DE657107C

DE657107C - Vorrichtung zum Regeln von elektrischen Leistungen oder anderen Betriebsgroessen

Info

Publication number: DE657107C
Application number: DES91419D
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Manfred Schleicher
Original assignee: Siemens and Halske AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens and Halske AG; Siemens Corp
Priority date: 1929-04-28
Filing date: 1929-04-28
Publication date: 1938-02-26

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM
26. FEBRUAR 1938

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT...

KLASSE 21 c GRUPPE 4650

Patentiert im Deutschen Reiche vom 28. April 1929 ab

Es ist bekannt, Betriebsgrößen in der Weise zu regeln, daß in Abhängigkeit von dem augenblicklichen Wert der Betriebsgröße ein bewegliches Glied angetrieben wird, das im folgenden als Zwischenglied bezeielinet ist und daß die Regelbewegung vom Unterschiede der Geschwindigkeit des Zwischengliedes und eines zweiten beweglichen Gliedes, Vergleichsglied genannt, abgeleitet wird..

Bei Fernmelde- und Alarmanlagen ist es auch bekannt, das Zwischenglied durch eine Folge von Impulsen, deren Häufigkeit von dem augenblicklichen Wert der Betriebsgröße beeinflußt wird und die von einem die Betriebsgröße messenden Gerät veranlaßt werden, schrittweise antreiben zu lassen. Bei derartigen Anlagen ist nun die schrittweise Bewegung erst wieder über ein weiteres Zwischenglied, nach Art eines Planeten-' getriebes, auf die Schreibzeiger oder Alarmkontakte an der Fernmeldestelle in Vergleich zur Sollgröße derart gebracht, daß der Sc.hreibhebel oder Alarm kontakt mit einer resultierenden Geschwindigkeit bewegt wird.

²S Eine derartige Anordnung hätte aber bei der Anwendung in Anlagen zum Regeln von Betriebsgrößen erhebliche Nachteile, so. daß sie zweckdienlich nicht verwendet werden'könnte.

Nach der Erfindung wirken vielmehr die Impulse unmittelbar mindestens auf das dem Istwert entsprechende bewegliche Glied eines Kontaktapparates so ein, daß diese Impulse unmittelbar die. Kontaktgabe am Kontakt-, apparat beeinflussen und sicher gestalten und auch die Abgrenzung der Regelimpulse, welche auf den Erzeuger der zu regelnden Größe einwirken, zeitlich genau so abgrenzen, daß die Regelimpulse in ganz bestimmter Länge und Intensität auf den Erzeuger einwirken können. Außerdem gewährt diese direkte Impulsbenutzung für die Regelung, auf Entfernung noch den an sich bekannten Vorteil, daß die Beeinflussung durch fremde Einflüsse auf den elektrischen Leitungen trotz" der Entfernung die Sicherheit der Regelung nicht beeinträchtigen kann; denn da jeder Impuls einen Bewegungsschritt veranlaßt, kommt es nur auf die Zahl der Impulse an, nicht aber auf ihre Intensität. Während die Intensität übertragener Energien leicht Ändcrungen unterliegt, wird die Häufigkeit von Impulsen im wesentlichen immer unverändert bleiben.

Abb. ι zeigt als Ausführungsbeispiel eine Vorrichtung, die sich zur Durchführung ties Verfahrens gemäß der Erfindung eignet.

'') Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Dr.-Ing. Manfred Schleicher in Beiiin-Charfottenburg.

Durch diese Vorrichtung soll die Energie in einer Wechselstromleitung 25 konstant gehal-. ten werden, und zwar durch Verstellung des Ventils 2 (Abb. 2) für die Antriebsmaschine eines die Leitung speisenden Stromerzeugers. Die Verstellung dieses Dampfventils beim Steigen oder Fallen der konstant zu haltenden Leistung in der Leitung 25 ist die Aufgabe, die mit den Mitteln gemäß der Erfindung zu lösen ist. Der Wattstundenzähler 26 läuft mit einer der Energie in Leitung 25 entsprechenden Geschwindigkeit und treibt einen Kommutator 27 an, der in die Leitung 28 abwechselnd positive und negative Stromstöße aus der Stromquelle 29 sendet. Diese Stromstöße erregen zwei Spulen 9 und 30, die mit gekreuzten Achsen angeordnet sind und in deren Felde ein Z-Anker 31 drehbar angeordnet ist, wie dies vom Antriebsmechanismus der Nebenuhren her bekannt ist. Bei jedem Stromstoß macht der Z-Anker */₄ Umdrehung, und zwar immer in derselben Drehrichtung. Er treibt über die Schnecke 32 und das Schneckenrad 33 das Zwischenglied 34 an.

Das Zwischenglied besteht aus einem Arm, dessen Ende, wie Abb. 2 in seitlicher Ansicht zeigt, gegabelt ist und mit zwei Kontaktschrauben 35 und 36 ausgerüstet ist. Diese sind mit dem positiven und negativen Pol der Stromquelle 29 verbunden. Zwischen den Kontakten 35 und 36 liegt ein Kontakt 37, der ebenfalls an einem umlaufenden Arm 38 befestigt ist. Dieser ist als Vergleichsglied bezeichnet und wird bei dem beschriebenen Aüsführungsbeispiel ebenfalls von einem Z-Anker 39 über die Schnecke 40 und das Schneckenrad 41 angetrieben. Der Z-Anker 39 macht seine schrittweisen Umdrehungen im Felde der kreuzweise gelagerten Spulen 42 und 43. Da die Energie in der Leitung 25 auf einen konstanten Wert geregelt werden soll, muß auch das Vergleichsglied 38 eine konstante Geschwindigkeit besitzen, der Z-Anker 39 muß also durch Strömstöße konstanter Häufigkeit bewegt werden. Zu diesem Zweck wird von der Stromquelle 29 die Scheibe eines Gleichstromzählers 44 angetrieben, und zwar über einen Regelwiderstand 45; die Erregerwicklung ist mit 46 bezeichnet. Die Wirbelstrombremse 47 ist nicht, wie gewöhnlich, ein permanenter Magnet, sondern ein Elektromagnet, dessen Erregung von "der. Spannung der Stromquelle 29 abhängig ist. Bei sinkender Spannung der Stromquelle wird also das Bremsmoment schwächer, die Zählerscheibe nimmt höhere Geschwindigkeit an. Dadurch wird der Geschwindigkeitsabfall ausgeglichen, der durch Nachlassen der Spannung am Anker entstehen würde. Inner-

fio halb gewisser Grenzen ist es jedenfalls auf diese Weise möglich, die konstante Geschwindigkeit der Zählerscheibe 44 auch bei nicht ganz konstanter Antriebsspannung aufrechtzuerhalten.

Durch die beiden Z-Anker 31 und 39 werden das Zwischenglied 34 und das Vergleichsglied 38 schrittweise angetrieben. Der Spielraum des Kontaktes 37 zwischen den Kontakten 35 und 3<5 kann durch Verdrehung der Schrauben eingestellt werden, um die Empfindlichkeit der Regelung zu beeinflussen. Der Spielraum muß auf alleTälle genügend groß sein, um nicht schon dadurch einen Kontaktschluß herbeizuführen, daß die Schritte der Z-Anker nicht gleichzeitig erfolgen. Solange die durch diese Schritte erzielten mittleren Geschwindigkeiten des Zwischengliedes 34 und des Vergleichsgliedes 38 dieselben bleiben, soll kein Kontaktschluß eintreten. Erst wenn die -Energie in 25 beispielsweise zu groß wird, erfolgen die Schritte des Z-Ankers 31 zu häufig, die mittlere Geschwindigkeit des Zwischengliedes 34 -wächst,- so daß sein Kontakt 35 den Kontakt 37 des Vergleichsgliedes 38 einholt. Dadurch erhält der Motor 15 Strom und treibt über die Schnecke 16 das Schneckenrad 17 an. Dieses ist mit einem Anschlagstift 18 versehen, der bei jedem Umlauf das Schaltrad 19 um einen Zahn weiterschiebt. Dieser greift in das Zahnsegment 20 ein, durch das.das Ventil 2 weiter geschlossen wird. Ist umgekehrt die Energie in 25 zu gering, so wird der Kontakt

36 des Zwischengliedes vom Kontakt 37 des Vergleichsgliedes eingeholt, der Motor 25 erhält -Strom umgekehrter Richtung und verstellt das Dampfventil 2 im Sinne größerer Öffnung. Um die Wechselstromenergie in der Leitung 25 auf verschiedene Werte einstellen zu können, wird die mittlere Ge- schwindigkeit des Vergleichsgliedes 38 einstellbar gemacht. Zu diesem Zweck ist der Regelwiderstand 45 vorgesehen, der die konstante Geschwindigkeit der Zählerscheibe 44 einzustellen gestattet. ■

Abb. 4 zeigt eine Ausführung des Zwischengliedes, die in vielen Fällen· eine noch bessere Regelung gewährleistet. Hiernach besteht das Zwischenglied aus sechs federnden Kontaktträgern, von denen die Kontaktträger 61, 62, 63 an einer Nabe 74 befestigt sind, während die drei Kontaktträger 64, 65, 66 auf einer dahinterliegenden Nabe, die in der Abbildung nicht zu sehen ist, sitzen. Die beiden Naben lassen sich gegenseitig verdrehen, damit der Spielraum für den Kontakt

37 des Vergleichsgliedes 38 eingestellt werden kann. Im Betriebe sind dann aber die beiden Naben mit ihren federnden Kontaktträgern fest miteinander verbunden. Hat das Vergleichsglied das Zwischenglied eingeholt, so berührt es zunächst den Kontakt des Kon-

taktträgers 63. Der Stromkreis der Stromquelle 29 wird zwar geschlossen, es liegen aber noch die Widerstände 6y und 68 darin. Der Regelmotor 15 läuft daher nur langsam. Wenn die dadurch erzielte Verstellung des Dampfventils 2 nicht ausreicht und die Geschwindigkeit des Vergleichsgliedes 38 immer noch überwiegt, wird der federnde Kontaktträger 63 so weit durchgebogen, daß er mit

[o seinem Kontakt auch den Kontakt des Kontaktträgers 62 berührt. Dadurch wird der Widerstand 6y kurzgeschlossen, und der Motor läuft schneller. Wenn dies immer noch nicht ausreicht, wird auch der Widerstand 68 infolge der Durchbiegung des Kontaktträgers 62 kurzgeschlossen, so daß die Geschwindigkeit des Motors 15 noch weiter erhöht wird. Natürlich kann auch das Zwischenglied starr ausgebildet werden und das

ao Vergleichsglied federnd; auch beide Glieder können mit federnden Kontakten ausgerüstet sein.

Den bekannten Regeleinrichtungen gegenüber, bei denen die Leistung oder die sonstige zu regelnde Größe durch ein Fallbügelgerät gemessen wird und der Fallbügel den Zeiger absatzweise zu Kontaktschlüssen veranlaßt, hat die Erfindung den Vorteil, daß der gesamte Verlauf der wechselnden Leistung auf die Regelung von Einfluß ist. Bei der bekannten Anordnung dagegen werden Leistungsänderungen, die zufällig nur in der Zwischenzeit zwischen zwei Fallbügelbewegungen aufgetreten sind, bei der Regelung überhaupt nicht berücksichtigt. Außerdem gestattet die Erfindung den, Bau einer sehr ■ wohlfeilen Einrichtung, ■ da fast alle Teile bereits seit langer Zeit Gegenstand der Massenfabrikation sind, vor allem die Zähler, die Umschalter und die Z-Anker als Antriebswerke für Nebenuhren. Ein anderer konstruktiver Vorteil auch diesen Anordnungen gegenüber besteht, wie bereits eingangs erwähnt ist, darin, daß zwischen den Kontaktstücken 35, 36 und 37 stets ein guter Kontakt mit ■ Sicherheit erzielt werden kann. Denn die Zwischenräume zwischen den Kontakten ändern sich nicht kontinuierlich, sondern absatzweise, und zwar jedesmal um

so eine Entfernung, die einem Schritt der Z-Anker entspricht. Die Kontakte können dabei leicht gegenseitig so eingestellt werden, daß entweder überhaupt kein Kontakt entsteht oder bei einem weiteren vollen

ό5 .Schritt eines Z-Ankers ein sicherer Kontakt. Durch die vorgesehenen Schneckenradübersetzungen werden auch genügend große Kontaktkräfte entwickelt.

Um ein Überregeln zu vermeiden, kann man sich der auch bei anderen Reglungsarten bekannten Vorsichtsmaßregeln bedienen. Z. B. kann der Regelstrom nach einiger Zeit durch ein wärmeempfindliches Glied unterbrochen werden.

Wenn die. Meßstelle, an der der Zähler 26 aufgestellt ist, und die Regeleinrichtungen in größerer Entfernung voneinander liegen, so kann es unbequem sein, daß vom Kommutator des Zählers drei Leitungen zu der Antriebsvorrichtung führen. Das läßt sich leicht vermeiden, wie Abb. 3 zeigt. Der Zähler 26 treibt einen einfachen Unterbrecher 51 an, der die Stromquelle 52 schließt und unterbricht und dadurch das Relais 53 absatzweise erregt. Dieses steuert den Kontakt 54, der über beliebig lange Leitungen 55 den Stromkreis der Stromquelle 56 schließt und öffnet. Dadurch wird ein Empfangsrelais 57 betätigt, dessen Relaiszunge 58 die Antriebsspulen 9 und 30 des Z-Ankers 31 mit Stromstößen abwechselnder Richtung erregt. Die weiteren Teile der Regelung können ebenso wie bei Abb. 1 und 2 ausgeführt werden.

Die Erfindung ermöglicht es auch in einfachster Weise Betriebsgrößen auf variable Werte einzustellen. Beispielsweise kann mit dem Schaltrade 19 gemäß Abb. 2 auch das Lufteinlaßventil verstellt werden, das die Verbrennungsluft in irgendeinen Feuerraum go eintreten läßt, z. B. in den \^erbrennungszylinder einer Gasmaschine oder in den Feuerraum eines Dampfkessels. An Stelle des elektrischen Zählers 26 tritt dann ein Luftmengenmesser. Da die Luft aber nicht auf einen konstanten Wert zu regeln ist, sondern auf einen Wert, der gemäß dem zugeführten Brennstoff zu bemessen ist, wird die Geschwindigkeit des Vergleichsgliedes 38 von der Menge des Brennstoffes abhängig gemacht. Zu diesem Zweck kann man das Vergleichsglied entweder von denjenigen Vorrichtungen aus antreiben, die den Brennstoff zuführen, beispielsweise von dem Wanderrost des Dampfkessels, oder man kann den Zähler 44 in Abb. 2 ersetzen durch einen. Geschwindigkeitsmesser für das zuströmende Gasgemisch.

Es ist nicht unter allen Umständen notwendig, daß auch das Vergleichsglied 38 sich schrittweise bewegt.

Auch die Frequenz eines Wechselstromes läßt sich gemäß der Erfindung regeln, beispielsweise durch Beeinflussung einer Maschine, die die Spitzenlast eines Elektri.zitäts-Werkes zu übernehmen hat und je nach der Größe der Spitzen mehr oder weniger zusätzliche Energie zu liefern hat. Hierbei könnten die Perioden des Wechselstromes · selbst die Impulse darstellen, die gemäß der Erfindung zur Regelung dienen sollen. Bei den gebräuchlichen Periodenzahlen folgen

jedoch diese Impulse zu schnell aufeinander, um mechanische Bewegungen davon ableiten zu können. Es ist daher zweckmäßig, von dem -zu regelnden Wechselstrom aus einen Synchronmotor anzutreiben, der an die Stelle des Energiezählers 26 in Fig. r zu treten hätte. Um die Frequenz genau aufrechtzuerhalten, kann man das Vergleichsglied 38 anstatt durch einen Z-Anker durch ein Uhr-, werk antreiben, dessen Geschwindigkeit durch ein je nach der einzuregelnden Frequenz genau abgestimmtes Pendel bestimmt wird. Das Pendel liefert die absatzweisen Bewegungen unmittelbar, die auf das Zwischenglied 38 übertragen werden.

Auch der cos φ eines Wechselstromes läßt sich mit Hilfe der Erfindung in sehr einfacher Weise regeln. Da der Zähler 26 in Abb. ι sich entsprechend E. J cos φ bewegt,

entspricht auch die Geschwindigkeit des Zwischengliedes 34 dieser Größe. Wird nun das Vergleichsglied 38 mit einer Geschwindigkeit' entsprechend dem Produkt aus Spannung und Stromstärke angetrieben, so bleiben diese beiden Größen ohne Einfluß auf die Regelung, da sie die beiden umlaufenden Glieder gleichmäßig · beeinflussen. Der gewünschte konstante Leistungsfaktor cos ψ wird durch Bemessung der mechanischen Übersetzungsglieder oder durch elektrische Einregelung der Geschwindigkeit des Zählers eingestellt. Da zum Antrieb des Vergleichsgliedes 38 ein Zähler, der nur vom Produkt aus Spannung und Stromstärke abhängig ist, nicht ohne weiteres zur Verfugung steht, kann man auch einen Zähler für E. J sin φ verwenden und den konstanten Wert sin\ψ durch richtige Wahl der elektrischen \^rerhältnisse oder mechanischen Übersetzungen herausbringen. In

diesem Falle muß also für die Wahl der Übersetzungen sowohl der sin φ wie der cos φ berücksichtigt werden, was rechnerisch auf dasselbe hinauskommt wie eine Bemessung der Übersetzungen gemäß einer Tangentenfunktion.

Claims

'. - Patentansprüche:

i. Vorrichtung zum Regeln von elektrischen Leistungen oder anderen Be- triebsgrößen mit Hilfe einer Vergleichsanordnung, bei der die Geschwindigkeiten zweier Glieder (Vergleichsglieder) verglichen Averelen Und bei Abweichungen der beiden Geschwindigkeiten voneinander in dem einen oder anderen Sinne das eine Glied am anderen Kohtaktschluß für einen Regelimpuls zur Beseitigung der zwischen Ist- und Sollwert entstandenen Differenz herbeiführt, dadurch gckennzeichnet, daß wenigstens das für den Istwert eier zn regelnden Größe maßgebende kontaktgehende Glied schrittweise durch Impulse bewegt wird, deren Häufigkeit von einem die zu regelnde Betriebsgröße messenden und die Impulse veranlassenden Gerät abhängt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstände zwischen den einander zugeordneten Kontakten größer sind als ein durch-den schrittweisen Antrieb verursachter Schritt eines der Vergleichsglieder.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichsglieder an umlaufenden Armen befestigt sind.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche i, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß auch das den Sollwert bestimmende Vergleichsglied durch Stromstöße Sokonstanter Häufigkeit schrittweise weiterbewegt wird.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche ι bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zum Antrieb eines oder beider Vergleichsglieder ein Z-Anker dient, der durch zwei im Winkel zueinander angeordnete, durch Stromstöße wechselnder Richtung gespeiste Spulen schrittweise be\vegt wird. '
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch ein von Stromstößen gleicher Richtung gesteuertes Empfangsrelais, dessen Anker bei Erregung des Relais einen Stromstoß in der einen, bei unerregtem Relais in der anderen Richtung durch die Spulen des Fortschaltwerkes sendet.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche ι bis 6, dadurch gekennzeichnet, iod daß zur Erzeugung der das den Sollwert bestimmende Vergleichsglied antreibenden Stromstöße eine Zählerscheibe dient.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit der .Zfiblerscheibe regelbar ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Zählerscheibe durch ein spannungsabhängiges Feld^gebremst wird, um den Einfluß der Spannung der Stromquelle auf die Geschwindigkeit der Zählerscheibe aufzuheben.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche ι bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit des den Sollwert bestimmenden Vergleichsgliedes von irgendwelchen für die Regelung maßgebenden Größen abhängig ist, wobei das Vergleichsglied fortlaufend oder schrittweise bewegt werden kann.
11. Vorrichtung nach einem-der An-

Sprüche ι bis ίο zur Regelung der Luftzufuhr zu dem \^rerbrennungsraum einer Gasmaschine, eines Dampfventils, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit des den Sollwert bestimmenden Vergleichsgliedes von der Menge des zugeführten Brennstoffes abhängig ist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche ι bis ίο zur Regelung der Frequenz eines Wechselstromes, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromstöße zur Steuerung des den Istwert der.Frequenz bestimmenden Organs von einem Synchronmotor erzeugt werden, der an das Xetz, dessen Frequenz geregelt werden soll, angeschlossen ist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche ι bis 10 zur Regelung der Frequenz eines Wechselstromes, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegung des den Sollwert bestimmenden \^ergleichsgliedcs durch ein nach der einzuregelnden Frequenz abgestimmtes Pendel bestimmt wird.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10 zur Einregelung eines Wechselstromes auf einen konstanten Leistungsfaktor, dadurch gekennzeichnet, daß eines der Vergleichsglieder von einem Leistungszähler und das andere von einem Blindleistungszähler angetrieben werden und bei der Bemessung der Zählerumlaufszahlen oder der mechanischen Übersetzung die Tangentenfunktion der einzuregelnden Phasenverschiebung berücksichtigt wird.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche ι bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontakte eines der Vergleichsglieder federnd angeordnet sind und die Regelgcschwindigkeit von der Durchbiegung der Feder abhängig ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen