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Regelungsvorrichtung für elektrische Netz- oder Generatorfrequenzen
Die Erfindung betrifft eine Reguliervorrichtung für Netz- oder Generatorfrequenzen,
von denen insbesondere elektrische Zeitmesser abhängig sind, die mittels an Starkstromnetzen
angeschlossener Synchronmotore betrieben werden und bei denen ein Glied des Differentialgetriebes
von einem Normaluhrwerk und ein anderes Glied von einem von der Frequenz des Netzes
abhängigen Motor betrieben wird, um durch die Differenztourenzahl auf die Geschwindigkeit
des das Netz speisenden Wechselstromgenerators einzuwirken. Solche Differentialgetriebe
sind an sich bekannt. Meist wird dabei die Differentialbewegung unmittelbar zur
Steuerung, z. B. eines Regulierwiderstandes, oder zur Abbremsung der Tourenzahl
des Motors und zur Beeinflussung seines Stromkreises benutzt.
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Mit der Vorrichtung nach vorliegender Erfindung sollen nun mittels
des Differentialgetriebes solche Maschinen, die bereits einen Grobregler besitzen,
noch feineingestellt werden. Dazu dient in üblicher Weise ein Hilfsmotor, der seinen
Antrieb in der einen oder anderen Richtung von einem Relais aus erhält, das seinerseits
durch die vom Differentialgetriebe geschlossenen Stromkreise in Wirkung gesetzt
wird. Um dies zu erreichen, beherrschen gemäß der Erfindung die vom Differentialgetriebe
aus verstellbaren Kontaktgeber die Feinsteuerung des Reglers, während die Grobregelung,
wie üblich, von der Maschine selbst übernommen wird. Dadurch ist es möglich, die
Frequenz des Starkstromnetzes so gleichmäßig zu halten, wie es für den richtiggehenden
Antrieb der ang,eschlosisenen Uhrenanlagen erforderlich ist. Bei diesen kommt es
darauf an, die Frequenzzahl möglichst wenig schwanken zu lassen bzw. die Schwankungen
auf Bruchteile von Perioden zu beschränken.
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Die Reguliervorrichtung kann auch für Frequenzregelung von Werken
benutzt werden, die gemeinschaftlich dasselbe Hauptsnetz speisen.
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Auf der Zeichnung ist eine beispielsweise Einrichtung zur Ausführung
der Erfindung in Abb. i dargestellt. Darin stellen -im besonderen dar: Abb.
ia ein Relais zur Fernsteuerung des Hilfsmotors, - Abb. ib eine an sich bekannte
Drehzahlverstellvorrichtung für die Antriebsmaschinen der Generatoren, Abb. ic ein
Ausführungsbeispiel des Differentialgeftriebes im Zusammenbau mit einem Kontaktgeber
in Seitenansicht, zum Teil im Schnitt, Abb. id die Vorderansicht des Kontaktgebers
und Abb. ie den Stromunterbrecher der Abb. ic in Vorderansicht. Abb. z und 3 zeigen
in Vorderansicht zwei andere Ausführungsbeispiele des Kontaktgebers für die Fern;-steu@erung
des Hilfsmotors in Abb. ib, und Abb. q. zeigt .einen Umschaltsteuerkontakt als weiteres
Ausführungsbeispiel des Kontaktgebers in Abb. id.
Das in Abb. ic
dargestellte Differentialgetriebe besteht aus drei Kegelrädern, und zwar aus den
beiden auf der Welle b drehbar gelagerten Kegelrädern c und d und dem mit ihnen
im Zahneingriff befindlichen Planetenrad e, das auf dem mit der Welle
b fest verbundenen Arm f gelagert ist. Die zu regelnde Kraftmaschine ist
beispielsweise .ein Wechsel,-bzw. Drehstromgenerator, der - durch eine Dampfturbine
betrieben wird, deren Drehzahl durch den Feinregler geregelt werden soll. Das eine
Kegelradd wird von der zu regelnden Kraftmaschine elektrisch etwa durch einen kleinen
Synchronmqtor angetrieben, von dem nur der Rotorg in Abb. ic dargestellt ist. Der
Antrieb erfolgt zur Verringerung der Drehzahl über eine Schnecken- und Zahnradübersetzung
1a auf das Stirnrad i, einen zwischen diesen und dem Kegelrad d in fester
Verbindung eingebauten, umlaufenden Stromunterbrecher L, der die Stromzuführung
zum Steuermotor a in Abb. ib bzw. zum Steuerrelais a (Abb. ia) periodisch unterbricht.
Das Kegelrad c wird von einem Präzisionsuhrwerk, z. B. mit Pendelhemmung
m, über die Stirnrädern und n1 angetrieben. Während die Drehrichtung des
Kegelrades d die entgegengesetzte wie beim Kegelrad c ist, werden die übersetzungsverhältnisse
dieser beiden Antriebe so bemessen, daß die Umdrehungszahlen der beiden K egelräder
c und d bei der gichtigen Drehzahl de;: Kraftmaschinen genau gleich sind. In diesem
Falle dreht sich auch das Planetenrad e nur um seine Achse, da es von den beiden
Kegelrädern c und d im gleichen Drehsinn und mit gleicher Drehzahl angetrieben wird.
Es ändert also seine Lage nicht. Sobald die Kraftmaschine z. B. in ihrer Drehzahl
zurückbleibt oder voreilt, so kommt diese Differenz durch eitle kreisende Bewegung
des. Planetenrades e um die Achse der beiden Kegelräder c und d zum Ausdruck, welche
beim Zurückbleiben der DrehzahL in dem einen Drehsinn und beim Voreilen in dem anderen
Drehsinn auf die Welle b übertragen wird; Demzufolge können mit dieser Welle b die
Kontaktgeber zum Steuern des Motorsa in Abb. ih betätigt werden. Am .einfachsten
könnte dies z. B. dadurch geschehen, daß man den als Feder aus.-gebildeten Kontakthebel
o3 in Abb. z auf die Welle b federnd aufklemmt und zwischen den beiden Kontaktschrauben
p und p1 anordnet. Infolge der federnden Klemmung der Kontaktfeder o3 auf der Welle
b ist es möglich, daß sich diese unter Überwindung der Klemmreibung auch dann weiterdrehen
kann, wenn die Kontaktfeder an dem Kontakt p oder p1 anliegt. Dieser Fall z. B.
könnte bei einer plötzlichen starken Be- oder Entlastung eintreten, worauf nach
dem Eintreten des Gleich;-gewichtszustandes der Kontaktgeber -wieder normal arbeiten
kann.
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Durch einen solchen Vorgang hat sich aber die Lage der Kontaktfeder
o3 auf der Welle b in der einen oder anderen Drehrichtung geändert; demzufolge kann
die resultierende Differenzbewegung der Welle b bzw. die Differenz -in der Drehzahl
der Kraftmaschine nicht mehr -zum Ausgleich gebracht werden. Da dieser Ausgleich
aber eine Notwendigkeit bildet, wenn .es sich z. B. darum handelt, bei elektrischen
Antrieben, deren Gesamtleistungsarbeit von der Summe der Umdrehungen des Antriebsmotors
abhängig ist, in bestimmter Zeit bestimmte Leistungen zu :erzielen oder auch ein
Richtiggehen von Synchronmotoruhren im Anschluß an diese Kraftmaschine zu erzielen,
so empfiehlt @es sich, den Feinregler mit einer Steuerkontakteinrichtung nach Abb.
id oder 3 zu versehen. Bei diesen werden auch die bei den vorerwähnten vorübergehenden,
abnormalen Betriebsfällen auftretenden Gangdifferenzen wieder eingeholt bzw. zum
Ausgleich gebracht.
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Bei der Ausführungsform der Steuerkontakteinrichtu% nach Abb. i d
befindet sich der Kontakthebel o ebenfalls zwischen den beiden Kontaktschrauben
p und p1, jedoch ist er nicht auf der Differentialtriebwelle b angeordnet, sondern
einerseits - mit dem seiner Achse nach verschiebbaren und um sein Lager schwenkbaren
Führungshebel q durch ein Gelenk verbunden und wird anderseits durch ein Drucklager
r gegen die auf der Welle b verstellbarbefestigte, kreisrunde Metallscheibe s, und
zwar normalerweise in eine Vertiefung s1 gedrückt. Der Druck wird durch die Federt
(Abb. ic) ausgeübt, deren Spannung durch die Druckschraube t1 regelbar ist.- Am
unteren Ende des Kontaktlhehels o befidet sich eine kleine Laufrolleo",:.die auf
der Metallscheibe s läuft, wenn diese sich -dreht. Bei normalem Betrieb greift der
Kontakthebel o mit seiner Rolle o" in die Vertiefung si der Scheibe- s und ist durch
diese in leitender Verbindung mit der Welle b, auf welcher der periodische Stromunterbrecher
L drehbar gelagert ist, der eine periodische Stromverbindung und -unterbrechung
durch die Feder h herstellt. Tritt nun bei der Kraftmaschine eine Abweichung von
der normalen Drehzahl ein, so wird der Steuerkontakthebel o im Sinne-der resultierenden
Differenzbewegung vorwärts oder rückwärts bewegt -werden und bei der -Berührungseiner
Kontakte- mit den Kontaktschrauben p und p1 den Steuermotor a in Ä.bb- ib durch
das Relais a1 in Abb. ia in der-einen oder der anderen Richtung unter Strom setzen
bzw. denselben im Sinne des Ausgleichs, der eingetretenen Abweichung steuern. I
?er zwischengeschaltete periodische Stromunterbrecherl,
ll (Abb.
ic und ie) bezweckt, in den Pausen der durch ihn verursachten Stroxnunterbrechungen
dem Regler Zeit zur Erreichung des Beharrungszustandes zu geben und damit ein periodisches
Öffnen und Schließen des Reglers zu vermeiden.
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Wenn bei großen Belastungsänderungen die Scheibe s sich weiterbewegt,
als es die Einstellung der Kontaktschrauben p und p1 gestattet, so wird nach dem
Anstoß des Kontakthebels o an den einen oder den anderen dieser Kontakte dessen
Laufrolle o" aus der Vertiefung s1 der Scheibe s gedrängt und beim Weiterdrehen
der Scheibe bei geschlossenem Steuerkontakt auf deren Umfang laufen, bis nach genügender
Öffnung oder Schließung des Steuerorgans des Betriebsmittels der Kraftmaschine eine
rückläufige Differenzbewegung der Metallscheibe s eintritt und die Vertiefung sl
die Rolle o" samt Kontakthebel o wieder mitnimmt, wodurch der geschlossene Steuerkontakt
p oder p1 wieder unterbrochen wird. Damit isst die eingetretene Differenz der Drehzahl
der Kraftmaschine von der richtigen Zahl der Umdrehungen in der fraglichen Zeitdauer
wieder ausgeglichen.
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Da bei einem Kontaktgeber nach Abb. ic und id der Steuerkontakt o-p
oder o-pl auch bei der rückläufigen Bewegung der Differentialbewegung der Metallscheibe
s, d, h. nach dem Erreichen und Überschreiten der richtigen Drehzahl der Kraftmaschine,
geschlossen bleibt, so empfiehlt es sich, in die Verbindungsleitungen zwischen den
Steuerkontakten p und p1 mit dem Steuerrelais a1 eine Kontakteinrichtung nach Abb.
:1 einzuschalten, die in jeder Bewegungsrichtung gegen die Kontakte p°-p3 bzw. pl-p5
die Kontakte schließt und bei der entgegengesetzten, d. h. rückläufigen Bewegung
unterbricht, ohne die Differentialbewegung des Getriebes zu behindern. Dies geschieht
gemäß Abb. ¢ mittels eines zwischen den Kontakten p2-p3 einerseits und p4-p5 anderseits
wie bei Abb. ic und id gelagerten Steuerhebels o1, der gegen die gleichfalls auf
der Differentialwelle b befestigte Reibscheibe s' gedrückt wird und durch Reibung
mittels der vom Hebel o1 isolierten Kontaktplatte v einerseits und v1 anderseits:
die Kontakte auf der einen Seite schließt und auf der anderen Seite öffnet. Die
Kontaktplatten v und v' sind auf einem Zwischenstück drehbar befestigt, das im Hebel
o1 drehbar gelagert ist. Dadurch wird ein sicheres Anlegen der Kontakte erzielt.
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Bei der Steuerkontakteinrichtung nach Abb. 3 findet ein Kontakthebel
o Anwendung, der auf der Differentialtriebwelle b verstellbar befestigt ist. Er
kann über die Kontakte p und p1 hinweggleiten. Demzufolge ist die Dieferentialbewegung
über die Kontakte hinaus nicht behindert. Durch eine Verschiebung der Steuerkontakte
p und p1 sowohl in radialer Richtung als auch gegenseitig und auch durch entsprechende
Bemessung der Kontaktflächen kann die Stromschluß- und Unterbrechungsdauer beliebig
eingestellt bzw. erzielt werden.
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Von Wichtigkeit ist auch die Einstellbarkeit der Stromschluß- und
Unterbrechungsdauer bei dem periodischen Stromunterbrecher nach Abb. ic und ie.
Demzufolge sind bei demselben, wie aus Abb. ic ersichtlich, die Kontaktflächen des
Rotors Z verschieden breit gestaltet, und die Kontaktfeder h ist zu diesem Zweck
einstellbar angeordnet.
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In die Leitungen zur Steuerung des Motorsa bzw. seines Relais.al kann
ferner ein Kontaktgeber o'-p6 (Abb. ic) eingeschaltet sein, der beim Stillstand
des Synchronantriebsmotors g, von der Fliehkraft, z. B. der Pendel tv, gesteuert,
den Kontakt unterbricht und ihn nur während des Betriebs geschlossen hält. Durch
diese Einrichtung kann ein Öffnen des Steuerorgans für das Betriebsmittel der Kraftmaschine
beim Stillstand des Synchronantriebsmotors. g verhindert werden. Der Pendelregler
w sitzt auf der Welle des Rotors g vom Synchronmotor. Der Stellring w1 ist in Verbindung
mit ziem Steuerhebel o', der den Kontakt mit p6 nur während des Betriebs des Synchronmotors
bzw. der Kraftmaschine aufrechterhält, beim Stillstand jedoch unterbricht. Auch
kann zur Vermeidung einer unrichtigen Wirkung beim Stehen; bleiben des Synchronantriebsmotors
g der von dem Regler tv gesteuerte Hebel o' mit der Hemmung m des Uhrwerks so in
Eingriff gebracht werden, daß er das Pendel m beim Stehenbleiben des Synchronmotors
in der ausgeschwungenen Stellung abfängt, beim Betrieb hingegen unbehindert schwingen
läßt. Zu demselben Zweck kann auch umgekehrt in das Antriebsuhrwerk eine Kontakteinrichtung
eingeschaltet sein, die beim Stehenbleiben des Uhrwerks den Stromzufluß zum Synchronmotor
unterbricht und dadurch diesen gleichfalls zum Stillstand bringt.
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Der Feinregler kann zur genauen Regelung der Drehzahl jeder Art von
Kraftmaschinen Anwendung finden. Beim Antrieb von elektrischen Stromerzeugern kann
dies auch dann noch geschehen, wenn die Belastung sich an der Grenze der Leistungsfähigkeit
der Kraftmaschine bewegt, wie dies z. B. beim Antrieb mit Wasserkraft leicht vorkommt
und man aus Gründen der wirtschaftlichen Betriebsführung eine Wärmekraftmaschine
nicht zuschalten will. In diesem Falle empfiehlt es sich, mittels des Steuermotors
a die Belastung zu regeln, was entweder direkt durch Be- oder Entlasten oder mittelbar
durch- die dementsprechende Regelung der Spannung, d. h. Erniedrigung
oder
Erhöhung derselben, mittels des vom Steuermotor a beeinflußten Nebenschlußerregerwiderstandeserfolgen
kann.