DE640234C - Drehzahlregler, insbesondere zur Reglung von Kraftmaschinen - Google Patents

Description

S I

Bei den bekannten Regeleinrichtungen zur genauen Einhaltung eines bestimmten Drehzahlwertes, wie sie insbesondere für die Frequenzreglung in elektrischen Kraftanlagen Verwendung finden, erfolgt die Reglerrückführung zumeist über den vom -Regler gesteuerten Servomotor. -Dies hat zur Folge, daß die Rückführung den Regel Vorgang verzögert. Eine Drehzahlabweichung bewirkt bei den bekannten Reglern zunächst eine Verstellung des Dampfventils. Bei der Bewegung des Dampfventils wird über die Rückführung und das Steuerorgan des Reglers eine Unterbrechung des zuletzt gegebenen Regelbefehls herbeigeführt. Erst eine weitere Drehzahlabsenkung bewirkt einen neuen Steuerbefehl. Durch die sich hieraus ergebende absatzweise Reglung wird der gesamte Regelvorgarig beträchtlich verzögert. Bei der Anordnung nach der Erfindung ist dieser Nachteil vermieden. Der Drehzahlregler, der insbesondere zur Reglung von Kraftmaschinen zum Antrieb von Wechselstromgeneratoren dient, besitzt dabei in an sich bekannter Weise einen über einen ölkatarakt aufgeladenen Kraftspeicher. Erfindungsgemäß betätigt die Reglermuffe ein Gestänge, das über den Ölkatarakt und über den Kraftspeicher auf den Servomotor bzw. auf ein äquivalentes Regelorgan für die Verstellung der Kraftzufuhr an der zu regelnden Maschine einwirkt. Während bei den bekannten Reglern die Rückführbewegung also vom Hauptventil abgeleitet wird, geschieht dies beim neuen Regler von der Reglermuffe aus ■bzw. vom Ölkataraktgehäuse aus, an dem die Reglermuffe angreift. Dadurch werden die oben geschilderten Verzögerungen des Regel-Vorganges bei der bekannten Einrichtung'vermieden.

Es ist bereits eine indirekt wirkende Reglungsvorrichtung für Kraftmaschinen mit hydraulischer Einrichtung für die Rückführung des Steuerorgans einer Hilfskraftmaschine bekannt, bei der die Rückführung des mit dem Regler verbundenen Steuerorgans der Hilfskraftmaschine in die Mittellage des· Steuerorgans unmittelbar nach der Bewegungsumkehr der Reglermuffe plötzlich, dadurch erfolgt, daß die Einwirkung des Kraftmittels auf die Rückführungsbewegung durch ein Organ gesteuert wird, welches vom Regler bei der Bewegungsumkehr jeweils entsprechend verstellt wird. Zu diesem Zweck ist die Reglermuffe nachgiebig, z. B. über ein Reibelement, mit dem Organ für die Steuerung der Einwirkung des -Kraftmittels auf die Rückführungsbewegung verbunden.

Demgegenüber führt bei der Erfindung die Reglermuffe nicht erst nach ihrer Bewegungsumkehr, also nach Vollendung des Regelvor- gangs, die Rückführung herbei, sondern bereits während des Regelvorgangs, sofern es

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Dipl.-Ing. Richard Helbing in Berlin-Spandau.

sich dabei um nicht allzu rasch verlaufende Vorgänge handelt. Es besteht also auch gegenüber dieser bekannten Einrichtung der Vorteil einer beträchtlichen Verkürzung des gesamten Regel Vorgangs.

Gegenüber den bekannten Ausführungen¹¹ hat der neue Regler ferner noch den Vorteil, daß der Fliehkraftregler, ölkatarakt, Kraftspeicher und Rückführungsgestänge eine in ίο sich geschlossene Einheit bilden, die von dem Servomotor und dem Kraftmittelzufuhrorgan baulich getrennt sein kann. Das bisher notwendige Gestänge zwischen Regler und Servomotorkolben kommt in Fortfall. In den Figuren sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt, bei denen die Regelimpulse unter Vermittlung von elektrischen Kontakten übertragen werden.

Bei der Ausführung nach Fig. ι trägt die Muffe 2 des Drehzahlreglers ι einen waagerechten Hebel 3, der über die Stangen 4 und 5 sowie den ölkatarakt 6 auf die Kontakte 7 und 8 einwirkt. Der Hebel 3 trägt den Gegenkontakt 9. An dem Kolben 10 des Ölkatarakts 6 greift die Feder 11 an. Das andere Ende der Feder ist an dem Anker 12 befestigt, der sich im Feld der Spannungsspule 13 und Stromspule 14 bewegt. Als Gegenkraft für den Anker 12 dient die Feder 15. Die Feder 15 wird durch eine geschlitzte Hülse 16 gefaßt. Durch Verschiebung der Hülse 16 kann die wirksame Länge der Feder 15 geändert werden.

In der Figur sind die Bewegungen des Reglergestänges gestrichelt eingezeichnet, die sich bei der Entlastung einer vom Drehzahlregler gesteuerten Kraftmaschine, also bei einer Drehzahlerhöhung, zeigen.

Die Reglermuffe 2 nimmt zunächst den Hebel 3 nach oben mit, der mit dem Drehzahlregler ι derart verbunden ist, daß er sich stets in senkrechter Lage zur Welle des Drehzahlreglers befindet. Der Hebel 3 kann hierzu beispielsweise durch die Reglerwelle entsprechend geführt werden.

Der Hebel 4, der sich nach oben bewegt, zieht durch Drehung des Hebels 5 das Ölkataraktgehäuse 6 mit seinem Kolben 10 und den Kontakten 7 und 8 nach unten. Der Kontakt 9 ist an dem Hebel 3 fest angebracht und wird mit diesem nach'oben bewegt. Die Kontakte 7 und 9 bewegen sich also aufeinander zu. Über diese Kontakte wird ein in der Zeichnung nicht dargestellter Stromkreis für einen Verstellmotor hergestellt, der nun entweder unmittelbar oder über einen Hilfsmotor die Kraftmittelzufuhr der Kraftmaschine ändert.

Bei dem beschriebenen Vorgang zieht der Muffenhebel 3 den Kolben 10 des Ölkataraktes 6 über Kontakt 7 nach oben. Es sei nun angenommen, daß die Kraftmaschine entsprechend ihrer Entlastung verringerte Kraft ■ 'mittelzufuhr erhält bzw. ein von der Kraftmaschine angetriebener Generator die Ent-'l&situng seines Netzes abzufangen hat. Die '',Frequenzabweichung dieses Netzes habe jetzt ihr Maximum erreicht. Damit hört die nach unten gerichtete Bewegung des ölkataraktgehäuses (über Gestänge 4 und 5) auf. Es herrscht dann Gleichgewicht zwischen der .vom Drehzahlregler über Gestänge 3 ausgeübten und anderseits von der Feder 11, die zusammengedrückt wurde, ausgeübten Kraft. Die Kontakte 7 und 9 bleiben geschlossen, so daß der Verstellmotor der Kraftmaschine zunächst weiterläuft.

Die weitere Belastungsverringerung der antreibenden Kraftmaschine hat, nachdem im elektrischen Netz noch dieselbe Belastung vorhanden ist, eine Senkung der Frequenz bzw. der Drehzahl der Synchrongeneratoren zur Folge; dadurch werden die vorher von der überschüssigen Leistung der Generatoren infolge der Frequenzsteigerung aufgeladenen Schwungmassen, des Netzes (die Schwungmassen aller an das Netz angeschlossenen generatorisch oder motorisch oder auch als Blindleistungsmaschine wirkenden Maschinen samt den Schwungmassen der mit ihnen gekuppelten Arbeits- oder Antriebsmaschinen) nunmehr zur Energieabgabe herangezogen.

Die Änderung der Drehzahl hat zur Folge, daß der Muffenhebel 3 nach abwärts geht und dabei über Gestänge 4 und 5 den ölkatarakt anhebt. Die Kontakte 7 und 9 bewegen sich nun gleichzeitig voneinander weg, und zwar um so schneller, je schneller die zeitliche Frequenzänderung des Netzes ist. Diese Bewegung der Kontakte dauert an, bis die sich aufeinander zu bewegenden Kontakte 8 und 9 sich berührt haben. Der Verstellmotor für unmittelbare oder mittelbare Änderung der Kraftmittelzufuhr der geregelten Kraftmaschine bewegt sich in umgekehrter Riehtung, so daß eine Vergrößerung der Kraftmittelzufuhr eintritt. Die Maschine erreicht schließlich ihren der neuen Netzlast entsprechenden neuen Lastzustand wieder bei SoIlfrequenz. Einen aperiodischen Verlauf der Reglung kann man, abgesehen von der Dimensionierung des ölkataraktes und der Feder, insbesondere auch dadurch gewährleisten, daß man, wie bereits in anderem Zusammenhang vorgeschlagen wurde, den Querschnitt des Ölkataraktes ändert. Bei der Anordnung nach Fig. ι erfolgt dies durch den in den ölkataraktkanal sich hineinbewegenden Stift 17, der über das Gestänge 18 gesteuert wird. Wie die Figur zeigt, hängt die Drosselung iao des Kataraktquerschnittes ab von der Lage der Kolbenstange ι ο und damit von der Ab- .

weichung des Regel-Ist-Wertes vom Soll-Wert.

Das Gewicht des ölkataraktes und der Kontakte wird man durch ein Zusatzgewicht am Gestänge 4 oder S zweckmäßig ausgleichen. Den Hebel 5 kann man in einer Schneide oder, wie in der Figur angedeutet, durch Blattfedern 19 lagern.

Bei der bisherigen Betrachtung des Reglers

ίο wurde angenommen, daß die Feder 11 am oberen Ende fest eingespannt ist. Der Regler arbeitete dann, wie erläutert wurde, isodrom. Ein statisches Arbeiten des Reglers kann man dadurch erzielen, daß man gemäß der Figur den Angriffspunkt der Feder 11 in Abhängigkeit von der Belastung der geregelten Kraftmaschine, und zwar zweckmäßig durch ein leistungsmessendes Gerät, verstellt. Den Einfluß der Maschinenbelastung auf den Regel-Vorgang, also die Neigung der Reglercharakteristik, kann man durch Änderung der Gegenkraft der Feder 15 mittels der Hülse 16 verändern.

Fig. 2 zeigt eine Reglerbauart, die gegenas über Fig. 1 etwas abgeändert ist. Es ist hier angenommen, daß die Verstellung der Kraftmittelzufuhr unter Vermittlung eines Wälzkontaktreglers 21 vorgenommen wird, dessen Widerstände im Stromkreis des Verstellmotors liegen (vgl. Fig. 3). Je nachdem sich der Hebel 22 aus der Mittellage nach oben oder nach unten bewegt, wird der Verstellmotor in dem einen oder anderen Sinne zur Drehung gebracht.

Der Hebel 3' des Reglers, auf den die Muffe 2 einwirkt, steuert einerseits über den Hebel 22 den Wälzkontaktregler 2I₁ anderseits über Gestänge 4' und 5' den Ölkatarakt 6. Am Ülkataraktkolben 10 greift wieder dieFeder

11 an. Der Ölkatarakt bildet also die eine Seite eines Paraüelogrammgestänges. Während also bei der Anordnung nach Fig. 1 die Reglermuffe über das Gestänge 3, 4 und S und über den Ölkatarakt 6 auf die Stellung der Kontakte 7 und 8, die die Funktion eines Servomotors ausüben, einwirkt, erfüllt bei der Anordnung nach Fig. 2 der Wälzkontaktregler 21 die Funktion des Servomotors, und die Einwirkung auf diesen Wälzkontaktregler ist hier durch die Kupplung der Stange 22, der Hebelstangen 3' und 4.' mit dem Ölkatarakt 10 und dem Kraftspeicher 23 erfüllt. Bei einer Bewegung der Reglermuffe 2 steht in-■ folge dieser Kupplung die Bewegung des Wälzkontaktreglers 21 in einem bestimmten Verhältnis zu den Bewegungen am Ölkatarakt und zu der Spannung des Kraftspeichers. Wenn der Kraftspeicher sich .über den Ölkatarakt wieder entlädt, so hat dies auch eine entsprechende Verstellung des Wälzkontaktreglers 21 zur Folge.

Es sei angenommen, daß bei Benutzung des Reglers nach FigJ 2 eine Netzeiitlastung eintrat und die Drehzahl sich erhöhte. Das Reglergestänge nimmt dann wieder die gestrichelte Lage ein. Bei schnellen Drehzahländerungen wirken die Hebel 3', 4', 5' und 10 als starres Parallelogramm. Befindet sich die Reglermuffe 2 in der Mitte des Hebels 3' und ist Stange 5' in der Mitte gelagert, so wirkt der Hub der Muffe 2 auf das Gestänge 22 verdoppelnd ein.

Bei Isodrombettieb ist der obere Befestigungspunkt der Feder 11 und der untere Befestigungspunkt der Feder 23 starr gelagert. Bei statischem Betrieb sind diese Befestigungspunkte, wie in Fig. 2 angedeutet, durch einen Hebel 24 zu verbinden. Die an dem Hebel 24 liegenden Angriffspunkte der Federn 11 und 23 aus Fig. 2 entsprechen dann dem 80 " Angriffspunkt der Feder 11 aus Fig. i, den der Anker 12 trägt. Auch der Hebel 24 der Fig. 2 wird also vorteilhaft abhängig von der Belastung der geregelten Kraftmaschine verschoben.

Bei dem Regler der Fig. 3 ist die Feder 23 der Fig. 2 in die Teilfedern 231 und 232 unterteilt, die im Gehäuse des Ölkataraktes 6 eingebaut sind. Die Teilfedern besitzen begrenzten Hub. Bewegt sich der Kolben το go des Ölkataraktes aus der Mittellage, so wird jeweils nur die Druckfeder 231 oder 232 wirksam. Im übrigen arbeitet der Regler nach Fig. 3 in gleicher Weise wie der Regler nach

Der obere Angriffspunkt der Feder 11 ist nach Fig. 3 in gleicher Weise wie nach Fig. 1 beweglich, und zwar über den Anker 12, auf den wieder eine Stromspule und eine Spannungsspule wattmetrisch einwirken. An dem Anker 12 ist ferner eine Ölbremse 25 angebracht, die eine Beeinträchtigung des Regelvorganges durch schnelle Leistungsänderungen verhindert. Durch Änderung des Vorschaltwiderstandes 26 und Verschiebung des Hebeldrehpunktes 27 kann man eine stoßlose Änderung der Reglerstatik erreichen. Eine Verstellung des Regelwiderstandes 26 bewirkt dabei eine Verschiebung, eine Änderung der Lage des Drehpunktes 2,γ eine Drehung der statischen Kennlinie.

Claims (3)

1. Patentansprüche:

   i. Drehzahlregler, insbesondere zur Reglung von Kraftmaschinen zum Antrieb von Wechselstromgeneratoren, mit einem über einen- ölkatarakt aufgeladenen Kraftspeicher, dadurch gekennzeichnet, daß die Reglermuffe ein Gestänge betätigt, das über den Ölkatarakt und über den Kraftspeicher auf den Servomotor bzw. auf ein äquivalentes Regelorgan für die

   Fig. 2.

   Verstellung der Kraftzufuhr an der zu regelnden Maschine einwirkt.
2. 2. Elektrischer Drehzahlregler nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die den Servomotor steuernden elektrischen Kontakte einerseits von einem durch die Reglermuffe unmittelbar bewegten Hebel., anderseits von dem Punkte getragen werden, der von der Reglermuffe über das Gestänge und über den ölkatarakt und den Kraftspeicher im Gegensinne zu dem ersten Kontakt gesteuert wird.
3. 3. Drehzahlregler nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Angriffspunkt der als Kraftspeicher dienenden Feder abhängig von der Leistung der zu regelnden Kraftmaschine verstellt wird.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen