DE739443C - Anordnung zur Frequenz- bzw. Drehzahlgleichhaltung - Google Patents

Anordnung zur Frequenz- bzw. Drehzahlgleichhaltung

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DE739443C
DE739443C DEL96866D DEL0096866D DE739443C DE 739443 C DE739443 C DE 739443C DE L96866 D DEL96866 D DE L96866D DE L0096866 D DEL0096866 D DE L0096866D DE 739443 C DE739443 C DE 739443C
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DE
Germany
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voltage
frequency
control
circuit
grid
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Expired
Application number
DEL96866D
Other languages
English (en)
Inventor
Dipl-Ing Egon Giebel
Dipl-Ing Ernst-Guenther Noelle
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
AEG AG
Original Assignee
AEG AG
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Publication date
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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
    • H02P9/00Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output
    • H02P9/42Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output to obtain desired frequency without varying speed of the generator

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Eletrric Generators (AREA)

Description

  • Anordnung zur Frequenz- bzw. Drehzahlgleichhaltung Für den Betrieb von Wechselstromgeneratoren; Kommandoumformern u. dgl. ist es häufig notwendig, daß die Drehzahl des Maschinensatzes bzw. die erzeugte Frequenz sehr genau konstant gehalten wird und daß auch bei beträchtlichen Belastungsspregen die auftretenden Abweichungen innerhalb vorgegebener kleiner Grenzen bleiben und außerdem in kurzer Zeit wieder verschwinden.
  • Für solche und .ähnliche Regelzwecke sind Frequenzregler mit einem oder mehreren Schwingungskreisen bekannt, deren Wirkung auf der verhältnismäßig steilen Änderung der Spannungsamplitude oder -phase in der Nähe der Eigenfrequenz des Schwingkrensies beruht und die z. B. den abgestimmten: Schwingungskreis als Frequenznormal benutzen. So ist z. B. eine Frequenzregelschaltung bekannt, bei der der abgestimmte Schwingungskreis den Zweig einer Brücke bildet, die in ihren übrigen Teilen aus entsprechend abgestimmten Widerständen besteht. Die im Diagonalzweig dieser Brücke entstehende Spannung ist von der Frequenz der angelegten Spannung hinsichtlich ihrer absoluten Größe und ihrer Phasenlage abhängig und wird zusammen mit einer bezüglich ihrer Phase frequenzunabhängigen Spannung gleicher Frequenz einer Vergleichsvorrichtung, beispielsweise einer Dreielektrodenröhre, so zugeführt, daß je nach der Größe der Frequenzänderung der Brückenausgangsspannung KompenGationsströme oder -spannungenerzeugt werden, die zur Frequenzregelung dienen. Der Dreielektrodenröhrs wird dabei die :eine Spannung im Gitterkreis, die andere im Anodenkrens zugeführt.
  • Die Erfindung betrifft eine verbesserte Frequenzregelschaltung mit dem besonderen Ziel, in möglichst einfacher Weise eine möglichst große Frequenz- bzw. Drehzahlkonstanz bei möglichst kurzzeitiger und dabei doch dynamisch günstigster Ausregelung von Schwankungen zu .erreichen.
  • Erfindungsgemäß wird die Spannung an der Drossel eines auf die Sollfrequenz abgestimmten und an den zu regelnden Frequenzgenerator angeschlossenen Reihenresonanzkreises unmittelbar dem Steuergitter einer gittergesteuerten Dampf- oder Gasientladungsstrecke mit :eindeutiger Stromdurchlaßrichtun;g zugeführt, deren Anodenspannung @ebenfalls vom Frequenzgenerator geliefert wird und deren Stromdurchlaßfähigkeit demzufolge von der Phasenlage der Drosselspannung in bekannter Weise abhängig ist. Durch Gegenschaltung einer festen Gleichspannung gegen die im Anodenkreis der Röhre erzeugteGleichspannung läßt sich demzufolge der bei Frequenzschwankungen steil veränderliche Phasenwinkel der Drosselspannung in eine entsprechend um den Mittelwert Null nach positiven und negativen Werten veränderliche Gleichspannung umwandeln, die gemäß -einer Weiterbildung der Erfindung zusammen mit einer festen Wechselspannung in bekannter Weise über eine oder mehrere gittergesteuerte Entladungsstrecken die Erregung des Antriebsmotors für die Frequenzmaschine steuert.
  • Um die Regelvorgänge gegen Pend.elungen zu sichern und um andererseits die etwa durch Laststöße hervorgerufenen- Frequenzsch-,vankungen doch sehr schnell ausregeln zu können, d. h. tun mit der dynamisch günsti"-sten Regelkennlinie arbeiten zu können, sieht die Erfindung weiterhin :eine Dämpfung der resultierenden Steuergleichspannwngsänderungen durch einen aus Kondensator und Widerstand aufgebauten Zeitkreis vor, wobei jedoch das Gitter des das Motorfeld steuernden Arbeitsrohres zusätzlich über einen zweiten, ähnlich aufgebauten Zeitkrens :einte Spannung aufgedrückt -erhält, die im Anodenkreis dies Steuerrohres abgegriffen ist und im Sinne einer tiberregelung zu wirken sucht. Das Verhältnis zwischen Dämpfung und Anfa:chung ist auf diese Weise durch Einstellung der Zeitkreisel-mente so veränderbar, daß für jede zu regelnde Maschinentype jede gewünschte Regeldynamik :einstellbar ist.
  • Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung näher beschrieben.
  • Die grundsätzliche Regelschaltung ist in Abb. i dargestellt. Die Wechselspannung des in seiner Frequenz zu regelnden Generators i wird über einen Transformator 2 an einen Reihenreso.nanzkreis 3, bestehend aus dem Kondensator 41 und einer E.isendros:sel 42, gelegt. "Ist z. B. 41 ein konstanter Glimmerkondensator in der Größenordnung von i ,ccF, dessen Kapazität bei Temperaturschwankungen zwischen io und 30° weniger als i°/oo schwankt, und beträgt die Induktivität etwa io Henry (sie möge durch Veränderung eines Luftspaltes, der im Mittel z. B. 2 Bam weit ist, einstellbar sein), so ergibt sich bei einem Ohmschen Widerstand der Spule von go Ohm und einem Eisenv erlustwiderstand von ; 5 Ohm ein Spannungsverhältnis A= i g. Bei einer Speisespannung von 5 Volt steigt also für dieses Beispiel im Resonanzfall die Spannung .,an der Drossel 42 auf 95 Volt. Abb. 2 zeigt dif. Größe und den P,has@enwinkel dieser Spannung an der Drossel. Da sich bekanntlich. eine stabile Regelung am besten bei Benutzung des Phasenwinkels der Drosselspannung erreichen läßt, wird diese Drosselspannung, die im Resonanzfall um go' gegen die Generatorspannung verschoben ist, in an sich bekannter Weise als Gitterspannung einer gittergesteuerten Dampf- oder Gasentladungsstrecke 5-(Steuerrohr;) vertc.endet, deren Anodenspannung die Spannung des Generators i ist. Bei Nennfrequenz ist das Rohr also halb offen. An dem Belastungswiderstand R, tritt eine Gleichspannung Ui auf. Dieser Spannung wird eine Gleichspannung U entgegengeschaltet, die dem Wechselstromnetz über einen Gleichrichter :entnommen wird. U. ist so eingestellt, daß im Resonanzfall U# U, die Summe beider Spannungen U.; also gleich Null ist. Bei Freqtienzändert7ngen wird das Steuerrohr 5 mehr oder weniger geöffnet, Ui ändert sich, so daß U3 positive und negative Werte annahmen kann.
  • Das Feld des drehzahlgeregelten Antriebsmotors 6 wird von einer zweiten gittergesteuerten Dampf- oder Gasentladungsstrecke gespeist, deren Anodenspannung ebenfalls dem Wechselstromnetz entnommen ist. Dieses Arbeitsrohr erhält eine um go' gegen die Anodenspannung verschobene feste Gitterwechselspannung, der die Regelgleichspannung U3 überlagert wird. Beim Regelvorgang hebt und senkt U3 die go--Spannung, verschiebt damit den Zündpunkt des Arbeitsrohres und wirkt somit auf die Größe des mittleren Feldgleichstromes ein.
  • Im vorstehenden ist der Normalfall vorausgesetzt, daß die Zündkennlinie des Arbeitsrohres 7 praktisch mit der Nullinie zusammenfällt. Verläuft die Zündkennlinie dagegen mehr im Gebiet negativer oder positiver Gitterspannungen, d. h. ist die kritische Gitterzündspannung von Null verschieden, so läßt sich der Abgleich der beiden Spannungen Ui und U2 durch entsprechende Bemessung dem leicht anpassen, so daß die resultierende Steuergleichspannung U3 bei Sollfrequenz jeweils den Wert der kritischen Gitterzündspannung annimmt.
  • Bis zum Gitter des Arbeitsrohres ist die beschriebene Schaltung spannungsunabhängig. Die Induktivität der Drossel ändert sich nämlich bei Wechselspannungsschwankungen von etwa ± i o Q/o praktisch nicht; die Gleichspannungen Ui und U. sind beide proportional der Wechselspannung, deshalb .auch die Spannung U3; da die go°-Spannung ebenfalls der Generatorspannung proportional ist, tritt mithin bei Änderung der Wechselspannung keine Verschiebung des Zündpunktes ein. Dagegen ist der Anodenstrom des Arbeitsrohres 7 von der Wechselspannung abhängig. Bei sinkender Generatorspannung wird also die Motorerregung kleiner, d. h. die Drehzahl und damit die Frequenz höher sein, bei steigender Generatorspannung wird `sie sich umgekehrt verhalten.
  • Diese Spannungsabhängigkeit kann man gemäß einer Weiterbildung der Erfindung durch teilweise Stabilisierung der Gegenspannung U2 beseitigen. So wird z. B. bei größerer Wechselspanming die Regelspannung U1 größer sein als die Gegenspannung U2. U3 wird negativ, das Arbeitsrohr öffnet weniger, und zwar um so viel wenüger, däß der durch :die Feldwicklung des Motors 6 fließende Gleichstrom denselben Wert behält wie bei normaler Wechselspannung. Besitzt der Umformereinen Wechselspannungsregler, so kann auf diese Kompensation, die ein Stabilovoltrohr an Stelle des Widerstandes R2 erfordert (vgl. Abb. ia), verzichtet werden.
  • Da infolge der großen Regelsteilheit der Umformer stark pendeln würde, wird gemäß einer anderen, Weiterbildung der Erfindung die .Steuerspannung U3 durch den Zeitkreis R3, C3 dem Gitter des Arbeitsrohres, 7 verzögert zugeführt. Der Dämpfungskreis hat zur Folge, daß der vom Arbeitsrohr 7 gelieferte Erregerstrom den Drehzahländerungen nur langsam folgt. Erwünscht ist aber im Gegenteil eine schnelle Ausregelung derdurrh Laststöße hervorgerufenen Frequenzschwankungen. Zu dem Zweck erhält das Gitter des Arbeitsrohres 7 über den Kondensator C4 eine der Änderungsgeschwindigkeit .der Spannung am Widerstand R5 proportionale Spannung, die ein Überregeln. bewirkt, so daß z. B. bei einem Belastungsstoß der Erregerstrom zum Abfangen des Umformers i, 6 sehr klein wird, :dann aber der normale gedämpfte Regelvorgang einsetzt. Bestimmt wird das Verhältnis zwischen Dämpfung und Anfachung durch die Zeitkreise R3, C3 und R4, C4, die für j ede Maschinentype j e nach der gewünschten Dynamik der Regelung eingestellt werden. können.
  • Die Spannung U2 wird an einem festen Widerstand R2 und seinem Potentiom@eter P2 abgegriffen. Man hat dadurch die Möglichkeit, die Frequenz in kleinen Grenzen zu regeln, so daß einmal die Drossel q.2 nicht genau ,eingestellt zu werden braucht, andererseits Abweichungen von der Sollfrequenz, wenn sich welche nach längerer Betriebszeit herausstellen sollten, ausgeglichen werden können. Die gleiche Schaltung läßt sich vorzüglich auch als Frequenzmesser benutzen. Dabei fallen der Regelkreis, der Dümpfungs- und Anfachungskreis fort. Die Spannung U3 wird vielmehr mit einem empfindlichen Galvanometer gemessen. Eine Drossel hält, unterstützt von einem Kondensator, zweckmäßig die starke Wechselspannungskomponente in der Gleichspannung U3 vom Galvanometer fern. Die Empfindlichkeit der Meßgeräte kann beliebig gesteigert werden durch Vergrößerung der Spannungen Ui und U2 und durch Benutzung eines empfindlichen Galvanometers (vgl. Abb.3).
  • Mit dem beschriebenen Frequenzregler läßt sich die Frequenzabweichung z. B. bei einer Änderung der dem Antriebsmotor zugeführten Netzgleichspannung um -f- io% und im, Bereich zwischen Leerlauf und Vollast in den Grenzen von etwa -;- o,4% halten. Bei Belastungsstößen von Leer- und Vollast läßt sich die maximale Drehzahlabweichung auf 3 0'o begrenzen. Nach i, i Sekunden lag bei Durchführung entsprechender Versuche die Frequenz bereits wieder innerhalb ihrer normalen Regelgrenzen von ±0,5010. Beim Entlasten der Maschine wurden dieselben Werte zu 2,7% und o,35 Sekunden gemessen.

Claims (6)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Anordnung zur Frequenz- bzw. Drehzahlgleichhaltung eines Wechselstromgenerators mittels eines an diesen angeschlossenen Schwingkreises in. Reihenresonanäschaltung, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung der Schwingkreis-. drossel (q.2) dem Steuergitter einer anodenseitig an den Wechselstromgenerator (i) angeschlossenen gittergesteuerten Dampf-oder Gasentladungsstrecke (5) mit eindeutiger Stromdurchlaßrichtung unmittelbar zugeführt wird und daß die an einem Widerstand (R1) im Anodenkreis der gesteuerten Röhre (5) abgreifbare, in bekannter Weise vom Phasenwinkel der Schwingkreisdrossielspannung ,abhängige mittlere Gleichspannung (U1) einer festen, vorzugsweise durch Gleichrichtung aus der Generatorwechselspannunggewonnenen, Gleichspannung (U2) solcher Bemessung gegengeschaltet ist, daß die resultierende, zur Steuerung einer den Feldstrom des Antriebsmotors (6) regelnden Entladungsstrecke (7) zusammen mit einer festen, um go° gegen die Anodenspannung phasenverschobenen Wechselspannung dienende Gleichspannung bei Sollfrequenz einen vorgegebenen, vorzüglich dem Betrag der für den Anodenspaanungsscheitelwert kritischen Gitterzündspannung entsprechenden Wert, beispielsweise den Wert Null, annimmt.
  2. 2. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die resultierende Regelgleichspannung dem Gitterkreis der Arbeitsentladungsstrecke über einen aus einem Kondensator (C3) und einem Widerstand (123) gebildeten, dämpfend wirkenden Verzögerungszeitkreis an sich bekannter Art zugeführt wird.
  3. 3. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß dem Steuergitter der Arbeitsentladungsstrecke (7) parallel zur resultierenden Regelspannung eine im Anodenkreis der Steuerentladungsstrecke (5) abgegriffene, im Sinne einer überregelung wirkende zusätzliche Steuerspannung über einen zweiten, ebenfalls aus einem Kondensator (C4) und einem Widerstand (I24) gebildeten, an sich bekannten Zeitkreis zugeführt wird. q..
  4. Anordnung nach den Ansprächen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die einstellbaren Zeitkreise dazu dienen, die zur Verkürzung der Regelzeit günstigste Regeldynamik derart einzustellen, daß Frequenzschsvankungen zwar periodisch ausgeglichen werden, jedoch mit so starker Dämpfung, daß nach dem ersten Verschwinden der einmal aufgetretenen Abweichung die zulässige Regeltoleranz nicht mehr überschritten wird.
  5. Anordnung nach den Ansprüchen i bis q., dadurch gekennzeichnet, daß zum Ausgleich von Spannungsschwankungen der geregelten Wechselstrommaschine eine gegebenenfalls willkürlich einstellbare Teilspannung der zur Bildung der resultierenden Regelgleichspannung dienenden, durch Gleichrichtung aus der Generatorspannung gewonnenen festen Gleichspannung mit Hilfe ein-er Stabilisierungsglimmröhre o.dgl. in an sieh bekannter Weise auf unveränderliche Spannungshöhe abgeglichen ist.
  6. 6. Anordnung nach Anspruch i oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Erzeugung einer bei Frequenzabweichungen von der Sollfrequenz von Null abweichenden positiven oder negativen Gleichspannung in Verbindung reit einem Gleichstromnullimstrument, vorzugsweise einem Galvanometer, als empfindlicher Frequenzmesser verwendet wird.
DEL96866D 1939-01-17 1939-01-17 Anordnung zur Frequenz- bzw. Drehzahlgleichhaltung Expired DE739443C (de)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE844480C (de) * 1948-10-02 1952-07-21 Siemens Ag Einrichtung zur UEberwachung einer Frequenzueber- oder -unterschreitung bei industriellen Hochfrequenzgeneratoren
DE970403C (de) * 1950-02-18 1958-09-18 Siemens Ag Schaltungsanordnung zur Drehzahl- oder Frequenzgleichhaltung elektrischer Generatoren
DE975344C (de) * 1950-11-21 1961-11-09 Int Standard Electric Corp Regelungseinrichtung hoher Genauigkeit fuer Wechselspannungen

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