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Anordnung zur Regelung der Energieaufnahme elektrischer Maschinen
mit wechselnder Belastung und nur für einen teilweisen Ausgleich der Belastungsschwankungen
bemessenen Schwungmassen Es ist bekannt, zum Ausgleich von Belastungsschwankungen,
die vom Netz ferngehalten werden sollen, Elektromotoren mit Schwungrädern zu kuppeln
und die Drehzahl dieser Anordnung durch Änderung eines Widerstandes zu beeinflussen.
je nach der besonderen Anordnung kann diese Widerstandsänderung im Rotorstromkreis
eines Asynchronmotors oder im Feldkreise eines Gleichstrommotors oder im Feldkreise
einer Steuerdynamo vorgenommen werden. Es ist weiterhin bekannt, die Widerstandsänderungen
von einem Relais abhängig zu machen, das beispielsweise auf jede Abweichung der
Netzbelastung von einem möglichst genau einzuhaltenden mittleren Wert anspricht
und jeweils so lange in passendem Sinne auf Widerstandsänderung hinwirkt, bis der
mittlere Wert der Leistungsentnahme aus dem Netz wieder erreicht ist.
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In vielen Fällen wird auf vollkommenen Ausgleich stark schwankender
Belastungen kein Wert gelegt. je nach der Höchstbelastung, die das Netz verträgt,
läßt sich häufig mit einem teilweisen Ausgleich auskommen, wobei ein kleineres Schwungrad
und unter Umständen geringere Energieverluste sich ergeben. Bei in regelmäßiger
Folge sich wiederholenden Betriebsvorgängen müßte dann die Leistungsentnahme aus
dem Netz zwischen einem als zulässig erachteten Höchstwert und einem Niedrigstwert
schwanken. In diesen Fällen ist es nicht möglich, die obenerwühnte Relaisanordnung
zu verwenden, deren Eigenart es ist, jede kleine Abweichung von einem bestimmten
mittleren Wert durch Einleitung eines entsprechenden Regelvorganges zu beantworten.
Hier handelt es sich vielmehr darum, zwischen zwei verhältnismäßig weit voneinander
abstehenden Werten, die nicht über- bzw. unterschritten werden sollen, einen passenden
Verlauf der Leistungsentnahme aus dem Netz zu erzielen.
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Beispielsweise stellt in Abb. t die gestrichelte Linie das Diagramm
der Leistungsentnahme aus dem Netz vor, wie es sich ohne Schwungradausgleich ergeben
würde. Die strichpunktierte Gerade bedeutet den Mittelwert der Leistungsentnahme.
Bei vollkommenem Ausgleich müßte eine Arbeitsmenge, die durch den Inhalt der Fläche
a b c d ea bestimmt ist, aus der Schwungradenergie gedeckt
werden. Begnügt man sich damit, nur einen gewissen Bruchteil dieser Arbeitsmenge
der kinetischen Energie des Schwungrades zu entnehmen, weil der Hauptzweck erreicht
ist, wenn die Belastungsspitze vom Netz ferngehalten wird, so ist etwa die schraffierte
Fläche f b c d g f maßgebend für die Inanspruchnahme des Schwungrades.
Die schraffierte Fläche !t i h l m h entspricht dann der zum Wiederaufladen
des Schwungrades notwendigen Arbeitsmenge. Die dem Netz entnommene Leistung bewegt
sich, statt
dem gestrichelten Linienzug zu folgen, zwischen den
durch 1-ä und f-m gekennzeichneten Werten.
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Man kann nun beispielsweise durch passend eingestellte Maximal- und
Minimalrelais bewirken, daß in den Diagrammpunkten f und lt der Abfluß der Widerstandsflüssigkeit
aus bzw. der Zufluß zu dem Elektrodenraum eines Flüssigkeitswiderstandes aus dem
Sammelbehälter freigegeben wird, daß also bei f z. B. eine Erhöhung des Widerstandswertes
im Rotorstromkreis des Asynchronmotors, der mit dem Schwungrad gekuppelt ist, und
damit Zunahme des Schlupfes und Energieabgabe des Schwungrades eingeleitet wird,
während bei 1a diejenigen Umstellungen veranlaßt werden, die zur Verringerung des
Widerstandes, zu Drehzahlsteigerung und Wiederaufladen des Schwungrades führen.
Es würde dann nur noch darauf ankommen, die zeitliche Änderung des Widerstandes
zwischen den Diagrammpunkten f und g bzw. 1z und m
so auszugestalten, daß
die Energieabgabe des Schwungrades, die sich in bekannter Weise aus dem Schwungmoment
und der .Differenz der Quadrate der Drehzahlen zu Beginn und bei Beendigung des
Entladens errechnet, dem Flächeninhalt f b c d g f und andererseits die Energieaufnahme
dem Flächeninhalt lt.! h L m lt
entspricht. -Das läßt sich unter Benutzung
von an sich bekannten Flüssigkeitswiderständen mit zwischen zwei Grenzwerten veränderlichem
Flüssigkeitsstand in besonders einfacher Weise erreichen. Ein derartiger Flüssigke#ts-,viderstand
ist in Abb. z schematisch wiedergegeben. Es sind danach übereinander ein unterer
Sammelbehälter A, der Elektxodenraum B und ein oberer Sammelbehälter C angeordnet.
In dem Elektrodenraum kommt eine Änderung des Flüssigkeitsspiegels zwischen einem
höchsten Stand n und einem niedrigsten Stand o bzw. umgekehrt in Betracht. Um diese
Ä nderung herbeizuführen, ist im Boden des Elektrodenraumes B ein Rohrstutzen r1
und im Boden des oberen Sammelbehälters C ein Rohrstutzen r2 angebracht. Diese Rohrstutzen
werden gewöhnlich durch Absperrorgane s1, s2 verschlossen gehalten, können aber
durch öffnen des zugehörigen Absperrorganes freigegeben werden und gestatten dann
den Abfluß der in. dem betreffenden Raum angesammelten Flüssigkeit. Auf diese Weise
tritt durch öffnen des Absperrorganes s' ein Senken des Flüssigkeitsspiegels im-
Elektrodenraum B ein, indem die Flüssigkeit von dort in den unteren Sammelbehälter
A abfließt. Andererseits bewirkt ein Öffnen des Absperrorganes s2 dadurch, daß die
Flüssigkeit aus dem Sammelbehälter C über den Rohrstutzen r2 in den Elektrodenraüm
B überströmt, wieder ein Steigen des Flüssigkeitsspiegels im Elektrodenraum. Eine
Pumpe D sorgt dabei durch Überpumpen der Flüssigkeit aus dem unteren Sammelbehälter
A in den oberen C jeweils dafür, daß in dem letzteren die erforderliche Wassermenge
tatsächlich vorhanden ist.
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Die praktische Durchrechnung zeigt nun, daß die Änderung des Flüssigkeitsstandes
im Elektrodenraum zunächst sehr rasch vor sich gellen muß, während im weiteren Verlauf
des Entladevorganges die Geschwindigkeit der Widerstandsänderung stärker abnehmen
muß, als sich bei unveränderter Durchflußöffnung selbst unter Berücksichtigung der
ständig abnehmenden Druckhöhe ergibt. Um die nötige Anpassung an den gewünschten
Verlauf des Regelvorganges herbeizuführen, wird daher erfindungsgemäß der zur Verfügung
stehende Durchflußquerschnitt in entsprechendem Maße geändert, wie dies in den Abb.3
bis 5 beispielsweise veranschaulicht ist.
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Dort bedeutet n jeweils den höchsten, o -den tiefsten Stand der Flüssigkeit
im Elektrodenraum. Nach Abb.3 sind des weiteren p, q und r in geeigneter Weise zentrisch
zueinander befestigte Rohre, die den Elektrodenraum und den darunterbefindlichen
Sammelbehälter miteinander verbinden. s ist das Absperrorgan, das in angehobener
Stellung den Abfluß der Widerstandsflüssigkeit aus dem Elektrodenraum freigibt.
Wenn das Absperrorgan angehoben wird, steht der Flüssigkeit zunächst der lichte
Querschnitt des Rohres p, der Ringraum zwischen p und q und der Ringraum zwischen
q und r zum Abfluß zur Verfügung. Sobald aber der Flüssigkeitsspiegel die obere
Mündung von p erreicht, fällt der Querschnitt dieses Rohres für den Flüssigkeitsabfluß
weg und es bleiben nur die beiden Ringräume übrig, von denen im weiteren Verlauf
noch der zwischen p und q befindliche ausscheidet, so daß für die Absenkung des
Flüssigkeitsspiegels von Oberkante q bis Oberkanter nur der Ringraum
zwischen p und r in Betracht kommt. Natürlich kann je nach den Verhältnissen des
Ein-' zelfalles die Zahl der Abstufungen größer oder kleiner gewählt werden. -Bei
dem Ausführungsbeispiel der Abb. q. sind die Rohre p und q nebeneinander innerhalb
des Rohres r angeordnet. Dadurch lassen sich besonders leicht mehr Stufen unterbringen.
Ferner erleichtert diese Ausführungsform das nachträgliche Einstellen der Höhe der
einzelnen Rohre.
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Eine dritte Ausführungsform zeigt Abb.5. Hier ist in dem Rohr r nur
ein Rohr p vorhanden, das aber in verschiedener Höhe mit Bohrungen versehen ist.
Solange der Flüssigkeitsspiegel noch nicht bis zur Oberkante
von
p abgesunken ist, strömt dann die Flüssigkeit sowohl durch die seitlichen Bohrungen
als auch durch die obere Mundöffnung in das Rohr p hinein. Im weiteren Verlauf stehen
zunächst sämtliche, nach und nach aber immer weniger seitliche Bohrungen als Durchtrittsquerschnitt
zur Verfügung.
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Schließlich läßt sich statt der stufenweisen auch eine stetige Änderung
des Durchflußquerschnitts erzielen, wenn man statt seitlicher Bohrungen seitliche
Schlitze anbringt. Eine solche Anordnung ist in Abb. 6 dargestellt. Bei dem dort
vorgesehenen höchsten Flüssigkeitswiderstande ergibt sich allerdings eine teils
stufenweise, teils stetig verlaufende Änderung des Durchflußquerschnittes. Bei einem
höchsten Flüssigkeitsstande, der nicht über die Oberkante der Durchflußschlitze
hinausgeht, kann man aber auch eine rein stetig verlaufende Änderung erzielen.
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In der gleichen Weise, wie die Absenkung des Flüssigkeitsspiegels
durch Verbindung des Elektrodenraumes mit einem darunterbefindlichen Sammelbehälter,
läßt sich auch die Erhöhung des Flüssigkeitswiderstandes durch Verbindung des Elektrodenraumes
mit einem darüberbefindlichen Sammelbehälter durchführen, indem der Flüssigkeitszufluß
in den Elektrodenraum zweckentsprechend geregelt wird. Die Verhältnisse sind dabei
im wesentlichen durchaus dieselben, da bei Anfüllung des Elektrodenraumes der Flüssigkeitsspiegel
der vorher im oberen Sammelbehälter aufgespeicherten Flüssigkeitsmenge sich um ein
bestimmtes Maß senken muß, mithin also ebenfalls verschiedenen Flüssigkeitshöhen
verschiedene Durchflußquerschnitte zugeordnet werden können.