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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.
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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.
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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.
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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.
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Schließlich gibt auch die mechanische Verbindung des Weicheisensystems
mit der Drehspule Anlaß züi Ungenauigkeiten des Regelverfahrens.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Abb.2 zeigt die räumliche Anordnung der Spulen 1 i und 12.
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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.
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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.
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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.