-
Regeleinrichtung für einen elektrischen Stromerzeuger Bei gewissen
Regeleinrichtungen für die Stromerzeuger einer Zentrale wird im allgemeinen der
primären Regelung, welche durch die Turbinenregler bewirkt wird, eine Regelung überlagert,
welche die Kompensation der Turbinenregler beeinflußt. Es ist nämlich notwendig,.daß
die Regelung der Zentrale in Beziehung zu .dem mit ihm verbundenen Netz durchgeführt
und auch die Lastverteilung der Stromerzeuger der Zentrale nach ihrem betreffenden
Programm vorgenommen wird.
-
Der sekundäre Regler wirkt im allgemeinen auf den Servomotor, welcher
die Regeleinstellung des primären Reglers verschiebt, durch Impulse mit konstantem
Takt, .deren Dauer der Regelabweichung proportional ist. Die Regelabweichung ist
die Abweichung, welche zwischen dem Sollwert der Regelgröße und ihrem Istwert besteht.
Im Fall einer Leistungsregelung ist diese Abweichung diejenige, welche zwischen
der Leistung, welche der Stromerzeuger liefern sollte, und derjenigen, welche er
tatsächlich liefert, besteht. Im Fall einer Frequenzregelung ist diese Abweichung
diejenige, welche zwischen der dem Stromerzeuger vorgeschriebenen Frequenz und seiner
tatsächlichen Frequenz besteht. Im Fall einer gemischten Frequenzleistungsregelung
hat diese Abweichung die Form Q P -I- K 0 F, ein Ausdruck, in welchem L\
P die Leistungsabweichung, @ F die Frequenzabweichung und K eine konstante
Zahl bezeichnet.
-
Da der Servomotor des primären Reglers mit konstanter Drehzahl umläuft,
verschiebt -er die Regeleinstellung dieses Reglers um einen Betrag, der um so größer
ist, je länger er in Tätigkeit bleibt. Wenn -die Steuerimpulse eine zu der Regelabweichung
proportionale
Dauer, haben, wird. die mittlere Verschie'bungs:geschwindigkeit des Einstellpunktes
des primären Reglers von der Größe dieser Abweichung abhängig gemacht.
-
Andererseits gibt es Einrichtungen, sogenännte Meßumformer,welcheentweder-dieRegelab-,Äleichung
oder die Regelgröße selbst (Leistung, Frequenz usw.) in einen proportionalen Gleichstrom
umformen.
-
Die Erfindung hat eine Regeleinrichtung für einen elektrischen Stromerzeuger
zum Gegenstand, bei welcher der Servomotor des primären Reglers -des Stromerzeugers
während einer Dauer arbeitet, die der Größe der zu kompensierenden Regelabweichung
proportional ist. Diese Einrichtung kennzeichnet sich durch ein polarisiertes Relais
mit zwei Kontakten, welches unter der Einwirkung eines der zu kompensierendenAbweichung
proportionalen Drehmomentes einen seiner Kontakte schließt, wodurch es einerseits
den Servomotor und andererseits eine Vorrichtung in Gang setzt, mit deren Hilfe
ein Sägezahnstrom von konstanter Frequenz erzeugt wird, den man in einer Wicklung
dieses Relais dem Strom überlagert, welchen der dem Stromerzeuger zugeordnete Meßumformer
liefert, so daß das bewegliche System des Relais in seine Gleichgewichtslage zurückgeführt
wird.
-
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergaben sich aus der
folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen an Hand der Zeichnung. Es zeigt
Fig. i eine Ausführungsform der Erfindung in Anwendung zur Regelung eines Stromerzeugers,
Fig.2 eine Ausführungsform der Erfindung in Anwendung zur Regelung von mehreien
Stromerzeugern einer Zentrale, wobei die Dauer der Steuerimpulse des Servomotors
des primären Reglers sowohl der Regelabweichung der Zentrale als auch der Abweichung
der Lastverteilung jedes Stromerzeugers der Zentrale proportional ist.
-
In Fig. i ist i ein Umformer irgendeiner bekannten Bauart, .die im
Rahmen der Erfindung unwesentlich ist. Dieser Umformer erzeugt einen Gleichstrom,
dessen Stärke der Regelabweichung der Maschine proportional ist und dessen Polarität
von dem Sinn dieser Abweichung abhängt. Der Umformer i speist ein polarisiertes
Relais 2y welches einen beweglichen Kontakt 2' und zwei feste Kontakte 3 und, q.
besitzt. Die Kontakte 21', 3 und 2', q. sind geöffnet, wenn kein Strom die Erregerwicklung
des Relais 2 durchfließt. Wenn diese Erregerwicklung von einem Strom -durchflossen
wird, schließt sich der eine dieser Kontakte je nach der Polarität des Stromes.
Der bewegliche Kontakt 2( ist - mit einem Pol einer Gleichstromquelle 2, 2, verbunden.
Der feste Kontakt 3 ist mit einer Klemme des Hilfsrelais 5 verbunden, während der
feste Kontakt q. an eine Klemme des Hilfsrelais 6 angeschlossen ist. Die anderen
Klemmen der Hilfsrelais 5 und 6 sind mit dem anderen Pol der OOuelle 22 über einen
von einem Nocken 23 betätigten Kontakt 20 verbunden. Das Hilfsrelais 5 besitzt fünf
Kontakte 7 bis I I, die normalerweise offen sind, wenn dieses Relais nicht ,erregt
ist. :Das Hilfsrelais 6 besitzt ebenfalls fünf Kontakte 1a bis 16, die normalerweise
offen sind, wenn dieses Relais nicht erregt ist. Wenn der Kontakt 8 des Relais 5
oder der Kontakt 13 des Relais 6 geschlossen ist; wird die Spannung der Quelle
17 .den Klemmen des Motors 18 zugeführt. Durch seine Umdrehung treibt dieser
Motor eine Welle 25 an, auf welcher die Nocken 23 und 2q. sowie der Läufer 26 eines
Potentiometers ig, befestigt sind. Das Ende a7 des Potentiometerkreises ist an eine
Klemme der Kontakte io. und i¢ angeschlossen, während das Ende 28 mit einer Klemme
.der Kontakte 9 und 15 verbunden ist. Die anderen Klemmen der Kontakte 9
und 14. sind an den positiven Pol der Quelle 22 angeschlossen. Die anderen Klemmen
der Kontakte io und 15 sind mit dem negativen Pol dieser Quelle verbunden. Wenn
die Kontakte 9 und id des Relais 5 geschlossen sind, wird dem Ende z8 ,des Potentiometers
ig eine positive Polarität und seinem Ende 27 eine negative Polarität zugeführt.
Wenn hingegen die Kontakte 1q. und 15 .des Relais 6 geschlossen sind, wird dem Ende
27 des Potentiometers eine positive Polarität und seinem Ende 28 eine negative Polarität
zugeführt.
-
Die zwischen dem Läufer 26 des Potentiometers und seinem Ende 2,7
auftretende Spannung wird über einen Widerstand 29 an d.ie Klemmen der Erregerwicklung
des Relais :2 geführt. Der Widerstand 29 hat einen erheblichen Wert, so daß der
zwischen der Klemme 27 und dem Schieber 26 des Potentiometers ig angeschlossene
unddiesen Widerstand enthaltende Kreis von einem sehr schwachen Strom durchflossen
wird, dessen Größe gegen den in dem Potentiometer fließenden Strom zu vernachlässigen
ist.
-
Der Kontakt 7 des Relais 5 und der Kontakt 12 des Relais 6! sind beide
zu den Klemmen des Kontaktes 2o parallel geschaltet. Sie halten dieErregung des
Relais 5 bzw. 6 aufrecht, wenn der Kontakt 20 sich bei einer Drehung des Nocleens
23 öffnet, sofern der Kontakt 2, 3 oder 2', q. geschlossen bleibt.
-
Der Kontakt ii des Relais 5 und der Kontakt 16 des Relais 6 schließen
den Kreis des (nicht dargestellten),Servomotors des primärenReglers des zu regelnden
Stromerzeugers, so daß dieser Servomotor sich in dem einen oder anderen Sinn dreht,
je nachdem der eine oder andere dieser Kontakte geschlossen wird.
-
Die Wirkungsweise der Einrichtung ist -die folgende: Wenn der Umformer
i keinen Strom abgibt, bleiben die Kontakte 2', 3 und 2', q. -des polarisierten
Relais 2 offen, ebenso wie die Kontakte der Relais 5 und 6, die nicht erregt werden.
Der Motor 18 ist im Stillstand.. Die Nocken 23 und 2:4 befinden sich in der dargestellten
Lage, wobei,der Nocken 23 den Kontakt 2o geschlossen und der Nocken 2,4 den Kontakt
21 geöffnet hält. An den Klemmen 27 und 2$ des Potentiometers ig wird keine Spannung
zugeführt.
-
Wenn zwischen dem Regelwert der auf -den Umformer i einwirkenden Größe
und ihrem Istwert eine Abweichung auftritt, und als Folge davon
dieser
Umformer einen zu dieser Abweichung proportionalen Gleichstrom abgibt, wird das
Relais 2 erregt; und es schließt je nach dem Vorzeichen dieser Abweichung den einen
oder anderen seiner Kontakte, z. B. den Kontakt 2', 3. Das Relais 5 wird dann erregt,
weil der von dem Nocken 23 gesteuerte Kontakt geschlossen ist. Die Kontakte 7 bis
11 dieses Relais schließen sich. Durch die Schließung des Kontaktes 8 wird der Motor
i8 an Spannung gelegt und .beginnt seine .Umdrehung, indem er die Welle 25 antreibt.
Der von dem Nocken 23 gesteuert-, Kontakt 2o öffnet sich dann, jedoch bleibt das
Relais 5 weiterhin durch die Schließung des Kontaktes 7 erregt. Es bleibt so lange
erregt, wie der Kontakt 2', 3 geschlossen bleibt. Das Öffnen dieses Kontaktes 2o
verhindert jedoch jede unbeabsichtigte Betätigung des Relais 6 während der Drehung
des I\TOckens 23. Der von dem Nocken 2.4 gesteuerte Kontakt 21 schließt sich, wobei
der Motor 18 während eines vollständigen Umlaufs dieses ockens an Spannung gelegt
wird, sogar wenn IN t' inzwischen der Kontakt 8 sich öffnen sollte, weil
die Erregung des Relais 5 durch Öffnen des Kontaktes 2', 3 unterbrochen wird.
Die Spannung der Gleichstromquelle 22 wird den Klemmen 27, 28 des Potentiometers
i9 über die Kontakte 9, io des Relais 5 zugeführt. Die Klemme 28 ist an .den positiven
Pol, die Klemme 27 an den negativen Pol der Quelle 22 angeschlossen.
-
Die zwischen der Klemme 27 des Potentiometers und dem Läufer 26 auftretende
Spannung wächst regelmäßig, weil dieser durch die Welle 25 von dem :Motor 18 angetrieben
wird. Diese Spannung ruft in der Erregerwicklung des Relais 2 einen Gleichstrom
von wachsender Stärke hervor. Die Klemme 27 des Potentiometers und derLä.ufer26
sind so geschaltet, daß die Polarität dieses Gleichstroms entgegengesetzt ist zu
derjenigen des von -dem Umformer i erzeugten Stromes.
-
Wenn der Gleichstrom durch die regelmäßig wachsende Spannung, die
das Potentiometer liefert, den gleichen Wert erreicht wie der von dem Umformer i
erzeugte Strom, wird das Relais 2 nicht mehr erregt, und es öffnet seinen Kontakt
2 , 3. Das Relais 5 kehrt dann in die Ruhelage zurück. Dieses Relais war somit während
einer Dauer eingeschaltet, welche dem Wert des von dem Umformer i erzeugten Stromes
proportional ist, d. h. während einer Dauer, die der zu kompensierenden Abweichung
proportional ist. Der Kontakt i i des Relais 5, welcher mit dem Steuerkreis des
Servomotors des primären Reglers verbunden ist, war somit während einer Dauer eingeschaltet,
die der Größe der zu kompensierenden Abweichung proportional ist. Der Servomotor
des primären Reglers bleibt somit während dieser Dauer in Tätigkeit, und seine Wirkung
wird der Größe der zu kompensierenden Abweichung proportional sein.
-
Der von dem Potentiometer 1-9 ausgehende Strom wird durch die weitere
Umdrehung der Welle 25 weiterhin an-wachsen, so daß das Relais 2 seinen Bontakt
2', .a. schließt. Das Relais 6 wird jedoch, da der Kontakt 20 geöffnet bleibt, nichterregt.
Wenn die Welle 25 eine vollständige Umdrehung ausgeführt hat und während dieser
Bewegung die Abweichung kompensiert "vorden ist, wird der Motor 18 zum Stillstand
kommen, weil der Kontakt 21, der allein seinen Zuführungskreis schließt, sich öffnet
(die Relais 5 und 6 werden durch das Relais 2 nicht mehr erregt, und ihre Kontakte
sind geöffnet).
-
Wenn die Welle 25 eine vollständige Umdrehung ausgeführt hat und während
dieser Bewegung die Abweichung nicht vollständig kompensiert worden ist, bleibt
das Relais 5 durch die Schließung des Kontaktes 2', 3 des Relais 2 erregt, und der
Motor i8 setzt seine Umdrehung fort, wobei er die Welle 25 bei einem weiteren Umlauf
bis zur vollständigen Kompensation der Abweichung mitnimmt.
-
Wenn die zu kompensierende Abweichung einen solchen Sinn hat, daß
das Relais 2 seinen Kontakt 2', d. schließt, wird das Relais 6 erregt und veranlaßt
durch Schließen seines Kontaktes 13 den Anlauf des Motors 18. Die Kontakte 1q.,
15 führen den Klemmen 2-7 bzw. 28 des Potentiometers ig eine Spannung mit einer
Polarität zu, welche der vorher angegebenen entgegengesetzt ist. Der Kontakt 16
bleibt während einer Dauer geschlossen, die der zu kompensierenden Abweichung proportional
ist. Er steuert die Tätigkeit des Servomotors des primären Reglers in umgekehrter
Richtung wie im vorhergehenden Fall.
-
Die Geschwindigkeit der Welle 25 kann durch irgendein geeignetes Mittel,
z. B. ein Getriebe, regelbar sein.
-
Nach dem in Fig. 2 dargestellten Beispiel sind in einer Zentrale drei
Stromerzeuger vorhanden, deren betreffende Belastungen so geregelt werden sollen,
daß einerseits die Zentrale in Beziehung zu dem angeschlossenen 'Netz geregelt und
andererseits die Lastverteilung der drei Stromerzeuger der Zentrale gemäß ihrem
betreffenden Programm durchgeführt wird. Selbstverständlich ist jedoch die erfindungsgemäße
Einrichtung bei einer beliebigen Anzahl von Stromerzeugern anwendbar. Jeder Stromerzeuger
ist mit einem Umformer einer beliebigen, hinsichlich der Erfindung unwesentlichen
Bauart verbunden, der einen Gleichstrom liefert, welcher der von dem betreffenden
Stromerzeuger erzeugten Leistung proportional ist. Diese Umformer sind mit 51, 52
und 53 bezeichnet. Mit 54 ist ein Umformer, ,ebenfalls von beliebiger Bauart, bezeichnet,
der einen Gleichstrom erzeugt, welcher der Abweichung proportional ist, die für
die Zentrale zwischen dem normalen Wert der Regelgröße und ihrem Istwert besteht.
-
Mit 55, 63 und 71 sind drei polarisierte Differentialrelais bezeichnet.
Das Relais 55 besitzt zwei Erregerwicklungen 56, 57, deren Magnetflüsse entgegengesetzte
Richtung haben. Ferner besitzt es einen beweglichen Kontakt 55' und zwei feste Kontakte
58, 59. Die Kontakte 55', 58 und 5.5', 59 sind offen, -\venn in .den Erregerwicklungen
5i6, 57. kein Strom fließt oder wenn die von diesen Wicklungen erzeugten Magnetflüsse
gleich sind.
-
Die Relais 63 und 71 entsprechen dem Relais 55, wobei die Wicklungen
64., 65 bzw. 72, 73 den Wick-
Lungen 56, 57 und die Kontakte .63',
66, 67 bzw. 71', 74 75 den Kontakten 55', 58. 5e9 entsprechen.
-
Mit 62, 70 und 78 sind drei Regeleinrichtungen bezeichnet,
die derjenigen nach Fig. i entsprechen. Jede dieser Einrichtungen besitzt zwei Hilfsrelais,
von denen das eine durch Schließen der Kontakte 55', 58 bzw. 63', 66 bzw. 71', 74
und das andere durch Schließen der Kontakte 55', 59 bzw. 63', 67 bzw. 71', 75 gespeist
wird. Jede dieser Einrichtungen besitzt außerdem einen Motor, welcher den Umlauf
zweier Nocken und des Läufers eines Potentiometers bewirkt. In Fig. -9 sind lediglich
die Potentiointer Co, 68 und 76, die Läufer ,dieser Potentiometer und die Widerstände
61, 69, 77 dargestellt, welche in Reihe mit jedem Läufer liegen. Jedes der beiden
(nichtdargestellten) Hilfsrelais der Regeleinrichtungen 62, 70 und 78 steuert
durch Schließen eines Kontaktes in der einen oder anderen Richtung die Tätigkeit
des Servomotors ,des primären Reglers des entsprechenden Stromerzeugers.
-
Regelbare Widerstände 79, 8o, 81 sind parallel zu den Klemmen der
Erregerwicklungen 57, 65, 73 geschaltet.
-
Die Erregerwicklung 516 des polarisierten Relais 55 ist an
ein Ende des Potentiometers 6o und an ein Ende des Widerstandes 61 der Regeleinrichtung
62 geschaltet. Die Erregerwicklungen 64 und 72 sind in entsprechender Weise geschaltet.
Die Erregerwicklung 56 wird von dem durch den Umformer 51 erzeugten Strom durchflossen.
Die Erregerwicklung 64 wird. von dem durch den Umformer 52, erzeugten Strom durchflossen.
Die Erregerwicklung 72 wird von dem durch den Umformer 513 erzeugten Strom durchflossen.
-
Die Erregerwicklung 57 und ihr Parallelwiderstand 79, die Erregerwicklung
65 und ihr Parallelwiderstand 8o, die Erregerwicklung 73 und ihr Parallelwiderstand,
81 sind andererseits in Serie geschaltet und so angeschlossen, daß sie von der algebraischen
Summe der durch die Umformer 51 bis 54 erzeugten Ströme durchflossen werden.
-
Die Widerstände 79, &o( und 81 werden so eingeregelt, daß die
Amperewindungen in den Erregerwicklungen 57, .65 und 7'3 den Programmen der betreffenden
den Umformern 5r, 52, 53 zugeOrdneten Stromerzeuger proportional sind.
-
Die Wirkungsweise der Einrichtung ist die folgende: Es sei angenommen,
daß die, von der Zentrale erzeugte Gesamtleistung mit je einem Drittel auf jeden
Stromerzeuger zu verteilen ist, d. h. daß das Programm- jedes Stromerzeugers in
diesem Falle 1/3, 1/3, 1/3 ist. Ferner wird angenommen, @daß diese Verteilung in
jedem Augenblick richtig vorgenommen wird und die zu kompensierende Abweichung für
.die Zentrale null ist, d. h., daß z. B. im Falle einer Leistungsregelung die von
der Zentrale gelieferte Leistung ihrer Solleistung entspricht. Der von dem Umformer
54 erzeugte Strom ist somit in diesem Augenblick null.
-
Die Erregerwicklung 56 des Relais 5.5, die Erregenvicklung 64 des
Relais 63 und die Erreger-Wicklung 72 des Relais 71 werden von den durch die Umformer
51, 52, 53 erzeugten Strömen durchflossen. Dies.. Ströme sind gleich, weil jeder
Stromerzeuger nach Annahme sein Programm einhält, d. h. nach Voraussetzung 1/3 der
von der Zentrale verlangter Leistung liefert.
-
Die Erregerwicklung 57 des Relais 55, die Erregerwicklung 65 des Relais
63 und die Erregerwicklung 73 des Relais 7i werden nur von der Summe der Ströme
durchflossen, die von den Umformern 51, 52, 53 erzeugt werden.
-
Die Widerstände 79, 8o, 81 sind so eingeregelt, daß die Amperewindungen
jeder der beiden Erregerwicklungen der Relais 515, 63, 71 gleich sind, wenn jeder
Stromerzeuger sein Programm einhält, weil das Programm jedes Stromerzeugers durch
ein und dieselbe Zahl ausgedrückt wird. Unter diesen Umständen sind die Kontakte
jedes Relais 55, 63, 71 offen.
-
Wenn die Lastverteilung zwischen den Stromerzeugern nicht mehr nach
den festen Verhältnissen 1/3, 1/3, 1/3 durchgeführt wird, sind die Amperewindungen
,der beiden Erregerwicklungen jedes Relais 55, 63, 71 infolge der Änderung des Wertes
der von den Umformern 51, 525 53 erzeugten Ströme nicht mehr gleich. Die
beweglichen Systeme dieser Relais werden in der einen oder anderen Richtung je nach
dem Sinn der Abweichung des entsprechenden Stromerzeugers ausschlagen und ihre betreffenden
Kontakte in dem einen oder anderen Sinne schließen. Durch das Schließen dieser Kontakte
wird das eine oder andere Hilfsrelais der Regeleinrichtungen 62, 70, t78 erregt,
so daß sie ihre Kontakte schließen und dadurch die Motoren in Gang setzen, welche
die Läufer ;der Potentiometer 6o, 68 und 76- antreiben. Je nachdem das eine
oder andere Hilfsrelais dieser Regeleinrichtungen eingeschaltet ist, wird eine bestimmte
Polarität oder die umgekehrte Polarität an den Klemmen dieser Potentiometer angelegt,
so @daß Ströme, welche im absoluten Wert regelmäßig zunehmen, den Strömen, welche
.die Erregerwicklungen 56, 64, 72, durchfließen, additiv oder subtra@ktiv überlagert
werden. Wie in der Beschreibung der Fig. i erläutertwurde, werden Stromimpulse erzeugt,
welche auf den Servomotor des primären Reglers jedes Stromerzeugers einwirken, der
sein betreffendes Programm nicht mehr einhält, wobei diese Stromimpulse für jeden
Stromerzeuger eine Dauer haben, die der Abweichung der Lastverteilung proportional
ist.
-
Wenn infolge einer Regelabweichung der Zentrale der Umformer 54 einen
zu dieser Abweichung proportionalen Gleichstrom erzeugt, verteilt sich dieser Strom
in den verschiedenen parallelen Stromkreisen 57 bis 79, 65 bis 80, 73 bis 81 im
umgekehrten Verhältnis des Widerstandes dieser Kreise und ruft in den Wicklungen
57, 65, 73 der Differentialrelais 55, 63, 71 Ströme hervor, welche zugleich dieser
Regelabweichung und dem Programm jedes, Stromerzeugers proportional sind. Diese
Ströme überlagern sich in den Wicklungen 57, 6'5, 73 algebraisch der Summe der von
.den Umformern 51, 52, 53
erzeugten Ströme. Die beweglichen Systeme
der Relais 55, 63, 71 werden dann in der einen oder anderen Richtung ausschlagen,
wodurch nach dem schon beschriebenen Verfahren Stromimpulse erzeugt werden können,
welche den Servomotor des primären Reglers jedes Stromerzeugers während einer Dauer
in Tätigkeit setzen, welche zugleich der Regelabweichung der Zentrale und der Lastverteilungsabweichung
jedes Stromerzeugers der Zentrale proportional ist.