Einrichtung zur drehzahlabhängigen Reglung von Kraftmaschinen Zur
Drehzahlreglung von Kraftmaschinen und in erster Linie von zum Antrieb elektrischer
Generatoren dienenden Wasserturbinen werden im allgemeinen Fliehkraftpendelregler
verwendet, die mit einer der Drehzahl der Turbinenwelle verhältnisgleichen Drehzahl
angetrieben werden müssen. Meist werden ,die Reglerpendel zu diesem Zweck unmittelbar
mechanisch mittels eines Zahnradgetriebes oder eines Riementriebes mit der Turbinenwelle
gekuppelt. Diese Antriebsart hat jedoch den Nachteil, daß man in der Wahl des Aufstellungsortes
für das Reglerpendel nicht mehr frei ist. Außerdem bringen Abnutzungen der Zahnräder,
Dehnungen des Riemens und das Riemenschloß Ungleichmäßigkeiten des Laufes und Geräusche
mit sich. Bei senkrechten Wasserkraftgeneratoren wirkt die Anordnung von Riemen
oder Getrieben außerdem dem Bestreben entgegen, den Maschinensatz mit möglichst
niedriger Bauhöhe auszuführen. Man ist deshalb schon dazu übergegangen, das Reglerpendel
durch einen Synchronmotor anzutreiben, der vorn einer mit der Generatorspannung
synchronen Hilfsspannung gespeist wird. Diese Hilfsspannung wird entweder von den
Generatorklemmen über einen Transformato,r oder von einer besonderen, auf der Generatorwelle
sitzenden oder mit d ieser gekuppelten Hilfsmaschine geliefert. Der Anschluß des
Pendelantriebsmotors an die Generatorspannung selbst hat den Nachteil, daß Spannungsschwankungen
und Kurzschlüsse in dem Generatornetz auf das Reglerpenrdel einwirken und zu Ungleichmäßigkeiten
des Laufes oder Störungen Anlaß geben. Besondere, unmittelbar auf der Generatorwelle
angeordnete Hilfsgeneratoren müssen, vor allem bei niedrigen Generatordrehzahlen
und. entsprechend großen Wellenabmessungen, einen großen Läufer- und Ständerdurchmesser
erhalten und werden deshalb kostspielig. Außerdem bereitet die Erregung dieser Hilfsgeneratoren
Schwierigkeiten,
besonders wenn. das Pendel schon bei einer verhältnismäßig niedrigen Drehzahl des
Generators mitlaufen oder sogleich beim Anlauf mit hochlaufen soll. Vielfach erschwert
auch die Gesamtanordnung des Maschinensatzes einen Aufbau des Hilfsgenerators auf
die Generatorwelle. Das ist meistens bei senkrechter Welle der Fall, besonders auch
dann, wenn eine sehr niedrige Bauhöhe der Maschinen und damit des Maschinenhauses
angestrebt wird.Device for speed-dependent control of power machines Zur
Speed regulation of prime movers and primarily of electrical ones for driving
Generators serving water turbines are generally centrifugal pendulum regulators
used, the speed of rotation which is proportional to the speed of the turbine shaft
need to be driven. Usually, the controller pendulum is used directly for this purpose
mechanically by means of a gear drive or a belt drive with the turbine shaft
coupled. However, this type of drive has the disadvantage that one in the choice of the installation site
for the controller pendulum is no longer free. In addition, wear and tear on the gears
Stretching of the belt and the belt lock Unevenness of the run and noises
with himself. The arrangement of belts is effective in vertical hydropower generators
or gears also counteract the effort to use the machine set with as much as possible
low overall height. That is why we have already switched to the regulator pendulum
to be driven by a synchronous motor, the front one with the generator voltage
synchronous auxiliary voltage is fed. This auxiliary voltage is either from the
Generator terminals via a transformer, r or from a special one, on the generator shaft
seated or delivered with this coupled auxiliary machine. The connection of the
Pendulum drive motor to the generator voltage itself has the disadvantage that voltage fluctuations
and short circuits in the generator network act on the regulator pendulum and lead to irregularities
of the run or disturbances. Special, directly on the generator shaft
arranged auxiliary generators must, especially at low generator speeds
and. correspondingly large shaft dimensions, a large rotor and stator diameter
and therefore become costly. It also prepares the excitation of these auxiliary generators
Trouble,
especially when. the pendulum even at a relatively low speed of the
Generator should run or run up immediately when it starts up. Much more difficult
also the overall arrangement of the machine set on a structure of the auxiliary generator
the generator shaft. This is mostly the case with a vertical wave, especially also
when a very low overall height of the machines and thus of the nacelle
is strived for.
Gemäß der Erfindung werden diese Nachteile dadurch überwunden, daß
die zum Antrieb des Reglerpendels erforderlicheLeistung einer von dem Betriebszustand
des Generators unabhängigen Energiequelle entnommen sowie die Abhängigkeit der Drehzahl
des Reglerpendels von der Drehzahl der Kraftmaschine durch die Frequenz von Steuerimpulsen
hergestellt wird, die von einem an der Kraftmaschinenwelle angebrachten Impulsgeber
geliefert werden. Die zur Lieferung der Steuerimpulse dienende, mit der Turbinen-
oder Generatorwelle verbundene Vorrichtung kann in verschiedener an sich bekannter
Art ausgeführt werden. So kann für diesen Zweck beispielsweise eine mit Schaltkontakten
zusammenarbeitende Nockenscheibe benutzt werden. An Stelle der Nockenscheibe kann
auch eine aus isolierenden und leitenden Segmenten aufgebaute Kontaktscheibe vorgesehen
werden., auf der die Kontakte unmittelbar schleifen, oder aber eine zweckentsprechend
gestaltete Scheibe aus magnetischem Material, welche beim Vorbeilaufen. an einer
feststehenden Spule in dieser Spannungsstöße erregt. Um von mechanischen Kontakten,
die immer einer gewissen Wartung bedürfen, völlig unabhängig zu werden, kann man
auch zur Lieferung der Steuerimpulse eine Lichtzellenanordnung benutzen. Hierbei
wird auf der Turbinenwelle zweckmäßig eine Lochblende oder eine Spiegelvorrichtung
befestigt, die den von einer Lichtquelle stammenden Lichtstrahl periodisch im Rhythmus
der Wellenumdrehungen auf die Lichtzelle fallen läßt. Alle diese Anordnungen zur
Impulserzeugung zeichnen sich dadurch aus, daß sie nur außerordentlich wenig Platz
beanspruchen und ohne wesentliche Hilfskonstruktionen leicht an der Turbinenwelle
befestigt werden können.According to the invention, these disadvantages are overcome in that
the power required to drive the controller pendulum depending on the operating state
taken from the generator's independent energy source as well as the dependence of the speed
the controller pendulum from the speed of the engine through the frequency of control pulses
is produced by a pulse generator attached to the engine shaft
to be delivered. The one used to deliver the control impulses with the turbine
or generator shaft connected device can be in various known per se
Kind of run. For example, one with switch contacts can be used for this purpose
cooperating cam disc can be used. Instead of the cam disk can
a contact disk made up of insulating and conductive segments is also provided
be., on which the contacts slide directly, or an appropriate one
designed disc made of magnetic material, which when walking past. at a
fixed coil energized in this voltage surge. To avoid mechanical contacts,
that always require a certain maintenance to become completely independent, you can
also use a light cell arrangement to deliver the control pulses. Here
a perforated screen or a mirror device is expediently installed on the turbine shaft
fastened, the light beam coming from a light source periodically in rhythm
which lets the shaft revolutions fall onto the light cell. All of these arrangements for
Pulse generation are characterized by the fact that they only have extremely little space
stress and easily on the turbine shaft without essential auxiliary structures
can be attached.
Um die Steuerimpulse auf die Speisespannung für den Antriebsmotor
des Reglerpendels in der gewünschten Weise zur Wirkung zu bringen, kann man wie
folgt vorgehen: Te nachdem, ob als Hilfsstromquelle für den Antrieb des Pendelantriebsmotors
eine Gleichstrom- oder eine Wechselstroniquelle zur Verfügung steht, wird zwischen
diese Stromquelle und den Pendelantriebsmotor ein Wechsel- oder ein Umrichter geschaltet,
der in seinem Ausgangskreis eine ein- oder mehrphasige Wechselspannung erzeugt,
deren Frequenz von der Gittersteuerung bestimmt wird. Die Steuerimpulse werden auf
die Steuergitter dieses Wechsel- oder Umrichters so zur Einwirkung gebracht, daß
die Geschwindigkeit, mit der sie aufeinander folgen, die Frequenz für die dem Pendelantriebsmotor
zugeführte Spannung bestimmt. Besonders bei Verwendung von Photozellen zur Erzeugung
der Steuerimpulse ist diese Steuermethode von besonderem Vorteil, da die zur Steuerung
des Wechsel- oder Umrichters erforderlichen Steuerimpulse nur eine sehr geringe
Energie zu besitzen brauchen.To the control pulses on the supply voltage for the drive motor
to bring the control pendulum to effect in the desired way, one can how
Proceed as follows: Te after whether as an auxiliary power source for driving the pendulum drive motor
a direct current or alternating current source is available, is between
this power source and the pendulum drive motor are connected to an inverter or converter,
which generates a single or multi-phase alternating voltage in its output circuit,
whose frequency is determined by the grid control. The control pulses are on
the control grid of this inverter or converter brought into action that
the speed at which they follow each other, the frequency for the pendulum drive motor
applied voltage determined. Especially when using photocells for generation
the control impulses, this control method is of particular advantage because it is used for control
the inverter or converter required only a very small control pulses
Needing energy.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer Einrichtung zur
drehzahlabhängigen Reglung von Kraftmaschinen mit den Merkmalen gemäß der Erfindung
dargestellt. Auf der in Achsenrichtung gesehenen Turbinenwelle i ist ein Polygonspiegel
-2 angeordnet, auf den von der Lichtquelle 3 durch eine Spaltblende ein. schmaler
Lichtstrahl geworfen wird. Dieser Lichtstrahl wird durch den Polygonspiegel reflektiert,
so daß er mehrmals während jeder Umdrehung auf die Lichtzelle .4 fällt. Die hierdurch
erzeugten, in ihrer Frequenz der Drehzahl der Turbinenwelle i proportionalen Spannungsimpulse
werden über einen Verstärker 5 dem Steuerkreis eines Wechselrichters 6 zugeführt.
Dieser Wechselrichter 6 formt die der Hilfsgleichspannungsquelle 7 entnommene Energie
in Drehstrom um, dessen Frequenz von der Frequenz der von der Lichtielle4 gelieferten
Impulse abhängt bzw. mit dieser übereinstimmt. Dieser Drehstrom wird dann dem als
Synchronmotor ausgebildeten Antriebsmotor S für das Reglerpendel zugeführt. .In the drawing is an embodiment of a device for
speed-dependent control of prime movers with the features according to the invention
shown. On the turbine shaft i, seen in the axial direction, there is a polygon mirror
-2 arranged on the one from the light source 3 through a slit. narrower
Beam of light is thrown. This light beam is reflected by the polygon mirror,
so that it falls on the light cell .4 several times during each revolution. The result
generated voltage pulses proportional in their frequency to the speed of the turbine shaft i
are fed to the control circuit of an inverter 6 via an amplifier 5.
This inverter 6 forms the energy drawn from the auxiliary DC voltage source 7
into three-phase current, the frequency of which differs from the frequency supplied by the Lichtielle4
Impulse depends on or corresponds to this. This three-phase current is then used as the
Synchronous motor trained drive motor S supplied for the controller pendulum. .
Der Pendelantriebsmotor ist in dem gezeigtenAusführungsbeispiel als
gleichstromerregter Synchronmotor dargestellt. Die Gleichstromerregung bereitet
keine Schwierigkeiten, da ja ohnehin eine von der Generatorspannung unabhängige
Hilfsspannung zur Verfügung steht. Hierdurch wird eine volle Entlastung des Wechsel-
oder Umrichters vom Blindstrom und ein Gleichlauf von Turbinen-und Motorwelle gleich
vom Anlauf aus erreicht.The pendulum drive motor is in the embodiment shown as
DC synchronous motor shown. The DC excitation prepares
no difficulties, since it is independent of the generator voltage anyway
Auxiliary voltage is available. This fully relieves the burden on changing
or converter from reactive current and a synchronism of turbine and motor shaft the same
reached from start-up.
Zweckmäßig wird man Sicherheitseinrichtungen vorsehen, die die Stromaufnahme
des Wechsel- bzw. Umrichters überwachen und die auch den ordnungsmäßigen Zustand
der Lichtquelle prüfen. Diese Überwachungseinrichtungen können in Relais bestehen,
die im Störungsfall einen Impuls zur Unterbrechung der Energiezufuhr an die Kraftmaschine
liefern. Um größtmögliche Betriebssicherheit gegen Störungen zu erreichen, können
für
die Lichtquelle 3 zwei Lampen vorgesehen werden, von denen sich die eine selbsttätig
einschaltet, wenn die andere durchbrennt. Ebenso werden auch der Verstärker und
gegebenenfalls auch der Stromrichter mit zweckmäßig parallelschaltbaren Röhren bestückt.Appropriately, one will provide safety devices that reduce the power consumption
of the inverter or converter and also the proper condition
check the light source. These monitoring devices can consist of relays,
which, in the event of a malfunction, sends a pulse to interrupt the energy supply to the engine
deliver. In order to achieve the greatest possible operational safety against malfunctions,
for
the light source 3 two lamps are provided, one of which is automatic
turns on when the other one burns out. Likewise, the amplifier and
if necessary, the converter can also be equipped with tubes that can be connected in parallel.