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Verfahren und Einrichtung zur Bestimmung der Gangdifferenz in Wechselstromnetzen
während vorgegebener Kontrollzeitabschnitte Die Erfindung betrifft ein Verfahren
und eine Einrichtung zur Bestimmung der Gangdifferenz in Wechselstromnetzen während
vorgegebener Kontrollzeitabschnitte. Die Erfindung benutzt dabei das Verfahren,
daß die Sollperiodemzahl und die Istperiodenzahl durch die Gangdifferenz zwischen
einer astronomischen Uhr und einem an das zu überwachende Wechselstromnetz angeschlossenen
Synchronmotor miteinander verglichen werden.
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Gemäß der Erfindung wird durch die astronomische Uhr der eine Umschalter
einer Wechselschaltung im Rhythmus von vorgegebenen Kontrollzeitabschnitten umgelegt
und der andere Umschalter der Wechselschaltung durch den Synchronmotor, der bei
Beginn des Kontrollzeitabschnittes anläuft, nach Durchlaufen einer bestimmten Anzahl
von Perioden umgeschaltet; die nach Ablauf des Kontrollzeitabschnittes, der durch
die astronomische Uhr bestimmt ist, an der Sollperiodenzahl noch fehlenden bzw.
überschießenden Perioden werden durch einen weiteren Synchronmotor gezählt und auf
ein Registrierwerk übertragen.
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Vorzugsweise gelangt hierbei ein Relais zur Anwendung, welches einen
Vorzeichenträger steuert, der angibt, ob die auf dem Kontrollzeitabschnitt entfallende
Periodenzahl des Wechselstromnetzes zu groß oder zu klein ist.
Das
im Rahmen der Erfindung zur Anwendung gelangende Verfahren, während bestimmter Kontrollzeitabschnitte
Periodenzahlen des zu überwachenden Wechselstromnetzes zu zählen, macht es erforderlich,
nach Ablauf eines Kontrollzeitabschnittes den Zählmechanismus wieder auf Null rückzustellen.
Ein solches Rückstellen ist naturgemäß nicht ohne Zeitverlust möglich. Um trotzdem
ohne Unterbrechung einen Kontrollzeitabschnitt an einen weiteren Kontrollzeitabschnitt
anschließen zu lassen, werden gemäß einer weiteren Ausgestaltung der. Erfindung
zwei Wechselschaltungen verwendet, deren Umschalter auf der einen Seite durch die
astronomische Uhr abwechselnd gesteuert werden und die mit je einem zugeordneten
Synchronmotor eines Synchronmotorenpaares zusammenwirken, deren Arbeitsphasen sich
abwechseln.
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Das der Erfindung zugrunde liegende Meßprinzip zeichnet sich durch
hohe Genauigkeit aus. Handelt es sich beispielsweise um ein Wechselstromnetz von
5o Perioden pro Sekunde und werden die Kontrollzeitabschnitte nur von einer Minute
Dauer gewählt, so ergeben sich Genauigkeiten der während des Kontrollzeitabschnittes
vorherrschenden Frequenz von i :3000. Man ist also imstande, die für den Kontrollzeitabschnitt
maßgebliche mittlere Frequenz mit außerordentlich hoher Genauigkeit zu bestimmen.
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Weiter gestattet die Erfindung, kontinuierlich zu registrieren, wie
groß in aufeinanderfolgenden Kontrollzeitabschnitten die jeweilige Abweichung der
Periodenzahl gegenüber der Sollperiodenzahl ist. Addiert man diese Abweichungen,
so erhält man ein Maß, um wieviel im Laufe einer längeren Zeit periodenmäßig das
zu überwachende Wechselstromnetz gegenüber der durch die astronomische Uhr wiedergegebenen
Zeit abgewichen ist.
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Die laufende Kontrolle der Gangdifferenz eines Wechselstromnetzes
in vorgegebenen Kontrollzeitabschnitten ist insbesondere dann von Wichtigkeit, wenn
zwei Wechselstromnetze an ein gemeinsames Verbrauchernetz zusammen angeschaltet
werden. Es ist in einem solchen Falle erforderlich, daß die beiden zusammengeschalteten
Wechselstromnetze korrekt ihre Frequenz einhalten, da bei jeder Abweichung von der
Sollfrequenz sich durch die Innenwiderstände der Wechselstromnetze bedingte Energieverluste
ergeben. In einem solchen Falle ist es wichtig, zu wissen, welches der beiden gemeinsam
an den gemeinsamen Verbraucher angeschlossenen Wechselstromnetze nicht mit der vorgeschriebenen
Frequenz gearbeitet hat und daher die Ursache der Energieverluste bildet.
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Die Aufgabe, die Frequenz eines Wechselstromnetzes auf die Zeitmessung
einer Normaluhr zu synchronisieren, ist in der Technik allgemein bekannt. Zu diesem
Zwecke sieht man beispielsweise zwei parallel oder in Reihe liegende Kontakte vor,
von denen der eine durch die Normaluhr geöffnet und geschlossen wird, während der
zweite Kontakt unter dem Einfluß der zu überwachenden Frequenz gesteuert wird. Besitzt
die zu überwachende Frequenz ihren Sollwert, dann ist der zweite Kontakt immer für
die Zeit geschlossen, in der der erste Kontakt geöffnet ist, und umgekehrt. Sobald.
jedoch die Frequenz von dem Sollwert abweicht, sind beide Kontakte für eine gewisse
Zeit gleichzeitig geöffnet oder geschlossen. Dadurch läßt sich in dem Stromkreis,
in dem die Kontakte liegen, ein Relais steuern, welches einen Regelvorgang einleitet,
durch den die Frequenz des Wechselstromnetzes korrigiert wird.
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Eine andere bekannte Schaltungsweise sieht vor, daß von der Normaluhr
und von einem von dem zu regelnden Wechselstromnetz betriebenen Synchronmotor die
beiden Eingangsräder eines Differentialgetriebes gesteuert werden, dergestalt, daß
die Ausgangswelle des Differentialgetriebes angibt, ob das Wechselstromnetz gegenüber
der Normaluhr voreilt oder zurückbleibt, und einen Frequenzregelmechanismus des
Wechselstromnetzes in Betrieb setzt. -Die vorgenannten Einrichtungen streben somit
an, möglichst momentan die Frequenz des Wechselstromnetzes nachzuregeln, sie bezwecken
aber nicht, das jeweilige Maß der Abweichung der Frequenz des Wechselstromnetzes
gegenüber dem Sollwert festzuhalten und statistisch auswertbar zu machen, In der
Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigt Fig. x
eine schematische Darstellung der Einrichtung, Fig.2 ein dazugehöriges Schaltdiagramm,
in welchem die Zahlen links außen und zuoberst den Bezugszeichen in Fig. i entsprechen.
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In Fig. i sind R und S zwei Leiter eines in Bezug auf die Frequenz
zu überwachenden Wechselstromnetzes. Mit i ist ein Hilfsmotor bezeichnet, welcher
die Aufgabe hat, die Schalter 2 bis 9 in bestimmter Reihenfolge (s. Fig. 2) zeitlich
genau zu betätigen. Als Taktgeber dieses Hilfsmotors dient dabei eine Normaluhr
io. Letztere kann als Präzisions-Pendeluhr ausgebildet sein und außerdem mittels
eines durch zwei Uhrkontakte i i und 12, eine Relaisspule 13 und eine Batterie 14
gebildeten Synchronisierungsstromkreises mit einer Observatoriumsuhr 15 verbunden
sein. Die Umschaltkontakte der Umschalter 5 und 6, deren Mittelkontakte am Netzleiter
R liegen, sind über Verbindungsdrähte 16 bis i9 mit den Umschaltkontakten zweier
weiterer Umschalter 2o bzw. a1 verbunden, deren Mittelkontakte je an einem der Außenkontakte
des Umschalters 9 angeschlossen sind, dessen Mittelkontakt über ein Kupplungsrelais
22 zum Netzleiter S geführt ist. Wie aus der Fig. i hervorgeht, liegen die Umschalter
5 und 2o bzw. 6 und 21 in Wechselschaltung. Im folgenden werden demnach die Verbindungen
5, 16, 17, 2o und 6, 18, i9, 21 als Wechselschaltungen bezeichnet.
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Die Leitung 16 und die Leitung 18 der beiden Wechselschaltungen sind
miteinander verbunden und führen über einen Kontakt 23 zu der einen Spule 24 eines
Kipprelais K, während die beiden Leitungen 17 und i9 ebenfalls miteinander verbunden
sind, und über einen Kontakt 25 zu einer
zweiten Spule 26 des Kipprelais
führen. Die Kontakte 23 und 25 bezwecken die Selbstunterbrechung der jeweils erregten
Spulen 24, 26. Die beiden anderen Enden der Spulen a4, 26 führen zu zwei Umschaltkontakten
27, 28, deren Mittelkontakte über den Umschalter 8 wahlweise mit dem Netzleiter
S verbunden werden können. Das Kipprelais besitzt neben 23, 25 einen weiteren Kontakt
a9, über den ein Markierungsrelais 3o erregt werden kann. Letzteres betätigt eine
Anzeigefahne 304 und zwar derart, daß bei erregtem Relais 30 ein Minuszeichen sichtbar
wird und bei unerregtem Relais ein Pluszeichen.
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Über die Schalter 2 bzw. 3 und 31 bzw. 32 können zwei Synchronmotore
33 bzw. 34 eingeschaltet werden, die nach einer bestimmten Anzahl von Umdrehungen,
z. B. unter Anwendung von Steuerscheiben, die Schalter 31, :20,27 bzw. 32, 21, 28,
die je miteinander gekuppelt sind, umsteuern. Durch Betätigen des Umschalters 4
werden diese Steuerscheiben nach erfolgter Umsteuerung der Schalter 3i, 2o, 27 bzw.
32, 21, 28 wieder in die Ausgangsstellung gebracht.
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Ein Synchronmotor 37 treibt eine Vorgabeeinrichtung an, die als eine
mit einem Stift 38 versehene Vorgabescheibe 39 ausgebildet ist. Der dadurch vorgegebene
Wert wird durch eine Nachlaufeinrichtung, bestehend aus einem Motor 40, einem Getriebe
41 und einer mit einem Stift 42 versehenen Nachlaufscheibe 43, jeweils aufgeholt.
Der aufgeholte Wert wird über ein Zahnrad 44 auf ein Zählwerk .45 übertragen.
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In der Fig.2 ist ein dem Schaltschema der Fig. i entsprechendes Schaltdiagramm
dargestellt, in welchem die zuoberst angegebenen Zahlen 33 bzw. 34 die Arbeitsphasen
der entsprechend bezeichneten Synchronmotore der Fig. i bedeuten und angeben, welcher
derselben während eines bestimmten Kontrollzeitabschnittes arbeitet. Links außen
sind die Schaltphasen mit einer Zahl gekennzeichnet, die dem Bezugszeichen des entsprechenden
Kontaktes in der Fig. i entspricht. In den durch die Geraden Z1, Z2, Z3 und Z4 festgelegten
Zeitpunkten werden jeweils durch die Steueruhr eingeleitete Schaltungen vorgenommen,
und zwar kommen im ZeitpunktZl vorbereitende Schaltungen der Kontakte 5, 6, 8 und
9 zur Ausführung, im Zeitpunkt Z2 wird jeweils der Synchronmotor 37 durch den Kontakt
7 eingeschaltet. Der Zeitpunkt Z3 gibt das Ende bzw. den Beginn eines Kontrollzeitabschnittes
an und gleichzeitig den Augenblick der Betätigung des Kontaktes 3 bzw. 2, ferner
der Kontakte 4, 5 und 6, Der Zeitpunkt Z4 gibt den Augenblick wieder, in dem der
Synchronmotor 37 durch den Kontakt 7 abgestellt und die Steuerscheiben der Motore
33 bzw. 34 durch den Kontakt 4 wieder in die Nullstellung gebracht werden. Außerdem
werden im Zeitpunkt Z4 die Kontakte 2, 8 und 9 in ihre Ausgangslage zurückgeführt.
Am oberen Ende der Geraden Z3 ist willkürlich eine bestimmte, während des Kontrollzeitabschnittes
eingetretene Frequenzabweichung angegeben, und zwar ist diese durch die Bezeichnung
»Abw.« und durch die Zahlen o, -3, -I-4, -f-6 und -5 kenntlich gemacht. Die in der
Fig. i dargestellten Schalterstellungen entsprechen in der Fig. 2 dem durch eine
Gerade A-A gekennzeichneten Zeitpunkt.
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In der Fig.2 können vier Diagrammgruppen unterschieden werden. Die
Diagramme 2 bis 9 entsprechen den von der Uhr betätigten Kontakten, die Diagramme
2o, 27, 34 35 und 33 den von den Steuerscheiben des Synchronmotors 33 bewirkten
Umschaltungen und die Diagramme 2i, 28, 32, 36 und 34 den von den Steuerscheiben
des Synchronmotors 34 bewirkten Umschaltungen, während die Diagramme 22, 24, 26,
23, 25, 29 und 301 über die Auswirkungen der obigen Schaltfunktionen orientieren.
Um die Lesbarkeit der Fig. 2 zu erhöhen, wurden die Zeiten Z1 bis Z2, Z2 bis Z3
und Z3 bis Z4 im Verhältnis zur Länge des beispielsweise 15 Minuten betragenden
Kontrollzeitabschnittes etwas vergrößert dargestellt. Praktisch betragen Z1 bis
Z2 und Z3 bis Z4 etwa 1,5 Minuten und Z2 bis Z3 etwa 3,5 Minuten.
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Die Wirkungsweise der beschriebenen Einrichtung ist nun die folgende:
Ausgehend von der im Schema der Fig. i dargestellten Lage der Schaltelemente, die
dem Zeitpunkt A-A gemäß Fig. 2 entspricht, ersieht man, daß während des Kontaktzeitabschnittes
To gerade der Synchronmotor 33 an Spannung liegt. Wenn keine Frequenzabweichung
vorliegt, wie für diesen Kontrollzeitabschnitt angenommen, so wird dieser Synchronmotor
nach Zurücklegung einer dem Kontrollzeitabschnitt entsprechenden Anzahl von Umdrehungen
oder, da Umdrehungszahl und Periodenzahl in einem festen Verhältnis zueinander stehen,
nach der entsprechenden Zahl von Perioden, z. B. 45 000 Perioden für einen Kontrollzeitabschnitt
von T= 15 Minuten, den Umschalter 2o und damit auch die mit diesem gekuppelten
Schalter 27 und 31 umlegen. Beträgt nun die Netzfrequenz während des betrachteten
Kontrollzeitabschnittes im Mittel genau 5o Hz, so leuchtet es ein, daß diese Umschaltung
gerade in dem Augenblick stattfindet, in welchem auch der Umschalter 5 betätigt
wird, d. h. im Zeitpunkt Z3.
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Eine Wirkung auf die die Frequenzabweichung anzeigenden Mittel findet
also nicht statt. Es ist zu beachten, daß die Anzeigefahne 301 ein Pluszeichen anzeigt.
Dies kommt davon, weil die zuletzt registrierte Abweichung eine positive gewesen
ist und die Anzeigefahne in der einmal eingenommenen Lage verbleibt, bis eine Abweichung
mit anderem Vorzeichen auftritt. Während des Kontrollzeitabschnittes T1 arbeitet
der Synchronmotor 34, wobei der Synchronmotor 33 im Zeitpunkt Z4 dieses Kontrollzeitabschnittes,
durch das öffnen des Kontaktes 2, spannungslos wird. Nach Ablauf des Zeitabschnittes
7-,-Z4, welcher dazu notwendig ist, um eine Registrierung der Frequenzabweichung
bei Unterfrequenz vornehmen zu können, wird der Motor 33 durch den Umschalter 4
über den Kontakt 35 in die Auslangslage zurückgeführt, damit er für den Kontrollzeitabschnitt
T2 bereitliegt. Die abwechslungsweise Einschaltung der Synchronmotoren
33
und 34 ist für die vorliegende Einrichtung charakteristisch und ist dadurch möglich,
daß der eine Synchronmotor jeweils während der Summierzeit des anderen .in die Ausgangslage
zurückgeführt wird.
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Während des Kontrollzeitabschnittes T1 beträgt die Frequenzabweichung
laut Diagramm (Fig.2) -3 Perioden. Der Synchronmotor 34 wird sich daher langsamer
drehen, so daß er am Ende von T1 mit der Zählung der 45 000 Perioden noch
nicht fertig geworden ist. Wird jetzt der Umschalter 6 am Ende von T1 nach unten
umgeschaltet, so bleiben der Schalter 21 und die mit ihm gekuppelten Schalter 28
und 32 noch in der in der Fig. i dargestellten Lage liegen, und zwar um eine Zeitdauer,
die der Frequenzabweichung entspricht. Während dieser Zeit wird das Kupplungsrelais
22 erregt und kuppelt den bereits laufenden Synchronmotor 37 mit der Vorgabescheibe
39, wodurch letztere um einen Betrag verdreht wird, der der Zeitdauer der Frequenzabweichung
der vorhandenen mittler--n Netzfrequenz direkt verhältnisgleich ist. Das Kipprelais
K erhält über 25, 28, 8 Spannung und schließt den Kontakt 29 des Markierrelais 30,
welches die Anzeigefahne 3o1 anzieht, so daß diese jetzt das Minuszeichen zeigt.
Die Entkupplung des Synchronmotors 37 von der Vorgabescheibe 39 erfolgt, sobald
der Synchronmotor 34 die festgelegte Anzahl von Perioden gezählt hat (also z. B.
45 000 Perioden). Erst wiederum nach der Zeitdauer Z3 Z4 wird der Synchronmotor
34 durch den Umschalter 4 über den Kontakt 36 in die Ausgangslage zurückgeführt.
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In dem Kontrollzeitabschnitt T2 beträgt die Frequenzabweichung laut
Diagramm (Fig. 2) -T-4 Perioden. Die geschilderten Vorgänge wiederholen sich in
sinngemäßer Art und Weise, wobei dieses Mal die Schalter 2o, 27 und 31 vor Beendigung
des Kontrollzeitabschnittes T2 betätigt werden, entsprechend dem schneller stattfindenden
Zählvorgang durch den Synchronmotor 33. Da der Schalter 9 inzwischen nach oben umgelegt
wurde, erhält das Kupplungsrelais 22 wiederum Spannung. Gleichzeitig wird die Kipprelaisspule
24 erregt und bewirkt, daß die Anzeigefahne 301 des Markierrelais 3o abfällt und
das Pluszeichen zeigt. Die während des Kontrollzeitabschnittes TZ registrierte Frequenzabweichung
wird daher als positiv markiert. In dem Kontrollzeitabschnitt T3 wurde eine Abweichung
von -I-6 Perioden angenommen und in dem Kontrollzeitabschnitt T4 eine solche von
-5 Perioden. Die Erfassung dieser Abweichungen erfolgt in der gleichen Weise wie
für die Kontrollzeitabschnitte T1 und T2.
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Es ist selbstverständlich, daß das Zählwerk 45 als Druckwerk ausgebildet
sein kann. Ebenso können die Zeichenträger 301 und 49 derart eingerichtet sein,
daß sie zusammen mit dem Druckwerk 45 auf einem gemeinsamen Registrierstreifen abgedruckt
werden können. Die durch das Druckwerk 45 angegebenen Abweichungen können in Perioden
oder als Zeitbeträge in Sekunden angegeben werden.