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Einrichtung zur Konstanthaltung der Drehzahl von Antriebsmaschinen.
Um die Drehzahl von Antriebsmaschinen unveränderlich zu halten, sind Einrichtungen erforderlich, die von der Drehzahl selbst oder von Grössen gesteuert werden, die ihrerseits von der Drehzahl oder der Belastung abhängen und die bewirken, dass das Drehmoment der Antriebsmaschine ihren verschiedenen Belastungen derart angepasst wird, dass die Umdrehungszahl unabhängig von der Belastung stets die gleiche bleibt. Es sind verschiedene Einrichtungen dieser Art bekannt. So derwendet man vielfach Fliehkraftregler, die z. B. die Grösse eines im Erregerkreis eines als Antriebsmaschine dienenden Elektromotors liegenden Widerstandes beeinflussen oder den Dampfschieber einer als Antriebsmaschine dienenden Dampfmaschine betätigen oder allgemein ausgedrückt, auf diejenigen Organe der Antriebsmaschine einwirken, durch welche deren Drehmoment gereglt werden kann.
Diese Einrichtungen besitzen aber alle mehr oder weniger mechanisch bewegte Teile und einen durch die Massenträgheit und das Spiel der bewegten Teile verringerten Empfindlichkeitsgrad. In vielen Fällen wird aber eine hohe Empfindlichkeit gefordert und stets ist die rein elektrische Beeinflussung des Drehmomentes der mechanischen Regelung vorzuziehen.
Gegenstand der Erfindung ist eine Einrichtung zur Konstanthaltung der Drehzahl von Antriebsmaschinen, welche mit wachsender Belastung in ihrer Drehzahl abfallen, bei welcher mit der Antriebs-
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gerade dieser Gleichstrommaschinen mit dem geraden Teil der Spannungskurve zusammenfallen und es soll die konstant zu haltende Drehzahl der Antriebsmaschine die kritische Tourenzahl für die Selbsterregung sein, so dass schon geringe Abweichungen von dieser Tourenzahl grosse Spannungsänderungen in der selbsterregten Gleichstrommaschine zur Folge haben, welche so geschaltet ist, dass ihre Spannungs- änderung jeweils einen der Drehzahländerung der Antriebsmaschine entgegenwirkenden Strom erzeugt.
Die Erfindung sei an den in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Fig. 1 stellt den Fall dar, dass ein Gleichstromspannungsumformer 1-11 (Motorgenerator) Gleichstromhochspannung in Gleichstromniederspannung derart umformen soll, dass er auch bei variabler Hochspannung und variabler Belastung eine konstante Niederspannung abgibt. Als Antriebsmaschine kommt in diesem Falle ein gewöhnlicher Nebenschlussmotor, welcher annähernd konstante Drehzahl geben würde, wegen der Rundfeuergefahr beim Einschalten und bei Spannungsschwankungen im Primärnetz nicht in Betracht. Verwendet man aber einen Serienmotor oder einen stark kompoundierten Nebenschlussmotor für den Antrieb der Niederspannungsmaschine, so ergibt sich der Nachteil, dass die Drehzahl mit veränderlicher Belastung stark variiert.
In Fig. 1 ist als Antriebsmaschine ein Seriemotor 1 gezeichnet, welcher ausser der Hauptstromerregerwicklung H noch eine Hilfserregerwicklung Z trägt, welche von der selbsterregten Gleichstrommaschine 111 gespeist wird, die von der Welle des Umformeraggregates unmittelbar angetrieben wird. Die Niederspannungsmaschine 11 ist auf das Gleichstromnetz A geschaltet und soll eine möglichst konstante Gleichstromspannung liefern.
Die selbsterregte Gleichstrommaschine III, für welche die normale Drehzahl des Umformers die kritische Umdrehungszahl bedeuten soll, bei welcher sie unter dem Einfluss der einsetzenden Erregung stark ihre Spannung ändert, dient hier als Erregermaschine für einen zusätzlichen Erregerstrom und man kann es durch den Richtungssinn der Ampèrewindungen der Wicklung Z gegenüber denen der Wicklung H erreichen, dass der Zunahme der Drehzahl eine rasche Verstärkung des Feldes, der Abnahme der Drehzahl eine rasche Schwächung des Feldes der Antriebsmaschine 1 entspricht, so dass wesentliche Änderungen der Drehzahl des Umformers nicht ein-
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treten können.
Hiebei ist es gleichgültig, ob als Ursache der Drehzahländerung eine Änderung der Primärspannung des Netzes N1 oder der Belastung der Maschine 11 in Frage kommt.
Fig. 2 stellt den Fall dar, dass eine Dampfturbine 1 ohne mechanischen Regulator eine Beleuchtungs- maschine 11 antreibt. An sich würde die Drehzahl einer solchen Turbine mit ihrer Belastung sinken und damit würde ein erhebliches Sinken der Spannung an der Gleichstrommaschine verbunden sein. Kuppelt man aber gemäss der Erfindung mit der Dampfturbine 1 eine zweite Maschine III, welche eine selbsterregte Gleichstrommaschine ist, deren Widerstandsgerade bei der normalen Drehzahl des Aggregates in die Richtung des geraden Teiles ihrer Charakteristik fällt und schaltet diese auf eine Hilfsbelastung, z. B. einen Widerstand W, so ist die selbsttätige Regulierung wie folgt. Eine Steigerung der Drehzahl der Dampfturbine, z.
B. infolge Entlastung der Maschine 11, ruft eine erhebliche und rasche Steigerung der Spannung der Maschine 111 hervor, welche dann durch den Widerstand W belastet ist. Der Wider- stand W ist so zu bemessen, dass die zusätzliche Belastung mindestens gleich der Belastungsverminderung ist, so dass eine wesentliche Änderung der Drehzahl nicht eintritt und die Spannung der Maschine 11 praktisch konstant bleibt.
Fig. 3 zeigt einen Fall, der eine für drahtlose Telegraphie verwendbare Umformergruppe zur
Erzeugung von Hochfrequenz betrifft, deren Drehzahl konstant gehalten werden soll. Es bedeutet wieder
1 den Antriebsmotor, 11 die Hochfrequenzmaschine, 111 die mit beiden direkt gekuppelte Gleichstrom- maschine, deren kritische Tourenzahl die normale Drehzahl der Umformergruppe ist. Der Motor 1 besitzt ausser einer unveränderlichen Nebenschlusserregerwicklung Z1 eine durch einen Schnellregler S regulier- bare, vom Netz aus gespeiste Erregerwicklung Z2'Die Hoûhfrequenzmaschine 11 soll nun mit möglichst konstanter Tourenzahl angetrieben werden, damit die erzeugte Frequenz der Abstimmung der Empfangs- apparate entspricht.
Auch in diesem Ausführungsbeispiel wird jede Drehzahländerung eine rasche Span- nungsänderung an der Maschine 111 bewirken, welche auf-den Schnellregler in dem Sinne einwirkt, dass er die Erregung der Maschine 1 verstärkt, wenn die Drehzahl eine steigende, sie aber schwächt, wenn die Drehzahl eine fallende Tendenz hat. Die Kombination des Schnellreglers S mit der Maschine 111 stellt in diesem Falle die Verbindung zweier hoch empfindlicher Einrichtungen dar, welche der Drehzahl- änderung der Gruppe entgegenwirken.
Fig. 4 schliesslich stellt eine Anordnung dar, bei welcher die Antriebsmaschine 1 dazu dient, eine
Hilfserregermaschine für einen Generator 11 zu betreiben, welcher den Strom für die Antriebsmaschine 1 liefert. Als Hilfserregermasehine dient in diesem Falle die selbsterregte Gleichstrommaschine 111, deren
Eigenschaften die bereits mehrfach erwähnten sein sollen. Der Strom der Maschine 111 durchfliesst eine
Hilfserregerwicklung Z2 des Generators II, welche die Haupterregerwieldung Zi unterstützt oder ihr entgegenwirkt. Die Wirkungsweise ist folgende : Sinkt die Spannung des Generators 11, dann will auch die Drehzahl des Antriebsmotors I, der z. B. ein Seriemotor sein kann, abfallen.
Da nun aber die Gleich- strommaschine 111 auf dem geraden Teil ihrer Charakteristik arbeitet, bedeutet schon ein ganz geringer
Tourenabfall einen grossen Spannungsabfall der Maschine. Liefert-sie beim normalen Betrieb eine der
Haupterregung des Generators entgegenwirkende Erregung Z2, so wird durch ihren Spannungsabfall eine Zunahme des Generatorfeldes bewirkt, durch welche das Sinken der Generatorspannung und der
Drehzahlabfall der Antriebsmaschine verhindert wird. In diesem Beispiel wird also gleichzeitig mit der
Drehzahl der Antriebsmaschine die Spannung des diese Maschine speisenden Generators konstant gehalten.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Einrichtung zur Konstanthaltung der Drehzahl von Antriebsmaschinen, welche mit wachsende-
Belastung in ihrer Drehzahl abfallen und zum Zwecke der Tourenbeeinflussung mit selbsterregten Gleichr strommaschinen gekuppelt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Widerstandsgerade der selbsterregten
Gleichstrommaschine mit dem geraden Teil der Spannungskurve zusammenfällt und dass die konstant zu haltende Drehzahl der Antriebsmaschine die kritische Tourenzahl für die Selbsterregung darstellt, so dass schon geringe Abweichungen von dieser Tourenzahl grosse Spannungsänderungen in der selbst- erregten Gleichstrommaschine zur Folge haben, wobei diese Gleichstrommaschine so geschaltet ist, dass ihre Spannungsänderung jeweils einen der Drehzahländerung der Antriebsmaschine entgegenwirkenden
Strom erzeugt.