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Einrichtung zur Frectuenzintegral- und Lastanteilregelung von durch
Kraftmaschinen angetriebenen Wechselstromerzeugern Zur Regelung der Frequenz und
Belastungsverteilung parallel arbeitender Wechselstromöeneratoren ist eine Einrichtung
bekannt, bei der die Maschinenfrequenz mit einer einstellbaren Sollfrequenz verglichen
wird. Der Regeleinrichtung werden außerdem Ströme zugeführt, die der Durchschnittsbelastung
sämtlicher Maschinen bzw. der abgegebenen Leistung jeder einzelnen Maschine proportional
sind. Entsprechend dem Ergebnis des Vergleichs zwischen der Einzellast jeder Maschine
und der durchschnittlichen Last aller Maschinen wird ein Relais nach Art einer Leistungswaage
betätigt, ohne daß jedoch dadurch der Verstellmotor beeinflußt wird. Vielmehr ist
unerläßliche Voraussetzung, daß gleichzeitig eine Abweichung der Istfrequenz von
der Sollfrequenz in bestimmter Größe vorhanden ist. Bei der bekannten Einrichtung
wird also die Belastung jedes -der paralell arbeitenden Generatoren nach einer Durchschnittslast
eingeregelt, die aber nicht von der Zentrale aus einstellbar ist, sondern von sämtlichen
an das Netz angeschlossenen Verbrauchern bestimmt wird. Außerdem ist das Eingreifen
der Lastregelung zwangsläufig abhängig von dem Ergebnis eines Vergleichs zwischen
Ist- und Sollfrequenz.
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Bei einer anderen bekannten Einrichtung wird in ganz ähnlicher Weise
eine Normalfrequenz und außerdem die Durchschnittslast sämtlicher Maschinen berücksichtigt,
so daß auch hier Frequenz- und Leistungsregelung zwangsläufig miteinander gekoppelt
sind.
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Schließlich ist - eine Einrichtung zur Regelung der Frequenz bekannt,
bei der die Drehgeschwindigkeit eines vom Netz gespeisten Synchronmotors mit einer
von einer Uhr gelieferten Normalgeschlvindigkeit verglichen wird. Abhängig von dem
Vergleichsergebnis wird auf die Kraftmittelzufuhr der Antriebsmaschinen eingewirkt.
Durch Veränderung der Sollfrequenz, die gegebenenfalls auf drahtlosem Wege übertragen
werden kann, ist eine Veränderung der Leistungsabgabe aller dieser Regelung unterstellten
Maschinen möglich. Bei einem bestimmten positiven oder negativen Zeitfehler wird
ein diesem zugeordnetes Signal, etwa ein hochfrequenter Wechselstrom bestimmter
Wellenlänge, ausgesandt, der an allen Regelstellen aufgenommen wird und eine entsprechende
Veränderung der Maschinendrehzahlen bzw. Maschinenleistungen bewirkt. Jedem Zeitfehler
entspricht daher eine bestimmte Änderung der Maschinenleistungen, d. h. der Zusammenhang
zwischen Zeitfehler und Maschinenleistung ist durch eine bestimmte Gesetzmäßigkeit
gegeben. Dabei bleibt aber die eingestellte Belastungsverteilung bestehen, und
eine
Hinderung der Belastungsverteilung ist nur örtlich an jeder einzelnen Maschine durch
Veränderung der Reglerstellung möglich. Eine von der Zentralstelle aus beabsichtigte
Veränderung der Belastungsverteilung ist nicht vorgesehen.
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Gerade diese Möglichkeit ist aber für den Parallelbetrieb von Wechselstromerzeugern
wesentlich, weil es besonders in ausgedehnten Netzen dem Lastverteiler überlassen
sein muß, welche Maschinen oder Maschinengruppen er zur Deckung irgendwelcher Lastzugänge
heranziehen -will. Daraus ergibt sich die Notwendigkeit, von einer Stelle aus eine
Veränderung des Belastungsanteils in -willkürlicher Weise vorzunehmen. Bei einer
Einrichtung zur Frequenzintegral- und Lastanteilregelung von durch Kraftmaschinen
angetriebenen Wechselstromerzeugern mit Geschwindigkeits-Vergleichsvorrichtungen
für den Soll-und Istwert der Frequenz und mit unabhängig von den Frequenzregeleinrichtungen
zu betätigenden Einstelhnitteln zur willkürlichen Veränderung des Lastanteils der
einzelnen Maschinen des Netzes wird dies erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die
Einstellmittel zur Veränderung des Lastanteils auf eine elektrische, zum Frequenzvergleich
benötigte Hilfsgröße eimvzrken. Im folgenden sindAusführungsbeispiele der Erfindung
angegeben, und nvar ist es danach möglich, die Netzfrequenz auf einem konstanten
Wert zu halten, so daß der Anschluß von Synchronuhren möglich ist. Die Sollfrequenz
-wird bei dem Ausführungsbeispiel durch eine genau gehende Pendeluhr gegeben, die
eine photoelektrische Zelle und ein Hochvakuumrohr, vorzugsweise eine Röhrengeneratorschaltung,
zur Erzeugung der Sollfrequenz- steuert. Es kann in an sich bekannter Weise die
Umdrehungszahl eines von der Sollfrequenz gespeisten Synchronmotors mit der eines
netzgespeisten Synchronmotors verglichen werden. Nach der Erfindung sind außerdem
Mittel vorgesehen, um den Vergleich der Sollfrequenz mit der Istfrequenz in bestimmter
Gesetzmäßigkeit zu beeinflussen, etwa derart, daß ein veränderliches Übersetzungsverhältnis
eingeführt wird. Diese Änderung kann nach Größe und Richtung entweder von der Hand
oder selbsttätig um irgendeinen gewünschten Betrag vorgenommen werden, um die Last
eines beliebigen Kraftwerkes zu beeinflusesn oder die Verteilung der Last zwischen
den einzelnen Kraftwerken des gleichen Netzes zu beeinflussen, und zwar ohne Einwirkung
auf die sonst vorhandene Frequenzregelung.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Anordnung nach der
Erfindung schematisch dargestellt, und zwar zeigt Abb. i die Regeleinrichtung nach
der Erfindung in Anwendung auf zunächst ein elektrisches Kraftwerk, die Abb. 2 ,eine
Ansicht des Sollw ertgebers, d. h. der genau gehenden, bei der Einrichtung nach
Abb. i verwendeten Uhr. Die Abb.3 zeigt eine Frequenzvergleichsvorrichtung mit Mitteln
zur Erzeugung von Regelimpulsen. Die Abb. q. ist eine Seitenansicht der Kontaktvorrichtung
zur Erzeugung der Regelimpulse nach Abb.3. Abb.5 stellt ein zweites Kraftwerk dar,
das mit dem Kraftwerk nach Abb. i auf dasselbe Netz, das in der Zeichnung durch
die Leitung 12 dargestellt ist, arbeitet. Die Abb.6 zeigt eine vereinfachte prinzipielle
Darstellung der Einrichtung gemäß der Erfindung.
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In der Abb. 6 sind A und B Wechselstromerzeuger oder Kraftwerke, die
auf das Netz 12 arbeiten. Bei derartigen Energieverteilungsnetzen ist es notwendig,
die Lastverteilung zwischen den beiden Kraftwerken zu beeinflussen. Sind die beiden
Kraftwerke noch nicht miteinander verbunden, so ist es zunächst notwendig, sie zu
synchronisieren, damit sie jederzeit zusammengeschaltet werden können. Unabhängig
davon, ob sie zusammengeschaltet sind oder nicht, ist die Frequenzregelung erforderlich,
damit an beiden hTetzteilen Synchronuhren angeschlossen werden können. Zu diesem
Zweck werden die Frequenzen aller Kraftwerke bzw. aller Netzteile entweder unmittelbar
oder mittelbar mit der Sollfrequenz verglichen. Die Sollfrequenz kann hierbei nach
den verschiedenen Kraftwerken drahtlos oder mit Hilfe von Telephonl.eitungen von
einer Zentralstelle aus übertragen werden. Am Empfangsort wird sie verstärkt und
in eine Form übergeführt, die sie für die jeweiligen Regelzwecke besonders geeignet
macht. In Abb. 6 sind beispielsweise besondere Steuerleitungen i vorgesehen, über
die die Sollfrequenz übertragen -wird, so daß in beiden Kraftwerken die gleiche
Sollfrequenz herrscht. Angenommen, die Sollfrequenz auf der Leitung i ist 5o Perioden
und die zu regelnden Kraftnetze, die je durch die Kraftwerke A und B gespeist werden,
sind 5o-Perioden-Netze. In den Kraftwerken A und B sind Vergleichsvorrichtungen
2 und 3 vorgesehen, durch welche die erzeugten Frequenzen mit der Sollfrequenz verglichen
werden. Die Frequenzvergleichsvorrichtungen. enthalten bei diesem Ausführungsbeispiel
je einen dreiphasigen Ständer und einen einphasigen Läufer, wobei die Läufer an
das Netz der Sollfrequenz, die Ständer an das dreiphasige Starkstromnetz angeschlossen
sind. Die Läufer werden deshalb umlaufen oder sich um einen Winkel verdrehen, der
von der Frequenzdifferenz oder von dem Phasenwinkel zwischen dem Kraft- und dem
Normalfrequenznetz abhängig ist. Die etwa vorhandene
angezeigte
Abweichung ist abhängig von den :entsprechenden Frequenzintegralen, da Abweichungen
in den Augenblickswerten der Frequenz im allgemeinen zu. klein sind, umn durch gewöhnliche
Frequenzmesser angezeigt zu werden. Die Frequenzvergleichsvorrichtung 2 hat einen
von Hand einstellbaren Ständer und steuert die Kontakte eines in seiner Drehzahl
umkehrbaren Hilfsmotors, der so auf das Verstellorgan der Antriebsmaschine eimvirkt,
daß die Drehzahl des Erzeugers des Kraftwerkes A geändert werden kann und dieser
Ströme von der Normalfrequenz abgibt. Durch Verstellung des Ständers der Vergleichseinrichtung
kann die Vergleichsbeziehung geändert werden. Die Frequenzvergleichsvorrichtung
3 des Kraftwerkes B steuert die Drehzahl des dort aufgestellten Erzeugers; aber
die Vergleichsbeziehung dieser Vorrichtung ist nur änderbar in Abhängigkeit von
der Übergabelast in der Leitung 12 ververmittels eines umkehrbaren Motors 4., der
durch eine Kontaktvorrichtung 5 in Abhängigkeit von dem Strom der Leitung 12 betätigt
wird. Die Kontaktvorrichtung 5 kann außerdem von Hand betätigt werden; wodurch die
Frequenz des Kraftwerkes B eingestellt werden kann, wenn die "Verbindungsleitung
12 aufgetrennt ist, oder zu irgendwelchen besonderen Maßnahmen, wenn die Leitung
12 durchgeschaltet ist. Die Kontaktvorrichtung 5 kann außerdem so ausgebildet sein,
daß sie einen bestimmten Betrag der Übergabeleistung zwischen den Kraftwerken
A und B konstant hält. Angenommen, es soll ein angesammelter positiver
Zeitfehler im Kraftnetz i 2 ausgeregelt werden; der Läufer der FrequenzvergleichseinriChtUng
2 dreht sich in der entsprechenden Richtung, um eine zeitliche Verminderung der
Last herbeizuführen; die Vorrichtung 3 folgt selbsttätig, und das ganze System wird
berichtigt, ohne Änderung der Lastverteilung, und zwar lediglich in zeitlicher Hinsicht.
Die Vorrichtung 5 kann, wenn gewünscht, in Abhängigkeit von einer gewissen Last
des Kraftwerkes. B an Stelle der Übergabeleistung betätigt werden, und das Kraftwerk
:A kann auch von Hand in Abhängigkeit von der Anzeige der Frequenzvergleichsvorrichtung
gesteuert werden an Stelle der eben beschriebenen selbsttätig wirkenden Vorrichtung.
Wenn die beiden Kraftwerke voneinander abgeschaltet sind und sie synchronisiert
werden sollen, so kann das in einfachster Weise dadurch geschehen, daß entweder
die eine oder beide der Vergleichsvorrichtungen entsprechend eingestellt werden.
Verschiedene andere Möglichkeiten der Regelung zum Zwecke der Lastverteilung,
des Synchronisierens und der Zeitgabe sind durch die Einrichtung nach der Erfindung
ohne weiters möglich. Die Regeleinflüsse werden bei der Einrichtung nach der Erfindung
ausgeführt, ohne daß die im Netz etwa herrschende Normalfrequenz beeinflußt wird,
und können so rasch oder so langsam, wie es erwünscht ist, jeweils ausgeführt werden.
Bei der Steuerung der Lastverteilung in großen Netzen ist es unerwünscht, eine bestimmte
Phasenbeziehung zwischen der Ist- und der Sollfrequenz zu halten. Wenn ein aufgespeicherter
Frequenzfehler, d. h. ein Zeitfehler, von der Last abhängig gemacht wird, so kann
dieser außer in Störungsfällen eine bestimmte Grenze nicht überschreiten.
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Nachdem an Hand der Abb.6 die Wirkungsweise der Einrichtung nach der
Erfindung in kurzen Zügen erläutert worden ist, soll zunächst an Hand der Abb. i
ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben werden.
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In der Abb. i ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt,
bei welchem die Drehzahl des Synchrongenerators i i, der von der Dampfturbine io
,angetrieben wird, geregelt werden soll. An Stelle einer Einheit können selbstredend
mehrere solcher Erzeugereinheiten gleichzeitig vorgesehen sein. Die Verbindungsleitung
12 verbindet den Erzeuger i i mit gleichen Einrichtungen in ferngelegenen Kraftwerken,
in welchen beispielsweise Regelapparate, wie in Abb.5 dargestellt, vorgesehen sind.
Die Steuer- und Regelapparate nach Abb. i regeln die Einheit i i, und zwar in Übereinstimmung
mit den Apparat.en, die in Ab-b.5 dargestellt sind, und außerdem die Übergabeleistung
zwischen beiden Kraftwerken.
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Die Regeleinrichtungen 'benötigen eile Stromquelle für die Sollfrequenz
zur Speisung der Synchronmotoren 13 und 14. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Abb.
i dient hierzu eine Uhr, ein Impulssystem mit photoelektrischer Zelle, das von der
Uhr gesteuert wird, und eine oder mehrere Vakuumröhren, die von einer entsprechenden
Stromquelle gespeist werden und die durch die Impulse der photoelektrischen Zellen
so beeinflußt werden, daß sie .eine bestimmte Normalfrequenz .erzeugen. Diese Einrichtung
ist in dem oberen linken Teil der Abb. i dargestellt. Es ist hierbei durchaus .nicht
notwendig,. daß diese Einrichtung sich bei der zu regelnden oder zu steuernden Einrichtung
befindet. Die genau gehende Hauptuhr ist in den Abb. i und 2 mit -i 5 bezeichnet.
An dem Pendel der Uhr ist ein Schirm 16 mit einer Anzahl Öffnungen vorgesehen,
um das Licht einer Lichtquelle 17, das auf eine abgeschirmte photoelektrische
Zelle 18 trifft, periodisch zu unterbrechen. Die Öffnungen an dem Schirm 16
des
Pendels sind so bemessen und so angeordnet,
daß, wenn das Pendel
schwingt, Impulse gleicher Dauer auf die feststehende Zelle 18 auftreffen. Bei dem
Ausführungsbeispiel treffen die photoelektrischen Zellen für jede Halbwelle fünf
Impulse. Ist eine Uhr mit Sekundenpendel vorgesehen, . dann werden fünf Impulse
pro Sekunde entstehen. Die hierdurch mit Hilfe der Zelle 18 aus dem Strom der Batterie
19 erzeugten Stromimpulse werden zweckmäßig durch ein Vakuumrohr 2o verstärkt.
Die verstärkten Stromimpulse fließen durch die Primärwicklung des Transformators
21. Die Schalter, die in den Steuerstromkreis der Verstärkerröhre 2o eingeschaltet
sind, deuten an, wie die Anschlüsse aussehen, wenn die Impulse über einen Übertragungskanal
ankommen, bzw. wie die Impulse von der Hauptuhr nach anderen Stationen ausgesandt
werden. Die Gitter der vier gasgefüllten elektrischen Entladungsgefäße 22,
23, 24, 25 werden durch den fünfperiodigen Wechselstrom über die Sekundärwicklungen
des Transformators 2 i beeinflußt. Die Entladungsgefäße werden über einen Transformator
26 mit Wechselstrom von einer höheren als fünfperiodigen Frequenz gespeist, z. B.
mit dem 5operiodigen Netzwechselstrom. Die - Verhindungen sind dabei derart, daß
die vier Röhren 22 bis 25 fünfperiodige Energie in die Leitungen liefern, die zu
den Motoren 13 und 14 führen, wobei die Röhren 22 und 23 eine halbe Welle
des fünfperiodigen Wechselstromes und die Röhren 24 und 25 die andere halbe Welle
dieses Wechselstromes liefern. Die Schalter 27 und 28 deuten an, daß die Speisung
der Motoren i 3 und 14 auch an eine andere Stromquelle für die Sollfrequenz angeschlossen
werden kann, beispielsweise an eine solche, die von anderen Stationen übertragen
wird. Der Motor 13 wirkt auf die eine Seite der Frequenzvergleichsvorrichtung
29, deren Einzelheiten in der Abb. 3 dargestellt sind, während der Motor 14 einen
kleinen Generator 3o .antreibt, um eine beinflußbare Vergleichsfrequenz nach einer
entfernten Station über die Leitung 3 i zu liefern. Die Welle 32. die zu der Vergleichseinrichtung
29 führt, wird zweckmäßig mit dem Motor 13 über Getriebe 33, 34 35 verbunden, die
durch magnetische Kupplungen 36, 37 und 38 vermittels des von Hand zu betätigenden
Schalters 39 gesteuert werden. Wenn die Kupplung 37 eingeschaltet ist, dann ist
die Umdrehungszahl der Welle 32 gleich der des Motors 13. Wenn die Kupplung
36 erregt ist, dreht sich die Welle 32 etwas schneller, z. B. um 5% schneller ,als
der Motor 13, und wenn die Kupplung 38 ierregt ist, darin dreht sich die Welle 32
mit geringerer Umdrehungszahl als der Motor 13, beispielsweise mit um 5 geringerer
Umdrehungszahl. Mittels des von Hand zu betätigenden Schalters 39 ist man auf diese
Weise imstande, den Sollwert der Frequenz um einen bestimmten Betrag in jeder Richtung
zu :ändern, ohne daß hierdurch die Einstellung des Erzeugers der Sollfrequenz, d.
h. der Uhr 15, irgendwie selbst geändert werden muß.
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Die Frequenzvergleichsvorrichtung nach Abb. 3 enthält einen Synchronmotor
4o, der über die Leitung 41 an das Kraftsystem 12 angeschlossen ist, das durch den
Generator i i nach Abb. i gespeist wird. Die Drehzahl des Motors 4o ist mit der
der Welle 32, die durch den Synchronmotor 13 angetrieben wird, zu vergleichen. Die
Welle 32 mit der normalen Drehzahl treibt eine Seite 42 einer umlaufenden Kontaktvorrichtung
über eine magnetisch zu betätigende Kupplung 43 an. Die andere Hälfte 44 dieser
Kontaktvorrichtung wird über eine Reibungskupplung 45 und über ein Rad 46 von dem
die Netzfrequenz nachbildenden Motor 4o angetrieben. Unter normalen Bedingungen,
wenn die Frequenz des zu regelnden Netzes und damit die Drehzahl des Motors 4o richtig
ist, laufen die beiden Hälften 42 und 44 der Kontaktvorrichtung zeit derselben Umdrehungszahl
in derselben Richtung. Auf dem Tei144 sind vier Schnappschalter 47, 48, 49 und 5o
angebracht (vgl. Abb. 4). Die Schalter 47 und 48 sind normalerweise geöffnet, wenn
keinerlei Steuer- oder Regelvorgänge notwendig sind, und die Schalter 49 und 5o
sind normalerweise geschlossen, wobei die letzteren Begrenzungsschalter sind, welche
im offenen Zustand die magnetische Kupplung 43 über die Leitung 5 i aherregen und
die automatische Regelung oder Steuerung für die weitere Betätigung abschalten.
Diese Begrenzungsschalter werden nur unter ganz anormalen Bedingungen geöffnet,
welche von der Drehzahlsteuerung, die durch die Schalter 47 und 48 bewirkt wird,
nicht mehr zu hewältigen sind. Alle diese Schalter sind an die eine Seite einer
Stromquelle 5 5 über die Leitung 54 angeschlossen. Wenn die Schalter 47 und 48 geschlossen
sind, dann schließen sie jeweils Stromkreise 52 und 53. Die Stromabnahme erfolgt
übel Schleifringe und Bürsten, die zwischen den umlaufenden Teilen der Einrichtung
vorgesehen sind. Am Teil 42 dieser Kontaktvorrichtung ist ein vorstehender Stift
56, welcher zuerst den Schalter 47 schließt und dann den Schalter 49 öffnet, wenn
der Motor 4o den Schaltteil 44 schneller als der Sollwertmotor den Teil 42 antreibt,
vorgesehen. Ein zweiter vorstehender Stift 57 schließt zuerst den Schalter 48 und
öffnet dann den Schalter 5o in den Fällen, wenn der vom Netz angetriebene Motor
langsamer
als der Sollwertmotor umläuft. Der Motor 49 treibt über
ein Getriebe 59 eine Welle 58 an, deren Geschwindigkeit der von Welle 6o, auf welcher
die Kontaktvorrichtung 44 befestigt ist, entsprechen würde, wenn keine Gleit- oder
Reibungskupplung 45 vorgesehen wäre. Auf der Welle 58 sind Teile der magnetischen
Kupplungen 6 1 und 62 befestigt. Die anderen Teile dieser Kupplungen sind
mit den Rädern 63 und 64 starr verbunden, die je mit Rädern 65 und 66, die auf der
Wello.6o angebracht sind, kämmen. Wenn die Kupplungen 61 und 62 aberregt sind, bewegen
sich die Räder 63 und 64 frei auf der Welle 58. Das Rad ist etwas größer als das
Rad 66, so daß@, wenn die Kupplung 62 erregt ist, die Welle 6o sich etwas schneller
als normal drehen wird, und die Reibungskupplung wird alsdann schlüpfen. Das Rad
63 ist etwas kleiner .als das Rad 65, so daß, wenn die Kupplung 6 i erregt ist,
die Welle 6o etwas langsamer angetrieben wird als normal. Die Reibungskupplung 45
wird dann ebenfalls schlüpfen. Die magnetischen Kupplungen 61 und 62 werden niemals
gleichzeitig erregt, und wenn eine von ihnen erregt ist, so ist die Drehzahl der
Welle 6o abhängig davon, welche Kupplung jeweils erregt ist, wobei in jedem dieser
Fälle die Reibungskupplung 45 schlüpft. Die Schnellkupplung 62 wird durch den Stromkreis
53, 54 gespeist, welcher durch den Kontakt 48 der umlaufenden Kontaktvorrichtung
bei einer Drehzahl der Welle 6o, die unter der der Welle 32 liegt, gesteuert wird.
Die langsame Kupplung 61 wird dagegen aus dem Stromkreis 52, 54 über den Kontakt
47 erregt, wenn die Drehzahl der Welle 6o größer als die der Welle 32 wird. Zwischen
dem umlaufenden Kontakt 47 und der Kupplung 6 i ist die Spule 67 eines Zweistellungsrelais
und in die Leitung 53 zwischen dem umlaufenden Kontakt 48 und der Kupplung 62 die
andere Spule desselben Relais eingeschaltet. Der Anker 69 des Steuerrelais befindet
sich normalerweise in seiner Mittelstellung; doch wenn eine der Spulen erregt wird,
legt sich der Kontakt .nach rechts oder links um und schließt über die Leitungen
7 i den Erregerstromkreis des in seiner- Drehzahl umkehrbaren Servomotors 7o, der
(vgl. Abb. .z) auf den Verstellschieher der Turbine io einwirkt. Die Erregerstromkreise,
die die elektrischen Kupplungen 61 und 62 und die Relaisspulen 67 und 68 enthalten,
sind über die gemeinsame Leittang 72, die Spule 73 eines Relais und dessen Kontakt
74 an die Strornquelle 55 angeschlossen. Der Kontakt 74 des Relais wird durch eine
Nocke 75 auf einem Rad, das durch ein Getriebe 76 von der Welle 32 angetrieben wird,
geschlossen. Dies tritt in vorbestimmten kurzen Zeitabständen, z. B. alle 2 Sekunden,
ein. Wenn der Stromkreis der Spule 73 anderweitig geschlossen wird, schließt der
Kontakt 74 vermittels der umlaufenden Kontaktvorrichtung v,4 seinen eigenen Haltestromkreis
und bleibt in der geschlossenen Stellung, wenn er in diese durch den Finger 75 gebracht
wird. Sonst öffnet der Kontakt augenblicklich wieder, wenn der Finger an seinem
Anker vorbeigegangen ist. Die 75 dient dazu, den Minimalzeitabstand zwischen den
Korrekturimpulsen, wenn solche überhaupt notwendig sind, festzulegen. 77 und 78
sind Signallampen, die so angeordnet sind, daß sie ,aufleuchten, wenn Korrekturimpulse
über die Kontakte der umlaufenden Kontaktvorrichtungen ausgesendet werden, und zwar
zeigt die Lampe 77 durch weißes Licht beispielsweise an, wenn die Drehzahl des vom
Netz gespeisten Motors zu hoch ist, und die Lampe 78 durch blaues Licht, wenn dessen
Drehzahl zu niedrig. ist: Der Schalter 79 ist von Hand zu betätigen, und zwar wird
durch dessen Betätigung die Apparatur wieder in, die Arbeits,stellu;ng gebracht,
wenn sie sich beim Auftreten von normalen. Bedingungen selbst abgeschaltet hatte.
8o und 81 sind ebenfalls Schalter, die bei einer derartigen Rückstellung der Ein,
richteng zu betätigen sind. Diese Schalter sind in der Abbildung in der Stellung
gezeigt, in welche sie gebracht wurden, wenn sich die selbsttätige Regel- und Steuervorrichtung
im ausgeschalteten Zustande befindet. Beim Rückstellen der Apparatur werden die
Schalter 8o und 81 von Hand in Stellungen gebracht, in. welchen sie unter dem Einfluß
eines Solenoides-82 festgehalten werden, deren Haltestromkreis durch den Schalter
8o geschlossen wird. Dieses Solenoid ist normalerweise in, den Stromkreis der magnetischen
Kupplung 43 eingeschaltet, so daß, . wenn dieser Stromkreis durch die Begrenzungsschalter
49 oder 5o infolge Auftretens von anormalen: Drehzahlbedingungen geöfinetwird, die
Schalter 8o und 81 freigegeben werden, die .alsdann in die gezeichneten Stellungen
übergeführt werden. In dem rechten oberen Teil der Abb.3 ist ein verdrehbarer elektrischer
Signalsender 83 (Induktionssystem) zum Messen und Übertragen der Anzeige, der Größe
und Richtung der Korrektur, die von dem Apparat vorgenommen wird. Die Welle 84 ist
mit einem Rad 8 5 über eine magnetische Kupplung 86 verbunden. Das Rad 85 kämmt
mit einem Rad, das von der Fassung der Planetenräder eines Differentialgetriebes
8; angetrieben wird. Eine Seite dieses Differentialgetriebes wird in einer Richtung
von dem Motor 4o über das Rad 88 angetrieben. Die
andere Seite des
Differentialgetriebes wird in der Gegenrichtung über Getriebe 66 und 89 angetrieben.
Wenn die Welle 6o über die Reibungskupplung 45 und die magnetischen Kupplungen angetrieben
und die magnetischen Kupplungen 61 und 62 aberregt sind, dann werden beide Seiten
des Differentialgetriebes 87 mit derselben Drehzahl angetrieben, und keine Drehbewegung
wird auf den Sender 83 übertragen. Wenn indessen Korrekturimpulse durch das Schließen
eines Schalters der umlaufenden Kontaktvorrichtung ausgesendet werden, wird eine
der beiden Kupplungen 61 und 6z erregt, und das Rad 66 dreht sich nun langsamer
oder schneller als der Motor 4o. Die Differenz der Umdrehungen ist alsdadn :ein
Maß für die Größe und Richtung der Korrektur, und dieses Maß wird dem verdrehbaren
Signalsender zugeführt, wenn die Reibungskupplung 86 erregt ist. Das. Meßergebnis
ist proportional der Last und den Differenzen der Zeitintegrale des Sollwertes und
des Istwertes der Frequenz. Ein elektrischer Signalstromkreis 9o ist zwischen dem
Sender und einem oder mehreren Empfängern 9 i (vgl. Abb. i), der sich an leicht
zugänglicher und leicht sichtbarer Stelle im Kraftwerk befindet, hergestellt. Das
Fernübertragungssystem arbeitet nach dem bekannten Induktionssystem und wird aus
einer Stromquelle 92 gespeist. Der Stromkreis der magnetischen Kupplung 86 wird
über Kontakte 93 und 94 der Schalter 8 i und 79 gespeist, und dieser Stromkreis
wird bei 93 unterbrochen. Eine zweite magnetische Kupplung 95 ist mit einem Teil
auf der Welle 84 des Signalsenders und zum anderen Teil fest angeordnet. Wenn die
Kupplung 95 über Kontakt 96 des Schalters 8 i erregt wird, dann wird der verdrehbare
Teil des Senders festgehalten. Ein Signal, z. B. die rote Lampe 97', ist parallel
zum Stromkreis der Kupplung 95 geschaltet und zeigt das Auftreten von solchen Lastspitzen
an, die das Öffnen eines der beiden Begrenzungsschalter 49 oder 5o bewirken, welche
den Schalter 8 i in die gezeichnete Stellung bringen, wodurch der Stromkreis der
Kupplung 86 geöffnet wird. Mit den Schaltern 79 und 8 i sind die Kontakte 97 "und
98 an den positiven Polen der Stromquelle 55 und die mittlere Leitung des Drehzahlverstellmotors
7 i angeschlossen. Diese Leitung muß an den Kontakten 97 und 98 geschlossen werden,
bevor der Drehzahlverstellmotor in einer der beiden Drehrichtungen betätigt werden
kann. Ein Kontakt 99 - des Schalters 79 ist vorgesehen, um augenblicklich den Stromkreis
der magnetischen Kupplung 43 zu schließen und die automatische Kontrolle augenblicklich
wieder einzuschalten. Der genaue Zweck dieser Schalter soll nun an Hand der Wirkungsweise
der Einrichtung nach Abb.3 näher erläutert werden.
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Angenommen, die Umdrehungszahl der Welle 3z und die des Motors 40
sind gleich und die Schalter 79, 80, 8 i befinden sich in der gezeichneten Stellung.
Unter diesen Bedingungen arbeitet die automatische Regeleinrichtung .nicht, da die
Kupplung 43 aberregt ist, ebenso die Kupplung 86, die Welle des Senders durch die
Kupplung 95 gesperrt und der Stromkreis 7 i des Steuermotors 7o geöffnet ist. Der
Teil 42 der umlaufenden Steuereinrichtung wird sich mit seinem Stift 57 gegen einen
Anschlag ioo des Teiles 44 anlegen oder der Stift 56 gegen den Anschlag ioi. Im
letzteren Falle ist der Schalter 47 geschlossen und der Schalter 49 geöffnet. Um
die selbsttätige Steuerung ' wiederherzustellen, sind die Schalter 79 und 8o nach
rechts umzulegen, Wodurch ein Stromkreis von dem Minuspol der Stromquelle 55 über
Schalter 79, Kontakt 99, die magnetische Kupplung 43, die Haltespule 82 des Schalters
8o und seine Kontakte ,nach dem Pluspol der Stromquelle zustande kommt. Gleichzeitig
werden die Kupplung 6i und die Relaisspule 67 erregt, und zwar über die geschlossenen
Schalter 47 und 73, Wobei sich der letztere über seine eigene Haltewicklung hält.
Durch die Betätigung des Schalters 69 wird kein Regelvorgang eingeleitet, da zu
dieser Zeit der Stromkreis des Drehzahlverstellmotors an den Kontakten 97 und 98
der Schalter 7 9 und 8 i unterbrochen ist. Indessen wird, da die Kupplung 6 i erregt
ist, sich die Welle 6o langsamer drehen als normal, wodurch Teil 44 der umlaufenden
Kontaktvorrichtung nach der Mittelstellung in b:ezug auf Teil 42 bewegt wird. Dieser
Rückstellungsvorgang schließt zunächst den Schalter 49 und öffnet alsdann den Schalter
4-7. Sobald der Schalter 47 ge-,öffnet ist, werden die beiden Teile der umlaufenden
Kontaktvorrichtung in diejenige Stellung übergeführt, in welcher sie in der Ab.b.
4 . dargestellt sind. Die Kupplung 61 ist aberregt, so daß die beiden Teile der
umlaufenden Kontaktvorrichtung wie normal mit der gleichen Umdrehungszahl laufen.D2eseTatsache
wird dem Bedienungsbeamten dadurch mitgeteilt, daß die weiße Lampe 77, welche erleuchtet
war, als die Kupplung 61 erregt war, nun erlischt. Der Bedienungsbeamte legt alsdann
den Schalter 79 nach links in die Stellung, die in Abb.3 dargestellt ist, und den
Schalter 8 i ebenfalls nach links, wo er vermittels der Haltespule 82 festgehalten
wird. -Hierdurch ist nun die selbsttätige Fernregelung der Anlage eingeschaltet.
Der Stromkreis des Dr ehzahlverstellmotors, der an die
Kontakte
7 i angeschlossen ist, wird nun über die Kontakte 98 und 97 geschlossen. Die Haltekupplung
95 des Senders 83 wird über Kontakt 96 erberregt und die Kupplung 86 zwischen dem
Differentialgetriebe und dem Sender über den Kontakt 93 :erregt. Der Schalter 79
steuert Kontakte, die entweder in Reihe oder parallel zu den Kontakten, die von
dem Schalter 8 i gesteuert werden, angeordnet sind und die zu den Kupplungen 86
und 95 und den Drehzahlverstellmotorstromkreis führen. Die Anordnung ist hierbei
so getroffen, daß die richtige Reihenfolge der Betätigung dieser Schalter wesentlich
für die Wiedereinsetzung der selbsttätigen Steuerung ist, und zwar so, daß kein
Regelvorgang ausgeführt werden kann, wenn nicht die Anlage hierzu vorbereitet ist.
Das Verlöschen der roten Lampe 97' zeigt dem Betätigungsbeamten ,an, daß der Apparat
in Arbeitsstellung gebracht ist. Solange nun die Netzfrequenz. und damit die Drehzahl
des Motors 4o auf dem gewünschten Betrag verbleibt, werden die beiden Teile der
Kontaktvorrichtung in der Stellung umlaufen, die in Abb. ¢ dargestellt ist. Die
Drehzahl dieser Teile und der Abstand der Nocken 56 und 57 von den Schnappschaltern
47 und 48 ist hierbei so, daß, nur eine kleine Abweichung im Frequenzintegral zugelassen
wird, bevor der Regelvorgang einsetzt. Bei dem Ausführungsbeispiel ist es möglich,
die Einrichtung auf einen Zeitfehler von etwa 1,'30o Sekunde an= sprechen zu lassen.
Die Genauigkeit der Einrichtung kann in dieser Hinsicht nach Belieben verändert
werden, und zwar dadurch, däß der Abstand der Stifte 56 und 57 zu den Schnappschaltern
47 und 48 verändert wird. Wenn nun die Netzfrequenz etwas über normal ansteigt,
dann bewegt sich der Stift 56 gegen den Schnappschalter 47 und schließt diesen.
Nach etwa 2 Sekunden wird der Stromkreis der Kupplung 61 geschlossen, und zwar am
Kontakt 74 durch den 2-Sekunden-Schalter 75. Wenn dies eintritt, kommt das Relais
6; zum Ansprechen und schließt den Stromkreis des Drehzahlverstellmotors 70 (Abt.
i), welcher anläuft, und zwar in einem Sinne der Herabsetzung der Drehzahl der Turbine:
Gleichzeitig mit dem Steuervorgang wird die Welle 6o mit geringerer Umdrehungszahl
über die Kupplung 61 angetrieben; währenddessen schlüpft die Kupplung 45. Die Drehzahländerung
der Welle 6o ist normalerweise dann so, daß der Schalter 47 nach einer sehr kurzen
Zeitspanne (geringer als 2 Sekunden) geöffnet wird. Die Spule 78 gibt ihren Anker
frei. Ein weiterer Regelimpuls kann nun erst wieder nach 2 Sekunden zu dem Drehzahlverstellmotor
bzw. zu dem Verstellschieber der, Dampfturbine gegeben werden. Die Zeit von 2 Sekunden
wurde im Versuch als diejenige Zeit festgestellt, die notwendig ist, um die Drehzahländerung
auf die Steuereinrichtung zu übertragen und ein einwandfreies Arbeiten der gesamten
Einrichtung ohne Überregelung zu gewährleisten. Wenn die Drehzahländerung durch
den ersten Impuls nicht genügt hat, so wird im nlächSten 2-Sekunden-Intervall ein
zweiter Impuls ausgesandt. Der Unterschied in der infolge des Schlüpfens der Kupplung
45 verzögerten Geschwindigkeit der Welle 6o gegenüber ihrer normalen wird dem beweglichen
Organ des Senders zugeführt, so daß der überwachungsbeamte des Kraftwerkes jederzeit
eine Anzeige über die Tatsache der Abweichung der Last vom Normalen und über die
Richtung dies=er Abweichung erhält. Die Dauer der Regelimpulse und das Maß der Verdrehung
des beweglichen Teiles des Signalsenders hängt von der Größe des innerhalb der 2
Sekunden entstandenen Zeitfehlers ab.
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Wenn die Über- oder Unterdrehzahl des vom Netz angetriebenen Motors
gegenüber der Solldrehzahl durch irgendwelche anormalen, Lastverhältnisse, welche
durch die selbsttätige Steuereinrichtung nicht bewältigt werden können, verursacht
ist, laufen die Stifte 56 oder 57 auf die Schalter 49 oder 5o auf und öffnen diese,
wodurch die Kupplung 43 erberregt und die selbsttätige Steuerung abgeschaltet ist.
Gl=eichzeitig werden die Anker der Schalter 8o und 8 i freigegeben. Diese begeben
sich in die in der Zeichnung dargestellte unwirksame Stellung. In diesem Augenblick
leuchtet die rote Lampe 97' auf, und der Signalsender wird durch die Kupplung 95
in derjenigen Stellung gesperrt, in der er sich befindet. Die Abschaltung der Regelung
wird nur dann vorgenommen, wenn tatsächlich ganz ungewöhnliche Belastungsverhältnisse
vorliegen.
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Gegenüber bekannten Frequenzregeleinrichtungen, bei welchen der Sollwert
lediglich durch das Pendel der Hauptuhr gegeben ist, besteht beim Gegenstand der
Erfindung der Unterschied vor allen Dingen darin, daß in .einfachster Weise die
Umdrehungszahl der Welle 32 (Ab:b. i) geändert werden kann, ohne daß der Motor 32
oder der Frequenzerzeuger selbst beeinflußt werden muß. Ändert man das Übersetzungsverhältnis
zwischen diesen Teilen dadurch, daß man eine der Kupplungen 36, 37 oder 38 erregt,
so kann die Gebedrehzahl, d. h. die Solldrehzahl, für den Vergleichsvorgang mit
der Drehzahl des vom Netz gespeisten Motors augenblicklich geändert werden. Diese
Änderung kann um einen bestimmten Betrag erfolgen, unabhängig von der Richtung der
Änderung. Durch diese Veränderung der Vergleichsbeziehungen
zwischen
der Soll- und der Istfrequenz vermögen besondere Lastbedingungen erfüllt werden;
beispielsweise kann die Last von dem einen direkt beeinflußten Kraftwerk nach anderen
Kraftwerken und umgekehrt verschoben werden, ohne daß die selbsttätige Regelung
oder irgendeiner der sich am selbsttätigen Regelvorgang beteiligenden Apparate in
seiner Wirkungsweise gestört würde.
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Die Lastverschiebungen in und zwischen elektrischen Energieverteilungsnetzen
bringen mit der Zeit stets einen gewissen kleinen Zeitfehler hervor. Die Erfindung
ermöglicht es, daß dieser Zeitfehler so gering wie möglich gehalten wird. Die Zeit
wird in sehr kurzen Abständen berichtigt, so daß ein praktisch merkbarer Zeitfehler
überhaupt nicht entstehen kann. Zu diesem Zwecke ist die Hauptuhr 15 mit
einem Zeiger 103 (Abb.2), der von einem an das zu überwachende Netz angeschlossenen
Synchronmotor angetrieben wird, und mit einem Zeiger io4, der von der Uhr selbst
angetrieben wird, versehen. Wenn der Zeitfehler Null ist, befinden sich diese beiden
Zeiger übereinander. Nimmt er einen von Null verschiedenen Wert an, so gehen die
übereinander angeordneten Zeiger in der einen oder anderen Richtung aneinander vorbei.
Ein Stromkreis io2 dient dazu, den Synchronmotor der Hauptuhr an das Kraftnetz anzuschließen.
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Bei der in der Abb. i dargestellten Einrichtung ist angenommen, daß
sie ein Hauptkraftwerk darstellt, das mit anderen Kraftwerken über Leitungen, von
welche eine in der Abbildung dargestellt und mit 12 bezeichnet ist, in Vierbindung
steht. Es ist hierbei wünschenwert, diese anderen Kraftwerke von dem Hauptkraftwerk
aus so zu steuern, daß die Lastverschiebungen zwischen den Haupt- und Nebenkraftwerken
beeinflußbar sind. Einige dieser Werke können z. B. Wasserkraftwerke, bei welchen
die verfügbare Wassermenge schwankt, und andere Dampfkraftwerke.sein. Die Last in
dem Gebiet, das von dein gesamten vermaschten Netz gespeist wird, kann an verschiedenen
Stellen des Netzes ungleich sein. Für einen wirtschaftlichen Betrieb des Netzes
ist es daher notwendig, die Lastverteilung zwischen den einzelnen Werken von Zeit
zu Zeit zu ändern.
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Abb.5 stellt ein solches Kraftwerk dar, das mit dem Kraftwerk nach
Abb. i über die Verbindungsleitungen 12 verbunden ist. Die Steuereinrichtung für
ein solches Werk ist so eingerichtet, daß sie in Abhängigkeit von der Sollfrequenz
des Hauptkraftwerkes, die durch die Hauptuhr 15 bestimmt ist, und in Abhängigkeit
von der Last in der Verbindungsleitung 12 beeinflußt werden kann. In dem Hauptwerk
ist ein Motorgenerator 14,30 (Abb. i) vorgesehen, der zur Erzeugung einer Frequenz
dient, die in einfacher Weise nach dem Nebenwerk über einen übertragungskanal, beispielsweise
über einenTelephonstromkreis 3 i-; übertragen werden kann. Der Motor 14 ist ein
Synchronmotor, der mit der Sollfrequenz gespeist wird, und .der Generator
30 ist ein Synchrongenerator, so daß der von diesem erzeugte und über die
Fernleitung 3 i ausgesandte Strom proportional ist der Sollfrequenz, die in dem
Hauptkraftwerk als Sollfrequenz dient. Zwischen dem Motor 14 und dem Generator 3o
ist ein veränderbares übersetzungsgetriebe vorgesehen, das dem Getriebe zwischen
dem Motor 13 und der Welle 32 .ähnlich ist, aber andere Übersetzungsverhältnisse
aufweist. Die übersetzung wird durch drei magnetische Kupplungen io5, io6, 107 gesteuert.
Wenn die Kupplung i o6 erregt ist, läuft der Generator 30 mit der gleichen
Umdrehungszahl wie der Motor 14. Dieser Zustand ist der normale. Wenn die Kupplung
io5 erregt ist, wird der Generator 30 mit etwas größerer Geschwindigkeit
angetrieben, und wenn die Kupplung 107 erregt ist, wird der Generator mit etwas
verminderter Geschwindigkeit angetrieben. Der Stromkreis der drei Kupplungen wird
durch ein Relais io8 gesteuert, welches seinerseits durch ein Kontaktmeßinstrument
iog gesteuert wird, das die Last oder den Strom in der Verbindungsleitung 12 mißt.
Die festen Kontakte des Meßinstrumentes iog werden vorteilhaft einstellbarausgeführt;
das bewegliche Kontaktglied des Meßinstrumentes :erhält zweckmäßig Einrichtungen,
mit denen die Kontaktvorrichtung auch von Hand betätigt werden kann. Das Meßinstrument
ist so eingestellt, daß, wenn die Last in der Verbindungsleitung 12 in der gewünschten
Richtung und mit dem gewünschten Betrage fließt, das bewegliche Kontaktglied i o9
in einer Mittelstellung steht, so daß beide Spulen des Relais io8 nicht erregt sind.
In diesem Fall befindet sich auch der Anker des Relais io8 in Mittelstellung und
hält den Stromkreis der magnetischen Kupplung io6 geschlossen. Wenn die Last, die
von dem Hauptwerk @(Abb. i ) nach dem Nebenwerk (Abb.5) fließt, sich um einen bestimmten
Betrag über normal verändert, dann spricht das Kontdktmeßinstrument iog derart an,
daß die rechte Spule des Relais io8 erregt wird, wodurch der Stromkreis der magnetischen
Kupplung 105
geschlossen und der der magnetischen Kupplung io6 geöffnet wird.
Die Vergleichsfrequenz, die vom Generator 30 erzeugt und der entfernten Station
zugeführt wird, wird so um einen bestimmten kleinen Betrag erhöht.
Wenn
die Last unter normal ist oder unter einem bestimmten Betrag liegt, dann wird die-
linke Spule des Relais io8 erregt, wodurch die Kupplung io7 .eingeschaltet wird,
was zur Folge hat, daß der Vergleichsstrom des Generators 30 um einen bestimmten
Betrag unter den Normalwert erniedrigt -wird.
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In dem Kraftwerk nach Abb.5 ist ein Turbinenaggregat i io mit einer
selbsttätigen Steuereinrichtung 29 vorgesehen, die im wesentlichen der nach Ahb.
i ähnlich oder gleich ist und deren Einzelteile in entsprechender Weise wirken.
Auch in dem Kraftiver'k nach Abb. 5 wird die Netzfrequenz, die durch einen Synchronmotor
4o dargestellt ist, mit der Sollfrequenz, die nach dieser Station vermittels der
Telephonleitung 3 i über geeignete Verstärkereinrichtungen übertragen wird und den
Synchronmotor 13 speist, verglichen. Die Drehzahlvergleichseinrichtung 29
entspricht der Drehzahlvergleichseinrichtung nach Abb. i bzw. Abb. 3. Die Welle
32 dieser Einrichtung ist in der Zeichnung so dargestellt, als ob sie unmittelbar
vom Motor 13 angetrieben wird an Stelle über eine Drehzahländerungseinrichtung,
die in der y Unterstation tatsächlich auch meist unnötig ist.
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Wenn die Leistung in der Verbindungsleitung groß ist, dann wird die
Drehzahl des Motors 13 vermittels der selbsttätig wirkenden Steuereinrichtung für
die Übergabelast nach Abb. i etwas übernormal eingestellt, was zur Folgehat, daß
die Geschwindigkeit derErzeugereinheit i i o so lange erhöht wird, bis siemit,ihrer
vollen Kapazität arbeitet oder bis die Lastverhältnisse in der Leitung berichtigt
sind. Die Veränderung der Leistung erfolgt durch sehr kleine, augenblicklich wirkende
Einstellungen, welche lediglich die phasenmäßige Voreilung oder Nacheilung des Wechselstromes,
der von dem zu steuernden oder zu regelnden Apparat erzeugt wird, vermindern. oder
vergrößern, und zwar in :einem Ausmaß, das notwendig ist, um die notwendigen Lastverhältnisse
zu erzielen. Die Netzfrequenz des Kraftwerkes nach Abb.5 wird mit der Sollfrequenz
verglichen, und diese Vergleichsbeziehung wird selbsttätig in Abhängigkeit von der
Belastung in der Verbindungsleitung jeweils abgeändert. Für den Fall, daß es wünschenswert
ist, augenblicklich die Lastverteilung von Hand zu beeinflussen, kann das bewegliche
Kontaktglied des Relais io8 von Hand betätigt werden. Inn gleicher Weise kann die
Lastv erteilung zwischen dem Hauptkraftwerk und allen anderen Kraftwerken in der
oben beschriebenen Weise augenblicklich durch unmittelbaren Eingriff am Schalter
39 b'eeinflußt werden, und durch diese Steuermaßnahme kann- gleichzeitig der Zeitfehler
in dem. gesamten Netz ausgeglichen werden.