DE758330C

DE758330C - Anordnung zur selbsttaetigen Regelung technisch-physikalischer Betriebsgroessen

Info

Publication number: DE758330C
Application number: DES133111D
Authority: DE
Inventors: Heinrich Curion
Original assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens AG
Current assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens AG
Priority date: 1938-07-22
Filing date: 1938-07-22
Publication date: 1953-08-03

Description

.Anordnung zur selbsttätigen Regelung technisch-physikalscher Betriebsgrößen Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur selbsttätigen Regelung technischphysikalischer Betriebsgrößen, insbesondere zur Regelung der Antriebsmaschinen eines Generators, mit einem Regelorgan, welches von zwei mit zwei Feldwicklungen versehenen Gleichstrommotoren über ein gemeinsames Differentialgetriebe angetrieben wird und bei dem das vom Differentialgetriebe angetriebene Regelorgan bei Abweichung der zu regelnden Betriebsgröße von ihrem Sollwert im Sinn einer Angleichung des Istwertes an den Sollwert verstellt wird. Eine derartige Anordnung ist bereits schon bekannt, jedoch sind bei dieser alle Wicklungen der Gleichstrommotoren an die zu regelnde Spannung angeschlossen, und die unterschiedliche Drehzahl der Gleichstrommotoren wird durch verschiedene Sättigungsgrade der Magnetpole hervorgerufen.
Bei dieser bekannten Regleranordnung muß die zu regelnde Spannungs- oder Stromquelle den gesamten Erregerstrom für die beiden Gleichstrommotoren aufbringen. Infolgedessen ist diese Regelung nur für Spannungs- und Stromregelungen anwendbar, bei denen die Gleichstrommotoren unmittelbar aus dem Netz gespeist werden können.
Die Erfindung zeigt eine Anwendung einer derartigen Regelanordnung, die es ermöglicht, beliebige Betriebsgrößen zu regeln. Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß durch die einen der beiden Feldwicklungen, ,welche an eine gemeinsame, von der zu regelnden Betriebsgröße unbeeinflußte Stromquelle angeschlossen sind, den Motoren eine konstante, aber entgegengerichtete Drehzahl gegeben wird und daß durch die zweiten Feldwicklungen bei einer Abweichung der zu regelnden Betriebsgröße von dem Sollwert, bei der sie von einem dieser Abweichung proportionalen Strom durchflossen werden, die Drehzahl der Motoren entsprechend der Größe der Abweichung verändert wird. Bei dieser Anordnung verbrauchen die zweiten Feldwicklungen normalerweise keinen Strom, und es genügt, sie bei einer Abweichung des Istwertes vom Sollwert von einem so geringen Strom durchfließen zu lassen, der gerade genügt, um eine Abweichung der Drehzahl der beiden Motoren hervorzurufen. Die Ströme können auf beliebige Weise: durch die Abweichung des Istwertes vom Sollwert beeinflußt werden.
Es ist an sich schon bekannt; elektrische Maschinen dadurch zu beeinflussen, da.ß man mehrere Feldwicklungen vorsieht und diese mit von verschiedenartigen Größen abhängigen oder auch konstanten Spannungen speist. Diese Maßnahmen wurden aber nur getroffen, entweder um die Drehzahl eines einzelnen Motors konstant zu halten, oder um die Spannung eines Generators zu regeln. Die Erfindung benutzt die beiden Feldwicklungen zur Erzielung einer anderen Wirkung.
Bildet man gemäß der weiteren Erfindung die Regelanordnung so aus, da.ß die zweiten Feldwicklungen der Motoren im Diagonalzweig einer Brückenschaltung liegen, bei der eine Abweichung des Istwertes vom Sollwert durch eine Widerstandsänderung in der Brückenschaltung angezeigt wird, so erhält man eine Regelanordnung, die ohne Kontakte arbeitet. Es ist hei der Erfindung leicht möglich, für eine kleine Abweichung des Istwertes vom Sollwert eine sehr große Drehzahldifferenz für den Antrieb des Regelorgans zu erzielen. Den Ist- und Sollwert der zu regelnden Größe kann man in verschiedener Weise in die Brückenschaltung einfügen. So kann man beispielsweise einen in Abhängigkeit von der Ist- und Sollwertdifferenz veränderlichen Widerstand in einem Zweig der Brückenschaltung anordnen. Ferner kann man auch, beispielsweise in einem Zweig der Brückenschaltung, einen entsprechend dem Istwert und in einem anderen Zweig der Brückenschaltung einen entsprechend dem Sollwert eingestellten veränderlichen Widerstand anordnen.
Die Erfindung kann zur Regelung beliebiger technisch-physikalischer Betriebsgrößen verwendet werden. insbesondere eignet sie sich zur Regelung der Antriebsmaschinen von Generatoren. Für diese Anwendungsform der Erfindung ist in der Fig. i ein Ausführungsbeispiel schematisch dargestellt. Der Regler soll in diesem Fall beispielsweise dazu dienen, die Frequenz des von dem Generator gelieferten Stromes in bestimmter Weise zu regeln.
Mit i ist die Verstelhvelle für die Kraftmittelzuführung der im einzelnen nicht dargestellten Antriebsmaschine des Generators bezeichnet. Die Zahnräder 2, 3, :I bilden ein Differentialgetriebe, das von zwei Gleichstrommotoren 5 und 6, welche im entgegengesetzten Drehsinn umlaufen, angetrieben wird. Bei gleicher Drehzahl der beiden Motoren 5@ und 6 steht die Welle i also still. Den Motoren 5 und 6 sind zwei Feldwicklungen 7 und 8 zugeordnet, die für die konstanten Grunddrehzahlen der Motoren sorgen. Den Motoren sind außerdem noch zwei Wicklungen 9 und ro zugeordnet, die in der aus der Fig. i ersichtlichen Weise in den Diagonalzweig einer Brückenschaltung eingefügt sind. In dieser Brückenschaltung sind die mit i i, 12, 13 bezeichneten Widerstände unveränderlich, während der mit 14 bezeichnete Widerstand in Abhängigkeit von der Differenz zwischen Sollwert und Istwert der Generatorfrequenz veränderlich ist. Bei abweichen des Sollwertes vom Istwert wird der Widerstand 14 geändert, und es fließt im Diagonalzwei"- der Brücke Strom, der die bisher gleiche Drehzahl der Motoren 5 und 6 so verändert, daß die VerstellweIle i über das Differentialgetriebe 2, 3, 4. die Kraftmittelzufuhr im Sinn einer Angleichung des Istwertes an den Sollwert verstellt.
Fig. 2 zeigt eine Abänderung der Schaltung nach Fig. i, bei welcher in der Brückenschaltung zwei veränderliche Widerstände i 1 und 14 vorgesehen sind, von denen der Widerstand i i vom Istwert und der Widerstand 1.4 vom Soll-,vert beeinflußt «-erden. Die Wirkungsweise entspricht im übrigen völlig dem Ausführungsbeispiel nach Fig. i.
Fig. 3 zeigt eine weitere der Fig. i ähnliche Ausführungsform der Erfindung, bei der ein sogenannter MeBwertumformer zur Anwendung kommt. Soweit die Einzelteile mit denen in Fig. i übereinstimmen, sind dieselben Bezugszeichen verwendet «-orden. Der Meßwertumformer besteht aus einem dreisystemigen Meßglied, bestehend aus zwei elektrodynamischen Systemen 15 für die Leistungsmessung in Aronschaltung und einem hochempfindlichen Drehspulsystem 16 als Kompiensationssystem.
Das Kompensationssystem 16 ist über die Widerstände 17 und r8 an die Brücke der durch die Widerstände 1z, 12, 13 und 14 gebildeten Brückenschaltung angeschlossen. 14 ist ein verlustlos veränderbarer Widerstand in Form "einer Röhrenschaltung. Diese wird gebildet durch eine Elektronenröhre in Rückkopplungsschaltung, die dauernd schwingt. Die Frequenz der Schwingung ist gegeben durch den Schwingungskreis, der aus der Anodendrossel zg und dem Kondensator 2o besteht. Der Rückkopplung dient die Spule 21, die einerseits über den Kondensator 22 und den dazugehörigen Ableitungswiderstand an das Gitter und andererseits an die Kathode angeschlossen ist. Sind die Rückkopplungsbedingungen erfüllt, so schwingt die Röhre mit der durch den Anodenschwingungskreis bestimmten Hochfrequenz. Die verschiedenen Teile sowie die angelegte Anodenspannung sind nun so ausgelegt, daß die Hochfre.quenzschwingung bei Veränderung der Rückkopplung nicht plötzlich aus- bzw. einsetzt, sondern daß sich die Intensität proportional dem Rückkopplungsgrad ändert, d. h. wird der Rückkopplungsgrad vermindert, so geht auch die Intensität zurück bzw. steigt die Intensität bei Verstärkung der Rückkopplung. Es tritt dabei die Erscheinung auf, daß die durch die Anodenspule 1g in der Gitterspule 2r induzierte Hochfrequenz das Gitter der Elektronenröhre negativ auflädt. Die Aufladung des Gitters ist um so größer, je intensiver die Hochfrequenzschwingung ist, und um so geringer, je mehr die Rückkopplung vermindert und daher die Intensität der Schwingung herabgesetzt wird. Es ergibt sich daher ein Anodengleichstrom, der mit steigender Rückkopplung fällt und umgekehrt mit' abnehmender Rückkopplung steigt. Der Gleichstromwiderstand der Röhrenschaltung ist also abhängig vom Rückkopplungsgrad. Die Änderung der Rückkopplung erfolgt dadurch, daß die Gitterspule 21 gegenüber der Anodenspule rg mehr oder weniger abgeschirmt wird. Diese Abschirmung erfolgt durch eine an der Meßinstrumentenachse an Stelle eines Zeigers angebrachte Fahne 23. Die Brücke 11, 12, 13, 14 ist nun derart abgestimmt, daß bei der Leistung o die Brücke im Gleichgewicht ist und daher an den Brückenpunkten a und b keine Spannung entsteht. Tritt nun eine Leistung auf, so beginnt das Meßsystem, das praktisch richtkraftlos ist, sich zu drehen und verschiebt die Fahne zwischen Anodenspule und Gitterspule, so daß dadurch eine Veränderung der Rückkopplung auftritt, die Brücke aus dem Gleichgewicht gebracht wird und an den Punkten a und b ein Potential auftritt. Im Kompensationssystem 16 tritt bei einer Potentialdifferenz zwischen a und b ein entsprechender Stromfiuß auf, d°r gegeben ist durch das Verhältnis der Widerstände 17 zu 18. Die Verstellung bzw. die Drehung der Instrumentenachse wird so lange erfolgen, bis das Kompensationssystem ein Drehmoment entwickelt, das gleich groß und entgegengesetzt gerichtet dem durch die Leistungsmeßsysroeme gegebenen Drehmoment ist. Ist dieser Zustand eingetreten, so ist das Meßsystem wieder im Gleichgewicht und bleibt stehen. In Reihe mit dem Widerstand 18, an welchem das Kompensationssystem angeschlossen ist, werden die beiden Zusatzwicklungen g und ro der Gleichstrommotoren 5 und 6 eingeschaltet.
Die Einführung des Sollwertes geschieht über den Sollwertgeber (Drehwiderstand 24). und den Gleichrichter 25. Durch die Solhvertg.-beeinrichtung wird im Widerstand 18, an dem die Spannung für das Kompensationssystem 16 abgegriffen wird, ein Spannungsabfall erzeugt. Dieser Spannungsabfall erzeugt ein Drehmoment in dem Kompensationssystem 16. Dieses Moment muß durch die Leistungssysteme kompensiert werden. Der Regler wirkt also auf die Einstellung einer dem Sollwert entsprechenden Leistung.
Die Brücke wird so abgestimmt, daß, wenn der Sollwert gegeben ist, zwischen a und b keine Spannungsdifferenz besteht. Der Brükkengleichstrom ist dann Null und der Regler führt keine Verstellung durch. Bei Auftreten einer Abweichung tritt nun ein abweichungsproportionaler Strom auf, der eine entsprechende Verstellung verursacht. Die Schaltung liefert also einen a,bweichungsproportionalen Gleichstrom, der den Zusatzwicklungen g und ro der beiden Gleichstrommotoren 5 und 6 zugeführt wird.
Zur genauen Einstellung der Grunddrehzahlen der Motoren 5 und 6 sind noch veränderliche Widerstände 26 und 27 vorgesehen, die parallel zu den Erregerwicklungen 7 und 8 geschaltet sind. Mit diesen Widerständen kann die Grunderregung der beiden Motoren eingestellt -,verden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: z. Anordnung zur selbsttätigen Regelung technisch-physikalischer Betriebsgrößen, insbesondere zur Regelung der Antriebsmaschine eines Generators, mit einem Regelorgan, welches von zwei mit zwei Feldwicklungen versehenen Gleichstrommotoren über ein gemeinsames Differentialgetriebe angetrieben wird und bei dem das von dem Differentialgetriebe angetriebene Regelorgan bei Abweichung der zu regelnden Betriebsgrößen von ihrem Sollwert im Sinn einer Angleichung des Istivertes an den Sollwert verstellt wird, dadurch gekennzeichnet, daß durch die einen der beiden Feldwicklungen, welche an eine gemeinsame, von der zu regelnden Betriebsgröße unbeeinflußte Stromquelle angeschlossen sind, den Motoren eine konstante, aber entgegengerichtete Drehzahl gegeben wird und daß durch die zweiten Feldwicklungen bei einer Abweichung der zu regelnden Betriebsgröße von dem Sollwert, bei der sie von einem dieser Abweichung proportionalen Strom durchflossen werden, die Drehzahl der Motoren entsprechend der Größe der Abweichung verändert wird.
2. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Feldwicklungen der Motoren in dem Diagonalzweig einer Brückenschaltung liegen, bei der eine Abweichung des Istwertes vom Sollwert durch eine Widerstandsänderung in der Brückenschaltung angezeigt wird.
3. Anordnung nach den Ansprüchen i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Brückenschaltung ein in Abhängigkeit von der Sollwert-Istwert-Differenz geschalteter Widerstand angeordnet ist (Fig. i).
4. Anordnung nach den Ansprüchen i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Zweig der Brückenschaltung ein entsprechend dem Istwert und in einem anderen Zweig der Brückenschaltung ein entsprechend dem Sollwert eingestellter veränderlicher Widerstand angeordnet ist (Fig.2).
5. Anordnung nach den Ansprüchen i bis 4, dadurch gekennzeichnet, da.ß der veränderliche Widerstand durch eine gittergesteuerte Elektronenröhre gebildet wird, deren Anodenstrom in Abhängigkeit von dem auszuübenden Regeleinfluß verändert wird (Fig.3). Zur Abgrenzung des Erfindungsgegenstands vom Stand der Technik sind im Erteilungsverfahren folgende Druckschriften in Betracht gezogen worden: Deutsche Patentschriften Nr. 229 918, 23o 572, 274 134 293 264 3o3 962, 4o2 719, 419:298, 47o 549, 472 8o9, 489 555, 5o5 422, 514 395, 548 333, 563 68o 618 586, 649 o24, 657 699 französische Patentschrift Nr. 474 134; USA.-Patentschrift Nr. 1 881 oi i.