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Einrichtung zur Synchronisierung einer in einer Nebenstelle aufgestellten
Wechselstromquelle von einer entfernten Hauptstelle aus Beim Synchronisieren zusammenzuschaltender
Wechselstromquellen kann man die effektiven Spannungen messen und miteinander vergleichen.
Es ist aber auch bekannt, zum Vergleich der Spannungen, Frequenzen und Phasen eine
Einrichtung zu verwenden, clie den 1Tomentanwerten der Spannung folgt, eine Einrichtung
also, die kurz als Oszillographeneinrichtung bezeichnet werden kann. Gemäß der Erfindung
wird dieses `'erfahren für Fern:bedienungsanlagen verwendet. Hierbei ergeben sich
besondere Vorteile, wie an Hand eines Ausführungsbeispiels gezeigt werden wird.
Eine Oszillographeneinrichtung braucht erheblich kleinere Meßströme als ein sonstigesWechselstrommeßgerät,
so d,aß diese auch über weite Strecken durch schwache Leitungen übertragen werden
können. Da außerdem die Oszillograpbeileinrichtung nur zwei Leitungen braucht, kann
sie auch in Fernbedienungsanlagen Verwendung finden, bei denen zur Messung und Einregelung
überhaupt nur zwei Fernleitungen zur Verfügung stellen. Sollten die über die Fernleitung
fließenden Meßströnie selbst für die empfindliche Oszillograplieneinrichtung zu
klein sein, so lassen sie sich beispielsweise unter Anwendung der bekannten Elektronenröhren
verstärken. Der Emissionsstrom der Elektronenröhren reicht mit Sicherheit zur Betätigung
derOszillograplieneinnichtungaus. Eine Vorrichtung, wie sie zur Durchführung der
Erfindung verwendet werden soll, ist als Ausführungsbeispiel in Abb. r dargestellt.
R, S, T sind .die Phasen eines in Betrieb befindlichen Energieverteilungsnetzes.
Ein Wechselstr.orngenerator G soll synchronisiert und dann durch Einlegen eines
Schalters an das Netz angeschlossen werden. Die Oszillograp:heneinrichtung besteht
hierbei aus zwei Spulen Il und 1` und einem magnetischen Körper K. Die Achsen der
beiden Spulen stehen aufeinander senkrecht, und der Körper K ist an einem elastischen.
einseitig eingespannten Stab E befestigt, der senkrecht zur Zeichenebene zu denken
.ist, so daß der Körper K in der Zeichenebene schwingen kann. Die Spule 11 wird
von einer der drei Spannungen des Netzes erregt und die Spule N von der entsprechenden
Spannung des Generators G.
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Der Körper K und der Stab E haben so geringe Trägheit, daß sie den
Momentanwerten der auf sie wirkenden magnetisclien Felder folgen können. Wenn der
KörperK lediglich unter dein Ein.fluß der Spule -11 stände, so würde er sich in
deren Achsrichtung bewegen; wenn außerdem das Feld der Spule X zur Wirkung kommt
und dieses Feld in Größe, Frequenz und Phase finit dein der Spule 111 übereinstimmt,
so bewegt sich der Körper k in einer geraden Linie, .die um
gegen
beide Spulenachsen :geneigt ist. Solange die Phasen des Netzes und, des Generators
.aber noch voneinander abweichen, .beschreibt der Körper K eine Ellipse, und wenn
auch die Frequenzen noch nicht übereinstimmen, so steht die Ellipse in ihrer Ebene
nicht still, sondern dreht sich, und zwar rechts herum oder links herum, je nachdem
ob die Drehzahldes Generators zu groß oder zu klein ist. Stimmen Phase und Frequenz
überein und die vom Körper li beschriebene Gerade ist nicht unter q.5° geneigt,
so hat der Generator G noch nicht die richtige Spannung.
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Für die Brauchbarkeit der Vorrichtung ist es nicht unbedingt erforderlich,
:daß die elektromagnetischen Felder der Spulen 11,1 und N
gleich groß werden
und daß ihre Achsen einen rechten Winkel bilden. Um die Bewegung des Körpers K b°ut
sichtbar zu machen, kann er besonders beleuchtet werden oder mit einer reflektierenden
Marke versehen werden; man kann auch einen Lichtstrahl, durch ihn ablenken lass-en.
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Eine .andere zur Durchführung der Erfirrdung geeignete Oszillograph-eneinrichtun:g,
bei welcher jede der Spannungen für sich durch ihre Kurve aufgezeichnet wird, zeigt
Abb.2. Das Netz. ist wiederum dargestellt durch die Phasenleitungen R, S und T.
Der zuzuschaltende Generator ist wiederum mit (i und der Schalter mit
A bezeichnet. Die Oszillographenein:richtung besteht aus den Spulenpaaren
C und: D sowie zwei SpiegelnL und P, welche in bekannter Weise einen Lichtstrahl
über einen rotierenden Spiegel Sp auf eine Beobachtungsfläche B lenken. Das eine
Spulenpaar C ist m,it den Phasen S' und T' des Generators G verbunden. Der Spiegel
I_ wird getragen von oinem kleinen leichten Eisenblech, welches sich gegen die Direktionskraft
seiner Aufhängung in die Richtung des Feldes der Spulen C zu stellen sucht. Eine
nicht gezeichnete Lichtquelle beleuchtet den SpiegelL <Lurch einen Strahl, der
von dort aus auf das Prisma Sp abgelenkt -wird. Durch die Drehbewegung des Prismas
wird in !hekannter Weise, wenn der Spiegel L reit der Frequenz der Generatorspannung
-schwingt, .auf einer Beobachtungsfläche B ein Linienzug erzeugt, der die Generatorspannung
wiedergibt. Gleichzeitig werden die Oszillograplienspulen D durch die Spannung zwischen
den Netzp.hasenS und T erregt. Durch,die Bewegung .des Spiegels P, der ebenso wie
der Spiegel L in Schwingung versetzt wird, entsteht auf dem Beobachtungsschirm B
eine zweite Kurve, welche die Netzspannung darstellt. Diese .bringt man zweckmäßig
durch Antrieb des rotierenden Spiegels Sp mittels der Netzspannung auf . dem Beobachtungsschirm
zum Stehen. Solange ;tann die Generatorspannung-eine andere Frequenz ,besitzt als
das Netz, wird ihre Kurve in der einen oder der anderen Richtung über den Beobachtungsschirm
wandern. Eine zwischen den beiden Spannungen etwa bestehende Phasendifferenz erkennt
man daran, daß die Kurven gegeneinander um den Differenzwinkel verschoben sind,
und einen Spannungs«riterschied daran, daß die Amplituden der ibeiden Kurven ungleich
sind. Das. Zusammenschalten .des Generators G und des Netzes darf nur erfolgen,
wenn die Kurvenzeichen auf dem Schirm sich zu einer gemeinsamen Kurve überdecken.
Es kann aber auch unter Umständen für eine leichtere Beobachtung zweckmäßig sein,
entweder die Nu)linien der Spannungskurve auf dem Schirm B im allgemeinen sich nicht
überdecken zu lassen oder umgekehrt vorübergehend nur i,hreL;'berdeckung zu beseitigen.
Eine gewünschte Verschiebung einer der Nullinien läßt sich dann stets durch ,eine
zusätzliche Gleichstromkomponente in .einem der wirksamen Felder der Spulen C oder
D erreichen.
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Es sind für die Erfindung auch solche Einrichtungen brauchbar, welche
die Momentanwerte der Spannung nicht ganz. lückenlos wiedergeben, z. B. Gldmmlichtoszillographen
und Glimm- oder Leuchtröhren mit stroboskopischer Beobachtungseinrichtun.g oder
Vorrichtungen, welche mit periodisch schließendem Schalter arbeiten.
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Abb.3 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die verschiedenen Svnchronisierungsvorrichtungen
gemäß der Erfindung bei einer Fernbedienungsanlage verwendet ,werden. Hierbei ist
angenommen, daß für die Einregelung der erforderlichen Spannring selbsttätige Vorrichtungen
bekannter Art vorgesehen sind, die jedoch :der Übersichtlichkeit wegen aus der Abbildung
fortgelassen sind. Dagegen sind die Vorrichtungen zuni Einregeln der Frequenz und
Phase gezeichnet.
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Die Haupt- und die Nebenstelle besitzen je eine BatterieBl und B=,
deren Nulleiter durch eine Fernleitung r miteinander verbunden sind. Eine zweite
Fernleitung :2 verbindet zwei in den beiden Stellen synchron umlaufende Kontaktarme
ro und 5o, die für gewöhnlich über zwei Scheiben 3 und 4. dauernd umlaufen, aber
in der gezeichneten Stellung auf den Kontakten 45 und 65 angehalten werden können.
Über die in dieser Stellung stillstehenden Kontaktarme werden dann sowohl die Kommandoströme
von der Hauptzur Nebenstelle übertragen, welche zur Regelung der Nebenstelle dienen,
als auch von der Nebenstelle der Hauptstelle Ströme zugeleitet, welche in der Hauptstelle
eine
Oszillographeneinrichtung speisen und auf diese Weise die Frequenz,
Phase und Größe der Spannung der Neb"nstelle erkennen lassen. Der Antrieb der Kontaktarme
1o und 5o erfolgt durch irgendwie angetriebene Wellen i i und 51. In -der Hauptstelle
wird von der Welle i i zunächst eine Kontaktscheibe 12 mitgenommen, und der Kontaktarm
1o ist erst durch eine Gleitkupplung 13 mit der Welle i i verbunden. Eine Scheibe
1.4, welche eine Aussparung für eine Klinke 15 besitzt, dreht sich mit dem Kontaktarm
zugleich und wird von der Klinke nur dann freigegeben, wenn diese durch einen Elektro-Inagneten
16 angezogen wird. Dies geschieht jedesmal dann, wenn die Kontaktscheibe 12 einen
Stromkreis schließt, der von dem positiven Pol der Batterie B, über die Kontaktscheibe
12 einen um einen Punkt 17 drehbaren Kontakthebel 18, seinen Kontakt 1g und über
die Wicklung des Magneten 16 zum Nulleiter der Batterie B, zurückgeführt ist. In
der Nebenstelle .bleibt der Kontgktar.m 5o ebenfalls auf seinem Ruhekontakt 65 stehen,
bis eine Klinke 55 aus dem Einschnitt einer mit dein Kontaktarm gekuppelten Scheibe
54 durch einen Magneten 56 herausgezogen wird. Dieser wird erregt, wenn ein Stromkreis
vom positiven Pol der Batterie B., ausgehend über den Anker 6o eines Relais 61,
über dessen Kontakt 62, die Wicklung des Magneten 56 zum negativen Pol der BatterieB2
geschlossen wird. Der Anker 6o wird vom Relais 61 dann angezogen, wenn vom positiven
Pol der Batterie B1 ein Strom über die Fernlcitung 2 das Relais 61 erregt, der dann
über ;lie Fernleitung i wieder zum Nulleiter der Batterie B, zurückfließt. Die Erregung
dieses Relais geschieht gleichzeitig mit der Erregung des Anlaufmagneten 16 in der
Hauptstelle. Über den geschlossenen Kontakt der Kontaktscheibe 12 wird. einerseits
über den Kontakthebel 18 und über den Kontakt 1g der Anlau-frnagnet 16 erregt. Andererseits
fließt vom Kontakt.liebel 18 aus ein Strom über den Kontakt 26, Gien Ruhekontakt
45, den Kontaktarm 1o, die Fernleitung 2, den Kont@aktarrn 5o, den Ruhekontakt 65
zum Relais ()i. Von hier geht er über ein Ventil 63, eine Drosselspule 64 und die
Fernleitung i zum Nulleiter der Batterie B, zurück. Durch das mit dein Relais 61
in Reihe liegende Ventil 63 und der Drosselspule 64 wird ein Erregen dieses Relais
durch Gleichstrom verkehrter Richtung oder durch Wechselstrom verhindert.
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Zur Durchführung der Synchronisierung müss"n die Kontaktarme 1o und
5o in der gezeichneten Stellung an- ehalten werden. Dazu ist in der Hauptsteile
eine Taste 22 zu drücken, wodurch drei Kontakte 23, 24 und 25 geschlossen werden.
über den Kontakt 2q. kommt vom positiven Pol der B'atterieB, ausgehend über einen
Kontakt 122, der jedesmal wenn der Kontaktarm 1o seinen Ruhekontakt 45 verläßt,
durch eine Nockenscheibe _l.3 vorübergehend geschlossen wird, ein Strom .durch die
Wicklung seines Magneten 21 zur .negativen Klemme der Batterie B, zustande. Der
Magnet 21 legt den Kontakthebel 18 derart um, daß die beiden für .den Wiederanlauf
notwendigen Kontakte 1g und 26 geöffnet werden und ein Kontakt 2o geschlossen wird.
Wenn die beiden Kontaktarme auf ihren Ruhekontakten. 45 und. 65 angehalten sind,
können sie nicht wieder anlaufen.
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Da der Kontakthebel 18 erst umgelegt wird, wenn der Kontakt 122 durch
die Nockenscheibe 43 geschlossen wird, d. h. in dem Augenblick, in dem der Kontaktarm
1o im Anfang seines Umlaufweges steht, so m.uß der Kontaktarm 1o einen Kontakt 44
mit Sicherheit noch einmal berühren, ehe er auf dem Kontakt ¢5 stehenbleibt. Wenn
er den Kontakt dd. berührt, schließt in der Nebenstelle der Kontaktarm 5o einen
entsprechenden Kontakt 9d.. Es fließt inifolgedessen ein Strom vom negativen Pol
der Batterie B1 über den jetzt geschlossenen Kontakt 25 der Taste 22, über den Kontakt
_..I und den Kontaktarm 1o, über die Fernleitung 2, dien Kontaktarm 5o und den Kontakt
9q. durch die Wicklung eines polarisierten Relais 67 und zurück über die Fernleitung
i zum Nulleiter der Batterie B,. Dieser Strohstoß erregt das Relais 67 in .der Weise,
daß sein Anker 66 einen" Kontakt 68 schließt, wodurch der Ruhekontakt 65 sowohl
mit zwei Regelmagneten 7o und 71 als auch mit dem einen Pol 83 des auf (las Netz
5, 6 zu schaltenden Wechselstromgenerators 8o verbunden wird. Es, möge z. B. angenommen
werden, d@aß der Regelmagnet 70 einen Absperrschieber ioi der antreibenden.
Wasserturbine 1o2 verstellt, und zwar so, daß die Umlaufgeschwindigkeit des angetriebenen
Generators vergrößert wird. Der Regelmagnet 71 verkleinere die Drehzahl. Zu dem
Zwecke werden durch die Regelmagnete zwei Klinken iog ,und i 1o bewegt, welche vermittels
zweier Zahnräder 107, 1o8 ein mit diesem gekuppeltes Zahnrad i i i verdrehen,
mit dem der Absperrschieber ioi durch das Zahnradsegment 112 gekuppelt ist. Die
Regelmagnete 70 und 71 liegen einseitig am Nulleiter der Batterie B2, der
durch die Fernleitung i mit dem Nulleiter der Batterie B, in der Hauptstelle verbunden
ist. Über den Kontakt 25 der Taste 22, über den, wie beschrieben, der Strom zur
Erregung des Relais 67 fließt, wird außerdem noch ein AntriebsinOtOr 34 einer Wechselstrommaschhie
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eingeschaltet. DieseWechselstrommaschine, deren Frequenz von der Netzfrequenz verschieden
ist, liefert den Erregerstrom für den Regelmagneten 71. Der dritte Kontakt 23 der
Taste 22 verbindet schließlich über einen Schalter 27 den Ruhekontakt 45 .mit der
einen Spule 3o einer 0szillographendainrichtun- ioo, aber nur solange der Schalter
27 in der gezeichneten Mittellage steht. Das andere Ende .der Oszillograplrenspule
ist bei geschlossenem Kontakt 2o durch die Fernleitung i mit dem Nulleiter der Batterie
BZ verbunden. Vom Kontakt 45 aus führt die leitende Verbindung weiterhin über den
Kontaktarm i o, die Fernleitung a, den Kontaktarm 5o und dessen Ruhekontakt 65 bis
zum Anker 66 des polarisierten Relais 67. Von hier führt die Verbindung über den
geschlossenen Kontakt 68, die Leitung 103, einen Ohmschen Widerstand 104, einen
Umschalthebel 84 zum Pol 83 des Generators 8o. Der andere Pol 81 des Generators
ist über den zweiten Umschalthebel 82 und den Batterien,ulleiter- mit der Fernleitung
i verbunden.
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Die Synchronisiereinrichtung ioo ist a@usgefÜhrt nach dem in Abb.
i gezeichneten Beispiel. Sie besitzt noch eine zweite Spule 31,
die vom Netz
5, 6 gespeist wird; und einen leicht beweglichen Körper 32 aus magnetischem Material.
Die Bewegung des Körpers 32 unter dem Einfluß der von den Spulen 30 ltncl
31 hervorgerufenen Felder wird von einer solchen Stelle aus beobachtet, daß
der Beobachter .dabei den Schalter 27 gleichzeitig bedienen kann. Die Regelmagnete
70 und 71 werden durch den Schalter 27 stoßweise erregt und bewirken eine Verdrehung
der Zahnräder 107 oder io8 mittels der Kliniken iog und iio, und zwar jedesmal
um einen Schritt. Nach jeder Verstellung wird der Schalter 27 in die Mittelstellung
zurückgefÜhrt, so daß der Erfolg der Regelung beobachtet werden kann.
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Der Ohmsche Widerstand 104 in der Nebenstelle ist vorgesehen, um den
durch Gleichstrom zu erregenden Regelmagneten 70 nicht durch die parallel liegende
Wicklung des Generators 8o, welche verschwindenden Ohmschen Widerstand besitzt,
kurzzuschließen. Andererseits ist der Weg über den Magneten 70 für Wechselströme
durch eine Drosselspule io5 und für Gleichstrom falscher Richtung .durch ein Ventil
io6 gesperrt. Der Regelmagnet 71 aber ist .mit einem Siobkreis ausgestattet, um
sowohl Gleichströme als auch Wechselströme, welche nicht die Frequenz der Hilfswechselstroinquelle
33 haben, nicht durchzulassen.
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.Wenn die Svnchronisierung beendet ist, und der Generator 8o mit dem
Netz 5, 6 ver-
bunden werden soll, wird eine zweite Taste 35 vom Wärter niedergedrückt.
Diese löst einen Klinklieb:l 4.2 aus, so daß die Taste 22 in ihre Ruhelage zurückkehren
kann. Außerdem wird ein Kontakt 36 geschlossen, über den ein Stromstoß vom positiven
Pol der Batterie 131 über eine Magnetspule 37, eine Magnetspule 38 zum negativen
Pol :der Batterie 131 fließt. Die Magnetspule 37 legt einen Schalter 39 derart um,
daß über einen Kontakt 4.o der positive Pol der Batterie B, mit dem Kontakt 49 der
Kontaktscheibe 4. verbunden wird. Durch die Erregung des Magneten 38 wird der Kontaktlie.bel
18 in die gezeichnete Stellung zurückgeholt, so daß vom positiven Pol der Batterie
BI über den Kontakt 36, über den Kontakthebel 18 und den jetzt wieder geschlossenen
Kontakt i9 ein Erregerstrom für den Magneten 16 zum Nulleiter der Batterie B, zustandekommt.
Der Kontakt 36 überbrückt ferner die Kontaktscheibe 12, welche die Anlaufstromstöße
aussendet. Durch das Umlegen des Kontakthebels 18 wird mit dem Kontakt i9 auch der
Kontakt 26 wiedergeschlossen. Infolgedessen laufen, sobald der Hebel i8 die gezeichnete
Lage wieder erreicht hat, die Arme io und 5o wieder an. Sobald sie den nächsten
Kontakt .I9 und 69 erreichen, fließt ein Strom vom positiven Pol der Batterie b'1
über den Kontakt 40, den Kontakthebel 39, den Kontakt 49, den Kontaktarm io, über
die Fernleitung 2, den Kontaktarm 5o in der Nebenstelle, .den Kontakt 69 über das
polarisierte Relais 72 und die Fernleitung i zum Nullleiter der Batterie Bi zurück.
Das Relais 72 schließt einen Kontakt 73, wodurch ein Stromstoß vom .Mittelpunkt
der Batterie Bz über den Kontakt73, über die Wicklung eines Einschaltmagneten 75
zum negativen Pol der Batterie B_ fließt. Der Magnet 75 legt den Umschalter 82,
84. um, wodurch der Gene -rat6r 8o an die Netzleitungen 5, 6 angeschaltet wird.
Eine Wiederabtrennung des Generators 8o vom Netz 5, 6 erfolgt in der Weise, daß
der Schalthebel 39 auf seinen Kontakt 41 gelegt wird. Dadurch kehrt sich die Stromrichtung
im polarisierten Relais 72 uni, sobald die Kontaktarme io und 5o über den Kontakt
49 und 69 hinweggleiten. Eine in der Darstellung nicht gezeichnete Schaltung, um
den Generator 8o wieder vom Netz 5, 0 abzutrennen, würde z. B. darin bestehen, daß
durch den Anker des Relais 72 über einen Kontakt 74 ein Auslösemagnet erregt würde,
ganz entsprechend wie derEinsclialtniagnet75.
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In der Nebenstelle wird noch durch eine Nockenscheibe 93 beim Wiederanlauf
des Kontaktarmes 5o eine Stoßstange 95 gehoben. Diese bewirkt mittels eines Hebels
96 die Abtrennung des Ankers 6o des Relais
61 von .seinem Arbeitskontakt
62, damit der Wiederanlaufmagnet 56 jedesmal wieder aberregt wird, wenn der Kontaktarm
5o einen neuen Umlauf begonnen hat. Außerdem schließt die Stoßstange 95 gleichzeitig
vorübergehend einen Kontakt 97 mit .dem Erfolg, daß vom positiven Pol der Batterie
B. ein Strom durch das polarisierte Relais 6; zum \ tilleiter der Batterie
B., zustandekommt. Dadurch werden der Anker 66 dieses Relais von seinem Arbeitskontakt
68 und die Regelmagnete 70 und 71 vom Ruhekontakt ()5 getrennt.
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Die Kontaktscheiben 3 und 4. bieten Platz für «eitere Kontakte, mit
denen andere Ge-J äte in den Stationen sich verbinden lassen, uni Befehle oder Meldungen
zwischen den Stationen austauschen zu können. Es können auch mehrere Ruhellcontahte
angeordnet wer-,len, uni entweder verschiedene Messungen vornehmen oder auch weitere
1Taschinen-<<inheiten svaclironisieren oder schalten zu können.
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Die Vorgänge bei der Synchronisierung sind kurz zusammengefaßt folgende:
Der «'iii-ter hält durch Niederdrücken der Taste 22 die Kontaktarme io und
50 auf ihren lZuliekoiitakten an. Zugleich ist in der. Nebenstelle durch
das Relais 67 sowohl der Generator 8o wie auch die beiden Regeknagnete
70 und 71 mit dem Ruhekontakt 65 verbunden. Der in der Mittelstellung
stehende Schalter 27 der Hauptst-, 11e leitet die von der :Nebenstelle übertragenen
Meßstränie in die eine Spule 30 der Osz_illogr,apheneinrichtung i oo, und
der Körper 32 zeigt durch seine Bewegurig an, wie die beiden Spannungen des Netzes
und des Generators 8o sich zueinander verhalten. Durch den Schalter 27 wird dann
schrittweise der Generator der Nebenstelle einreguliert, rund sobald die Bewegung
(lies Körpers 32 eine ausreichende Übereintimniung der beiden Spannungen erkennen
läßt, drückt der Wärter die Taste 35 nieder, wodurch der Kommandoschalter 39 in
die Einschaltstellung gebracht wird und die Kontaktarme io und 5o gleichzeitig zu
laufen beginnen. Sobald sie den ersten Kontakt erreichen, wird vermittels des Einschaltrelais
75 in der Nebenstelle rl:r Generator 8o auf (las Netz geschaltet.