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Einrichtung zur selbsttätigen Verteilung der Belastung auf zwei oder
mehrere parallelgeschaltete Maschinen Bei der gleichzeitigen Regelung mehrener Maschinen
auf Frequenz, Leistung (Wirk-oder Blindleistung), Spannung und ähnliche Größen tritt
die Aufgabe auf, die Belastung auf die einzelnen Maschinen zu verteilen. Für diese
selbsttätige Verteilung der Belastung werden verschiedene Verfahren angewendet.
Man kann z. B. die Maschinen mit statischen Reglern versehen, wobei sich dann die
Maschinen entsprechend ihren statischen Kennlinien an den Belastungen beteiligen.
Zur Veränderung des Belastungsanteils kann man die üblichen Mittel zur Änderung
der Neigung oder zur Parallelverschiebung der Reglerkennlinien anwenden. Die Verwendung
von statischen Reglern hat den grundsätzlichen Nachteil, daß die Regelgröße nicht
auf einen konstanten Wert gehalten wird, sondern sich in Abhängigkeit von der zur
Statisierung des Reglers dienenden Größe verändert. Andere bekannte Verfahren
vergleichen die Leistung der Maschinen untereinander oder mit der einen Führermaschine
und lassen nur solche Regelbefehle auf die :Maschine einwirken, welche im Sinne
der gleichmäßigen Verteilung der Belastung wirken. Dieses
Verfahren
gewährleistet die vorgeschriebene Lastaufteilung nicht zwangsläufig, zudem ist es
nicht für stetig arbeitende Regeleinrichtungen geeignet.
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Für stetig arbeitende Regeleinrichtungen hat man direkt wirkende Ausgleichsschaltungen
verwendet, bei denen man Widerstandsgeher in Potentiometerschaltung an die Leiträder
oder Ventilsteuerwellen der Kraftmaschinen anhaut und all die Abgriffe der Potentiometer,
deren Stellung von der Stellung der 1_eiträder oder Ventile abhängig ist, Ausgleichswicklungen
der Maschinenregler legt. Solange in diesen Ausgleichswicklungen Ströme fließen,
erzwingen sie ein Arbeiten der einzelnen 11aschinenregler. Hierdurch wird die gewünschte
Lastverteilung sichergestellt, ohne daß eine Rückwirkung auf den selbsttätig einge
regelten Wert zustandekommt.
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Fig. i zeigt eine bekannte Ausgleichsschaltung für die Verteilung
der Belastung auf zwei parallelgeschaltete Maschinen. i und i r sind Potentiometer,
die mit den für die Belastung der Maschinen maßgehenden Steuerorganen, z. B. Leiträdern
oder Ventilen, gekuppelt sind. -2 und 12 sind die elektrischen Regler zweier Maschinen,
welche die Ausgleichswicklungen 3 und 13 besitzen. Die beiden Ausgleichswicklungen
wirken im entgegengesetzten Sinne auf die Regler ein und sind in Reihe geschaltet.
Die Regler sind nur hei Stromlosigkeit im Gleichgewicht, Sie arbeiten deshalb so
lange, bis die Potentiotneterabgriffe einander entsprechen und in den Ausgleichswicklungen
kein Strom mehr fließt. Wird also eine der Maschinen von Hand geregelt, so wird
die zweite zwangsläufig nachgeführt. Man kann auch die Maschinen selbsttätig regeln,
beispielsweise auf Frequenz. Übergabeleistung od. dgl. In diesem Fall erhalten die
Regler zweite Wicklungen .I und 14, die beide gleichsinnig auf die Regler einwirken.
Es ist auch möglich, nur eine Maschine selbsttätig zu regeln und die andere durch
die Ausgleichsschaltung nachzufühlen.
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Eine derartige Anordnung gibt annähernd gleichmäßige Lastverteilüng
zwischen Leerlauf und Vollast. Durch Zwischenschaltung von Kurvenscheiben in den
Antrieben der Potentiometer ist auch die Verteilung der Belastung nach einem beliebigen
Gesetz, beispielsweise nach dem besten Gesamtwirkungsgrad, möglich. Der Nachteil
dieser Allordnungen liegt in der starren'Zuordnung der Maschinen zueinander, die
vielfach nicht brauchbar ist. Handelt es sich um Hoch-, Mittel- oder Niederdruekturbi
en oder um Kraftwerke mit mehreren Gefällshöllen, so muß der Lastbereich der einzelnen
;Maschinen, der aus anderen Rücksichten bestimmten Kesselleistung oder U'asserzuführung
angepaßt werden. Auch die Rücksicht auf die Kupplungsleitungen oder Kuppeltransforinatoren
erfordert in manchen Fällen Anpassung der L astverteilung. Andererseits ist man
bestrebt, die Lastschwankungen auf eilte größtmögliche Anzahl voll Maschinen aufzuteilen,
wodurch sich die Lastschwankungen der einzelnen Maschinen im Betrieb verringern,
im Störungsfalle aber eine große regelfähige Leistung zur Verfügung steht. Es besteht
auch vielfach das Bedürfnis, die Beteiligung der einzelnen Maschinen an den Lastschwankungen
verändern zu können, <1a mit Rücksicht auf Wirtschaftlichkeit oder andere Betriebsforderungen
einige Maschinen normalerweise keinen allzuhohen Lastschwankungen ausgesetzt werden
sollen. Die Nachteile der starren Zuordnung der 1Iaschinen lassen sich erfindungsgemäß
dadurch vermeiden, daß mit den Geräten, welche eine sich mit der Belastung der zugeordneten
Maschine nach einem bestimmten Gesetz ät1-ciertide Spannung oder einen Strom eitistellen
und der Ausgleichsschaltung zuführen. besondere Einstellorgane verbunden sind. «-elche
den Grad der mittleren Belastung oder/und den Grad der Beteiligung der Maschinen
an Lastschwankungen beliebig einzustellen gestatten.
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In den Figuren sind verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung
dargestellt. Fig.2 zeigt eine Anordnung zur Verteilung der Belastung auf zwei Maschinen,
bei der der Grad der mittleren Belastung der Maschinen verändert werden kann. Der
Grad der mittleren Belastung ist hierbei etwa gleich dein zeitlichen Mittelwert
der 13e -lastung, voll dem die Maschinenhelastununter dem Einfloß der betriebsmäßig
auftretenden Belastungsschwankungen nach oben oder unten abweicht. Er gibt an, ob
die Maschine unter Zugrundelegung einer mittleren Gesamtlast stark oder schwach
belastet werden soll. :Man kann diesen Grad der mittleren Belastung für jede Maschine
einzeln einstellen.
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In der Fig. 2 sind mit i und t i div# Potentiometer bezeichnet, welche
an den Verstellorganen der h,iden zu regelnden Maschinen angeordnet sind. 2 und
12 sind die den Maschinen zugeordneten elektrische» Regler mit den Ausgleichswicklungen
3 und 13 und den Ha.uptregelwicl:lungen .4 und 14. Den beiden Enden der Potentiometer
i und i i 'sind je zwei Widerstände j und 15 vorgeschaltet, deren Abgriffe gemeinsam
und gleichsinnig nach oben oder unten verstellt werden können. Die- zueinander gehörenden
V2rstellbewegungen der Abgriffe der einzelnen Doppelwiderstände 5 und 15
sind durch I?infachpfeile bzw. Doppelpfeile gekennzeichriet.
Durch
die Betätigung eines der Doppelwiderstände wird die Gesamtspannung an dem zugehörigen
Potentiometer i bzw. i i in ihrer Größe nicht verändert, jedoch werden die Spannungen
an den Potentiometern gegeneinander verschoben, so daß gleichen Spannungen an den
Potentiometern verschiedene Einstellungen der Verstellorgane der Maschinen und damit
verschiedene Maschinenbelastungen zugeordnet sind. Man kann auf diese Weise eine
beliebige Zuordnung der Maschinenbelas,ungen zueinander herbeiführen. Betätigt man
die beiden Doppelwiderstände 5 und 15 ilp gegenläufigen Sinne, d. h. also einen
im Sinne einer Verringerung der Maschinenbelastung, den anderen im Sinne einer Vergrößerung
der Maschinenbelastung, so' kann auch Stromlosigkeit der Ausgleichsschaltung und
damit der Reglerspnlen 3 und 13 erzielt werden, wenn sich eine Maschine auf Vollast
und die andere auf Leerlauf befindet. Treten hei dem Ausführungsbeispiel- nach dieser
Figur Belastungsänderungen auf, so, beteiligen sich beide Maschinen, ausgehend voll
dem eingestellten Lastpunkt, gleichmäßig an der Übernahme der Belastungsschwankungen.
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Fig. 3 zeigt .eine Schaltung, die den Grad der Beteiligung der einzelnen
Maschinen an Belas.tungsschvvankungen einzustellen gestattet. Die Schaltung ist
dabei wiederum für die Einregelung zweier Maschinen dargestellt. Wenn leide Maschinen
beispielsweise finit 2o MW belastet sind und es tritt ein Lastzuwachs von io MW
ein, so kann man mit Hilfe der Schaltung nach Fig.3 einstellen, zu welchem Prozentsatz
sich d-ie beiden Maschinen an diesem Belastungszuwachs beteiligen. Man kann die
Einstellung beispielsweise so vornehmen, daß die eine Maschine .4.o °/o und die
andere Maschine 6o% der Belastungsänderung übernimmt.
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Die Schaltung nach Fig. 3 hat grundsätzlich den gleichen Aufbau wie
die nach Fig. 2. Die Doppelwiderstände 6 und 16, welche den beiden Enden der Potentiometer
i und i i vorgeschaltet sind, sind jedoch so eingestellt, daß sie sich bei einer
Verschiebung ihrer Abgrifft> im gegenläufigen Sinne, verändern. Auf diese Weise
kann den Potentiometern i und i i beliebig Widerstand vorgeschaltet werden., wodurch
sich die an den Potentiometern liegende Gesamtspannung ändert. Es können also den
gleichen Spannungsänderungen an dem Potentiometer verschiedene Verstellwege der
Verstellorgane der Maschinen und damit verschiedene Belastungsänderungen zugeordnet
werden. Ist der Vorwiderstand vor dem Potentiometer klein,- so ist die an dein Potentio.meter
liegende Gesamtspannung groß, und einer be= stimmten Spannungsänderung am Potentio@meter
ist mir eine kleine Verstellung des Verstellorgans der Maschine zugeordnet. Die
Beteiligung der betreffenden Maschine an einer Lastschwankung ist also gering. Entsprechend
setzt ein großer Vorwiderstand vor dem Potentiometer die Beteiligung der betreffenden
'Maschine an der Lastschwankung herauf. Stehen die Potentiometer in der Mittelstellung,
so erfolgt .eine Störung des augenblicklichen Gleichgewichtes durch die Betätigung
der beiden Doppelwiderstände 6 und 16 nicht.
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Beschränkt sich die Lastaufteilung. nur auf zwei Maschinen, so können
die Einstellvorrichtungen nur für eine Maschine vorgesehen werden, hei der zweiten
Maschine jedoch fortgelassen werden.
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Wünscht man eine betriebsmäßige Änderung sowohl des Grades der mittleren
Belastung als auch des Grades der Beteiligung der Maschinen an Lastschwankungen,
so können auch die beiden Anordnungen nach Fig. 2 und 3 kombiniert «-erden, so wie
es die Fig. d. zeigt. Da in dieser Figur die gleichen Bezugszeichen wie in den beiden
vorangehenden Figuren verwendet sind, ist die Wirkungsweise dieser _'lnordnungen
ohne weiteres verständlich. Die gleichsinnig wirkenden Doppelwiderstände 5 und 15
ges.tatteil die Wahl des Grades der mittleren Belastung, die gegensinnig wirkenden
Doppelwiderstände 6 und 16 die Wahl des Grades der Beteiligung der Maschinen an
Lastschwankungen. Deckt sich der bei den Maschinen eingestellte Lastpunkt mit der
tatsächlichen Belastung, so kann auch hier der Beteiligungsgrad verändert werden,
ohne den augenblicklichen Gleichgewichtszustand zu stören.
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Die Schaltungen nach Fig. 2, 3 und .I lassen sich auch in entsprechender
Abwandlung für eine beliebig große Anzahl von Maschinensätzen erweitern. Fig. 5
zeigt eine derartige Anordnung für drei Maschinen. Bei dieser Anordnung sind die
Ausgleichswicklungen 3, 13 und 23 der Regler- 2, 12 und 22 in Sternschaltung miteinander
verbunden, so daß die Ausgleichströnie, stets im richtigen Sinne und in der richtigen
Größe auf die einzelnen Maschinenregler einwirken. In Fig. 5 sind mit i, 11 und
21 die Potentioineter bezeichnet, welche an den Verstellorganen der beiden zu regelnden
Maschinen angeordnet sind, 5, 15 und 25 sind Doppel-'widerstände, deren Abgriffe
gemeinsam und gleichsinnig nach oben oder unten verstellt werden können. Durch sie
kann für jede Maschine der Grad der mittleren Belastung eingestellt werden. 6, 16,
26 sind Doppelwiderstände, die gemeinsam gegensinnig verstellt
werden,
mit deren Hilfe der Grad der Beteiligung der Maschinen an Lastschwankungen eingestellt
wird.
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Auch bei dem selbsttätigen Lastausgleich für it-Maschinen genügt es,
n - i-Einstellvorrichtungen für die Wahl des Grades der mittleren Belastung und
des Beteiligungsgrades vorzusehen. Im allgemeinen wird man jedoch die Schaltung
symmetrisch aufbauen.
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In vielen Fällen werden nicht Potentiometerwiderstände zum Zwecke
des Lastausgleiches an den Maschinen, angebaut, sondern es werden Geräte verwendet,
die eine der Belastung genau oder annähernd verhältnisgleiche Spannung liefern.
Auch bei derartigen Einrichtungen ist die Wahl des Grades der mittleren Belastung
und des Grades der Beteiligung der Maschinen an Lastschwankungen möglich. EineAnordnung
dieser Art zeigt die Fig.6, bei der die den Belastungen verhältnisgleichen Spannungen
von Drehreglern geliefert werden, welche mit den Verstellorganen der zu regelnden
Maschinen gekuppelt sind.
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In Fig. 6 sind mit i und i i zwei als Drehtransformatoren ausgebildete
Drehregler bezeichnet, die durch die Verstellorgane der Maschinen verstellt werden
und eine der Leistung der Maschinen verhältnisgleiche Spannung abgeben. Die beiden
Spannungen werden in den Gleichrichtern 7 und 17 gleichgerichtet und liefern so
an den Widerständen 611 und 1611 je eine den Leistungen verhältnisgleiche Gleichspannung.
Um den Grad der mittleren Belastung wählen zu können, wird den an den Widerständen
611 und 1611 auftretenden Spannungen je eine wählbare Gleichspannung entgegengeschaltet.
Diese Gleichspannungen werden über die Transformatoren 9 und i9 und die Gleichrichter
8 und 18 ebenfalls einem Wechselstromhilfsnetz entnommen. Die Höhe der Cegenspannung
kann durch die Potentiometerwid!e:rstände 5 und 15 beliebig eingestellt werden.
Über die beiden Widerstände 6b und 16U, welche in Reihe zu den Widerständen 611
und 1611 geschaltet sind, werden die Gegenspannungen zu den den Leistungen verhältnisgleichen
Gleichspannungen gegengeschaltet. In den Ausgleichswicklungen 3 und 13 fließt also
nur dann kein Strom, wenn die Summe aller gegeneinander geschalteten Spannungen
gleich Null ist. Mit Hilfe der als Doppelwiderstände geschalteten Potentiometer
611. 6b. 16a, 16b können die Beteiligungsgrade der Maschinen an Last-' schrvankungen
eingestellt werden. Zu diesem Zweck werden die Widerstände 611 und 6b bzw. 16a und
16b gemeinsam im ge'genläufig'en Sinne verstellt, und es werden hierbei proportionale
Teile von den ein Maß für die Maschinenleistungen bildenden Spannungen und den den
Lastpunkt bestimmenden Gegenspannungen abgegriffen. Auch bei dieser Anordnung kann
man den Beteiligungsgrad verändern, ohne daß eine Störung des Gleichgewichtes eintritt,
wenn der gewählte Lastpunkt und die tatsächliche Belastung übereinstimmen.
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Die Einrichtung zur betriebsmäßigen Wahl des Grades der mittleren
Belastung und des Grades der Beteiligung der Maschinen an Lastschwankungen kann
auch in solchen Fällen angewendet werden, in denen die Maschinenbelastung durch
einen verhältnisgleichen Stromdargestellt wird. Prinzipiell kann hier die gleiche
Anordnung wie nach Fig. 6 verwendet werden. Praktisch ergeben sich jedoch häufig
Schwierigkeiten durch die geringe zur Verfügung stehende Leistung, beispielsweise
bei Verwendung von Meß-"vertumformern, die einen der elektrischen Leistung proportionalen
Gleichstrom abgeben. In solchen Fällen wird zweckmäßigerweise eine Schaltung gemäß
Fig. 7 verwendet.
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In Fig. 7 sind i, i i, 21 Meßwertumformer, welche die beispielsweise
nach dem Verfahren der Drehmomentenkompensation gemessene elektrische Maschinenleistung
in einen verhältnisgleichen Gleichstrom umformen. 7, 17 und 27 sind die Meßwerke
für die Maschinenleistung. 8, i8 und 28 sind die Kompensationssysteme. Die Meßwertumformer
steuern auf irgendeine bekannte Weise, in Fig. 7 damgestellt durch die steuerbaren
Stromquellen 9, i9 und 29, den. Stromfluß durch die Kompensationssysteme so, daß
Gleichgewicht der Drehmomente der Leistungsmeßwerke und der Kompensationssysteme
besteht. Die Kompensationssysteme der Meßwertumformer sind in einem Ring zusammengeschaltet,
während die Ausgleichswicklungen 3, 13 und 23 der Regler 2, 12 und 211 in die zum
Mittelpunkt des Ringes führenden Verbindungsleitungen geschaltet sind. Bei LTbereinstimmung
der Kompensationsströme sind die Ausgleichsspulen stromlos.
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Die mittlere Belastung läßt sich hei dieser Anordnung dadurch einstellen,
daß jedem Meßwertumformer ein Vordrehmoment gegeben wird, welches einen Teil des
Drehmomentes des Leistungsmeßwerkes kompensiert. Wie in der Figur angegeben, werden
diese Vordrehmomente durch je eine weitere Wicklung erzeugt, deren Strom über die
Widerstände 5. 15 und 25 zugeführt wird. Die Widerstände gestatten eine Einstellung
des Vordrehmomentes. Die Meßwertumformer liefern also nur Ströme, die der Abweichung
der :Maschinenleistung von den an
den Widerständen 5,
15 und 25 eingestellten Leistungen proportional sind. Auf diese Weise ist
eine beliebige Zuordnung der mittleren Maschinenbelastungen zueinander gewährleistet.
Der Grad der Beteiligung der Maschinen an Belastungssch-,vankungen läßt sich durch
die Widerstände 6, 16 und 26 einstellen, die als Nebenwiderstände zu den Kompensationssystemen
geschaltet sind. Durch sie wird der Proportionalitätsfaktor zwischen Leistungsineßwerk
und Kompensationsstrom verändert. Bei Einstellung eines hohen äußeren Kompensationsstromes
wird die Lastbeteiligung der betreffenden Maschinen herabgesetzt, bei Wahl eines
kleinen-Stromes dagegen gesteigert. Auch bei dieser Anordnung tritt keine Störung
des augenblicklichen Gleichgewichtszustandes bei Verstellung der Lastbeteiligung
ein, sofern die gewählten Lastpunkte mit der tatsächlichen Belastung übereinstimmen.