DE206573C

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Publication number: DE206573C
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Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

- M 206573 KLASSE 21 c. GRUPPE

HUGO KORN in MERSEBURG.

Die Regelung von Kraftmaschinen, welche elektrische Generatoren treiben, leidet an folgendem Übelstande:

Ist für eine bestimmte Leistung Spannung und Umdrehungszahl genau eingestellt, und tritt nun eine Mehrbelastung des Generators ein, so sinkt die Spannung aus zwei Ursachen:

i. die Mehrbelastung erfordert an sich eine

Verstärkung der Erregung;

ίο 2. die Umdrehungszahl der Kraftmaschine geht zum Zwecke der Einstellung größerer Leistung ' durch den Regulator etwas zurück.

Die Regelung der Spannung und damit

auch im Grunde genommen der Leistung des Generators erfolgte meist von Hand. Es sind jedoch auch selbsttätige Spannungsregler, welche durch ein Spannungsrelais gesteuert werden, ausgeführt worden. Jede Tätigkeit eines solchen von der Antriebsmotorregelung unabhängigen Apparates hat eine Bewegung der letzteren zur Folge, diese aber übt infolge Änderung der Umdrehungszahl wieder eine Rückwirkung auf die Erregung und damit auf die Spannung aus, und so fort. Es entstehen somit häufigere und meist größere Schwankungen, als wenn die Regelung des elektrischen Teiles von Hand ausgeführt wurde. Die Pendelungen der Spannung machen sicH beim Lichte der Wechselstromanlagen besonders bemerkbar. Durch

die vorliegende Erfindung sollen diese Übelstände beseitigt werden.

■ Es sei eine Turbine als Antriebsmotor für den Generator angenommen; doch gilt das Gesagte für Antriebsmotoren beliebiger Art, insbesondere auch für solche mit direkt wie indirekt wirkenden Regulatoren. Gemäß der Erfindung wird die Regelung des Generators (z. B. innerhalb Leerlauf bis Vollbelastung) in einstellbarem Anteile dem Regulator der Antriebsmaschine übertragen. Letzterer wird durch einen bekannten Regler, der Klarheit halber im folgenden als Tachometer bezeichnet, gesteuert.

Die Fig. ι und 2 dienen als Einführung in den Gedankengang der Erfindung, während durch Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel der eigentlichen Erfindung dargestellt ist.

In Fig. ι sind in den Erregungsstromkreis zwei Regulier widerstände W₁ . und W₁₁ eingeschaltet. Die Turbine wird angelassen und zunächst der bei solchen Anlagen allgemein vorhandene Handregulierwiderstand W₁ so eingestellt, daß bei Leerlauf der Generator mit richtiger Spannung läuft. Der vom Turbinenregulator beeinflußte Regulierwiderstand W₁₁ sei nun so gewählt, daß z. B. bei Wechselstromgeneratoren durch ihn im Falle einer Belastung mit induktionsfreien Widerständen (Lampen) die der veränderlichen Leistung entsprechende Änderung der Erregung ausgeführt wird. Von Hand sind also gegebenenfalls dann nur noch die kleinen Abweichungen zu verbessern, welche die mehr oder weniger induktive Belastung mit sich bringt. Die Regler W₁ und W_n können in einem Stromkreise parallel oder hintereinander, oder auch in verschiedenen, demselben Zwecke dienenden Stromkreisen angeordnet sein. Jeder Stellung des Tachometers entspricht hier eine bestimmte Leistung der ganzen Anlage, also sowohl des Antriebsmotors wie des Generators. Einfachheitshalber ist in der Fig. 1 ein direkt wirkender Regulator

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angenommen. Gemäß dieser Figur wird also die Bewegung des Erregungsreglers II direkt von der Tachometermuffe eingeleitet.

In Fig. 2 beeinflußt das Relais eines indirekt wirkenden Regulators zugleich den Kraftmittelzufluß zu dem Antriebsmotor und das Regelungsorgan des Regulierwiderstandes W_n für die Erregung des Generators. Auf der Welle des Tachometers α sitzt zu diesem ίο Zwecke eine Riementrommel, auf welcher, durch die Riemengabelstange c geführt, zwei Ringriemen d_x und d₂ laufen. Verschiebt sich die Tachometermuffe z. B. nach links, so gelangt der Riemen d₂ unter den Reibteller R und bewegt diesen, sowie infolgedessen auch die Mutter W₁ und das die Motor- und Generatorregelung vermittelnde, auf der Reibtellerachse angeordnete Kegelradgetriebe in dem einen Regelungssinne. Die Bewegung der Mutter M₁ bringt durch Vermittlung der Stange g den Hebel δ in eine solche, in der Fig. 2 punktiert angedeutete Lage, daß die Riemengabelstange c wiederum beide Riemen seitlich vom Reibteller vorbeigleiten läßt. Gemäß dieser Figur wird also die Regelung des elektrischen-Teiles von derjenigen des Motors, und zwar zeitlich von der Bewegung der mit dem Motorregler verbundenen Rückführungseinrichtung abhängig gemacht.

Diese durch Fig. 1 und 2 dargestellten, nicht zur Erfindung gehörenden Regelungsverfahren liefern für die Fälle, wo die ganze an dem Antriebsmotor zur Verfügung stehende Energie von dem Generator aufgenommen wird, keine befriedigenden Ergebnisse. Nach der durch die Fig. 3 in einer Ausführungsform zur Darstellung gebrachten Erfindung wird daher für die Regelung der Erregung des Generators ein besonderes Relais vorgesehen, dessen Bewegung entweder, von der Tachometermuffe direkt oder von der mit der Motorregelung verbundenen. Rückführungseinrichtung eingeleitet wird, und das eine von der zur Motorregelung benutzten, im nachfolgenden »Hauptrelais« genannten Einrichtung unabhängige und gegebenenfalls verschiedene Schlußzeit hat, d. h. mit dem Ende seiner Regulierbewegung von dem Hauptrelais nicht, abhängig ist. Seine Bewegungen brauchen also m'it denen des Hauptrelais zeitlich nicht zusammenfallen.

In der Fig. 3 ist somit außer dem in Fig. dargestellten und dort näher beschriebenen Hauptrelais b, c, d_x, d₂, g, R, m_x für die Motorregelung ein zweites Relais h, i, I₁, I₂, k, m₂, s, Q für die Erregungsregelung vorgesehen. Die Bewegung des letzteren Relais wird hier von der Rückführung der Motorsteuerung eingeleitet, kann aber auch von der Tachometermuffe unmittelbar eingeleitet werden., Auf der Welle des Tachometers α sitzt außer der Riementrommel zum Antrieb des Relais für die Motorregelung eine Riemscheibe, auf welcher ein offener (rechts) und ein gekreuzter (links) Riemen laufen. Auf der von diesen Riemen getriebenen Schneckenwelle sitzen zwei Losscheiben I₁ und I₂ und dazwischen eine mit der Schneckenwelle verbundene Festscheibe ß. Durch Verschiebung der Riemengabelstange i wird der eine oder andere dieser beiden Riemen auf die Festscheibe geführt und so ein Rechts- oder Linksgang der Welle mit Schnecke s verursacht. Mit der Schnecke s arbeitet ein Schneckenradsektor Q zusammen. Mittels dieses Sektors läßt sich die an einem Hebel V verschiebbar angeordnete Tauchelektrode P eines in die Erregung des Generators eingeschalteten Flüssigkeitswiderstandes heben und senken. Dadurch, daß die Entfernung r der Tauchelektrode vom Drehpunkt des Sektors größer oder kleiner gemacht wird, läßt sich die Regelung des Widerstandes einstellen.

Die Regelung des Kraftmittelzuflusses zum Antriebsmotor bzw. der Beaufschlagung der Turbine geschieht wie in Fig. 2 von dem Hauptrelais aus durch das auf der Riementellerwelle angeordnete Kegelradgetriebe. Die Regelung vollzieht sich folgendermaßen: Angenommen, der Generator und der Antriebsmotor laufen unter Vollast, dann soll die Regelungsvorrichtung die in der Fig. 3 ■ durch punktierte Linien angegebene Lage einnehmen. Wird nun der Generator entlastet, so steigt die Umdrehungszahl des Antriebsmotors, und die Tachometermuffe, somit der Punkt z, wird nach links verschoben. Da der Punkt χ des mit allen seinen Gelenk- und Endpunkten beweglichen Gestänges z, y, b, x, U, h, m₂ zunächst noch fest liegen bleibt, wird die am Punkte y der Stange b angelenkte Riemengabel c nach links mitgenommen und dadurch der Riemen d₂ unter den Teller R geführt. Hierdurch wird die ,Motorregelung eingeleitet und zugleich die von der nach unten gerichteten Bewegung der Mutter m_t beeinflußte Stange g nach rechts im Sinne »zu« verschoben. Da nun wiederum der Punkt m% (d. i. die auf der Schneckenwelle verschiebbare Mutter) zunächst noch festliegt, wird der Punkt u des Gestänges und damit die Riemengabel i nach rechts verschoben, und der gekreuzte (linke) Riemen von der Losscheibe I₁ auf die Festscheibe k geführt. Hierdurch wird die Schneckenwelle mit der Schnecke s in Drehung versetzt, die Tauchelektrode P mittels der Hebelvorrichtung gehoben und somit Widerstand in die Erregung eingeschaltet; gleichzeitig wird aber durch Bewegung der Mutter m₂ nach links eine Zurückführung des Gestängepunktes u und der Riemengabel i nach links eingeleitet.

Am Ende des von der eingetretenen Entlastung des Generators herrührenden Regelungsvorganges wird das Gestänge eine solche Lage haben, daß die Punkte y und u im Räume die alte Ausgangslage wieder einnehmen; denn hierdurch werden beide Riemengabeln c und i in die alte Lage gebracht, in der die von ihnen geführten Riemen so lauf en, daß die ganze Regelungsvorrichtung in Ruhe ist

ίο (vgl. die ausgezogene Lage der Fig. 3).

Zwischen Anfang und Ende eines soeben geschilderten Regelungsvorganges, der die Anlage von einem Belastungszustand in einen . anderen überführt, sind verschiedene Zwischenlagen des Gestänges entsprechend den verschiedenen Zeitpunkten des Regelungsvorganges denkbar. Auch der Grad der Belastungsänderung ist von Einfluß auf die Bewegungs-.phasen des Gestänges. So wird z. B. der

ao Muffenpunkt ζ entsprechend den von sogenannten Überregulierungen herrührenden Umdrehungsschwankungen nicht gleichmäßig fortschreitend von der Anfangs- in die Endlage übergeführt, sondern wird z. B. über die schließlich einzunehmende. Endlage hinwegschießen und umkehren, d. h. also, allgemein gesprochen, in einer Wellenbewegung (Muffenausschlag bzw. . Umdrehungszahl als Ordinate und die Zeit als Abszisse gedacht)

zur Endlage übergehen. Eine ähnliche Wellenbewegung mit nicht so großer Amplitude wird dementsprechend der von der Rückführung des Hauptrelais beeinflußte Gestängepunkt y machen, während der Punkt u und der Rückführungspunkt m₂ der elektrischen Regelung im allgemeinen gleichförmig (ohne Wellenbewegung) von einer Lage in die andere übergeführt werden, die Regelung der Generatorerregung also gleichförmig in einem Sinne fortschreitet. Fig. 4 verdeutlicht z. B. einen solchen Regelungsvorgang an experimentell gewonnenen Kurven. Als Abszisse ist die Zeit und als Ordinate für die Kurve η die Umdrehungszahl bzw. der dieser proportionale

Muffenhub, für die Kurve φ der Hub der Rückführung m_x des Hauptrelais (ihm ist die Beaufschlagung der Turbine proportional) und für die Kurve r der Hub der Rückführung w₂ für die elektrische Regelung (ihm ist die Erregung des Generators proportional) aufgetragen. Für die letztere Kurve ist ein Relais rriit konstanter Schlußzeit gewählt. Im allgemeinen sind jedoch die Schlußzeiten der Relais nicht konstant, vielmehr veränderlich mit dem Grade der Belastungsschwankung, d. h. der Größe des Tachometerausschlages.

Durch die Wahl der Schlußaeiten der Relais zu einander kann man den Grad der Dämpfung der -Schwingungen bestimmen. Charakteristisch für dieses Regelungsverfahren ist es, daß man auf das Überregulieren, das im wesentlichen durch die in Bewegung gesetzten Massen hervorgerufen wird, nicht verzichtet, sondern die Bewegung der Massen gut ausnutzt, und daß für eine schnelle Dämpfung der Überregulierungsschwingungen gesorgt wird.

Der mit Δ in der Fig. 4 bezeichnete Betrag, um den sich die Umdrehungszahl η von der der neu einzustellenden Belastung zugeordneten Umdrehungszahl noch unterscheidet, ist durch den Unempfindlichkeitsgrad der Motorregelungsvorrichtung bedingt und für die Regelung ohne Bedeutung.

Claims

Patent-Ansprüche:

1. Verfahren zur gemeinsamen Regelung von Antriebsmotoren und Generatoren, gekennzeichnet durch die Anwendung eines besonderen Relais für die Generatorregelung, dessen Bewegung von der Tachometermuffe oder von der Bewegung der Motorregelung eingeleitet wird, und dessen Schlußzeit von der Schlußzeit der Motorregelung unabhängig, gegebenenfalls verschieden ist.

2. Ausführungsform des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Anordnung eines durch das besondere Relais beeinflußten Regulierwiderstandes, dessen Stufen so bemessen sind, bzw. der so geregelt wird, daß gleichen Wegen der Tachometermuffe gleiche Änderungen der Erregung des Generators entsprechen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen,