DE854544C - Einrichtung zur Erhoehung der Ansprechgenauigkeit von selbsttaetigen Reglern, die von einer Wechselspannung gesteuert werden - Google Patents

Einrichtung zur Erhoehung der Ansprechgenauigkeit von selbsttaetigen Reglern, die von einer Wechselspannung gesteuert werden

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DE854544C
DE854544C DEP53221A DEP0053221A DE854544C DE 854544 C DE854544 C DE 854544C DE P53221 A DEP53221 A DE P53221A DE P0053221 A DEP0053221 A DE P0053221A DE 854544 C DE854544 C DE 854544C
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DE
Germany
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voltage
choke coil
resonance circuit
alternating voltage
current
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Expired
Application number
DEP53221A
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English (en)
Inventor
Werner Dr-Ing Grunert
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Huels AG
Original Assignee
Chemische Werke Huels AG
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    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B1/00Comparing elements, i.e. elements for effecting comparison directly or indirectly between a desired value and existing or anticipated values
    • G05B1/01Comparing elements, i.e. elements for effecting comparison directly or indirectly between a desired value and existing or anticipated values electric
    • G05B1/02Comparing elements, i.e. elements for effecting comparison directly or indirectly between a desired value and existing or anticipated values electric for comparing analogue signals
    • G05B1/025Comparing elements, i.e. elements for effecting comparison directly or indirectly between a desired value and existing or anticipated values electric for comparing analogue signals using inductance means

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Control Of Electrical Variables (AREA)

Description

  • Einrichtung zur Erhöhung der Ansprechgenauigkeit von selbsttätigen Reglern, die von einer Wechselspannung gesteuert werden Die Ansprechgenauigkeit von selbsttätigen Reglern ist bekanntlich von der Arbeitsweise und der Bauart des Reglers abhängig. So können beispielsweise der Kohledruckregler und der Wälzsektorenregler die geregelte Größe bis auf _E o,5 °/o genau konstant halten, während der Öldruckregler eine Regelkonstanz von :E 0,3 °/o, bei sorgfältiger Einstellung sogar ± 0,2 °/o erreicht. In den Fällen, wo eine noch weiter gehende Konstanz der geregelten Größe verlangt wird, z. B. für die Spannungskonstanthaltung in Zählerprüfstationen, muß ein Röhrenregler verwendet werden, mit dem zwar Genauigkeiten unter ± o,i °/o erreicht werden, der aber insbesondere bei großer Regelleistung einen erheblichen apparativen Mehraufwand erfordert, ganz abgesehen davon, daß mit dem Einsatz des Röhrenreglers im Vergleich zu dem robusten Öldruckregler wesentlich höhere Anforderungen bezüglich Aufstellung, Bedienung und Wartung gestellt werden.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung, mit der die Ansprechgenauigkeit jedes selbsttätigen Reglers, der von einer Wechselspannung gesteuert wird, um ein Vielfaches erhöht werden kann, so daß auch mit den im Aufbau und in der Anwendung einfachen Reglern die Ansprechgenauigkeit des Röhrenreglers erreicht wird, was insbesondere dann von Vorteil ist, wenn vom Regler große Regulierkräfte gefordert werden. Außerdem bewirkt die Anwendung der Erfindung eine beträchtliche Erhöhung der Reguliergeschwindigkeit des Reglers.
  • Die Erfindung besteht darin, daß eine eisengeschlossene Drosselspule in Reihe mit der Stromspule des Steuerorgans eines Reglers, in folgendem kurz als Steuerspule bezeichnet, an der geregelten Wechselspannung liegt und daß parallel zur Drosselspule ein auf die Betriebsfrequenz der Wechselspannung abgestimmter Spannungsresonanzkreis angeschlossen ist, wobei die Drosselspule bei dem auf sie entfallenden Spannungsabfall stark gesättigt ist. Drosselspule und Steuerspule sind zweckmäßig so aufeinander abgestimmt, daß der Spannungsabfall an der Steuerspule höchstens etwa 200/, der Gesamtspannung beträgt. Die Stromaufnahme des auf die Betriebsfrequenz der Wechselspannung abgestimmten Spannungsresonanzkreises steht erfindungsgemäß in dem nachstehend erläuterten Verhältnis zur Stromaufnahme der Drosselspule.
  • Die Wirkungsweise der Einrichtung sei an Hand der Abb. i bis 3 näher erläutert. In Abb. i bedeuten: N ein auf konstante Spannung geregeltes Wechselspannungsnetz, S die Steuerspule des zugehörigen Reglers, D eine eisengeschlossene Drosselspule, Lk eine stromunabhängige Induktivität und Ck eine Kapazität. Die Schaltung ist aus der Abbildung ersichtlich.
  • Durch die Reihenschaltung der Steuerspule S mit der gesättigten Drosselspule D ändert sich, wenn zunächst einmal der Spannungsresonanzkreis mit der Induktivität Lk und der Kapazität Ck außer Betracht gelassen wird, der durch die Steuerspule S fließende Steuerstrom J8 in Abhängigkeit von der geregelten Spannung U, des Wechselspannungsnetzes N nach einer Funktion, wie sie in Abb. 2 aufgetragen ist. Diese Funktion U, = f (Ja) ergibt sich aus der Magnetisierungskennlinie der gesättigten Drosselspule Ud = f (J8), wobei U" die Spannung an der Drosselspule ist, unter Berücksichtigung des Spannungsabfalles U8 an der Steuerspule S.
  • Ändert sich beispielsweise die in Abb. 2 eingetragene Spannung U,. um den Betrag d U" dann ändert sich der zugehörige Steuerstrom J" um den Betrag d J, Setzt man dann gilt für den Ansprechverstärkungsfaktor V der Einrichtung Während bei dem bisher üblichen Anschluß der Steuerspule an die geregelte Spannung über einen mehr oder weniger großen Vorwiderstand der Wert V = i ist, läßt sich bei hoher Sättigung der Drosselspule und einer im Vergleich zur Steuerspulenleistung großen Drosselspulenleistung ein Ansprechverstärkungsfaktor V = 4 bis 7 erreichen. Hat beispielsweise der Regler selbst eine Ansprechgenauigkeit von 4- o,5°/0, so erhöht sich die Ansprechgenauigkeit bei Anwendung der Einrichtung gemäß der Erfindung mit einem V = 5 auf ± o,i °/o. Außerdem erhöht sich die Reguliergeschwindigkeit des Reglers beträchtlich, da bei einer bestimmten Änderung der geregelten Spannung die Änderung des Steuerstromes und damit die Auslenkung des Steuerorgans aus der Gleichgewichtslage um ein Vielfaches größer ist als beim üblichen Anschluß der Steuerspule. Beim Einsatz der gesättigten Drosselspule in der beschriebenen Weise wird jedoch die angegebene Erhöhung der Ansprechgenauigkeit des Reglers nur erreicht, wenn die Frequenz der geregelten Spannung absolut konstant ist. Der Regler reguliert bekanntlich das Regelorgan, z. B. einen Drehtransformator, so, daß sein Steuerstrom eine dem Gleichgewichtszustand des Steuerorgans entsprechende bestimmte Größe behält. Dieser Steuerstromwert entspricht im vorliegenden Fall einer bestimmten magnetischen Induktion im Eisen der gesättigten Drosselspule. Die Spannung an der Drosselspule Ud ist aber nicht nur von der vom Regler konstant gehaltenen Induktion B, sondern auch noch von deren Frequenz f abhängig nach der allgemeingültigen Beziehung Ud=K-B f, (Il) wobei K eine von der Bemessung der Drosselspule abhängige Konstante ist.
  • Ändert sich beispielsweise die Frequenz der geregelten Spannung um + i °/o, dann wird auch die Spannung an der Drosselspule und damit, wenn der verhältnismäßig kleine Spannungsabfall an der Steuerspule hierbei unberücksichtigt bleibt, die geregelte Spannung um i °/o größer. Jede Frequenzänderung bewirkt also eine praktisch verhältnisgleiche Änderung der geregelten Spannung.
  • Da aber in den technischen Wechselstromnetzen stets gewisse Frequenzschwankungen auftreten, muß der durch die Drosselspule verursachte Einfluß von Frequenzänderungen auf die geregelte Spannung kompensiert werden.
  • Soll die geregelte Spannung und damit auch die Spannung an der Drosselspule unabhängig von den möglichen Frequenzschwankungen konstant bleiben, dann muß sich die Induktion der Drosselspule gemäß Gleichung (II) umgekehrt proportional der Frequenz ändern. Die dieser Induktionsänderung entsprechende, verhältnismäßig große Änderung des Drosselspulenstromes muß durch einen zusätzlich über die Steuerspule fließenden Strom entsprechender Größe und Richtung bezüglich ihrer Wirkung auf das Steuerorgan kompensiert werden, d. h. der Steuerstrom soll unabhängig von den durch Frequenzschwankungen verursachten Änderungen des Drosselspulenstromes gleichbleiben. Der zusätzlich über die Steuerspule fließende Strom muß sich also bei Frequenzschwankungen um die gleichen Beträge wie der Drosselspulenstrom, jedoch mit umgekehrtem Vorzeichen, ändern. Dieser Bedingung kommt die Blindstromkomponente eines Spannungsresonanzkreises in Resonanznähe weitgehend nach.
  • Gemäß dieser Überlegung liegt der bereits erwähnte Spannungsresonanzkreis, wie aus Abb. i ersichtlich ist, parallel zu der gesättigten Drosselspule. Die stromunabhängige Induktivität Lk und die Kapazität Ck dieses Resonanzkreises sind so aufeinander abgestimmt, daß ihre Blindwiderstände bei Sollfrequenz der geregelten Spannung gleich groß sind, so daß die Stromaufnahme nur durch die Ohmschen Verluste des Resonanzkreises begrenzt wird. Der aus diesem Ohmschen Strom Jk und aus dem Drosselspulenstrom Jd resultierende Steuerstrom J8 fließt über die Steuerspule des Reglers. Die Spannung Ud an der mit dem Resonanzkreis parallel geschalteten Drosselspule setzt sich mit dem Spannungsabfall U8 an der Steuerspule zur geregelten Spannung U, zusammen. Das Vektordiagramm für diese Ströme und Spannungen ist aus der Abb. 3 ersichtlich.
  • Die Induktivität Lk und die Kapazität Ck sind so bemessen, daß bei einer Frequenzabweichung von der Sollfrequenz um - i °,'o die kapazitive Blindkomponente des Resonanzkreisstromes Jk die Vergrößerung des Drosselspulenstromes von Jd auf Jd' kompensiert, so daß die Zusammensetzung von Jd' und Jk' einen Steuerstrom J"' ergibt, der genau so groß wie der Steuerstrom J8 bei Sollfrequenz ist. Die vektorielle Zusammensetzung dieser Ströme ist aus der Abb. 3 ersichtlich.
  • In diesem Zusammenhang muß jedoch darauf hingewiesen werden, daß die vektorielle Darstellung gemäß der Abb. 3 zwar zur Veranschaulichung der Wechselstromgrößen und ihrer Zusammensetzung beiträgt, aber im vorliegenden Fall nur in grober Annäherung die einzelnen Größen wiedergibt, da die Ströme Jd, Ja', J8 uni J,' und die Spannung U8 infolge der starken Sättigung der Drosselspule D stark verzerrt sind, während die Ströme jk, Jk' und die Spannung Ud praktisch sinusförmig verlaufen. So muß beispielsweise die Blindkomponente des Stromes Jk' um etwa 5o0 /" größer sein als die algebraische Differenz der effektiven Ströme jd' - Jd ergibt, damit die gewünschte vollkommene Kompensation eintritt. Messungen an einer praktischen Ausführung der Einrichtung gemäß der Erfindung, wobei der Spannungsresonanzkreis nach der Beschreibung bemessen war, haben ergeben, daß im Bereich einer Frequenzänderung von insgesamt 3 °/o die geregelte Spannung sich um höchstens o,i °/o ändert. Dabei wird trotz der beeinträchtigenden Wirkung des Resonanzkreisstromes Jk auf die Ansprechgenauigkeit der Einrichtung ein Ansprechverstärkungsfaktor V = 3 bis 5 erreicht.
  • Bekanntlich können die Blindwiderstände eines Resonanzkreises durch Alterung, Temperatur- und Feuchtigkeitseinflüsse ihren Wert verändern. Außerdem kann es bei länger dauernden Unter- oder Cberschreitungen der Sollfrequenz wünschenswert sein, zur Verbesserung der Kompensation des Einflusses von Frequenzänderungen den Resonanzkreis auf die vorhandene Betriebsfrequenz abzustimmen. Es ist daher zweckmäßig, die Kapazität Ck so mit verschiedenen Kondensatoren zusammenzustellen, daß durch Zu- oder Abschalten einzelner Kondensatoren jederzeit eine genaue Abstimmung des Resonanzkreises vorgenommen werden kann. Die Resonanzabstimmung ist dann erreicht, wenn ein in den Resonanzkreis gelegter Strommesser auf den größtmöglichen Ausschlag gebracht worden ist. Aus der Abb. 4 ist die Schaltung der gesamten Einrichtung mit der Abstimmöglichkeit für den Resonanzkreis ersichtlich. Dabei bedeuten Ck o, Ck 1, Ck 2, Ck 3 die Teilkapazitäten, aus denen die erforderliche Gesamtkapazität Ck zusammengeschaltet wird, T1, T2, T3 die Schalter für die zuschaltbaren Teilkapazitäten und A einen Strommesser. Die Bedeutung der übrigen Bezeichnungen ist die gleiche wie bei Abb. i.

Claims (2)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Einrichtung zur Erhöhung der Ansprechgenauigkeit von selbsttätigen Reglern, die von einer Wechselspannung gesteuert werden, dadurch gekennzeichnet, daß eine eisengeschlossene Drosselspule (D) in Reihe mit der Stromspule (S) des Steuerorgans eines Reglers an der geregelten Wechselspannung (N) liegt und daß parallel zur Drosselspule (D) ein auf die Betriebsfrequenz der Wechselspannung abgestimmter Spannungsresonanzkreis (Lk, Ck) angeschlossen ist, wobei die Drosselspule (D) bei dem auf sie entfallenden Spannungsabfall stark gesättigt ist und die Stromaufnahme des Resonanzkreises (Lt, Ck) in einem solchen Verhältnis zur Stromaufnahme der Drosselspule (D) steht, daß kleinere Frequenzschwankungen der Wechselspannung weitgehend ohne Einfluß auf die Regelung bleiben.
  2. 2. Einrichtung gemäß Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsresonanzkreis (Lk, Ck) durch Zu- oder Abschalten von Teilkapazitäten (Gk o, Ck 1, Ck 2 ... ) auf die Betriebsfrequenz der geregelten Wechselspannung mittels eines in den Resonanzkreis gelegten Strommessers (A) abgestimmt werden kann.
DEP53221A 1949-08-28 1949-08-28 Einrichtung zur Erhoehung der Ansprechgenauigkeit von selbsttaetigen Reglern, die von einer Wechselspannung gesteuert werden Expired DE854544C (de)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3942100A (en) * 1973-03-14 1976-03-02 Bbc Brown Boveri & Company Limited Adjustable reactive power compensator for a transmission line

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US3942100A (en) * 1973-03-14 1976-03-02 Bbc Brown Boveri & Company Limited Adjustable reactive power compensator for a transmission line

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