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Regler für Kraftmaschinen zum Antrieb von Generatoren Die Erfindung
betrifft einen Regler für Kraftmaschinen zum Antrieb von Generatoren, bei welchem
eine erste Einrichtung ein der Drehzahlabweichung des Generators von einer Bezugsdrehzahl
proportionales Signal und eine zweite, mit einer Wirklastmeßschaltung ausgestattete
Einrichtung, ein der elektrischen Last am Generator proportionales Signal erzeugt
und Mittel zum Verändern ihrer Proportionalitätskonstanten aufweist und bei welchem
Einrichtungen zum Verknüpfen der beiden Signale, zum Verstärken der Summe dieser
Signale und zum Steuern der Brennstoffzufuhr zur Kraftmaschine entsprechend dieser
Summe vorgesehen sind.
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Es wurde bereits ein Magnetverstärker zur Steuerung und Regelung von
Kraftmaschinen zum Antrieb von Generatoreinheiten, deren Ausgänge mit dem Eingang
eines elektromechanischen Einstellgliedes für den Steuerschieber der Kraftmaschine
verbunden sind, vorgeschlagen, bei welchem die Steuerwicklungen der Magnetverstärker
an ein Leistungsmeßglied und an ein die Stellung des Steuerschiebers anzeigendes
Rückführglied angeschlossen sind, und zwar 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 bei welchem ferner an die Steuerwicklungen ein Frequenzmeßglied angeschlossen
ist, und zwar zur Bildung einer zweiten Einflußgröße, die der Frequenzabweichung
proportional ist, wobei der Steuerschieber mittelbar über die Magnetverstärker die
Kraftmaschine im Sinne einer konstanten Drehzahl beeinflußt. Bei dem vorgeschlagenen
Regler muß außer der elektrischen Last und der Generatorfrequenz auch noch die Stellung
des die Kraftstoffzufuhr zur Kraftmaschine steuernden Steuerschiebers abgetastet
werden, und die Regelung beruht auf einer Verknüpfung dieser drei Größen.
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Erfindungsgemäß liegt die Wirklastmeßschaltung mit einem veränderlichen
Widerstand in Serie. Hierdurch wird der Vorteil erzielt, daß die Abweichung der
Drehzahl der Antriebsmaschine in einem Bereich vom Wert Null bis zu irgendeinem
gewünschten Wert ohne Einführung eines Signals, das dem der Kraftmaschine zugeführten
Brennstoff entspricht, kontinuierlich verändert werden kann. Für die Durchführung
der Regelung ist es lediglich erforderlich, die Generatorfrequenz und die am Generator
anliegende elektrische Last abzutasten.
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Bei einer Regleranordnung mit zwei oder mehreren Reglern zur Regelung
der Kraftmaschinen von zwei bzw. mehreren parallel arbeitenden Generatoren können
die Wirklastmeßschaltungen der Regler zur Erzielung einer Regelung der Lastverteilung
während des Parallelbetriebes der Generatoren miteinander verbunden sein und unveränderliche
Widerstände aufweisen, durch welche die von einem Regler zum anderen fließenden
Ströme so verändert werden können, daß das Verhältnis der von den parallel arbeitenden
Generatoren abgegebenen Leistungen in weiten Grenzen steuerbar ist. wobei zweckmäßigerweise
ferner die Rückkopplungskreise der Verstärker zur Erzielung der Regelungsstabilität
miteinander verbunden sein können.
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In den Figuren der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung
schematisch dargestellt. Es zeigt Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild des vollständigen
Reglersystems gemäß der Erfindung, Fig.2 ein Funktionsdiagramm der Bauteile des
Reglers und Fig. 3 ein Blockschaltbild zweier erfindungsgemäßer Regler, die parallel
arbeitende Generatoren steuern. In Fig. 1 ist bei 1 schematisch ein Dieselmotor
dargestellt, der einen Wechselstromerzeuger 2 zusammen mit seinem Erreger 3 über
mechanische Kupplungen 4 und 5 antreibt. Der Wechselstromerzeuger und sein Erreger
sind durch Kabel 6 und 7 mit einem Schaltpult 8 verbunden, von welchem aus
ein
weiteres Kabel 9 mit der Belastung in Verbindung steht.
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Weitere bei 10 gestrichelt gezeigte Verbindungen gestatten eine Übertragung
elektrischer, der Belastung und der Frequenz proportionaler Signale zu einer Einheit
11, welche von diesen Signalen einen der Belastung und dem Drehzahlfehler proportionalen
Gleichstrom ableitet. Dieser Strom wird über Verbindungsleitungen 12 einer Brennstoffpumpen-Betätigungseinrichtung
13 zugeführt, die die Brennstoffpumpe 14 des Motors: 1 steuert. Die Einrichtung
11 wird mit Bezug auf Fig. 2 im folgenden näher beschrieben. Von Stromwandlern 15,16
und 17 (Fig. 2), welche den Phasen 18, 19 und 20 zugeordnet sind, erhält man dem
tatsächlichen Laststrom proportionale Wechselströme. Durch eine gleichzeitige Messung
der tatsächlichen Phasenspannungen erhält man mittels Wirklastmeßschaltungen 21,
22 und 23 Gleichspannungen, die der Wattzahl pro Phase proportional sind. Diese
Gleichspannungen werden in einer Summierschaltung 24 verknüpft, die ein Gleichstromsignal
abgibt, das der Gesamtwirklast in allen Phasen proportional ist. Es sei bemerkt,
daß dieser Teil der Steuerschaltung automatisch den Leistungsfaktor berücksichtigt
und daß seine Arbeitsweise nicht von einer ausgeglichenen Belastung zwischen den
Phasen abhängt.
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Zur Steuerung der Proportionalitätskonstanten zwischen den tatsächlichen
Wirklasten und der von der Summierschaltung 24 an den Verstärker 26 gelieferten
Gleichspannung ist eine Einrichtung 25 in Form eines veränderlichen Widerstandes
vorgesehen.
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Ein Diskriminator 27 (Fig. 2) gewöhnlicher Bauart ist zur Messung
der Frequenz und zur Anzeige der Abweichung von einem Bezugswert direkt zwischen
zwei Phasen oder zwischen eine Phase und den Nullleiter geschaltet. Eine solche
Anzeige erfolgt in Form eines Gleichstromsignals, das der Größe der Abweichung proportional
ist und eine Polarität aufweist, die von dem Richtungssinn dieser Abweichung abhängt.
Eine weitere Einrichtung 28 in Form eines veränderlichen Widerstandes ist vorgesehen,
um die Proportionalitätskonstante zwischen der tatsächlichen Abweichung der Frequenz
von dem Bezugswert und dem Gleichstromsignal, das dem Verstärker 26 zugeführt wird,
zu verändern.
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Diese beiden Signale, die von den Einheiten 24 und 27 abgeleitet sind,
werden der Verstärkereinheit 26 zugeführt. Der Verstärker gibt einen Gleichstrom
ab, der der Summe der beiden Eingangssignale proportional, aber größer als diese
ist. So ist der abgegebene Gleichstrom ebenfalls proportional der elektrischen Belastung
und der Frequenzabweichung vom Bezugswert und folglich der Antriebsmaschinenlast
und dem Drehzahlfehler.
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Der von dem Verstärker abgegebene Strom wird zur Erregung einer elektromechanischen
Einrichtung 13 (Fig. 1 und 2) verwendet, deren Anker ein Ventil oder einen Schieber
in einem hydraulischen Kreis steuert, der eine Betätigungseinrichtung versorgt,
die wiederum den der Antriebsmaschine zugeführten Brennstoff steuert.
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Mit gewöhnlichen Proportionalreglern erhält man einen allmählichen
Abfall der Drehzahl mit der Belastung oder, anders ausgedrückt, die Drehzahlbelastungskennlinie
zeigt eine fallende Charakteristik.
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Die Belastungssummiereinrichtung 24 ist so eingerichtet, daß sie ein
mit wachsender elektrischer Belastung wachsendes Signal abgibt, das die Belastung
repräsentiert. Die Wirkung dieses belastungsdarstellenden Signals besteht darin,
eine proportionale Gleichstromabgabe des Verstärkers zu schaffen. Die Schaltungen,
die dieses belastungsdarstellende Signal erzeugen, sind so bemessen, daß sie in
der Lage sind, ein Signal zu liefern, das groß genug ist, die fallende Charakteristik
der von dem die Drehzahl darstellenden Signal allein abgeleiteten Proportionalreglung
zu überkompensieren. Durch ein Anordnen der Einstelleinrichtung 25, derart, daß
sie das Verhältnis des verwendeten, die Belastung repräsentierenden Signals verändert,
ist es möglich, die fallende Charakteristik des Reglers gegenüber derjenigen, die
man von dem die Drehzahl darstellenden Signal allein erhält, kontinuierlich durch
einen Zwischenzustand hindurch, in welchem kein Abfall auftritt oder ein isochroner
Betrieb stattfindet, in einen Zustand negativen Abfalls, d. h. einen Zustand mit
der Belastung wachsender Drehzahl zu verändern. Dies bedeutet, daß es möglich ist,
von jeglicher Rückkopplungsschaltung abzusehen, die auf den der Antriebsmaschine
zugeführten Brennstoff anspricht, jedoch die Drehzahl oder irgendeinen Wert des
Abfalls konstant zu halten, wobei man lediglich die abgeleiteten, spezifizierten
Signale verwendet.
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Obzwar die Erfindung bisher nur in bezug auf einen einzelnen, durch
einen Antriebsmotor angetriebenen Wechselstromerzeugungsersatz beschrieben wurde,
ist sie in bezug auf zwei oder mehr Wechselstromerzeuger, die, wie im folgenden
beschrieben, parallel arbeiten, in ganz besonders geeigneter Weise. anwendbar.
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Wenn zwei Wechselstromerzeuger parallel arbeiten und jede der Antriebsmaschinen
durch einen auf die elektrische Belastung ansprechenden Regler der oben beschriebenen
Art geregelt wird und jeder Regler so eingestellt ist, daß sich ein isochroner Betrieb
ergibt, ist es möglich, einen stabilen Betrieb zu erhalten. Um dieses Ergebnis zu
erreichen, sind die Wirklastmeßschaltungen der Regler miteinander so verbunden,
daß ein Anwachsen der Belastung an einem Wechselstromerzeuger dahingehend wirkt,
daß der andere Wechselstromerzeuger seine Abgabe vergrößert. Da lediglich eine gegebene
zu liefernde Gesamtlast vorhanden ist, wird das Anwachsen der Belastung von beiden
Sätzen aufgenommen. Sollte der ursprüngliche Lastanstieg an dem einen Wechselstromerzeuger
durch eine Lastübernahme von dem anderen verursacht werden und nicht durch ein Anwachsen
der zu liefernden Gesamtlast, dann wird die an den lastübernehmenden Wechselstromerzeuger
abgegebene ursprüngliche Last zurückgenommen. In ähnlicher Weise findet der umgekehrte
Vorgang statt, sollte die Gesamtlast an beiden Wechselstromerzeugern abnehmen oder
einer der Wechselstromerzeuger einen Teil seines Gesamtlastanteiles abgeben. Dadurch
liefern beide parallel arbeitende Wechselstromerzeuger ihren zugemessenen Gesamtlastanteil.
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In Fig. 3 sind mit 29 ein Diskriminator, mit 30 eine Wirklastmeßschaltung
und mit 34 ein Verstärker eines Reglers bezeichnet, der einen ersten durch eine
Antriebsmaschine angetriebenen Wechselstromerzeuger steuert, während mit 35, 36
und 40 die entsprechenden Bauteile eines Reglers bezeichnet sind, der einen zweiten
durch eine Antriebsmaschine angetriebenen Wechselstromerzeuger steuert, der mit
dem erstgenannten parallel arbeitet. Mit A, A' ist eine
Verbindung
zwischen den Ausgängen der Wirklastmeßschaltungen 30 und 36 und mit B, B'
eine Verbindung zwischen den Rückkopplungskreisen der Verstärker 34 und 40 bezeichnet.
Mit dieser Anordnung können die Wechselstromsätze im Parallelbetrieb isochron arbeiten,
wobei die Widerstände 31 und 32 im ersten Antriebsmaschinenregler und die entsprechenden
Widerstände 37 und 38 im zweiten Antriebsmaschinenregler entsprechend eingestellt
sind. Wenn nun die Belastung an dem einen Wechselstromerzeuger auf Kosten der Last
an dem anderen wächst, wird ein Teil des Signals bei wachsender Last von der Wirklastmeßschaltung
seines Reglers auf den Verstärker des anderen übertragen, wodurch der durch einen
jeden Wechselstromerzeuger übernommene Gesamtlastanteil konstant gehalten wird.
Die Ausgangsgrößen der beiden Verstärker werden ihren entsprechenden Betätigungseinrichtungen
41 und 42, wie vorher bereits beschrieben und bei 13 in den Fig. 1 und 2 gezeigt,
zugeführt.
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In ähnlicher Weise wird ein jeder Wechselstromerzenger seinen genauen
Anteil der Gesamtlaständerung liefern, sollte die Gesamtlast einer Änderung bedürfen.
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Die Verbindung B, B' in Fig. 3 zwischen den Rückkopplungssehaltungen
der Verstärker 34 und 40 hat die Aufgabe, die Stabilität des Systems als Ganzes
zu gewährleisten.
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Wenn die Regler auf einen isochronen Betrieb eingestellt sind, findet
die Aufrechterhaltung einer stabilen und genauen Lastaufteilung ohne eine Änderung
der Drehzahl im Dauerzustand statt.
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Da durch die Verbindung aller Wirklastmeßschaltungen der elektrischen
belastungsfühlenden Regler ein stabiler isochroner Betrieb von zwei oder mehr Wechselstromerzeugersätzen
möglich ist, folgt daraus, daß dann, wenn die Wirklast an einem Wechselstromerzeuger
geändert wird, die Teillasten der übrigen Wechselstromerzeuger ebenfalls geändert
werden. Die Regler gemäß der Erfindung sind daher mit kontinuierlich veränderlichen
Widerständen 33 und 39 (Fig. 3) versehen, deren Funktion darin besteht, den Anteil
der Ausgangsgröße der Wirklastmeßschaltung eines jeden Reglers, der dem anderen
Regler zugeführt wird, zu steuern. Durch diese Einrichtung erhält man eine kontinuierlich
veränderliche Einstellung des durch einen jeden Wechselstromerzeuger gelieferten
Gesamtlastanteils.
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Die beschriebenen Ausführungen können, ohne den Rahmen der Erfindung
zu überschreiten, abgeändert werden. So kann beispielsweise der Diskriminator 27
(Fig. 2) einen Verstärker mit veränderlicher Verstärkung aufweisen, wodurch der
veränderliche Widerstand 28 als ein Mittel zur Veränderung der Proportionalitätskonstanten
der Schaltung ersetzt wird.
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Mit dem Ausdruck »Kraftmaschine« sind alle Arten von Antriebsmaschinen,
die elektrische Generatoren antreiben, gemeint. Des weiteren ist der Ausdruck »Verstärker«
so zu verstehen, daß er eine jede Art von elektrischen Verstärkern einschließlich
magnetischer Verstärker umfaßt.