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Elektromagnetisches Drehsystem Für gewisse Reglerschaltungen, z. B.
für die Frequenzleistungsregelung, wird ein Frequenzregler verwendet, welcher in
Abhängigkeit von der Frequenz des Stromerzeugers Stromänderungen hervorruft, welche
auf die Regelung der Antriebsmaschinen einwirken. Bei solchen Regelungen wird ein
elektromagnetisches Drehsystem verwendet, dessen Drehteil durch Verstellen von Wälzsektoren
Widerstände ändert. Es können aber auch Ventile, Kondensatoren, Drehspulen, welche
in Verbindung mit nachfolgenden Verstärkern stehen, verstellt werden. Diese Drehsysteme
weisen zwei einphasige oder dreiphasige Stromkreise auf, welche phasenverschiebende
Schaltelemente, z. B. Schwingungskreise oder mit Widerständen in Reihe geschaltete
Spulen, enthalten. Solange die Ströme in diesen Stromkreisen in ihrer Phase miteinander
übereinstimmen, bleibt der Drehteil in Ruhe. Bei einer Frequenzänderung ergeben
sich unterschiedliche Phasenverschiebungen für die Ströme in den Stromkreisen. Im
Drehteil entsteht dadurch ein Drehmoment, wodurch die Wälzsektoren verstellt und
damit die Widerstände im Regulierstromkreis verändert werden.
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Mittels einer Rückstellfeder erhält der Regler ein statisches Verhalten,
d.. h. bei Abweichung der Frequenz von der Sollfrequenz muß im Drehteil ein Drehmoment
entwickelt werden, welches proportional mit der Frequenzabweichung zunehmen muß.
Dieses Drehmoment ist nun aber nicht nur von einem entsprechenden Phasenunterschied'
in den beiden Stromkreisen abhängig, sondern ebenfalls vom Quadrat der speisenden
Spannung. Die Folge ist, daß der Verstellwinkel des Drehteiles
auch
von der angelegten Spannung abhängig ist, was in vielen Fällen unerwünscht ist.
Durch die Erfindung wird diese Spannungsabhängigkeit vermieden.
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Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisches Drehsystem mit zwei
Stromkreisen, in welchen von der Frequenz abhängige phasenverschiebende Schaltelemente
eingeschaltet sind. Dessen Drehteil verstellt Organe für Regel- oder Einstellzwecke.
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Die Erfindung besteht darin, daß der Drehteil wenigstens in dem einen
Stromkreis ein Schaltelement praktisch rückwirkungsfrei derart steuert, daß bei
Änderung der Frequenz und damit der Phase der Ströme in den beiden Stromkreisen
eine Verdrehung des Drehteiles eintritt, mit der die Phasenabweichung so kompensiert
wird, daß die Stellung des Drehteiles eindeutig nur von der Frequenz und nicht von
der dem elektromagnetischen Drehsystem zugeführten Spannung abhängig ist.
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Durch die Erfindung wird erreicht, daß für jede Frequenz eine bestimmte
Reglerstellung und damit ein bestimmter Wert des Widerstandes eingestellt wird.
Diese Einstellung erfolgt unabhängig von der angelegten Spannung, weil das elektromagnetische
Drehsystem keine Rückstellfeder erfordert. Bei abgeglichenen Stromkreisen wird kein
Drehmoment erzeugt. Bei sich ändernder Frequenz und der sich daraus ergebenden Phasendifferenz
für die Ströme in den beiden Kreisen entsteht ein Drehmoment, was eine Verstellung
der Wälzsektoren zur Folge hat, bis der Phasenabgleich (Phasenkompensation) wieder
erreicht ist. Diese Verstellung ergibt eine praktisch energielose und rückwirkungsfreie
Steuerung des veränderbaren Schaltelementes. Als veränderbares Schaltelement kommt
in Frage eine vormagnetisierbare Drosselspule, ein veränderbarer Kondensator, ein
veränderbarer ohmscher Widerstand in Zusammenschaltung mit einer Drosselspule oder
einem Kondensator.
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An Hand von zwei Ausführungsbeispielen wird die Erfindung näher erläutert.
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In Fig. 1 ist 17 ein elektromagnetisches Drehsystem. Es besteht aus
zwei um go° versetzten Spulenpaaren 3-3 und 4-4, welche auf einen Wirbelstromrotor
g als Drehteil nach dem Ferraris-Prinzip einwirken. Der Drehteil ist mit den Wälzsektoren
5 und 6 gekuppelt, welche sich auf den Widerständen 7 und 8 abwälzen. Wenn bei einer
bestimmten, durch Größe und Art der zugeschalteten Widerstände gegebenen Frequenz
die Ströme durch die Spulen 3-3 und 4-4 in Phase liegen, bleibt der Rotor in der
gerade bestehenden Ruhelage, da keine Rückstellfeder vorhanden ist. Bei Frequenz-
und dadurch verursachter Phasenabweichung der Ströme dreht sich der Rotor in der
einen oder anderen Richtung und verstellt entsprechend die Widerstände 7 und B.
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Den beiden Stromkreisen 3-3 und 4-4 wird die Wechselspannung mit der
veränderlichen Frequenz beispielsweise in den Grenzen 48 bis 52 Hz über die Klemmen
1-2 zugeführt. Im Stromkreis der Spulen 4-4 ist das veränderliche Schaltelement
als vormagnetisierbare Drosselspule 13 in Reihe mit der Drossel 15 und dem Kondensator
16 eingeschaltet. Die Induktivität der Drosselspule 13 wird durch den in der Vormagnetisierungswicklung
14 fließenden Gleichstrom i verändert. Der vormagnetisierende Gleichstrom ist einem
Gleichrichter 12 entnommen, der von der Drehspule io des induktiven Systems 18 gespeist
wird. Die Wicklung io ist eine Drehspule, welche mit dem Drehteil g gekuppelt ist.
Sie ist drehbar im Magnetfeld zweier induzierender Spulen 11-11 angeordnet, welchevomTransformator
19 aus gespeist werden. Die Größe der induzierenden Spannung in der Spule
io und damit des magnetisierenden Stromes i in der Wicklung 14 der Regeldrossel
ist von der Stellung des Drehteiles g abhängig. Der Energieverbrauch für die Vormagnetisierung
ist klein, so daß das rückwirkende Drehmoment der Spule io auf den Drehteil g vernachlässigbar
ist. Das Drehsystem ist infolgedesssen praktisch keiner Rückstellkraft unterworfen.
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Die Wirkungsweise ist folgende: An die Klemmen 1-2 wird die Wechselspannung
mit veränderlicher Frequenz angelegt. Über die Stromkreise der Spulen 3-3 und 4-4
fließen Ströme, welche, wie bereits gesagt, bei Frequenzabweichungen verschiedene
Phasenlagen aufweisen. Infolgedessen entsteht ein Drehmoment am Drehteil g, entsprechend
der Stärke und Richtung der Phasenabweichung der beiden Ströme. Die Folge ist eine
Verstellung des Drehteiles und damit der Drehspule io. Die Größe der Spannung, welche
in der Spule io durch die Spulen 1 i-i i induziert wird, ändert sich stetig mit
dem Drehwinkel des Drehsystems. Diese Spannung wird in dem Gleichrichter 12 gleichgerichtet.
Der entstehende Gleichstrom i durch die vormagnetisierende Spule 14 der Regeldrossel
bewirkt eine entsprechende Änderung des Induktivitätswertes der Spule 13. Der Induktivitätswert
der Spule 13 steht so in einer bestimmten stetigen Abhängigkeit vom Drehteil g.
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Die Stellung der Spule io bei Phasengleichheit der Ströme in den Spulen
3 und 4 ist so gewählt, daß bei Verstellen des Drehteiles die Abstimmung des Stromkreises
16-15-13-4/4 in der Weise beeinflußt wird, daß der Phasenunterschied in den Stromkreisen
der Spulen 3-3 und 4-4 verschwindet. Sobald kein Phasenunterschied mehr vorhanden
ist, kommt der Drehteil g zum Stillstand. Man erreicht so innerhalb eines bestimmten
Bereiches für jede Frequenz der Wechselspannung eine entsprechende Winkelstellung
des Drehteiles g. Entsprechend dieser Stellung und damit entsprechend der Frequenz
wird durch die Wälzsektoren in den Widerständen 7 und 8 ein bestimmter Widerstandswert
eingestellt. Das Drehsystem hat also die Funktion eines statischen Reglers. Die
Einstellung des Reglers erfolgt gemäß der Phasenübereinstimmung zweier Ströme und
ist somit unabhängig von der Stärke dieser Ströme. Die Reglerstellung wird damit
spannungsunabhängig.
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Für die einwandfreie Wirkungsweise kommt es sehr darauf an, daß von
der Spule io keine merkbare
mechanische Rückwirkung auf den Drehteil
ausgeübt wird. Dies erfordert, daß die Energieabgabe der Spule io sehr klein ist.
Um diese Wirkung zu verbessern, kann zwischen Spule io und den Gleichrichter ein
Verstärker eingeschaltet werden. Es kann dafür ein Röhrenverstärker oder ein magnetischer
Verstärker verwendet werden.
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Eine weitere, besonders einfache Ausführung der Erfindung ist in der
Fig.2 dargestellt. Als veränderliches Schaltelement dient hier ein mit den Spulen
4-4 in Reihe geschalteter Widerstand 27, welcher durch den Wälzsektor 5 abgestimmt
wird. Der Widerstand 27 ist dabei mit der Drosselspule 25 in Reihe geschaltet. Durch
das Abwälzen des Sektors 5 auf den Widerstand 27 wird ebenfalls die Phasenlage des
Stromes in den Spulen 4-4 verändert. Andererseits wird die Phasenlage des Stromes
in den Spulen 3-3 durch die vorgeschaltete Drosselspule 15 und Kondensator 16 stark
abhängig gemacht von der Frequenz der angelegten Wechselspannung. Die Drehrichtung
des Drehteiles 9 ist so gewählt, daß durch die Verstellung des Wälzsektors während
des Regelvorganges die Phasenlage des Stromes durch die Spulen 3-3 und 4-4 kompensiert
wird. Die Verstellung des Widerstandes 27 erfolgt ebenfalls praktisch rückwirkungsfrei
auf den Drehteil 9, woraus sich auch für diese Anordnung eine Spannungsunabhängigkeit
ergibt.
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An Stelle der Drosselspule 25 kann auch ein Kondensator verwendet
werden. Ebenso ist es möglich, diese Drosselspule ganz wegzulassen und die Induktivität
der Spulen 4-4 für die erzeugende Phasenverschiebung allein zu verwenden.