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Einrichtung zum Regeln von elektrischen Anlagen mit Hilfe von Stromimpulsen
Die Erfindung betrifft ,ein Verfahren zum Regeln von elektrischen Anlagen, z. B.
elektrischen Maschinen oder Transformatoren, mit Hilfe von Stromimpulsen, deren
Häufigkeitwährend einer bestimmten Zeit ein Maß für irgendeinen Istzustand der zu
regelnden Anlage darstellt.
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Die Erfindung besteht darin, daß eine Uhr während einer bestimmten
Zeitspanne die Stromi:mp:ulse einer Zähleinrichtung zuleitet. An diese Zähleinrichtung
ist eine Steuereinrichtung angeschlossen, und diese führt4eine Regelung .in einem
bestimmten Sinne aus, wein die gezählte Anzahl von Stromimpulsen (Istzahl) nicht
die Sollzahl erreicht hat. Die Steuereinrichtung bleibt untätig, wenn die Sollzahl
erreicht ist, und sie führt eine Regelung im entgegengesetzten Sinne herbei, wenn
die Sollzahl von Stromimpulsen überschritten ist.
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Die Erfindung soll an Hand von Ausführungsbeispielen erläutert werden.
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Abb. i zeigt eine Anordnung, für deren Verwendung Voraussetzung. ist,
daß:die Stromimpulse in ausreichend großem zeitlichem Abstand kommen, so @daß ein
Schrittschaltwerk sicher arbeiten kann.
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Durch die Leitung i gelangen, über Aden Schalter .2 dielen Istzustandmeldenden
Stromimpulse zu dem Magneten 3 eines Schrittschaltwerkes. Auf ;der Achsel des zugehörigen
Zahnrades 4 sitzt eine Kontaktscheibe 5 mit einem Stromzuführungsning 6 und einer
leitend damit verbundenen Schleiffeder 7, die von innen gegen die Kontaktflächen
8 oder 9 j e nach dem Maße der bewirkten Drehung der Scheibe 5 anliegt. Auf @dein
Kontaktring 6 schleift ein Kontaktstück io, das über einen Schalter i i an eine
Hilfsstromque@lle 34 gelegt werden kann. Steuerglieder führen von den Schaltern
2 und i i zu der Uhr 12. Von den Kontaktflächen 8 und 9 gehen Leitungen 13,
14 zu den Magneten 15, 16 eines zweiten S chrittschaltwerkes. Die
Schaltklinken und die zugehörigen Zahnräder 17, 18 sind so angeordnet, daß durch
Speisender Spule 15 ,das Schaltwerk im einen, durch Speisender Spule i6 ,im entgegengesetzten
Sinne .gedreht werden kann. Auf der Welle idieses Sahrittschaltwerkes sitzt eine
Kontaktwalze i9 mit einem Kontaktbelag 2o, dem die Kontaktfinger 21 bis 26 gegenüberliegen.
Von Aden Fingern führen Leitungen zu einem unterteilten Widerstand 27, :der:imStromkreise
,derErregerwicldun@g28 einer Gleichstrommaschine 29 liegt, von deren Kommutator
die Sammelschienen 30 gespeist werden. Die Wirkungsweise ist folgende: Von
der Gleichstrommaschine 2.9 findet eine bestimmte Stromlieferung an das Netz 30
statt. Diese Stromlieferung soll beispielsweise mittels -des Impuls,frequenzverfahrens
konstant gehalten werden. Hierzu kann man in die vom gelieferten Strom durchflossene
Leitung einen Zähler einschalten, dessen umlaufender Teil bei jeder- Umdrehung eine
kommutierende Kontakteinrichtung stduert. Jede
Steuerung hat einen
Stromstoß (Impuls) zur Folge, und ;die_während einer bestimmten Zeit (der Meßzeit)
abgegebene Zahl von Innpulsen stellt ein Maß ider-tatsächlich.gelieferten n Leistung
dar. In der Bereitschaftslage sind die Schalter 2 und I I geöffnet, und Klinke
3 1 ist von der Uhr 1.2 ausgehoben, so sdaB eine nicht besonders gezeichnete
Rückstellfeder idie Kontaktscheibe 5 so weit zurückgedreht hat, bis der Stift 32
an dem Anschlag 33 anliegt. Die Uhr schließt zu Beginn,der Meßzeit den S chalter
2. Infolge der ankommenden Str omimpulse wird (das Zahnraid 4 und ,damit auch ;die
Kontaktscheibe 5 im Uhrzeigersinne gedreht.
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Am Ende der Meßzeit öffnet die Uhr 12 deri Schalter 2 und schließt
den Schalter i i. Hat dann die Stromlieferung das erforderliche Maß überschritten,
so ist ,die Kontaktscheihe 5 so weit gedreht, idaß die Kontaktfeder 7 an der Kontaktfläche
9 anliegt. Es fließt daher über Erde, Stromquelle 34, Schalter i i, Kontaktstück
i o, Kontaktring 6, Kontaktfeder 7, Kontaktfläche 9, Leitung 14, Magnetspule 16
ein Strom, das Schrittschaltwerk wird entgegengesetzt dem Uhrzeigersinne gedreht,
der dir Erregerwicklung 28 vorgeschaltete Teil des Widerstandes 27 vergrößert und
infolgedessen die Klemmenspannung vermindert, so daß auch eine Verminderung der
Stromlieferung stattfindet.
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Soll eine entsprechende Regeleinrichtung durch tdieselben Stromimpulse
gesteuert werden, die zur Fernmessung dienen, so kommen etwa 5 bis io Impulse sekundlich
an, und ein Schrittschaltwerk wird in ider verfügbaren Zeit nicht sicher arbeiten.
Abb. 2 zeigt eine für diesen Zweck geeignete Regeleinrichtung.
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40 ist die Schaltuhr, die idurch den Schalter 41 die :die Stromimpulse
führende Leitung 42 mit dem Steuerapparat 43 der Relaisanordnung 47 verbindet. Die
Uhr steuert ferner den Schalter 44 in der Regelleitung 45 und einen Schalter 46,
der die Relaisanordnung 47 an eine Stromquelle anschließt.
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Der Steuerapparat 43 wirkt auf vier Relais 48 bis 51, die Teile des
Steuerapparats sein können. Das erste Relais 48 steuert .einen Kontakthebel, der
ahwechselnd an zwei festen Kontakten anliegt. Von :den letzteren führen Leitungen
zu zwei Kontakthebeln, die von dem Relais 49 bewegt werden. Von Iden festen Kontakten
führen Leitungen zu vier Kontakthebeln usw. Aus der Zeichnung ist ersichtlich, daß
mit vier Relais Stromwege zu 16 Kontakten hergestellt werden können. Der Gbersichtlicbkeit
halber ist nur diese Zahl gewählt.
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In :der Regel werden derartige Relaisanordnungen mit ,acht Relais
und 64 Endkontakten ausgeführt, und wenn mehr als 64 - Impulse gezählt werden sollen,
kann eine zweite Relaisanordnung dahintergeschaltet werden, die jedesmal um eins
weiterzählt, wenn die erste Relaisanordnung 64 Stromimpulse aufgenomznen hat. Es
können .infolgedessen über 4000 Stromstöße gezählt werden, ein Betrag, der für die
weitaus meisten praktisch vorkommenden Fälle ausreichen dürfte.
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Der Steuerapparat 43 steuert die Relaisanordnung 47 @in folgender
Weise: Wenn in der bestimmten Meßzeit beispielsweise fünf Impulse eingehen, so sind
am Schluß der Meßzeit die Relais 48 bis 5o erregt, d. h. ein Stromweg zu dem mit
5 bezeichneten Kontakt der Relaisanordnung 47 hergestellt. Gehen acht Impulse eiin,
so isst am Ende der Meßzeit nur das Relais 51 erregt usw. Zu diesem Zweck arbeitet
der Steuerapparat 43 'so, daß bei dem ersten Impuls der Meßzeit Idas Relais 48 erregt
wird. Beim zweiten Impuls wird das Relais 49 erregt, das Relais 48 dagegen entregt.
Beim dritten Impuls wird außer dem schon erregten Relais 49 das Relais 48 wieder
erregt. Beim vierten Impuls wird das Relais 5o erregt, und die vorher erregten Relais
48 und 49 werden entregt. Der fünfte Impuls bewirkt, daß außer dem schon erregten
Relais 5o noch das Relais 48 anspricht. Beim sechsten Impuls wird das Relais 48
stromlos und 49 erregt, wobei das Relais 50 noch erregt bleibt. Die Relais
48 bis 5i stellen also :die Impulszahlen in Potenzen der Zahl 2 dar. Dabei entspricht
das Relais 48 2°, 49 entspricht 21, 5o entspricht 22 und 51 entspricht 23 (Dualzahlensystem).
Eine iderartige Vorrichtung zur Auflösung eines eine Größe darstellenden Zahlenwertes
in eine Summe von Potenzen vonezwei ist für die Zwecke der Fernmessung schon bekanntgeworden
und braucht daher nicht in .ihren Einzelheiten dargestellt und beschrieben zu werden.
Es werde jetzt die Betrachtung des Ausführungsbeispiels fortgesetzt.
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Beträgt der Sollwert der Impulse io, so könnte man einfach die Leitungen
o bis 9 mit einer Einrichtung verbinden, die in einem Sinne regelt, und :die Leitungen
i i bis 15 mit einer anderen Einrichtung, die im entgegengesetzten Sinne
regelt. Man ist ;dann gezwungen, sämtliche gezeichneten Kontakte und Kontakthebel
tatsächlich auszuführen. Für die dargestellte Schaltung genügt das Vorhandenseinder
an einer punktierten oder stark ausgezogenen Leitung liegenden Kontakte und Kontakthebel,
wobei noch :die Möglichkeit gegeben ist, die Regelung auf vier verschiedene, allerdings
nebeneinanderliegende Sollwerte einzustellen. Es sind nämlich die den Werten 9 bis
13 entsprechenden Leitungen zu .den Kontakten 5:2 bis 56 eines Umschalters
57 geführt. Auf diesen Kontakten schleifen zwei gemeinsam drehbareKontakthebel 58,
59, von
denen der erstere mit der Magnetspüle 6o, der zweite mit
.der Magnetspule 61 verbunden ist. Die Magnetspule 6o steuert einen Schalter 71
in der Regelleitung 45, die Magnetspule 61 einen an die genannte Leitung angeschlossenen
Kontakthebel 62, der entweder an dem Kontakt 63 oder :dem Kontakt 64 anliegt. Mit
dem Kontakthebel 6a ist ein Kontakthobel 65 verbunden, der bei der Umsteuerung nach
rechts sich gegen den Kontakt 66 legt und die Magnetspule 61 über den Widerstand
67 und die Stromquelle 68 an Erde legt. Die Wirkungsweise ist folgende: Zu Beginn
der Meßzeit schließt .die Uhr die Schalter 41 und ¢6, der Schalter 44 ist geöffnet,
und auch die übrigen Teile nehmen die gezeichnete Stellung ein. Die über Leitung
42 in .die Zähleinrichtung 43 gelangenden Stromstöße steuern in der dem Dualzahlensystem
entsprechenden Folge die Relais 58 bis 5 i, und am Ende der Meßzeit wird der Schalter
41 geöffnet und der Schalter 44 geschlossen.
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Abhängig von der in der Meßzeit ermittelten Impulszahl tritt folgendes
ein: Sind neun Stromimpulse oder weniger gezählt, so ist die Relaisanordnung 47
wirkungslos geblieben. Beim Schließendes Schalters 44 fließt daher vonErde eüber
Stromquelle, Schalter-44, Leitung 45, Schalter 74 Kontakthebel 62, Kontakt 63 ein
Strom zur Regelanoridnung 69 und verstellt ein Regl:erorgan in ,dem Sinne, daß während
(der nächsten Meßzeit mehr Stromimpulse zu erwarten sind.
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Werden während der Meßzeit gerade zehn Stromimpulse gezählt, so fließt
von Erde über Stromquelle, Schalter 46 ein Strom durch die Relaisanordnung 47 zur
Leitung io und über Kontakt 53, Kontakthebel 58, Magnetspule 6o zur Erde. Der Schalter
71 wird .daher geöffnet. Schließt jetzt die Uhr den Schalter 44, so wird keine Regelung
stattfinden, da die Regelleitung 45 unterbrochen ist.
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Sind während der Meßzeit elf Stromimpulse oder mehr gezählt, so wird
in dem Augenblick, wo über die Relaisanordnung 47 die Leitung i i an Spannung gelegt
wird, ein Strom über Kontakt 54, Kontakthebel 59, Magnetspule 61 zur Erde fließen.
Die Kontakthebel Eil und 65 werden nach rechts herumgelegt. Infolgedessen fließt
ein Strom von Erde über Stromquelle 68, Widerstand 67, Kontakt 66, Kontakthebel
65, Magnetspule 61 zur Erde. Die beiden Schalthebel werden in der Stellung rechts
festgehalten, auch wenn beliebig mehr Impulse gezählt werden und die Leitung i i
spannungslos wird.
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Schließt jetzt nach Ablauf der Meßzeit die Schaltuhr 4o den Schalter
44, so fließt von Erde über Stromquelle, Schalter 44, Regelleitung 45, Schalter
71, Kontakthebel 62, Kontakt 64 ein Strom zur Regeleinrichtung, die ein Regelorgan
in :dem Sinne verstellt, daß für die Folge eine verminderte Zahl von Stromimpulsen
zu erwarten ist.
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Die Regeleinrichtung ist im vorliegenden Falle als Schrittschaltwerk
angedeutet und mit dem von der Leitung 64 gespeisten Magneten ist ein Schalter
70 verbunden, der beim Arbeiten ,des zugehörigen Magnetkerns geschlossen
wird und hierdurch die Magnetspule 61 zeitweise kurzschließt. Die Rückstellfede.r
kann infolgedessen die Schalthebel 62 und 65 wieder nach links in die Bereitschaftslage
umlegen. Selbstverständlich muß auch vor Beginn einer neuen Meßzeit die Relaisanordnung
47 in die Bereitschaftslage zurückgeführt werden.
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Bei beiden Ausführungsbeispielen wird der Regelwiderstand (in Abb.
i derWiderstand @d27) während einer Meßzeit ,durch die Magnete des Schrittschaltwerkes
(in Abb. i die Magnete 15, 16) nur um je eine Stufe verstellt, auch
wenn (die Abweichung des Istwertes von dem Sollwert ,größer als nur einer Regelstufe
entsprechend,ist. In diesem Falle wird während der nächsten Meßzeit der Regelwiderstand
um eine weitere Stufe in der erforderlichen Richtung verstellt. Man wird die neue
Meßzeit unverzüglich folgen lassen, wenn schnelle Regelungen erwünscht sind. Wenn
weniger häufig geregelt werden soll, kann man aber auch eine beliebig lange Pause
einschieben. Damit nicht ein zufällig vorn Sollwert abweichender Istwert (z. B.
eine Stromspitze beim Anlassen eines Motors) eine Regelung zur Folge hat, empfiehlt
es sich, bei langsamer Regelung zwischen die Regelleitung und .die Regeleinrichtung
Zeitrelais einzufügen, die ihren auf Grund des Meßergebnisses begonnenen Arbeitsweg
nur vollenden, wenn eine inzwischen erfolgtezweiteMessung das gleiche Ergebnis gehabt
und damit die Notwendigkeit der Regelung bestätigt hat. Der Betrieb wird dann stetiger,
@da unnötige Schaltungen vermieden werden, und es werden auch die entsprechenden
Schalteinrichtungen geschont und ihre Lebensdauer verlängert.
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Außer zum Regeln elektrischer Maschinen kann die beschriebene Einrichtung
auch zum Regeln anderer Maschinen sowie zum Zu- und Abschalten von Transformatoren,
Umformern, Gleichrichtern usw. verwendet werden.
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Die .im Ausführungsbeispiel beschriebenen Schrittschaltwerke kann
man auch durch Regeleinrichtungen anderer Bauart, z. B. durch solche mit Verstellmotoren,
ersetzen.