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Einrichtung zur Drehzahlregelung von Wasser- oder Dampfturbinen
Für Wasser- oder Dampfturbinen werden Kraftmaschinenregler verwendet, die die zu regelnde Drehzahl messen und je nach Grösse und Art der Abweichung der Drehzahl vom Sollwert eine Verstellung des Turbinenleitapparates bzw. des Energiezufuhrventils im öffnenden oder schliessenden Sinne herbeiführen. Da die Kräfte, die zur Verstellung des Turbinenleitapparates notwendig sind, sehr gross sind, wird hiefür im allgemeinen eine hydraulische Steuerung mit einer oder mehreren Vorsteuerungen in entsprechenden Kammem eines Kraftservomechanismusses verwendet. Das erste Vorsteuerventil wird bei den bekannten Reglern durch mechanische Drehzahlmesseinrichtungen betätigt.
Die bestehenden Kraftmaschinen-Geschwindigkeitsregler, besonders die für die grossen Einheiten sind sehr kompliziert und gestatten nicht ohneweiteresdie einfachen Änderungen der Regelkenngrössen wahrend des Betriebes. Weiter ist es schwierig, diese Kenngrössen durch Fernsteuerung zu beeinflussen, da die jeweilige elektrisch gegebene Femsteuereinflussgrösse in eine mechanische Einflussgrösse umgesetzt werden muss. Es sind auch schon elektrische Regler bekanntgeworden, so ist z, B. in der deutschen Patentschrift Nr. 562465 eine Regelvorrichtung für Kraftmaschinen mit einem Regelmotor beschrieben, bei der ein Relais im Brückenzweig einer Wheatsons'sehen Brücke angeordnet ist, das je nach Abweichung der Drehzahl den Regelmotor drehrichtungsabhängig einschaltet.
Zwei Brückenwiderstände werden dabei einmal von einem Drehzahlanzeiger und zum andern von einem Elektromotor verstellt. Ähnlich arbeitet auch eine Enrich-
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mässig langer Zeit möglich.
Ferner ist in der brit. Patentschrift Nr. 675,835 ein elektrischer Einstelltrieb für das Ventil des hydraulischen Servomotors einer Turbine beschrieben, der mit einer der Drehzahl proportionalen Steuergleichspannung arbeitet. Diese Art der Regelung ist jedoch sehr träge, da die Auswirkung eines Regelsignals erst nach erfolgter Änderung der Drehzahl erfasst werden kann. Das in der deutschen Patentschrift Nr. 757552 beschriebene Verfahren zur selbsttätigen Regelung von elektrischen Leistungen und der Frequenz hat ebenfalls Nachteile, da erst bei Vorliegen einer Differenz der Integrale der Ist- und Solldrehzahl ein Regelsignal vorliegt. Die Verwendung der Steuergrössen nach der deutschen Patentschrift Nr. 757552 als zusätzliche Grössen zur Verbesserung des Regelverhältnisses ist jedoch recht vorteilhaft.
Die neue Einrichtung zur Drehzahlregelung von Wasser- oder Dampfturbinen vermeidet diese Nachteile. Ihr Wesen besteht darin, dass der elektrische Einstelltrieb in Einstellabhängigkeit von der Summe der je durch eine Steuergleichspannung nachgebildeten Steuergrössen a) der Drehzahlabweichung der Turbine von einer vorgegebenen Synchrondrehzahl, b) der ersten Ableitung der Drehzahlabweichung der Turbine nach der Zeit und c) der zweiten Ableitung der Drehzahlabweichung der Turbine nach der Zeit steht. Zur weiteren Verbesserung der Regelung können eine oder mehrere der folgenden zusltzlichen Steu- ergrössen vorgesehen werden
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e) die Drehzahl der Turbine, f) die Grenzstellung des Leitapparates, g) die Leistung der Turbine, i h) die Betriebsgrössen der Turbine (z. B.
Wasser-und Dampfdruck oder Wassemiveau), i) das Integral der Abweichung der Turbinendrehzahl von dem Integral der Umdrehungen bei Dreh- zahlen aber die gleiche Zeit.
Es ist schon eine Einrichtung zur Drehzah1regelung von elektrischen Kraft aschinen bekanntgeworden, bei der der Drehzahl und ändern Grössen der Turbine proportionale Steuerspannungen einem elektrischen I Regler zugeführt werden. der seinerseits einen Servomechanismus für das Turbinenhauptventil speist. Die- se Regelung arbeitet jedoch nicht mit der ersten und der zweiten Ableitung der Drehzahlabweichung der
Turbine nach der Zeit und erfüllt daher in den Fällen, in denen eine hochwertige Regeldynamik gefordert wird, nicht die Forderungen.
Ferner ist es Bekannt, zur Frequenzregelung von Kraftmaschine die Differenz der Integrale der Ist- und SolIdrehzahl bzw. die Anzahl der Umdrehungen zur Regelung der Kraftmaschine zu benutzen. Auch diese Regelgrössen genügen dann, wenn höhere Ansprüche an die Regeldynamik gestellt werden. den For- derungen nicht.
Auch die Verwendung lediglich der ersten Ableitung der Drehzahl nach der Zeit einer Kraftmaschine zur Drehzahlregelung bzw. zu ihrer Stabilisierung ist an sich bekannt, hiefür wurde insbesondere ein me-
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umständlich, da dabei mechanische Mittel verwendet werden, und genügt den grossen Anforderungen, die an die Güte einer Regelung von Wasser-oder Dampfturbinen gestellt werden, noch nicht.
DieHauptvorteile der neuen Einrichtung bestehen in ihrer grossen Genauigkeit, in ihrer einfachen Bauweise, in ihrer grossen Betriebssicherheit und in dem Vorteil. dass die Kenngrössen der Regelung sehr einfach mit Steuerspannungen beeinflusst werden können. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass dicht neben der Turbine nur der elektrische Einstelltrieb für die Steuerung des Turbinenhauptventils vorgesehen werden muss, während die meisten ändern elektrischen Bauelemente an einer entfernt aufgestellten Schalttafel od. dgl. angebracht werden können.
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tungen zur Bildung der ersten und zweiten Ableitung der Eingangsgrösse nach der Zeit, Fig. 4 die Anordnung eines induktiven Stellungsmelders am Leitapparat der Turbine, Fig.
5 die Gesamtschaltung für die Beeinflussung der Lastverteilung, Fig. 6 eine Schaltung zur Öffnungsbegrenzung der Turbine, Fig. 7a und 7b Kennlinien zur Veranschaulichung der Wirkungsweise der Schaltung nach Fig. 6.
Fig. 1 stellt ein Blockschaltbild dar. Die Verbindungslinien mit Pfeilen zu den einzelnen Symbolen stellen keine elektrischen Verbindungen oder Leitungen dar, sondern zeigen die Wirkungsrichtung der Anordnung an, die dem einzelnen Symbol zugrunde gelegt ist. Mit 1 ist eine Wasserturbine bezeichnet, mit der der Synchrongenerator 2 gekuppelt ist. Auf der Welle des Synchrongenerators 2 ist eine Tachodynamo 3 angeordnet, die mehrere Wicklungen enthält. An den Ausgang der Tachodynamo ist eine Frequenzab- weichungsmessb. ri1cke mit nachgeordneter Gleichrichteranordnung 4 angeschlossen, die ihrerseits das Differenzierglied 5 speist. Dieses kann ein Magnetverstärker. sein. Zugleich erhält das Differenzierglied 5 eine der Drehzahl der Turbine proportionale Spannung von der Tachodynamo 3.
An den Ausgang des Dif- ferenziergliedes 5 ist der elektrische Einstelltrieb 6 angeschlossen, der auf das Turbinenhauptventil 7 wirkt. Dieses betätigt seinerseits den Servomotor 8 des Leitapparates der Turbine 1. Mit dem Servomotor 8 ist ein Stellungsmelder 9 am Leitapparat verbunden, der seinerseits dem elektrischen Einstelltrieb 6 eine der Stellung des Leitapparates der Turbine proportionale Spannung zuführt. Zwischen dem Differenzierglied 5 und dem elektrischen Einstelltrieb 6 können weitere Steuerspannungen eingeführt werden, so z. B. eine dem Wasserdruck der Turbine proportionale Spannung, eine Spannung zur Regelung der Lastverteilung und eine weitere Spannung, die der Abweichung der Turbinendrehzahl von der Nenn-Drehzahl proportional ist und die die Turbine synchronisiert.
In Fig. 2 ist ein Ausführungsbeispiel der Schaltung der Blockschaltbildelemente 3 und 4, also der Tachodynamo und der FrequenzabweichungsmessbrUcke, dargestellt. Als Frequenzabweichungsmessbrücke ist eine Phasensprungbrücke verwendet. Die Tachodynamo 3, die mit der Welle des Synchrongenerators ge-
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beiden Phasensprungbrücken 11 und 11'sind gleichartig aufgebaut. Den einander entsprechenden Bauelementen sind die gleichen Bezugszeichen zugeordnet. Zur besseren Unterscheidung sind jedoch die Bezugs-
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zeichen der Phasensprungbrücke 11'durch einen Indexstrich ergänzt.
Die Phasensprungbrücke 11 besteht aus einem Transformator 13, dessen Primärwicklung über die Reihenschaltung einer Kapazität 14 und einer
Drosselspule 15sowie eines ohmschen Widerstandes 16 geschlossen ist. Die Primärwicklung des Transforma- tors 13 enthält eine Mittenanzapfung, die mit dem einen Ende der Wicklung a der Tachodynamo 3 verbun- den ist, während das andere Ende der Wicklung a an den gemeinsamen Punkt der Verbindung zwischen dem ohmschen Widerstand 16 und dem Kondensator 14 angeschlossen ist. Parallel zum Kondensator 14 liegt ein einstellbarer Kondensator 14a. Die Drosselspule 15 enthält eine Vormagnetisierungswicklung 15a.
An die Sekundärwicklung des Transformators 13 ist der Steuerstromkreis eines Hallgenerators 17 an- geschlossen, dessen Steuerwicklung 17b mit den beiden Wicklungsenden der Wicklung b der Tachodyna- mo 3 verbunden ist. Entsprechend ist der Steuerstromkreis des Hallgenerators 18 an die Sekundärwicklung des Transformators 13'angeschlossen. Die Steuerw1cklllng des Hallgenerators 18 liegt an der Wicklung a der Tachodynamo 3.
Es ist noch nachzutragen, dass in den Stromkreisen der Steuerwicklung 17b undl8b einstellbare Wider- stände angeordnet sind und dass die Vormagnetisierungswicklungen 15a und 15a'von einer einstellbaren
Gleichspannungsquelle gespeist werden. Die Hallsonden der Hallgeneratoren 17 und 18 sind in Reihe geschaltet. An ihren freien Enden liegt eine in kleinen Bereichen der Drehzahl direkt proportionale Gleichspannung.
Die Wirkungsweise der Schaltung nach Fig. 2 ist folgende :
Die auf der Welle des Synchrongenerators 2 aufgebrachte Tachodynamo 3 liefert eine der Drehzahl der Synchronmaschine proportionale Frequenz für die Phasensprungbrücken. Die Spannungen an den Phasen- sprungbrücken sind jedoch um 90 elektrisch gegeneinander verschoben, entsprechend der Anordnung der beiden Wicklungen a und b in der Tachodynamo 3. Bei einer bestimmten Drehzahl, d. h. also, einer bestimmten Frequenz der Tachodynamo, besteht für den Zweig 14, 15 Resonanz und die Widerstandswerte des ohmschen Widerstandes 16 und der ohmsche Widerstandswert der Reihenschaltung, bestehend aus Kondensator 14 und Drosselspule 15, sind gleich gross.
Durch die Primärwicklung des Transformators 13 flie- ssen also zwei gleich grosse, aber entgegengesetzt gerichtete Ströme, so dass in die Sekundärwicklung des Transformators 13 keine Spannung induziert wird.
Weicht die Speisefrequenz des Resonanzkreises von der Resonanzfrequenz, also von der Solldrehzahl, ab, dann wird je nach der Richtung der Abweichung, also je nach Erhöhung oder Erniedrigung der Drehzahl entweder der kapazitive oder der induktive Strom überwiesen, und in die Sekundärwicklung des Transformators wird eine Spannung induziert, die in dem hier gegebenen kleinen Arbeitsbereich als der Grösse der Abweichung der Frequenz von der Sollfrequenz proportional angenommen werden kann. Diese Spannung hat praktisch immer die gleiche Phasenlage zur Speisespannung. Beim Nulldurchgang wird sich die Phase um 180 el ändern.
Am Ausgang der Hallgeneratoren 17 und 18, die je für sich elektrisch und magnetisch durch zwei praktisch phasengleich oder inPhasenopposition zueinander stehende Ströme erregt werden, liegt ein pulsierender Gleichstrom mit doppelter Frequenz. Der Strom für die Erregerwicklung des Hallgenerators wird der einen Wicklung der Tachodynamo und der Steuerstrom der andern Wicklung der Tachodynamo entnom- men. Die beiden Wicklungen a und b sind gegeneinander um 900 el phasenverschoben. Die Phasensprungbrücke 11'bewirkt eine Phasenverdrehung um 900 el in der einen oder andern Richtung. Somit sind sowohl der Erregerstrom wie auch der Steuerstrom des Hallgenerators phasengleich oder um 180 el gegeneinander phasenverschoben.
In Abhängigkeit von der Grösse und Richtung der Abweichung von der Resonanzfrequenz ändert der pulsierende Gleichstrom am Ausgang der Phasensprungbrücke seine Vorzeichen. Die Frequenz des Gleichstromes folgt dem Gesetz ?. sin* w t. An den Hallsonden des Hallgenerators 18 liegt eine Gleichspannung, die dem Gesetz , cos t folgt. Bei richtiger Einstellung der Erregung der Hallgeneratoren, was mit Hilfe der einstellbaren Widerstände im Stromkreis ihrer Erregerwicklungen 17b und 18b erfolgen kann, erhält man als Summe der beiden von den Hallgeneratoren17 und 18 gelieferten Spannungen eine oberwellenfreie Gleichspannung, die in einem begrenzten Arbeitsbereich proportional der Abweichung von der Nenndrehzahl ist.
Es wird also durch die Reihenschaltung der Hallsonden der Hallgeneratoren ein Gleichrichtereffekt erzielt, dem die Gleichung
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sin* M t + zugrundeliegt.
Es bedeutet : a die von der Tachodynamo angegebene Spannung, te) die Kreisfrequenz, t die Zeit, k eine Konstante.
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Die an den freien Hallsonden anliegende Spannung ändert ihr Vorzeichen in Abhängigkeit vom Vor- zeichen derAbweichung. Damit werdenDrehzahlabweichungen praktisch trägheitslos in einen oberwellenfreien Gleichstrom umgesetzt. Die Einstellung des Sollwertes der Drehzahl des Synchrongenerators kann in den Phasensprungbrücken durch Veränderung der Grösse des Kondensators 14 oder der Drosselspule 15 erfolgen. Im Ausführungsbeispiel dienen hiezu einmal der einstellbare Kondensator 14a und 14a'und zum ändern die in Reihe geschalteten Vormagnetisierungswicklungen 15a und 15a'. Vor allem mit Hilfe dieser Vormagnetisierungswicklungen ist es möglich, den Sollwert der Drehzahl fernzusteuern.
Durch eine Reihenschaltung aus einer weiteren Drosselspule, einem Kondensator und einem ohmschen Widerstand, die parallel zur Reihenschaltung aus Kondensator 14 und Drosselspule 15 angeordnet ist, ist es möglich, die Abhängigkeit des Gleichstrom es am Ausgang der Hallgeneratoren von der Geschwindigkeit so zu erhalten, dass die Kennlinie eine grosse Steigung nahe dem Resonanzpunkt aufweist. Damit erhält man für die Bildung höherer Ableitungen ein weites Proportionalitätsgebiet und für kleine Geschwindigkeitsänderungen in der Nähe des Resonanzpunktes hohe Empfindlichkeiten. Auch die Verwendung mehrerer Phasensprungbrükken kann zur Darstellung bestimmter Kennlinien gunstig sein.
In Fig. 3 sind drei Schaltungen für Magnetverstärker dargestellt, die an sich bekannt sind und deren Wirkungsweise daher nicht näher erläutert zu werden braucht. Je nach den Gegebenheiten kann eine dieser Magnetverstärkerschaltungen als Differenzierglied verwendet werden. An ihrem Ausgang liegt eine Spannung, die der Summe der Eingangsspannung, der ersten Ableitung der Eingangsspannung und der zweiten Ableitung der Eingangsspannung nach der Zeit proportional ist. Als Eingangsspannung wird nach der Erfindung die an den freien Hallsonden der Hallgeneratoren 17 und 18 anliegende Gleichspannung verwendet, die der Abweichung der Drehzahl von der Solldrehzahl praktisch proportional ist.
Die Welle des induktiven Stellungsmelders 19 in Fig. 4 ist über ein Stahlband 20 und eine Umlenkrolle 21 mit der Kolbenstange 22 des Leitapparatservomotors 8 verbunden. Eine nicht dargestellte Feder auf der Welle des induktiven Stellungsmelders sorgt dafür, dass das Stahlband gespannt bleibt. Die Kurvenscheibe 23 des Stellungsmelders, die die Bewegung des Stahlbandes übernimmt, hat eine solche Kurven-
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Ausgangnen Leistung der Maschinen für die entsprechende Lage des Leitapparates ist, unter der Bedingung, dass alle übrigen Turbineneinflussgrössen konstant gehalten werden.
In Fig. 5 ist eine Gesamtschaltung für die Beeinflussung der Lastverteilung angegeben. Diese Schaltung ist zwischen dem elektrischen Differenzierglied 4 und dem elektrischen Einstelltrieb 6 angeordnet. Sie besteht aus drei Steuergruppen, u. zw. einer Steuergruppe 24 zur Nachbildung einer der abgegebenen Leistung der Turbine proportionalen Gleichspannung, z. B. einer Anordnung, wie sie in Fig. 4 dargestellt und beschrieben wurde. Die zweite Steuergruppe 86 liefert eine der vorgegebenen Leistung (Solleistung) der Turbine proportionale Gleichspannung (Sollspannung). Die dritte Steuergruppe 25 liefert eine dem integral der Frequenzabweichung von der synchronen Uhrzeit proportionale Gleichspannung. Die Ausgän- ge der drei Steuergruppen 24, 25 und 26 sind in Reihe geschaltet. Die Spannungen an ihren Ausgängen summieren sich.
DieSumme dieser Spannungen wirkt regelnd auf den Einstelltrieb 6 für das Turbinenhauptventil ein.
An den Ausgang des induktiven Stellungsmelders 27, der mit dem Leitapparat der Turbine gekuppelt ist, ist eine Gleichrichteranordnung 28 angeschlossen. Der Ausgang der Gleichrichteranordnung 28 ist mit den Eingangsklemmen eines Potentiometers 29 verbunden. Der Ausgang der Steuergruppe 24 ist mit einer Eingangsklemme und dem Abgriff des Potentiometers 29 verbunden. Die Steuergruppe 26 ist an eine konstante Wechselspannung angeschlossen. Sie besteht aus einer Gleichrichteranordnung und zwei mit dem Ausgang der Gleichrichteranordnung verbundenen Potentiometern 30 und 31. Die Potentiometer 30 und 31 sind dabei so geschaltet, dass sie mit ihrer einen Eingangsklemme zugleich mit einer Ausgangsklemme der Gleichrichteranordnung und derAusgangsklemme des Potentiometers 30 an die andere Ausgangsklemme der Gleichrichteranordnung angeschlossen ist.
Die Potentiometerabgriff des Potentiometers 30 ist mit der andern Eingangsklemme des Potentiometers 31 verbunden und führt zum Ausgang der Steuergruppe 26. Die Abgriffe des Potentimeters 29 der Steuergruppe 24 und des Potentiometers 30 der Steuergruppe 26 sind miteinander mechanisch gekuppelt.
Die Steuergruppe 25 besteht aus einem Differentialgetriebe 32, dessen eine eintreibende Welle mit einer genau gehenden Uhr verbunden ist, während die andere eintreibende Welle von der Welle der Synchronmaschine angetrieben wird. Die abtreibende Welle des Differentialgetriebes 32 ist mit einem induktiven Stellungsmelder 33 gekuppelt, an dessen Ausgang die Gleichrichteranordnung 34 angeschlossen ist. Am Ausgang der Gleichrichteranordnung 34 liegt das Potentiometer 35, dessen Ausgang wiederum zum Ausgang der Steuergruppe 25 führt.
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Die Wirkungsweise der dargestellten Schaltung ist folgende :
Im Kreis zwischen Differenzierglied 4 und elektrischem Einstelltrieb 6 werden die von dem Potentiometer 29, 30, 31 und 35 abgegriffenen Spannungen summiert. An den Abgriffen des Potentiometers 29 liegt eine Gleichspannung, die der abgegebenen Leistung der Maschine proportional ist. Die Gleichspannung
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lung des Potentiometerabgriffes 29 kann dabei die Statik vom Höchstwert, also z. B. soja, linear verkleinert werden bis auf Null 0 ; 0. Falls es notwendig ist, besteht die Möglichkeit, auch eine negative Statik zu er- zielen, indem man den festen Punkt am Pluspol des Potentiometers 29. lÍcht am Ende des Potentiometers, sondern in einer Zwischenstellung abgreift.
Das Petentiometer 30 der Steuergruppe 26 wird mit einer konstanten Gleichspannung gespeist. Durch Änderung des Abgriffes des Potentiometers 30 kann die Solleistung eingestellt werden, wie dies auch mit den Verstellmotoren an den üblichen mechanischen Geschwindigkeitsreglern möglich ist. Die Zusammen- schaltung der Potentiometer 30 und 31 ermöglicht es, die Skala des Potentiometers 31 direkt in Prozen- ten der Leistung aufzuteilen. Durch die mechanische Kupplung der Abgriffe der Potentiometer 29 und 30 ist die Spannung am Potentiometer 30 proportional der eingestellten Statik, d. h. bei kleiner Statik ist auch die Spannung, die am Potentiometer 30 anliegt, klein. Somit kann durch Veränderung der Einstellung des
Potentiometerabgriffes 31 der Synchrongenerator von Leerlauf bis Vollast unabhängig von der Statik be- lastet werden.
Das Potentiometer 35 ist für die Regelung nach der genauen Uhrzeit vorgesehen. Mit dem
Differentialgetriebe 32, das einerseits von einer genauen Uhr und anderseits von der Welle des Synchron- generators gedreht wird, erhält man an der Abtriebswelle des Differentialgetriebes 33 eine Bewegung, die dem Integral der Frequenzabweichung proportional ist. DieseBewegungwird überden induktiven Stellungs- melder 33 und die Gleichrichteranordnung 34 in eine ihr proportionale Gleichspannung umgeformt, die gleichzeitig dem Integral der Frequenzabweichung proportional ist. Am Ausgang der Gleichrichteranord- nung 34 und damit am Potentiometer 35 liegt demnach eine Steuerspannung zur Ausregelung der Abwei- chung der Frequenz von der genauen Uhrzeit.
Auf die gleiche Weise können in den Regelkreis zwischen Differenzierglied 4 und elektrischem Ein- stelltrieb 6 weitere Steuerspannungen eingeführt werden. Da die Steuergruppen 24,25, 26 elektrisch die
Turbinenregelung beeinflussen, ist es möglich, eine einfache Fernsteuerung vorzunehmen und die Steuer- gruppen in einer gesonderten Schalttafel zusammenzufassen.
Bei Wasserkraftmaschinen ist es notwendig, eine Leistungsbegrenzung vorzusehen, d. h. die Öffnung des Leitapparates zu begrenzen. Auch diese zusätzliche Steuerung lässt sich leicht durchführen, indem dem Regelkreis eine zusätzliche Steuerspannung zugeführt wird. Hiedurch wird verhindert, dass sich der Leitapparat der Turbine über eine beliebige einstellbare Lage öffnet. Anderseits ist es möglich, zur Wassereinsparung die Turbine nach einem vorgegebenen Fahrplan zu fahren.
In Fig. 6 ist eine Schaltung zur Bildung einer Steuerspannung für die Öffnungsbegrenzung dargestellt.
Sie besteht aus zwei in Reihe geschalteten Gleichrichtern 36 und 37 und aus der Reihenschaltung von zwei Gleichrichtern 38 und 39 mit entgegengesetzter Durchlassrichtung. Parallel zur Reihenschaltung der Gleichrichter 38 und 39 ist die Reihenschaltung von zwei gleichgrossen ohmschen Widerständen 40 und 41 angeordnet. Die Verbindung des Gleichrichters 38 mit dem ohmschen Widerstand 40 liegt gleichzeitig an dem gemeinsamen Punkt der Gleichrichter 36 und 37. Mit dem gemeinsamen Punkt des Gleichrichters 39 und des ohmschen Widerstandes 41 ist die Reihenschaltung eines ohmschen Widerstandes 42a und der Steuerwicklung 42 eines Magnetverstärkers nach der in Fig. 3 dargestellten Schaltung verbunden.
Zwischen dem gemeinsamen Punkt der Gleichrichter 38 und 39 und dem gemeinsamen Punkt der ohmschen Widerstände 40 und 41 ist eine konstante Gleichspannung angeordnet, die mit ihrem Pluspol am gemeinsamen Punkt der Gleichrichter anliegt. Zwischen dem Eingang des Gleichrichters 36 und einer gemeinsamen Sammelschiene P liegt eine Hilfsspannung E. Zwischen dem Ausgang des Gleichrichters 37 und der gemeinsamen Sammelschiene P liegt eine weitere Hilfsspannung Ex'während zwischen der gemeinsamen Sammelschiene P und dem Ausgang der Steuerwicklung 42 eine der Öffnung des Leitapparates proportionale Gleichspannung eingeführt ist. Die negativen Potentiale der Spannungen E und E und Er liegen an der gemeinsamen Sammelschiene P.
Die Wirkungsweise der dargestellten Schaltung ist folgende :
Der Strom, der durch die Steuerwicklung 42 fliesst, beeinflusst stark den Regelkreis und hebt die Wirkung der übrigen Steuerspannungen auf. Der ohmsche Widerstand 42a stellt den ohmschen Widerstand der Steuerwicklung 42 dar. Er kann auch zusammengefasst gedacht sein mit einem eventuell vorgesehenen Regelwiderstand.
Die Hilfsspannung Eo erzeugt in den beiden Kreisen, bestehend aus dem ohmschen Widerstand 40 und dem Gleichrichter 38 und aus dem ohmschen Widerstand 41 und dem Gleichrichter 39, zwei
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der entweder gleich oder kleiner ist als der Strom 101'Ist dieser Strom grösser als 1., wandert sich die Stromrichtung, da der Gleichrichter 38 sperrt, d. h. der Gleichrichter 38 sorgt dafür, dass der Strom auf den Wert 101 begrenzt wird. Im Gleichrichter 39 kann in der angegebenen Richtung ein beliebig grosser Strom fliessen, da sich beide Ströme addieren.
Steigt die Steuerspannung hiedurch bleibt der Strom i der Steuerwicklung 42 konstant, solange, bis der Spannungsabfall am ohmschen Widerstand 42 den Wert
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die Hilfsspannung E so fliesst durch die Steuerwicklung 42 kein Strom, da die Gleichrichter 36 und 37 sperren. Ist die Steuerspannung Er gleich der Hilfsspannung E, beginnt der Strom i in der entgegengesetzten Richtung zu fliessen und steigt in seiner Grösse mit der weiteren Erhöhung der Spannung Er. Die Stromrichtung ist durch einen gestrichelten Pfeil aufgezeichnet und fliesst vom positiven Pol der Spannung Er
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kreis der Steuerwicklung 42 möglich, die Turbine in der Weise zu regeln, dass diese auch zur Aufrechterhaltung einesstabilen Netzbetriebes zu benutzen ist.
Mit dieser Einrichtung ist also die Regelung der Tuxbinennach einer bestimmten Kennlinie möglich.
Bei Wasserkraftmaschinen kann man z. B. mit Hilfe des Kondensators im Resonanzkreis der Phasensprungbrücke die Kennlinie so wählen, dass die Netzfrequenz bei i liegt. Die Turbine arbeitet dann normal mit Öffnungsbegrenzung, die kontinuierlich mit der Hilfsspannung E2 eingestellt werden kann. Die Hilfsspannung E stellt man für diesen Fall auf Null. Sinkt die Netzfrequenz unter den Wert f, was einem Leistungsmangel gleichkommt, dann wird selbsttätig die Turbine mehr Leistung abgeben. Steigt die Frequenz über den Wert 3, was einer Abschaltung der Verbraucher gleichkommt, schliesst die Turbine selbsttätig, bis wieder die Nennfrequenz erreicht wird.
Auf diese Weise kann die zur Verfügung stehende Leistung bei Wasserturbinen, die aber wegen Wassermangels nicht ausgenutzt werden kann, kurzzeitig zur Aufrechterhaltung eines stabilen Netzbetriebes benutzt werden.
Bei Dampfturbinen, die z. B. die Netzfrequenz regeln sollen, dabei aber nicht unter und nicht über eine bestimmte Leistung belastet werden dürfen, wählt man die Nennfrequenz bei f. Die Dampfturbinen
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halb dieses Intervalls wird die Absenkung bzw. die Steigung der Leistungsabgabe selbsttätig gesperrt.
Die Schaltung gestattet leicht, dem Regler die verschiedensten Arbeitskennlinien zu geben. Mit Änderung des Widerstandes 42a werden die Neigungen für die Begrenzungslinie eingestellt. Durch Änderung der Statik wird der Beitrag der Turbine auf die Frequenzregelung eingestellt. Mit Hilfe der zusätzlichen Widerstände und Trockengleichrichter ist es möglich, auch andere Kennlinien zu verwirklichen.
Bei einer Regelung nach dem Integral der Frequenzabweichung gilt die gleiche Kennlinie wie in Fig. 7b dargestellt, nur mit dem Unterschied, da3 an Stelle der Frequenz das Integral der Frequenzabweichung bzw. die Zeit aufgetragen wird. Diese Art der Regelung ist wichtig für die direkte Frequenzleistungsregelung. Für grosse Turbinen und besonders für Dampfturbinen muss eine Sicherheitssteuerung vorgesehen werden, die bei einer bestimmten und einstellbaren Überdrehzahl unabhängig von der übrigen Steuerung die Turbine abschaltet. Hiefür kann ein elektrisches Sicherheitsventil mit Ruhestromprinzip vorgesehen werden, das in Abhängigkeit von einer vorgegebenen Drehzahl die Drehzahlregelung der Turbine abschaltet und das Steuerventil schliesst.
Zur Bestimmung der Überdrehzahl kann durch eine Steuerspannung wie-
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derum eine Frequenzabweichungsmessbrücke, z. B. eine Phasensprungbrücke, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist, verwendet werden.
In den Ausführungsbeispielen werden die Steuergleichspannungen mit Ausnahme der Steuerspannung für die Sicherheitssteuerung immer in dem Stromkreis zwischen Differenzierglied und elektrischem Regler für das Ventil des hydraulischen Servomotors der Turbine angeordnet. Selbstverständlich ist es auch mög- lich, die Steuerspannungen auf andere Weise in den Regelkreis einzuführen. So z. B., indem ein geson- derter Magnetverstärker mit mehreren Steuerwicklungen zwischen Differenzierglied und elektrischem Ein- stelltrieb der Turbine angeordnet ist, dessen Steuerwicklungen von je einer oder der Summe von Steuer- spannungen beaufschlagt werden.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, auf dem elektrischen Einstell- trieb mehrere Steuerwicklungen anzuordnen, die von den einzelnen Steuerspannungen oder ihrer Summe beeinflusst werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Einrichtung zur Drehzahlregelung von Wasser- oder Dampfturbinen, bei denen der elektrische Einstelltrieb für das Ventil des hydraulischen Servomotors der Turbine im Sinne der Einhaltung einer vorge- gebenen Drehzahlkennlinie durch Steuergleichspannungen beeinflusst ist, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Einstelltrieb in Einstellabhängigkeit von der Summe der je durch eine Steuergleichspannung nachgebildeten Steuergrössen a) der Drehzahlabweichung der Turbine von einer vorgegebenen Synchrondrehzahl, b) der ersten Ableitung der Drehzahlabweichung der Turbine nach der Zeit und c) der zweiten Ableitung der Drehzahlabweichung der Turbine nach der Zeit steht.