Anordnung zur Regelung von Kraftmaschinen. Bei der Regelung grosser Netze, insbeson dere wenn diese zu einem Netzverband zu sammengeschlossen werden, treten Regelauf gaben auf, die mit den bisher bekannten Regeleinrichtungen noch nicht befriedigend .gelöst werden können. Es besteht die For- derung, die Frequenz sehr genau konstant zu halten, da sowohl frequenzempfindliche Abnehmer vorhanden, als auch Synchron uhren an die Netze angeschlossen sind. Zu dem bedingt eine Änderung der Frequenz bei zusammengeschlossenen Netzen meist eine Änderung der Übergabeleistung, die jedoch gerade konstant gehalten werden soll, um die vertraglichen Bedingungen einzu halten.
Eine Änderung der Übergabe leistung muss aber auch vermieden werden, weil die Leistungen, die von den Kuppel leitungen aufgenommen werden können, meist im Verhältnis zur Grösse der Netzver bände nur gering sind. Schliesslich gibt es auch in vielen Netzen sehr unruhige und grosse Verbraucher (Walzwerke, Elektro öfen üsw.); die, um Rückwirkungen auf das gesamto Netz zu vermeiden,. -von einem Kraftwerk regeltechnisch übernommen wer den müssen.
Alle diese Regelaufgaben lassen sich aber nur dann befriedigend lösen, wenn Regler zur Anwendung kommen, die eine hohe Empfindlichkeit und eine hohe Ein stellgeschwindigkeit besitzen, damit die Ma schinen rasch den Änderungen .der Netz bedingungen nachkommen können.
Eine Regelanordnung, die diesen Anfor- derungen genügt, besteht gemäss der Erfin dung aus kontaktlosen Messwertverstärkern und einem durch diese elektrisch beeinfluss ten hydraulischen Regler, dessen Steuerspule durch die der Summe der Regeleinflussgrössen proportionale, über den Messwertverstärker gebildete Gleichspannung erregt wird.
Die Erfindung sei an Hand der dar gestellten. Ausführungsbeispiele näher er läutert. Der kontaktlose Messwertverstärker ist ein Gerät, das zunächst kurz an Hand der Fig. ss erläutert werden soll. Es dient sowohl zur Messwertumformung, als auch zur Mess- wertverstärkung im Anschluss an eine Fern messung. Das Crerät 1V1, beispielsweise dient zur Umformung des Frequenzmesswertes in einen proportionalen Gleichstrom.
Dieser Messwertverstärker besteht aus einer Wider standsbrücke TT',-W;;-TT'3 W,, deren ver änderlicher Widerstand Wh, bei Auftreten einer Abweichung des Istwertes vom Soll wert verändert wird, so dass im Diagonal zweig der Brücke eine Spannung auftritt. die der Abweichung direkt proportional ist und von der der Regler beeinflusst wird.
Der veränderliche Widerstand 11'ss. ist eine Röhre in Rückkopplungsschaltung, die dauernd eohwingt und die ihren Anodengleichstrom bezw. ihren GleicbBtromwidenstand entspre chend dem Rückkopplungsgrad ändert.
Die Änderung des letzteren geschieht durch ein Messgerät, bestehend aus zwei elektrodyna mischen Systemen zur Messung der Fre- quenzabweichung und einem Drehspul-Kom- pensationsglied, das über einen Nebenschluss T4'4 an die Brücke angeschlossen ist.
An der Messachse sitzt eine Fahne, .durch die die Gitterspule L, gegen das Feld der Anoden spule L, je nach dem Messmoment mehr oder weniger abgeschirmt wird, so dass sieh durch die damit gegebene Änderung der Rückkopp lung ein entsprechender Gleiehstromwider- stand der Röhre ergibt.
Bei Auftreten einer Abweichung des Istwertes vom Sollwert dreht sich daher die riehtkraftlose Messachse so lange, bis sich durch Änderung von WR ein Brückenstrom ergibt, der im Drehspul- system das Abweiehungsmoment kompen siert.
Der elektrisch beeinflusste hydraulische Regler greift direkt in die Turbinensteue rung ein und erreicht damit eine schnelle Regelung, während der bisher gebräuchliche Weg über den Drehzahlverstellmotor nur eine träge Regelung ergeben kann.
Aus Fig. 1 ist die Wirkungsweise eines derartigen Reglers zu erkennen. In der Figur sind zwei Generatoren G, und G, dar gestellt, die beide auf ein gemeinsames Netz arbeiten. Jeder Generator wird angetrieben von einer Turbine<I>T,,</I> T" deren Dampfzufuhr über den Servomotor S,, S= und den Steuer kolben Sk,, Sk, in üblicher Weise durch den Drehzahlregler Dr,, Dr, geregelt werden kann.
An dem Gestängepunkt z greift un mittelbar der hydraulische Regler an, der aus dem Servomotor RS,, RS_ und dem Steuerkolben <I>RK,,</I> RK2 besteht.
Die un mittelbare Verstellung des Reglergest.ä.nges wird von dem Servomotor RS,, RSi, mit grosser Geschwindigkeit vorgenommen, wo durch eine schnelle Ausregelung .der ein getretenen Abweichungen erreicht wird. Der Regler besitzt weiterhin zwei Steuerspulen R,, R2, von denen der Steuerkolben RK,, <I>RK,</I> verstellt wird.
Die eine Steuerspule steht unmittelbar mit dem kontaktlosen Messwertverstärker M in Verbindung und wird von einer von dem Messwertverstärker erzeugten Gleichspannung erregt, wenn Ab weichungen der Einflussgrössen von ihrem Sollwert eingetreten sind. Der Messwertver- stärker besitzt eine ausserordentlieh hohe Empfindlichkeit, die ein rasches Eingreifen des Reglers zur Folge hat und damit eine wesentliche Beschleunigung der Regelung bewirkt.
Die zweite Steuerspule dient zur Aus gleichsregelung auf .günstigste Lastvertei- lung, wenn die Maschinen parallel geregelt werden.
Ein weiterer Vorteil der Regelanordnung besteht darin, dass man auf den Regler mehrere Einflussgrössen einwirken lassen kann, ohne dadurch die Einstellgeschwindig keit des Reglers oder seine Empfindlichkeit zu beeinträchtigen. Die Fig. 2 zeigt hierfür ein Ausführungsbeispiel.
In der Figur ist links oben die Kontakt einrichtung und Kondensatorschaltung 1 einer Empfangsvorrichtung nach dem Im pulsfrequenzverfahren angegeben, welche durch die Fernmessung entsprechend er tat sächlich gemessenen Grösse einer Leistung, also des Istwertes, gesteuert wird.
Unterhalb dieser Einrichtung ist eine Spannungsteiler schaltung 2 dargestellt, von welcher eine Spannung abgegriffen wird, die dem Soll wert der Leistung entspricht. Istwert und Sollwert beeinflussen gemeinsam einen Mess- wertverstärker 3, der infolgedessen in seinen Aussenkreis einen Strom über einen Wider stand 4, ein Zeitrelais 5 und ein Messgerät 6 leitet, welcher der Abweichung zwischen Istwert und Sollwert entspricht.
Ferner ist ein Frequenzmesser 7 mit einem zugehörigen Schwingungskreis 8 dargestellt. Durch diese Einrichtung wird ein Strom erzeugt, welcher der Frequenz proportional ist. Dieser Strom fliesst über einen Widerstand 9 und ein An zeigegerät 10, welches die Frequenz abzu lesen gestattet. Ausserdem kann ein weiteres Gerät 11 eingeschaltet sein. Der vom Wider stand 4 abgegriffene Spannungsabfall und ein vom Widerstand 9 abgegriffener Span nungsabfall sind in Reihe .geschaltet mit einer Widerstandsanordnung 12, welche er laubt, eine beliebig grosse weitere Spannung in den Stromkreis einzuführen. Diesse Span nung wird dem Sollwert .der Frequenz ent sprechend gewählt.
Ausserdem enthält der Stromkreis eine Spannungsteilerschaltung 13, die eine Spannung erzeugt, die einer kon stanten Rückführung entspricht, während eine weitere Spannungsteilerschaltung 14 die Einstellung einer veränderlichen Rückfüh rung erlaubt.
Die Summe der Spannungen beeinflusst einen kontaktlosen Messwertverstärker 15. Dieser führt in den gleichen Stromkreis, wel cher die von den Einflussgrössen erzeugten Spannungen enthält, eine Gegenspannung ein, so dass der Regelvorgang beendet ist, wenn die Gegenspannung .des Messwertver- stärkers die Gesamtspannung dieses Kreises zu Null ergänzt. Der Messwertverstärker be einflusst unmittelbar den hydraulischen Regler 16.
Man kann irgendwelche weiteren Ein flüsse in der Reglerschaltung zur Wirkung bringen, indem man entsprechende Span nungen in den Steuerkreie des gemeinsamen Verstärkers einfügt. Auf diese Weise ist es zum Beispiel auch möglich, Änderungen des Sollwertes der Leistung zu erzielen und zum Beispiel den Ausfall einer Speiseleitung oder eines Generators auszugleichen und den Sollwert der übrigen Generatoren entspre chend zu ändern.
Eine derartige Regelung kann dann er forderlich werden, wenn von einem Kraft werk aus ein in der Nähe liegendem, sehr unruhiger und grosser Verbraucher (Walz werke, Elektroöfen usw.) regeltechnisch übernommen werden soll. Dies muss durch einen schnell wirkenden Regler dadurch er folgen, dass durch diesen die Leistung des Verbrauchers mit der Maschinenleistung ver glichen wird und die Maschine entsprechend dem Leistungsbedarf des Verbrauchers :ge regelt wird. Dieser Leistungsregelung wird man zweckmässigerweise einen Frequenzein- fluss beimischen, so dass bei Störungsfällen keine ungünstigen Regelbewegungen zu stande kommen.
Besondere Bedeutung besitzt die Regler anordnung für die Regelung von zusammen geschlossenen Netzen, bei denen bekanntlich eine-exakt richtige Regelung nicht zustande kommen kann, wenn man dem einen Netz die Frequenzhaltung und dem andern die Einhaltung der Übergabeleistung zur -Auf gabe macht. Eine richtige Regelung kann nur dann erreicht werden, wenn jedes Netz einen Regler für die Frequenzhaltung und für die Leistungshaltung erhält.
In Fig. 3 ist die Schaltung des elek trischen Teils einer derartigen Regeleinrich tung für zwei parallel geregelte Maschinen gruppen :dargestellt, die sich in einem Kraft werk des einen Netzes befinden. In dem. zweiten Netz befinden sich in einem ent sprechenden Kraftwerk Maschinen, die durch den gleichen Regler geregelt werden.
Die beiden Anregeglieder des Reglers sind die beiden Messwertverstärker Ml und 1V12. Der Messwertverstärker M, dient zur Um Formung des Frequenzmesswertes in einen proportionalen Gleichstrom. Die Frequenz messung erfolgt wechselstromseitig über .den Resonanzkreis<I>CL</I> und einen elektromagne tischen Spannungsgleichhalter RV, so dass die Frequenzmessung spannungsunabhängig wird.
Der Messwertverstärker M! dient zur Ver stärkung des ankommenden Gleichstromfern messwertes auf einen Wert, der für die Regelbeeinflussung ausreichend ist. Der Messverstärker M2 besitzt lediglich ein Dreh spulsystem mit zwei Rähmchenwicklungen. von denen die eine vom Fernmesswert ge speist wird und die andere zur Kompensation dient.
Ist .der Leistungswert an Ort und Stelle, also ohne Anwendung einer Fern= messung zu erfassen, so wird für M2 dasselbe Gerät wie für 3T, gewählt, das ausser dem Drehspulmess- und Kompensationssystem noch zwei dynamometrische Systeme zur Messung der Leistung in Aronschaltung auf weist.
Auch bei der Leistungsmessung wird der Messwertverstärker so geschaltet, dass sich ein Gleichstrom ergibt, der proportional der Abweichung vom Sollwert ist. Mit Hilfe des Regelwiderstandes W5 kann der Frequenz sollwert und mit W,; der einzuhaltende Lei stungswert eingestellt werden.
Die beiden Messwertverstärker arbeiten auf die beiden Regelwiderstände Ti,, und TI',. An diesen kann der Grad des Einflusses von Frequenz und Leistung aufeinander ab gestimmt werden. Entsprechend der Einstel- lung ergibt sich sowohl eine abweichungs- proportionale Spannung für die Frequenz wie für die Übergabeleistung. An den Wider ständen W., und Ws ist also die Spannung Null, wenn der Sollzustand vorhanden ist.
Die an den Widerständen W7 und Il', gewonnenen Spannungswerte werden addiert und den Steuerspulen der an den Turbinen reglern angebrachten hydraulischen Zusatz reglern zugeführt. Die Steuerspulen R1 und R. werden bei Parallelbetrieb der beulen Maschinen in Reihe geschaltet. Sollten von dieser einen elektrischen Regeleinrichtung.
die gemeinsam für sämtliche zu regelnden Maschinen ist, sehr viele Maschinen beein- flusst werden müssen, so kann es vorkommen, dass die Leistung nicht mehr ausreichend ist. In diesem Falle kann ein Spannungs- zwischenverstärker eingeschaltet werden, der die an W, und Ws sich ergebende und addierte Spannung nochmals verstärkt.
Die hydraulischen Zusatzregler erhalten zwei Steuerspulen, von denen die eine für die Aufnahme der einzuhaltenden Mess- grössen dient und die andere für die Her stellung der gewünschten Lastverteilung der parallel geregelten Maschinen.
Zu diesem Zwecke werden von dem Füllungsanzeiger der Turbinen Spannungsteilerwiderstände Wie und TV" verstellt. Der an einem Spannungs- teiler abgegriffene Spannungswert ist daher proportional der Belastung der entsprechen den Maschine. Zeigt nun der Widerstand IV", dieselbe Belastung bei Maschine 1 wie der Widerstand W11 bei, der zweiten Ma schine, so ergibt sieh zwischen den beiden Angriffspunkten kein Spannungsunterschied.
Die zweiten Spulen der beiden Zusatzregler bleiben daher stromlos. Ergibt sich jedoch eine Abweichung, so bekommt der Zusatz regler der zurückgebliebenen Maschine ein Zusatzmoment, und umgekehrt der Zusatz regler der andern Turbine ein Gegenmoment. Dadurch ergibt sich eine vollständig gleich mässige Belastung der verschiedenen Ma schinen.
Durch diese Art der Lastverteilung kann nun, wie oben beschrieben, proportional gleiche Lastverteilung erreicht werden, oder die Lastverteilung auf die einzelnen Ma schinen kann auch nach andern Gesichts punkten, z. B. nach günstigstem Gesamt wirkungsgrad, erfolgen. Neben Einhaltung der Sollwerte von Frequenz und Leistung er reicht man also auch noch eine Verbesse rung des Betriebswirkungsgrades.
Die in Fig.3 dargestellten Regler, mit denen die Frequenz und die Übergabeleistung einmeregelt wird, folgen Kennlinien nach Fig. 4a bis 40. In diesen Figuren bedeutet N, den Sollwert der einzuhaltenden Austausch leistungen an der Netzkuppelstelle. und zwar möge zum Beispiel diese Leistung von einem Netz I an das Netz II geliefert werden.
Daher hat der Regler im Kraftwerk des Netzes II der Kennlinie nach Fig.4a und der Regler im Kraftwerk des Netzes II der Kennlinie nach Fig. 4b zu folgen.
In Fig. 4c ist die Kennlinie des Verbandes II bezogen auf den Verband I eingezeichnet. Tritt nun zum Beispiel im Netz I eine Laständerung im Sinne einer Belastung auf, so greift der schnellwirkende Frequenzregler sofort ein. Ist die Kuppelleitung lang und verhältnis mässig schwach, so wird die Ausregelung er folgen, ohne dass im Netz II der Regler zum Eingreifen kommt.
Ergibt sich trotzdem eine Abweichung der Übergabeleistung zum Beispiel im Sinne der Verminderung Jer- selben, so ist aus Fig. 40 erkennbar, dass in I sofort höher und in II entsprechend tiefer geregelt wird, bis sich im Schnittpunkt der beiden Kennlinien der Sollzustand - rich tige Frequenz und Übergabeleistung - er gibt.
Gerade umgekehrt liegen die Verhält niese bei Laständerung in II. Ist der Kopp lungs:grad sehr gut, so wird in oben an genommenem Belastungsfall sich der Regler in II sofort an der Belastung beteiligen, er wird jedoch gleich durch den fallenden Leistungsaustausch, da II nach I zu liefern beginnt, abgestoppt, so dass das Kraftwerk des Netzes I die Belastungsänderung seines Netzes selbst übernimmt bezw. umgekehrt. Die Ausregelung der Last erfolgt deshalb immer .dort, wo sie anfällt.
Um eine völlig pendelfreie Einregulierung zu bekommen, muss die Neigung der Kennlinie des Reglers im Netz I um so geringer sein, je grösser die eingesetzte Maschinenleistung für die Frequenzregulierung ist. Dasselbe gilt für Netz II, wo ebenfalls die Neigung der fre- quenzregelnden Maschinenleistung entspre chen muss. Bei dieser Regelart ergibt sich daher eine schnelle und ausserdem bei rich tiger Einstellung eine pendelfreie Einrege lung sowohl der Frequenz wie der Übergabe leistung.
Da sich trotz der Frequenzregelung im Laufe der Zeit doch Frequenzabweichungen ergeben können, ist noch von Wichtigkeit; für die genaue Einhaltung eines exakten Mittelwertes der Frequenz zu sorgen, so dass die angeschlossenen Uhren keine Fehlzeit aufweisen. Diese Frequenzintegral- bezw. Uhrzeitregelung kann von einem Netz .dureh sein frequenzhaltendes Werk übernommen werden.
Von einer Periodenkontrolluhr PKIi aus wird entsprechend der Abweichung der Netzzeit von der astronomischen Zeit über den Motorantrieb m der Widerstand W5 der art verstellt, dass der Zeitfehler wieder ver schwindet. Diese Zeitkorrektur bedingt ein vorübergehendes Hoch- oder Tieferschieben der Reglerkennlinie im frequenzregelnden Netz, z. B. in I.
Wie Fig. 5 zeigt, tritt, wenn die Uhrzeitverstellung im Netz I vorgenom men wird und zum Beispiel die Frequenz im Mittelwert etwas zu tief ist, die Kenn linie I daher hochgeschoben worden ist, eine Erhöhung der Frequenz um<I>d</I> fu und damit zusammenhängend eine Vermehrung der Aus tauschleistung um<I>d Nu</I> ein, da der End punkt der Regelung im Schnittpunkt der beiden wirksamen ,Statiken liegt.
Um nun die Übergabeleistung trotzdem wieder auf den richtigen Wert zu bringen, wird im Netz II der Motor m (gestrichelt gezeichnet) in den Sekundärkreis des Mess- wertverstIrkers für die Leistungsbeeinflus sung eingeschaltet.
Dieser läuft nun .bei Auftreten einer Abweichung mit abwei- chungsproportionaler Geschwindigkeit und verstellt den Widerstand W, langsam, und zwar so lange, bis der Frequenzsollwert ent sprechend der Uhrzeitregelung im andern System nachgestellt wird, und -die Aus tauschleistung eingehalten wird. Dieser Mo tor ergibt daher nicht nur eine Nachregelung der Frequenzeinstellung bei Uhrzeitregelung, sondern auch eine Mittelwertregelung der Übergabeleistung.
Da, wie bereits oben erwähnt, es wichtig ist, dass die Neigung der Charakteristiken der beiden Netzregler sowohl in I wie in II der für Frequenzregelung eingesetzten Masehinen- leistung angepasst werden muss, kann dies auf einfache Weise dadurch geschehen, dass bei Zuschaltung einer Maschine über Ab- hängigkeitskontakte am Leistungsschalter diese Einstellung bezw. diese Verschiebung der Kennlinie selbsttätig durchgeführt wird.
Die nicht zur Frequenzregelung herangezo gene Maschinenleistung kann dabei ausser Be tracht gelassen werden, da sie sich praktisch nicht an den Regelvorgängen beteiligen. :Ebenso wie die Einstellung der Kennlinien automatisch erfolgt, wird auch selbsttätig die Ausgleichsregelung über Abhängigkeitskon takte an den Leistungsschaltern 12 bezw. 22 zu- bezw. ausgeschaltet.
Die Inbetriebnahme eines derartigen Reg lers bezw. einer Maschine, die zur Regelung herangezogen werden soll, ist daher auch ausserordentlich einfach. Jeder Regler be kommt einen Umschalter für Selbst- bezw. Handregelung. Soll die Maschine angelas sen werden, so muss dieser Umschalter auf Handregelung stehen. Die Maschine wird hochgefahren und wie normal synchronisiert. Nach der Parallelschaltung wird dann ein fach der Schalter auf selbsttätige Regelung gedreht, worauf der Regler -ganz von selbst und in richtiger Weise eingesetzt wird.
Die Maschine reiht sich sofort ohne weiteres Zutun in die vorgeschriebene Lastverteilung ein. Es muss lediglich festgelegt werden, welches Werk die Uhrzeitkontrolle über nimmt, und entsprechend der Motor na auf Uhrzeitkontrolle oder auf Nachregelung der Übergabeleistung umgeschaltet werden.
Mit diesem Verfahren können auch n Netze parallel geregelt werden, sofern die Anzahl der gewünschten Übergabeleistungen nicht n-1 übersteigt. Es ist lediglich not wendig, jedem frequenzregelnden Werk die Übergabeleistung -durch Fernmessung zuzu leiten, die zur Festlegung einer eindeutigen Lastverteilung im Netzverband erforder lieh ist.
Ein Regulierverfahren nach dieser Art sorgt für schnelle Ausregelungen von Ab weichungen des Istzustandes vom Sollzustand durch beide bezw. durch alle Systeme in gleicher Weise. Dieser schnellen Ausrege- lung von Momentanwerten ist dann über geordnet eine träge Zeitintegralregelung in einem Werk und eine träge Leistungsinte- gralregelung in den andern Werken.
Fallen die Werke aus irgendeinem Grunde ausein ander, so übernimmt jedes ' 'erk für sich eine rein astatische Frequenzregelung. Durch ein empfindliches Drehspulrelais D, wird bei längerem Bestehenbleiben des Leistungsein flusses, wenn derselbe also weder durch die ;
schnelle Momentanwertregelung, noch durch die Zeitintegralregelung ausgeregelt wird, der Einfluss der Übergabeleistung aus geschaltet, so dass lediglich der '2#,fesswertver- stärker ah regeltechnisch in Funktion bleibt und die reine Frequenzregelung übernimmt.
Mit den Messwertverstärkern ist eine ausserordentlich genaue Einhaltung der Fre quenz möglich, da, durch entsprechende Ein stellung die Empfindlichkeit auf Bruchteile von Promille gebracht werden kann. Da praktisch die Geschwindigkeitsregler der Turbinen durch diese Steuerart stillgelegt sind bezw. nicht mehr in Funktion treten, ist man auch unabhängig von den Kenn linien der mechanischen Regler und der Un- konstanz der Reglerfedern.
Sollte in einem Netzteil ein Werk für die Frequenzhaltung nicht mehr ausreichen, so besteht einmal die Möglichkeit, mehrere Werke dadurch zur Frequenzregelung heran zuziehen, dass man ein Werk als Führerwerk bestimmt und das andere oder die andern Werke belastungsproportional nachregelt, und zwar muss dies selbstverständlich wieder durch eine schnelle Regelmethode ähnlich der oben erläuterten geschehen.