DE677823C

DE677823C - Device for frequency-dependent operation of electrical measuring, control or regulating apparatus

Info

Publication number: DE677823C
Application number: DES107710D
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Dr Hans Klemperer
Original assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens AG
Current assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens AG
Priority date: 1932-12-31
Filing date: 1932-12-31
Publication date: 1939-07-04

Description

Einrichtung zur frequenzabhängigen Betätigung elektrischer Meß-, Steuer- oder Regelapparate Die. Erfindung betrifft eine Einrichtung zur frequenzabhängigen Betätigung elektrischer Meß-, Steuer- oder Regelapparate, bei der an eine beispielsweise durch die Phasenwicklung eines Transformators dargestellte Wechselstromquelle, deren Frequenz in irgendeiner Weise derjenigen Frequenz gleich oder proportional gemacht wird,.. die für die Steuerung oder Regelung oder sonstige Betätigung der Apparate maßgebend sein soll, eine aus einem induktiven und einem kapazitiven Widerstand bestehende Reihenschaltung angeschlossen ist und bei der die beiden Widerstände mit Bezug auf den Mittelwert bzw. Sollwert der zu steuernden Frequenz auf Resonanz abgestimmt sind. Gemäß der Erfindung soll bei einer derartigen Einrichtung für die frequenzabhängige Betätigung des elektrischen Apparates die bei Änderung der zu steuernden Frequenz auftretende Phasenverschiebung der Potentialdifferenz zwischen dem Potential des Verbindungspunktes des kapazitiven und induktiven Widerstandes und einem anderen von der Frequenz zumindest annähernd unabhängigen Potential maßgebend sein.Device for frequency-dependent actuation of electrical measuring, control or control apparatus The. The invention relates to a device for frequency-dependent Actuation of electrical measuring, control or regulating apparatus, in which one for example AC source represented by the phase winding of a transformer, whose Frequency made equal or proportional to that frequency in some way is, .. those for the control or regulation or other operation of the apparatus should be decisive, one of an inductive and a capacitive resistance existing series circuit is connected and in which the two resistors with reference to the mean value or nominal value of the frequency to be controlled on resonance are matched. According to the invention in such a device for frequency-dependent actuation of the electrical apparatus when the to controlling frequency occurring phase shift of the potential difference between the potential of the connection point of the capacitive and inductive resistance and another potential that is at least approximately independent of the frequency be.

Frequenzabhängige Regeleinrichtungen, bei denen an eine die Steuerfrequenz führende Wechselstromquelle eine Reihenschaltung angeschlossen ist, welche aus einem kapazitiven und einem induktiven Widerstand besteht, und bei denen die beiden Widerstände mit Bezug auf den Mittelwert bzw. Sollwert der steuernden Frequenz auf Resonanz abgestimmt werden, sind bereits @ bekannt. Der wesentliche Unterschied zwischen den bekannten Regeleinrichtungen und der Erfindung besteht darin, daß im ersteren Falle die Absolutwerte einer sich mit der Frequenz ändernden Spannung und einer von dieser annähernd unabhängigen Spannung zur Steuerung verwendet werden, während bei der Erfindung die Amplituden der steuernden Spannungen im wesentlichen beibehalten werden, und dagegen die Phasenverschiebung zweier Spannungsvektoren für die Regelung maßgebend ist. Die Regeleinrichtung nach der Erfindung hat den Vorteil, daß mit größerer Regelgenauigkeit gearbeitet werden kann, denn bei Resonanzabstimmung der an der Steuerspannung liegenden induktiven und kapazitiven Widerstände wird schon bei geringen Frequenzabweichungen eine Phasenveränderung der für die Steuerung maßgebenden Spannung erreicht, die zur Aus-Lösung von Relais, insbesondere unter -Verwendung von Entladungsgefäßen, ausreichend ist. Da bekanntlich bei Entladungsgefäßen . eine phasenverschobene Wechselspannung ein brauchbares und einfaches Mittel zur Änderung des Stromdurchganges ist, stellt die Erfindung eine Regelanordnung dar, welche mit einfacheren Mitteln als bei den bisher bekannten Anordnungen zu dem -gewünschten Ziel führt.Frequency-dependent control devices in which one controls the control frequency leading AC power source is connected in series, which consists of a capacitive and inductive resistance, and where the two resistances with reference to the mean value or nominal value of the controlling frequency on resonance are already known @. The main difference between the known control devices and the invention is that in the former Fall the absolute values of a voltage that changes with frequency and a of this approximately independent voltage can be used for control while in the invention, the amplitudes of the controlling voltages are essentially retained and, on the other hand, the phase shift of two voltage vectors for the regulation is decisive. The control device according to the invention has the advantage that with greater control accuracy can be worked, because with resonance tuning of the inductive and capacitive resistances connected to the control voltage will be fine In the case of small frequency deviations, a phase change of the one that is decisive for the control Voltage reached leading to the tripping of relays, especially when using of discharge vessels is sufficient. As is well known with discharge vessels . a phase-shifted AC voltage is a useful and simple means of Change of the current passage is, the invention represents a control arrangement, which with simpler means than in the previously known arrangements to the -desired Goal leads.

Das Wesen der Erfindung sei an Hand des in Fig. i dargestellten Vektordiagramms näher erläutert.The essence of the invention is based on the vector diagram shown in FIG explained in more detail.

Die Spannung der Wechselstromquelle, an die die kapazitiven und induktiven Widerstände angeschlossen sind, sei mit Ea bezeichnet. Die Vektoren EC und EL entsprechen den Spannungen, die an dem kapazitiven bzw. induktiven Widerstand auftreten. Infolge der Abstimmung auf Resonanz sind diese beiden Spannungen ihrer Amplitude nach wesentlich größer als die Ausgangsspanung Po. Das Potential des Punktes zwischen den beiden Widerständen entspricht denn Punkt P1 in dem Vektordiagramm. Ändert sich die Frequenz der Spannung Eo, so ändern sich auch die beiden Spannungen EC und EL, und zwar derart, daß sich der Punkt P1 auf einer Kurve bewegt, die praktisch als Kreisbogen anzusehen ist. Bei einer bestimmten von der Ausgangsfrequenz abweichenden Frequenz erhält man beispielsweise die Spannungswerte EC und EL und das geänderte Potential P2.The voltage of the alternating current source to which the capacitive and inductive resistors are connected is denoted by Ea. The vectors EC and EL correspond to the voltages that occur across the capacitive and inductive resistance, respectively. As a result of the tuning to resonance, these two voltages are significantly greater in amplitude than the output voltage Po. The potential of the point between the two resistors corresponds to point P1 in the vector diagram. If the frequency of the voltage Eo changes, the two voltages EC and EL also change in such a way that the point P1 moves on a curve which is practically to be regarded as an arc of a circle. At a certain frequency deviating from the output frequency, the voltage values EC and EL and the changed potential P2 are obtained, for example.

Um die durch die Frequenz bedingte Abweichung des Potentialpunktes P1 auf ein Meßgerät oder einen Steuer- und Regelapparat einwirken lassen zu können, wird gemäß der Erfindung ein fester Vergleichspunkt vorgesehen, dessen Lage von der steuernden Frequenz unabhängig ist. Man kann sich zu diesem Zweck beispielsweise eines Spannungsvektors E bedienen, dessen Endpunkt P das Vergleichpotental liefert. Die Potentialdifferenz zwischen dem Punkt P1 bzw. P2 und dem Punkt P ist dann die Spannung, von der der zu steuernde Apparat abhängig ist.About the deviation of the potential point caused by the frequency P1 to be able to act on a measuring device or a control and regulating apparatus, a fixed comparison point is provided according to the invention, the location of the controlling frequency is independent. One can do this for example a voltage vector E whose end point P supplies the comparison potential. The potential difference between the point P1 or P2 and the point P is then the Voltage on which the device to be controlled depends.

Je nach den besonderen Betriebsverhältnissen und je nach der Art der elektrischen Apparate, welche in Abhängigkeit von der Frequenz betätigt oder gesteuert werden sollen, kann man entweder die durch die Frequenzänderung bedingte Änderung des Phasenverschiebungswinkels V oder den dabei sich ergebenden Unterschied in der Amplitude des Vektors e2 gegenüber dem Vektor e1 für die Steuerung heranziehen. In jedem Falle ist es wichtig, daß die beiden Punkte P und P1 verhältnismäßig nahe aneinanderliegen, damit sich sowohl die Amplitude der Spannungsdifferenz e als auch deren Phasenlage bei Frequenzänderung der Spannung E, in ausreichendem Maße ändern. Infolge der Abstimmung der aus induktiven und kapazitiven Widerständen gebildeten Reihenschaltung erhält man nach der Erfindng ein außerordentlich empfindliches frequenzabhängiges Gerät: In Fig.2 ist eine Schaltung angegeben, welche dem Vektordiagramm der Fig. i entsprechend aufgebaut ist. Es sei angenommen, daß Drehzahlabweichungen einer Welle i ermittelt werden sollen. Ein solcher Apparat kann z. B. zur Konstanthaltung 'der Drehzahl einer Dampfturbine oder einer anderen Kraftmaschine- verwendet werden. Mit der Welle i ist ein Hilfssynchrongenerator ? mechanisch gekuppelt. Die Phasen R T der Wechselstromwicklüng 3 des Generators sind an einen Transformator q. angeschlossen, während die Phase S mit einem Transformator 5 verbunden ist. Der letztgenannte Transformator ist einpolig an eine Mittelanzapfung der Primärwicklung des Transformators q, angeschlossen. An der Sekundärwicklung des Transformators q. liegen je ein kapazitiver Widerstand C und ein induktiver Widerstand L, in Reihe. Durch die Sekundärwicklung des Transformators 5 wird eine Spannung erzeugt, die etwa ebenso groß ist wie die an den Widerständen C und L liegenden Teilspannungen. Entsprechend dem Vektordiagramm der Fig. i ist der Endpunkt der Sekundärwicklung des Transformators 5 mit P bezeichnet und der Verbindungspunkt der beiden Widerstände C und L mit P1. An diese beiden Punkte wird das in Abhängigkeit von der Frequenz zu steuernde Gerät angeschlossen.Depending on the particular operating conditions and depending on the type of electrical apparatus that is actuated or controlled as a function of frequency are to be, one can either change the change caused by the frequency change of the phase shift angle V or the resulting difference in the Use the amplitude of the vector e2 compared to the vector e1 for the control. In any case it is important that the two points P and P1 are relatively close lie against each other so that both the amplitude of the voltage difference e and change their phase position to a sufficient extent when the frequency of the voltage E changes. As a result of the coordination of the inductive and capacitive resistances Series connection is obtained according to the invention, an extremely sensitive frequency-dependent circuit Device: In Fig. 2 a circuit is given which corresponds to the vector diagram of Fig. i is structured accordingly. It is assumed that speed deviations a Wave i are to be determined. Such an apparatus can e.g. B. to keep it constant The speed of a steam turbine or other prime mover can be used. With the shaft i is an auxiliary synchronous generator? mechanically coupled. The phases R T of the alternating current winding 3 of the generator are connected to a transformer q. connected, while the phase S is connected to a transformer 5. The latter transformer is single-pole connected to a center tap of the primary winding of the transformer q. On the secondary winding of the transformer q. there is a capacitive resistance each C and an inductive resistor L, in series. Through the secondary winding of the transformer 5 a voltage is generated which is approximately the same as that across the resistors C and L lying partial voltages. According to the vector diagram of FIG the end point of the secondary winding of the transformer 5 is denoted by P and the Connection point of the two resistors C and L with P1. At these two points will the device to be controlled depending on the frequency is connected.

Als Ausführungsbeispiel für ein solches Gerät sind in den Fig.2 und 3 die Schaltunken zweier Vakuumapparate angegeben, deren Gitterspannung von der Potentialdifferenz zwischen den Punkten P und P1 abhängig gemacht ist. Die beiden Anschlußpunkte sind auch in diesen Schaltungen mit Ui und P bezeichnet.As an embodiment for such a device are shown in Fig.2 and 3 indicates the switching points of two vacuum apparatuses whose grid voltage depends on the Potential difference between the points P and P1 is made dependent. The two Connection points are designated with Ui and P in these circuits as well.

Bei der Schaltung nach Fig.3 ist angenommen, daß das Vakuumgefäß 6 ein gittergesteuertes Gas- oder Dampfentladungsgefäß ist, dessen Stromdurchgang von der Phasen-Lage der Gitterspannung gegenüber der Anodenspannung abhängig ist. Bei dieser Schaltung kann somit der Phasenwinkel iii des Vektordiagramms der Fig. i für die frequenzabhängige Steuerung verwendet werden. In dem Schaltungsschema der Fig. 4. ist mit 7 ein °Hochvaküumrohr bezeichnet, dessen Stromdurchgang von der Amplitude der Gitterspannung abhängig ist. Das Gitter ist in diesem Falle aii einen Kondensator 8 angeschlossen; der in Reihe mit einem Gleichrichter 9, beispielsweise einem Trockengleichrichter, an den beiden Punkten P1 und P, der Steuerschaltung liegt. Die in den Fig. 3 und 4 angedeuteten Ausführungsmöglichkeiten frequenzabhängig gesteuerter elektrischer Apparate sind naturgemäß nur als Beispiel anzusehen. Man kann hier alle bekannten Geräte und Apparate verwenden, die auf die Veränderung der Amplitude oder der Phasenlage einer Wechselspannung ansprechen.In the circuit according to FIG. 3 it is assumed that the vacuum vessel 6 is a grid-controlled gas or vapor discharge vessel whose current passage depends on the phase position of the grid voltage in relation to the anode voltage. In this circuit, the phase angle iii of the vector diagram of FIG. i can be used for frequency-dependent control. In the circuit diagram 4. is denoted by 7 a ° high vacuum tube, the current passage of depends on the amplitude of the grid voltage. The grid in this case is aii a capacitor 8 connected; in series with a rectifier 9, for example a dry rectifier, at the two points P1 and P, of the control circuit lies. The possible embodiments indicated in FIGS. 3 and 4 Frequency-dependent controlled electrical devices are, of course, only given as an example to watch. You can use all known devices and apparatus that relate to the Address changes in the amplitude or the phase position of an alternating voltage.

An Stelle der in Fig. z dargestellten Schaltung können auch andere Schaltungen verwendet werden. Insbesondere kann der festliegende Potentialpunkt P von einem Transformator geliefert werden, dessen Spannung von der steuernden Frequenz vollständig unabhängig ist, wenn nur dafür gesorgt wird, daß bei dem Sollwert der Frequenz nur eine geringe Spannungsdifferenz zwischen den Punkten P und P1 des Diagramms der Fig. i vorhanden ist. Mit der in Fig. a angegebenen Schaltung wird dieser Zweck auf besonders einfache Weise erreicht. Die Größe der von dem Transformator 5 gelieferten Spannung hängt zwar auch von der Drehzahl der Welle i, mithin von der steuernden Frequenz, ab, gegenüber den von der Frequenz abhängigen Änderungen der Spannung EC und EL nach Größe und Richtung können diese Abweichungen jedoch bei richtiger Bemessung vernachlässigt werden. Man wird dabei die Frequenz des Hilfsgenerators z, d. h. dessen Polzahl bei gegebener Drehzahl, möglichst groß wählen, denn je größer diese Frequenz ist; um so weniger fällt die frequenzabhängige Änderung der Spannung des Transformators 5 ins Gewicht.Instead of the circuit shown in FIG. Z, other circuits can also be used. In particular, the fixed potential point P can be supplied by a transformer, the voltage of which is completely independent of the controlling frequency, if only care is taken that only a small voltage difference between points P and P1 of the diagram in FIG is available. This purpose is achieved in a particularly simple manner with the circuit indicated in FIG. The magnitude of the voltage supplied by the transformer 5 also depends on the speed of the shaft i, and consequently on the controlling frequency, but these deviations can, if correctly dimensioned , be compared to the frequency-dependent changes in the voltage EC and EL in magnitude and direction be ignored. One will choose the frequency of the auxiliary generator z, ie its number of poles at a given speed, as large as possible, because the greater this frequency is; the less significant is the frequency-dependent change in the voltage of the transformer 5.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Device for frequency-dependent actuation electrical measuring; Control or regulating apparatus in which at one the control frequency leading alternating current source one of a capacitive and an inductive resistor existing series circuit is connected and in which the two resistors with reference to the mean value or nominal value of the controlling frequency on resonance are tuned, characterized in that the frequency-dependent phase shift the potential difference between the potential of the connection point of the capacitive and inductive resistance (P1 or P2) and another one of the frequency at least approximately independent potential (P) for operating the electrical apparatus is decisive. z. Device according to claim i, characterized in that the from the controlling frequency independent potential is chosen such that it is that of equal to the frequency-dependent potential at the setpoint of the controlling frequency is or only deviates slightly from it. 3. Device according to claim i, characterized by a voltage source, for example a transformer anor elongation, which supplies two mutually perpendicular stresses, at one of which the series circuit consisting of the capacitive and inductive resistance connected. 4. Device according to claim 3, characterized by a three-phase AC power source, for example a three-phase synchronous generator, to their one phase is connected to the series circuit of capacitive and inductive resistance is while the voltage difference between the middle of this phase and the connection point the other two phases provides the comparative potential of the facility. 5. Establishment according to claim 4, characterized by one.an two terminals of the working winding a three-phase synchronous generator connected transformer (4.), to whose Secondary winding connected in series with capacitive and inductive resistance and one on the primary side to the third terminal of the working winding of the synchronous generator on the one hand and to the center tap of the primary winding of the first transformer on the other hand connected further transformer (5), its secondary winding provides the comparison potential. 6. Device according to claim i or the following, characterized by the application for speed-dependent control of rotating Machinery.