DE517982C

DE517982C - Control device for power machines with an additional load

Info

Publication number: DE517982C
Application number: DET33264D
Authority: DE
Original assignee: DIETER THOMA DR ING
Current assignee: DIETER THOMA DR ING
Priority date: 1927-03-29
Filing date: 1927-03-29
Publication date: 1931-02-13

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Regelungsvorrichtungen, welche zum Antrieb von Wechselstromerzeugern oder Drehstromerzeugern dienen, die mit anderen Stromerzeugern parallel arbeiten.The invention relates to control devices which are used to drive AC generators or three-phase generators are used with other generators work in parallel.

Die Charakteristik eines Kraftmaschinenreglers, d. h. die Linie, welche die Abhängigkeit der Drehzahl von der Belastung anzeigt (Linie a-b in Abb. 1, in welcher η die Dr ehzahl und N die Leistung der Kraftmaschine bedeuten), hat in den meisten Fällen eine schwache Neigung, derart, daß die Drehzahl der leer laufenden Maschine etwas höher ist als die der vollbelasteten. Wenn mehrere Kraftmaschinen durch Wechselstromerzeuger ein Netz speisen, besteht oft der Wunsch, die Belastungsschwankungen des Netzes nicht durch alle zusammenarbeitenden Kraftmaschinen aufzunehmen, sondern eine oder einige Kraftmaschinen mit gleichbleibender Leistung zu betreiben und den Ausgleich der Belastungsschwankungen den anderen Maschinen zuzuweisen. Bei Schwankungen der Netzbelastung und den damit zusammenhängenden Schwankungen der Netzfrequenz kann eine Kraftmaschine dadurch auf konstanter Leistung gehalten werden, daß die Charakteristik ihres Reglers durch die bekannten Mittel der Tourenverstellung durch den Maschinenwärter gehoben oder gesenkt wird. Dieses Verfahren ist praktisch durchführbar nur für den Ausgleich der nicht allzu häufigen großen Belastungsschwankungen des Netzes. Außer den großen Belastungsschwankungen sind jedoch dauernd kleinere Belastungs-Schwankungen vorhanden, welche bewirken, daß die Netzfrequenz und damit auch die Drehzahl der Kraftmaschine dauernd etwas schwankt. Wenn beispielsweise die Drehzahl zwischen n' und n" schwankt (Abb. 1), dann schwankt die Leistung der Kraftmaschine, wenn nicht von Hand eingegriffen wird, zwischen den Werten N' und N", welche den Schnittpunkten der Linien n' und n" mit der Charakteristik a-b entsprechen.The characteristic of an engine governor, i.e. the line that shows the dependence of the speed on the load (line ab in Fig. 1, in which η is the speed and N is the power of the engine), has in most cases a slight tendency, such that the speed of the idle machine is slightly higher than that of the fully loaded. When several prime movers feed a network through alternators, there is often the desire not to absorb the load fluctuations of the network through all the cooperating prime movers, but rather to operate one or several prime movers with constant power and to assign the compensation of the load fluctuations to the other machines. In the event of fluctuations in the network load and the associated fluctuations in the network frequency, an engine can be kept at constant power by raising or lowering the characteristics of its controller by the machine operator using the known means of tour adjustment. This method can only be carried out in practice to compensate for the large load fluctuations in the network that are not too frequent. In addition to the large load fluctuations, however, there are constantly smaller load fluctuations which cause the network frequency and thus also the speed of the engine to fluctuate slightly. For example, if the speed fluctuates between n ' and n " (Fig. 1), then the power of the engine, if there is no manual intervention, fluctuates between the values N' and N", which are the intersections of the lines n ' and n " correspond to the characteristic ab.

Um diesem Übelstand abzuhelfen, kann in bekannter Weise eine sogenannte öffnungsbegrenzung vorgesehen werden, welche durch einen Anschlag im Gestänge des Reglers zwangsweise verhindert, daß das Einlaßorgan der Kraftmaschine über einen bestimmten, einstellbaren Betrag geöffnet wird. Wenn man die Stellung dieses Anschlages beispielsweise so bemißt, daß die höchstmögliche Leistung der Maschine gleich N'" ist, und außerdem durch die bekannten Mittel der Tourenverstellung die Charakteristik des Reglers etwas hinaufverschiebt, so erhält die Charakteristik die Form p-q-r in Abb. 2. Die betriebsmäßig vorkommenden dauernden Schwankungen der Drehzahl zwischen n' und n" haben dann keine Veränderung der Maschinenleistung zur Folge, während bei einer abnormalen Steigerung der Drehzahl, ζ. Β.In order to remedy this inconvenience, a so-called opening limitation can be provided in a known manner, which by means of a stop in the linkage of the regulator forcibly prevents the inlet member of the engine from being opened beyond a certain, adjustable amount. If, for example, the position of this stop is dimensioned so that the maximum possible performance of the machine is equal to N '" , and the characteristic of the controller is shifted up a little by the known means of tour adjustment, the characteristic is given the form pqr in Fig. 2. The Permanent fluctuations in the speed between n ' and n " which occur during operation then do not result in any change in the machine output, whereas in the case of an abnormal increase in the speed, ζ. Β.

bei Abtrennung des Stromerzeugers vom Netz, der obere Ast p-q der Charakteristik zur Wirkung kommt und das Durchgehen der Maschine verhindert wird. Diese bekannte Einrichtung hat jedoch den Nachteil, daß die Regelung der betreffenden Kraftmaschine oder Kraftmaschinen nicht eingreifen kann, wenn durch besondere Vorfälle, z.B. durch Abtrennung eines anderen Stromerzeugers ίο vom Netz, die Netzfrequenz und Drehzahl ungewöhnlich stark herabgehen. Obwohl die mit öffnungsbegrenzung betriebenen Kraftmaschinen an sich noch eine Leistungsreserve aufweisen und obwohl in einem solchen Falle die Rücksichten, welche im normalen Betriebe für die Gleichhaltüng der Leistung dieser Maschinen sprechen, vollständig zurücktreten, wird ihre Leistungsreserve nicht für die Stützung des Netzes herangezogen, so daß der Netzbetrieb in vielen Fällen ganz zusammenbricht.When the generator is disconnected from the grid, the upper branch pq of the characteristic comes into effect and the machine is prevented from running away. However, this known device has the disadvantage that the control of the relevant engine or engines cannot intervene if the system frequency and speed drop unusually sharply due to special incidents, for example when another power generator is disconnected from the network. Although the prime movers operated with opening limitation still have a power reserve and although in such a case the considerations that speak for the equalization of the power of these machines in normal operation are completely receded, their power reserve is not used to support the network, so that in many cases the network operation breaks down completely.

Um diesem Nachteil abzuhelfen, ohne die für den normalen Betrieb wünschenswerte Unempfindlichkeit des Reglers gegen kleine Drehzahländerungen zu beseitigen, kann die Charakteristik des Reglers mit einer Stufe versehen werden, derart, daß (Abb. 3) ein oberer Ast der Charakteristik s-t und ein unterer Ast u-v durch ein steiles Stück t-u verbunden sind, welches den Bereich der normalen Drehzahlschwankungen überbrückt. Die normalen Frequenzänderungen im Netz bewirken dann keine Veränderung der Kraftmaschinenleistung, wohl aber wird, sobald die Frequenz den der Höhenlage des Punktes u entsprechenden Wert unterschritten hat, die Leistungsreserve dieser Kraftmaschine bis zu ihrer Volleistung zur Verfügung gestellt. In order to remedy this disadvantage without eliminating the insensitivity of the controller to small changes in speed, which is desirable for normal operation, the characteristic of the controller can be provided with a step such that (Fig. 3) an upper branch of the characteristic st and a lower branch uv are connected by a steep section tu , which bridges the range of normal speed fluctuations. The normal frequency changes in the network then cause no change in the engine power, but as soon as the frequency has fallen below the value corresponding to the altitude of point u , the power reserve of this engine is made available up to its full power.

Um die gewünschte Stufe in der Charakteristik des Reglers zu erzeugen, wird nach der vorliegenden Erfindung eine kleine zusätzliche Muffenbelastung des Fliehkraftpendels vorgesehen, welche sich beim Überschreiten einer einstellbaren Maschinenleistung N'" plötzlich oder schnell verändert, zu dem Zwecke, eine den kleinen Bereich der gewöhnlichen Drehzahlschwankungen der anderen Maschinen und der gewöhnlichen Frequenzänderungen des Netzes überbrückende Stufe zu erzeugen.In order to produce the desired step in the characteristics of the controller, a small additional sleeve load of the centrifugal pendulum is provided according to the present invention, which changes suddenly or quickly when an adjustable machine output N '"is exceeded, for the purpose of a small range of the usual To generate speed fluctuations of the other machines and the usual frequency changes of the network bridging stage.

In Abb. 4 ist eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung schematisch gekennzeichnet. Dabei bedeuten 1 das Fliehkraftpendel, dessen Muffe in bekannter Weise durch den Hebel 2 und den Lenker 9 mit dem Einlaßorgan 3 der Kraftmaschine in Verbindung steht. Auf dem dem Fliehkraftpendel zugekehrten Arm des Hebels 2 ruht das Gewicht 4 unter Vermittlung der geradegeführten Stange 5 auf. Die Senkung des Gewichtes 4 wird weiterhin durch einen Anschlag 6 begrenzt, dessen Höhenlage durch die Welle 7 von Hand beliebig eingestellt werden kann. Wenn die Muffe des Fliehkraftpendels höher steht als die gezeichnete Mittellage, wird die Stange 5 vom Hebel 2 angehoben, und das Gewicht 4 ruht voll auf dem Hebel 2 auf. Wenn umgekehrt die Muffe des Fliehkraftpendels tiefer steht als die gezeichnete Mittellage, wird das Gewicht 4 von dem Anschlag 6 abgefangen, so daß die zusätzliche Muffenbelastung aufhört. Die Linie s-t in Abb. 3 entspricht der Charakteristik des Fliekraftpendels mit der zusätzlichen Muffenbelastung, die Linie u-v der Charakteristik ohne die zusätzliche Muffenbelastung. Durch Veränderung der Stellung des Anschlages 6, z. B. eine Hebung, wird der Punkt t auf dem Ast a-t weiter nach links nach, f verschoben und ent- So sprechend auch der Punkt« nach %i', so daß sich beispielsweise die Charakteristik s~t'-%'-v ergibt. Damit die Stufe t'-u' wieder symmetrisch zu dem Bereich der normalen Drehzahlschwankungen liegt, kann die Charakteristik des Reglers durch eines der bekannten Mittel als Ganzes gesenkt werden, z. B. durch Anbringung einer negativen, auf dem ganzen Hube wirksamen Muffenbelastung.In Fig. 4 an example embodiment of the invention is shown schematically. 1 denotes the centrifugal pendulum whose sleeve is connected in a known manner through the lever 2 and the handlebar 9 to the inlet member 3 of the engine. On the arm of the lever 2 facing the centrifugal pendulum, the weight 4 rests with the intermediary of the straight rod 5. The lowering of the weight 4 is further limited by a stop 6, the height of which can be adjusted as desired by the shaft 7 by hand. When the sleeve of the centrifugal pendulum is higher than the center position shown, the rod 5 is lifted by the lever 2 and the weight 4 rests fully on the lever 2. Conversely, if the sleeve of the centrifugal pendulum is lower than the center position shown, the weight 4 is intercepted by the stop 6, so that the additional sleeve load ceases. The line st in Fig. 3 corresponds to the characteristic of the centrifugal force pendulum with the additional socket load, the line uv the characteristic without the additional socket load. By changing the position of the stop 6, for. B. an uplift, the point t on the branch at is shifted further to the left to f and accordingly also the point "to % i", so that, for example, the characteristic s ~ t '-%' - v results . So that the stage t'-u 'is again symmetrical to the range of normal speed fluctuations, the characteristics of the controller can be reduced as a whole by one of the known means, e.g. B. by applying a negative, effective over the entire hub socket load.

Um die Maschinenbelastung, bei welcher die Stufe in der Charakteristik eintritt, beliebig einstellen zu können, kann man aber auch ohne Änderung im Anschlag 6 die Verbindung zwischen dem rechten Endpunkt des Hebels 2 und dem Einlaßorgan 3 der Kraftmaschine verändern, beispielsweise durch das Handrad 8, dessen mit Rechts- und Linksgewinde ausgeführte Nabe in die entsprechend mit Rechts- und Linksgewinde versehenen Spindeln des in zwei Teile getrennten Lenkers 9 eingreift. Durch Drehen des Handrades S wird offenbar die Charakteristik s-t-ii-v in Abb. 3 waagerecht nach rechts oder links verschoben und dadurch die Leistung der Kraftmaschine, die vorhanden ist, solange die Netzfrequenz keine abnormal großen Veränderungen erleidet, beliebig eingestellt. Dabei bedarf es der obenerwähnten weiteren Änderung der Charakteristik des Reglers als Ganzes nicht. Die Verstellbarkeit des An-Schlusses 6 dient in diesem Falle nur dazu, ein für allemal die Höhenlage der Strecke t-u der Charakteristik so einzustellen, daß sie den Bereich der normalen Drehzahlschwankungen überbrückt. Daß dabei das Fliehkraftpendel mit einem bestimmten Überhub ausgestattet werden muß, um auch bei Einstellung der kleinsten Länge des Lenkers 9 einen vollständigen Schluß des Einlaßorganes zu bewirken, ist selbstverständlich.In order to be able to set the machine load at which the step in the characteristic occurs as desired, the connection between the right end point of the lever 2 and the inlet element 3 of the engine can also be changed without changing the stop 6, for example by means of the handwheel 8, its hub, which is designed with a right-hand and left-hand thread, engages in the spindles, which are provided with right-hand and left-hand threads, of the link 9, which is separated into two parts. By turning the handwheel S, the characteristic st-ii-v in Fig. 3 is evidently shifted horizontally to the right or left and thereby the power of the prime mover, which is available as long as the mains frequency does not undergo any abnormally large changes, is set as desired. The above-mentioned further change in the characteristics of the controller as a whole is not required. The adjustability of the connection 6 in this case only serves to set the altitude of the route tu of the characteristic once and for all so that it bridges the range of normal speed fluctuations. It goes without saying that the centrifugal pendulum must be equipped with a certain overstroke in order to bring about a complete closure of the inlet member even when the smallest length of the link 9 is set.

In beiden Fällen ist der Auflagerdruck der Stange 5 auf dem Hebel 2 ungefähr gleichIn both cases, the bearing pressure of the rod 5 on the lever 2 is approximately the same

der halben Größe des Gewichtes 4, solange die Drehzahl der Maschine gleich der normalen Drehzahl ist.half the size of the weight 4 as long as the speed of the machine is equal to normal Speed is.

Es ist leicht erkennbar, daß die zusätzliche Muffenbelastung auch im Fliehkraftpendel selbst angeordnet werden kann. Es wird in diesem Falle jedoch konstruktiv schwieriger, den Anschlag am Gewicht so einzurichten, daß er während des Betriebes verstellt werte den kann.It is easy to see that the additional load on the socket is also in the centrifugal pendulum can be arranged by yourself. In this case, however, it becomes structurally more difficult set up the stop on the weight so that it is misaligned during operation can.

Die Einrichtung kann auch so getroffen werden, daß die Stange 5 auf dem rechten Arm des Hebels 2 aufruht. Es ergibt sich damit eine negative zusätzliche Muffenbelastung bei Unterschreitung einer bestimmten Drehzahl und dieselbe Wirkung, wie oben beschrieben. Auch können natürlich beide Arme des Hebels 2 belastet werden, derart, daß sich beim Überschreiten einer bestimmten Drehzahl eine positive, beim Unterschreiten eine negative zusätzliche Muffenbelastung ergibt. Ferner kann selbstverständlich die zusätzliche Muffenbelastung statt durch Gewichte auch durch andere Mittel, z. B. durch Federn, bewirkt werden.The device can also be made so that the rod 5 on the right Arm of lever 2 rests. This results in a negative additional load on the socket when falling below a certain speed and the same effect as described above. Of course, both can Arms of the lever 2 are loaded so that when a certain limit is exceeded Speed a positive, if falling below a negative additional sleeve load results. Furthermore, of course, the additional sleeve loading can be used instead of weights also by other means, e.g. B. by springs.

Die Vorrichtung kann auch für Regler mit Hilfskraftmaschine Anwendung finden. Der Lenker 9 steht dann nicht unmittelbar mit dem Einlaßorgan der Kraftmaschine in Verbindung, sondern mit dem Rückführhebel, an dem in bekannter Weise auch das Steuerventil und die Rückführung angreifen (Abb. 5). Wenn der Regler jedoch mit einer nachgiebigen Rückführung (Isodromvorrichtung) ausgestaltet ist, muß die Einrichtung etwas anders ausgeführt werden, da dann die Stellung des Hebels 2 nicht mehr in einer (für den Beharrungszustand) eindeutigen Weise von der Maschinenleistung abhängt. In diesem Falle muß dafür gesorgt werden, daß die zusätzliche Muffenbelastung stets beim Überschreiten einer einstellbaren Maschinenleistung eintritt, obwohl die Muffe des Fliehkraftpendels und der Hebel 2 bei allen Maschinenleistungen dieselbe Stellung einnehmen. In Abb. 6 ist als Beispiel eine Ausführungsform für einen solchen Fall gezeichnet. Die Bedeutung der Bezeichnungen 1, 2, 4, 5, 6, 7 und 9 ist dieselbe wie früher. Der Lenker 9 ist mit dem Rückführhebel 10 verbunden, an dessen mittlerem Punkt das Steuerventil 11 angeschlossen ist, welches in bekannter Weise den Kraftkolben 12 durch Öldruck steuert. Als nachgiebige Rückführung wurde die bekannte Bauart mit Ölbremse 13 und Feder 14 angenommen. Die aus den Teilen i, 2, 9, 10, 11, 12, 13 und 14 bestehende Gesamtheit stellt prinzipiell nur die bekannte Bauart solcher Regler dar; aus dem Zusammenhang der Teile geht hervor, daß der Kraftkolben 12 derart mit dem Einlaßorgan der Kraftmaschine verbunden werden muß, daß beim Herabgehen des Kolbens die Maschinenleistung steigt.The device can also be used for regulators with an auxiliary engine. Of the The handlebar 9 is then not directly connected to the intake element of the engine, but with the feedback lever, on which the control valve and the feedback also act in a known manner (Fig. 5). However, if the controller is designed with a compliant feedback (isodrome device), the device must do something be carried out differently, since the position of lever 2 is then no longer in a (for the steady state) clearly depends on the machine performance. In this In the case, care must be taken to ensure that the additional sleeve load is always exceeded when an adjustable machine output is exceeded occurs, although the sleeve of the centrifugal pendulum and the lever 2 with all machine outputs take the same position. In Fig. 6 an embodiment for such a case is drawn as an example. The meaning of the designations 1, 2, 4, 5, 6, 7 and 9 is the same as before. The driver 9 is connected to the return lever 10, at the middle point of which the control valve 11 is connected, which in a known manner the power piston 12 by oil pressure controls. The known design with oil brake 13 was used as the flexible return and spring 14 accepted. The one consisting of parts i, 2, 9, 10, 11, 12, 13 and 14 In principle, the entirety represents only the known type of such regulator; out of context of the parts it can be seen that the power piston 12 in such a way with the inlet member the engine must be connected that when the piston goes down the engine power increases.

Um die Einrichtung, welche Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist, an diesem Regler anzubringen, wird die Welle 7 in .der aus der Abbildung ersichtlichen Weise derart mit der Kolbenstange des Kraftkolbens verbunden, daß der Anschlag 6 sich gleichsinnig mit dem Kraftkolben bewegt. Dadurch wird das Gewicht 4 auf den Hebel 2 abgesetzt, sobald die Maschinenleistung eine bestimmte Höhe überschreitet. Um die Höhe dieser Leistung einzustellen, ist in das Getriebe ein einstellbares Glied eingeschaltet; beispielsweise kann die Länge des Lenkers 15 durch das mit Rechts- und Linksgewinde versehene Handrad 16 verändert werden. Die Stufe in der Charakteristik tritt bei um so höherer Maschinenleistung auf, je größer die Länge des Lenkers 15 eingestellt wird.To the device, which is the subject of the present invention, on this To attach regulator, the shaft 7 is in .der from the figure in such a way connected to the piston rod of the power piston that the stop 6 is in the same direction moved with the power piston. As a result, the weight 4 is deposited on the lever 2 as soon as the machine performance exceeds a certain level. In order to adjust the level of this power, a adjustable element switched on; for example, the length of the handlebar 15 can by the right-hand and left-hand thread handwheel 16 can be changed. The level in the characteristic occurs with the higher the machine power, the greater the length of the handlebar 15 is set.

Claims

Claim:

Control device for engines with an additional load, which are used to drive alternating current generators or three-phase generators that work in parallel with other generators, characterized in that the at a certain position of a centrifugal governor (1) or at a certain machine power (power piston 12) on the The additional load applied to the sleeve of the centrifugal governor is used for the purpose of creating a small step (u, t, Fig. 3) in the governor's characteristics, which bridges the small range of the usual speed fluctuations of the other machines and the usual frequency changes of the network .

1 sheet of drawings