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Einstufiger Magnetverstärker zur Steuerung eines elektrischen Drehzahlreglers
für Generatoreinheiten, die von Kraftmaschinen angetrieben werden Die Erfindung
betrifft die Verwendung eines Magnetverstärkers für eine Regeleinrichtung zur Drehzahlregelung
einer oder mehrerer Antriebsmaschinen für Generatoren oder Generatorsätze, z. B.
für Wechselstromgeneratoren.
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Die Entwicklung der vergangenen Jahre war auf eine ständig steigende
Betriebsgüte der Generatoreinheiten gerichtet. Sie hat nunmehr einen Punkt erreicht,
der auch eine höhere Betriebsgüte der Antriebsmaschinen für Generatoreinheiten erfordert.
Diese Forderungen nach höherer Betriebsgüte bedingen eine genauere ständige Regelung
der Generatorfrequenz sowie eine zuverlässigere wirksamere Wirklastverteilung zwischen
zwei oder mehreren Generatoreinheiten.
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Sie erfordern besonders ein gutes dynamisches Verhalten der Regelung.
Es sind zwar schon Steuerschaltungen zur Regelung der Geschwindigkeit von Strömungsmaschinen
bekanntgeworden, die lediglich in Abhängigkeit von der Frequenz die Drehzahl der
Strömungsmaschinen regeln. Auch die Verwendung eines Magnetverstärkers als Regler
ist schon vorgeschlagen worden. Die bekannten Regel- und Steuereinrichtungen genügen
jedoch nicht den Forderungen nach einem besonders guten dynamischen Verhalten der
Regelung.
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Die Regeleinrichtung nach der Erfindung ermöglicht eine genaue Drehzahlregelung
der Kraftmaschine. Sie enthält eine Einrichtung zur genauen und ständigen Frequenzhaltung
des Generators und ermöglicht einer Frequenzänderung, die durch Laständerung hervorgerufen
wird, durch Beeinflussung des Steuerschiebers der Kraftmaschine entgegen zu wirken,
bevor eine Frequenzänderung eingetreten ist. Ferner verhindert sie einen Frequenzabfall
im Netzsystem mehrerer parallel arbeitender Generatoren und ermöglicht eine vorgegebene
Verteilung der Gesamtlast auf die Wechselstromgeneratoren.
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Die neue Regeleinrichtung vermeidet Röhren und zerbrechliche Elemente
und verwendet an ihrer Stelle Elemente, die gegen mechanische Stöße und Schwingungen
unempfindlich sind. Sie enthält Magnetverstärker; deren Ausgänge mit dem Eingang
eines elektromechanischen Einstellgliedes für den Steuerschieber der Kraftmaschine
verbunden sind. Ihr Wesen besteht darin, daß die Steuerwicklungen der Magnetverstärker
an ein Leistungsmeßglied und an ein die Stellung des Steuerschiebers anzeigendes
Rückführglied angeschlosesn sind zur Bildung einer ersten Einflußgröße (Spannung,
Strom), die der Differenz der abgegebenen Generatorleistung und der der Stellung
des Steuerschiebers entsprechenden Leistung der Kraftmaschine proportional ist,
und daß ferner an die Steuerwicklungen ein Frequenzmeßglied angeschlossen ist zur
Bildung einer zweiten Einflußgröße, die der Frequenzabweichung proportional ist,
derart, daß der Steuerschieber mittelbar über die Magnetverstärker die Kraftmaschine
im Sinne einer konstanten Drehzahl beeinflußt.
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Zur näheren Erläuterung wird auf die Zeichnung verwiesen, aus der
weitere Eigenschaften und Vorteile der Regeleinrichtung hervorgehen; es zeigt Fig.
1 die Anordnung des elektrischen Teils der Regeleinrichtung in einem Blockschaltbild,
Fig. 2 die Anordnung der hydraulischen Einrichtung in einem Blockschaltbild, _ Fig.
3 ein Schaltbild der neuen Regeleinrichtung. Fig. 4 ein abgeändertes Blockschaltbild
der Ausfüh= rung nach Fij. 3, Fig. 5 die Arbeitskennlinie des verwendeten Magnetverstärkers,
Fig. 6 Kurven zum Verständnis der Frequenzregelung nach der Erfindung, Fig.7 Zeigerdiagramme
zur Darstellung der Arbeitsweise der lastabhängigen Beeinflussung der Regelung,
Fig.8
eine vereinfachte Darstellung der Einrichtung zur Erzielung einer vorgegebenen Wirklastverteilung
auf parallel arbeitende Wechselstromgeneratoren.
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Zum besseren Verständnis der Erfindung werden zunächst die Fig. 1
und 2 beschrieben. Das mit G bezeichnete Blocksymbol stellt den Wechselstromgenerator
dar, der mechanisch mit der Antriebsmaschine gekuppelt ist. Die Antriebsmaschine
ihrerseits und der Steuerschieber für die Antriebsmaschine werden durch das Blocksymbol
A dargestellt. Der Generator G ist elektrisch mit einer nicht dargestellten Last
verbunden.
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Der Steuerschieber der Antriebsmaschine wird durch ein Vorsteuerventil
betätigt. Das Vorsteuerventil ist im Blocksymbol V angeordnet. Es wird seinerseits
vom Ausgang des Magnetverstärkers M gesteuert. Um eine genaue Steuerung des Steuerschiebers
der Kraftmaschine sicherzustellen, wird der Magnetvertärker in Abhängigkeit von
der Frequenz des Wechselstromgenerators beeinflußt. Die Frequenz des Wechselstromgenerators
wird in einem Frequenzmeßglied F gemessen. Um Schwingungen zu verhindern und um
auch sonst das Betriebsverhalten zu verbessern, wird der Magnetverstärker zusätzlich
über eine Rückführung R gesteuert, die eine Sollstellung des Steuerschiebers vorgibt.
Verwendet man nur einen Sollwert für die Frequenz und eine Stellung des Steuerschiebers,
so arbeitet der Generator mit statischer Wirklastregelung. Zur Kompensation wird
als Funktion der Generatorwirkleistung über ein Leistungsmeßglied C ein weiterer
Wert auf den Magnetverstärker gegeben.
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Wenn zwei Wechselstromgeneratoren im Parallelbetrieb zusammen arbeiten,
wird ferner ein Parallellastverteilungsgerät P vorgesehen, das den vorgegebenen
Lastausgleich zwischen der Abgabeleistung der beiden Generatoren sicherstellt.
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Für die hydraulische Steuereinrichtung (s. Fig. 2) ist eine Pumpe
Pit vorgesehen, die über ein Getriebe Z mit der Kraftmaschine gekuppelt ist. Die
Pumpe treibt eine Flüssigkeit durch das Filter Fi zum Vorsteuerventil I', das seinerseits
den Servomotor für den Steuerschieber verstellt. Zur Erzielung eines konstanten
Flüssigkeitsdruckes im Steuersystem ist eine Druckregeleinrichtung D vorgesehen,
die eine entsprechende Flüssigkeitsmenge von dem Vorsteuerventil ableitet und in
den Sumpf S einbringt.
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Zum Verständnis der Einzelheiten dieser Erfindung wird auf die Fig.
3 verwiesen.
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Die Kraftmaschine A wird über den Steuerschieber T gesteuert.
Der Steuerschieber T seinerseits wird über den Gestängehebel des Oldruckservomotors
TA betätigt. Der Servomotor TA enthält einen Kolben P im Zylinder C. Die
Flüssigkeit dringt über die Leitung 100 mit konstantem Druck ein und verteilt sich
auf beide Seiten des Kolbens P über das System der dargestellten Zuleitung.
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Ob Gleichheit oder Ungleichheit des Flüssigkeitsdruckes auf beiden
Seiten des Kolbens P vorhanden ist, ist abhängig von der Stellung der Ventile 101
und 102, und zwar bezüglich ihrer Austrittsöffnungen neben den Unterkanten
der Ventile. Die Ventile werden ihrerseits durch Elektromagnete für zwei Betätigungsrichtungen
eingestellt. Die Wicklungen der Elektromagnete sind mit 8 und 14 bezeichnet. Diese
Wicklungen 8 und 14 sind im Ausgangskreis der Magnetverstärker JIA1 und MA 2 angeordnet.
Die Arbeitswicklungen 10, 16, 17 und 21 der Magnetverstärker werden vom Wechselstromgenerator
G gespeist. Die Speisestromkreise der Arbeitswicklungen bestehen aus dem Leiter
L 3, dem Leiter 1, der Primärwicklung 2 des Isoliertransformators IT, dem Leiter
4 und dem Nullpunkt oder der Erdleitung des Generators.
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Der Isoliertransformator IT enthält die Sekundärwicklungen 5, 24 und
40. Die Sekundärwicklung 5 dient zur Speisung der Arbeitswicklung der Magnetverstärker.
Ist die Klemme 6 positiv, so fließt ein Strom von der Klemme 6 über den Gleichrichter
7 zur Wicklung 8 des Vorsteuerventils V über den Gleichrichter 9, die Arbeitswicklung
10 des Magnetverstärkers MA 1 zur Klemme 11 der Sekundärwicklung 5. Während
der gleichen Halbwelle fließt ein weiterer Strom von der Klemme 6 über den Gleichrichter
13, die Wicklung 14 des Vorsteuerventils V, den Gleichrichter 17, die Arbeitswicklung
16 des Magnetverstärkers MA 2 zur Klemme 11. In der zweiten Halbwelle, also dann,
wenn die Klemme 11 positiv ist, fließt ein Strom von der Klemme 11 über die Arbeitswicklung
17 des Magnetverstärkers MA 1, den Gleichrichter 18, die Betätigungsspule
8, den Gleichrichter 19 zur Klemme 6. Während der gleichen Halbwelle fließt ferner
ein Strom von der Klemme 11 über die Arbeitswicklung 21, den Gleichrichter 22, die
Wicklung 14, den Gleichrichter 23 zur Klemme 6.
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Aus dem beschriebenen Stromverlauf geht deutlich hervor, daß die Wicklungen
8 und 14 über den Vollweggleichrichter mit Gleichstrom gespeist werden. Aus der
Richtung des Gleichstromes über die Wicklungen 8 und 14 und aus ihrem Wicklungssinn
ist ersichtlich, daß die Wicklungen 8 und 14 auf dem Vorsteuerventil V einander
entgegenwirken. Die Stellung der Ventile 101 und 102 ist somit abhängig von der
Differenz der Erregung beider Wicklungen 8 und 14.
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Es wird im Ausführungsbeispiel ein Magnetverstärker von der Selbstsättigungstype
verwendet. Dadurch wird die Gesamtwirkung der Wicklungen 8 und 14 durch alle Einwirkungen
auf die Steuerwicklungen des Magnetverstärkers festgelegt. Der Arbeitspunkt jedes
Magnetverstärkers wird vorzugsweise auf oder in die Nähe des Mittelpunktes vom linearen
Teil der Arbeitskennlinie gelegt. Ein derartiger Punkt a auf die Arbeitskennlinie
wird in der Fig. 5 gezeigt. Die Magnetverstärker sind weiterhin so ausgewählt und
so bemessen, daß ihre Arbeitskennlinien im wesentlichen den gleichen Verlauf besitzen.
Ferner wird der lineare Teil der Arbeitskennlinien sehr steil gewählt, jedoch nicht
senkrecht. Damit die Magnetverstärker auf oder in der Nähe ihres Mittelpunktes auf
der Arbeitskennlinie arbeiten, sind auf den Magnetverstärkern Vorsteuerwicklungen
angeordnet. Die Sekundärwicklung des Isoliertransformators IT in Fig. 3 ist mit
dem Vollweggleichrichter GL verbunden. An den Ausgang des Gleichrichters GL sind
die Leiter 12 und 20 angeschlossen. Zur Speisung der Vorsteuerwicklungen fließt
ein Strom vom positiven Leiter 12 über die Vorsteuerwicklungen 25 und 26 des Magnetverstärkers
MA 1, den Widerstand 27, das Abgleichspotentiometer 28 für die Vormagnetisierung,
den Abgriff 29, den Leiter 30, das Einstellpotentiometer 31 zur Bestimmung des Arbeitspunktes,
den Abgriff 32 zur negativen Klemme 20. Ein weiterer Strom fließt von der positiven
Klemme 12 über die Vorsteuerwicklungen 33 und 34 des Magnetverstärkers MA2, den
Widerstand 35, das Abgleichspotentioineter zum Abgriff 29. Das Einstellpotentiometer
31 liegt im Stromkreis aller Vorsteuerwicklungen. Dieses Potentiometer wird dazu
verwendet, den Arbeitspunkt einzustellen. Da der relative Widerstandsbetrag des
Potentiometers
28 für die Vorsteuerwicklungen 25 und 26 wie auch
33 und 34 einstellbar ist, so ergibt sich hieraus, daß eine Bewegung des Abgriffs
29 im Uhrzeigersinn die Erregung der Vorsteuerwicklungen 33 und 34 verstärkt und
daß zur gleichen Zeit die Erregung der Vorsteuerwicklungen 25 und 26 abnimmt. Bei
einer Verstellung des Abgriffs 29 im Gegenuhrzeigersinn tritt das Gegenteil ein.
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Aus der Besprechung der Schaltung und der Steuerung der Vorsteuerwicklungen
geht hervor, daß die Magnetverstärker auf jeden Arbeitspunkt eingestellt werden
können und daß bei dem gewählten Betriebspunkt ein abgeglichener Betrieb möglich
ist.
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Die Ausgangsklemmen des Gleichrichters GL speisen eine Potentiometerschaltung.
Der Stromweg dieser Schaltung besteht aus dem positiven Leiter 12, dem Widerstand
36 des Frequenzsollwertpotentiometers 37, dem Widerstand 38, dem Verbindungspunkt
39 und ferner dem negativen Leiter 20. Die Nützlichkeit dieser Potentiometerschaltung
wird in der folgenden Beschreibung erklärt.
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Der Isoliertransformator 1T enthält ferner eine Sekundärwicklung 40.
Diese Sekundärwicklung 40 liegt in einer Masche mit der Drossel 41. Die Drossel
besitzt einen vorgegebenen Wert an Induktivität. Ferner liegt in dieser Masche eine
Kapazität und ein Widerstand 43, ebenfalls beide mit vorgegebenen Werten. Der Widerstand
43 ist in Parallelschaltung mit der Kapazität 42 verbunden. Ferner ist noch eine
Drossel 44, ebenfalls mit vorgegebenem Wert, vorgesehen. Mit dem Ausgang dieser
Masche ist der Wechselstromeingang eines Vollweggleichrichters RF verbunden. Die
Gleichstromausgangsklemmen des Vollweggleichrichters RF liegen an den Verbindungspunkten
39 und 45. An die positive Klemme ist der Verbindungspunkt 45 und an die negative
Klemme ist der Verbindungspunkt 39 angeschlossen. Die Betriebskennlinien der Elemente
RF, 40, 41, 42, 43 und 44 sind so ausgewählt, daß die auf den Widerstand 46 aufgedrückte
Spannung in einem vorgegebenen Bereich, in dem auch die gewünschte Betriebsfrequenz
des Generators G liegt, umgekehrt proportional dieser Frequenz ist. Die Kurve f
h in Fig. 6 stellt diese Spannung dar. Ein Anstieg der Frequenz f über den gewählten
Wert verursacht ein Absinken der Spannung am Widerstand 46. Ein Absinken der Frequenz
vom vorgewählten Wert verursacht einen Spannungsanstieg am Widerstand 46. Aus der
vorhergehenden Erläuterung ist zu entnehmen, daß der Spannungsabfall an den Widerständen
36, 37 und 38 zur Verbindung 39 von positiv nach negativ gerichtet ist. Dies bedeutet,
daß der Abgriff 47 am Widerstand 37 des Frequenzsollwertpotentiometers positiv ist
in bezug auf den Verbindungspunkt 39. Da der Punkt 45 positiv ist in bezug auf den
Punkt 39, ist es klar, daß bei konstanter Ausgangsspannung des Gleichrichters und
konstanter Frequenz und Spannung am Ausgang der Sekundärwicklung 40, der Abgriff
47 am Widerstand 37 so verstellt werden kann, daß der Abgriff 47 die gleiche positive
Spannung wie der Punkt 45 besitzt. Eine Veränderung des Abgriffs 47 bedeutet lediglich,
daß die Kurve CTl nach Bedarf nach oben oder unten verschoben wird. Liegt die Generatorfrequenz
auf dem gewünschten Wert, angenommen bei 60 Hz, und besitzt die Wechselstromgeneratorspannung
den vorgegebenen konstanten Wert, dann entspricht die Spannung zwischen den Verbindungspunkten
35 und 39 z. B. dem Punkt d auf der Kurve f V. Eine Veränderung des
Abgriffs ändert auch die Kurve CTl, bis der Punkt d auf ihr liegt. In der praktischen
Ausführung wird dies durch den Umsteuermotor RM und durch entsprechende Betätigung
des direktbetätigten Schalters LSC oder des fernbetätigten Schalters R111SC in solch
einer Richtung erreicht, daß die Spannung zwischen dem Abgriff 47 und dem Verbindungspunkt
45 Null ist. Von hier ab verschiebt jede Abweichung der Frequenz vom Sollwiert die
Spannung zwischen dem Verbindungspunkt 45 und dem Abgriff 47 entlang der Kurve
f V. Steigt die Frequenz, so hat der Verbindungspunkt 45 eine niedrigere
Spannung als der Abgriff 47, während bei einem Absinken der Frequenz am Abgriff
47 eine niedrigere Spannung als am Verhindungspunkt 45 liegt. Die Größe der Spannung
zwischen dem Abgriff 47 und dem Verbindungspunkt 45 ist ein Maß für die Größe der
Abweichung der Frequenz vom Sollwert, während das Vorzeichen bzw. die wirksame Polarität
dieser Spannung eine Funktion der Richtung der Frequenzabweichung vom Sollwert ist.
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Der Widerstand 43 ist notwendig, da wegen der nichtlinearen Eigenschaften
der Drossel 41 die Möglichkeit einer Ferroresonanz zwischen der Drossel 41 und der
Kapazität 42 besteht. Durch Verringerung der wirksamen Güte des Kreises hält der
Widerstand 43 die Spannungsfrequenzkennlinie VF aufrecht, auch wenn vom Generator
G begrenzte Überspannung anliegt.
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Um die Wirkungsweise des Magnetverstärkers von den Frequenzänderungen
her zu steuern, wird vom Abgriff 47 über die Vorsteuerwicklungen 48 und 49 des Magnetverstärkers
MA 1 und über die Vorsteuerwicklungen 50 und 51 des Magnetverstärkers MA2,
den Leiter 52 und den verstellbaren Widerstand 53 für die Frequenzverstärkung zur
Verbindungsstelle 45 ein Steuerkreis ausgebildet.
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Spannungsschwankungen des Generators haben nur geringen Einfluß. Tritt
jedoch eine derartige Spannungsschwankung auf, so werden die Ausgänge der Sekundärwicklungen
24 und 40 praktisch in gleicher Weise getroffen. Bei einer Spannungsabsenkung verschiebt
die Spannung der Sekundärwicklung 24 die Kurve CV in Fig. 6 und bringt sie in die
Lage CW, doch wird auch die Spannung der Sekundärwicklung 40 die Kurve fV nach
f' ' verschieben. Die Differenzspannung ist weiterhin Null, da der Punkt
d' noch bei dem gleichen Frequenzwert, beim Punkt d geblieben ist.
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Ein Drehzahlregler, der lediglich Frequenzänderungen berücksichtigt,
kann eine erhebliche Statik in der Frequenzwirklastkennlinie zur Folge haben und
außerdem Pendeln oder andere innere Instabilitäten zeigen. Zur Vermeidung eines
derartigen unbefriedigenden Betriebes wird eine von der Stellung des Steuerschiebers
abhängige Rückführgröße auf den Magnetverstärker geschaltet.
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Zur Durchführung dieser Beeinflussung wird ein Potentiometer 54 zur
Einstellung der Leerlaufstellung des Steuerschiebers zwischen die Leitungen 12 und
20 geschaltet und ferner ein Festwiderstand 55 in Reihe mit dem Stellungsanzeigepotentiometer
56 des Steuerschiebers ebenfalls zwischen die Leitungen 12 und 20 geschaltet.
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Die Rückführbeeinflussung erfolgt über die Schaltung vom Abgriff 57
zum Potentiometer 54 über den Leiter 58, die Steuerwicklungen 59 und 60 des Magnetverstärkers
MA1, die Steuerwicklungen 61 und 62 des Magnetverstärkers MA2, den Widerstand 63
zur Einstellung des Verstärkungsfaktors für die Stellungsbeeinflussung, den Abgriff
64 zum Potentiometer 56.
Jede Abweichung des Steuerschiebers von
der gewünschten Stellung stört das Spannungsgleichgewicht zwischen den Abgriffen
57 und 64 und treibt einen Strom durch die Steuerwicklungen des Rückführkreises
in einer Richtung, daß eine Gegenkopplungswirkung zustande kommt. Ist der Abgriff
47 gegenüber dem Verbindungspunkt 45 positiv, so ist der Abgriff 64 gegenüber dem
Abgriff 57 ebenfalls positiv, und wenn der Verbindungspunkt 45 gegenüber dem Abgriff
47 positiv ist, dann ist ebenfalls der Abgriff 57 gegenüber dem Abgriff 64 positiv.
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Die Regelung der Frequenz und der Stellung des Steuerschiebers berücksichtigt
nicht den Einfluß von Wirklastschwankungen am Generator, sondern nur die Drehzahl.
Ist keine Wirklastkompensation vorgesehen, so ergibt die Regelung eine statische
Wirklastcharakteristik.
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Die Wirklasterfassung kommt der Frequenzänderung zuvor. Sieht man
eine geeignete Erfassung der Wirklast durch Messung und Regelung vor, so kann man
eine sehr genaue Frequenzregelung unter wechselnden Lastbedingungen oder anderen
transienten Störungen erzielen. Ohne zunächst den genauen Meßkreis für die Wirklast
zu beschreiben und seine Zusammenarbeit mit den Magnetverstärkern anzugeben, genügt
es, für den Augenblick zu wissen, daß eine die Wirklast abbildende Spannung zwischen
den Zuleitungen 65 und 74 auftritt, wobei die Zuleitung 65 positiv und die Zuleitung
74 negativ ist.
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Werden die Zuleitungen 65 und 74 in dieser Weise gespeist, so fließt
vom positiven Leiter 65 über den gesamten Widerstandsteil des Potentiometers 66
für den Parallelbetrieb, einer gewählten Anzahl von Widerstandsteilen des Potentiometers
67 für die Frequenzregelung, dem Abgriff 68, dem Leiter 69, den Steuerwicklungen
70 und 71 des :Magnetverstärkers M.42-, den Steuerwicklungen 72 und 73 des Magnetverstärkers
MA 1 zum negativen Leiter 74 ein Strom. Mit Hilfe des Potentiometers 77 kann der
Betrag der Wirklastkompensation eingestellt werden und somit die normalerweise statische
Drehzahlkennlinie praktisch auf integrales Verhalten oder sogar Überkompensation
eingestellt werden.
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Die Wirkung des Potentiometers 66 wird in der weiteren Beschreibung
noch erklärt werden.
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Der rechte Teil der Schaltung nach der Fig. 3 besteht aus folgenden
Schaltungselementen: den Potentiometern P 1, P 2, P 3, P 4, P 5 und P 6,
den Gleichrichtern R l, R2, R3, R4, R 5 und R 6 sowie den Transformatoren
T1, T2, T3, T4, T5 und T6 und einem Hilfsstromkreis für diese Elemente,
der eine Einrichtung enthält, welche das Produkt der Größe des Betrages einer durch
eine Wechselspannung dargestellten Größe und dem Kosinus des Phasenwinkels zu einer
Bezugsspannung der gleichen Frequenz bildet. Ein derartiges Gerät enthält viele
Verwendungsmöglichkeiten, ist jedoch in der hier beschriebenen und gezeigten Anordnung
nützlich zur Erzeugung einer elektrischen Steuergröße zwischen den Leitern 65 und
74, die proportional I cos cp ist. In dem Ausdruck I cos 99
bedeute
I den Laststrom des Wechselstromgenerators und cosT den Leistungsfaktor. Die Steuergröße
ist daher eine direkte Funktion der gesamten Wirkleistung des Wechselstromgenerators.
Jeder in dieser Steuergröße verwendete Transformator hat einen einfachen magnetischen
Kreis. Zum Verständnis der Wirkungsweise dieses Teiles der Regelung genügt es, die
Wirkungsweise der Transformatoren T I und T 2
zu beschreiben. Die beiden
Transformatoren T 1 und T 2 besitzen Primärwicklungen 76 und 77 und
Primärwicklungen 78 und 79. Die Primärwicklungen 76 und 77 liegen an der Phasenspannung
der Generatorwicklung 75 und haben eine relativ hohe Zahl von Windungen. In der
Phase L1 ist ein Stromwandler 80, mit einem relativ niederohmigen Widerstand 1 R
eingeschaltet. Die Primärwicklungen 78 und 79 liegen parallel zum Widerstand l R,
wobei die Primärwicklung 78 in einem Wickelsinn und die Primärwicklung 79 in einem
entgegengesetzten Wickelsinn auf dem Transformatorkern angeordnet ist. Der Spannungsabfall
am Widerstand 1 R ist relativ niedrig. Die Windungszahl der Primärwicklungen 78
und 79 ist beträchtlich niedriger als die Windungszahl der Primärwicklungen 76 und
77, so daß die Ausgangsspannung der Sekundärwicklungen eine Funktion der Leistung
mal dem Leistungsfaktor ist.
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Die von den Wicklungen 76 und 77 mit gleicher Windungszahl und dem
gleichen Wickelsinn gelieferte Spannung ist die Bezugsspannung. Das Steuersignal
ist auf die Spulen oder Wicklungen 78 und 79 mit gleicher Windungszahl und entgegengesetztem
Wickelsinn geschaltet. Das Zeigerdiagramm in Fig. 7 zeigt die Wirkungsweise dieser
Schaltung. Der Fluß Os i stellt bezüglich der Sekundärwicklung S 1 die vektorielle
Summe der Flüsse 076 und 078 dar, die von den Amperewindungen der Wicklungen 76
und 78 erzeugt werden. Gleichzeitig zeigt das Zeigerdiagramm auch, daß der Fluß
$S2 bezüglich der Sekundärwicklung S2 die vektorielle Summe der Flüsse 077 und 079,
die durch die Wicklungen 77 und 79 erzeugt werden, ist. Die in den Sekundärwicklungen
S1 und S2 induzierten Spannungen werden durch die Gleichrichter R 1 und R2 gleichgerichtet,
so daß zwei Gleichspannungen entstehen. Die Amperewindungen der Wicklungen 76 und
77 werden so gewählt, daß sie bezüglich der Amperewindungen der Wicklungen 78 und
79 groß sind. In diesem Fall wird auch die Differenzspannung der zwei Gleichspannungen
sehr gut proportional dem Ausdruck I cos (p sein, wobei I den Laststrom
in der Phase L 1 und cos (p den Leistungsfaktor bedeutet.
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Die Generatorwicklungen 89 und 91 sind ebenfalls mit einem Ausgangskreis
für Steuerzwecke wie die Phasenwicklung 75 versehen. Bei der Phasenwicklung 89 ist
dieser Ausgangskreis zur Regelung über die Elemente 90, 2R, 176, 177, 178, 179,
S3, S4, R3, R4, P3 und P4 vorgesehen. Für die Phasenwicklung 89 dient dieser Ausgang
zur Regelung über die Elemente92, 3R, 276, 277, 278, 279, S5, S6, R5. R6, P5 und
P6.
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Da die Ausgänge der Generatorphasenwicklungen 75, 89 und 91 nicht
abgeglichen sind, sind die Ausgangskreise mit Ausgleichspotentiometern P1, P2,
P3, P4, P 5 und P 6 versehen, damit man die Schaltungselemente genau abgleichen
kann. Bei richtiger Einstellung dieser Potentiometer ist der Ausgangskreis bei den
Leitern 65 und 74 über die Abgriffe 81 und 82, den Leiter 83, die Abgriffe 84 und
85, den Leiter 86, die Abgriffe 87 und 88 zum Leiter 74 proportional zur Wirkleistungsabgabe
des Generators, und daher proportional zur Summe aus dem Produkt der Ankerströme
und der Leistungsfaktoren der betreffenden Phasen.
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Die vorhergehende Beschreibung bezieht sich im wesentlichen auf die
Drehzahlregelung einer Antriebsmaschine, die nur einen Generator antreibt. In der
Praxis sind zwei oder mehrere Generatoren, oft nicht von gleicher Leistung zur Versorgung
einer gemeinsamen Last, zusammengeschaltet und werden von verschiedenen
Maschinen
angetrieben: Ist dies der Fall, so muß für die Regelung bei jedem Drehzahlregler
eine Anordnung zur richtigen Lastverteilung angeordnet werden. .
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Die Regelung. jeder Kraftmaschine und ihres Generators ist identisch-
mit der hier beschriebenen. Dies ist links in der Fig. 3 durch das Blocksymbol G2
dargestellt.
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Jede Regelung ist mit einem Potentiometer, z. B. 66; versehen. Im
zweiten Generator ist dieses mit 266 bezeichnete Potentiometer ebenfalls im Ausgangskreis
entsprechend den Leitern 65 und 74 angeordnet.
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Wird ein zweiter Generator verwendet und soll ein Abgleich der Wirkleistungen
bewirkt werden, so wird der Schalter SW geschlossen. Ist die Last zwischen den beiden
Generatoren genau aufgeteilt, so haben die Abgriffe LS 1 und LS 2 bezüglich der
Leiter 74 und 274 das gleiche Potential, ist die Last jedoch ungleich verteilt,
so ist ein Spannungsunterschied zwischen den Abgriffen vorhanden, wobei die Polarität
davon abhängt, welcher der Generatoren die größere Last übernehmen will.
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Übernimmt der Generator G 2 die größere Last, so wird der Abgriff
LS2 bezüglich der Leitung 274 stärker positiv als der Abgriff LS 1 bezüglich der
Leitung 74 (vgl. hierzu auch Fig.8). Dadurch fließt ein Steuerstrom vom Abgriff
LS2 über den oberen Teil des Schalters SW, den Abgriff LS1, Teile der Potentiometer
66 und 67, den Leiter 69, die Steuerwicklungen 70 und 71 des Magnetverstärkers MA2,
die Steuerwicklungen 72 und 73 des Magnetverstärkers MA 1, den Leiter 74,
die Steuerwicklungen LS 3 und LS5 des Magnetverstärkers MA2, die Steuerwicklungen
LS 6 und LS 8 des Magnetverstärkers MA 1, den Leiter LS9, den unteren Teil des Schalters
SW, die Steuerwicklungen 2 LS 8, 2 LS 6, 2 LS 5 und 2LS3 der Magnetverstärker des
zweiten Generators, den Leiter 274, den I cos(p-Steuerkreis des zweiten Generators
zum Leiter 265 und Abgriff LS2.
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Kehrt sich die Polarität um, so daß der Abgriff LS 1 bezüglich 74
stärker positiv wird als LS2 bezüglich 274, so kehrt sich die Richtung des Stromes
in den Steuerwicklungen LS 3, LS 5, LS 6, LS 8, 2 LS 8, 2 LS
6, 2 LS 5 und 2 LS 2 um. Im ersten Fall steigt die Last am Generator
G an, während sie beim Generator G 2 abnimmt, während es im zweiten Fall umgekehrt
ist.
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Durch geeignete Einstellung der Abgriffe LS 1 und LS2 an den Potentiometern
66 und 266 kann die Lastverteilung entsprechend der Leistungsfähigkeit der Generatoren
eingestellt werden. Die Regelung ist daher nicht auf Aggregate gleicher Leistung
beschränkt. Die Schaltung zur Aufteilung der Last erzeugt daher ein elektrisches
Ausgangssignal, das der prozentualen Ungleichheit der Last zwischen parallel arbeitenden
Generatoren proportional ist.
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Aus der vorhergehenden Beschreibung erkennt man, daß alle elektrischen
Steuergrößen in den Magnetverstärkern zur Lieferung des elektrischen Steuersignals
addiert und verstärkt werden und daß durch die gesamte Schaltung eine konstante
Generatorfrequenz eingesteuert wird.
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Der Magnetverstärker betätigt das elektrohydraulische Vorsteuerventil,
das die elektrische Steuergröße verstärkt und den doppelt wirkenden Kolben P betätigt,
der seinerseits den Steuerschieber an der Kraftmaschine verstellt.
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Die Vorteile der Erfindung liegen also in folgendem: a) Die Regelung
bewirkt, daß die Antriebsmaschine eine genaue ständige Frequenzhaltung durchführt.
b) Die Regelung -versetzt. die Antriebsmaschine in die Lage; Frequenzänerungen `auf
Grund= "von - _ W irklaständerungen zuvorzukommen und die Stellung des Steuerschiebers
zu korrigieren, bevor eine tatsächliche Frequenzänderung auftritt. .
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c) Die Regelung erlaubt-die Parallelschaltung einer beliebigen Zahl
von Generatoren ohne statische _ -F-(aqüenzregelung und außerdem die Aufteilung
der-Gesamtlast zwischen den Maschinensätzen gemäß ihren Nennleistungen.
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d) Es werden keine Röhren oder andere zerbrechliche Teile verwendet,
dafür werden nur Elemente, die gegen mechanische Stöße und Schwingungen unempfindlich
sind, benutzt.
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Die vorliegende Beschreibung bezieht sich im wesentlichen auf Geräte
für 60 Hz. Wird eine andere Betriebsfrequenz gewünscht, so müssen lediglich die
auf die Frequenz ansprechenden Teile der Regeleinrichtung geändert werden.
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Fig.4 erläutert diese Änderungen. Die Sekundärwicklung 40 ist weiterhin
mit den Drosseln 41 und 44 und dem Gleichrichter RF in Reihe geschaltet.
Die Kapazität des Kondensators 442 ist von der des Kondensators 42 verschieden.
Ferner ist ein Schalter S50 vorgesehen, durch den der Kondensator C50 zum Kondensator
442 parallel geschaltet werden kann. Bei geöffnetem Schalter S50 ist die Regelung
für einen 60-Hz-Betrieb vorgesehen. Bei geschlossenem Schalter S50 ist die Regelung
für einen 50-Hz-Betrieb bemessen.