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Einrichtung zur Steuerung der Durchgangsleistung umlaufender Frequenzumformer
Zur Leistungsübertragung von Netzen verschiedener Frequenzen werden umlaufende Frequenzumformer
verwendet. Die Durchgangsleistung wird gewöhnlich mit Hilfe eines Reglers gesteuert,
auf den ein der Durchgangsleistung und ein der Frequenz des einen der beiden Netze
bzw. deren Schlupf proportionales Drehmoment in entgegengesetztem Sinn derart einwirken,
daß bei bestimmten einander zugeordneten Werten dieser Größen Gleichgewicht im Regler
herrscht. Bei Änderung dieses Gleichgewichtes wird dann durch Reglerimpulse eine
Steuerung der Durchgangsleistung so lange bewirkt, bis eine neue Gleichgewichtslage
hergestellt ist. Je nach der Abweichung der Frequenz des einen der Netze oder des
Schlupfes der beiden Netze wird dann eine bestimmte Leistung übertragen. In vielen
Fällen ist es jedoch erwünscht, den Umformer möglichst konstant oder nach einem
bestimmten Fahrplan zu belasten. Allerdings muß dann dafür
Sorge
getragen «-erden, daß in gewissen Fällen keine unzulässigen Betriebsbedingungen
auftreten. Wenn nämlich der Umformer plötzlich entlastet wird, würde ein auf bestimmte
Leistung eingestellter Regler dauernd bestrebt sein, für die Lieferung dieser Leistung
zu sorgen, d. 1i. den Umformer zum Durchgehen zu bringen, bis er von der Schutzeinrichtung
abgeschaltet wird.
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Ebenso kann der Fall eintreten, daß das zu speisende Netz aufgetrennt
wird, so daß dem Umformer die Aufgabe zufällt, einen bestimmten Abschnitt zu speisen,
der eine erhöhte Leistung erfordert. Liegt der Bedarf Tiber dem am Leistungsregler
eingestellten konstanten oder fahrplanmäßigen Wert, dann würde der Umformer plötzlich
abgebremst werden und außer Tritt fallen. Umgekehrt würde bei einer zu kleinen Leistungsanforderung
der Umformer wie im ersten Fall durchgehen.
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Alle diese Nachteile werden nach der Erfindung dadurch vermieden.
daß bei einem Regler. auf den irr an sich bekannter Weise ein der Durchgangsleistung
und ein der Frequenz des einen der beiden Netze bzw. deren Schlupf proportionales
Drehmoment in entgegengesetztem Sinn derart einwirken. daß Reglergleichgewicht bei
bestimmten, einander zugeordneten Werten dieser Größen herrscht, die Frequenzabhängigkeit
des die Frequenz des einen der beiden Netze bzw. deren Schlupf berücksichtigenden
Drehmoments innerhalb eines bestimmten Frequenzbereichs aufgehoben und dafür das
Drehmoment willkürlich beeinflußt. insbesondere konstant gehalten wird.
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Zur Steuerung des von der Frequenz abhängigen Systems des Reglers
wird ein vom Ist- und Sollwert der Durchgangsleistung abhängiges Organ vorgesehen.
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In Abb. i ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es
handelt sich dabei uin eine U mformeranlage, die aus einem >operiodigen -Netz i
ein 1ä=/aperiodiges Bahnnetz z speist. Der Umformer besteht aus einer fremderregten
Asynchronmaschine 3, die mit einer Svnelironmascliine .I gekuppelt ist. Die Fremderregung
wird durch eine Erregermaschine @ mit Hilfserregermaschirie 6 durchgeführt, die
ihrerseits durch ein Erregeraggregat 7 gesteuert wird. Die Gleichstrommaschine 8
dieses Erregeraggregats wird dadurch beeinflußt. daß ein Widerstand g durch die
Kontakte 1o eines Tirrillreglers überbrückt wird. Der Waagebalken i 1 des Tirrillreglers
wird von der Spannung der Erregermaschine, die in einer Wicklung 12 zur Wirkung
kommt, sowie von einer Feder 13 heeinflußt. Der Kontakthebel 14 wird über ein Schneckengetriebe
13 von einer Ferrarisscheibe 16 verstellt, auf die zwei Systeme 17. 18 einwirken.
Das System 17 wird von der Leistung des Netzes 1 gesteuert, das System i8 von der
Frequenz des Netzes z. Zu diesem Zweck ist das System 18 als Blindleistungsmesser
ausgebildet, in dessen Stromkreis ein Schwingungskreis, bestehend aus einer Drossel
1g und einem Kondensator 2o, angeordnet ist. Dieser Schwingungskreis ist so ausgebildet.
daß er bei Sollfrequenz nur einen minimalen Strom durchläßt. bei abweichender Frequenz
dagegen einen der Al>weichurig ungefähr proportionalen Strom.
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Wenn das System 18 allein auf die Ferrarisscheibe 16 einwirken würde,
dann würde der Umformer vom Regler auf konstante Bahnfrequenz gesteuert werden,
da dieser Regler die Leistung so lange ändert, bis die Bahnfrequenz mit der im Schwingungskreis
eingestellten Frequenz wieder übereinstimmt. In diesem Fall würde nämlich das Drehinoment
des Systems 18 Null werden und damit der Regler zur Ruhe kommen. Die konstant zu
haltenden Bahnfrequenzwerte können an der Drossel 1g beliebig eingestellt werden.
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Das System 17, das über Spannungs- und Stromwandler von der Wirkleistung
der Asynchronmaschine 2 beeinflußt wird, ist ein sogenanntes Nulleistungssystem.
Das der ansteigenden Wirkleistung der Asynchroninaschine entsprechendeDrehmoment
am Regler steuert nämlich die Tirrillkontakte to im Sinn einer Leistungsverkleinerung.
Wenn also dieses System allein auf die Ferrarisscheibe 16 arbeiten würde, dann würde
die Umformerleistung unabhängig vom Schlupf der Netze auf den Wert Null geregelt
werden, da nur bei diesem Wert der Regler zur Ruhe kommt.
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Wenn also nur das System 18 arbeitet, erhält man die in Abb. z mit
a bezeichnete Reglerkennlinie. bei der die Frequenz f den Wert f" konstant
hält; das System 17 allein sucht eine Reglerkennlinie b einzustellen, bei der die
Leistung Null bei jedem Wert der Frequenz herrscht. Arbeiten beide Triebsysteme
gleichzeitig, und -zwar so. daß ihre Drehmomente einander entgegenwirken, dann herrscht
am Regler immer Gleichgewicht, wenn die beiden Drehmomente gleich groß sind. jede
Abweichung der Bahnfrequenz erzeugt ein ganz bestimmtes Drehmoment, das durch Drehung
der Ferrarisscheibe eine Kontaktgabe bei 1o und damit eine Leistungsänderung hervorruft.
Dies hat wiederum zur Folge, daß das Drehmoment des Systems 17 sich ändert. bis
das Gleichgewicht hergestellt ist. Tedem Wert der Bahnfrequenz ist also eine bestimmte
U mformerleistung eindeutig zugeordnet, so daß sich die in Abb. ? finit c bezeichneten
Kennlinien einstellen. Nun kann
man durch Verstellung -eines der
Blindwiderstände i9 oder 2o den Wert fol ändern, so daß er beispielsweise den Wert
f02 annimmt, d. h. die einzelnen Kennlinien a und c können parallel mit sich selbst
verschoben werden. Diese Möglichkeit wird nun nach der Erfindung ausgenutzt, um
die in Abb. 3 dargestellte Kennlinie zu erhalten. Es ist nämlich auf diese Weise
möglich, die Leistung innerhalb eines beliebigen Frequenzbereiches konstant zu halten,
wenn man dafür sorgt, daß der Strom in dem System 18 immer einen der gewünschten
Leistung entsprechenden Wert annimmt. Durch einen zusätzlichen Regler 21 wird eine
entsprechende Änderung der Drossel 19 herbeigeführt. Der Regler 21 besitzt zwei
einander entgegenwirkende Systeme, von denen das eine 22 von dem Istwert der Übergangsleistung,
das andere 23 von dem konstant zu haltenden oder nach einem bestimmten Fahrplan
zu regelnden Wert beeinflußt wird. Bei dem Ausführungsbeispiel wird das System 23
mit einer konstanten Leistung von einer Stromquelle 24 aus über einen verstellbaren
Widerstand 25 gespeist. Der Regler 21 verstellt die Drossel i9 so lange, bis Ist-
und Sollwert miteinander übereinstimmen, bis also durch die Kontakte io entsprechende
Regelimpulse ausgeführt sind. Wenn also die Frequenz nur innerhalb der Werte
f a und f b der Abb. 3 schwankt, dann bleibt hierbei die Leistung
konstant. Treten jedoch größere Schwankungen auf, wie sie durch die eingangs erwähnten
Betriebsverhältnisse verursacht werden, dann setzt eine Regelung ein, die die Leistung
entsprechend der Frequenz einstellt.
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Durch Änderung des Widerstandes 25 können die Leistungswerte, die
eingehalten werden sollen, von Hand, durch Fernsteuerung oder von einem Fahrplanregler
eingestellt werden. Den Leistungsregler 21 kann man auch auf einen Regelschalter
26 einwirken lassen, um durch Verdrehen der Frequenzleistungskennlinie am Tirrillregler
die Austauschleistung zu beeinflussen.
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Im Parallelbetrieb hat die Ausbildung der Einrichtung, derart, daß
die statische Charakteristik des Leistungsfrequenzreglers durch die astatische Charakteristik
des Leistungsreglers 21 beeinflußt wird, den Vorteil, daß die Regelvorrichtung im
Beharrungszustande astatisch arbeitet und die Leistung konstant hält, bei einer
plötzlichen Laständerung jedoch vorübergehend die Eigenschaften eines statischen
Reglers annimmt, so daß die Schwungmassen der Umformer ausreichend zur Geltung kommen.
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Die Einstellung der Frequenzen f R und f l,
wird durch
Anschläge 27 und 28 an der Drossel i9 herbeigeführt. -Die -Einrichtung nach der
Erfindung kann natürlich auch bei anders ausgebildeten Umformern Anwendung finden.
Insbesondere spielt hierbei die Einstellung der Erregerleistung der Asynchronmaschine
keine Rolle. Bei dem in Abb. q. dargestellten Umformer, bei dem die Erregerleistung
durch Verstellung von Doppeldrehreglern ausgeführt wird, würde man die Welle der
Ferrarisscheibe 16 der Abb. i unmittelbar oder über ein Getriebe auf die Verstellung
der Drehregler einwirken lassen.