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Einrichtung zur Drehzahl- und Leistungsregelung einer oder mehrerer
Wechselstromkraftmaschinen Die Drehzahl von Kraftmaschinen wird durch Fliehkraftregler
so gesteuert, daß bei voller Belastung die Drehzahl ein wenig niedriger ist als
beim Leerlauf. Dadurch wird eine eindeutige Lastverteilung auf die verschiedenen
Maschinen oder Kraftwerke herbeigeführt. An den Laständerungen beteiligen sich alle
parallel geschalteten Maschinen oder Kraftwerke mehr oder weniger gleichmäßig, je
nachdem die Regler in ihrem Drehzahlabfall zwischen Vollast und Leerlauf gegeneinander
abgestimmt sind.
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Somit wäre eine eindeutige Lastverteilung auf sämtliche Maschinen
gegeben, an der sie zwangsläufig teilnehmen müssen. Das ist aber nicht erwünscht.
Vielmehr sollen nur einzelne Maschinen, Spitzenmaschinen, die Lastveränderungen
ausgleichen, während andere besonders dafür geeignete Maschinen, Grundlastmaschinen,
stets die gleiche Last beibehalten oder nach einem besonderen Fahrplan abgeben sollen.
Dadurch entsteht die Forderung nach einer beständigen Drehzahl für alle zusammenarbeitenden
Maschinen, die nur im Augenblick des Entstehens =einer Laständerung so weit schwanken
soll, daß der Drehzahlregler die Füllung der Kraftmaschine der Lastabnahme anpassen
kann. Möglichst schnell sollen dann die Regler der Spitzenmaschinen nachgestellt
werden, damit die Solldrehzahl wieder erreicht wird. Dafür sind an den Drehzahlreglern
Verstellmotoren vorgesehen, die im allgemeinen von Hand vom Schaltbrett aus betätigt
werden. Es ist jedoch auch bereits vorgeschlagen worden, die Verstellmotoren selbsttätig
durch einen Regelimpuls zu steuern, der die Lastverteilung bewirkt und gleichzeitig
die Solldrehzahl wieder herstellt.
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Bei den bekannten Isodromreglern, die im Wasserturbinenbau vielfach
verwendet werden, i'st zu diesem Zweck die Drehzahl selbst herangezogen worden.
Sie ist aber dafür nicht geeignet, weil sie ja konstant sein soll und dadurch nur
die normale Drehzahl wieder herstellen kann, während die Lastverteilung unbestimmt
bleibt.
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Zur Regelung von wechselstromgetriebenen Netzen ist man daher hiervon
abgegangen und hat vorgeschlagen, als Regelimpuls für die vorliegende Doppelaufgabe
den Zeitunterschied zwischen einer Normaluhr und einer mit dem Stromnetz laufenden
Synchronuhr zu benutzen. Bei jeder Laständerung schwankt die Drehzahl, und es wird
eine gewisse Zeit benötigt, um sie auf den normalen Betrag zurückzuführen. Eine
mit dem Netz synchron umlaufende Uhr wird also gegenüber der Normaluhr, nachdem
die normale Drehzahl wiederhergestellt ist, nach einer Lastsenkung nachgehen und
nach einer Laststeigerung vorgehen. Dieser Zeitunterschied wird nun in einer Vergleichsuhr
gemessen und dazu benutzt, den Verstellmotor des Drehzahlreglers zu steuern. Die
Vergleichsuhr besteht aus einer Normaluhr und einer vom Netz getriebenen Synchronuhr,
die durch ein Umlaufrädergetriebe (Planetengetriebe) miteinander verbunden sind.
Die Achse des Planetenrades schwingt dann aus, solange die Drehzahlen von Normaluhr
und Synchronuhr noch nicht übereinstimmen, und kommt zum Stillstand, sobald Gleichheit
erreicht ist. Dieser Ausschlag gibt den verlangten Regelimpuls.
Die
Belastung jeder Maschine soll nun eindeutig durch den Zeitunterschied zwischen Normaluhr
und Synchronuhr bestimmt werden. Es genügt also nicht, einfach den Drehzahlverstellmotor
durch die Vergleichsuhr ein- und auszuschalten. Es muß eine Rückführung vorgesehen
werden, welche die vom Regelimpuls eingeleitete Bewegung der Kraftmaschinensteuerung
rechtzeitig zum Stillstand bringt.
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Nach der Erfindung besteht diese aus einem Schwinghebel, der einerseits
mit dem Planetenrad und anderseits mittelbar oder unmittelbar mit der Maschinensteuerung
verbunden ist, während im Drehpunkt der Impulsgeber für die Betätigung des Verstellmotors
angreift. jeder Stellung der Maschinensteuerung ist dadurch eine bestimmte Stellung
der Planetenradachse zugeordnet. Der Kontakt nimmt seine Mittellage ein und ist
dann ohne Wirkung, sobald Gleichgewicht zwischen der Stellung der Maschinensteuerung
und der Stellung des Planetengetriebes vorhanden ist.
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Die Normaluhr braucht bei dieser Anordnung keinen besonderen Antrieb.
Er wird nach der Erfindung durch die Synchronuhr besorgt. Würde das Planetenrad
festgehalten, so wäre der Antrieb ohne weiteres gegeben. Da aber das Planetenrad
ausschwingen muß, muß es nachgiebig festgehalten werden, um so die für die Überwindung
der Bewegungswiderstände nötige Reaktionskraft zu liefern. Dies kann durch ein Gewicht
oder durch eine einfache Zugfeder geschehen.
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Es ist nun erwünscht, die Uhren an einem ruhigen Platze, nicht an
der Maschine selbst, aufzustellen. Es ist ferner erwünscht, die neue Einrichtung
an bestehenden Maschinen leicht nachträglich anbringen zu können. Zu diesem Zwecke
wird die Bewegung der Maschinensteuerung auf den Schwinghebel vorzugsweise durch
Fernübertragung übermittelt.
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Die Winkelgeschwindigkeit, mit der sich der Mittelpunkt des Planetenrades
eines Kegelradumlaufgetriebes, deren Sonnenräder die Winkelgeschwindigkeiten % und
w, haben sollen, bewegt, ist
Beträgt der Drehzahlabfall zwischen Vollast und Leerlauf 4°/o und macht das Sonnenrad
der Normaluhr beispielsweise i Umdr./Min" so ist
also
Die Spitze eines Zeigers von o,z m Radius oder der Angriffspunkt des Schwinghebels
würde sich also mit einer Geschwindigkeit von c = o,i # o,oo2 = o,ooo2 m/Sek. =
o,2 mm/Sek. bewegen. -Soll dann in io Sekunden die normale Drehzahl erreicht sein,
so ist der Weg nur 2 mm, sofern die Geschwindigkeit gleichmäßig wäre. Sie nimmt
aber mehr als gleichmäßig ab. Somit ist der Weg weniger als die Hälfte oder i mm.
Der Kontakt wird noch einen geringeren Weg zurücklegen, wenn er sich beispielsweise
zwischen den Endpunkten des Schwinghebels befindet. Nach der Erfindung wird daher
eine Übersetzung angebracht, welche den Weg der Kontakte vergrößert. Wenn -man noch
weitergehen will, so kann man auch für den Antrieb des Planetenrades nicht die Sekundenwelle
nehmen, sondern eine schnellere, womit diese Wege noch größer werden.
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Um die Last ungleich zu verteilen, genügt es, wie bisher die Drehzahlverstellung
vom Schaltbrett aus zu betätigen. Um dieses zu ermöglichen, ist zwischen dem Umlaufrädergetriebe
und der antreibenden Synchronuhr eine Reibungskupplung vorgesehen, die bei der Handbetätigung
der Drehzahlverstelleinrichtung rutschen kann.
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Das Steigrad der Normaluhr wird jeweils an den Zähnen des Pendelankers
kurze Ruhepunkte haben, während die Synchronuhr gleichmäßig weiterläuft. Die Kontakte
für den Verstellmotor werden daher eine Zitterbewegung ausführen, die erwünscht
ist, damit die Kontakte nicht zusammenschmoren.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch
dargestellt.
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i ist ein Synchronmotor, welcher an das Netz des zu regelnden Wechselstromgenerators
angeschlossen ist und mit der Frequenz dieses Netzes umläuft. Der Motor ist über
eine Rutschkupplung 3 mit dem Kegelrad q. des Umlaufrädergetriebes verbunden. Von
diesem Kegelrad wird die- Bewegung des Motors über das Planetenrad 5 auf das Kegelrad
6 übertragen, welches auf der Welle des Steigrades 7 der Normaluhr 8 sitzt.
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In dem dargestellten Betriebszustand laufen der Synchronmotor i und
die Normaluhr 8 mit der gleichen Geschwindigkeit um, wobei sich das Planetenrad
5 in der Mittellage befindet. Sinkt oder steigt die Frequenz und infolgedessen die
Drehzahl des Motors i, so wird das Planetenrad ausschwingen, und zwar innerhalb
der dargestellten Grenzen von o bis 1/1. Das Planetenrad muß hierbei nachgiebig
festgehalten werden, damit die für die Überwindung der Bewegungswiderstände erforderliche
Reaktionskraft vorhanden ist. Die nachgiebige Festhaltung geschieht bei dem dargestellten
Ausführungsbeispiel
vermittels einer Gewichtsbeschwerungg und einer
Zugfeder io.
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Über die Stange ii ist nun das Planetenrad mit einem Schwinghebel
i2 verbunden, dessen linkes Ende über die Verzahnung 13, den Empfänger 14 und den
Geber 15 von der Kraftmaschinensteuerung 16 beeinflußt werden kann. Das andere Ende
des Schwinghebels 12 ist mit dem Impulsgeber 17 verbunden, dessen freies Ende zwischen
den Kontakten 18, ig frei ausschwingt. Um einen großen Kontaktweg zu erhalten, ist
hierbei, wie die Zeichnung zeigt, eine verhältnismäßig große Übersetzung zwischen
dem Kontakt- und dem Schwinghebel gewählt worden.
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Die Kontakte 18 und ig liegen hierbei in dem Erregerstromkreis des
Drehzahlverstellmotors 2o, und zwar derart, daß bei Schließung eines der beiden
Kontakte der Motor 2o in dem einen oder in dem anderen Sinne erregt wird und durch
seine Bewegung die der Hubbewegung des Fliehkraftreglers entgegenwirkende Federkraft
vergrößert oder verringert.
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Um die Drehzahlverstellung wie bisher auch vom Schaltbrett aus betätigen
zu können, ist noch ein Schalter 21 vorgesehen, bei dessen Betätigung die Regelung
dem Einfluß des Synchronmotors i entzogen wird, indem die zwischen diesem und dem
Kegelrad 4 vorgesehene Kupplung 3 zu rutschen beginnt.