DE1121933B

DE1121933B - Electric turbine governor for speed control of prime movers for driving alternators

Info

Publication number: DE1121933B
Application number: DES59231A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Walter Roth
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1958-07-31
Filing date: 1958-07-31
Publication date: 1962-01-11
Also published as: CH375233A

Description

Elektrischer Turbinenregler zur Drehzahlregelung von Kraftmaschinen für den Antrieb von Wechselstromgeneratoren Zur Drehzahlregelung von Kraftmaschinen für elektrische Stromerzeuger, z. B. bei Wasserkraftmaschinensätzen, wurden früher ausschließlich rein mechanische Regler mit Fliehkraftpendel verwendet. Die Fliehkraftpendel wurden über Riemen mit der Kraftmaschinenwelle gekuppelt.Electric turbine governor for speed control of prime movers for driving alternators for speed control of prime movers for electric power generators, e.g. B. in hydropower sets, were earlier only purely mechanical governors with centrifugal pendulum used. The centrifugal pendulum were coupled to the engine shaft via belts.

Da der Pendelantrieb mit Riemenübertragung Nachteile hat, ist man dazu übergegangen, das Pendel mit elektrischen Pendelmotoren zu kuppeln, die ihrerseits von einem sogenannten Pendelgenerator (Tachometergenerator) gespeist werden. Als Pendelgeneratoren werden im allgemeinen Maschinen mit Permanentmagnetpolen verwendet. Der Pendelgenerator wird mit der Hauptwelle der Kraftmaschine bzw. des Stromerzeugers gekuppelt. Diese Art des Pendelantriebes hat den Vorteil, daß der eigentliche Pendelmechanismus und damit der Regler nicht in unmittelbarer Nähe der Kraftmaschine angebracht werden muß.Since the pendulum drive with belt transmission has disadvantages, one is went over to coupling the pendulum with electric pendulum motors, which in turn are fed by a so-called pendulum generator (tachometer generator). as Pendulum generators are generally used in machines with permanent magnet poles. The pendulum generator is connected to the main shaft of the prime mover or the power generator coupled. This type of pendulum drive has the advantage that the actual pendulum mechanism and so that the controller is not installed in the immediate vicinity of the engine got to.

Es besteht auch die Möglichkeit, den Pendelmotor über Hilfstransformatoren an die Klemmen des Hauptgenerators anzuschließen. Dabei ergibt sich der Vorteil, daß das Pendel und damit der Regler von den Schwingungen des Synchrongeneratorpolrades gegenüber dem entsprechend der Netzfrequenz rotierenden Ständerfeld nicht beeinflußt wird, was besonders bei empfindlichen Reglern von Bedeutung ist. Derartige Polradschwingungen treten bekanntlich bei Leistungsänderungen dann mehr oder weniger stark auf, wenn der Stromerzeuger im Parallelbetrieb mit anderen Maschinensätzen oder einem größeren Verbundnetz zusammenarbeitet. Arbeitet der Stromerzeuger jedoch im Inselbetrieb, so wird die Frequenz der Netzspannung durch die augenblickliche Wellendrehzahl des Maschinensatzes bestimmt, und es können keine Polradschwingungen der beschriebenen Art auftreten. Wird der Pendelmotor an den Drehstromhauptgenerator angeschlossen und dieser vom Netz abgeschaltet und entregt, so öffnet der Turbinenleitapparat voll, da die Spannung zwischen den Hauptleitern des Drehstromhauptgenerators zusammenbricht und somit der Pendelmotor in seiner Drehzahl absinkt, wenn nicht besondere, zusätzliche Hilfseinrichtungen vorgesehen werden.There is also the option of using the pendulum motor via auxiliary transformers to be connected to the terminals of the main generator. This has the advantage that the pendulum and thus the controller from the oscillations of the synchronous generator pole wheel not influenced by the stator field rotating according to the mains frequency which is particularly important for sensitive controllers. Such pole wheel oscillations are known to occur more or less strongly in the event of changes in performance, if the power generator in parallel operation with other machine sets or a larger one Verbundnetz works together. However, if the generator is operating in island mode, the frequency of the mains voltage is determined by the current shaft speed of the Machine set determined, and there can be no pole wheel oscillations of the described Kind of occur. If the pendulum motor is connected to the three-phase main generator and this is disconnected from the network and de-energized, the turbine nozzle opens full, as the voltage between the main conductors of the three-phase main generator breaks down and thus the pendulum motor decreases in speed, if not special, additional Auxiliary facilities are provided.

Um die vorerwähnten Nachteile zu beseitigen, ist ein elektrischer Pendelantrieb vorgeschlagen worden, bei dem zwei mechanisch gekuppelte Pendelmotoren, nämlich ein Asynchronmotor und ein Synchronmotor, das Pendel gleichzeitig antreiben. Der Asynchronmotor wird dabei an einen Pendelgenerator angeschlossen, der Synchronmotor wird über Transformatoren (Wandler) mit den Klemmen bzw. den Hauptleitern des Drehstromhauptgenerators verbunden. Solange an den Klemmen des Drehstromhauptgenerators genügend Spannung ansteht, führt der Synchronmotor das Pendel, da in diesem Fall der Schlupf des Asynchronmotors gleich Null ist. Sinkt die Spannung des Drehstromhauptgenerators z. B. bei Entregung unter einen Mindestwert, so übernimmt der Asynchronmotor automatisch die Pendelführung, und ein Durchgehen des Maschinensatzes wird verhindert. Der dabei im Asynchronmotor auftretende Schlupf ist praktisch nicht von Bedeutung. Im Normalbetrieb wird bei dieser Art des elektrischen Pendelantriebes dem Turbinenregler nicht die Bewegung der Maschinenwelle als Eingangsgröße zugeführt, sondern die Rotation des Zeigers der Klemmen- bzw. Netzspannung.In order to eliminate the aforementioned disadvantages, an electric Pendulum drive has been proposed in which two mechanically coupled pendulum motors, namely an asynchronous motor and a synchronous motor that drive pendulums at the same time. The asynchronous motor is connected to a pendulum generator, the synchronous motor is connected to the terminals or the main conductors of the three-phase main generator via transformers tied together. As long as there is enough voltage at the terminals of the three-phase main generator is pending, the synchronous motor guides the pendulum, as in this case the slip of the asynchronous motor equals zero. If the voltage of the three-phase main generator z. B. with de-excitation below a minimum value, the asynchronous motor automatically takes over the pendulum guidance, and runaway of the machine set is prevented. The one in the asynchronous motor occurring slip is practically of no importance. In normal operation, this type of electric pendulum drive does not stop the turbine governor from moving fed to the machine shaft as an input variable, but rather the rotation of the pointer the terminal or mains voltage.

Der beschriebene Pendelantrieb mit zwei Antriebsmotoren hat jedoch den Nachteil, daß seine konstruktive Ausführung verhältnismäßig aufwendig ist. Ferner bestehen bei allen mechanischen .Reglern, auch solchen mit elektrischem Pendelantrieb, häufig Schwierigkeiten, zusätzlich Regel-, Führungs- oder Steuergrößen einzuführen, wie sie besonders beim Betrieb großer Maschinensätze im Verband eines großen Verbundnetzes in Frage kommen können. In neuerer Zeit werden daher an Stelle der mechanischen Pendel mit Pendelmotor elektrische Turbinenregler verwendet. Diese Turbinenregler können neben dem Meßwertumformer zum Ersatz des Pendels auch zusätzliche Schaltungsglieder zur Erzeugung des gewünschten Dynamikeinflusses enthalten. Die folgenden Ausführungen beziehen sich auf einen solchen Regler mit Einrichtungen zur Erzeugung des Dynamikeinflusses. Dabei wird das sonst vorhandene ölhydraulische Steuerwerk des Reglers, das beispielsweise Katarakt, Gestänge und Federn enthält, durch elektrische Schaltungselemente ersetzt. Bei solchen elektrischen Reglern können leicht zusätzliche Einflußgrößen in elektrischer Form eingeführt und Einstelländerungen im Betrieb vorgenommen werden. Eine solche Lösung besteht beispielsweise aus einer Einrichtung zur Umformung der Frequenzabweichung (Drehzahlabweichung) in eine Gleichspannung und einer nachgeschalteten Verstärkereinrichtung zur Regelsignalverstärkung und Erzeugung der gewünschten Regeldynamik sowie zur Einführung der Zusatzeinflüsse. Der Meßwertumformer besteht z. B. aus Phasensprungbrücken mit nachgeschalteten Hall-Multiplikatoren. Die Schaltung ist dabei so ausgeführt, daß sie die Gleichung up sin2ct)t ;- uz cos2c)t = u2 nachbildet. Die Ausgangsgröße der Verstärkeranordnung wirkt sodann über ein oder mehrere elektrohydraulische Steuerventile auf das oder die Turbinenstellglieder ein. Die Verstärkeranordnung kann sich beispielsweise aus Magnetverstärkern mit Eingangs-und Rückführnetzwerken aufbauen.However, the pendulum drive described with two drive motors has the disadvantage that its structural design is relatively expensive. Further exist with all mechanical .controllers, including those with electric pendulum drive, often difficulties in introducing additional control, command or control variables, as is the case especially when operating large machine sets in a large interconnected network can come into question. In more recent times, therefore, instead of the mechanical Pendulum with Pendulum motor used electric turbine governor. These In addition to the transducer to replace the pendulum, turbine controllers can also use additional Contain circuit elements for generating the desired dynamic influence. the The following statements refer to such a controller with devices to generate the dynamic influence. The otherwise existing oil-hydraulic Control unit of the regulator, which contains, for example, cataract, rods and springs, replaced by electrical circuit elements. With such electrical regulators you can slightly additional influencing variables introduced in electrical form and setting changes can be carried out in the company. Such a solution consists, for example, of one Device for converting the frequency deviation (speed deviation) into a direct voltage and a downstream amplifier device for amplifying the control signal and Generation of the desired control dynamics as well as for the introduction of additional influences. The transducer consists z. B. from phase jump bridges with downstream Hall multipliers. The circuit is designed so that it uses the equation up sin2ct) t; - uz cos2c) t = simulates u2. The output variable of the amplifier arrangement then has an effect or more electro-hydraulic control valves on the turbine actuator or actuators a. The amplifier arrangement can be made up of magnetic amplifiers, for example Build input and return networks.

Wird ein elektrischer Turbinenregler an einen Pendelgenerator angeschlossen, der mit der Welle des Hauptmaschinensatzes gekuppelt ist, so liegen bezüglich der Polradpendelungen entsprechende Verhältnisse vor wie bei Verwendung eines mechanischen Pendels mit Pendelmotor. Wird der elektrische Turbinenregler dagegen durch die Spannung des Drehstromhauptgenerators gespeist, so besteht bei Entregung wiederum die Gefahr, daß der Turbinenleitapparat voll geöffnet wird.If an electrical turbine controller is connected to a pendulum generator, which is coupled to the shaft of the main machine set, so lie with respect to the Pole wheel oscillations correspond to the same conditions as when using a mechanical one Pendulum with pendulum motor. On the other hand, the electric turbine regulator is controlled by the voltage of the three-phase main generator, there is again the risk of de-excitation that the turbine nozzle is fully opened.

Diese Nachteile werden durch den neuen elektrischen Turbinenregler beseitigt, und es werden damit weitere Vorteile hinsichtlich der freizügigen Einsteilbarkeit gewonnen. Die Lösung besteht darin, daß dem Eingang des elektrischen Turbinenreglers mittelbar oder unmittelbar zugleich die Frequenz eines mit der Drehzahl der Kraftmaschine angetriebenen Wechselstromhilfsgenerators und die Frequenz des Wechselstromhauptgenerators zugeführt werden und daß elektrische Einstellglieder vorgesehen sind, die gestatten, das Verhältnis der vom Wechselstromhilfsgenerator und vom Wechselstromhauptgenerator gelieferten anteiligen Einflüsse zu ändern. Gegenüber bekannten elektrischen Reglern für Kraftmaschinen unterscheidet sich also die vorliegende Lösung dadurch, daß zwei in regeldynamischer Hinsicht unterschiedliche Regelgrößen dem Turbinenregler zugeführt werden, während bei den bekannten Kraftmaschinenreglern bisher nur weitere Führungsgrößen in den Regelkreis eingeführt werden.These disadvantages are alleviated by the new electric turbine governor eliminated, and there are thus further advantages with regard to the free divisibility won. The solution is that the input of the electric turbine regulator directly or indirectly at the same time the frequency of one with the speed of the engine auxiliary powered alternator and the frequency of the main alternator are supplied and that electrical adjusting elements are provided which allow the ratio of the auxiliary alternator and the main alternator to change supplied proportional influences. Compared to known electrical regulators for prime movers, the present solution differs in that two In terms of control dynamics, different control variables are fed to the turbine controller are, while with the known engine controllers so far only further reference variables be introduced into the control loop.

Gegenüber der bekannten Anordnung mit zwei Antriebsmotoren für das Drehzahlpendel besteht dabei der Vorteil, daß nicht nur entweder der eine oder der andere Einfluß wirksam ist, sondern daß auch aus beiden Einflüssen ein gewünschter Mischwert gebildet werden kann und daß es möglich ist, eine Änderung der beiden Einflußanteile während des Betriebes kontinuierlich vorzunehmen. Je nach Betriebsart, z. B. bei Verbundbetrieb oder bei Inselbetrieb, können von Hand oder selbsttätig die gewünschten Einstellungen vorgenommen werden. Der neue Regler besitzt somit zwei Meßeingänge für die Frequenz (Drehzahl), wobei der aus den beiden einstellbaren Meßanteilen gebildete Summeneinfluß auf eine für die beiden Eingänge gemeinsame Verstärkeranordnung zur Erzeugung des gewünschten Dynamikeinflusses wirkt.Compared to the known arrangement with two drive motors for the Speed pendulum has the advantage that not only one or the other another influence is effective, but that one of the two influences is also a desired one Mixed value can be formed and that it is possible to change the two To carry out influence shares continuously during operation. Depending on the operating mode, z. B. in interconnected operation or in island operation, can be done manually or automatically the required settings are made. The new controller thus has two measurement inputs for the frequency (speed), the one from the two being adjustable Measured proportions formed cumulative influence on a common for the two inputs Amplifier arrangement for generating the desired dynamic influence acts.

Eine Weiterbildung der Erfindung besteht darin, den beiden getrennten Meßeingängen je eine eigene Verstärkeranordnung mit getrennt einstellbarer übertragungsfunktion zuzuordnen und die Ausgangssignale beider Zweige getrennten oder einem gemeinsamen Hauptverstärker zuzuführen. Die übertragungsfunktionen der Verstärkeranordnungen können sich dabei aus einer oder mehreren regelungstechnischen Funktionskomponenten (P-, I-, D-Anteil, eventuell auch höhere Differentialquotienten) zusammensetzen. Für jede dieser Funktionskomponenten kann in bekannter Weise auch eine eigene und für sich allein einstellbare Verstärkeranordnung verwendet werden. Um die Wirkung der einzelnen Funktionskomponenten den jeweiligen Erfordernissen entweder bei kleinen Drehzahlabweichungen (Normalbetrieb) oder bei großen Drehzahlabweichungen (z. B. Vollastabschaltung) selbsttätig anzupassen, können in die einzelnen Zweige für die Funktionskomponenten zusätzliche nichtlineare Schaltungsglieder eingefügt werden.A further development of the invention consists in the two separate Measurement inputs each have their own amplifier arrangement with a separately adjustable transmission function to be assigned and the output signals of both branches separate or a common one Main amplifier feed. The transfer functions of the amplifier arrangements can consist of one or more control-related functional components (P, I, D components, possibly also higher differential quotients). For each of these functional components, a separate and can also be used in a known manner individually adjustable amplifier arrangement can be used. To the effect of the individual functional components to the respective requirements either for small ones Speed deviations (normal operation) or in the case of large speed deviations (e.g. Full load shutdown) can be automatically adjusted in the individual branches for the Functional components additional non-linear circuit elements are inserted.

Zur näheren Erläuterung wird auf die Ausführungsbeispiele und die Symboldiagramme in der Zeichnung verwiesen. Es zeigt Fig. 1 den neuen elektrischen Turbinenregler mit zwei Frequenzmeßeinrichtungen, an deren Ausgänge je eine Steuerwicklung eines Vorverstärkers angeschlossen ist, Fig. 2 den neuen elektrischen Turbinenregler mit einer gemeinsamen Frequenzmeßeinrichtung für beide Eingänge, Fig. 3 a und 3 b die Zerlegung einer übertragungsfunktion der Verstärkeranordnung in ihre Funktionskomponenten, Fig. 4 a und 4 b ein Blockbild nichtlinearer Schaltungsglieder mit nicht geknickter Kennlinie, Fig. 5 a und 5 b ein Blockbild nichtlinearer Schaltungsglieder mit geknickter Kennlinie.For a more detailed explanation, reference is made to the exemplary embodiments and to Symbol diagrams referenced in the drawing. It shows Fig. 1 the new electrical Turbine controller with two frequency measuring devices, each with a control winding at the outputs a preamplifier is connected, Fig. 2 the new electrical turbine controller with a common frequency measuring device for both inputs, Fig. 3a and 3 b the decomposition of a transfer function of the amplifier arrangement into its functional components, 4 a and 4 b show a block diagram of non-linear circuit elements with non-kinked ones Characteristic curve, Fig. 5 a and 5 b a block diagram of non-linear circuit elements with kinked Curve.

In Fig. 1 treibt die Turbine 1 den Drehstromhauptgenerator 2 und den Wechselstromhilfsgenerator 3 an. An den Wechselstromhilfsgenerator ist die Frequenzmeßeinrichtung 4 angeschlossen. Die Hauptleiter des Drehstromhauptgenerators 2 sind über den Spannungswandler 5 mit der Frequenzmeßeinrichtung 6 verbunden. Die Frequenz des Wechselstromhilfsgenerators muß dabei nicht gleich der Frequenz des Wechselstromhauptgenerators sein; in diesem Fall sind die Frequenzmeßglieder mit verschiedenen Schaltelemen- ten ausgeführt. Der Wechselstromhilfsgenerator kann z. B. eine Mittelfrequenzmaschine sein. Es ist itüch möglich, zwischen die Wandler 5 und die Nlt,$eä deh- tung 6 einen Frequenzvervielfacher zu scha'*ber Ausgang der Frequenzmeßeinrichtung 4 ist t° irren einstellbaren Widerstand 7 auf die SteueM`ckhmg 8 eines Vorverstärkers 9 geschaltet. Der Ansgsßg der Frequenzmeßeinrichtung 6 ist über eineä e@ Ilberen Widerstand 10 mit der Steuerwickhmg 11t' dC8I1 Vor- verstärkers verbunden. Die @usgangssig" &rLbei- den Frequenzmeßeinrichtungen 4 und 6 wirken auf den Vorverstärker 9 gleichsinnig ein. Die Widerstände 7 und 10 sind dabei miteinander mechanisch gegenläufig gekuppelt, so daß einer Widerstandsvergrößerung im einen Zweig eine Widerstandsverminderung im anderen Zweig entspricht, und umgekehrt. Die gekuppelten Widerstände 7 und 10 bilden zusammen ein elektrisches Einstellglied. Der Vorverstärker 9 speist die Verstärkeranordnung 12, die ihrerseits das Verstellwerk 13, bestehend aus Elektroventil und Stellmotor, beeinflußt. Der Stellmotor wirkt auf das Stellglied der Turbine ein. An zwei Hauptleitern des Drehstromhauptgenerators 2 ist ferner eine spannungsabhängige Relaiseinrichtung 14 angeschlossen, die nach dem Ruhestromprinzip arbeitet und bei Entregung des Drehstromhauptgenerators den Widerstand 7 kurzschließt. Weitere üblicherweise vorhandene Hilfseinrichtungen sind nicht dargestellt.In FIG. 1, the turbine 1 drives the three-phase main generator 2 and the auxiliary alternating current generator 3. The frequency measuring device 4 is connected to the auxiliary alternating current generator. The main conductors of the three-phase main generator 2 are connected to the frequency measuring device 6 via the voltage converter 5. The frequency of the auxiliary alternating current generator does not have to be the same as the frequency of the main alternating current generator; in this case the frequency measuring elements are equipped with different switching elements th executed. The auxiliary alternator can z. B. be a medium frequency machine. It is itch possible to stretch between the converter 5 and the Nlt, $ eä device 6 to create a frequency multiplier The output of the frequency measuring device 4 is t ° erroneous adjustable resistor 7 on the SteueM`ckhmg 8 a preamplifier 9 switched. The opening of the Frequency measuring device 6 is via anä e @ Ilberen Resistor 10 with the control winding 11t 'dC8I1 pre amplifier connected. The @usgangssig "& rLbei- the frequency measuring devices 4 and 6 act on the preamplifier 9 in the same direction. The resistors 7 and 10 are mechanically coupled to one another in opposite directions, so that an increase in resistance in one branch corresponds to a reduction in resistance in the other branch, and vice versa. The coupled resistors 7 and 10 together form an electrical setting element. The preamplifier 9 feeds the amplifier arrangement 12, which in turn influences the adjustment mechanism 13, consisting of an electric valve and servomotor. The servomotor acts on the actuator of the turbine. A voltage-dependent relay device 14 is also connected to two main conductors of the three-phase main generator 2 , which relay device operates according to the closed-circuit current principle and short-circuits the resistor 7 when the three-phase main generator is de-energized. Further auxiliary devices that are usually present are not shown.

Das elektrische Einstellglied aus den einstellbaren Widerständen 7 und 10 in den beiden Steuerkreisen 8 und 11 des Vorverstärkers 9 bewirkt, daß der einen oder der anderen Ausgangsspannung der Frequenzmeßeinrichtungen ein größerer Einfluß gegeben werden kann, d. h., die Turbinenregelung wird entweder mehr von der Frequenz der einen oder von der Frequenz der anderen Speisespannung abhängig gemacht, wobei dieSpannung des Wechselstromhilfsgenerators 3 auch von den Polradpendelungen des Wechselstromhauptgenerators abhängig ist. Im Normalbetrieb haben beide Speisespannungen die gleiche Frequenz. Um sicherzustellen, daß der Turbinenregler auch bei Entregung des Hauptgenerators aktionsfähig bleibt, ist das elektrische Einstellglied so ausgebildet, daß der vom Wechselstromhilfsgenerator herrührende Einfluß nicht vollkommen ausgeschaltet werden kann. Der nicht ausschaltbare Resteinfluß genügt, um das Durchgehen der Turbine zu verhindern. Jedoch können die Regeleigenschaften beim Wiedererreichen der Solldrehzahl ungünstig sein. Die Relaiseinrichtung 14, die an der Spannung des Drehstromhauptgenerators liegt, kann zur Vermeidung dieses Nachteiles zusätzlich dazu dienen, beim Absinken der Spannung des Drehstromhauptgenerators 2 unter einen einstellbaren Mindestwert den Widerstand 7 ganz oder teilweise kurzzuschließen, um selbsttätig eine Vergrößerung des vom Wechselstromhilfsgenerator 3 herrührenden Einflusses hervorzurufen.The electrical setting element from the adjustable resistors 7 and 10 in the two control circuits 8 and 11 of the preamplifier 9 has the effect that one or the other output voltage of the frequency measuring devices can be given a greater influence, that is, the turbine control is either more of the frequency of the one or made dependent on the frequency of the other supply voltage, the voltage of the alternating current auxiliary generator 3 also being dependent on the oscillations of the pole wheel of the alternating current main generator. In normal operation, both supply voltages have the same frequency. In order to ensure that the turbine regulator remains capable of action even when the main generator is de-energized, the electrical setting element is designed in such a way that the influence from the auxiliary alternating current generator cannot be completely eliminated. The residual influence, which cannot be switched off, is sufficient to prevent the turbine from running away. However, the control properties can be unfavorable when the target speed is reached again. The relay device 14, which is connected to the voltage of the three-phase main generator, can also serve to avoid this disadvantage, when the voltage of the three-phase main generator 2 drops below an adjustable minimum value, the resistor 7 fully or partially short-circuited in order to automatically increase the influence of the auxiliary alternating current generator 3 to evoke.

Das Ausführungsbeispiel in Fig.2 unterscheidet sich von dem nach Fig. 1 dadurch, daß nur eine Frequenzmeßeinrichtung 19 vorgesehen ist, die über ein Einstellglied 15 gespeist wird. Das Einstellglied 15 ist an die beiden Meßspannungen angeschlossen. Das Einstellglied besteht aus einem einstellbaren Widerstand 16 mit Abgriff 20, der mit seinen Klemmen an gleichsinnige Ausgangsklemmen der Sekundärwicklungen der Zwischentransformatoren 17 und 18 angeschlossen ist. Dabei muß die Frequenz des Wechselstromhilfsgenerators gleich der Frequenz des Wechselstromhauptgenerators sein. Wenn als Wechselstromhilfsgenerator ein Mittelfrequenzgenerator verwendet wird, kann in den Zweig mit dem Transformator 17 ein Frequenzvervielfacher geschaltet werden, so daß die Bedingung gleicher Frequenz am Einstellglied 15 wieder erfüllt wird. Die beiden übrigen, gleichsinnigen Ausgangsklemmen der Zwischentransformatoren 17 und 18 sind direkt miteinander zusammengeschaltet und mit einer Eingangsklemme der Frequenzmeßeinrichtung 19 verbunden. Die andere Eingangsklemme der Frequenzmeßeinrichtung 19 ist an den einstellbaren Abgriff 20 am Widerstand 16 angeschlossen. Die Primärwicklung des Zwischentransformators 17 liegt an der Ausgangsspannung des Spannungswandlers 5. Sie wird also vom Drehstromhauptgenerator 2 gespeist. Die Primärwicklung des Zwischentransformators 18 ist an den Wechselstromhilfsgenerator 3 angeschlossen. Die Frequenzmeßeinrichtung 19 speist einen Vorverstärker 22, der seinerseits über die Verstärkeranordnung 12 das Verstellwerk 13 beeinflußt. Die beiden Zwischentransformatoren 17 und 18 erzeugen sekundärseitig die gleichen Spannungen. Sie sind über den einstellbaren Widerstand 16 parallel geschaltet. Am Widerstand 16 fällt demnach die geometrische Spannungsdifferenz zwischen den beiden Spannungen ab. Die Phasendifferenz zwischen den beiden Spannungen der Zwischentransformatoren 17 und 18 sei durch den jeweiligen Polradwinkel des Drehstromhauptgenerators gegeben. Durch Verschieben des Abgriffes 20 ist es daher möglich, dem Vorverstärker 19 entweder eine Spannung entsprechend der Spannung des Drehstromhauptgenerators 2 oder entsprechend der Spannung des Wechselstromhilfsgenerators 3 oder auch einen Mischwert aus beiden Meßspannungen zuzuführen, wie dies im Zeigerdiagramm in Fig. 2 für die Spannung U3 dargestellt ist. Im stationären Betrieb rotieren beide Spannungszeiger mit gleichbleibendem Differenzwinkel. Bei Polradpendelungen schwankt der Differenzwinkel und entsprechend auch der Winkel des Zeigers U.; gegenüber dem gleichförmig rotierenden Zeiger U1.The embodiment in FIG. 2 differs from that according to FIG. 1 in that only one frequency measuring device 19 is provided, which is fed via an adjusting member 15. The setting member 15 is connected to the two measuring voltages. The setting element consists of an adjustable resistor 16 with a tap 20, which is connected with its terminals to output terminals of the same direction of the secondary windings of the intermediate transformers 17 and 18 . The frequency of the auxiliary alternator must be equal to the frequency of the main alternator. If a medium-frequency generator is used as the auxiliary alternating current generator, a frequency multiplier can be connected to the branch with the transformer 17 , so that the condition of the same frequency on the setting member 15 is met again. The two remaining output terminals of the intermediate transformers 17 and 18 in the same direction are interconnected directly and connected to an input terminal of the frequency measuring device 19. The other input terminal of the frequency measuring device 19 is connected to the adjustable tap 20 on the resistor 16. The primary winding of the intermediate transformer 17 is connected to the output voltage of the voltage converter 5. It is therefore fed by the three-phase main generator 2. The primary winding of the intermediate transformer 18 is connected to the auxiliary alternating current generator 3 . The frequency measuring device 19 feeds a preamplifier 22, which in turn influences the adjustment mechanism 13 via the amplifier arrangement 12. The two intermediate transformers 17 and 18 generate the same voltages on the secondary side. They are connected in parallel via the adjustable resistor 16. Accordingly, the geometric voltage difference between the two voltages drops across resistor 16. The phase difference between the two voltages of the intermediate transformers 17 and 18 is given by the respective pole wheel angle of the three-phase main generator. By moving the tap 20 , it is therefore possible to supply the preamplifier 19 either with a voltage corresponding to the voltage of the three-phase main generator 2 or corresponding to the voltage of the auxiliary alternating current generator 3 or a mixed value of the two measurement voltages, as shown in the phasor diagram in Fig. 2 for the voltage U3 is shown. In stationary operation, both voltage indicators rotate with a constant differential angle. In the case of pole wheel oscillations, the difference angle fluctuates and accordingly also the angle of the pointer U .; compared to the uniformly rotating pointer U1.

Falls der Abgriff 20 gerade so eingestellt ist, daß die Spannung des Drehstromhauptgenerators 2 überwiegend oder allein wirksam ist und eine Entregung eintritt, kommt die Spannung des Hilfsgenerators selbsttätig zur Wirkung, wobei allerdings der Frequenzmeßeinrichtung 19 der ohmsche Widerstand 16 vorgeschaltet ist. Da die Frequenzmeßeinrichtung 19 nach dem Resonanzprinzip arbeitet und einen vergleichsweise kleinen Strom aufnimmt, hat die durch den ohmschen Widerstand hervorgerufene Reduzierung des Spannungsbetrages keinen wesentlichen Einfluß. Um bei entregtem Hauptgenerator eine Rückspeisung in diesen vom Wandler 18 über den Wandler 17 zu verhindern, ist eine nicht dargestellte Relaiseinrichtung vorgesehen, welche die Sekundärwicklung des Zwischentransformators 17 bei abgesunkener Hauptgeneratorspannung abschaltet. Dieselbe Relaiseinrichtung kann erforderlichenfalls auch dazu dienen, den vorgeschalteten Teil des Widerstandes 16 kurzzuschließen.If the tap 20 is just set so that the voltage of the three-phase main generator 2 is predominantly or solely effective and de-excitation occurs, the voltage of the auxiliary generator comes into effect automatically, although the frequency measuring device 19 is preceded by the ohmic resistor 16 . Since the frequency measuring device 19 operates according to the resonance principle and takes up a comparatively small current, the reduction in the amount of voltage caused by the ohmic resistance has no significant influence. In order to prevent the main generator from being fed back from the converter 18 via the converter 17 when the main generator is de-energized, a relay device (not shown) is provided which switches off the secondary winding of the intermediate transformer 17 when the main generator voltage has dropped. The same relay device can, if necessary, also serve to short-circuit the upstream part of the resistor 16.

Bei der Anordnung nach der Fig. 1 werden die dosierten Ausgangsgrößen der beiden Frequenzmeßeinrichtungen 4 und 6 auf einen gemeinsamen Vorverstärker 9 geschaltet, der die Hauptverstärkeranordnung 12 zur Erzeugung der gewünschten Dynamikwirkung beeinflußt. Die Hauptverstärkeranordnung besitzt ein gewünschtes, durch die Art und die Dimensionierung der verschiedenen Schaltglieder bestimmtesZeitverhalten, beispielsweise dasbekannte PD-Verhalten. Seine Schaltungselemente werden daher als verstellbare Einstellglieder ausgeführt, so daß das Zeitverhalten geändert werden kann.In the arrangement according to FIG. 1, the metered output quantities of the two frequency measuring devices 4 and 6 are switched to a common preamplifier 9 which influences the main amplifier arrangement 12 to produce the desired dynamic effect. The main amplifier arrangement has a desired time behavior determined by the type and dimensioning of the various switching elements, for example the known PD behavior. Its circuit elements are therefore designed as adjustable setting members so that the time behavior can be changed.

Fig. 3 a zeigt in symbolischer Darstellung ein der genannten Verstärkeranordnung 12 entsprechendes Glied mit PD-Verhalten. Die Einzelkomponenten P und D (d. h. Proportional- und Differentialanteil) sind dabei in zwei parallelen Zweigen je für sich dargestellt, und die Ausgangsgröße A des Vorverstärkers 9 in Fig. 1 bzw. 22 in Fig. 2 wird den Eingängen der beiden Teilzweige in gleicher Weise zugeführt. Die Ausgangssignale der Einzelzweige werden sodann im Punkt B summiert, und die so gewonnene Gesamtausgangsgröße B der Verstärkeranordnung wird dem elektrohydraulischen Steuerventil der nachgeschalteten Verstelleinrichtung 13 zugeführt.3 a shows a symbolic representation of a member corresponding to the aforementioned amplifier arrangement 12 with PD behavior. The individual components P and D (ie proportional and differential components) are shown separately in two parallel branches, and the output variable A of the preamplifier 9 in FIG. 1 and 22 in FIG. 2 is the inputs of the two sub-branches in the same way fed. The output signals of the individual branches are then summed up at point B, and the total output variable B obtained in this way from the amplifier arrangement is fed to the electrohydraulic control valve of the adjustment device 13 connected downstream.

Jede Einzelkomponente bzw. jeder Einzelzweig entsprechend der Fig.3b kann mit einer eigenen Verstärkeranordnung verwirklicht werden. Daher ist es auch möglich, die Eingänge der Parallelzweige nicht miteinander zu verbinden, so daß sich für jede Komponente ein eigener Eingang ergibt. Die Eingangssignale der Einzelzweige müssen dabei nicht mehr dieselben sein. Man kann jede Komponenten-Eingangsgröße entweder entsprechend Fig. 1 oder entsprechend Fig. 2 an eigene Einstellglieder mit eigenen oder gemeinsamen Frequenzmeßeinrichtungen anschließen, so daß die Einzelkomponenten wahlweise und unabhängig voneinander mehr oder weniger vom Einfluß des Wechselstromhilfsgenerators oder vom Einfluß des Wechselstronihauptgenerators abhängig gemacht werden können. Auch können beispielsweise zwei Komponenten zu einer Gruppe mit vereinigten Eingängen zusammengefaßt werden, besonders wenn mehr als zwei Komponentenzweige vorgesehen sind, beispielsweise bei der zusätzlichen Einführung des zweiten Differentialquotienten.Each individual component or each individual branch according to FIG. 3b can be implemented with your own amplifier arrangement. Hence it is possible not to connect the inputs of the parallel branches with each other, so that there is a separate input for each component. The input signals of the individual branches do not have to be the same any more. Any component input variable can be used either in accordance with FIG. 1 or in accordance with FIG. 2 to separate adjustment members with your own or shared frequency measuring equipment, so that the individual components optionally and independently more or less of the influence of the auxiliary alternator or can be made dependent on the influence of the main alternator. For example, two components can also form a group with combined inputs be combined, especially if more than two component branches are provided are, for example, with the additional introduction of the second differential quotient.

Bei einem elektrischen Turbinenregler mit aufgetrennten Zweigen für die Einzelfunktionskomponenten in der beschriebenen Ausführung können sehr vielfältige Einstellungen zur Erfüllung bestimmter Forderungen und zur Anpassung an die jeweilige Regelstrecke durchgeführt werden.In the case of an electric turbine regulator with separated branches for the individual functional components in the embodiment described can be very diverse Settings to meet certain requirements and to adapt to the respective Controlled system can be carried out.

Bei vorstehenden Ausführungen am Beispiel der Wasserturbinenregelung brauchte die zur Erzielung einer eindeutigen Wirklastaufteilung im Parallelbetrieb erforderliche Dauerstatik nicht berücksichtigt zu werden, da sie dynamisch von untergeordneter Bedeutung ist. Die Dauerstatik wird im allgemeinen durch proportionale Rückführung einer der Turbinenöffnung proportionalen Größe der Verstelleinrichtung 13 zur Verstärkeranordnung oder Meßeinrichtung erzeugt.In the above explanations using the example of the water turbine control, the permanent static required to achieve a clear active load distribution in parallel operation did not need to be taken into account, since it is of secondary importance dynamically. The permanent static is generally generated by the proportional return of a variable of the adjusting device 13 proportional to the turbine opening to the amplifier arrangement or measuring device.

Um bei kleinen oder großen Drehzahl- bzw. Frequenzabweichungen vom Sollwert einen unterschiedlichen Einfluß des elektrischen Reglers auf die Verstelleinrichtung 13 zur Betätigung des Turbinenstellgliedes zu erzielen, können in die Zweige der einzelnen Funktionskomponenten zusätzlich nichtlineare übertragungsglieder eingefügt werden. Entsprechende Glieder finden auch bei der elektrischen Analogienachbildung von Regelkreisen Anwendung, und sie können beispielsweise einstellbare Diodenstrecken enthalten. Mit solchen Funktionsgeneratoren aus Diodenstrecken ist es möglich, in den vier Quadranten des Koordinatensystems eine beliebige Funktion a = f(,) durch Zusammensetzung aus Geradenstücken nachzubilden. Da die einzelnen Dioden nicht plötzlich vom leitenden in gesperrten Zustand übergehen, wird der übergang von einem Geradenstück zum anderen abgerundet, so daß sich eine praktisch kontinuierliche Kurve ergibt. Die Abrundung der übergänge kann durch besondere zusätzliche Schaltungsglieder noch verbessert werden.In order to achieve a different influence of the electrical controller on the adjustment device 13 for actuating the turbine actuator in the case of small or large speed or frequency deviations from the setpoint, non-linear transmission elements can additionally be inserted into the branches of the individual functional components. Corresponding elements are also used to simulate electrical analogies in control loops, and they can contain adjustable diode sections, for example. With such function generators made from diode segments, it is possible to simulate any function a = f (,) in the four quadrants of the coordinate system by combining straight lines. Since the individual diodes do not suddenly change from the conductive to the blocked state, the transition from one straight line to the other is rounded off, so that a practically continuous curve results. The rounding off of the transitions can be improved by using special additional circuit elements.

In Fig. 4 a ist ein solcher Funktionsgenerator symbolisch dargestellt. Jedem Wert der Eingangsgröße e wird entsprechend der eingetragenen Kennlinie ein Ausgangswert a zugeordnet. Bei der dargestellten Abhängigkeit werden kleine Regelsignale praktisch proportional übertragen, während große Eingangssignale abgeschwächt am Ausgang erscheinen und einen entsprechend geringeren Einfluß auf die Turbinenregelung bewirken.Such a function generator is shown symbolically in FIG. 4 a. Each value of the input variable e is entered according to the entered characteristic Baseline value assigned to a. In the dependency shown, there are small control signals practically proportionally transmitted, while large input signals attenuated on Output and a correspondingly smaller influence on the turbine control cause.

Wenn am Funktionsgenerator dagegen die entsprechend Fig. 4 b eingetragene Kennlinie eingestellt wird, haben kleine Änderungen von £ praktisch keinen Einfluß auf die Regelung. Nur größere Werte des Eingangssignals e erzeugen ein Ausgangssignal a, welches einen Stelleingriff an der Turbine zur Folge hat.If on the other hand the function generator entered according to FIG. 4 b If the characteristic is set, small changes of £ have practically no effect on the scheme. Only larger values of the input signal e generate an output signal a, which results in control intervention on the turbine.

Die Verwendung von Funktionsgeneratoren mit nicht geknickter Kennlinie kann besonders dann erforderlich oder zweckmäßig sein, wenn das Ausgangssignal a einer differenzierenden Verstärkeranordnung zugeführt wird. In einfacheren Fällen können auch nichtlineare Glieder mit geknickten Kennlinien Anwendung finden, beispielsweise Begrenzungsglieder oder Unempfindlichkeitsglieder, wie sie in Fig. 5 a und 5 b symbolisch dargestellt sind.The use of function generators with a curve that is not bent can be particularly necessary or useful if the output signal a is fed to a differentiating amplifier arrangement. In simpler cases non-linear elements with kinked characteristics can also be used, for example Limiting members or insensitivity members, as symbolically shown in FIGS. 5 a and 5 b are shown.

Claims

CLAIMS: 1. An electric turbine controller are used to control the speed of the engine to drive AC generators in which ah Drehzahlmeßwerk electrical Frequenzmeßeinrichtungen, characterized in that the input of the electric turbine controller directly or indirectly at the same time the frequency of a driven at the rotational speed of the engine AC auxiliary generator and the Frequency of the AC main generator is supplied and that electrical adjustment members are provided which allow the ratio of the proportional influences supplied by the AC auxiliary generator and the AC main generator to be changed.

2. Electric turbine regulator according to Claim 1, characterized in that the output of the auxiliary alternating current generator and directly or indirectly to the terminals of the alternating current main generator each a per se known frequency measuring device is connected, the outputs of which via electrical adjustment members with the inputs of a common known per se Amplifier device are connected.

3. Electrical turbine regulator according to claim 2, characterized in that the setting members for the two frequency measuring devices are coupled in opposite directions.

4. Electrical turbine regulator according to claim 1, characterized characterized in that to the output of the auxiliary alternating current generator and indirectly or the primary windings directly at the terminals of the alternating current main generator are connected by one voltage transformer each, the secondary windings of which have a common resistor with tapping with the input of a known per se common frequency measuring device are connected, their output in turn a per se known amplifier device is connected

5. Electrical turbine controller according to eh = the preceding claims, characterized in that the per se known gemeimsame more encryption device in parallel branches for individual functional components separated, and a separate adjusting member is provided for each branch.

6. Electric turbine regulator according to one of the preceding claims, characterized in that in the branches for the individual functional components are inserted into non-linear circuit elements for generating different effects with large and small control signals. In Publications considered: German Patent Specifications Nos. 597 293, 357 878.