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Anordnung zur Steuerung, insbesondere der Drehzahl umlaufender Maschinen;
in Abhängigkeit von dem Frequenzunterschied zweier Wechselstromquellen Für die Drehzahlsteuerung
eines mit einem Wechselstromnetz parallel zu schaltenden Generators werden vielfach
Steuerungseinrichtungen benutzt, die in Abhängigkeit von der Differenz zwischen
der Frequenz des vorhandenen Wechselstromnetzes und der Frequenz des zuzuschaltenden
Generators arbeiten. Bei den bisher bekanntgewordenen Einrichtungen ging man davon
aus, zwei synchron laufende Elemente auf mechanischen! Wege in der Geschwindigkeit
miteinander zu vergleichen. Zwei Synchronmaschinen beispielsweise, von denen die
eine an das vorhandene Wechselstromnetz und die andere an die zuzuschaltende Maschine
angeschlossen ist, arbeiten zu dem Zweck auf ein Differentialgetriebe, dessen drittes
Glied die Drehzahl der zuzuschaltenden Maschine auf die synchröne Drehzahl des Wechselstromnetzes
einsteuert.
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Gegenstand der Erfindung ist eine Regeleinrichtung, die die mechanische
Differenzbildung vermeidet. Gemäß der Erfindung erfolgt die Regelung in Abhängigkeit
von der Summe der elektrischen Leistungen zweier mechanisch miteinander gekuppelter
Wechselstrommaschinen, die an die beiden Wechselstromquellen angeschlossen sind,
deren Frequenzdifferenz für die Regelung maßgebend sein soll. Man kann zu dem Zweck
zwei elektrische Leistungszähler in entgegengesetztem Sinne an die beiden Wechselstrommaschinen
anschließen und auf die Achse eines umlaufenden Steuerorgans arbeiten lassen, von
dessen Drehzahl die Steuergeschwindigkeit abhängt. Gegenüber der Regelung mit Hilfe
von mechanischen Differentialgetrieben hat eine leistungsabhängige Regelung nach
der Erfindung den Vorteil einer größeren Anpassungsfähigkeit. Die Regelempfindlichkeit
kann in einfacher Weise den durch die Anlage gegebenen Betriebsbedingungen entsprechend
verändert werden. Auch bei kleinen Frequenzdifferenzen ist noch eine sichere Drehzahlsteuerung
möglich.
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Es ist zwar schon eine Einrichtung zum selbsttätigen Synchronisieren
und Parallelschalten zweier Wechselstromnetze bekanntgeworden, bei der die Netze
durch ,zwei mechanisch starr miteinander gekuppelte elektrische Maschinen miteinander
verbunden sind. Im Gegensatz zu der Erfindung erfolgt die Drehzahlsteuerung bei
dieser bekannten Anordnung jedoch lediglich in Abhängigkeit
von
der Leistung nur einer der beiden lIaschinen. Da bei genau gleicher Frequenz der
beiden zusammengeschalteten Netze jede der beiden Maschinen eine Leistung entsprechend
ihrem eigenen Leerlaufverluste aufnimmt, der Leistungsregler jedoch nur von der
von der einen Maschine aufgenommenen Leistung beeinflußt wird, benötigt die bekannte
Anordnung eine Feder, die den Leistungsregler bei genau gleicher Frequenz der beiden
Netze in einer Nullage festhält. Da bei der Erfindung auf das Steuerorgan die Summe
der elektrischen Leistungen der beiden miteinander gekuppelten Wechselstrommaschinen
einwirkt, benötigt eine Anordnung gemäß der Erfindung eine Einrichtung, um das Steuerorgan
bei genau gleicher Frequenz in der Nullage festzuhalten, nicht. Der wesentliche
Vorteil der Erfindung gegenüber der bekannten Anordnung besteht darin, daß eine
Anordnung gemäß der Erfindung wesentlich empfindlicher ist, da auf das Steuerorgan
die Summe der elektrischen Leistungen beider Maschinen einwirkt und infolgedessen
auch bei geringfügigen Frequenzunterschieden auf das Steuerorgan ein wesentlich
größeres Drehmoment ausgeübt wird als bei der bekannten Anordnung. Die Wechselstrommaschinen
können bei der Erfindung nahezu halb so groß bemessen werden als bei der bekannten
Anordnung, wenn eine bestimmte Empfindlichkeit und ein bestimmtes Drehmoment für
das Steuerorgan verlangt wird.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
Die beiden Wechselstromnetze i und 2 der Fig. i sollen über den Schalter i a parallel
geschaltet werden. An das Netz i ist eine Asynchronmaschine 3 und an das Netz 2
eine Asy nchromnaschine .I angeschlossen. Dieiaschinen 3 und 4 sind mechanisch miteinander
gekuppelt. In den Verbindungsleitungen zu den Asynchronmaschinen liegen Meßinstrumente
5 und 6, durch welche die von den Maschinen 3 und 4. aufgenommenen bzw. abgegebenen
elektrischen Leistungen gemessen werden. Die Meßinstrumente 5 und 6 arbeiten auf
Triebsysteme 51 und 61 zweier elektrischer Zähler, deren Zählerscheiben 52 und 62
auf der Achse eines Steuerorgans 8 befestigt sind. Die Triebsysteme 51 und 61 sind
derart an die Meßinstrumente 5 und 6 angeschlossen, daß die Drehmomente der Zählwerke
in gleichem Sinne auf die Achse des Steuerorgans 8 einwirken, wenn die eine Wechselstrommaschine
Leistung aufnimmt, die andere dagegen Leistung abgibt. Ist beispielsweise die Frequenz
des Wechselstromnetzes 2 größer als diejenige des Netzes i, so nimmt die Wechselstrommaschine
q. aus dem Netz 2 Leistung auf, während die Wechselstrominaschine 3 an das Netz
i elektrische Leistung abgibt. Je größer die Differenz zwischen den beiden Frequenzen
ist, um so größer ist auch die Summe der beiden elektrischen Leistungen. Da die
Triebsysteme 5i und 61 in entgegengesetztem Sinne an die Meßinstruinente 5 und 6
angeschlossen sind, hängt die Drehzahl des Steuerorgans 8 von der Summe aus der
Leistung der Wechselstrommaschine 4 und der Leistung der Wechselstrommaschine 3
und damit von der Frequenzdifferenz der beiden Wechselstromnetze ab. Bei Frequenzgleichheit
nehmen beide Wechselstrommaschinen Leistung aus ihrem Netz auf. Und zwar sind diese
Leistungswerte annähernd gleich, wenn die Leerlaufsverluste, also insbesondere die
Eisenverluste der beiden Wechselstrommaschinen 3 und q., gleich groß gewählt werden.
Die beiden Zählwerke 52 und 62 wirken, in diesem Fall in entgegengesetztem Sinne
auf das Steuerorgan ä ein, dessen Drehzahl dann gleich Null wird.
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Auf der Achse des Steuerorgans 8 ist ein Kontaktapparat 8.4 befestigt,
über den ein in der Leitung 83 fließender Strom je nach der Drehzahl des Steuerorgans
in größeren oder kleineren Zeitabständen unterbrochen wird. In der Leitung 83 liegt
ein Relais 81, dessen Kontakt 82 in den Steuerstromkreis zweier Steuerrelais
H und T eingeschaltet ist. Das Steuerrelais H steuert im Sinne einer
Drehzahlsteigerung, das Relais T im Sinne einer Drehzahlminderung eines mit dem
Netz i gekuppelten Generators, der über den Schalter 12 an das Netz 2 angeschlossen
werden soll. Der Kontakt 82 wird mit einem der beiden Steuerrelais verbunden, je
nachdem ein Relais 71 den Kontakt 72 oder den Kontakt 7 3 schließt. Das Relais 71
wird gesteuert durch einen Energierichtungsmesser ;, der in die Zuführungsleitung
der Wechselstronunaschine 4. geschaltet ist. Ist die Frequenz des Wechselstromnetzes
2 größer als die Frequenz des Netzes i, so fließt elektrische Leistung von dem Netz
2 zu der Wechselstrommaschine .I, das Relais 71 schließt den Kontakt 73 und schaltet
damit das Steuerrelais H ein. Umgekehrt wird das Steuerrelais T über den Kontakt
7:2 mit dem Kontakt 82 verbunden, wenn die Frequenz des Netzes i größer ist als
diejenige des Netzes 2, wenn also elektrische Leistung von der elektrischen Maschine
.I an das Netz 2 abgegeben wird.
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Die Geschwindigkeit der von den Steuerrelais H und
T bewirkten Steuerung hängt davon ab, wie oft in der Zeiteinheit der Kontakt
82 durch das Relais 81 geöffnet und wieder geschlossen wird, was wiederum von der
Drehzahl des Steuerorgans 8 abhängt. Solange die Frequenzdifferenzen und die dadurch
bedingten
Drehzahlen des Steuerorgans 8 groß sind, stellt sich eine bestimmte Steuergeschwindigkeit
ein, da die durch die Leitung 83 zu dem Relais 8i fließenden Stromimpulse derart
schnell aufeinanderfolgen, daß die Selbstunterbrechung des Relaiskontaktes 82 nicht
zustande kommt. Die Kontaktdauer und die Dauer der Kontaktunterbrechung sind durch
die Konstruktion des Relais 81 festgelegt und stehen in einem festen Verhältnis
zueinander, so daß vorerst unabhängig von der Frequenzdifferenz die Maschinendrehzahlen
mit einer konstanten Geschwindigkeit eingesteuert werden. Sobald dagegen die Frequenzdifferenz
der beiden Wechselstromnetze geringer wird, wird die Kontaktgabe des Kontaktes 82
auf eine bestimmte Zeit beschränkt, da das Relais 81 als Zeitrelais ausgebildet
ist. Je nach der Umdrehungsgeschwindigkeit des Steuerorgans 8 fließen dann in dem
Stromkreis der Steuermotoren Stromimpulse gleicher Dauer, jedoch mit verschiedenem
Zeitabstand. Je kleiner die F'requenzdifferenz ist, um so geringer wird dann auch
die von den Relais H oder T bewirkte Steuergeschwindigkeit.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Fig. 2 dargestellt.
Auf der Achse des Steuerorgans 8 sitzen in diesem Falle zwei Kontaktscheiben 9 und
io, die den Stromkreis der Leitungen 9i und ioi periodisch öffnen und schließen.
Die Leitung ioi führt über den Schalter 93 zu dem Steuerrelais H, die Leitung 9i
über den Schalter 103 zu dem Steuerrelais T. Die auf den Kontaktscheiben 9 und io
angeordneten Kontaktstücke 9.5 und io5 sind derart gegeneinander versetzt angeordnet,
daß bei angenommener Rechtsdrehung des Regelorgans 8 der Stromkreis der Leitung
91 früher geschlossen wird als der Stromkreis der Leitung ioi. Sobald in diesem
Falle die Leitung 9 i vom Strom durchflossen wird, wird das Steuerrelais T erregt.
Dieses Relais schließt den Schalter 94. und öffnet den Schalter 93. Durch das Öffnen
des Schalters 93 wird ein Ansprechen des Steuerrelais H verhindert. Durch das Schließen
des Schalters 94 wird der Stromkreis des Relais T auch nach dem Öffnen der Leitung
9i so lange geschlossen gehalten, bis auch die Leitung ioi geöffnet wird. Dadurch
wird verhindert, daß das Relais H zum Ansprechen kommt. Bei Linksdrehung des Steuerorgans
spricht entsprechend das Relais H zuerst an und sperrt durch Öffnen des Schalters
103 das Relais T.
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In Abhängigkeit von der Drehrichtung und Drehgeschwindigkeit des Steuerorgans8
wird die Drehzahl des zuzuschaltenden Generators auf die synchrone Drehzahl des
Wechselstromnetzes eingesteuert. Die Schaltung der Wechselstrommaschinen 3 und 4.
und der Meßinstrumente 5 und 6 ist die gleiche wie in Fig. r. Ein Zeitrelais Z begrenzt
die Impulsdauer in der gleichen Weise, wie dies für das Relais 81 (Fig. i) beschrieben
wurde.
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Eine Regelung der Empfindlichkeit einer Steuerungseinrichtung nach
der 'Erfindung kann dadurch erreicht werden, daß bei gleicher Frequenzdifferenz
zwischen den Wechselstromnetzen (i und 2 in Fig. i oder 2) die auf die Zählerscheiben
52 und 62 ausgeübten Drehmomente verschieden sind. In die Leitungen zwischen den
Leistungsmessern 5 und 6 und den Triebsystemen 51 und 6i lassen sich zu diesem Zweck
Regelwiderstände einschalten.
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Eine Steuerungseinrichtung nach der Erfindung ist in ihrer Anwendung
nicht beschränkt auf die Steuerung der Drehzahlen umlaufender Maschinen. Sie kann
vielmehr auch stets dort Verwendung finden, wo es sich darum handelt, irgendeine
Steuerung in Abhängigkeit von dem Frequenzunterschied zweier Wechselstromquellen
vorzunehmen. So kann beispielsweise' eine Fernübertragung dieses Frequenzunterschiedes
selbst mit Hilfe einer Einrichtung nach der Erfindung vorgenommen werden.