DE72282C - Verfahren, die Belastung parallel geschalteter Wechselstrommaschinen ohne Gefährdung ihres Synchronismus von einer Centralstelle aus zu reguliren - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

KLASSE 21: Elektrische Apparate.

SIEMENS & HALSKE in BERLIN.

Patentirt im Deutschen Reiche vom 2. November 1892 ab.

Parallel geschaltete Wechselstrommaschinen müssen genau synchron laufen. Den Synchronismus der Maschinen pflegt man durch gute Centrifugalregulatoren an den die Maschinen betreibenden Dampfmaschinen herzustellen. Zur Herstellung der Gleichförmigkeit der Umdrehung bei allen Maschinen werden aufserdem noch andere Vorrichtungen gebraucht, die aber hier nicht betrachtet werden sollen.

Die Wirkungsweise der Centrifugalregulatoren ist in gewissem Grade von der Belastung der Dampfmaschinen, die sie regeln, abhängig; d. h. mit anderen Worten: wenn ein Regulator auf eine genau bestimmte Tourenzahl einstellen soll, so mufs die zu ihm gehörige Dampfmaschine eine ganz bestimmte Belastung haben; daraus folgt, dafs, wenn zwei Wechselstrommaschinen nur durch Centrifugalregulatoren auf Synchronismus gebracht oder erhalten werden sollen, dafs dann jede von ihnen ihre bestimmte Belastung haben mufs oder, was dasselbe ist, dafs man nicht die Belastung einer dieser Maschinen willkürlich verändern kann, ohne den Synchronismus des Systems zu gefährden. Dieser Uebelstand macht sich ganz besonders bemerkbar dann, wenn man aufser den bereits an das Netz angeschlossenen Wechselstrommaschinen noch eine neue an das Netz anschliefsen, ferner dann, wenn man von den parallel auf das Netz arbeitenden Maschinen eine ausschalten will. Bevor man nämlich eine Maschine zu den bereits laufenden parallel schaltet, mufs man sie auf genau synchronen Gang mit diesen bringen. Da aber die bereits eingeschalteten Maschinen belastet sind, die neu einzuschaltenden dagegen nicht, so stellen die Regulatoren der eingeschalteten und der einzuschaltenden Maschinen, wenn sie auch normal genau gleichartig wirken, in diesem Fall doch nicht auf gleiche Umdrehungszahlen ein. Daraus ergiebt sich, dafs die Herstellung des für die Parallelschaltung erforderlichen Synchronismus durch die Centrifugalregulatoren allein, d. h. ohne Mitbenutzung weiterer Hülfsmittel, unmöglich ist.

Etwas ähnliches zeigt sich beim Ausschalten einer Maschine. Vor dem Ausschalten mufs man bekanntlich erst die Belastung der auszuschaltenden Maschine bis auf Null verringern, damit ihre Ausschaltung aus dem Netz kein zu starkes Feuer am Ausschalter und keine plötzliche Störung der Stromvertheilung hervorruft. Aufserdem fallen beim Ausschalten einer belasteten Wechselstrommaschine leicht die eingeschaltet bleibenden Maschinen aus dem Synchronismus heraus, da deren plötzliche Mehrbelastung ihren Gang je nach der Stellung der Kurbeln, d. h. je nach der Gröfse des augenblicklichen Druckes der sie treibenden Dampfmaschinen in ganz verschiedener Weise beeinflufst. Sobald man nun versuchen wollte, die Belastung der auszuschaltenden Wechselstrommaschine zu verringern, etwa dadurch, dafs man, wie bei Gleichstrommaschinen, die Schenkelerregung abschwächt, so müfste sich der Centrifugalregulator der sie antreibenden Dampfmaschine, damit er entsprechend seiner gröfseren Geschwindigkeit den Dampfzuflufs verringern kann, auf eine etwas gröfsere Tou renzahl einstellen, d. h. der Synchronismus müfste aufhören. Das wäre auch bei gröfseren Belastungsänderungen sofort der Fall, kleinere

Aenderungen der Belastung wirken allerdings noch nicht in dieser Weise, da die bekannte Einwirkung der parallel geschalteten Maschinen noch im Stande wäre, den Synchronismus aufrecht zu erhalten. So lange aber der Synchronismus vorhanden ist, verändert sich die Einstellung des von dem Centrifugalregulator beeinflufsten Ventils nicht, d. h. die Belastung könnte überhaupt nicht merklich verändert werden, und wenn im Netz Belastungsänderungen auftreten, so müssen sämmtliche Maschinen in gleichem Mafse an diesen Belastungsänderungen theilnehmen.

Unter diesen Umständen pflegt man das Zusammenschalten und Trennen von Wechselstrommaschinen in anderer Weise vorzunehmen, nämlich dadurch, dafs man die Maschinen erst dann parallel zu einander schaltet oder ihre Parallelschaltung erst dann unterbricht, wenn beide Maschinen die entsprechenden Belastungen besitzen, d. h. wenn die Centrifugalregulatoren beider wirklich genau auf Synchronismus einzustellen bestrebt sind, also genau wie man das früher bei Gleichstrommaschinen zu machen pflegte. Hierfür ist aber erforderlich, dafs für die jeweilig an das Netz anzuschliefsende oder von dem Netz loszulösende Maschine ein ihrer gewöhnlichen Belastung entsprechender Belastungswiderstand, der für gewöhnlich nicht mit dem Netz in Verbindung steht, vorhanden ist. Mit diesem . Belastungswiderstand lassen sich freilich die in Rede stehenden Umschaltungen ausführen; aber die Umschaltung selbst erfordert in den Belastungswiderständen und in deren Schaltvorrichtungen so umständliche Hülfsmittel, dafs es wünschenswerth ist, diese übliche Art der Umschaltung durch eine ebenso leicht ausführbare und dabei doch einfachere zu ersetzen. Man kann das in folgender Weise ausführen:

Die Centrifugalregulatoren der die Stromerzeugung betreibenden Dampfmaschinen werden mit einer Verstellvorrichtung versehen. Diese Vorrichtung soll bewirken, dafs die Centrifugalregulatoren bei derselben Geschwindigkeit den Dampfmaschinen einen gröfseren oder geringeren Dampfverbrauch gestatten, so dafs man die Belastung jeder Maschine ohne Gefährdung des Synchronismus einfach dadurch regeln kann, dafs man durch diese Verstellung der Centrifugalregulatoren die Dampfzufuhr zu den Maschinen, wie es gerade der Betrieb erfordert, verändert. Die Art, wie diese Verstellung der Regulatoren bewirkt werden kann, wird von den jeweiligen Umständen abhängen. Man kann z. B., wie es in der beiliegenden Zeichnung dargestellt ist, auf den Centrifugalregulator einen Hebelarm H, an dem eine Feder befestigt ist, so wirken lassen, dafs durch die veränderliche Spannung der Feder die Gegenwirkung gegen die Centrifugalkraft vergröfsert oder vermindert wird. Man kann auch auf dem Hebelarm ein Laufgewicht so befestigen, dafs durch Veränderung der Stellung dieses Laufgewichtes in der einen oder anderen Richtung (etwa durch einen Elektromotor) der Druck, der durch diesen Hebelarm auf den Regulator ausgeübt wird, geändert werden kann. Der Regulator kann dann bei grofser Empfindlichkeit stark statisch eingerichtet werden, so dafs die Umdrehungszahlen der einzelnen parallel geschalteten Maschinen bei Aenderungen der Belastung des Netzes aperiodisch ihren neuen Beharrungszustand annehmen. Nimmt z. B. die Belastung der Gesammt-Maschinenanlage ab, so wird zunächst der Regulator jeder Dampfmaschine die verminderte Dampfzufuhr durch Einstellung auf eine gröfsere Geschwindigkeit herstellen. Darauf werden die Regulatoren verstellt, so dafs sie bei jeder Maschine dieselbe geringe Dampfzufuhr bei der früheren geringeren Geschwindigkeit bewirken. Zur weiteren Regelung ist dann noch eine Veränderung der Stromstärke in den Erregerschenkeln nöthig, da die Spannung der Wechselstrommaschinen bei der eingetretenen Verringerung ihrer Stromstärken auch bei gleichbleibender Geschwindigkeit wächst. Verstellt man in einer Gruppe mehrerer parallel geschalteter Wechselstrommaschinen den Regulator einer der antreibenden Dampfmaschinen, so wird dadurch bewirkt, dafs deren Arbeitsleistung sich entweder erhöht oder erniedrigt, da ihre Umdrehungszahl durch das Bestreben der Wechselstrommaschinen, im Synchronismus zu verharren, im Grofsen und Ganzen dieselbe bleibt. Man kann auch ohne Weiteres durch Verstellung des Centrifugalregulators die Leistung und. damit die Stromstärke einer Maschine auf Null bringen, und wenn dieser Punkt erreicht ist, die Maschine ausschalten. Umgekehrt kann man auch auf diese Weise die Spannung und die Umdrehungszahl einer einzuschaltenden Maschine genau auf den Werth der Spannung und der Umdrehungszahl der übrigen des Vertheilungsnetzes bringen, so dafs man sie, ohne dafs eine vorherige Belastung durch einen Belastungswiderstand nöthig wäre, ohne Weiteres an das Netz anschliefsen kann.

Um aber dieses Verfahren, den Betrieb zu regeln, wirklich benutzen zu können, ist es nothwendig, das ganze System so einzurichten, dafs man die beschriebene Regelung sämmllicher Dampfmaschinen von einem Punkte aus vornehmen kann, und zwar von dem Punkte aus, wo sämmtliche Mefs- und Regelvorrichtungen der Anlage vereinigt sind. Zu diesem Zweck werden alle Verstellvorrichtungen der Centrifugalregulatoren so mit dem Schaltbrett verbunden, dafs an diesem sämmtliche erforderlich werdenden Verstellungen der Regulatoren vorgenommen werden können.

Diese Vereinigung der Regelungseinrichtungen der ganzen Anlage am Schaltbrett ist der Grundgedanke der vorliegenden Erfindung; in welcher Weise die Verstellung der Centrifugalregulatoren bewirkt werden kann, ergiebt sich für den Fachmann von selbst. Man kann die Verstellung z. B. dadurch bewirken, dafs, wie in der beiliegenden Zeichnung dargestellt ist, eine Feder F vom Schaltbrett aus durch eine Schnur mehr oder weniger gespannt wird. Oder man kann durch einen kleinen Elektromotor, den man vom Schaltbrett aus vorwärts und rückwärts laufen lassen kann, die Stellung eines Laufgewichtes verändern, das auf einem auf den Regulator wirkenden Hebelarm H beweglich befestigt ist. Ferner kann man auch durch veränderliche Anziehung des Hebelarmes H durch einen Elektromagnet, dessen Strom am Schaltbrett geregelt wird, auf den Regulator einwirken. Das sind aber Einzelheiten, die der constractiven Ausführung überlassen bleiben müssen.

Es ist ersichtlich, dafs diese Regulirung der Dampfzufuhr vom Schaltbrett aus ein sehr einfaches und wirksames Mittel zur Regelung des ganzen Betriebes ist. Das Ein- und Ausschalten von Wechselstrommaschinen wird dadurch ebenso einfach, als es bisher schon die Parallelschaltung von Gleichstrommaschinen war, die man ebenfalls vom Schaltbrett aus vollständig beherrschen konnte. Da das Wesen der vorliegenden Erfindung nicht darin besteht, dafs gerade das von dem Centrifugalregulator regulirte Ventil vom Schaltbrett aus beeinflufst wird, so ist die Methode mit einigen Abänderungen auch bei solchen Maschinen anwendbar, die nicht durch einen Centrifugalregulator, sondern von .Hand regulirt werden. Man braucht bei diesen Maschinen nur die Drosselklappe mit einer geeigneten Vorrichtung zu versehen, dafs sie vom Schaltbrett aus verstellt werden kann. Durch unmittelbare Verstellung dieser Drosselklappe wird dann bei beabsichtigten Belastungsänderungen der Maschine genau dasselbe erreicht, was nach dem zuerst beschriebenen Verfahren durch die Verstellung des Centrifugalregulators und die dadurch bewirkte Verstellung des von dem Centrifugalregulator beeinflufsten Ventils erreicht wurde.

Da das im Vorstehenden beschriebene Verfahren, den Betrieb vom Schaltbrett aus zu regeln, in genau derselben Weise bei Gleichstrom- wie bei W'echselstrombetrieb angewendet werden kann, erstreckt sich der nachstehende Patent-Anspruch ebenso gut auf Gleichstromwie auf die.in der Beschreibung besonders berücksichtigten Wechselstromvertheilungsanlagen.

Dafs nicht nur Dampfmaschinen, sondern auch alle anderen Arten von Kraftmaschinen, deren Leistung durch unmittelbare oder mittelbare Verstellung von Ventilen verändert werden kann, auf die hier beschriebene Weise geregelt werden können, wird als selbstverständlich erachtet.

Claims (1)

1. Patent-Ansprüche:

   r. Das Verfahren, in Elektricitätswerken zur Erzeugung von Gleichstrom oder Wechselstrom, in denen die je von einer einzelnen Dampfmaschine getriebenen Stromerzeugermaschinen parallel geschaltet werden, mittelst mechanischer oder elektrischer Kraftübertragung die Centrifugalregulatoren sämmtlicher Dampfmaschinen während des Betriebes von einer Stelle aus zu regeln, zu dem Zweck, die Geschwindigkeit parallel zu schaltender Maschinen auf eine genau vorgeschriebene Gröfse zu bringen oder umgekehrt die Belastung einer beliebigen der bereits parallel geschalteten Maschinen bei gleichbleibender Geschwindigkeit auf eine genau vorgeschriebene Gröfse (in der Regel Null) zu bringen.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen.