. Die Abstimmung des Resonanzkreises ist dabei so getroffen - (der Transformator 5 dient als Drosselspule), daß man innerhalb der zu erwartenden Frequenzäbweielilingen auf - dem geraden Ast der Resonanzkurve arbeitet. Eine zweite Wicklung des Transformators 3 speist die Gleichrichteranordnung 7, die eine Gleichspannung am'- Widerstand 9 liefert. Der Widerstand 8 ist an die, Gleichrichteranordnung 6 angeschlossen: Die an den beiden Widerständen 8 und 9 erzeugten. Gleichspannungen sind 'über die Widerstände io; 12, 13 und i i gegeneinandergeschaltet, wobei die Anordnung zweckmäßig so beinesseti wird, daß :bei der Sollfrequenz diese beiden Gleichspannungen gleich groß sind. 18 und i9 sind zwei Kondensatoren zur Kurvenglättun-. Parallel zu einem Teil des W?derstandes 12 sind ein Kondensator 16 und zwei Ohmsche Widerstände 14 und 15 angeschlossen. Parallel zu einem Teil des Widerstandes 14 liegt . ein Kondensator 17 und ein Widerstand 2o. Das Gitter der Elektronenröhre ist an einem Abzweigpunkt des Widerstandes 2o angeschlossen, während der Heizfaden an dem Verbindungspunkt der Widerstände 13 und 11 liegt. An den Widerständen 12 und 13 entsteht eine Gleichspannung, die von der Frequenzabweichung abhängig ist. Die am Widerstand 15 herrschende Spannung ist dem Ladestrom des Korden-Bators 16 und damit der Änderung der Frequenz nach der Zeit proportional, während die am Widerstand 2o herrschende Spannung bei geeigneter Bemessung' des Kondensators 17 proportional <lern zweiten Differentialquotienten der Frequenzabweichung nach der Zeit ist. Auf das Gitter der Röhre wirkt also eine Spannung (p + a, Das Relais 1 ist zweckmäßig ein Differentialrelais, dessen eine Spule vom Anodenstrom und dessen andere von einem konstanten Gleichstrom einer Batterie -21 beeinflußt wird, dessen Größe so gewählt ist, daß bei der Sollfrequenz das Relais in der Ruhelage steht. Ändert sich die Frequenz, so spricht <las Relais an. Schließt man <las Gitter der Clektronenrölire an den Widerstand 15 an, so erhält man ein Frequenzrelais, <las von der Größe c;. + a # abhängig ist.In order to obtain a frequency control relay which responds to the frequency deviation and the first and second differential quotients of the frequency deviation, the arrangement according to FIG. 1 can be used, for example. i is the relay that actuates the variable speed motor. It is excited by the anode current of a tube 2. 3 is a transformer connected to the grid. A capacitor 4 and a transformer 5, which feeds the rectifier arrangement 6, are connected to a secondary winding of the transformer. The tuning of the resonance circuit is made in such a way - (the transformer 5 serves as a choke coil) that one works within the expected frequency range on - the straight branch of the resonance curve. A second winding of the transformer 3 feeds the rectifier arrangement 7, which supplies a direct voltage across the resistor 9. The resistor 8 is connected to the rectifier arrangement 6: those generated at the two resistors 8 and 9. DC voltages are 'over the resistors io; 12, 13 and ii are connected to one another, the arrangement being expediently set up in such a way that: At the setpoint frequency, these two DC voltages are equal. 18 and i9 are two capacitors for curve smoothing. A capacitor 16 and two ohmic resistors 14 and 15 are connected in parallel to part of the resistor 12. Is parallel to part of the resistor 14. a capacitor 17 and a resistor 2o. The grid of the electron tube is connected to a branch point of the resistor 2o, while the filament is connected to the connection point of the resistors 13 and 11 . A DC voltage is generated at resistors 12 and 13, which depends on the frequency deviation. The voltage prevailing at resistor 15 is proportional to the charging current of the cord-bator 16 and thus the change in frequency with time, while the voltage prevailing at resistor 2o with a suitable dimensioning of capacitor 17 is proportional to the second differential quotient of the frequency deviation after time . A voltage (p + a, The relay 1 is expediently a differential relay, one coil of which is influenced by the anode current and the other by a constant direct current from a battery -21, the size of which is selected so that the relay is in the rest position at the setpoint frequency. If the frequency changes, the relay responds. If one connects <the grid of the clektronic roller to the resistor 15, one obtains a frequency relay <read of the size c ;. + a # is dependent.

An Stelle der dargestellten Schaltung, bei der die Erzeugung der vom ersten und zweiten Differentialquotienteiß abhängigen Spannungen mittels Kondensatoren und Widerständen erfolgt, kann man diese auch mittels Widerstände und Transformatoren erzeugen. Man kann auch die frequenzabhängige Gleichspannung in anderer Weise, als wie im Ausführungsbeispiel dargestellt ist, herstellen. Durch Veränderung des Anzapfpunktes am Widerstand 12 kann dieKonstante a, und durch Änderung des Anzapfpunktes am- Widerstand 14 die Konstante a2 eingestellt werden.Instead of The circuit shown, in which the voltages dependent on the first and second differential quotient are generated by means of capacitors and resistors, can also be generated by means of resistors and transformers. The frequency-dependent DC voltage can also be produced in a different manner than that shown in the exemplary embodiment. The constant a can be set by changing the tapping point at the resistor 12, and the constant a2 can be set by changing the tapping point at the resistor 14.

Man kann av-b Pin FrPn,ienzsteuerrelais, das auf (p -I-- ä, - anspricht, auf mechanische Weise herstellen. Zwei Ausführungsbeispiele zeigen die Fig. 5 und 6.You can use av-b Pin FrPn, ienz control relay, which is set to (p -I-- ä, - responds, manufacture in a mechanical way. FIGS. 5 and 6 show two exemplary embodiments.

Das Frequenzsteuerrelais nach Fig.5 besteht aus zwei elastisch durch eine Feder 23 gekuppelten Systemen 3>_ und 32. Jedes System ist mit dem Gehäuse durch eine Feder 24 bzw. 25 verbunden. Das untere System ist durch einen Magneten 27 gedämpft und hat ein großes Trägheitsinoment. Das Trägheitsmoment des Systems 31 soll vernachlässigbar sein. . Die Ferrarisscheibe 31 wird mittels eines Triebmagneten 26 mit einem der Frequenzabweichung proportionalen Drehmoment angetrieben. Der Triebmagnet =6 ist nur schematisch dargestellt. Er kann beispielsweise so ausgebildet sein wie der Triebmagnet eines Zählers mit einer Strom- und Spannungswicklung, wobei die Spannungswicklung über einen Ohmschen Widerstand von der Netzspannung erregt wird, während die gleichfalls von der Netzspannung erregte Stromwicklung einen Teil eines Resonanzkreises bildet. Die Abstimmung des Resonanzkreises wird dabei so getroffen, daß bei der Sollfrequenz kein Drehmoment auf die Scheibe ausgeübt wird, während bei Abweichung der Frequenz von der Sollfrequenz nach der einen oder anderen Richtung ein positives oder negatives Drehmoment auf die Scheibe 31 ausgeübt wird. Die Erzeugung des frequenzabhängigen Drehmomentes kann auch in anderer Weise erfolgen, beispielsweise könnten die Drehmomente zweier auf die Scheibe 31 einwirkender Triebmagnete einander entgegenwirken, von denen das 1)rehnnonrent des einen frequenzabli:ingig ist. An Stelle eines FerrarissYsteins 31 kann auch beispielsweise eine dynamometrisches System Anwendung finden. Mit dein oberen System ist ein Kontaktaren 28, mit dem unteren Svstein sind die Kontakte 29 und 30 verbunden. Je nachdem, mit welchem Kontakt 29 oder 30 der Kontaktarm 28 in Berührung kommt, wird der Drelizalrlverstellnrotor in der einen oder anderen Richtung angetrieben. Man kann auch mit dem oberen System die Gegenkontakte 29 und 30 und mit dem unteren den Mittelkontakt 28 verbinden.The frequency control relay according to FIG. 5 consists of two systems 3 and 32 which are elastically coupled by a spring 23. Each system is connected to the housing by a spring 24 and 25, respectively. The lower system is dampened by a magnet 27 and has a large moment of inertia. The moment of inertia of the system 31 should be negligible. . The Ferrari disk 31 is driven by means of a drive magnet 26 with a torque proportional to the frequency deviation. The drive magnet = 6 is only shown schematically. It can, for example, be designed like the driving magnet of a meter with a current and voltage winding, the voltage winding being excited by the mains voltage via an ohmic resistance, while the current winding, which is also excited by the mains voltage, forms part of a resonant circuit. The resonance circuit is tuned in such a way that no torque is exerted on the disk at the setpoint frequency, while a positive or negative torque is exerted on the disk 31 in one direction or the other if the frequency deviates from the setpoint frequency. The generation of the frequency-dependent torque can also take place in a different way, for example the torques of two drive magnets acting on the disk 31 could counteract one another, of which the 1) current of one is frequency-dependent. Instead of a Ferrari stone 31, a dynamometric system can also be used, for example. With the upper system is a contact 28, with the lower Svstein the contacts 29 and 30 are connected. Depending on which contact 29 or 30 the contact arm 28 comes into contact with, the Drelizalrlverstellnrotor is driven in one direction or the other. The counter contacts 29 and 30 can also be connected to the upper system and the central contact 28 to the lower system.

Bezüglich der Abstimmung und der Bemessung der einzelnen Teile gilt folgendes: Es sei M, (las der Frequenzabweichung proportionale, auf die Scheibe 31 ausgeübte Drehmoment, b die Bremskonstante, O das Trägheitsmoment der Scheibe 32, a, der Weg des oberen Systems, x2 der Weg des unteren Systems und. a,2 - a, - a2. Die Federkonstanten der Federn 24, 23 und 23 sind c" c2 und c,2. Das Trägheitsmoment des oberen Systems soll vernachlässigbar sein. Die Bewegungsgleichungen lauten: Setzt man an Stelle von x, in Gleichung (i) ein a12 + a2, so ergibt sich folgende Gleichung: a1._> (C1 1- c12) -f- a., # cl =Ml . (3) Löst man diese Gleichung nach a= auf, so erhält man Differenziert man diese Gleichung, so erhält lnan Dividiert man die linke Seite durch C.2 (cl j- ci_) + c @_, die rechte Seite durch -@.j- und differenziert man diese Gleichung noch einmal, so erhält .man folgende Gleichung Setzt man nun in Gleichung (2) ix, - a1 _ -2l, und ersetzt man a2 durch den Weri, aus Gleichung (4.), -durch den Wert aus Gleichung (5)@ und durch den Wert aus Gleichung ((i), so ergibt sich folgende Gleichung: und setzt aian an Stelle des Gleichheitszeichens das Proportionalitätszeichen, so erhält rnan folgende Gleichung Die konstanten Koeffizienten werden in neue Konstante zusainmengefaßt. Fis ergibt sich dann folgende Gleichung: Aus den Gleichungen (8) und (9) folgt Um zu erreichen, daß die Winkeldifferenz 212 der beiden Systeme- ungefähr proportional der Frequenzabweichung und ihrem ersten und. zweiten Differenzialquotienten ist, muß gemacht werden, was man durch geeignete *Wahl der, Federkonstanten cl, c2 und c12 erreichen kann. Es sind dann die zweiten und dritten Glieder der linken Seite der Gleichung (9) vernachlässigbar, so daß Das Drehmoment A,11 ist proportional der Frequenzabweichung. Die Konstanten werden entsprechend der Netzkonstanten T, und T2 eingestellt, wobei die erste beispielsweise durch Einstellung der Dämpfung G und die zweite durch Wahl des Trägheitsmontentes O eingestellt werden kann. Die Einstellung kann berechnet werden, sie kann aber auch experimentell erfolgen.The following applies to the coordination and dimensioning of the individual parts: Let M, (read the torque exerted on disk 31 proportional to the frequency deviation, b the braking constant, O the moment of inertia of disk 32, a, the path of the upper system, x2 the Path of the lower system and. A, 2 - a, - a2. The spring constants of springs 24, 23 and 23 are c "c2 and c, 2. The moment of inertia of the upper system should be negligible. The equations of motion are: If an a12 + a2 is substituted for x in equation (i), the following equation results: a1 ._> (C1 1- c12) -f- a., # Cl = Ml . (3) If one solves this equation for a =, one obtains If we differentiate this equation, we get Inan Divide the left side by C.2 (cl j- ci_) + c @_, the right side by - @. J- and if you differentiate this equation again, you get the following equation If one now sets ix, - a1 _ -2l in equation (2), and replaces a2 with the Weri, from equation (4.), -by the value from equation (5) @ and by the value from equation ((i), the following equation results: and if aian sets the proportionality sign in place of the equal sign, then rnan obtains the following equation The constant coefficients are combined into new constants. F sharp then results in the following equation: From equations (8) and (9) it follows In order to achieve that the angular difference 212 of the two systems is approximately proportional to the frequency deviation and their first and. second differential quotient is must can be done, which can be achieved by a suitable * choice of the spring constants cl, c2 and c12. The second and third terms on the left-hand side of equation (9) are then negligible, so that The torque A, 11 is proportional to the frequency deviation. The constants are set in accordance with the network constants T 1 and T2, the first being able to be set, for example, by setting the attenuation G and the second being set by selecting the inertia content O. The setting can be calculated, but it can also be done experimentally.

In Fig. 6 ist ein anderes Ausführungsbeispiel dargestellt, bei der der Winkelausschlag des oberen Systems die Kontaktgabe verursacht,, Das Relais besteht aus den beiden Systemen 40 und 41, die durch eine Feder 43 gekuppelt sind; das obere System 40 ist durch eine Feder 44, das- untere System 41 durch eine Feder 45 mit dem Gehäuse verbunden. 47 ist ein Bremsmagnet. Die obere und die untere Scheibe werden je durch ein frequenzabhängiges Antriebsmoment angetrieben, die ungleich groß und entgegengesetzt gerichtet sind. In der Figur ist dies schematisch durch die Triebmagnete 46 und 56 dargestellt, die beispielsweise so ausgebildet sein _können, wie bei der Anordnung nach Fig. 5 beschrieben. Das obere System 40 trägt einen Mittelkontakt 48, der zwischen den feststehenden Gegenkontakten 49 und 5o spielt. Wie man die Konstanten abstimmen muß, ergibt sich aus folgendem (das Trägheitsmoment des oberen Systems soll zu vernachlässigen sein) : Bezeichnet man wieder mit a1 und a2 die Winkelausschläge des oberen und unteren Systems und mit a.12 die Größe ml - a2, mit b die Bremskonstante, mit ƒ das Trägheitsmoment des unteren Systems und mit cl, c, und c12 die Federkonstanten der Federn 44, 45 bzw. 43 und mit Ml und M2 die der Frequenzabweichung proportionalen Drehmomente der oberen bzw. unteren Scheibe, so erhält man aus den beiden Bewegungsgleichungen a, cl + (a1 - a2) ei" = ml . (13) 4 a.= .o + (a._ - al) ei.. + d a.# b + d a,- 0 #- 16T.= . (I4) c., dt d t:- Aus Gleichung (13) folgt a` - ai ... e i ?@ e i.2 - @T @@ . (15) ei .2 C12 Durch einmalige bzw. zweimalige Difterenliation erhält nlan die Gleichungen (16) und (17), da-, da, ei + ci.= 1 dM1 @t t -_ ä t . _ ci _ - - ei 'ü . d t , (16) d-a2 d.=ai ei + c12 1 d,M1 (17) d i2 -- -d t= ei ., ei .= d t= Die Gleichungen (15), (16) und (17) Werden in Gleichung (i-1) eingesetzt, und inan erll:iit dann a1 ei ei*-' (@` @_ ei") c,., + -da,- . ei -k. c!? . b C ` - d j2 c12 Arli d M@ b d'=M) O __-. 167.= -@ _ (C_ + c -f- Ci . 1 2) d t C12 d t- C1:! Setzt plan M#, ---k # 11'1l, so erhalt inan folgende Gleichung: a _ e' + e'_'= - (c2 _@. ei ) ---- C121 e!_ + ei2__ , b _d a.=- . -cl-+ Cl.,- ' c, 2 + dt cl., + d t2 cl.*2 M i + c1'= _ k d M1- . -b d1Mi._ . 0 . (19) i ( - ei ., _- ) + -- d t c," + - ä t= ci.= Dividiert man die linke Seite dieser Gleichuni; durch "'-± eil- (c2 -)- cl..,) -c1_ und die @'l2 rechte Seite durch _f2_+-@#12 -k, dann ergibt sich unter Ersatz des Gleichheitszeichens durch C12 das Proportionalitätswicllcn aus der Gleichung (i 9) die Gleichung (20) da, b d'-' a, U ei -f- c@ ei + c.= d M1 b d2M, O _ Mi + - d.i . __.C._ + ei,-) - C12 * k .i-' d tz__ . C..+ C1- - ei--,' k ( c) oder durch Zusammenfassung der konstanten Koeffizienten durch neue Konstante die Glei- chung (21) 2 _ al + t f- # Tab + d-t-- # Tä0 --- nq1- dd ' # T.ifa -@- dM' # Tdfe . (21) Aus den Gleichungen (20) und (21) folgt -TR@ _ Tä@> cz -i' clz - # -c12 ' k (22) T.Ifb T'f g _ C2 G2 + C1 2 ,. Macht man wieder durch geeignete Wahl der Konstanten, wobei man auch cl oder cz zu Null machen kann, die Größen. ilosolut genommen kleiner als i, so ist z U7 .r lyll -j- ad 1 - Tarn + d@l - T@sn)- (23) Die Konstanten werden «'ieder (furch die Wahl von h und O auf die Netzkonstaüten abgeglichen. @Vill man auf mechanischem Wege ein Relais hauen, welches von der Frequenzab- weichung und dem ersten Differentialquo- tienten der Frequenz abhängig ist, so muti nian bei der Anordnung nach Fig.5 und f) (las Trägheitsinonient der beiden unteren Scheiben sehr klein machen. In Fig. 6 another embodiment is shown, in which the angular deflection of the upper system causes the contact. The relay consists of the two systems 40 and 41, which are coupled by a spring 43; the upper system 40 is connected to the housing by a spring 44, the lower system 41 by a spring 45. 47 is a brake magnet. The upper and lower disks are each driven by a frequency-dependent drive torque, which is unequal in size and directed in opposite directions. This is shown schematically in the figure by the drive magnets 46 and 56, which, for example, can be designed as described for the arrangement according to FIG. The upper system 40 carries a central contact 48 which plays between the stationary counter-contacts 49 and 5o. How the constants have to be adjusted results from the following (the moment of inertia of the upper system should be neglected): If one again denotes the angular deflections of the upper and lower system with a1 and a2 and with a.12 the quantity ml - a2, with b the braking constant, with ƒ the moment of inertia of the lower system and with cl, c, and c12 the spring constants of the springs 44, 45 and 43 and with Ml and M2 the torque of the upper and lower disk proportional to the frequency deviation, one obtains from the two equations of motion a, cl + (a1 - a2) ei " = ml . (13) 4th a. = .o + ( a._ - al ) ei .. + d a. # b + da, - 0 # - 16T. =. (I4) c., dt dt : - From equation (13) it follows a` - ai ... e i? @ e i.2 - @T @@. (15) ei .2 C12 By differentiating once or twice, nlan obtains the equations (16) and (17), da-, da, ei + ci. = 1 dM1 @tt -_ ä t. _ ci _ - - ei 'ü. German, (16) d-a2 d. = ai ei + c12 1 d, M1 (17) d i2 - -dt = ei ., ei . = dt = Equations (15), (16) and (17) are substituted into equation (i-1), and in general: iit then a1 ei ei * - ' (@ `@_ ei") c,., + -da, -. ei -k. c !?. b C `- d j2 c12 Arli d M @ b d '= M) O __-. 167. = - @ _ (C_ + c -f- Ci. 1 2) dt C12 d t- C1 :! If plan M #, --- k # 11'1l, you get the following equation: a _ e '+ e' _ '= - (c2 _ @. Ei ) ---- C121 e! _ + Ei2__, b _d a. = -. -cl- + Cl., - 'c, 2 + dt cl., + d t2 cl. * 2 M i + c1 '= _ kd M1-. -b d1Mi._. 0. (19) i (- ei ., _-) + - dtc, "+ - ä t = ci. = If one divides the left side of this equivalency; by "'- ± e il- (c2 -) - cl ..,) -c1_ and the @ 'l2 right side with _f2_ + - @ # 12 -k, then results in replacement of the equal sign with C12 the proportionality key from equation (i 9) equation (20) da, b d'- ' a, U ei -f- c @ ei + c. = d M1 b d2M, O _ Wed + - Tue. __. C._ + ei, -) - C12 * k .i- 'd tz__. C .. + C1- - ei-, ' k (c) or by combining the constant coefficients with new constants the equilibrium chung (21) 2 _ al + t f- # Tab + dt-- # Tä 0 --- nq1- dd ' # T.ifa - @ - dM'# Tdfe. (21) It follows from equations (20) and (21) -TR @ _ Tä @> cz -i ' clz - # -c12' k (22) T.Ifb T'f g _ C2 G2 + C1 2,. Again, through a suitable choice of the constants, whereby one can also make cl or cz to zero, the quantities. ilosolut taken less than i, so is z U7 .r lyll -j- ad 1 - Tarn + d @ l - T @ sn) - (23) The constants become "'ieder (for the choice of h and O matched to the network constants. @Vill man a mechanical way Knock the relay, which depends on the frequency deviation and the first differential quo- depends on the frequency, so muti nian in the arrangement according to Fig. 5 and f) (read the inertia of the two lower ones Make slices very small.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Order to regulate the fre- (luenz fully electric machines under Use of a normal speed controller and one of these also affect fusscliden hre (lucnzreglers, operated by the Frequency deviation from setpoint and your first differential quotient of the (IL1Cilyab \\ '(> ich1111g according to the time according to your expression (i) -f- a -! # - P- is dependent, that- characterized by that * the size d is chosen in such a way that it is approximately equal to .the time constant of Lxponential curve through which the Curve can be replaced after that the frequency deviation in the case of sudden Increase in network load by

a certain value when alone Intervention of the speed controller changes: a. Arrangement according to claim i, that characterized in that the frequency regulator also from the second differential the frequency deviation according to the Time 'according to your expression (p -j- al - a. is dependent and the constant ten a, and a., full which the first one Measure of attenuation and the second eats a measure of the duration of the oscillation, are dimensioned in such a way that they speaking constants of the curve agree, according to which the sequence deviation 'in (learns when the load of the network by a constant amount is changed and only the speed controller intervene. 3. arrangement flat claim?, Ge marked by a relay (hig.5), which alls two elastic geacuppelteil I) rchsvstcmcn (31, 3?) Ordered each for eIasti # Wll Init deln (@ChalISe verbull- den are and \ '(1l1 (lcllen (read a (31) with the help of the HRC <Iuenzalr @ 'richun pro Portional Drehnionirnt driven and the other (-2) of relatively large inertia nationality with a full of history speed-dependent rotary roller is braked, wol) ei with the one system a contact arm (28) and Illit the other whose z «'ci (@cgcnkontalcte (? (9, 30) ver are bound. (4 .. arrangement = according to claim z and 3, thereby gckcinizeichnet, (let both rotary sySsteine (4o, 41, hig. 6) each with a full the 1 @ I'e (111 ('li @ al) \\'C'il'hullg dependent Drehnlolllellt <uigctrict) cu «ground, where the one (.: I1) with a relatively large nationality with one of his speed- dependent rotating lent is braked, and (let the other (do) the contact arm (48) carries while the Counter-contacts (4o, 5o) fixedly are.