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Vorrichtung zum selbsttätigen Regeln von Kraftmaschinen, insbesondere
zum Antrieb von Wechselstromerzeugern Es ist bekannt, den Gang von Uhren, die durch
an das Leitungsnetz angeschlossene Synchronmotoren angetrieben werden, in der Weise
zu regeln, daß die Frequenz des erzeugten Wechselstromes in Abhängigkeit von einem
Kontrolluhrwerk in der Zentrale geregelt wird. Ein solches Kontrolluhrwerk hat gewöhnlich
zwei Zeiger, von denen der eine durch ein mechanisches, genau gehendes Uhrwerk angetrieben
ist, während der andere seinen Antrieb durch einen an das Wechselstromnetz angeschlossenen
Synchronmotor erhält. Bei normaler Frequenz haben die beiden Zeiger gleiche Winkelgeschwindigkeit,
bei abweichender Frequenz ändert sich die Winkelgeschwindigkeit des durch den Synchronmotor
angetriebenen Zeigers, und dieser wird gegenüber dem anderen Zeiger (Vergleichszeiger)
zurückbleiben oder voreilen. Die Stellung der Zeiger wird von einer Bedienungsperson
von Zeit zu Zeit kontrolliert, die durch Beeinflussung der Antriebsmaschine des
Generators eine Erhöhung oder Herabsetzung der Periodenzahl des Netzes veranlaßt,
bis beide Zeiger wieder dieselbe Stellung zum Zifferblatt eingenommen haben bzw.
mit gleicher Winkelgeschwindigkeit umlaufen. Es ist bereits vorgeschlagen worden,
mit Hilfe von Blenden o. dgl. und lichtelektrischer Zellen Relais in Tätigkeit zu
setzen, die eine automatische Regelung der Stromerzeuger hinsichtlich der Frequenz
und damit des Laufes der Uhren bewirken. Bei diesen Anordnungen werden die Blenden
in Abhängigkeit von der zu regelnden und von der Vergleichsgeschwindigkeit bewegt,
und es erfolgt bei gewissen Frequenzabweichungen eine Belichtung der die Regelbewegungen
bewirkenden Zellen.
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Die Erfindung betrifft eine andere Ausgestaltung einer solchen Einrichtung,
und zwar werden erfindungsgemäß die Zeiger der Kontrolluhr mit optischen Einrichtungen
ausgestattet, die den bei Voreilen oder Zurückbleiben des frequenzabhängigen Zeigers
auffallenden Lichtstrahl zur Einwirkung auf die lichtelektrischen Zellen bringen.
Bei derartigen Uhren wird also der Zeiger, welcher in Abhängigkeit von der Periodenzahl
angetrieben wird, und/oder der andere Zeiger, dessen Antrieb ein genaues mechanisches
Uhrwerk liefert, dazu benutzt, mit Hilfe an den Zeigern vorgesehener optischer Einrichtungen
bei Frequenzabweichungen einen Lichtstrahl derart abzulenken oder zu brechen, daß
der Lichtstrahl auf eine oder mehrere lichtelektrische Zellen einwirken kann, wodurch
ein Signal ausgelöst oder auf die Regelvorrichtung der Antriebsmaschine der Wechselstromerzeuger
eingewirkt werden kann. Als optische Einrichtungen können lichtbrechende, wie Linsen
oder Prismen, oder
reflektierende, wie Spiegel oder Prismen, Verwendung'
finden. Handelt es sich nun darum, bei abweichender Frequenz ein Signal auszulösen,
und ist der Sinn der Abweichung gleichgültig, so braucht nur der eine dem Zifferblatt
näher liegende Zeiger mit einer optischen Einrichtung ausgestattet zu werden, während
der andere Zeiger gewissermaßen als Abblendvorrichtung die optische Einrichtung
des ersteren verdeckt, solange eine normale Periodenzahl eingehalten wird.
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Soll eine selbsttätige Regelung bewirkt werden, so muß der Lichtstrahl
verschieden abgelenkt werden, je nachdem der eine Zeiger dem andern vorauseilt oder
zurückbleibt; es müssen dann beide Zeiger optische Einrichtungen erhalten. Der Lichtstrahl
wird vom ersten Zeiger beispielsweise durch ein Prisma zu einem Spiegel des zweiten
Zeigers gelenkt und gelangt von diesem auf verschiedene lichtelektrische Zellen,
je nachdem der erste Zeiger vorausgeeilt oder zurückgeblieben ist. Ferner müssen
Einrichtungen vorgesehen sein, welche die Lichtstrahlen unabhängig von der Stellung
der Zeiger auf diese gelangen lassen; und Abschirmeinrichtungen, die nur einen Lichtstrahl
bzw. ein -Strahlenbündel; und zwar das vom Zeiger reflektierte oder -abgelenkte,
in die lichtelektrischen Zellen gelängen lassen, dagegen fremdes Licht abhalten.
Statt eine feststehende Lichtquelle und Spiegel oder andere optische Systeme zu
verwenden, kann auch die Lichtquelle mit dem einen Zeiger mitbewegt werden.
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Die Erfindung läßt sich sowohl bei solchen Periodenkontrolluhren anwenden,
bei denen die beiden Zeiger normalerweise scheinbar in Ruhe verbleiben, als auch
bei jenen, bei welchen die Zeiger normalerweise über das Zifferblatt wandern.
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Ausführungsbeispiele sind .in den Abbildungen schematisch dargestellt.
Abb. r veranschaulicht eine Einrichtung, durch die bei abweichender Frequenz lediglich
ein Signal ausgelöst werden soll.
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Das Zifferblatt der Kontrolluhr ist mit a bezeichnet, und zwar soll
es sich um eine solche Kontrolluhr handeln, bei welcher, beide Zeiger normalerweise
nicht über das Zifferblatt wandern: Der vom mechanischen normalen Uhrwerk angetriebene
Zeiger b ist dem Zifferblatt näher angeordnet und trägt einen Spiegel c. Der andere,
vom Synchronmotor angetriebene Zeiger d ist so ausgebildet, daß er bei normaler
Frequenz den Zeiger b überdeckt. Die von einer Lichtquelle e ausgehenden Lichtstrahlen
werden durch einen Spiegel f gegen die Zeiger hin reflektiert. Bei normaler Frequenz
wird der Spiegel c durch den Zeiger d abgeschirmt, bei abweichender Frequenz jedoch
verschiebt sich der Zeiger d gegenüber dem Zeiger b, und es kann ei: Lichtstrahl
bzw. ein Strahlenbündel durch de: Spiegel c auf die lichtempfindliche Zelle geworfen
werden, wodurch ein Signal aus gelöst wird. Der Schirm g verhindert da Eindringen
fremden Lichtes, insbesonder, direkten Lichtes der Lichtquelle c, in di lichtempfindliche
Zelle, doch kann selbst verständlich die lichtempfindliche Zelle aucl mit besonderen
Blenden ausgestattet sein, 6 nur das Eindringen eines Lichtstrahls au, bestimmter
Richtung gestatten.
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Als lichtempfindliche Zelle h kann ein( Alkalizelle Verwendung finden,
in der durcl das Licht Elektronen ausgelöst werden, wa: eine gewisse Leitfähigkeit
ergibt, oder e: kann eine Selenzelle Anwendung finden, derer Widerstand durch das
absorbierte Licht ge. ändert wird, ferner können auch Thermo. elemente Verwendung
finden, in denen absorbiertes Licht bzw. Wärmestrahlen eine EMK erzeugen, oder bolornetrische
Widerstände, deren Widerstand sich ändert, unc andere.
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Die Abb. 2 und 3 zeigen schematisch eine Frequenzkontrolluhr, deren
beide Zeiger mit optischen Einrichtungen versehen sind, urr bei Frequenzabweichungen
in dem einen oder anderen Sinne eine selbsttätige Regelung zu bewirken. Abb. q.
veranschaulicht schematisch den Strahlengang bei einer solchen Einrichtung.
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Vor einem Zifferblatt a ist der dem Zifferblatt näher liegende Zeiger
b angeordnet, der einen Spiegel c trägt und von einem genau gehenden mechanischen
Uhrwerk angetrieben wird. Der vom Zifferblatt weiter entfernte Zeiger d ist vom
Synchronrnotor angetrieben und mit einer optischen Einrichtung, z. B. einem Prisma
i, ausgerüstet. Beide Zeiger befinden sich bei normaler Frequenz dem Zifferblatt
gegenüber in Ruhe.
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Übersteigt beispielsweise die Frequenz die normale Periodenzahl, so
bewegt sich der Zeiger d im Uhrzeigersinne vom Zeiger b weg und gelangt in die Stellung
dl (Abb. 3 und 4). Dann wird ein Strahlenbündel e durch das Prisma i. gegen den
Spiegel c des Zeigers b abgelenkt und von diesem Spiegel zur lichtelektrischen Zeile
w:, reflektiert. Durch die lichtelektrische Zelle kann über Verstärkerröhren und
Relais eine entsprechende Beeinflussung der Antriebsmaschine des Wechselstromerzeugers
erfolgen, so lange, bis die Netzfrequenz normal geworden ist und der Zeiger d in
seine normale Lage zurückgekehrt ist. Wird die normale Netzfrequenz unterschritten,
so entfernt sich der Zeiger d im entgegengesetzten Sinne vom Zeiger b, gelangt in
die Stellung d. (Abb. q:), und der Weg des Lichtstrahlbündels geht dann über
den
Spiegel c in die lichtelektrische Zelle w2, die die entgegengesetzte Regelung der
Antriebsmaschine für den Wechselstromerzeuger herbeiführt. Auch in diesem Falle
sind Abschirinvorrichtungen g, g, vorgesehen, die das Eindringen des direkten Lichtes
der Lichtquelle e in die lichtempfindlichen Zellen verhindert. Statt dieser Schirme
können auch besondere Blendvorrichtungen vorgesehen sein, die nur Lichtstrahlen
in bestimmter Richtung in die Zellen eindringen lassen.
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Statt eine feststehende Lichtquelle zu benutzen, deren Strahlen zweimal
gebrochen bzw. abgelenkt oder reflektiert werden müssen, könnte auch eine Lichtquelle
mit dem einen Zeiger bewegt werden, beispielsweise könnte ein kleines Lämpchen auf
dem Zeiger d selbst angeordnet sein, dessen Strahlen, je nach der Stellung des Zeigers
d gegenüber dein Zeiger b, durch den Spiegel c auf verschiedene lichtelektrische
Zellen geworfen werden.
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Der Einfachheit halber ist bei den Ausführungsbeispielen angenommen,
daß die Zeiger der Kontrolluhr sich normalerweise in Ruhe befinden, doch ist die
Erfindung sinngemäß auch anwendbar bei allen Kontrolluhren, deren Zeiger gemeinsam
über das Zifferblatt wandern, dann müssen nur besondere optische Vorrichtungen vorgesehen
sein, um von einer feststehenden Lichtquelle die Lichtstrahlen mit entsprechendem
Winkel auf die Zeiger fallen zu lassen, gleichgültig, in welcher Stellung sie sich
gerade befinden. Diese besonderen optischen Vorrichtungen können erspart werden,
wenn sich die Lichtquelle mit dem einen Zeiger bewegt, so daß es dann nur auf die
gegenseitige Lage der beiden Zeiger ankommt.