DE489555C - Device for regulating an operating size, e.g. B. the speed of an electrical machine using a normal vibration system - Google Patents
Device for regulating an operating size, e.g. B. the speed of an electrical machine using a normal vibration systemInfo
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Description
Vorrichtung zur Regelung einer Betriebsgröße, z. B. der Drehzahl einer elektrischen Maschine unter Verwendung eines Normalschwingungssystems Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur elektrischen Regelung einer Betriebsgröße durch einen Ausgleichsstrom, der durch eine in Abhängigkeit von der Änderung der zu regelnden Betriebsgröße erfolgende Frequenzänderung der elektrischen Schwingungen eines Hilfsschwingungssystems erzeugt wird. Die Verwendung von Hilfsnormalschwingungskreisen für Regulierzwecke ist an sich - jedoch mit anderer technischer Wirkungsweise - bekannt, und zwar in Verbindung mit einem eine mechanische Regelvorrichtung, z. B. einen -Zentrifugalregler, antreibenden Motor, dessen Lauf von der Differenz zwischen der konstanten und der zu regelnden Frequenz abhängig ist. Im Gegensatz dazu besteht das Wesen der Erfindung darin, daß die bei Änderung der Betriebsgröße sich ändernde Phasenverschiebung zwischen Strömen (oder Spannungen) von einer der Betriebsgröße entsprechenden Frequenz und Strömen (oder Spannungen), die einem durch Ströme der genannten Frequenz erregten Normalschwingungssystem entnommen werden, dazu benutzt wird, um im Regelkreise einen Strom zu erzeugen, der sich in Abhängigkeit von der Betriebsgröße ändert. Die Erzeugung dieses Regelstromes durch die beiden Ströme (oder Spannungen) veränderlicher gegenseitiger Phasenverschiebung erfolgt dabei fast trägheitslos, z. B. durch ein Elektronenrelais oder ein anderes möglichst trägheitsloses Relais.Device for controlling an operating variable, e.g. B. the speed of a electric machine using a normal oscillation system The invention relates to a device for the electrical control of an operating variable by a Compensating current that is generated by a depending on the change in the Frequency change of the electrical oscillations of an auxiliary oscillation system taking place in the operating variable is produced. The use of auxiliary normal oscillation circuits for regulation purposes is known per se - but with a different technical mode of operation - namely in Connection to a mechanical control device, e.g. B. a centrifugal regulator, driving motor whose running depends on the difference between the constant and the depends on the frequency to be regulated. In contrast, there is the essence of the invention in that the phase shift between Currents (or voltages) of a frequency corresponding to the operating variable and Currents (or voltages) excited by currents of the specified frequency Normal oscillation system are taken, is used to in the control loop a Generate electricity that changes depending on the size of the company. The production this control current through the two currents (or voltages) mutually variable mutually variable Phase shift takes place almost without inertia, z. B. by an electronic relay or another relay that is as inert as possible.
Als Normalschwingungssystem kann eine Stimmgabel, ein abgestimmter elektrischer Resonanzkreis oder irgendein Übertragergebilde mit bestimmter Eigenfrequenz dienen. Ein solches Gebilde kann für ein System verwendet werden, in welchem die Frequenzen der dem Gebilde aufgedrückten Schwingung von der des zu regelnden Systems verschieden sind.A tuning fork, a tuned electrical resonance circuit or any transmitter structure with a certain natural frequency to serve. Such a structure can be used for a system in which the Frequencies of the vibration imposed on the structure from that of the system to be regulated are different.
Im "wesentlichen wird das Ziel dadurch erreicht, daß auf `den Eingangs- bzw. Ausgangskreis einer Dreielektrodenröhre einerseits periodische Ströme oder Spannungen von einer der zu regelnden Betriebsgröße entsprechenden Frequenz, andererseits Ströme oder Spannungen gleicher Frequenz, aber verschiedener Phase, die dem Normalschwingungssystem entnommen werden, einwirken.In essence, the goal is achieved in that the input or output circuit of a three-electrode tube on the one hand periodic currents or Voltages of a frequency corresponding to the operating variable to be controlled, on the other hand Currents or voltages of the same frequency but different phase that form the normal oscillation system are removed, act.
Als Ausführungsbeispiel der Erfindung sei im folgenden die Regelung der Geschwindigkeit eines Gleichstrommotors beschrieben, jedoch ist die Anwendung der Erfindung nicht hierauf beschränkt.As an exemplary embodiment of the invention, the following is the scheme the speed of a DC motor, but the application is the invention is not limited to this.
Sobald durch die Geschwindigkeit der zu regelnden Maschine die der Betriebsgröße entsprechende Frequenz mit der Resonanzfrequenz des Normalschwingers übereinstimmt und die dem Elektronenrelais aufgedrückten Spannungen genau entgegengesetzte Phase haben, fließt kein Strom durch den mit dem Elektronenrelais verketteten Regelstromkreis. Bei einer Geschwindigkeitsänderung jedoch erfolgt eine relative Phasenverschiebung der beiden aufgedrückten Potentiale, so daß positive Teilgrößen der aufgedrückten Potentiale auf den beiden kalten Elektroden des Elektronenrelais innerhalb jeder Periode zusammenfallen und einen Stromfluß erzeugen. Die Geschwindigkeit der Maschine ist nun so eingestellt, daß sie für einen bestimmten Wert dieses Stromflusses, der z. B. durch eine Feldwicklung der Maschine fließt, stabil ist. Eine Erhöhung oder Verminderung der Geschwindigkeit hat dann eine Änderung dieses Stromflusses für Regelzwecke zur Folge.As soon as the speed of the machine to be controlled Operating variable corresponding frequency with the resonance frequency of the normal oscillator matches and the voltages applied to the electronic relay have exactly opposite phase, no current flows through the with the electron relay chained control circuit. However, if the speed changes, an relative phase shift of the two impressed potentials, so that positive Partial sizes of the applied potentials on the two cold electrodes of the electron relay coincide within each period and generate a current flow. The speed the machine is now set so that for a certain value of this current flow, the z. B. flows through a field winding of the machine, is stable. An increase or a reduction in speed then has a change in this current flow for control purposes.
In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise näher veranschaulicht.The invention is illustrated in greater detail in the drawing, for example.
Die Abb. i zeigt einen Nebenschlußmotor mit magnetischen Polen i, dessen Nebenschlußwicklung 2 an eine Stromquelle 3 über einen Schalter 38 angeschlossen ist, während ein veränderlicher Anlaßwiderstand q. sich in dem dazu parallelen Stromkreis über den Anker 6 und Bürsten 5 befindet. Zwei um 18o' elektrisch voneinander getrennte Kollektorsegmente sind über zwei Schleifringe 8 und 9 in einen Stromkreis 7 eingeschaltet, dessen Wechselstrom über den Zweig 23 durch einen Transformator 24 und die Regelwicklung =o des Motors dem Anodenkreis 12 einer elektrischen Entladevorrichtung 13 aufgedrückt wird. Die Regelwicklung =o ist so angeordnet, daß ihre Wirkung die der Wicklung 2 bei einer Verminderung der Motorgeschwindigkeit erhöht und bei deren Erhöhung vermindert. Parallel zur Regelwicklung befindet sich ein Kondensator =i, der dazu dient, den vom Kreise 12 aufgedrückten unterbrochenen Strom gleichmäßig wirken zu lassen. Durch eine Stimmgabel 18, die vorzugsweise durch die im Wechselstromkreis 7 liegende Magnetspule =g beeinflußt wird, werden in der Spule 2o elektrische Schwingungen erzeugt, welche über den Stromkreis 21 dem Gitter 16 der Röhre 13 aufgedrückt werden. Dieser Stimmgabelkreis ist also hochselektiv; der Übertragerkreis hat eine scharfe Resonanzkurve.Fig. I shows a shunt motor with magnetic poles i, the shunt winding 2 of which is connected to a current source 3 via a switch 38, while a variable starting resistance q. is located in the parallel circuit via armature 6 and brushes 5. Two collector segments electrically separated by 18o 'are connected to a circuit 7 via two slip rings 8 and 9, the alternating current of which is applied to the anode circuit 12 of an electrical discharge device 13 via branch 23 through a transformer 24 and the control winding = o of the motor. The control winding = o is arranged in such a way that its effect increases that of winding 2 when the motor speed is reduced and decreases when it increases. In parallel to the control winding there is a capacitor = i, which serves to allow the interrupted current imposed by the circuit 12 to act evenly. A tuning fork 18, which is preferably influenced by the magnetic coil = g located in the alternating current circuit 7, generates electrical vibrations in the coil 20 which are pressed onto the grid 16 of the tube 13 via the circuit 21. This tuning fork circle is therefore highly selective; the transformer circuit has a sharp resonance curve.
Die Wirkung dieser Anordnung ist nun die folgende: Die Eigenfrequenz der Stimmgabel 18 ist so gelegt, daß sie etwas oberhalb der Normalfrequenz der Maschine liegt, so daß letztere etwa in der Mitte des aufsteigenden Teiles der Resonanzkurve der Stimmgabel liegt. Infolge der Dämpfung der Stimmgabel sind nun die StromimpuIse, die in dem Stromkreis 21 durch die erzwungenen Stimmgabelschwingungen erzeugt werden, nicht ganz um =8o ° in der Phase von den Maschinenschwingungen verschieden. Dadurch entsteht bei jeder Schwingungsperiode einen Augenblick lang in der Röhre 13 ein Spannungszustand, bei dem sowohl Gitter als auch Anode positiv sind. In diesem Augenblick fließt jedesmal ein kurzer Strom durch die Röhre 13 und somit auch durch die Spule =o. Wenn nun die Frequenz der Maschine steigt, so steigt auch die Frequenz der Stimmgabel nach einem Punkte hin, der sich dem Scheitel ihrer Resonanzkurve nähert; gleichzeitig aber steigt, ebenfalls infolge der Annäherung an den Resonanzpunkt, die Amplitude der im Stromkreise 21 erzeugten und dem Gitter 16 aufgedrückten Spannungen. Dadurch entsteht eine Vergrößerung des im Stromkreise =o, 12 fließenden Stromes. Wenn die Maschinenfrequenz sinkt, tritt die umgekehrte Wirkung ein. Ein Ansteigen des Stromes in der Feldwicklung =o erzeugt eine Abnahme der Maschinengeschwindigkeit und dementsprechend eine Abnahme des Stromes in der Feldwicklung eine Zunahme der Maschinengeschwindigkeit.The effect of this arrangement is as follows: The natural frequency of the tuning fork 18 is set so that it is slightly above the normal frequency of the machine, so that the latter lies approximately in the middle of the rising part of the resonance curve of the tuning fork. As a result of the damping of the tuning fork, the current impulses that are generated in the circuit 21 by the forced tuning fork vibrations are not quite different in phase from the machine vibrations by 80 °. As a result, with each oscillation period, a voltage state arises for a moment in the tube 13, in which both the grid and the anode are positive. At this moment a short current flows through the tube 13 and thus also through the coil = o. When the frequency of the machine increases, the frequency of the tuning fork also increases towards a point which approaches the apex of its resonance curve; at the same time, however, also as a result of the approach to the resonance point, the amplitude of the voltages generated in the circuit 21 and impressed on the grid 16 increases. This results in an increase in the current flowing in the circuit = 0.12. If the machine frequency decreases, the opposite effect occurs. An increase in the current in the field winding = o produces a decrease in the machine speed and, accordingly, a decrease in the current in the field winding produces an increase in the machine speed.
Einen erheblichen Einfluß hat außer der Amplitudenänderung auch die Phasenänderung der den erzwungenen Stimmgabelschwingungen entsprechenden elektrischen Schwingungen im Kreise 21 gegenüber den im Kreise 23 vorhandenen Schwingungen, die bei Änderung der Betriebsgröße eintritt.In addition to the change in amplitude, the Phase change of the electrical ones corresponding to the forced tuning fork vibrations Vibrations in the circle 21 compared to the vibrations present in the circle 23, the occurs when the size of the establishment changes.
Eine ähnliche Anordnung, bei der indessen das Normalschwingungssystem nicht in einer Stimmgabel, sondern in einem elektrischen Schwingungskreise besteht, ist in Abb. 2 gezeigt. Das Schwingungssystem besteht aus einer Spule 25 und einem Kondensator 26, die mit einem Teil der Sekundärwicklung des Transformators 24 verbunden sind, der außerdem die Heizspannung für die Kathode =q. der Röhre 13 liefert. Der Schwingungskreis wird wieder, wie nach Abb. i, auf eine von der normalen Betriebsfrequenz abweichende Frequenz abgestimmt, so daß jene einem Punkt auf dem aufsteigenden Teil der Resonanzkurve des Schwingungskreises entspricht. Die Motorgeschwindigkeit ist konstant, wenn der Strom, der in der Feldwicklung io fließt, einen bestimmten Wert hat, der eben durch die Lage des der Maschinenfrequenz entsprechenden Punktes auf der Resonanzkurve bestimmt ist. Eine Vergrößerung der Maschinengeschwindigkeit hat dann wieder eine Vergrößerung der in der Feldwicklung =o fließenden Ströme zur Folge und umgekehrt. Die Gittervorspannung 22 ist so bemessen, daß alle Werte des aufgedrückten Wechselpotentials imstande sind, den Wert des Impulsstromes im Stromkreise i2 während der Perioden positiven Anodenpotentials zu verändern.A similar arrangement, in which, however, the normal oscillation system consists not in a tuning fork, but in an electrical oscillation circuit, is shown in Fig. 2. The oscillation system consists of a coil 25 and a Capacitor 26 connected to part of the secondary winding of transformer 24 are, which also the heating voltage for the cathode = q. the tube 13 delivers. Of the The oscillating circuit is again, as shown in Fig. I, at one of the normal operating frequency different frequency tuned so that those a point on the ascending part corresponds to the resonance curve of the oscillation circuit. The engine speed is constant when the current flowing in the field winding io has a certain value which is due to the position of the point corresponding to the machine frequency the resonance curve is determined. An increase in the machine speed has then again an increase in the currents flowing in the field winding = 0 result and vice versa. The grid bias 22 is dimensioned so that all values of the imprinted AC potential are able to determine the value of the pulse current in the circuits i2 during of the periods of positive anode potential.
Die Wirkungsweise der Anordnungen nach Abb. i und 2 ist in dem Diagramm der Abb. 5 näher erläutert: Die Anodenspannung ist durch die Kurve a dargestellt, während c die Gitterspannung unter normalen Bedingungen bezeichnet. Wenn die Gitter- und Anodenspannungen genau um 18o' in der Phase voneinander verschieden sind, so fließt kein Strom durch die Röhre 13. Dieser Fall ist dargestellt durch die Kurve L. Normalerweise ist jedoch die Phasenverschiebung stets von 18o' verschieden, dies soll durch die Lage c der Gitterspannungskurve veranschaulicht werden. Das kleine Dreieck e entspricht dann dem Zustande, daß sowohl Anoden- als auch Gitterspannung der Röhre 13 zugleich positiv sind und somit ein Strom durch die Feldwicklung io fließt. Wenn nun die 14taschinenfrequenz steigt, so verändert sich die Phasendifferenz zwischen der Anoden- und der Gitterspannung derart, daß die Abweichung vom Werte i8o° größer wird, was durch die Kurve d angedeutet ist. Dadurch aber wird der Bereich der gleichzeitigen positiven Gitter- und Anodenspannung vom Werte e auf den Wert f vergrößert und somit auch der Strom in der Feldwicklung io. Eine Verminderung der Maschinenfrequenz hat die umgekehrte Wirkung zur Folge.The mode of operation of the arrangements according to Figs. I and 2 is explained in more detail in the diagram of Fig. 5: The anode voltage is shown by curve a, while c denotes the grid voltage under normal conditions. If the grid and anode voltages are exactly 18o 'different in phase from one another, no current flows through the tube 13. This case is represented by curve L. Normally, however, the phase shift is always different from 18o', this should be indicated by the Position c of the grid voltage curve can be illustrated. The small triangle e then corresponds to the condition that both the anode voltage and the grid voltage of the tube 13 are positive at the same time and a current thus flows through the field winding io. If the machine frequency increases, the phase difference between the anode voltage and the grid voltage changes in such a way that the deviation from the value of 80 ° becomes greater, which is indicated by curve d. However, this increases the range of the simultaneous positive grid and anode voltage from the value e to the value f and thus also the current in the field winding io. A reduction in the machine frequency has the opposite effect.
In Abb. 3 wird der dem Schwingungskreis aufzudrückende Strom in wirksamer Weise von einem besonderen, durch den Motor angetriebenen Generator abgenommen. Die Wicklung 30 auf dem Feldkern 28 und das Zahnrad 27 erzeugen zusammen in der Wicklung einen Wechselstrom, dessen Frequenz derGeschwindigkeit undderZahl derZähneproportional ist. Ein vom magnetischen Kreise des Motors entnommener magnetischer Fluß fließt im magnetischen Felde dieses Generators. Die Änderung des Flusses, wenn die Zähne des Induktors vor den Polschuhen 29 durchlaufen, hat die Erzeugung von Wechselstrom im Anker zur Folge. Dieser Strom wird auf einen parallel geschalteten Resonanzkreis, der aus einer Spule 25 und einem Kondensator 26 besteht, begrenzt durch den Miderstand 32, gegeben. Änderungen des Potentials am Kondensator 26 werden dein Eingangskreis 16, 14 der Röhre 13 aufgedrückt.In Fig. 3, the current to be applied to the oscillating circuit is effectively taken from a special generator driven by the motor. The winding 30 on the field core 28 and the gear wheel 27 together generate an alternating current in the winding, the frequency of which is proportional to the speed and the number of teeth. A magnetic flux taken from the magnetic circuit of the motor flows in the magnetic field of this generator. The change in the flux when the teeth of the inductor pass in front of the pole pieces 29 results in the generation of alternating current in the armature. This current is fed to a parallel-connected resonance circuit, which consists of a coil 25 and a capacitor 26, limited by the mid-stand 32. Changes in the potential at the capacitor 26 are impressed on the input circuit 16, 14 of the tube 13.
Da die Frequenz des dem Gitterkreise aufgedrückten Potentials im Verhältnis der Zahl der Induktorzähne zur Zahl der Feldpole größer als die Frequenz des dem Anodenkreis aufgedrückten Potentials ist, so ist es, um die in beiden Richtungen erfolgenden Änderungen der Spannungen, die dem Gitter während der verhältnismäßig langen Zeitspannen positiven Anodenpotentials zugeführt werden, wirksam zu machen, erforderlich, die Gittervorspannung 22 so einzustellen, daß im Ausgangsstrom eine integrierende Wirkung erzielt wird. Zu diesem Zwecke muß das Gitterpotential so eingestellt werden, daß diese Potentialschwankungen auf einem gekrümmten Teil der Gitterspannung-Anodenstrom-Charakteristik auftreten.Since the frequency of the potential impressed on the lattice circles in relation to the number of inductor teeth to the number of field poles greater than the frequency of the dem Anode circuit is imposed on potential, so it is to go in both directions changes in the voltages applied to the grid during the relative long periods of positive anode potential are applied to make them effective, required to adjust the grid bias 22 so that in the output current a integrating effect is achieved. For this purpose the grid potential must be like this be set so that these potential fluctuations on a curved part of the Grid voltage-anode current characteristics occur.
Nach Abb. 4 treibt der Motor einen Generator mit der gleichen Anzahl von Polen an, so daß die erzeugte Frequenz derjenigen des Motors gleich ist. Strom aus dein Generator wird einem in Reihe geschalteten Resonanzschwingungskreise, der aus einer IndnktanG 25 und einem Kondensator 26 besteht, begrenzt durch den Widerstand 32, gegeben. Potentiale über diesen `IVIderstand werden der Anordnung 13 aufgedrückt.According to Fig. 4, the motor drives a generator with the same number from poles so that the generated frequency is equal to that of the motor. current Your generator becomes a series-connected resonance oscillation circuit, the consists of an inductance 25 and a capacitor 26, limited by the resistor 32, given. Potentials above this level are impressed on the arrangement 13.
Der Betrieb dieses Systems ist gleich dein in Abb.2 gezeigten. Motorgeschwindigkeitsänderungen mit Änderungen der resultierenden Frequenz rufen eine entsprechende. Änderung des über den Schwingungskreis übertragenen Stromes hervor. Das System in Abb. 4 kann so eingerichtet werden, daß es wie das in Abb. 3 betrieben wird, indem man die Zahl der Generatorpole und damit die Frequenz ändert. Die Änderung kann eine Erhöhung oder eine Verminderung in bezug auf diejenigen des Motors sein, wobei es unwesentlich für den Betrieb ist, den die Abb. 3 und 4. veranschaulichen, welches die relativen Werte der Frequenzen sind.The operation of this system is the same as that shown in Figure 2. Engine speed changes with changes in the resulting frequency call an appropriate. Change of the current transmitted through the oscillating circuit. The system in Fig. 4 can be set up to operate like the one in Fig. 3 by adding the number the generator poles and thus the frequency changes. The change can be an increase or a diminution with respect to those of the engine, whichever is negligible for the operation illustrated in Figs. 3 and 4, which are the relative Values of the frequencies are.
Claims (7)
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US489555XA | 1924-11-19 | 1924-11-19 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE489555C true DE489555C (en) | 1930-01-28 |
Family
ID=21957339
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DEW71039D Expired DE489555C (en) | 1924-11-19 | 1925-11-20 | Device for regulating an operating size, e.g. B. the speed of an electrical machine using a normal vibration system |
Country Status (1)
Country | Link |
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DE (1) | DE489555C (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2523179A (en) * | 1947-01-03 | 1950-09-19 | Syntron Co | Weight checking sampler |
DE758330C (en) * | 1938-07-22 | 1953-08-03 | Siemens Schuckertwerke A G | Arrangement for the automatic regulation of technical-physical operating parameters |
DE1122146B (en) * | 1955-04-22 | 1962-01-18 | Muirhead & Co Ltd | Device for keeping the speed of an electric motor constant |
-
1925
- 1925-11-20 DE DEW71039D patent/DE489555C/en not_active Expired
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---|---|---|---|---|
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