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Selbsttätige Regeleinrichtung für parallel geschaltete elektrische
Maschinen, insbesondere Generatoren Die Erfindung betrifft eine selbsttätige Regeleinrichtung
für parallel geschaltete Maschinen, insbesondere elektrische Generatoren, und besteht
darin, daß Mittel vorgesehen sind, welche einen die Belastung in einem bestimmten
Verhältnis auf die Maschinen verteilenden Regler in Abhängigkeit von der Temperatur
auf ein anderes Sollverhältnis einstellen.
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Früher hat man bei parallel geschalteten Maschinen eine selbsttätige
Lastverteilungsregelung überhaupt nicht gekannt. Die Verteilung der Last auf die
einzelnen Maschinen wurde von Hand eingeregelt, und die Maschinen blieben dann sich
selbst überlassen. Wenn Änderungen in der Gesamtlast eintraten, änderte sich dann
meistens auch das Lastverteilungsverhältnis, da dieses ja außer von den Charakteristiken
der Maschinen auch noch von anderen Zufälligkeiten, z. B. vom Widerstand der Verbindungsleitungen
und von der Temperatur der Maschinen, abhängig war. Wenn auch bei Lastschwankungen
eine Verteilung der Last in einem gewollten Verhältnis einigermaßen eingehalten
werden sollte, dann mußte die Belastung der einzelnen Maschinen dauernd überwacht
und die Abweichung von ihrem Sollwert von Hand nachgeregelt werden.
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Später hat man sich dann von, allen die gewollte Lastverteilung beeinträchtigenden
Faktoren unabhängig gemacht, indem man einen selbsttätigen Lästverteilungsregler
vorsah. Dieser Regler wurde auf ein bestimmtes Sollverhältnis eingestellt und regelte
dann selbsttätig die Belastung der einzelnen Maschinen in jedem Falle so, daß dieses
Verhältnis unter allen Umständen eingehalten wurde. Irgendwelche Zufälligkeiten,
wie Charakteristik der Maschinen, Widerstände der Verbindungsleitungen usw., konnten
daher die gewollte Lastverteilung auch bei stark schwankender Belastung nicht mehr
stören.
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Die vorliegende Erfindung geht nun von der Erkenntnis aus, daß es
in vielen Fällen wünschenswert ist, die Verteilung der Last auf die einzelnen Maschinen
in, Abhängigkeit von der Temperatur zu ändern, und gibt eine Regeleinrichtung an,
welche selbsttätig jede gewünschte Änderung der Lastv erteilung herbeigeführt, wenn
die Temperatur diese Änderung erforderlich bzw. wünschenswert macht.
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Es mögen z. B. zwei elektrische Generatoren parallel arbeiten. Wenn
die beiden Generatoren
gleich groß sind, so wird im normalen Betrieb
dieRegeLeiprichtung so arbeiten, daß sich die gesamte Belastung im Verhältnis i
: i aufteilt. -War jedoch zunächst nur eine Maschine in Betrieb, und ist diese sehr
warm geworden, und es tritt jetzt eine starke Belastungsvergrößerung auf, so wird
die zweite noch kalte Maschine zugeschaltet. Die Einrichtung gemäß der Erfindung
regelt nun in diesem Falle nicht wieder auf das Verhältnis i : i ein, sondern die
heiße Maschine erhält einen geringeren Lastanteil als die kalte Maschine.
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In der Abbildung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
Die beiden Gleichstromgeneratoren 2 und 3 sind parallel geschaltet und arbeiten
über die Schalter und 5 auf das Netz 1. 6 ist ein Kontaktvoltmeter zur Konstanthaltung
der Spannung. Sinkt die Spannung, so schließen sich die Kontakte 9 und io des Voltmeters
6, und das Steuerrelais i i wird eingeschaltet. Das Steuerrelais i i spricht an,
und falls sich die anderen Relais in dem gezeichneten Zustand befinden, werden die
Motoren 12 und 13 über die Felder i2R und 13R eingeschaltet und verstellen die Widerstände
7 und 8 in einem solchen Sinne, daß die Spannung wieder steigt. Ist die Spannung
zu hoch, so schließen sich die Kontakte io und 14 des Voltmeters 6, und die Motoren
12 und 13 werden in umgekehrtem Sinne über die Feldwicklung i2L und 13L eingeschaltet.
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Um ein konstantes Verhältnis der Belastungen der beiden Maschinen
aufrechtzuerhalten, ist ein Differentialrelais 17 vorgesehen. In dem Ausführungsbeispiel
ist es ein polarisiertes Relais mit dem feststehenden Kern 21, vier von der Wicklung
22 erregt wird. Es kann hierfür auch ein permanenter Magnet verwendet werden. Der
Anker 18- des Differentialrelais wird von den beiden Wicklungen ig und 2o erregt,
die in ihren magnetischen Wirkungen gegeneinander geschaltet sind. Die Wicklungen
ig und 2o werden in Abhängigkeit von dem von den Generatoren 2 und 3 abgegebenen
Strom gespeist. Der Anker 18 ist zwischen den Polvorsprüngen des feststehenden Teiles
drehbar. Sind die magnetischen Wirkungen: der Wicklungen ig und 20 gleich, so befindet
sich der Anker in seiner Mittelstellung, überwiegt die Wirkung der einen oder der
anderen Wicklung, so bewegt er sich nach der einen oder der-anderen Seite, so daß
die Kontakte 23 oder 25 geschlossen werden und das Steuerrelais 24 oder 26 eingeschaltet
wird. Durch das Relais -24. oder 26 wird, wie weiter unten beschrieben ist, die
Erregung der beiden Maschinen so verändert, daß sich wieder die vorgeschriebenen
Verhältnisse einstellen. Damit das Differentialrelais 17 unwirksam wird,
wenn nur eine Maschine eingeschaltet ist, ist ein Relais 29 vorgesehen, das in diesem
Falle den Stromkreis für die Kontakte 23 und 25: unterbricht.
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Zur Begrenzung des Stromes jeder Maschine auf einen Maximalwert sind
die Stromrelais 27 und 28 vorgesehen. Die Relais steuern unabhängig von dem Voltmeter
6 den Erregerwiderstand der Generatoren im Sinne einer Widerstandsvergrößerung,
wenn die Stromabgabe einen bestimmten Wert überschreitet. Die Relais 27 und 28 sprechen
normalerweise erst bei einer Stromstärke an, die höher liegt als die Stromstärke,
welche die Maschine dauernd ohne Übererwärmung abgeben kann. Wird die Maschine jedoch
zu warm, so muß dieser Wert heruntergesetzt werden. Hierzu dienen die Temperaturkontakte
35 bzw. 37, die beispielsweise von an den Maschinen angebrachten Kontaktthermometern
geschlossen werden. Die Kontakte 35 bzw. 37 schalten die Relais 34 bzw. 36 ein,
durch welche die Widerstände 32 bzw. 33 kurzgeschlossen werden. Die Stromrelais
27 bzw. 28 sind normalerweise in Reihe mit den Widerständen 32 bzw. 33 an die Nebenschlüsse
3o bzw. 31 angeschlossen. Bei Übertemperaturen der Maschinen. werden die Widerstände
32 und 33 kurzgeschlossen, so daß die Relais 27 bzw. 28 schon bei einer kleineren
Stromstärke in dem Nebenschluß 30 bzw. 31 ansprechen als bei kalten Maschinen.
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Um die von dem Differentialrelais 17 aufrechterhaltenen Belastungsverhältnisse
zwischen den beiden Maschinen bei Übererwärmung einer Maschine zu verändern, sind
die Wicklungen 1g bzw. 2o des Differentialrelais ebenfalls über die Widerstände
32 bzw. 33 an die Nebenschlüsse 30, bzw. 31 angeschlossen. Da bei Übererwärmung
einer Maschine der eine Vorschaltwiderstand kurzgeschlossen ist, wird damit gleichzeitig
das Gleichgewichtsverhältnis des Differentialrelais und damit die Lastverteilung
auf beide Maschinen verändert.
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Die Einrichtung arbeitet folgendermaßen: Wenn beide Maschinen :2 und
3 eingeschaltet sind, die Spannung normal ist und die Stromabgabe beider Maschinen
ausgeglichen und unterhalb bestimmter Werte ist, befinden sich die Regeleinrichtungen
in der in der Zeichnung dargestellten Lage. Das Steuerrelais 29 steht über die Hilfskontakte
38 des Schalters q. und 38' des Schalters 5 unter Spannung.
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Wenn die Spannung normal ist, nehmen die Anker der beiden Steuerrelais
ii und 15 ihre untere Lage ein. Wenn! hierbei die Belastung der Maschine
2 normal, jedoch um -mehr als einen bestimmten Betrag größer ist als die
Belastung
der Maschine 3,; schließt das Differentialrelais 17 seine Kontakte 23 und schaltet
-das Steuerrelais 24 ein. Das Steuerrelais 24 schließt seine Kontakte 40, durch
die der Verstellmotor 13 für den Erregerwiderstand 8 der Maschine 3 eingeschaltet
wird. Der Stromkreis verläuft von --j- über die Kontakte 39 des Relais 29, die Kontakte
41 des spannungslosen Steuerrelais 15, die Kontakte .f.2 des gleichfalls spannungslosen
Steuerrelais 11, die Kontakte 4o des Steuerrelais 24, die Kontakte 43 des Stromrelais
28, die Feldwicklung 13R des Motors 13, den Grenzschalter 4.4. an dem Widerstand
8, den Anker des Motors 13 nach -. Durch den Motor 13 wird der Erregerwiderstand
8 verkleinert, so daß die Erregung der Maschine 3 steigt und sie wieder eine Belastung
entsprechend dem vorgeschriebenen Belastungsverhältnis übernimmt.
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Wenn die Spannung normal ist und die Belastung der Maschine 3 ebenfalls
normal, jedoch um mehr als einen bestimmten Betrag größer ist als die Belastung
der Maschine 2, dann schließt das Differentialrelais 17 seine Kontakte 25 und schaltet
das Steuerrelais 26 ein. Das Steuerrelais 26 schließt seine Kontakte 45 und schaltet
den Verstellmotor 13 über seine Feldwicklung 13L ein, so daß der Widerstand 8 vergrößert
wird und die Maschine 3 einen geringeren Stromanteil übernimmt.
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Wenn die Spannung einen bestimmten Wert überschreitet, so daß die
Kontakte 1o und 14 des Kontaktvoltmeters 6 geschlossen werden.- wird das Steuerrelais
15 eingeschaltet. Ist das Verhältnis der Belastungsströme der beiden Maschinen 2
und 3 normal, so daß die beiden Steuerrelais 24 und 26 sich in ihrer Ruhelage befinden,
so wird jeder der beiden Verstellmotoren 12 und 13 in einem solchen Sinne eingeschaltet,
daß sich die Erregung der beiden Maschinen vermindert. Der Stromkreis für den Motor
13 verläuft von + über die Kontakte 37, 48, die Feldwicklung 13L, den Grenzschalter
46 an dem Widerstand 8, den Anker des Motors 13 nach -. Der Stromkreis für den Motor
1:., verläuft von - ' - über die Kontakte 49, So, die Feldwicklung 12L, den
Grenzschalter 51 an dem Regulierwiderstand 7, den Anker des Motors 12 nach -. Bei
gleichmäßig verteilter Last wird infolgedessen bei zu hoher Spannung die Erregung
beider Maschinen gleichzeitig vermindert.
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Wenn die Spannung über einen bestimmten Wert gestiegen ist, so daß
das Steuerrelais 15 angesprochen hat und die Belastung der Maschine 2 normal, -jedoch
um mehr als einen bestimmten Betrag größer ist als die Belastung der Maschine 3,
so daß das Steuerrelais 24 ebenfalls angesprochen hat, kann der Verstellmötor r3
nicht,' wie vorher beschrieben, eingeschaltet werden, - da die Kontakte 48 unterbrochen
sind. Es wird infolgedessen nur die Erregung der Maschine 2, die einen zu großen
Anteil der Belastung übernommen hatte, verringert.
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Wenn die Spannung über einen bestimmten Wert gestiegen ist und die
Belastung der Maschine 3 normal, jedoch um mehr als einen bestimmten Betrag größer
ist als die Belastung der Maschine 2, so daß, das Steuerrelais 26 anspricht, wird
der @'erstellmotor 12 nicht eingeschaltet, da die Kontakte 5o unterbrochen sind,
sondern nur der Verstellmotor 13, der dann die Erregung der Maschine 3 verringert.
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Wenn die Spannung unter einen bestimmten Wert gesunken; ist und das
Steuerrelais 11 angesprochen hat und das Verhältnis der Belastungen beider Maschinen
normal ist, werden die beiden Verstellmotoren 12 und 13 in einem solchen Sinne eingeschaltet,
daß die Erregung beider Maschinen gleichmäßig steigt. Der Stromkreis für den Motor
12 verläuft von -f- über die Kontakte 52, 53, 54, die Feldwicklung .12R, den Grenzschalter
55 an dem Widerstand 7, den Anker des Motors 12 nach -. Entsprechend verläuft der
Stromkreis für den Motor 13 über die Kontakte 56, 57, 43 und die Feldwicklung 13R.
Ist die Spannung zu niedrig und hat außerdem das Differentialrelais angesprochen,
so wird nur bei einem der beiden Motoren die Erregung gesteigert, so. daß das richtige
Belastungsverhältnis sich wieder einstellt.
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Wenn zu irgendeiner Zeit die Stromabgabe der Maschine 2 einen bestimmten
Wert überschreitet, dann spricht das Relais 27 an und öffnet seine Kontakte 54 und
schließt die Kontakte 6o. Auf diese Weise wird der Stromkreis für die Feldwicklung
12R des Verstellnotors 12 unterbrochen, so daß das Kontaktvoltmeter 6 oder das Differentialrelais
17 keine Vergrößerung der Erregung der Maschine2 mehr herbeiführen kann. Über die
Kontakte 6o wird der Verstellmotor 12 über seine Feldwicklung 12L eingeschaltet,
so daß die Erregung der Maschine 2 herabgesetzt wird. Der Motor 12 bleibt in diesem
Sinne so lange eingeschaltet, bis die Stromabgabe der Maschine 2 genügend verringert
ist, so daß das Relais 27 die Kontakte 6o wieder freigibt.
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Fährt die Maschine 2 längere Zeit mit großer Belastung, so werden
die Kontakte 35 geschlossen und das Relais 34 eingeschaltet. Das Relais 34 schließt
über die Kontaktei 61 den Widerstand 32 in dem Stromkreis der Spule des Relais 27
und der Spule 19 des Relais 17 kurz. Das Relais 27 hält infolgedessen,
solange
die Kontakte 35 geschlossen sind, die Stromabgabe der Maschine 2 unter einem geringeren
Wert als vorher.
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Infolge des Kurzschlusses des Widerstandes 3-2 fließt ein größerer
Teil der gesamten Stromabgabe der Maschine z durch die Wicklung z9 des Differentialrelais
17 als vorher. Um durch die Wicklung ig die magnetische Wirkung der Wicklung
2o auszugleichen, braucht infolgedessen der von der Maschine :2 abgegebene Strom
nicht mehr so groß zu sein als vorher. Das Belastungsverhältnis zwischen beiden
Maschinen ist jetzt ein anderes. Die Maschine 3 übernimmt einen größeren Anteil
von der Gesamtbelastung als die Maschine 2.
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In derselben Weise arbeiten bei einer überbelastung der Maschine 3
die Relais 28 und 36.
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Die Anwendung der Erfindung ist nicht auf elektrische Generatoren
beschränkt, sondern kann sinngemäß auch bei Motoren angewandt werden, bei denen
im normalen Betriebszustand ein bestimmtes Belastungsverhältnis aufrechterhalten
werden soll.