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Anordnung zur elektrischen Regelung technisch-physikalischer Betriebsgrößen,
insbesondere von elektrischen Maschinen, nach dem Prinzip der indirekten Regelung
Bei der Regelung von Maschinen kann man die sogenannte indirekte Regelung benutzen,
bei der eine nur vorübergehende Änderung der zu regelnden Größe imstande ist, eine
bleibende Änderung der Regelgröße zu erzwingen. Eine Ausführungsform einer solchen
Regelung bezieht sich z. B. auf die Konstanthaltung des Dampfdruckes in Kesselhäusern,'bei
der die Drehzahl des die Feuerung beschickenden Kohlenfördermotors die Regelgröße
darstellt. Bei einer erhöhten Entnahme von Dampf aus den Kesseln wird der Dampfdruck
zunächst sinken. Diese Änderung des Dampfdruckes bewirkt nun über eine Regelapparatur
eine Steigerung der Drehzahl des Kohlenfördermotors, so * daß unter den Kesseln
mehr Kohle verbrannt wild und die Dampferzeugung gesteigert wird, demzufolge der
Druck in den Kesseln wieder steigt und seinen ursprünglichen Wert annimmt. Die indirekte
Regelung bewirkt nun, daß die erhöhte Drehzahl des Kohlenfördermotors beibehalten
wird, trotzdem der Dampfdruck wieder auf seinen ursprünglichen Wert zurückgegangen
ist., Eine Verminderung der Drehzahl des Köhlenfördermotors tritt erst ein, wenn
infolge verminderter Dampfentnahme der Kesseldruck über seinen normalen Wert hinaus
steigt. Bei dieser Regelung wirkt der Integralwert der vorübergehenden Änderung
der zu regelnden Größe (des Dampfdruckes) auf die Regelgröße (Drehzahl) ein und
bewirkt eine dem Integralwert entsprechende Änderung der Regelgröße.
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Die vorliegende Erfindung betrifft besonders zweckmäßige Anordnungen,
mit denen sich eine solche indirekte Regelung durchführen läßt, wobei vor allem
der Vorteil eintritt, daß zwischen der Änderung der zu regelnden Größe und der Ausregelung
der Regelgröße fast gar keine zeitlichen Verzögerungen vorhanden sind, so daß namentlich
die Gefahr eines Pendelns weitgehend unterdrückt ist. Ein weiterer Vorteil der Anordnun-
nach der Erfindung besteht darin, daß man keine konstante physikalische Vergleichsgröße
- (Kompensationsbatterie, Federkraft, Magnetfeld) nötig hat.
Die
Erfindung ist durch einen elektrischen Energiespeicher gekennzeichnet, auf den die
zu regelnde Größe einwirkt und an dem die Ladung das -Integral der vorübergehenden
Änderungen der regelnden Größe darstellt und der in Abhängigkeit von seiner Ladun_1-die
Regelgröße steuert.
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An sich ist es bereits bekannt, als Energiespeicher einer Stelerspannungsquelle
einen Kondensator zu benutzen. Es sollen dadurch Störungen an Glühkathoden- oder
Quecksilberdampfgleichrichtern beseitigt werden, «-elche durch Kurzschlüsse im Gleichstromnetz
verursacht sind, indem den Steuergittern der Gleichrichter von dem Kondensator staminende
Spannungen zugeführt werden, die im Kurzschlußfall den Stromdurchtritt mehr oder
weniger sperren. Demgegenüber hat der als Energiespeicher verwendete Kondensator
der Erfindung einen Regelvorgang während des normalen Betriebes durchzuführen, und
zwar derart, daß an dem Energiespeicher die Ladung das Integral der vorübergehenden
Änderungen der zu regelnden Größe darstellt. Diese Bedingung ist bei der bekannten
Anordnung nicht vorhanden, da hier der Kondensator an die Sekundärwicklung eines
Transformators ohne Vorschaltung eines etwa den Ladungsvorgang am Kondensator wesentlich
beeinflussenden Widerstandes angeschlossen ist, so daß eine Aufladung des Kondensators
nicht so erfolgen kann, daß sie das Integral der steuernden Größe, nämlich des den
Transformator primär durchfließenden Stromes, darstellt. Viehmehr erfolgt bei -dieser
bekannten Anordnung diese Auf ladung so, daß sie den jeweiligen Monientanwerten
der steuernden Größe entspricht.
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Diese Steuerung der Regelgröße von dem Energiespeicher erfolgt dabei
zweckmäßig über elektrische Entladungsgefäße mit Steuerwirkung, da dadurch die geringsten
Verzögerungen in der Regelung erreicht werden. Als Energiespeicher kann man eine
Drosselspule verwenden, insbesondere erweist sich aber ein Kondensator als zweckmäßig,
der an Abhängigkeit von vorübergehenden Änderungen der zu regelnden Größe über Widerstände
aufgeladen wird und dessen Ladung dem Integralwert dieser Änderung proportional
ist.
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Die Erfindung ist in folgendem an Hand eines Ausführungsbeispiels
näher erläutert. Es handelt sich um die indirekte Regelung der Drehzahl eines Gleichstromnebenschlußmotors
i, der z. B. ein Antriebsmotor in der Kohlenförderanlage eines Kesselhauses sein
kann. Die Regelung erfolgt in Abhängigkeit von vorübergehenden Änderungen einer
zu regelnden Größe (Dampfdruck), die auf den Zweig 3 einer Brückenschaltung mit
den weiteren Zweigen --2, 4 und 5 einwirkt. Die Einwirkung kann z. r. derart
vor "ch gehen, daß der Zweig 3 den variablen Widerstand eines Ringrohrgebers darstellt.
Der Ringrolirgeber ist mit einem vom Dampfdruck ge-@te uerten Manometer gekuppelt,
find sein X1'iderstand ändert sich dementsprechend proportional dem Dampfdruck.
Die vertikale Diagonale-der Brückenschaltung wird von einer konstanten Wechselspannung,
die mit der später erwähnten ZÄ'echselspannuiig 2i bzw. 17 identisch sein kann,
gespeist. Es erscheint dann, sobald der Widerstand des Zweiges 3 sich ändert, in
der horizontalen Diagonale eine Spannung, deren Phasenlage je nach dem Vorzeichen
der Schwankung im Zweigei gegenüber der die vertikale Diagonale speisenden Spannung
verändert ist.
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Der Gleichstromnebensclilußmotor i wird von einem Wechselstromnetz
über den Transformator 6 mit Mittelpunktsanzapfung und über die beiden Gleichrichterrohre
7 und 8 gespeist. Die Gleichrichterrohre sind als sogenannte Stromtore ausgebildet,
und mit Hilfe ilirerSteuergitterkanneine unstetigeSteuerung des gleichgerichteten
Stromes und damit auch der Drehzahl des Motors i herbeigeführt werden: Die Erregung
der Steuergitter der beiden Rohre ; und ä findet nach dem Prinzip der _leigungsstelerung
statt. Diese Neigungssteuerung wirkt durch die Veränderung der Zeitkonstante eines
Kondensator-, Widerstands- oder Kondensatorinduktivitätskreises auf die Rohre 7
und 8 ein. Zu diesem Kreis gehören die Kondensatoren 9 und io und die Trockengleichrichter
f i und 1:2 und deren gemeinsamer veränderlicher Widerstand, bestehend aus dem elektrischen
Entladungsgefäße 13. Aufgeladen wird dieser 1Teigungssteuerungskreis über die Hilfstransformatoren
1d., 13 und 16 von der auch den Transformator 6 speisenden Spannungsquelle i7. Seine
Wirkung ist so, daß die Kondensatoren 9 und io über die Trockengleichrichter i i
und 1a in jeder Periode auf den gleichen negativen Wert aufgeladen werden und sich
über das Widerstandsrohr 13 in der nächsten Halbwelle mit veränderlicher Geschwindigkeit
zu positivem Potential umladen, bis die angeschlossenen Steuergitter der Stromtore
7 und 8 den Zündwert erreicht haben. Die Veränderung des Widerstandes des Rohres
13 und damit derUmladungszeit derKondensatoren 9 und io geschieht nun gemäß
der Erfindung durch die Spannung eines Kondensators 18, der an Gitter und Kathode
des Widerstandsrohres 13 liegt und seinerseits die elektrische Integration der vorübergehenden
Änderungen der zu regelnden Größe vornimmt. Um dies zu erreichen, ist der Kondensator
18 über i zwei entgegengesetzt geschaltete Steuerrölireii 19 und:2o, z. B. Radioröhren,
an eine Wechselspannung
21 "gelegt, welche auch mit der Wechselspannung
17 identisch sein kann. Den Steuergittern der Rohre 1g und 2o ist über 'die Transformatoren
22 und-23 eine Wechselspannung zugeführt, die von der horizontalen Diagonale der
Brückenschaltung geliefert wird und den vorübergehenden Änderungen der zu regelnden
Größe entspricht. Die Schaltung ist dabei derart, daß diese Steuerung an den Rohren
1g und 2o entgegengesetzt wirkt, so daß sie in dem einen Rohr eine Schwächung der
durchgelassenen Halbwelle des Wechselstromes herbeiführt, im zweiten Rohr hingegen
eine Verstärkung. Dementsprechend führt dann die Wechselspannung 21 dem Kondensator
18 einen Wechselstrom zu, von dem die eine Halbwelle eine größere Amplitude besitzt
als die andere. Dieser Strom enthält also eine Gleichstromkomponente, und der Kondensator
18 wird von der Wechselstromquelle aus in dem einen oder anderen Sinne aufgeladen,
je nachdem das Rohr 1g oder das Rohr 2o mehr Strom durchläßt. Die Richtung und die
Stärke dieser Aufladung des Kondensators 18 ist dabei von der Phasenlage und von
der Stärke der von der horizontalen Diagonale 'der Brückenschaltung abgenommenen
Wechselspannung abhängig. Diese Spannung besitzt eine bestimmte Phasenlage, wenn
die auf den Brückenzweig 3 einwirkende zu regelnde Größe ihren Sollwert unterschreitet,
und sie besitzt eine um 1.8o ° verschobene Phasenlage, wenn diese Größe ihren Sollwert
überschreitet. Überschreitet also beispielsweise die zu regelnde Größe den Sollwert,
so wird der Kondensator 18 so lange in dem einen Sinne aufgeladen, bis die zu regelnde
Größe wieder auf ihren Sollwert zurückgegangen ist. Nachdem die momentane Stärke
des Aufladestromes der Größe der Abweichung vom Sollwert proportional ist, so findet
am Kondensator 18 eine elektrische Integration der Abweichung der zu regelnden Größe
von ihrem Sollwert statt. Entsprechend dieser Aufladung wirkt dann der Kondensator-18
über die Neigungssteuerung auf die Rohre 7 und 8 und damit auf die Drehzahl des
Motors i ein. Ist der Brückenstrom *und damit der Strom in den Transformatoren 22
und 23 gleich Null, so bleibt der Kondensator 18 auf der dann erreichten Spannung
stehen, und dementsprechend behält der Motor 1 auch seine neue Drehzahl bei.
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Die Brücke kann auch dazu benutzt werden, um zu einer von äußeren
Umständen eingestellten Größe (Belastung) eine andere Größe (Geschwindigkeit) zuzuordnen.
Es würde dann der Brückenzweig 3 von der Dampfmenge aus einem Kessel beeinflußt,
während der Brückenzweig 5 von der Geschwindigkeit des Motors, der das Kohlenförderband
antreibt, beeinflüßt wird. Die Folge ist dann, daß zu jeder Dampfmenge eine bestimmte
Motorgeschwindigkeit automatisch eingestellt wird.
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Bei Verwendung einer Drosselspule als Energiespeicher kann man den
Kondensator 18 der' Zeichnung durch die Reihenschaltung einer Drosselspule mit einem
Ohmschen Widerstand ersetzen. Die an dem -Ohmschen Widerstand auftretende Spannung
ist dann dem Steuergitter der Röhre 13 zugeführt. Bei dieser Anordnung ist ebenfalls
die Bedingung erfüllt, wonach die Ladung des elektrischen Energiespeichers (die
magnetische Energie der Drosselspule) das Integral der vorübergehenden Änderungen
der Sollgröße darstellt, wobei dann der Energiespeicher in Abhängigkeit von seiner
Ladung die Regelgröße steuert; denn der Strom in der Drosselspule und damit die
Spannung an dem der Drosselspule vorgeschalteten Ohmschen Widerstand ist proportional
dem Integralwert der Spannung an der Drosselspule. Bei dieser Anordnung müßten allerdings
die vorübergehenden Änderungen der zu regelnden Größe als entsprechend sich ändernde
Spannungen der Drosselspule zugeführt werden, während sie bei der Anordnung nach
der Zeichnung dem Kondensator als entsprechend sich ändernde Ströme zugeführt werden.
Dies läßt sich jedoch dadurch erreichen, daß man diese Ströme OhmscheWiderstände
passender Größe durchfließen läßt und die Spannungsabfälle an diesen Ohmschen Widerständen
der Drosselspule zuführt.
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Bei Verwendung einer Drosselspule als Energiespeicher steuert man
zweckmäßig Regelvorgänge, bei denen die vorübergehenden Änderungen der zu regelnden
Größe nur kurze Zeit andauern, so daß keine zu großen Ladungen aufzuspeichern sind
und dementsprechend auch die Drosselspule nicht zu groß wird. Derartige Regelvorgänge
sind beispielsweise die Regelung des Erregerstromes einer Synchronmaschine in Abhängigkeit
von der Spannung der Synchronmaschine, wobei der durch den Belastungsstrom hervorgerufene
Spannungsrückgang der Synchronmaschine durch eine entsprechende Änderung , des Erregerstromes
ausgeglichen ist.