-
Einrichtung zur Regelung des Leistungsaustausches zwischen zwei Wechselstromnetzen
mit zwei über eine regelbare Strömungskupplung miteinander gekuppelten elektrischen
Maschinen Es ist bekannt, daß (las Problem der Energieübertragung zwischen zwei
Netzen, insbesondere zwisc'heneinemnormalen Drehstromnetz mit 5o Perioden und einem
Bahneinphasennetz mit i6-/s Perioden, durch die Kupplung zweier Synchronmaschinen
mittels einer in ihrem Schlupf regelbaren Strömungskupplung gelöst werden kann.
Die an ciii: solche Netzkupplung gestellten Aufgaben sind sehr verschiedenartig
und stellen daher auch an deren Regelung besonders hohe Anforderungen. Es soll beispielsweise
das Bahnnetz bei sinkender Frequenz Leistung aus dem Drehstromnetz entnehmen, gera#Ie
so, als ob auf der Drehstromseite eine zusätzliche Kraftmaschine mit beliebig einstellbarer
Leistungskennlinie arbeitet. Außerdem soll die Übergabeleistung abhängig von der
Frequenz im Bahnnetz nach Kennlinien selbsttiitig geregelt werden können. deren
Neigung beliebig wählbar und die in ihrer Höhenlage beliebig einstellbar sind. Frequenzschwan'kungen
im Drehstromnetz sollen im ausgeregelten Zustand keinen Einfluß auf die Größe der
Übergabeleistung haben. Schließlich wird noch gefordert, daß die Übertragene Leistung
wahlweise auch unabhängig von der Frequenz im Bahnnetz auf einem beliebig einstellbaren
konstanten Wert gehalten werden kann.
-
Bei der elektrischen Lösung des Problems der gleitenden Frequenz für
Umformer oder Doppelgeneratoren durch Anwendung sogenannter Hinterrnaschinen (Scherbiusmaschinen)
mit Frequenzwandler. Induktionsregler usw. können die genannten Forderungen zwar
alle erfüllt werden, doch ist
die elektrische Lösung sehr kostspielig.
Die Erfindung zeigt, wie die gleichen Aufgaben bei einer Ausführung mit regelbarer
Strömungskupplung zwischen den beiden zu kuppelnden elektrischen :1Iaschinen auf
mechanischem Weg gelöst werden können.
-
Gemäß der Erfindung wird die etwa durch Füllungsregelung auf den Schlupf
der Strömungskupplung wirkende selbsttätige Regeleinrichtung durch ein Leistungsmeßwerk
in Verbindung mit einem hydraulischen Servomotor mit nachgiebiger Rückführung und
ein den jeweiligen Sollwert dieses 1,eistungsmeßwerks beeinflussendes, proportional
mit der Frequenz des die Übergabeleistung aufnehmenden Netzes umlaufendes Fliehkraftpendel
gebildet. Das Leistungsmeßwerk wird entweder auf der Einphasenseite oder auf der
Drehstromseite angeschlossen.
-
Gemäß der Erfindung wirkt demnach beispielsweise ein Leistungsmeßwerk
mit seinem der Cbergabeleistung proportionalen Stellmoment über einen Hebel auf
das Steuerventil eines etwa zur Schöpfrolirverstellung der Strömungskupplung dienenden
Servomotors mit nachgiebiger Rückführung, während ein mit der Frequenz des Einphasennetzes
angetriebenes Fliehkraftpendel über eine Feder auf den genannten Hebel einwirkt
und das Stellmoment des Leistungsmeßwerks unterstützt bzw. diesem entgegenwirkt.
-
Die mechanische Verbindung zwischen Fliehkraftpendel und Leistungsmeßwerk
wird etwa so gewählt, daß einerseits die Pendelmuffe an einem Hebel mit verschiebbarem
Drehpunkt angreift, und zwar derart, daß durch das Verschieben des Drehpunkts die
gewünschte Neigung der Kennlinie der L"hergabeleistung eingestellt werden kann.
Andererseits wird die zwischen Fliehkraftpendel und Leistungsmeßwerk eingeschaltete
Feder mit einstellbarer Spannung ausgeführt, um so-die zu übertragende Grundleistüng
bei Normalfrequenz in beiden Netzen einstellen zu können. Eine Staffelung der Kennlinie
ist durch eine sogenannte Drehzahlverstellung im Fliehkraftpendel möglich, also
durch eine einstellbare Federbelastung des Pendels.
-
Außer dieser rein mechanischen Einwirkung durch das Fliehkraftpendel
auf das Leistungsmeßwerk kann das Fliehkraftpendel auch auf elektrischem Weg durch
Verstellung eines Widerstands den Sollwert des Leistungsmeßwerks beeinflussen.
-
Die Regelung des Schlupfes der Strömungskupplung kann in irgendeiner
bekannten Weise, insbesondere durch Füllungsänderung, bewirkt werden. Hierzu dient
etwa ein Schöpfrohr, das in einem mit dem Arbeitsraum der Kupplung kommunizierenden,
mitumlaufenden Behälter ein- und ausschwenkbar ist und durch seine Stellung den
Füllungsgrad der Kupplung bestimmt. Die hierbei noch erforderliche Fülleinrichtung,
etwa aus einem Hochbehälter und einem Einlaufventil bestehend, kann zur Erhöhung
der Ansprechgenauigkeit, also zur Verkürzung der Ansprechzeit, derart mit dem verstellbaren
Entleerschöpfrohr in nachgiebiger Weise (kraftschlüssig) etwa durch Feder- und Ölbremse
gekuppelt sein, daß bei jeder Bewegung des Ent= leerschöpfrahrs im Sinn einer Vergrößerung
oder Verkleinerung der Füllung das Einlaufventil zunächst weiter öffnet bzw. schließt
und dann allmählich wieder in die normale Ausgangsstellungzuriickkehrt.
-
Die Erfindt;ng ist in Abt). i in einem Ausführungsbeispiel
dargestellt, bei dem das Fliehkraftpendel mechanisch auf das Leistungsmeßwerk einwirkt,
während bei dem Beispiel der Abb.2 das Fliehkraftpendel elektrisch den Sollwert
des Leistungsmeßwerks beeinflußt.
-
In Abb. i ist links oben die Gesamtanlage dargestellt mit einer Kraftmaschine
i und den beiden elektrischen Maschinen 2 und 3, die über ein mechanisches Getriebe
4 mit einem Übersetzungsverhältnis von etwa i : 1,035 und eine regelbare Strömungskupplung
5 miteinander gekuppelt sind. Das 5o-Perioden-Drehstromnetz (f, = 5o) ist mit 6
und das 16L/3-Perioden-Einphasennetz (f2 = 162/a) mit 7 bezeichnet. Auf der Einphasenseite
ist ein Leistungsmeßwerk 8 angeschlossen, das über den Lenker 9 und den Rückführhebel
io den Steuerschieber ii und damit den Servomotorkolben 12 verstellt. Mittels einer
aus Ölbremse 13 und Rückstellfeder 14 bestehenden nachgiebigen Rückführung wird
der Rückführhebel io im ausgeregelten Zustand jeweils in die Ausgangslage gebracht
und der den Füllungszustand der Strömungskupplung 5 bestitnmende Punkt 15 des Regelgestänges
stets im Sinn der Konstanthaltung der Lbergabeleistung bei wechselnden Frequenzen
f, und f2 verstellt. Im ausgeregelten Zustand haben somit Frequenzsclhwan'kungen
im Drehstromnetz keine Änderung des Leistungsflusses zur Folge.
-
Zur Erzielung geneigter und gestaffelter Kennlinien in Abhängigkeit
von der Frequenz f2 im Einphasennetz wird ein proportional mit der Netzfrequenz
f2 angetriebenes Fliehkraftpendel 16 artgeordnet und mit dem Leistungsregler 8 über
einen Hebel 17 und eine Feder 18 in der Weise verbunden, daß der auf Konstanz des
Leistungsflusses wirkende Regler (Leistungsmeßwerk 8) dem jeweiligen Impuls des
Fliehkraftpendels 16 verhältnisgleich, also abhängig von f2 im Sinn einer Erhöhung
oder Erniedrigung der Übergabeleistung verstellt wird.
-
Nach einer Änderung von f2 ist die Einstellung der neuen Beharrungslage
erreicht, sobald der Lenker 9 wieder in der Mittelstellung steht. Die gewünschte
Neigung der Kennlinien kann durch Einstellung des verschiebbaren Drehpunkts i9 erzielt
werden. Die jeweils verlangte Staffelung der Kennlinien wird am Handrad 2o, der
sogenannten Drehzahlverstellung, eingestellt.
-
Das Fliehkraftpendel 16 übernimmt damit die Regelfunktion einer Kraftmaschine,
welche auf das Einphasennetz unter Angleichung an dessen Leistungscharakteristik
arbeitet. Zwischen dem Fliehkraftpendel 16 und der Feder 18 wird zweckmäßig noch
ein Kraftverstärker eingeschaltet, wodurch das Arbeitsvermögen des Fliehkraftpendels
von der Kraft der Feder 18 unabhängig wird. Ein Handrad
21 ermöglicht
die Einstellung der Grundleistung bei Normalfrequenz in beiden Netzen.
-
Die Steuerelemente der Strömungskupplung 5, die unten in der Abb.
t von vorn gesehen noch einmal in größerem Maßstab angedeutet ist, werden durch
das Einlaufventil 22 und das verschiebbare Schöpfrohr 23 gebildet. Zum Füllen dient
ein Hochbehälter 24, aus dem die Getriebeflüssigkeit über ein Absperrventil 25 und
das Einlaufventil 22 dem Arbeitsraum der Kupplung zuströmt. Zum Entleeren dient
das verstellbare Schöpfrohr 23, das über ein weiteres Absperrventil 26 und den Kühler
27 zurück in den Behälter 24 fördert.
-
Die Anordnung ist in der `'eise getroffen, daß das Einlaufventil 22
nach jeder Öffnungsbewegung und Schließbewegung in seine beliebig einstellbare Ausgangsstellung
zurückgelangt. Der in der Ausgangsstellung für die Beharrung verbleibende freie
Querschnitt der durch das Einlaufventil 22 gesteuerten Fü lleitung28 wird so gewählt,
daß im normalen Betrieb genügend 01 zum Abführen der anfallenden Schlupfwärme
durchgesetzt und außerdem die Stetigkeit des Reglereingriffs gewährleistet wird.
-
Zur Erzeugung der Regelbewegung des Einlaufventils 22 dient das Steuerventil
29 mit Ölbremse 30. Diese sind Über den Lenker 31 mit dem Steuerpunkt 15 verbunden.
Das Steuerventil 2,9 steuert über die Verbindungsleitung 33 den das Füllventil betätigenden
Federservomotor 32 in der Weise., daß die Bewegung des Kolbens 34 im Steuerventil
29 der Bewegung des Kolbens 35 im Federservomotor entspricht. Der erforderliche
Arbeitsdruck wird an der durch die Ölbremse 30 verschiebbaren Drosselkante
36 gebildet. Eine Doppelkraftschlußfeder 37 führt den Kolben der Ölbremse 3o nach
einer Auslenkung jeweils in die durch die Lage der Federbüchse 38 bestimmte Stellung
zurück, womit auch die Kollre" 34 und 35 entsprechend verstellt werden. je höher
die Federbüchse 38 eingestellt wird, desto größer ist der bleibende Öffnungsquerschnitt
des Einlaufventils 22 und um so wirksamer die Wärmeabfuhr der Kupplung im Kühler
27 im Beharrungszustand.
-
Bei dem in Abb. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist an Stelle der
mechanischen Beeinflussung des Leistungsmeßwerks eine elektrische Einwirkung vom
Fliehkraftpendel 16 auf den Sollwert des Leistucigsmeßwerks8 vorgesehen. Hierzu
ist*der an der Pendelmuffe angreifende Hebel 39 mit einem verschiebbaren Kontakt
4o an einem Widerstand 41 verbunden, der in den Stromkreis des Leistungsmeßwerks
eingeschaltet ist. Im übrigen weist die in Abb. 2 gezeigte Einrichtung die gleichen
.Elemente wie die in A11. i gezeigte Ausführung auf, wobei gleiche Teile mit gleichen
Bezugzeichen versehen sind.