DE716565C - Einrichtung zur Regelung der Drehzahl von Maschinen oder einer von dieser abhaengigen Wechselstromfrequenz - Google Patents

Einrichtung zur Regelung der Drehzahl von Maschinen oder einer von dieser abhaengigen Wechselstromfrequenz

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DE716565C
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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P7/00Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors
    • H02P7/06Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual dc dynamo-electric motor by varying field or armature current

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Linear Motors (AREA)

Description

  • Einrichtung zur Regelung der Drehzahl von Maschinen oder einer von dieser abhängigen Wechselstromfrequenz Zur Regelung und selbsttätigen Konstanthaltung der Drehzahl von Kraftmaschinen ist es bereits bekannt, hilfsweise eine Wechselspmnnung zu erzeugen und diese als Regel-U Cr löße zu verwenden. Die hilfsweise erzeugte Wechselspannung bewirkt bei Abweichung dler zu regelnden Drehzahl vom Sollzustand eine Änderung in der Abgleichung von mit elektrischen Schwingungskreisen arbeitenden Regelorganen, die ihrerseits den Antrieb der Kraftmaschine :entsprechend beeinflussen. Die Erzeugung einer Hilfswechselspannung ist nicht erforderlich, wenn die zu regelnde Kraftmaschine schon einen Wechselstromgenerator, beispielsweise zur Speisung eines Netzes, antreibt. In diesem Falle wird einfach die von den Klemmen des Generators abgenommene Wechselspannung zur Rege-Iu:ng der Drehzahl der Antriebsmaschine benutzt.
  • Sowohl zur Regelung der Frequenz eines Netzes als auch zur Regelung einer Drehzahl sind Ferrarisrelais bekannt, bei welchen zwei von der zu regelnden Frequenz bzw. Drehzahl abhängige Felder erzeugt werden. Die das eine Feld liefernde Spule liegt dabei in einem elektrischen Schwingungskreis, der so ,auf die zu regelnde Frequenz abgestimmt ist, daß der Relaisanker bei einem Maximalwert oder Minimalwert der zu regelnden Frequenz in dem einen oder anderen Sinne ausschlägt und über Kontakte die Regelvorrichtung für- . die --Antriebsmaschine steuert. Diese bekannten Einrichtungen. haben jedoch den Nachteil, daß der Ausschlag des beweglichen Systems bei Änderungen der zu regelnden Größe nicht allein durch diese Änderungen beeinflußt, sondern auch noch. durch zufällig eintretende Änderungen anderer elektrischer Größen, z. B. der aufgedrückten Klemmenspannung, beeinträchtigt wird. Durch diesen Umstand wird fehlerhaftes Regeln hervorgerufen. Zur Beseitigung dieses Fehlers müssen zusätzliche Mittel vorgesehen werden.
  • Es ist weiterhin eine Anordnung zur Regelung beliebiger Größen, wie Strom, Spannung, Drehzahl, Gasdruck oder Dampfdruck, unter Verwendung von Elektronenröhren bekanntgeworden, die in Abhängigkeit von der. zu regelnden Größe gesteuert werden und mit ihrem Anodenstrom unmittelbar odermittelbar auf eine Vorrichtung einwirken, die die zu regelnde Größe steuert. Der Gitterkreis der Elektronenröhren enthält dabei eine Drehspule, die in einem von zwei weiteren Spulen :erzeugten Wechselfeld liegt und mit dem Ankereines Weicheisenrelais, das an einer der zu regelnden Größe proportionalen Spannung liegt, mechanisch verbunden ist. Steigt die an dem Weicheisenrelais liegende Spannung an, so wird der Weicheisenkern gegen eine Richtkraft, z. B. gegen die Kraft einer Feder, angezogen und verstellt dabei die Lage der Drehspule, so daß in ihr nach Maßgabe der- Verstellung eine =entsprechend grole Spannung induziert wird, die den Gitterkreisen der Elektron:#nröliren zur Beeinflussung der zti regelnden Größe zugeführt wird.
  • Diese bekannte Einrichtung liefert jedoch für die Regelung der Frequenz oder Drehzahl kein eindeutiges Ergebnis, da das benutzte Weicheisensteu:errelais in diesem Falle, wie alle M@ eicheiscngeräte. auler frequenzabhängig auch spannungsabhängig ist, wodurch eine unruhige, pendelnde Drehzahleinregelung bedingt ist. Ein weiterer Nachteil dieser Einrichtung besteht darin, daß für die Steuerrelaiseinrichtung eine Richtkraft notwendig ist.
  • Schließlich gibt auch die mechanische Verbindung des Weicheisensystems mit der Drehspule Anlaß züi Ungenauigkeiten des Regelverfahrens.
  • Die Erfindung bezieht sich .auf eine Einrichtung zur Regelung der Drehzahl von 1-Iaschinen oder einer von dieser abhängigen Wechselstromfrequenz, die nach Art der vorgenannten Einrichtung aufgebaut ist, bei der also durch Auslenkung eines auf Änderungen der Frequenz ansprechenden 'Meßwerkes in einer mit der beweglichen Achse des Meßwerkes verbundenen Spule eine Steuerwechselspannung erzeugt wird, deren Größe abhängig von der Relativstellung des Meßwerk es ist, und die über eine Verstärker-und Gleichrichteranordnung die Erregung der zu regelnden Maschine steuert. Die Nachteile der bekannten Einrichtungen werden erfindungsgemäß dadurch vermieden, daß in einem nach Art eines Zählers gebauten .Meßwerk an sich bekannter Art Triebfelder erzeugt werden, deren :erzeugende Ströme über elektrische Schwingungskreise von d-r zu überwachenden Drehzahl bzw. Frequenz so gesteuert werden, daß bei Solldrehzahl bzw. Sollfrequenz die Flüsse in Phase liegen und bei Abweichung vom Soll-,vert Phasenverschiebungen auftreten. so daß dadurch das bewegliche System des --Vießwerkes ausgelenkt wird.
  • Im einzelnen ist die Anordnung so getroffen, daß vermittels eines oder z«#eier Schwingungskreise die den Spulen des Meßw erkes aufgedrückten Ströme bei normaler Frequenz in Phase liegen, während bei Änderung der Frequenz die Ströme um einen gewissen Winkel zeitlich gegeneinander verschoben sind. Die auf das bewegliche System einwirkenden Felder verhalten sich entsprechend, so daß .ein Ausschlag des Systems in der einen bzw. in der anderen Richtung erfolgt.
  • Bei Einhaltung der Nennfrequenz bzw. der Nenndrehzahl liegen die beiden auf das bewegliche System wirkenden Felder in Phase, so daß dieses in Ruhe verbleibt. In der mit dem beweglichen System starr verbundenen Spule wird dabei eine elektromotorische Kraft erzeugt, die in an sich bekannter Weise zur Steuerung der zu regelnden Maschine ausgenutzt wird. Ändert sich die Drehzahl, so ändert sich damit auch die Frequenz. der dem Schwingungskreis zugeführten Wechs-_lspannung. In Abhängigkeit davon wird auch die Phasenlage der auf das bei#; ^gliche System einwirkenden magnetischen Flüsse verschoben. Auf diese Weise entsteht ein Drehmoment, das in seiner Richtung von der Phasenlage der durch die Scliv#ingungskreiscgegebenen Ströme abhängig ist. Da das MeP>werk so eingestellt ist, daß es bei Vorliegen des Sollzustandes eine Ruhelage einnimmt, erübrigt sich die Vorsehung einer besonderen Richtkraft. so daß der Ausschlag des heweglichcn Systems lediglich von der Änderung der zu regelnden Frequenz abhängig ist.
  • Eine im Sinne der Erfindung wirkende Einrichtung sei an Hand eines Ausführungsbeispieles, welches in der Zeichnung dargcstellt ist, näher erläutert. in Abb. i sind r und 2 die Leitungen eines Wechselstromnetzes, dessen Frequenz überwacht und geregelt #.verden soll. Mit 3 ist ein wattmetrisches Meßwerk nach dem Ferrarisprinzip bezeichnet. Auf die Triebscheibe 4. wirken die Triebeisen 5 und 6 ein, deren Spulen,-und S über die Schwingungskreise 9 und io an die 'N?etzleiter i und 2 angeschlossen sind. Die Schwingungskreise 9 und io sind auf -die Nennfrequenz abgestimmt. Hierbei sind die beiden auf die Scheibe 4 einwirkenden Felder phasengleich, und auf das bewegliche System wird demnach kein Drehmoment .ausgeübt. Die Scheibe .i steht in diesem Falle still. Mit der Achse. des beweg- lichen .Systems 4. ist eine Drehspule i i starr verbunden, welche in dem Feld einer von Wechselstrom durchflossenen Spule 12 drehbar ist. Die Einstellung der Spule i i zur Feldachse der Wicklung 12 ist so getroffen, daß bei Stillstand der Scheibe .i die in den Windungen der Spule i i induzierte elektromotorische kraft über die Gleichrichter- Lund Verstärkeranordnung 13 den Sollerregerstrom in den Erregerwicklungen 14. der _1,ntrielismaschine 15 hervorruft.
  • Abb.2 zeigt die räumliche Anordnung der Spulen 1 i und 12.
  • Ändert sich die Frequenz des W#,chselstromes in der Verteileranlage 1, 2 bzw. ändert sich die Drehzahl der Antriebsmaschine für den Generator oder die Drehzahl einer überwachten Maschine überhaupt, so sind die die Schwingungskreise durchfließenden Ströme nicht mehr phasengleich, sondern der Strom der einen Spule ist gegenüber dem Strom der anderen Spule um einen bestimmten Winkel verschoben. Es entsteht dadurch ein Drehmoment, und die Scheibe 4 wird aus ihrer Ruhelage ausgelenkt. Demgemäß ändert sich auch die Lage der Spule i i im Feld der Wicklung 12, so daß durch den veränderten Winkel der Spulenachse zur Feldachse eine Änderung der in der Spule i i induzierten elektromotorischen Kraft eintritt und damit über die Gleichrichter- und Verstärkeranordnung 13 eine entsprechende Veränderung der Erregung in der Wicklung 14 erfolgt. Im Ausführungsbeispiel sind zwei Schwingungskreise vorgesehen. Das Vorhandensein zweier Schwingungskreise ist jedoch keine notwendige Voraussetzung für die Einrichtung nach der Erfindung, diese Anordnung arbeitet auch bei Vorhandensein nur eines Schwingungskreises. Durch die Verwendung von zwei Schwingungskreisen ergibt sich der Vorteil, daß die Empfindlichkeit der Einrichtung infolge der Vergrößerung der Winkeländerung zwischen den Steuerströmen bei Frequenzänderungen ver.-größ:ert wird. Auf diese Weise wird also eine größere Steilheit der Regelung herbeigeführt.
  • An Stelle eines Induktionsrelais kann, ohne daß dadurch das Wesen des Erfindungsgedankens berührt wird, ein an sich bekanntes dynamometrisches eßwerk Verwentlun.g finden. Hierbei wird durch die Vorschaltung von Drosseln oder Kondensatoren die Phasenlage der die Spulen des Dynamometers durchfließenden Ströme gegeneinander nach Maßgabe der Abweichung der Frequenz vom Sollzustand abgestimmt. Das bewegliche System wird zweckmäßig vermittels eifies Bremsmagneten gedämpft, damit die Regelung aperiodisch erfolgt. Es ist eingangs schon erwähnt worden, daß die Einrichtung 'nach der Erfindung gegenüber den bekannten Einrichtungen den Vorteil aufweist, daß für den Ausschlag des beweglichen Systems allein die durch die Schwingungskreise gegebene Phasenverschiaebung der beiden Ströme gegeneinander maßgebend sind und ihre Größe dabei keine Rolle spielt. Ein weiterer Vorzug der Anordnung nach der Erfindung besteht darin, daß mit sehr geringen Strömen gearbeitet werden kann, was hinsichtlich störender Einflüsse, wie z. B. Temperaturschwankungen, von Bedeutung ist.
  • Brei Verv endurig von mit Selbstinduktion behafteten Meßwerkspulen können zum Ausgleich des induktiven Spannungsabfalls bei der erfindungsgemäßen Einrichtung Abgleichkondensatoren eingeschaltet werden. Bei Benutzung .eines Strom- und Spannungsfeldes kann weiterhin der Spannungspfad selbst einen Teil des Schwingungskreises darstellen.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Einrichtung zur Regelung derDrehzahl von Maschinenoder einer von dieser ..abhängigen Wechselstromfrequenz, beider durch Auslenkung eines auf Änderungen der Frequenz ansprechenden Meßwerkes in .einer mit der beweglichen Achse des Meßw erkes verbundenen Spule eine S:euerwechselspannung erzeugt wird, deren Größe abhängig von der Relativstellung des Meßwerkes ist, und die über eine Verstärker- und Gleichrichteranordnung die Erregung der zu regelnden Maschine steuert, dadurch gekennzeichnet, da.ß in ,einem nach Art eines Zählers gebauten Meßwerk (3) an sich bekannter Art Triebfelder erzeugt werden, deren erzeugende Ströme über :elektrische Schwingungskreise (9, i o) vom der zu überwachenden Drehzahl bzw. Frequenz derart gesteuert werden, daß bei Solldrehzahl bzw. Sollfrequenz die Flüsse in Phase liegen und bei Abweichung vom Sollwert Phasenverschiebungen auftreten, so daß dadurch das bewegliche System des Meß-,verkes ausgelenkt wird. a. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingungskreise (9, io) bei Normalfrequenz auf Resonanz abgestimmt sind. 3. Einrichtiuig nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Strom nur einer Spule des Meßwerkes über einen Schwingungskreis, der Strom der anderen Spule hingegen unmittelbar an die als Bezugsgröße dienende Stromquelle angeschlossen ist. 4. Einrichtung nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von mit Selbstinduktion behafteten Meßwerkspulen Abgleichkon.densatoren zum Ausgleich des induktiven Spannungsabfalls eingeschaltet sind. 5. Einrichtung nach Anspruch i bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei Benutzung .eines Strom- und Spannungsfeldes der Spannungspfad selbst .einen Teil des Schwingungskreises darstellt. 6. Einrichtung nach Anspruch i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegliche System des Meß-,verkes eine Dämpfungsvorrichtung aufweist.
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