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Anordnung zur Drehzahl- bzw. Geschwindigkeitsregelung von Mehrphasen-Asynchron-bzw.
Synchronmotoren durch Veränderung der den Motoren zugeführten Frequenz Bei vielen
Antriebsarten, insbesondere von jenen der Schiffahrt und von Triebfahrzeugen für
die Schiene und -auf der @ Straße; ist es er-'wünscht, soweit elektrische Kraftübertregung
in Frage kommt, mit möglichst einfachen Antriebsmotoren. zu arbeiten, welche -leichtes
Gewicht aufweisen und geringer Wartung und Unterhaltung bedürfen. Es sind Anordnungen
bekanntgeworden, bei welchen zum Zwecke des Antriebes Drehstrommotoren einfachster
Ausführung mit Kurzschlußläufern Verwendung finden. Auch die Anwendung von 'Synchronmotoren
für solche Zwecke ist bekannt:, Eine Schwierigkeit bei #diesen Drehstrommotoren
bzw. Mehrphasenmaschinen besteht nun darin ihre Drehzahl in. einfacher und wirtschaftlicher
Weise zu regeln. Zu diesem Zwecke muß ':die - diesen Antriebsmotoren zugeführte
-Frequenz stetig veränderbar sein zwischen einem Kleinstwert und dem Höchstwert.
Um nun eine veränderliche Frequenz-zu erhalten, ist _ es. bekannt, bei - Dampfturboantrieben
die Drehzahl der Turbine entsprechend zu verändern: Ein Nachteil dieser Anordnung
besteht darin, daß bei kleinen Drehzahlen. der Turbine dieselbe einen schleckten
Dampfverbrauch aufweist; außerdem .die Stromerzeuger bei kleinen Frequenzen und
kleinen Drehzahlen ihr höchstes Drehmoment abgeben müssen, namentlich beim Antrieb
von Schienenfahrzeugen. '-Es sind-auch Anordnungen bekanntgeworden, die Freqüenzregelung
zum Betrieb von Drehstromasynchrön- bzw.. Synchronmotoren dadurch wirtschaftlicher
zu gestalten, daß man Generatoren eint- öder mehrphasiger Art vorsieht, welche eine
verhältnismäßig hohe Drehzahl aufweisen ". un.d -damit '.entspreclenü
hohe
Frequenz, z. B: von 500 ... 75o Hertz. Die für die Antriebsmotoren gewünschte
veränderliche Frequenz wird nun über Strom-. richteranordnungen gewonnen, bei welchen
aus den höherfreqüenten Strömen durch entsprechende Aneinanderreihung von Span-'.
nungs- und Stromstücken des höherfrequenten Netzes der gewünschte veränderliche
niederfrequente Mehrphasenstrom gewonnen wird (o ... 5o ... zoo
... z5 o Hertz): Die soeben angedeutete Anordnung weist nun den Nachteil
auf, daß die Frequenzsteuerung mittels der Stromrichteranordnungen eine unverhältnismäßig
große und komplizierte Einrichtung benötigt.
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Das Prinzip, höherfrequenten Strom in den Generatoren zu erzeugen,
wobei diese eine sehr hohe Drehzahlerhalten können und somit eine verhältnismäßig
leichte und gedrungene Bauweise aufweisen, und diesen höherfrequenten Strom in veränderlichen
niederfrequenten umzusetzen, kann in verhältnismäßig einfacher Weise dadurch beibehalten
werden, daß man zwei Generatoren gleicher Größe vorsieht, von denen jeder gesondert
durch eine besondere Turbine angetrieben wird, und welche transformatorisch so geschaltet
werden, daß man auf der Ausgangsseite dieses Transformators eine Schwebungsfrequenz
erhält entsprechend der gewünschten Frequenz zum Betrieb der Mehrphasenantriebsmotoren.
Der Betrieb von Motoren mit einer durch Überlagerung gewonnener Schwebungsfrequenz
ist an sich bekannt. Diese Schwebungsfrequenz ist eine stehende Welle, die, um sie
zur Speisung von Motoren nutzbar zu machen, über Stromrichter umgewandelt werden
muß: Die dafür erforderliche Strornrichteranordnung baut sich verhältnismäßig einfach
auf, namentlich was die Art ihrer Steuerung betrifft, welche zum größten Teil selbsttätig
erfolgt. Die Frequenzregelung für die Antriebsmotoren geschieht in diesem Falle
so; daß die beiden Stromerzeuger in ihrer Drehzahl gegenläufig geregelt werden,
wie dies auf Abb: i zum Ausdruck kommt. Der Vorteil dieser Anordnung besteht darin,
daß die Generatoren und damit die Dampfturbinen über den gesamten Regelbereich eine
verhältnismäßig sehr höhe Drehzahl aufweisen und somit im Dampfverbrauch energiewirtschaftlich
sparsam arbeiten.
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Vorliegende Erfindung befaßt sieh mit der Aufgabe; die Regelung der
den Antriebsmotoren bzw. Fahrmotoren zugeführten veränderlichen Frequenz eindeutig
zu gestalten; wobei gleichzeitig die Erregungsverhältnisse der Generatoren und,
soweit Synchronmotoren vorhanden sind, derenK Erregung ebenfalls sinngemäß mitgeregelt
werden muß. Die Aufgabe der Steuerung der gesamten Antriebsanordnung besteht darin,
mit dem Drehzahl- bzw. Geschwindigkeitsregler der Antriebsmotoren bzw. dem Fahrtregler
des Triebfahrzeuges oder des Schiffes durch entsprechende Beeinflussung der Drehzahlregler
der beiden Antriebsturbinen die gewünschte veränderliche Frequenz an den Antriebsmotoren
zu erhalten. Dabei muß der Führer der Übertragungsanordnung von der Regelung der
Erregung der Generatoren und, soweit Synchronmotoren vorhanden sind, auch derselben
entlastet sein. Mit der jeweiligen Einstellung einer bestimmten Drehzahl bzw. Fahrgeschwindigkeit
muß also die gleichzeitige Einstellung der geeigneten Erregung der Generatoren und
Antriebsmotoren verbunden sein.
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Zu dieser Aufgabe kommt noch eine zweite hinzu, mittels einer geeigneten
Eierrichtung, welche unabhängig vom Maschinisten bzw. Führer des Fahrzeuges wirkt,
dafür zu sorgen, daß die Antriebseinrichtung sich selbsttätig den jeweiligen Belastungsverhältnissen
anpaßt bzw. selbsttätig vor unzulässigen Überlastungen geschützt wird. Es muß also
außer der willkürlichen Einstellung der jeweiligen Schwebungsfrequenz entsprechend
der gewünschten Drehzahl der Antriebsmotoren noch möglich sein, ausgehend von der
eingangs eingestellten Grunddrehzahl, die Schwebungsfrequenz lastabhängig selbsttätig
so zu regeln, daß das Produkt aus Zugkraft und Geschwindigkeit über einen größeren
Geschwindigkeits- bzw. Drehzahlbereich angenähert konstant bleibt, wobei gleichzeitig
die Erregungsverhältnisse der Generatoren entsprechend umgeregelt werden müssen.
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Gemäß der Erfindung wird nun gleichzeitig mit der Verstellung der
relativen Drehzahlen der beiden Generatoren gegeneinander zwangsläufig die Summe
der Erregerströme der beiden Generatoren derart geändert, daß sie mit zunehmender
Schwebungsfrequenz abnimmt und die Spannung unter Vermeidung einer Spannungsdifferenz
zwischen den beiden Generatoren weniger als die Schwebungsfrequenz zunimmt.
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Der Gegenstand der Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise veranschaulicht.
Abb. i zeigt den Drehzahlverlauf der beiden Generatoren; um die gewünschte Schwebungsfrequenz
zu erhalten und daraus über Transformatoren- und Stromrichteranordnungen die gewünschte
Frequenz für die Fahrmotoren bzw. Antriebsmotoren zu gewinnen. Auf der Abszisse
ist nach rechts der Drehzahlunterschied A n der beiden Generatoren gegenüber der
mittleren Drehzahl bzw. Leerlaufdrehzahl für Vorwärtsfahrt und nach links der Drehzahlunterschied
A n für Rückwärtsfahrt bzw. Änderung der Drehrichtung
der Motoren
aufgetragen. Auf der Ordinate ist die Drehzahl.ng der beiden Generatoren aufgetragen.
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.Stehen die Fahrmotoren, still bzw. ist das Fahrzeug in Ruhe, so laufen
beide Turbinen und damit beide Stromerzeuger mit der Leerlaufdrehzahl na, wobei
z. B. die Frequenz beider Generatoren etwa 25o Hertz beträgt bei einer Drehzahl
von 7500 U/min. Sollen nun die Antriebsmotoren bzw. Fahrmotoren zum Anlaufen
kommen, so wird die Drehzahl n1 des Generators i gegenüber der Drehzahl n, um einen
gewissen Betrag vermindert und gleichzeitig die Drehzahl n2 des Generators 2 um
den gleichen Betrag erhöht. Mit zunehmendem Auseinanderlaufen der beiden Generatoren
in ihrer Drehzahl nimmt die Schwebungsfrequenz zu und damit auch die den Fahrmotoren
bzw. Antriebsmotoren _ zugeführte Frequenz.
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Man hat es also in der Hand, durch entsprechende Einstellung des Drehzahlunterschiedes
beider Generatoren jede gewünschte Frequenz an den Fahrmotoren zu erzeugen und damit
auch dem Antriebsfahrzeug jede .ggwünscjlte Grundgeschwindigkeit zu geben. Soll
beispielsweise der Drehzahlunterschied D na der beiden Generatoren einer Differenzdrehzahl
entsprechen, die ihrerseits eine Schwebungsfrequenz von 5o Hertz entspricht, so
muß die Drehzahl des Generators i auf den Betrag n" gesenkt und die -Drehzahl des
Generators z auf den Betrag n"2 erhöht werden. Bei einer Drehzahl von n, =
7500 U/min ist die Drehzahl n", = 6oooU/mdn, die Drehzahl nag = 9ooo U/min
und die Drehzahldifferenz nag - nao = nao - mal = i
5oo U/min. Die Schwebungsfrequenz ergibt sich aus der Beziehung
Bei dieser Art der Drehzahlregelung .der Antriebsmötoren ist auch die Umkehr der.
Drehrichtung bzw. Fahrtrichtung möglich, und zwar dadurch, daß das Auseinanderlaufen
der beiden Generatoren in ihrer Drehzahl in entgegengesetztem Sinne erfolgt, - wie
aus Abb. i ohne weiteres zu ersehen ist. . Bei Umkehr der Drehrichtungen.der Generatoren
ändert sich- zwar an der stehenden Welle der Schwebungsfrequenz -je Phase nichts,
dagegen an der zeitlichen Reihenfolge der drei verketteten Spannungen des Drehstroinsystems
auf der -Motorseite, und zwar kehrt sich die Drehrichtung des Spannungssternes auf,
der Drehstroxnseite der Stromrichteranordnung bei Änderung der Drehzahldifferenz
der Generätoren um: Abb.2 zeigt den zugehörigen Verlauf des Erregerstromes und der
Spannung der beiden Generatoren bei der Drehzahlregelung gemäß Abb. i... Der Drehzahlbereich
-der Generatoren ist derart gewählt, daB die Sättigungsverhältnisse bezüglich- der
Erregung außer Betracht bleiben können, Dargestellt sind die Verhältnisse für Vorwärtsfahrt.,
Für die entgegengesetzte Drehzahl bzw. Fahrtrichtung gelten. -die Verhältnisse sinngemäß
- in spiegelbildlicher Form. Auf der Abszisse ist die Drehzahldifferenz 0 n der
beiden Generatoren, . auf der Ordinate der Verlauf des Erregerstromes i, der beiden
Generatoren und die Spannung Ug an den Klemmen der Generatoren aufgetragen. Bedingung
bei dem Betrieb des Arbeitens. mit veränderlicher Schwebungsfrequenz ist, - daß
bei allen Belastungspunkten die beiden Generatorspannungen gleich groß sind, -d.
h. U2.1 = Ug2. Um dies zu erreichen, muß der Generator i mit der kleineren
Drehzahl den höheren Erreger-Strom il,- erhalten, der Generator mit der größeren
Drehzahl den kleineren Erregerstrom ig, Um -der gestellten Bedingung zu genügen,
müßten, sofern die Erregungsverhältnisse der Motoren. nicht berücksichtigt werden,
mit zunehmender Drehzahldifferenz die Erregung. des Generators i erhöht und die
Erregung des Generators 2 herabgesetzt werden. Bei der Betrachtung der Erregungs-
und. Spannungsverläufe der Generatoren muß jedoch auch das betriebliche Verhalten
der von den Generatoren gespeisten Motoren berücksichtigt werden. Beim Anlauf der
Antriebsmotoren, insbesondere wenn: diese ein Schienenfahrzeug antreiben, ist nämlich
der annähernd größte Generatorerregerstrom erforderlich, um das entsprechende große
Anzugsmoment an den Antriebsmotoren zu erhalten. Bei größeren Drehzahlen der Antriebsmotoren
und damit also bei größeren Frequenzen muß dagegen schon mit Rücksicht auf .die
Verluste der Motoren die Erregung -derselben herabgesetzt werden. Die Erregerströme
igl und ig2 @bzw. ihr Mittelwert i"Z nehmen also, wie Abb. 2 zeigt, von dem Anfängserregerstrom
i" ab mit zunehmender Drehzahldifferenz der Generatoren, mit zunehmender Geschwindigkeit
des Fahrzeuges und zunehmender -Spannung ab. -.Die zu dem Anfangserregerstrom i"
gehörige Anfangsspannung, die erforderlich -ist., um. den entsprechenden Arbeitsstrom
durch die Antriebsmotoren zu drücken, beträgt Ui. Die Steuerung der gesamten Antriebsanordnung
muß also so eingerichtet sein, daß diese Anfahrbedingungen' bezüglich der Erregung
der Generatoren erfüllt werden.
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Abb. 3 zeigt die entsprechenden elektrischen Verhältnisse an den Antriebsmotören.'
Zugruride gelegt ist das Verhalten von Drehstromasynchronmotoren mit Kurzseliluß=
läufern. Die Überlegungen gelten, natürlich sinngemäß auch für Mehrphaserimotoren
finit Schleifringläufern. und für Mel@rphasensynchroumotoren,
wobei
die Erregung der letzteren ähnlich mitgeregelt wird wie die Erregung der speisenden
Generatoren, nur mit dem Unterschied, daß im Falle des Vorhanden= seins von Synchronmotoren
der gesamte Erregungsaufwand an den Generatoren kleiner ausfällt; da ein Teil der
Deckung .der Magnetisierungsverluste durch die Erregung der Synchronmotoren übernommen
wird.
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Auf der Abszisse aufgetragen ist die Geschwindigkeit v z. $. eines
Triebfahrzeuges in Prozent der Endgeschwindigkeit. Auf der Ordinate aufgetragen
ist die Frequenz f., die Spannung an den Motoren Um, die Zugkraft Z und der
mittlere Erregerstrom an, den Generatoren i.. - Aus der Abbildung ist zunächst zu
erkennen, daß mit zunehmender Geschwindigkeit bzw.'mit zunehmender Frequenz die
Zugkraft stark abnimmt. Dies gilt vor allem für den Verlauf der Anfahrzugkraft.
Weiterhin ist bemerkenswert; daß gegenüber der Proportionalitätsgeraden gg der Verlauf
der zugeführten Frequenz f. und die aufgedrückte Spannung Um nicht proportional
der Geschwindigkeit v ist. Dies rührt daher, daß der Schlupf an den Motoren bei-kleinen
Geschwindigkeiten bzw. kleinen Frequenzen und großen Zugkräften ungleich höher ist
als bei hohen Frequenzen. Ebenso geht auch die Spannung weniger steil in die Höhe
als die Geschwindigkeit, da bei kleinen Frequenzen bzw. kleinen Geschwindigkeiten
mit höherer Erregung gearbeitet werden kann, bei großen Frequenzen jedoch schon
mit Rücksicht - auf die Verluste die Erregung herabgesetzt werden muß. Der mittlere
Erregerstrom im zeigt einen ähnlichen Verlauf wie die beiden Erregerströme
igl und i8, von Abb. 2. Das in Abb. 3 dargestellte Verhalten von f. und Um ist bei
der Auslegung der Steuerungseinrichtung und deren Verhalten selbstverständlich zu
berücksichtigen: Abb.4 zeigt den Verlauf der Drehzahlcharakteristik von Asynchronmotoren
bei verschiedenen Drehmomenten, welche die Motoren hergeben: Bemerkt sei, daß bei
Vorhandensein von Synchronmotoren an Stelle der geneigten Kennlinien _horizontal
verlaufende Kennlinien treten. Auf der Abszisse aufgetragen ist das Drehmoment Md;
-auf der Ordinate die Motordrehzahl n, Die Drehzahlkennlinien ni, n2, n3 üsw. stellen
das Verhalten des Motors abhängig von der Belastung bei verschieden eingestellten
Grundgeschwindigkeiten bzw. Grundfrequenzen dar.
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n, ist dabei die Drehzahl bei der höchsten Frequenz: nöl, not, nos
usw. sind die Leerlaufdrehzahlen bei den verschieden zugeführten Frequenzen, entsprechend
den jeweilig gewünschten Grundfahrgeschwindigkeiten bzw. Grunddrehzahlen. Eingetragen
ist noch in I Abb. 4 der Verlauf der Zugkraft Z, wie er sich einstellt beim Anfahrvdrgang
des Fahrzeuges. Entsprechend Abb. 3 sieht man, wie in Abb.4 den einzelnen Drehzahlkennlinien
bestimmte Zugkräfte zugeordnet sind, und zwar so, daß mit kleiner werdenden Grunddifferenzen
die Zugkraft größer wird.
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Stellt nun Abb. q: eine Veränderung der Drehzahl bzw. der Fahrgeschwindigkeit
der Antriebs- bzw. Fahrmotoren dar, welche dadurch zustandekommt, daß die'Drehzahlkennlinier
parallel zu sich selbst verschoben werden; so stellt Abb. 5 ein anderes Verfahren
dar zur Regelung der Drehzahl- bzw. Fahrgeschwindigkeit, welches darin besteht,
daß ,die Neigung der Drehzahlkennlinien verändert wird. Während Abb. q. zunächst
angewendet worden- ist auf das Verhalten der Drehstrommotoren, kann sie - andererseits
sinngemäß Anwendung finden bezüglich des Verhaltens der Drehzahlkennlinien der Turbinen
zum Antrieb der Generatoren bei verschiedener Einstellung des Drehzahlreglers. Wird
die Drehzahl der Turbinen und der mit ihnen gekuppelten Generatoren gemäß Abb. 4:
verändert durch Parallelverschieben der Reglerkennlinien; so ist es dadurch möglich,
daß zum Zweck der Regelung die Federvorspannung oder das zugehörige Gestänge zur
Veränderung der Federvorspannung verstellt wird (siehe weiter unten), andererseits
kann aber auch lastabhängig die Regelung der Turbinendrehzahl dadurch erfolgen,
daß die Neigung der Drehzahlkennlinien verändert wird gemäß Abb. 5, was z. B. durch
Verstellen des Fixpunktes des Reglerhebels zum Dampfventil möglich ist. Von beiden
Reglungsarten- zur beliebigen Einstellung einer Schwebungsfrequenz kann gesondert
oder gleichzeitig Gebrauch gemacht werden.
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In Abb. 5 ist abhängig von der Turbinenleistung Nt der Verlauf der
Drehzahlkennlinien bei verschiedener Einstellung des Ungleichförmigkeitsgrades des
Drehzahlreglers dargestellt. Die Linie izo - n" entspricht gleichbleibender
Drehzahl bei allen Leistungen. Die- Linien,-n. entspricht im Verlaufe der Drehzahlkennlinie
bei kleinstmöglichem Ungleichförmigkeitsgrade des Drehzahlreglers. Die Linien n,
- na, n, - n, USW-entsprechen Drehzahlkennlinien bei verschiedener-- Einstellung
des Ungleichförmigkeitsgrades der Drehzahlregler. Dieser ganze Bereich, welcher
durch die verschieden stark geneigten Kennlinien überstrichen wird, kann für Regelzwecke
ausgenützt werden, namentlich für die zusätzliche Regelung der Drehzahl bzw. Schwebungsfrequenz,
abhängig vom jeweiligen Belastungsgrad (siehe unten).
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Abb. 6 zeigt, wie die zusätzliche Regelung gemäß der eingangserwähnten
Ausführungen
gedacht ist. -Es- war- dabei die Aufgabe gestellt,-unabhängig
von-der - jeweils eingestellten Grundgeschwindigkeit derAntriebsmotoren eine zusätzliche
selbsttätige Regelung zu be-Wirken, .welche die Übertragungseinrichtung einerseits
vor Überlastung schützt, andererseits -das Produktaus Geschwindigkeit X Zugkraft
(= der Antriebsleitung)--über einen bestimmten Geschwindigkeits- bzw. Drehzahlbereich
angenähert -konstant hält. Auf der Abszisse aufgetragen ist die Geschwindigkeit
v eines'Triebfahrzeuges, auf der Ordinate der Verlauf der Zugkraft Z. Die gewünschte
Kurve Z paßt sich mit Annäherung dem Verlauf einer Hyperbel an. .Dadurch wird erreicht,
daß das Produkt aus Geschwindigkeit X-Zugkraft = Z X v = konstant wird: Weiterhin
ist auf der Ordinate aufgetragen der -Verlauf -7der sich dabei ergebenden
Antriebsleistung der Fahrmotoren 1N",. Die Linie N,"1 gilt z. B: für eine bestimmte
eingestellte Grundgeschwindigkeit v1 der Antriebsmotoren. Sie soll besagen, daß
unabhängig von der eingestellten Geschwindigkeit das Fahrzeug sich- selbsttätig
an die Belastungsverhältnisse, z. B. bei Triebfahrzeugen die Anpassung an die Streckenverhältnisse,
so einstellt, daß zwischen den beiden Geschwindigkeitsgrenzen va und vb der eingestellten
Grundgeschwindigkeit die I:eistung N",1 an= nähernd konstant bleibt. Dadurch wird
die Übertragungseinrichtung vor unzulässigen Überlastungen geschützt, und außerdem
ergeben sich- fahrtechnisch die günstigsten Betriebsverhältnisse, ohne daß der Führer
den jeweiligen ° Belastungsverhältnissen mit der-Regelung- nachzukommen braucht.
Die Linie N "t2 gilt für eine Grundgeschwindigkeit v2, welche kleiner ist als v1,
die Linie N"Zg für eine Grundgeschwindigkeit vg, welche kleiner ist als v2 usw.
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Nachstehend soll nun an Hand einiger Ausführungsbeispiele gezeigt
werden, wie die vorstehenden Regelbedingungen und Regelforderungen erfüllt werden
können.
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. In Abb. 7 sind die beiden Turboaggregate mit ihrer Regeleinrichtung
für die Drehzahlregelung und die Einstellung der entsprechenden Erregung dargestellt.
Die Maschinenanlage ist symmetrisch ausgebildet, was auch in der Bezifferung zum
Ausdruck kommt, bei- welcher. gleiche Teile mit gleichen Buchstaben bezeichnet sind
und nur die eine Hälfte zur Unterscheidung einen Strich beigefügt erhält. Die Turbine
i treibt über die Welle io den Generator 5 .an- mit seinen Schleifringen 51 und
-der zugehörigen direkt gekuppelten Erregermaschine 6. Dabei sei an dieser Stelle
gleich bemerkt, daß die Erregung selbstverständlich aus einem gesondert angetriebenen
Maschinensatz erfolgen kann -oder aus einer. Akkümulatorenbatterie; wobei die -ä.n-\gegebenen
Erregungsregeleinrichtungen- sinngemäß umgeändert werden- müssen. 1',
5', 6' sind -die entsprechenden Maschinen der anderen Antriebshälfte. Die--beiden
-erzeugten Mehrphasenleistungen werden; über die Leitungen-5o und 5ö einer Transformator-
-und Stromrichteranordnung 500 zugeführt, wobei die -sieh bildende Schwebungsfxequenz
zunächst gleichgerichtet wird und sodann als veränderliche Mehrphasenfrequenz an
den I,'-lenimen55o entnommen werden kann -und den nicht dargestellten Antriebsmotoren-
zugeleitet .wird.
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Die Turbine i mit der Welle io treibt über das- Getriebe i o2 ihren
zugehörigen Drehzahlregler mit an: Dieser verstellt entsprechend der j eweiltgen-
Drehzahl seine Muffe und damit das Gestänge für die Regelung des Dampfventils in
Die Fixpunkte für das Reglergestänge sind die Punkte i2o und i2ou. Die Reglerfeder
21 besitzt nun eine veränderliche Federvorspannung, Welche, über die Druckrolle
22 in dem dargestellten Beispiel verändert wird. Für das Verstellgestängg zur Veränderung
der Federvorspannung isty der Fixpunkt 230 vorgesehen. Die ändere` Maschinenhälfte
erhält, wie aus der Zeichnung hervorgeht, die gleiche Regeleinrichtung-noch einmal.'
DieAnordnung3 stellt nun den-eigentlichen Drehzahlregler bzw. Fahrtregler für die
Antriebsmotoren dar. Durch Verdrehen des Reglerhebels 31 in Richtung vorwärts oder
rückwärts wird entsprechend Abb. i- bewirkt, daß die Drehzahl der beiden Antriebsturbinen
i und i' auseinanderläuft. Über die Zahnscheibe 33 werden die beiden Zahnstangen
32 und 32' in entgegengesetztem .Sinne, betätigt und damit die. Federvorspannung2i
und-- 2i' eben= falls .entgegengesetzt eingestellt, so daß der eine Generator schneller
läuft, der andere entsprechend langsamer, ,genau wie bei Abb. i beschrieben. Die
Zahnteilung an dem Zahnrad 33- kann dabei auf dem Bögen a, ... c anders ausgeführt
sein als auf dem Bogen c. .'. b, um z. B. den: verschiedenen Drehzahlabfall
gemäß Abb. q. bei den jeweils 'eingestell= ten Grundgeschwindigkeiten kompensieren
zu können. Selbstverständlich ist an Stelle der angegebenen mechanischen Kraftübertragung
zur Verstellung der beiden Drehzahlregler 2 und 2' jede andere Ausführung geeignet,
welche die. gleichen Bedingungen zu erfüllen vermag.
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Mit der Veränderung der Drehzahl der beiden Turbinen ist, wie' in
der Zeichnung dargestellt, -gleichzeitig eine entsprechende Einstellung der Erregung
der Generatoren gemäß Abb. 2 verbunden. Über die Scheibe 33 bzw. über den Fahrtregler
3r wird über die
Welle- 34 der Erregervarschalt:wider stand 4 entsprechend
verstellt: Durch geeignete Abstufung dieses: Widerstandes kann erreicht werden,
daß die Erregerstromstärke abhängig von der eingestellten Drehzahldifferenz beider
Generatoren einen Verlauf nimmt, wie in Abb.2 dargestellt, wobei beim Übergang von
vorwärts auf rückwärts die Kennlinien der Abb.2 gespiegelt werden und außerdem igi
und ig2 in ihrem Verlauf vertauscht werden.' Wie gesagt, läßt sich durch entsprechende
Abstufung des Erregervorschaltwiderstandes jede der gewünschten Erregerkennlinien
einstellen.
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In, der dargestellten Anordnung ist die Erregungsreglung so gedacht,
daß mit den beiden Regelvorschaltwiderständen 41 und 41' die Fremderregung der beiden
Erregergeneratoren 6 und 6' über die Erregerwicklung 64 und 64 verändert wird. Gespeist
wird die Erregung der Erregermaschinen durch die Batterie 42, wobei in den gesamten
Erregerstromkreis noch zusätzlich ein Regelwiderstand 43 eingeschaltet ist, welcher
über eine Apparatur 44 von Hand öder selbsttätig zusätzlich verändert werden kann.
Diese zusätzliche Erregungsänderung über die Apparatur 44. und den Regelwiderstand
43 kann z. B. ,selbsttätig .so erfolgen, daß bei zunehrnender Belastung beide Generatoren,
gleichzeitig .stärker erregt werden und umgekehrt. In den Erregerkreis der beiden
Hauptmaschinen 5. und 5' ist außerdem noch je ein zusätzlicher Regelwiderstand 56
und 56' eingeschältet,welcher von Hand oder selbsttätig durch die Regelapparatur
56o -bzw. 56o' betätigt werden kann. . Diese zusätzliche- Regelung kann z. B. dazu
benützt werden, daß sich im Motorstrannkreis ein möglichst günstiger Blindleistungsverläuf
bzw. Leistungsfaktor ergibt: Abb. 8 zeigt z. B. eine Ausführungsmöglichkeit, mit
welcher eine zusätzliche Verstellung der Drehzahlkennlinie gemäß den Regelbedingungen
nach Abb.6 durchgeführtwerden kann. Gedacht ist dabei, da.ß der Fix-Punkt i2o für
das @Reglergestänge zum Verstellen des Dampfventils i i in seiner Lage zwischen
den Grenzen a und b verstellt wird. Dies ist z. B. dadurch möglich, daß der
Fixpunkt eine Zugstange erhält mit einer damit befestigten Verstellschnecke 121,
welche in ihrer Lage verändert wird durch das Rad 122, das andererseits über eine
Schnecke 123 von dem Verstellmotor 124 angetrieben wird. Die Impulse zum Vorwärts-
oder Rückwärtsdrehen werden dem Verstellmotor über die Leitungen 12,5 zugeführt.
Gleichzeitig ist in Abb. 8 angedeutet; wie mit der Veränderung des Fixpunktes r2o
auch die .zusätzliche Erregung der Generatoren erfolgen kann. Über einen Regelhebel
61 wird .entsprechend der Lage des Fixpunktes i2o an dem Spannungsfeiler 62, gespeist
aus dem Hilfsnetz 60, eine der jeweiligen Stellung des Fixpunktes 120 entsprechende
zusätzliche Erregung eingestellt. Diese- zusätzliche, Erregung kann an den Klemmen
65o abgenommen werden: und entweder einer Zusatzerregerwicklung auf den Erregergenerator
G und 6' zugeführt oder zum Verstellen der Regelapparatur 44 bzw. 56o und 56o' benutzt
werden. Der Impuls zum Vorwärts- oder Rückwärtssteuern des Regelmotors 124°kann
dabei durch eine z. B. der jeweiligen Belastung entsprechende Hilfsregelgroße gegeben
werden.
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Selbstverständlich kann auch an Stelle der Veränderung des Fixpunktes
i2o, welche die Drehzahländerung im Bereich sämtlicher Kennlinien der Abb. 5 beherrscht,
der Fixpunkt 230 verstellt werden, wobei eine zusätzliche Drehzahländerung
gemäß Abb.4 eintritt. _ Abb. 9 stellt eine andere Art der zusätzlichen Veränderung
des Fixpunktes i2o dar: Die Regelung der Stellung desselben erfolgt hierbei durch
eine Magnetvorrichtung, wobei Gleichgewicht hergestellt wird zwischen. elektrischer
Anzugskraft und einer Spannungsfeder. Gespeist wird der Magnet über eineu kleinen
Gleichrichter; z. B.- aus einem Stromwandler, der einen dein Generatorstrom - in
den Leitungen 50 oder dem Motorstrom in den Leitungen 55o proportionalen Strom liefert.
129 ist die Stromwandlerspule; 127 der zugehörige Gleichrichter in Doppelwegschaltung,
128 ein einstellbarer Vorwiderstand, i26 die Magnetspule, 124 der Anker des Magneten,
welcher über ein Gestänge durch die Feder 125 entgegen der elektrischen Anziehungskraft
angezogen wird. r23 ist der Verstellhebel, welcher in der Kulisse 122 des Verstellgestänges
des Fixpunktes r2o gleitet. 121 ist die Führung für den Fixpunkt. a und b sind wieder
die beiden Grenzlagen des Fixpunktes,, c die Mittellage. Auch bei dieser Anordnung
kann sinngemäß wie bei der Anordnung nach Abb. 8 zwangsläufig verbunden sein die
zusätzliche Erregung der Generatoren sowie die Erregung von Synchronmotoren, soweit
solche vorhanden sind.
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Abb. i-i zeigt eine weitere zusätzliche Anordnung, welche dafür sorgen
soll, daß unabhängig von allen anderen Regeleingriffen die Spannung der beiden Generatoren
5 und 5' gleich groß gehalten wird. Die Meßapparatur io ergibt einen der Spannung
des Generators 5 proportionalen Ausschlag, die Meßapparatur 2o ergibt einen der
Spannung des Generators 5' proportionalen Ausschlag. Beide Zeiger von io und 2o
gleiten auf einem Spannungsteiler i i- bzw. 21, wobei die Meßströme
dieses
Spannungsteilers- über ein Vergleichsinstrument 30 so geschaltet sind, daß
bei gleicher Spannung in beiden Generatoren der Ausgleichsstrom zwischen beiden
Spannungsteilern i und 21 null ist, das Instrument 30 also keinen Ausschlag gibt.
Die Zeigeranordnung des- Instrumentes 30 ist doppelt ausgeführt, wobei jede
Zeigerhälfte auf einen Spannungsteiler 31 bzw. 32 gleitet und so wirkt, daß bei
Ungleichheit der beiden Generatorspannunggen die Spannung des einen Generators verstärkt,
jene des --anderen geschwächt wird und, umgelehrt. Bei 35 und 35' können die entsprechenden
Zusatzregelgrößen zur Beeinflussung der Regelung der beiden Generatoren 5 und 5'
abgegriffen werden. .
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Abb. io zeigt nun eine Drehzahlverstellvorrichtung ähnlich wie Abb.
7, jedoch mit rein elektrischer Drehzahlbeeinflussung. Der Grundsatz dieser Regelung
von Abb: io besteht darin, eine der jeweiligen Drehzahl der Turbine entsprechende
elektrische Vergleichsmeßgröße zu liefern als Ist-Wert. Dieser Ist-Wert wird verglichen
mit einem einregelbaren Soll-Wert, welcher der jeweils gewünschten Drehzahl der
Turbine entspricht. Die Regelanordnung wirkt dann so, daß der Unterschied zwischen
Ist-Wert und Soll-Wert einen Steuerimpuls, entsprechend diesem Unterschied, ergibt,
welcher das Dampfventil i i entsprechend einstellt.
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In - dem gezeichneten Beispiel treibt die Turbine i mit der Welle
io über das Getriebe io2 einen Hilfsgenerator 24, natürlich ganz- kleiner Abmessungen,-an,
Dieser Hilfsgenerator liefert eine der jeweiligen Drehzahl entsprechende Spannung,
z. B. eine Gleichspannung. Erregt wird der Hilfsgenerator fremd durch die Erregerwicklung
241 aus der Batterie 140 über einen einstellbaren Vorwiderstand 243. Außerdem kann
dieser Hilfsgenerator eine zusätzliche Erregung-a42 erhalten, der die entsprechenden
elektrischen Werte an den Klemmen 245 . zugeführt werden. 245 kann dabei gespeist
sein aus einer Anordnung gemäß Abb: 8 oder 9 oder i.i, wobei' die Veränderung der
Erregung des Hilfsgenerators 24 über die Zusatzerregerwicklung 242 Ähnliches bewirkt
wie die Verstellung des Fixpunktes des _ Reglergestänges. gemäß Abb. 8 und 9.
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Die vom Hilfsgenerator angegebene Spannung wird einer Magnetvorrichtung
23 i zugeführt, wobei die elektrische Zugkraft des ,Magnetankers 2 i i im Gleichgewicht
gehalten wird durch eine Feder 221. Die Einstellung des Magneten2ii entspricht dem
Ist-Wert. Der Soll-Wert wird z. B. geliefert aus -einer Batterie 2io und speist
eine Magnetwicklung 2i2 mit dem Magnetanker. 232,
dessen magnetische Zugkraft
ebenfalls im Gleichgewicht. gehalten wird durch eine Feder 222. Der Soll-Wert wird
- dabei eingestellt durch den Regelwiderstand :213..
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Die ganze Vergleichsanordnung zwischen Ist-Wert und Soll-Wert ist
in der Apparatur 2 zusammengefaßt, wobei das Relaisgestänge' 2 i einen Ausschlag
gibt, welcher proportional ist dem Unterschied zwischen Ist-Wert und Soll-Wert.
Dieses Relaisgestänge zi wirkt auf einen He"uel 121 mit Drehpunkt 120 unmittelbar
auf das Dampfventil i i, so daß die Drehzahl der Turbine den jeweils gewünschten
Anforderungen entspricht. Bei Zoo- ist noch angedeutet, daß zwischen der Einstellvorrichtung
des Dampfventils und dem Gestänge der Vergleichsapparatur -2 eine Servomotoranordnüng
geschaltet sein kann.
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Die Verstellung des Soll-Wertes und damit die Veränderung der gewünschten
Drehzahl der Turbine erfolgt über eine Getriebeanordnung 32, welche durch eine Zahnstange
betätigt wird_übev den Fahrtreglerhebel 31. Die bei diesem Fahrt- bzw. Drehzahlreglerhebel
angegebenen Grenzlagen r und v bedeuten die Richtung, in welcher der
Fahrthebel 3i verstellt werden muß, um die Geschwindigkeit bzw. " die Drehzahl der
Antriebsmotoren in der Vorwärts- oder Rückwärtsrichtung zu verstellen. Zwangsläufig
mit diesem- Getriebe ist verbunden das Getriebe 32', welches auf den Regelwiderstand
213' wirkt, wobei an den Klemmen 2ö' die Drehzahlregelanord--nung für die Turbine
i' angeschlossen ist.
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Da beide Regeleinrichtungen für Turbine -r und i' gleich ausgebildet
sind, ist nur.eine derselben aufgezeichnet worden. Wie aus- der Abbildung zu. erkennen
ist, erfolgt die Regelung der Drehzahl beider Turbinen zwangsläufig so; daß bei
Erhöhung der Drehzahl-der einen Turbine jene der anderen Turbine entsprechend herabgesetzt
wird, so daß die gleiche Wirkung erzielt wird wie bei der Anordnung gemäß Abb: 7..
Durch das Getriebe 34 und die Regelanordnung 4 mit den beiden Regelwiderständen
4i und 4 ist angedeutet, daß auch mit dieser Regelung die entsprechende Einstellung
der Erregung der beiden Generatoren zwangsläufig, verbunden ist.
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Die beschriebenen - Regelverfahren bzw. Einrichtungen sind selbstverständlich
mit entsprechenden Abänderungen auch dann anwendbar, wenn die Drehzahl, Frequenz,
eines Generators. konstant gehalten wird und zur Erzielung der Schwebungsfreduenz
lediglich einer der beidem Generatoren im Bezug auf seine Drehzahl, geregelt wird.
Auch dann müssen die Regeleinrichtungen für die Erregung der Generatoren mit der
Drehzahlregelung verbunden sein, um eine möglichst einfache Bedienung und einen
zuverlässigen Betrieb
zu ermöglichen. Zur. Regelung -des Blindstromes
-'können Kondensatorbatterien zu- und abgeschaltet werden, was z: B. eine Einrichtung
bekannter Art im Anschluß an die Anordnung gemäß Abb. 8 oder 9 durchführen kann.
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- Auch ist -die erfindungsgemäßeEinrichtung nicht auf solche Generatoren
beschränkt, die von Dampfturbinen angetrieben werden. Beispielsweise kann auch Dieselantrieb
o. dgl. vorgesehen sein, wenn auch die hauptsächlichen Vorteile beim Betrieb mit
Dämpfturbinen erzielt werden.