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Vorrichtung zur Ermittlung der Zuordnung der Drehzahl einer Maschine
zu der Frequenz eines Wechselstromnetzes Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung,
die es ermöglicht, die Drehzahl einer Maschine mit der Frequenz eines Wechselstromnetzes
zu vergleichen. Sie kann in verschiedener Art zur Anwendung kommen, beispielsweise
bei Synchronisierungseinrichtungen, wo es sich darum handelt, bei einer bestimmten
Drehzahl der Antriebsmaschine des Wechselstromgenerators den Generator an das Netz
anzuschließen, ferner auch bei reinen Drehzahlbestimmungen, wenn eine konstante
Netzfrequenz zur Verfügung steht, z. B. zur Überwachung oder zum Abschalten von
Maschinen bei der kritischen Tourenzahl sowie auch zur Auslösung von Relais bei
einer bestimmten Frequenz eines Wechselstromes veränderlicher Frequenz, wenn eine
Maschine mit konstanter Umdrehungszahl zum Vergleich zur Verfügung steht.
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Es sind zum selbsttätigen Steuern von Schaltvorgängen, insbesondere
zum selbsttätigen Anlassen und Synchronisieren von Synchronmaschinen, bereits Anordnungen
bekannt, bei denen die Drehzahl der Maschine mit der Frequenz eines Wechselstromnetzes
mit Hilfe einer als Kollektorfrequenzwandler arbeitenden elektrischen Maschine verglichen
wird. Der Kollektorfrequenzwandler wird mit der Drehzahl der zu synchronisierenden
Maschine angetrieben und an seinen Schleifringen mit der Frequenz des Netzes, an
das die Maschine anzuschließen ist, gespeist, während am Kommutator eine die Schlupffrequenz
aufweisende Spannung abgenommen wird, durch die Relais betätigt werden.
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Die Erfindung setzt ebenfalls eine solche als Frequenzumformer arbeitende
elektrische Maschine voraus, mittels der die Drehzahl mit der Frequenz des Wechselstromnetzes
verglichen wird. Erfindungsgemäß ist der Sekundär- oder Primärteil der elektrischen
Maschine an einen elektrischen Schwingungskreis angeschlossen, der so abgestimmt
ist, daß bei einer bestimmten Zuordnung von Drehzahl und Frequenz des Wechselstromnetzes
Resonanz eintritt, durch die Relaisvorrichtungen zum Ansprechen gebracht werden.
Gegenüber der geschilderten bekannten Einrichtung besteht der Vorteil der wesentlich
höheren Ansprechgenauigkeit und -schärfe des Relais infolge der Resonanzbildung.
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Es ist auch bereits eine Anordnung bekannt, bei der zur Drehzahlregelung
von Maschinen mit dieser ein Hilfsgenerator gekuppelt ist. Die Spannung des Hilfsgenerators
speist einen Schwingungskreis, der bei einer bestimmten Drehzahl der zu regelnden
Maschine mit Resonanz arbeitet. Dadurch wird dann ein Relais betätigt, das auf die
Erregung der zu regelnden Maschine zurückwirkt. Demgegenüber ist bei der Anordnung
nach der Erfindung die als Frequenzumformer arbeitende elektrische Maschine nicht
nur mit der zu regelnden Maschine gekuppelt,
sie wird außerdem auch
noch von dein Wechselstromnetz aus erregt, gegenüber dessen Frequenz die Drehzahl
der zu regelnden Maschine verglichen werden soll. Man erreicht dadurch eine Relaiswirkung
für den Fall, daß die Drehzahl einer Maschine zu der Frequenz eines Wechselstromnetzes
einen bestimmten Wert annimmt, was mit der bekannten Einrichtung nicht möglich ist.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Abb. z dargestellt. _,
2, 3 sind die drei Leiter eines Dreiphasensystems, die mit den Klemmen des rotierenden
Frequenzwandlers F verbunden sind. In den Sekundärteil des Frequenzwandlers sind
die Kapazitäten Cl, C2, C3 und die Induktivitäten L1, L2, L3 eingeschaltet.
Wird nun dieser Frequenzwandler mit der zu vergleichenden Drehzahl angetrieben,
so entsteht bei einer bestimmten Größe der Netzfrequenz und der Umdrehungszahl eine
resultierende Frequenz in dem Sekundärteil des Frequenzumformers, die im Resonanzfall
in dem Schwingungskreis Resonanzströme erzeugt, wodurch die Relais R1 und R2 zur
Auslösung kommen. Die Vorrichtung spricht also auf eine bestimmte Zuordnung der
Netzfrequenz zu der Umdrehungszahl des Frequenzumformers an. Man kann auch die Induktivitäten
oder die Kapazitäten in die primären Zuführungen zum Frequenzwandler legen. Ebenso
können die Auslösevorrichtungen in den primären Zuleitungen angeordnet sein.
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Eine Anwendungsmöglichkeit des Erfindungsgedankens zur Verhinderung
des Durchgehens einer Maschine zeigt Abb. 2. x, 2, 3 sind wieder die drei Leiter
eines Drehstromnetzes, das von einem durch eine Antriebsmaschine A angetriebenen
Synchrongenerator S gespeist wird. Mit der Antriebswelle ist gleichzeitig gemäß
der Erfindung ein Asynchronmotor M gekuppelt, der über die Induktivitäten L an das
Netz angeschlossen ist und in dessen Rotorkreis Kondensatoren C geschaltet sind.
Die Abstimmung der Induktivitäten L und der Kapazitäten C wird nun so getroffen,
daß bei einer über der synchronen Drehzahl liegenden Drehzahl Resonanz auftritt,
wodurch das in der Zuleitung liegende Relais R zur Auslösung kommt. Fällt also aus
irgendeinem Grunde der Kupplungsschalter K unter Belastung, so überschreitet die
Tourenzahl die synchrone Drehzahl bis zu dem Betrag, bei dem in der erfindungsgemäßen
Anordnung Resonanz auftritt. Durch den .Resonanzstrom spricht das im Zuführungsstromkreis
des Asynchronmotors liegende Relais R an und schaltet beispielsweise das Dampfeinlaßventil
V der Dampfturbine A ab, so daß im Fall eines Versagens des sonst üblichen Fliehkraftreglers
trotzdem ein Durchgehen der Maschine verhindert wird. Auch hier kann man die Kondensatoren
C im primären und die Induktivitäten im sekundären Stromkreis des Asynchronmotors
M anordnen. Ebenso kann auch das Auslöserelais R in dem Läuferstromkreis des Asynchronmotors
angebracht werden. Da die Wicklung der Asynchronmaschine selbst eine Induktivität
ist, erübrigen sich unter Umständen die Induktivitäten L.
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Man kann sogar eine Asynchronmaschine mit einem Kurzschlußänker verwenden,
indem die Kapazitäten und die Auslöserelais in den Ständerkreis der Maschine geschaltet
werden. Abb. 3 zeigt dieses Ausführungsbeispiel. z, 2, 3 sind wieder die drei Leiter
eines Dreiphasensystems, die über die Kapazitäten C und die Auslöserelais R an die
Induktionsmaschine mit Kurzschlußanker angeschlossen sind. Wird nun die kurzgeschlossene
Asynchronmaschine mit der zu vergleichenden größeren Geschwindigkeit angetrieben,
so wird ihre Induktivität mit der Steigerung der Umdrehungszahl größer, sofern die
synchrone Drehzahl noch oberhalb der betriebsmäßig vorkommenden Drehzahlen liegt.
Man erhält dann bei gleichbleibender Netzfrequenz schließlich bei einer bestimmten
Drehzahl Resonanz zwischen der durch die Asynchronmaschine dargestellten Induktivität
und der Kapazität der Kondensatoren, so daß die Auslöserelais R zum Ansprechen kommen.
Verwendet man eine Asynchronmaschine mit Schleifringen, so kann man in den Rotorkreis
veränderliche Widerstände bzw. Induktivitäten einbauen und hat dadurch die Möglichkeit,
die Zuordnung von Drehzahl zur Netzfrequenz, bei der das Relais ansprechen soll,
beliebig zu verändern. Unter Umständen ist es zweckmäßig, die Kapazitäten C und
die durch die Asynchronmaschine gegebenen _ Induktivitäten zueinander parallel zu
schalten, so daß bei der Änderung der Induktivität an der Asynchronmaschine infolge
Drehzahländerung Stromresonanz eintritt. Die Relais R .sind dann als Minimalstromrelais
ausgebildet und liegen in den gemeinsamen Zuleitungen zwischen dem Netz und den
parallel geschalteten- Kapazitäten und Induktivitäten.
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Ganz besonders eignet sich die Erfindung für die Anwendung zur Synchronisierung,
also beispielsweise für das Zuschalten eines Wechselstromgenerators an ein Wechselstromnetz,
Abb. q. zeigt ein Ausführungsbeispiel hierfür. Die AntriebsmaschineA treibt den
Synchrongenerator G an und ist gleichzeitig mit der Welle des Kurzschlußasynchronmotors
j starr gekuppelt, der über die Kapazität C -und das Relais R gespeist wird. Die
Kapazität C wird nun so bemessen, daß die Resonanz in dem Augenblick. eintritt,
in dem Frequenzgleichheit zischen dem Wechselstrom im Netz und dem von dem Synchrongenerator
erzeugten Wechselstrom herrscht. Das durch die Resonanz zur Auslösung kommende Relais
R gibt dann den durch die Batterie B gespeisten Stromkreis für die Auslösung
des
Kupplungsschalters K der beiden Wechselströme frei, die durch an -sich bekannte
Vorrichtungen im Moment der Phasengleichheit oder aber, wie in der Zeichnung, bei
Grobsynchronisierung unter Vorschaltung von Drosselspulen D sogar in jedem Augenblick
erfolgen kann.
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Bei vielen erfindungsgemäßen Ausführungen empfiehlt es sich die Streuung
der zur Verwendung kommenden Maschine groß zu machen, um dadurch das Resonanzband
möglichst gering zu halten und somit eine hochempfindliche Vorrichtung für den genannten
Zweck zu erhalten.