DE654241C - Regelung von Leistungsverteilung, Leistungsfluessen und Drehzahl (Frequenz) in ein- oder mehrphasigen Wechselstromnetzen oder -netzverbaenden - Google Patents

Description

In dem Patent 642 677 sind die Mittel und Wege kurz beschrieben, die nach dem heutigen Stande der Technik für die Erzeugung und Übertragung des Richtvektors zur Verfügung stehen. Dabei ist u. a. gesagt, daß man entweder die Frequenz des Richtvektors selbst übertragen oder abe'r irgendwelche Trägerfrequenzen benutzen kann, die mit der Frequenz des Richtvektors moduliert werden.

Bei der Wahl der Richtvektorfrequenz sind verschiedene Gesichtspunkte zu beachten. Der wichtigste davon ist der, daß es vor allem auf höchste Genauigkeit der Richtvektorerzeugung und -Übertragung ankommt, da hiervon das einwandfreie Arbeiten des Richtvektorverfahrens überhaupt abhängt. Maßgebend ist.dabei die Genauigkeit, bezogen auf die Frequenz des Netzvektors, die im allgemeinen 50 Hz beträgt. Um den Einfluß von Phasenfehlern bei der Richtvektorerzeugung und -Übertragung auf die soperiodige Frequenz so klein wie möglich zu machen, wird erfindungsgemäß die Richtvektorfrequenz gleich einem Vielfachen der Netzfrequenz gewählt.

Phasenfehler auf der Richtvektorseite treten dann auf der Netzvektorseite im umgekehrten Verhältnis, also nur mit einem Bruchteil ihrer wahren Größe, in Erscheinung. Wie man die Einrichtungen zur Erzeugung und Übertragung des Richtvektors unter diesen Umständen zweckmäßig ausbildet, soll im folgenden an Beispielen beschrieben werden. Dabei werden diese Einrichtungen, um die Übersicht zu erleichtern, in der Reihenfolge von der Erzeugung des Richtvektors über die Übertragungskanäle und die Fernsteuereinrichtungen bis zu den Maschinenreglern hin verfolgt.

Der Richtvektor wird, wie in Abb. 1 dargestellt, beispielsweise von einem Wechselstromgenerator 1, der von der Gleichstrommaschine 2 angetrieben wird, mit einer Frequenz von 1000 Hz erzeugt. Die Wahl dieser Frequenz empfiehlt sich einerseits deshalb, weil, wie oben bereits angedeutet, die Phasenfehler auf der 50-Hz-Netzvektorseite dabei nur den zwanzigsten Teil von denen auf der Richtvektorseite betragen, und andererseits im Hinblick darauf, daß eine Frequenz von 1000 Hz von Fernsprechkabeln noch recht gut übertragen wird, was wegen der Benutzung vorhandener Betriebsfernsprechkabel praktisch sehr wichtig ist. Im übrigen kann man je nach den Eigenschaften dieser Kabel die Richtvektorfrequenz u. U. auch noch wesentlich höher wählen und kann dadurch den Einfluß der Phasenfehler noch weiter herabdrücken.

Die Einhaltung der gleichbleibenden Drehzahl des Maschinensatzes 1-2 in Abb. 1 und So damit der Richtvektorfrequenz wird beispielsweise durch Beeinflussung des Erregerfeldes

der Gleichstrommaschine 2 mit Hilfe von Fliehkraftkontaktreglern bewirkt, die mit der Welle des Maschinensatzes 1-2 umlaufen. Eine nähere Beschreibung einer solchen Drehzahlregelung erübrigt sich, da sie u. a. bei-'den Maschinensendern für Rundfunkanlagert' j gewendet wird. Eine andere Drehzahlsteuerung des Erzeugersatzes 1-2 ist in Abb. 2 schematisch dargestellt. Sie beruht, ganz ähnlich wie dies bei den Vektorreglern der Kraftmaschinen selbst auch der Fall ist, auf dem* Differenzprinzip, bei dem die der zu regelnden Drehzahl entsprechende Frequenz mit einer Normalfrequenz verglichen wird.

Diese wird bei der Anordnung nach Abb. 2 von einem Röhrengenerator 3 geliefert, der durch einen Quarzresonator 4 auf konstanter Frequenz, beispielsweise auf 100 100 Hz, gehalten wird. Um die Drehzahl des Maschinensatzes mit dieser hohen Frequenz vergleichen zu können, wird entweder auf seine Welle eine Hilfsmaschine 5 gesetzt, die 100 000 Hz liefert, wenn die Wechselstrommaschine 1 gerade 1000 Hz abgibt, oder aber die Frequenz von 1000 Hz der Maschine 1 wird durch eine Frequenzvervielfachungseinrichtung bekannter Art auf 100 000 Hz gebracht. Diese

100 000 Hz werden den 100100 Hz der Röhre 3 im Kreis 6 überlagert; durch Gleichrichtung mit dem Gleichrichter 7 entsteht die Schwebungsfrequenz 100 Hz im Ausgangskreis 8 des Gleichrichters. In diesem liegen die Frequenzrelais 9 und 10, die auf 99 und

101 Hz abgestimmt sind und die Kontakte 11 bzw. 12 betätigen, sobald die Schwebungsfrequenz 99 bzw. 101 Hz beträgt. Die Kontakte beeinflussen nach Art der Tirrillregler den Erfegerstrom der Gleichstrommaschine 2 und steuern die Drehzahl des Erzeugersatzes 1-2 mit einer Empfindlichkeit von —=■'

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Statt zweier Frequenzrelais kann man auch nur eines verwenden, das in bekannter Weise so gebaut ist, daß das Verhältnis derjenigen Zeiten, während denen der von ihm gesteuerte Widerstand kurzgeschlossen ist, zu denjenigen Zeiten, während denen er eingeschaltet ist, in einer bestimmten Abhängigkeit von der Schwebungsfrequenz steht. Ferner läßt sich wie bei anderen Regelaufgaben die Steuerung auch in Grob- und Feinstufen unterteilen.

Es bedarf nur eines kurzen Hinweises, daß die Speisespannung für die Gleichstrommaschine 2 selbst auch diejenige Konstanz aufweisen muß, die Voraussetzung für die x\nwendbarkeit einer so feinen Regelung ist. Deren Empfindlichkeit läßt sich übrigens nur deswegen so außergewöhnlich steigern, weil die Belastung des Erzeugersatzes für den Richtvektor praktisch unverändert bleibt und nicht etwa schwankt, wie dies bei Sendern der Fall ist. Eine sehr konstante Spannung für die Maschine 2' liefert beispielsweise die Anordnung nach Abb. 3. Die der Maschine 2 zugeführte Spannung wird an den Klemmen · und 14 der Batterie 15 entnommen, die den Widerstand 16 aus der Batterie 17 dauernd geladen wird. Diese wird ihrerseits aus einer an die Klemmen 18 und 19 angeschlossenen, nicht dargestellten Gleichspannungsquelle über den veränderlichen Widerstand 20 aufgeladen. Der Widerstand 20 wird durch einen empfindlichen selbsttätigen Spannungsregler auf Konstanz der Spannung an den Klemmen 13, 14 geregelt. Diese siebkettenförmige Anordnung kann auf eine beliebige Zahl von Gliedern erweitert werden. ^:

Man kann auch von den Verfahren der Frequenzerniedrigung Gebrauch machen, indem man beispielsweise durch einen quarzgesteuerten Röhrengenerator genügender Leistung eine Frequenz von solcher Höhe erzeugt, für die noch Maschinen (Motoren) gebaut werden können. Man läßt dann einen solchen Motor eine Maschine (Generator) für die beispielsweise angenommene Richtvektorfrequenz von 1000 Hz antreiben. Der Vorteil dieses Verfahrens liegt in der Ersparnis der Nachregelungseinrichtung.

An Stelle eines Maschinensatzes kann man zur Erzeugung des Richtvektors auch einen Röhrengenerator verwenden, dessen Frequenz unmittelbar oder mittelbar durch einen Kreis wie den in Abb. 2 dargestellten Schwingungskreis mittels einer Stimmgabel oder aber mittels eines Qtiarzstabes gesteuert wird, die die beispielsweise angenommene Frequenz von 1000 Hz für den Richtvektor liefern. Bekanntlich können Quarzstäbe auch solche niedrigen Frequenzen unmittelbar erzeugen, wodurch die mit der Frequenzumformung auf elektrischem Wege verbundenen Schwierigkeiten umgangen werden.

Um den Richtvektor auf seinem Wege zu den Maschinen weiter zu verfolgen, sei nochmals Abb. ι betrachtet. Der Richtvektorerzeuger ι speist die Sammelschienen 21, von denen aus die Übertragungskanäle zu den einzelnen Netzteilen oder Maschinen des Netzes abzweigen,' beispielsweise der Abzweig 22, bei dem als Übertragungskanal ein Kabel angenommen ist, das über einen Übertrager 23 an den Sammelschienen hängt.

Das Kabel führe beispielsweise zu einer Befehlsstelle, etwa der Hauptbefehlsstelle ines Landesnetzes. Dort ist hinter einem Übertrager 24 zunächst eine Verstärkereinrichtung 25 vorgesehen, bei der durch bekannte Hilfsmittel (Eisenwasserstoffwiderstände in den Heizkreisen, Glimmspannungsteiler für die Anodenspannungen usw.) dafür

gesorgt ist, daß sie unter möglichst gleichbleibenden Verhältnissen arbeitet. Dabei wird zweckmäßig eine Phasenverstellvorrichtung 26 angeordnet, die von den Klemmen des Verstärkers 25 aus durch Einschaltung einer Drosselspule in den einen Abzweig und eines Kondensators in den anderen Abzweig mit zwei aufeinander senkrecht stehenden Phasenspannungen gespeist wird. Mit dieser Phasenverstellvorrichtung lassen sich von Hand oder auch durch selbsttätige Einrichtungen Winkelverdrehungen hervorbringen, die zum Ausgleich von Phasenfehlern, verursacht durch Temperatureinflüsse auf den Übertragungskanal, oder aber zu Winkelverstellungen dienen können, die für das ganze der Landesbefehlsstelle unterstehende Netz bestimmt sind. Die Phasenverstellvorrichtung kann als Drehtransformator mit oder ohne Eisen gebaut sein; wenn es sich nur um kleine Winkel handelt, kann sie aus verstellbaren Drosselspulen oder Kondensatoren oder Widerständen bestehen. Die Sekundärseite der Phasenverstellvorrichtung ist in dem Ausführungsbeispiel gemäß Abb. 1 ebenfalls zweiphasig angenommen. Sie speist unmittelbar oder über Verstärker ein zweiphasiges Sammelschienensystem 27, von dem aus die Übertragungskanäle zu den verschiedenen Netzteilen oder Kraftwerken oder Maschinen abgehen. In Abb. 1 sind drei verschiedene Arten solcher Abzweige gezeichnet: ein einfacher Abzweig, ein Abzweig mit selbsttätiger Steuerung nach einer Leistung und ein Abzweig zu einer fernbetätigten Anlage.

Was zunächst den ersten dieser Abzweige anbelangt, so dient die Phasenverstellvorrichtung 28 zur Einstellung des Richtvektors mittels eines Drehknopfes von Hand. Wird dieser Knopf so weit verdreht, daß die Phasenverstellvorrichtung eine doppelte Polteilung durchläuft, so wird der Richtvektor mit 1000 Hz um 360⁰ gedreht, was, auf die Netzfrequenz von 50 Hz bezogen, i8° entspricht.

Der Sekundärteil der Phasenverstellvorrichtung ist, um die weiteren Übertragungseinrichtungen möglichst einfach zu gestalten, einphasig ausgeführt. Bevor der Richtvektor in den Übertragungskanal 29 weitergegeben wird, wird er durch den Verstärker 30 nochmals verstärkt, damit die Einrichtung 28 möglichst klein, möglichst ohne Eisen und mit möglichst geringer Rückwirkung ihres sekundären auf ihren primären Teil und damit auch auf die Einrichtung 26 ausgeführt werden kann.

Der zweite der drei dargestellten Abzweige weist eine Phasenverstellvorrichtung 31 gleicher Art auf, bei der jedoch der sekundäre Teil durch ein mit ihm gekuppeltes Leistungsmeßwerk 32 gedreht wird, das beispielsweise die Übergabeleistung in einer Leitung des Netzes mißt. Der Zweck dieser Phasenverstellvorrichtung ist, eine kennlinienmäßige Beziehung zwischen der Drehung und der Übergabeleistung herzustellen. Die Neigung der Drehungs /Übergabeleistungs - Kennlinie kann auf verschiedene Arten, beispielsweise durch Veränderung der Konstanten der Feder 33 des Leistungsmeßwerks, der Übersetzung zwischen diesem und der Phasenverstellvorrichtung oder aber, wie in der Abbildung dargestellt, durch einen verstellbaren Vorschaltwiderstand 34 vor der Spannungsspule des Leistungsmessers eingestellt werden. Die gleichen Einrichtungen gestatten auch den Übergang zu dem im Patent 642 677 beschriebenen Verfahren, bei dem die Neigung der Drehungskennlinien so groß ist, daß die Drehung auch mehr als 2 π oder sogar mehrere ganze Umläufe betragen kann. Die Verschiebung der Drehungs/Übergabeleistungs-Kennlinie, Heben und Senken, kann ebenfalls auf verschiedene Arten, beispielsweise durch Verdrehung des Ständers der Phasenverstellvorrichtung 31 oder aber, wie in der Abbildung gezeichnet, durch Verlegung des Festpunktes der Feder 33 mittels einer Spindel mit Handknopf 35 erfolgen. Im übrigen sind die Einrichtungen zur Weitergabe des Richtvektors die gleichen wie die beim ersten Abzweig. Die zwischengeschaltete Verstärkung bietet hier noch den besonderen Vorteil, daß das Leistungsmeßwerk schwach sein kann, also aus gewöhnlichen Strom- und Spannungswandlern zusammen mit anderen Meßeinrichtungen gespeist werden kann.

Der dritte der drei dargestellten Abzweige unterscheidet sich von dem ersten Abzweig lediglich durch einen hinter die Phasenver-Stellvorrichtung 37 eingebauten, von Hand zu betätigenden Schalter 38. Am Ende des Übertragungskanals 39, der beispielsweise zu einer Maschine führe, die von der Befehlsstelle aus fernbetätigt werden soll, befindet sich außer dem Maschinenregler, der über den Verstärker 40 gespeist wird, ein Relais 41, das zweckmäßig ebenfalls über einen eigenen Verstärker 42 an der Richtvektorspannung liegt. Wird der Schalter 38 eingelegt, so spricht das Relais 41 an und bewirkt durch seine Kontakte 43 und die von diesen betätigten, aber nicht dargestellten Geräte in bekannter Weise das Anlassen der Maschine.. Ihre Belastung wird durch die Phasenverstellvorrichtung 37 eingestellt und gegebenenfalls selbsttätig gesteuert. Soll die Maschine abgestellt werden, so wird, im allgemeinen nach vorher erfolgter Entlastung, der Schalter 38 geöffnet, wodurch das Relais 41 in entgegengesetzter Richtung betätigt wird und die Maschine durch Abgabe der verschiedenen hierzu erforderlichen Be-

fehle außer Betrieb setzt. Eine andere Art von Fernbetätigung besteht darin, daß mit dem Schalter 38 kurze Stromstöße in bestimmter Reihenfolge zur Maschine geschickt 5 oder umgekehrt kurze Unterbrechungen in der Richtvektorübertragung in bestimmter Reihenfolge bewirkt werden. Die unter dem Namen »Impulsverfahren« bekannten Fernwirkeinrichtungen lassen sich also ohne Schwierigkeiten in die Vektorregelung einbeziehen.

Die beschriebenen Einrichtungen für die Landesbefehlsstelle können nach verschiedenen Richtungen, insbesondere im Hinblick auf den Störungsfall noch verbessert werden. Wichtig ist vor allem, etwaige Unterbrechungen in der Richtvektorzuführung durch das Kabel in ihrer Auswirkung auf den Netzbetrieb möglichst einzuschränken. Gegen kurzzeitigen Ausfall, beispielsweise durch Induktionsstörungen im Kabel, hilft die Energieaufspeicherung in umlaufenden Massen. Man wird daher hinter dem Verstärker 25 eine Synchronmaschine aufstellen, die ein reichliches Schwungmoment aufweist. Die Weitergabe des Richtvektors an die Sammelschienen 27 kann entweder durch einen Synchrongenerator erfolgen, der mit der eben erwähnten Maschine gekuppelt ist. Oder aber es wird die erste der beiden Maschinen selbst hierzu verwendet, indem sie mit Gleichstromerregung versehen wird, so daß sie auch bei kurzzeitigem Ausbleiben der vom Verstärker 25 kommenden Spannung als selbständiger Generator weiterläuft.

Um auch gegen längere Unterbrechungen gesichert zu sein, ist die Aufstellung eines selbständigen, d.h. mit eigenem Regelgerät ausgerüsteten Richtvektorerzeugers an der Landesbefehlsstelle zweckmäßig, wobei sich die Wahl derhohen Richtvektorfrequenz zur Verkleinerung etwa entstehender Phasenfehler wieder als sehr nützlich erweist. Dieser örtliche Richtvektorerzeuger wird mit dem zentralen Erzeuger durch dauernde oder zeitweise Nachregelung in Gleichlauf und nötigenfalls in Phasengleichheit gehalten. Ein erstes Beispiel dieser Art ist in Abb. 4 in einphasiger Ausführung schematisch dargestellt. Der zentral erzeugte Richtvektor wird wie in dem Ausführungsbeispiel gemäß Abb. ι zugeleitet und gelangt vom Kabel 22 über einen Übertrager 24, einen Verstärker 25 und den Schalter 44 zu den Sammelschienen 27. An den Sammelschienen hängt, wie oben beschrieben, eine mit einer Schwungmasse 45 versehene Synchronmaschine 46 mit Gleichstromerregung. Von den Sammelschienen gehen die verschiedenen Abzweige zum Netz ab. Der Richtvektorerzeuger der Landesbefehlsstelle ist nicht dargestellt. Die von ihm gelieferte Spannung wird über die Leitung 47 und den Verstärker 48 dem Schalter 49 zugeführt, der mechanisch mit dem Schalter 44 zu einem Umschalter gekuppelt ist. Gewöhnlich ist der Schalter 49 geöffnet. Der örtliche Richtvektorerzeuger wird so nachgeregelt, daß zwischen den Ein- und Ausgangsklemmen 50 des Schalters 49 kein Frequenzund kein Phasenunterschied besteht. Fällt der zentral erzeugte Richtvektor aus, so wird durch das Spannungsrelais 51 der Umschalter 44 bis 49 umgelegt, so daß nunmehr die vom örtlichen Richtvektorerzeuger der Landesbefehlsstelle gelieferte Spannung die Sammelschienen 27 speist. Sobald der Schalter 49 geschlossen ist, hört die Nachregelung des örtlichen Richtvektorerzeugers nach dem zentralen Richtvektor von selbst auf, und die Konstanthaltung der Frequenz ist dann dem örtlichen Regelgerät allein übertragen. Während der Umschaltung sorgt die Sychronmaschine 46 für Aufrechterhaltung der Spannung an den Sammelschienen 27 in gleicher Weise, wie oben für den Fall kurzzeitiger Störungen beschrieben wurde.

Ein weiteres Beispiel dieser Art ist in Abb. 5 schematisch dargestellt; bei ihm sind Umschaltungen nicht erforderlich. Dies wird dadurch erreicht, daß die Weitergabe des Richtvektors von der Landesbefehlsstelle aus stets durch den dort aufgestellten Richtvektorerzeuger erfolgt, während der Zentralerzeuger nur die Aufgabe hat, dem Erzeuger in der Landesbefehlsstelle die Phasenlage vorzugeben. In dem Beispiel gemäß Abb. 5 wird an Hand eines quarzgesteuerten Erzeugers gezeigt, wie die Nachsteuerung durch den vom Zentralerzeuger gelieferten Richtvektor erfolgen kann. Die Beschreibung der Nachsteuerung kann als Ergänzung auch für die oben besprochene Ausführungsform gemäß Abb. 4 gelten. Der Winkel zwischen dem über das Kabel 22 und den Verstärker 25 zugeführten Richtvektor und dem vom örtlichen Erzeuger 52 gelieferten Richtvektor wird durch das mechanische oder elektrische Differential 53 angezeigt. Ein Arm oder Zeiger an der Abtriebswelle dieses Differentials betätigt den beweglichen Kontakt- no träger 54. Bei Abweichung von der Sollage wird einer der Gegenkontakte 55 geschlossen, die Rechts- oder Linkslauf des Motors 56 bewirken. Dieser Motor verstellt die Eigenfrequenz des Quarzresonators 57, der den Erzeuger 52 steuert. Der Ouarzstab ist in einen selbsttätig arbeitenden Thermostaten eingeschlossen, dessen an sich bekannte Arbeitsweise nicht im einzelnen beschrieben zu werden braucht. Er hält die Temperatur in dem Raum, in dem sich der Quarzresonator befindet, auf einem gleichbleibenden Wert. Unter

diesen Umständen kann bekanntlich eine Feinregelung der Eigenschwingungszahl des Quarzresonators beispielsweise dadurch erfolgen, daß die Elektrodenplatten des Quarzes etwas in ihrem gegenseitigen Abstand verschoben werden, wodurch sich die Ableitung ' der im Quarz selbst erzeugten Verlustwärme und damit die Temperatur des Quarzes und seineEigenschwingungszahl ein wenig ändern. ίο Hierzu arbeitet der Motor 56 über eine starke Übersetzung auf die Mikrometer schraube 58. Zwischen dem Motor 56 und den auf einer drehbaren Platte 59 befestigten beiden Kontakten 55 liegt eine durch die strichpunktierte Linie 60 angedeutete nachgiebige Rückführung, wie sie bekanntlich zur Erzielung stabiler Regelbedingungen notwendig ist. Das Spannungsrelais 61 sorgt durch Öffnung des Schalters 62 für Abschaltung der Nachrege- _: ao lung, solange die Übertragung des zentralen Richtvektors ausfällt; an Stelle eines Schalters kann die Unterbrechung des Motorkreises auch durch eine als Ventil arbeitende Elektronenröhre trägheitsfrei bewirkt werden. Die Sammelschienen 2.7 mit ihren verschiedenen / Abzweigen zum Netz werden von den Ausgangsklemmen des Verstärkers 52 gespeist.

Die richtige Phasenlage des örtlich erzeugten Richtvektors in bezug auf den zentralen Richtvektor läßt sich zwar an dem Differential, das zur Nachregelung gemäß den Abbildungen 4 und 5 erforderlich ist, oder an einem besonders aufgestellten Phasenzeiger erkennen. Dies gibt aber noch keine Gewähr für die richtige Phasenlage des Richtvektors von 50 Hz, der letzten Endes aus diesen Richtvektoren von 1000 Hz durch Übersetzung abgeleitet werden muß, um als Richtgröße für den Netzvektor von 50 Hz zu dienen. Denn wenn nach einer vorübergehenden Unterbrechung in der Zuführung des zentralen Richtvektors der Phasenzeiger für 1000 Hz auch wieder richtig zeigt, so kann doch eine Anzahl von ganzen Perioden ausgefallen sein, und dies bedeutet für den Richtverkehr von 50 Hz einen Phasenfehler von i8° je ausgefallene Periode. Deshalb müssen die Richtvektoren von 1000 Hz auf irgendeine bekannte Art und Weise den Richtvektor von 50 Hz durch Modulation aufgedrückt bekommen. Dies kann beispielsweise mit Hilfe einer Synchronmaschine geschehen, die mit der Richtfrequenz von 1000 Hz gespeist wird und die starr mit einem die Modulationsfrequenz von 50 Hz liefernden Generator gekuppelt ist. Statt dessen kann die Maschine für 1000 Hz auch nur eine Kontaktvorrichtung antreiben, die jede zwanzigste Periode der Frequenz von 1000 Hz in irgendeiner Form markiert. Wird durch einen Phasenzeiger für 50 Hz eine Winkelabweichung zwischen dem zentral erzeugten und dem örtlichen Richtvektor festgestellt, so kann diese Abweichung zur groben Nachregelung des örtlich erzeugten Richtvektors dienen, indem beispielsweise der 65 ' Temperaturregler des Thermostaten für den Quarzresonator 57 auf eine andere Temperatur eingestellt wird.

Besonders wichtig ist die Modulation mit 50 Hz, wenn als Übertragungskanal vom· zentralen Richtvektorerzeuger her irgendwelche drahtlose oder drahtgerichtete Wellen benutzt werden, weil erstens hierbei mit öfteren und längeren Unterbrechungen gerechnet werden muß und weil man zweitens dabei mit Vorteil an Stelle einer dauernden Richtvektorübertragung zu Richtvektorsignalen übergeht, die nur von Zeit zu Zeit vom Zentralerzeuger aus abgegeben werden. Es ist bekannt, daß hierbei außer den beiden genannten Frequenzen auch eine Trägerfrequenz erforderlich ist; diese ist also doppelt, sowohl mit 1000 Hz als auch mit 50 Hz, zu modulieren.

Bevor der Richtvektor auf seinem Wege zu den Maschinen usw. hin weiter verfolgt wird, seien noch einige Bemerkungen über die Ausgestaltung des Richtvektornetzes eingefügt. Es wird sich, besonders wenn keine örtlichen Erzeuger aufgestellt sind, aus Sicherheitsgründen empfehlen, wichtigen Knotenpunkten, wie z. B. den Landesbefehlsstellen, den Richtvektor von verschiedenen Seiten über verschiedene Übertragungskanäle zuzuführen, also das Richtvektornetz zu vermaschen, wie man dies auch bei Kraftnetzen macht. Am sichersten ist es, die verschiedenen Richtvektoren auf die gleiche Sammelschiene · arbeiten zu lassen, wobei durch die Phasenverstellvorrichtungen (z. B. 26 in Abb. 1) der Frequenz- und Phasenabgleich gelegentlich einmal oder durch selbsttätige Einrichtungen (Differentiale) auch fortlaufend vorgenommen wird. Bei Ausfall eines der Übertragungskanäle erleidet die Versorgung der Sammelschienen dann keine Unterbrechung. _

Was nun die Zuleitung des Richtvektors zu den Maschinen anbelangt, so kann man zunächst Anordnungen wählen, bei denen der Richtvektor durch Röhren so weit verstärkt wird, daß man mit ihm elektrische oder mechanische Differentiale betreiben kann, die so leistungsfähig sind, daß ihre Abtriebswelle das den Maschinenregler steuernde Glied betätigen kann. Um die Verstärkerleistung klein zu halten, wird man einerseits die Magnetisierungsleistung des Differentials (durch entsprechende Einstellung der Richtvektorspannung und der Netzspannung) von der Netzseite aus aufbringen und anderseits die Regeleinrichtung für möglichst kleine Steuerkräfte bauen. Ferner wird man die Leistungsfähigkeit des Differentials so reichlich wählen, daß

die zur Verstellung des den Regler steuernden Gliedes benötigte Leistung nur einen kleinen Bruchteil davon beträgt, so daß durch die Rückwirkung vom steuernden Glied her kein nennenswerter Fehler entstehen kann. In Anlagen, in denen mehrere Kraftmaschinensätze mit Hilfe des Richtvektors gesteuert werden, wird man dessen Verstärkung mit Vorteil für alle Maschinensätze gemeinsam vornehmen

ίο und somit von der zentralen Verstärkereinrichtung den- Maschinenreglern so viel Leistung zuführen, wie für die Betätigung der Differentiale notwendig ist. Für solche Verstärker größerer Leistung wird man zweckmäßig neben Röhren auch Maschinen benutzen und dabei ähnliche Anordnungen wählen, wie sie bereits bei Besprechung der Abb. 2, 4 und 5 für die dort beschriebenen Zwecke und Verhältnisse als Beispiele angegeben wurden.

Dieses Verfahren besteht demnach darin, eine Maschine als örtlichen Richtvektorerzeuger zu verwenden, die durch Vergleich mit dem durch den Übertragungskanal zugeführten Richtvektor in Phasenübereinstimmung gehalten wird.

Abb. 6 zeigt eine solche Anordnung. Der Richtvektor wird durch Röhren 63 so weit verstärkt, daß er eine kleine Synchronmaschine 64 antreiben kann, die mit einem Differential die Phasenlage des örtlichen Richtvektorerzeugers 65 überwacht; diese wird von einer fremden Energiequelle, beispielsweise dem Gleichstrommotor 66, angetrieben. Als Differential ist in Abb. 6 beispielsweise eine Kontaktvorrichtung dargestellt, die aus einem auf der Welle der kleinen Synchronmaschine 64 sitzenden Kontaktarm 67 und einer auf der

■ Welle des Richtvektorerzeugers 65 sitzenden Kontaktgabel 68 besteht. Beim Voreilen oder Zurückbleiben des örtlichen Richtvektorerzeugers gegenüber der kleinen Synchronmaschine 64 berührt der Kontaktarm den einen oder den anderen Kontakt der Gabel und bewirkt eine entsprechende Veränderung der Antriebsleistung des örtlichen Richtvektorerzeugers 65, indem er durch Kurzschließen von Vor- bzw. von Nebenwiderständen der Erregerwicklung das Erregerfeld des Gleichstrommotors 66 nach Art der Tirrillregler stärkt bzw. schwächt. Den Motor 66 wird man zweckmäßig aus einer Gleichstromquelle in der Schaltung gemäß Abb. 3 speisen. Die Maschinen 65 und 66 kann man zu einem Einankerumformer vereinigen; dies wird dadurch erleichtert, daß man die Maschine 65, die den örtlichen Richtvektor erzeugt, von vornherein für 50 Hz bauen kann.

Zum Schluß soll noch eine besondere Ausführungsart der Drehungsregler für die Kräftmaschinen kurz beschrieben werden, für die es von Vorteil ist, wenn die Richtvektorfrequenz, wie hier vorgeschlagen, ein Vielfaches der Netzfrequenz beträgt. Es handelt sich dabei urn einen Regler, bei dem außer der steuernden Größe -selbst, der Drehung, auch ihr erster Differentialquotient nach der Zeit mit herangezogen wird. Hierzu sei zunächst bemerkt, daß dieser erste Differentialquotient der Drehung nach der Zeit, d. h. die Änderungsgeschwindigkeit der Drehung, 7<? nichts anderes als die auf 3000 Umdr/min bei 50 Hz Nennfrequenz des Netzes bezogene Maschinendrehzahl ist. Um diese mit auf das Steuerwerk des Drehungsreglers einwirken zu lassen, "verwendet man beispielsweise ein ^ Drehzahlpendel, das zusammen mit dem Drehungsmeßwerk über ein Gestänge das Steuer- oder Vorsteuerventil des Reglers verstellt. Dabei kann man zwischen das Pendel- und das Steuergestänge ein nachgiebiges Glied (z. B. einen Öl- oder Luftkatarakt) ein- _: schalten, so daß für den Endzustand nach Beendigung eines Regelvorgangs nur das Drehungsmeßwerk allein maßgebend ist und so etwaige Nullpunktfehler des Drehzahlpendeis unschädlich gemacht werden. Damit sich nun bei einem solchen Regler die Änderungsgeschwindigkeit auch bei kleinen Drehungsänderungen frühzeitig genug bemerkbar macht, ist es notwendig, die Drehzahl sehr stark ins Rasche zu übersetzen, so daß einer kleinen Winkeländerung eine Vielzahl von Umläufen entspricht und dadurch am Pendel eine meßbare Drehzahlabweichung zustande kommt. Ein unmittelbarer Antrieb des Pendels von der Maschine aus würde bei der unvermeidlichen Trägheit des Pendels sehr hohe Drehzahlen erfordern, wenn die Einstellzeit klein genug werden soll. Abgesehen von den praktischen Schwierigkeiten, die das Arbeiten mit so hohen Drehzahlen mit sich bringt, Würde dabei auch die Empfindlichkeit des Pendels nicht immer ausreichend sein, da die prozentualen Drehzahlunterschiede im allgemeinen bei den Regelvorgängen nicht groß sein werden. Beide Nachteile werden vermieden, wenn man das Pendel mit Hilfe eines Differentialgetriebes mit der Schlupfdrehzahl zwischen einer der Maschinendrehzahl verhältnisgleichen und einer unveränderliehen Drehzahl antreibt. Zur Herstellung einer solchen unveränderlichen Vergleichsdrehzahl bietet sich nun von selbst die Richtvektorfrequenz an, zumal wenn diese wie hier ein Vielfaches der Netzfrequenz beträgt. Denn unter diesen Umständen ist eine hohe Pendeldrehzahl ohne Zahnradübersetzung leicht erreichbar, während es umgekehrt keine Schwierigkeiten macht, durch mehrpolige Ausführung der mit der Richtvektorfrequenz gespeisten Antriebsmaschine des Differentials nötigenfalls niedrigere Drehzahlen zu erzielen.

Selbstverständlich muß man dabei, wenn man, wie bisher angenommen, ein Pendel zur Messung der Schlupfdrehzahl verwendet, die Übersetzungsverhältnisse so wählen, daß das Pendel bei der Solldrehzahl der Maschine nicht die Drehzahl Null hat, weil das Pendel andernfalls nicht zwischen positiven und negativen Drehzahlabweichungen unterscheiden 'könnte.

Claims (11)

Patentansprüche:

1. Regelung von Leistungsverteilung, Leistungsflüssen und Drehzahl (Frequenz) in ein- oder mehrphasigen Wechselstromnetzen oder -netzverbänden nach Patent 642 677, dadurch gekennzeichnet, daß der Richtvektor mit einer Frequenz erzeugt und übertragen wird, die ein Vielfaches der Netzfrequenz beträgt.

2. Einrichtung zur Regelung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß als Richtvektorerzeuger ein Maschinengenerator verwendet wird, dessen Drehzahl mittels eines von einem schwingungsfähigen System gesteuerten Röhrengenerators durch Vergleich der von dem Maschinengenerator mittelbar oder unmittelbar gelieferten Frequenz geregelt wird (Abb. 2).

3. Einrichtung zur Regelung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Phase des Richtvektors mittels einer im Übertragungskanal liegenden Phasenver-Stellvorrichtung (31) geändert werden kann, deren beweglicher Teil mit einem Leistungsmeßwerk (32) so gekuppelt ist, daß der von dem Leistungsmeßwerk angezeigte Leistungswert eine genau oder annähernd verhältnisgleiche Verdrehung der Phasenverstellvorrichtung (31) hervorbringt (Abb. 1).

4. Einrichtung zur Regelung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der

Verhältnisfaktor bei der Phasenverstellvorrichtung durch Veränderung der Konstante des Leistungsmeßwerks und die einer bestimmten Leistung zugeordnete Winkellage der Phasenverstellvorrichtung durch Nullpunktsverschiebung am Leistungsmesser eingestellt werden können.

5. Einrichtung zur Regelung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtvektorspannung zur Fernsteuerung irgendwelcher Betriebsvorgänge mitbenutzt wird.

6. Einrichtung zur Regelung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß beim Ausbleiben des zentral erzeugten Richtvektors durch einen selbsttätigen Umschalter auf einen örtlichen Richt- , vektorerzeuger umgeschaltet wird, wobei . Während der Übergangszeit der Richty. vektor von einem mit einem großen . Schwungmoment versehenen Synchrongenerator geliefert werden kann (Abb. 4).

7. Einrichtung zur Regelung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasen- oder Frequenzübereinstimmung zwischen dem örtlich und dem zentral erzeugten Richtvektor durch ein Vergleichsdifferential hergestellt wird, das die Eigenschwingungszahl des zur Regelung des örtlichen Richtvektorerzeugers dienenden schwingungsfähigen Systems durch Änderung seiner Temperatur steuert (Abb. S).

8. Einrichtung zur Regelung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachsteuerung des örtlichen Richtvektorerzeugers durch einen selbsttätigen Schalter unterbrochen wird, sobald und solange die zentral erzeugte Richtvektorspannung ausbleibt (Abb. 4 und 5).

9. Einrichtung zur Regelung nach An-Spruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Richtvektor durch einen Maschinensatz (65, 66) verstärkt wird, der mittels umlaufender Kontakteinrichtungen (6γ, 68) so gesteuert wird, daß seine Drehzahl und seine Phasenlage mit der Drehzahl und Phasenlage einer von dem zu verstärkenden Richtvektor gespeisten Steuermaschine (64) übereinstimmt (Abb. 6).

10. Einrichtung zur Regelung nach Anspruch 2 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Antriebsmaschine für den Richtvektorerzeuger ein Gleichstrommotor verwendet wird, der aus einer mehrstufigen (siebkettenartigen) Anordnung von Batterien und Widerständen gespeist wird, deren Klemmenspannung durch einen selbsttätigen Regler konstant gehalten wird (Abb. 3).

11. Einrichtung zur Regelung nach An-Spruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtvektorfrequenz an den Maschinenreglern zur Herstellung einer konstanten Vergleichsdrehzahl für die Messung der Änderungsgeschwindigkeit der Drehung mittels eines einerseits von der Maschine aus angetriebenen, anderseits von der Richtvektorfrequenz aus gespeisten Differentials benutzt wird, das zusammen mit dem Drehungsmeßwerk auf das Steuerwerk des Reglers einwirkt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen