DE966118C - Anordnung zur Erzielung einer gleichbleibenden Drehzahl bzw. Frequenz - Google Patents

Anordnung zur Erzielung einer gleichbleibenden Drehzahl bzw. Frequenz

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DE966118C
DE966118C DES4512D DES0004512D DE966118C DE 966118 C DE966118 C DE 966118C DE S4512 D DES4512 D DE S4512D DE S0004512 D DES0004512 D DE S0004512D DE 966118 C DE966118 C DE 966118C
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DES4512D
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Dipl-Ing Dr-Ing Hermann Harz
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Siemens AG
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Siemens AG
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P23/00Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by a control method other than vector control
    • H02P23/16Controlling the angular speed of one shaft

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Eletrric Generators (AREA)

Description

  • Anordnung zur Erzielung einer gleichbleibenden Drehzahl bzw. Frequenz Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Erzielung einer gleichbleibenden Drehzahl bzw. Frequenz an elektrischen Maschinen, insbesondere zur Erzielung einer gleichbleibenden Drehzahl von Gleichstrommaschinen, wobei in an sich bekannter Weise die Stromaufnahme eines in Abhängigkeit von dieser Drehzahl oder Frequenz gespeisten, aus Drosselspulen und Kondensator gebildeten elektrischen Parallelschwingkreises für die Regelung der Drehzahl bzw. Frequenz ausgenutzt wird. Gemäß der Erfindung werden an dem Schwingkreis die vektorielle Summe und die vektorielle Differenz des Drosselspulen- und des Kondensatorstromes gebildet; der Summenstrom und der Differenzstrom in Überlagerung bestimmen dann unmittel bar oder mittelbar die Drehzahl bzw. Frequenz. Wenn also die Maschine von einer Solldrehzahl abweicht, so wird der Schwingkreis verstimmt und seine Stromaufnahme ändert sich, z. B. bei zu hoher Drehzahl wird sie voreilend, bei zu kleiner nacheilend. Diese Stromänderung kann in geeigneter Weise nach Gleichrichtung auf die Erregung einwirken. Der Wechselstrom zur Speisung des Schwingkreises kann über Schleifringe der zu regelnden Gleichstrommaschine selbst entnommen werden, die Wechselstromquelle kann auch ein von der Gleichstrommaschine unmittelbar angetriebener oder durch sie mittelbar gesteuerter Generator sein.
  • Einige Ausführungsbeispiele sollen den Erfindungsgedanken näher erläutern. In Fig. i bedeutet i eine Gleichstrommaschine, die von einem Gleichstromnetz 2 schwankender Spannung gespeist wird. Die Erregerwicklung 3 wird über den Gleichrichter q. und einen Schwingungskreis gespeist, der aus der Drosselspule 5, dem Kondensator 6 und den beiden Stromwandlern 7 und 8 besteht. Der Schwingungskreis ist einphasig dargestellt. Er kann an zwei oder drei Hilfsschleifringen der Maschine 1 angeschlossen werden. Der Schwingungskreis stellt in der dargestellten Schaltung einen Konstantstromkreis dar. Man macht die Blindleistung in den beiden Blindwiderständen 5 und 6 zweckmäßig groß gegenüber der Erregerleistung in der Wicklung 3. Dies ist ohne weiteres möglich, weil sich bei der Solldrehzahl beide Leistungen für die speisenden Schleifringe gegenseitig aufheben. Der Strom J1 ist dann Null. Er ergibt sich als geometrische Summe des Drosselstromes JD und des Kondensatorstroines Jc. Der Strom J, in der Zeitwicklung des Umspanners 7 kommt dagegen als geometrische Differenz der beiden Ströme zustande und stellt bei allen Widerstandswerten der angeschlossenen Belastung (Erregerwicklung 3) einen gleichbleibenden Wert dar, wie sich aus der Theorie solcher Konstant-Stromkreise nachweisen läßt. Fig. ab zeigt das Strom- und Spannungsbild für den Fall der Solldrehzahl. Der Einfachheit wegen ist angenommen, daß die Erregerleistung in der Wicklung 3 klein ist gegenüber den Blindleistungen in den Widerständen 5 und 6. In diesem Falle sind die Ströme nahezu um 9o° gegenüber der speisenden Spannung U verschoben, so daß die Bilder sehr einfach werden. In Fig. 2b ist der Strom Ji Null, der Strom J2 erreicht dagegen den vollen der Spannung U entsprechenden Wert. Er wird als Erregerstrom Je der Erregerwicklung zugeführt. Fig. 2 a gibt den Fall wieder, wo die Drehzahl unterhalb des Sollwertes liegt (Beibuchstabe u). Die speisende Frequenz liegt hierbei unterhalb des Eigenwertes, der Drosselstrom ist gr,.ößer als der Kondensatorstrom, so daß ein nacheilender Erststrom Jiu zustande kommt. Dieser wird durch den Umspanner 8 umgekehrt und J, überlagert. Es ergibt sich ein kleinerer Gesamtstrom Je = J2 - TI u, der das Feld schwächt und die Drehzahl hochtreibt. Das Umgekehrte ist der Fall, wenn die Drehzahl oberhalb des Sollwertes liegt (Beibuchstabe o). Der Erststrom J., wird hier voreilend und der Gesamterregerstrom Je = J2 -I- J1 o größer als J2, so daß das Feld verstärkt und die Drehzahl gesenkt wird. Durch geeignete Wahl der Blindleistungen in den Widerständen 5 und 6 und der Übersetzungsverhältnisse in den Umspannern 7 und 8 kann man erreichen, daß geringere Drehzahl- bzw. Frequenzabweichungen große Änderungen des Stromanteils J, im Erregerstrom zur Folge haben. Es läßt sich demnach die Solldrehzahl recht genau einhalten.
  • Fig. 3 stellt im wesentlichen die gleiche Anordnung dar, nur wird der Wechselstrom zur Speisung des Schwingungskreises nicht über Schleifringe der Gleichstrommaschine i entnommen, sondern dem mit der Gleichstrommaschine gekuppelten Generator 9, der ein Wechselstromnetz io speist, dessen Frequenz konstant gehalten werden soll. Soweit die gleichen Bezugszeichen verwendet wurden, haben sie die gleiche Bedeutung wie in Fig. i.
  • In Fig. ¢ ist der Erfindungsgedanke noch angewendet auf den Antrieb eines Reglerpendels von Wasserturbinen. 16 bedeutet diese Turbine, die mit dem Generator 9 gekuppelt ist, der auf das Drehstromnetz io arbeitet. Das Pendel 17 regelt über einen Oldruckregler 18 die Turbine und wird von dem Gleichstrommotor i angetrieben, dessen Anker am Gleichstromnetz 2 liegt. Die Erregerwicklung 3 wird wieder über 4., 5, 6, 7 und 8 gespeist. Weicht die Frequenz im Netz io von ihrem Wert ab, so ändert der Gleichstrommotor i seine Drehzahl und hat dadurch über das Pendel 17 eine Änderung in der Beaufschlagung der Turbine zur Folge, die im Sinne einer Wiederherstellung der Sollfrequenz wirkt. Bei dieser Anordnung entfällt der mit verschiedenen Nachteilen behaftete Antrieb des Pendels von der Turbinenwelle, sei es unmittelbar oder mittels Riemen. Das Pendel und sein Antriebsmotor können daher für eine günstige Drehzahl bemessen werden. Eine besonders vorteilhafte Eigenschaft der Anordnung ist darin zu sehen, daß bei starken Spannungseinbrüchen am Generator auch die Erregung des Pendelmotors i geschwächt wird. so daß seine Drehzahl steigt. Dem Pendel wird demnach eine zu hohe Generatordrehzahl vorgetäuscht, und die Turbinenbeaufschlagung wird verringert. Ferner ist die Ansprechgenauigkeit viel höher als bei einem unmittelbar angetriebenen Pendel, weil der frequenzabhängige Erregerstromanteil als Differenz zweier Ströme so groß gemacht werden kann, daß geringe Drehzahländerungen am Hauptgenerator große Drehzahländerungen des Pendelmotors bewirken. Der Gleichstrom zum Antrieb des Pendelmotors kann der bei neueren Generatoren meistens vorhandenen und mit konstanter Spannung arbeitenden Hilferregermaschine entnommen werden. Zum Anfahren der Turbine kann der Pendelmotor fremderregt werden. Die Einstellung des Schwingungskreises auf einen neuen Sollwert der Frequenz bzw. Drehzahl geschieht zweckmäßig durch eine regelbare Drossel. Man kann auf diese Weise Drehzahl und Frequenz über einen bestimmten Bereich stetig regeln. Man kann auch das Reglerpendel und den Antriebsmotor i ganz entbehren, wenn man den von den beiden Stromwandlern 7 und 8 gelieferten Strom unmittelbar der Steuerspule eines öldruckreglers zuführt, die dessen Steuerkolben betätigt. Der Oldruckregler beeinflußt dann die Beaufschlagung der Turbine. Man kann es hierbei wieder so einrichten, daß starker Spannungseinbruch ebenso wirkt wie eine Frequenzerhöhung und die Beaufschlagung verringert, es ist aber auch umgekehrt möglich, mit Spannungseinbruch die Beaufschlagung zu vergrößern, obwohl dies im allgemeinen nicht erwünscht ist. Die verschiedene Wirkung kommt je nach der Zuordnung der beiden Ströme 11 und J2 und dem Betätigungssinn der Steuerspule zustande. Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel in Abänderung der Anordnung nach Fig. 4.. Die- Summe der beiden Ströme 1, und J, wird der Steuerspule i9 des Oldruckreglers 18 unmittelbar zugeleitet, die über den Steuerkolben 2o den Regler steuert. Der Regler zeigt den gleichen einfachen Aufbau mit nur einer Spannungs- bzw. Stromspule wie zur Spannungsregelung. Die Tatsache, dali der Regler auch auf Spannungsänderungen anspricht, ist im Bereich kleiner Spannungsänderungen nicht weiter störend, einmal weil ja der sowieso vorhandene Spannungsregler die Spannungsschwankungen wieder ausregelt. dann aber auch deshalb, weil der Frequenzeinfluß bei weitem überwiegt und Spannungseinflüsse auf den Regler durch kleinste Frequenzänderungen aufgehoben werden können. Wenn der zulässige Frequenzbereich überschritten wird, kann der über einen gewissen Betrag anwachsende frequenzabhängige Strom zum Abschalten der Maschine benutzt werden. Man kann auch das Ansprechen des Reglers auf Spannungsänderungen vermeiden, wenn man als Gegenkraft nicht eine Feder auf den Steuerkolben des öldruckreglers einwirken läßt, sondern z. B. die Zugkraft einer Spule, die von dem weitgehend frequenzunabhängigen Strom J2 durchflossen wird. Beim Sollwert der Frequenz wird dann die Zugkraft der von den Strömen J2 -i- il durchflossenen Spule durch die Zugkraft der vom Strom 1, durchflossenen Spule gerade aufgehoben, und der Steuerkolben ist in der Mittellage.
  • .Man kann auf diese Weise die Regelung der Kraftmaschinen unmittelbar durch die Frequenz erfolgen lassen, was eine Reihe von Vorteilen mit sich bringt. Statt durch eine Gleichstrommaschine kann ini Falle der Fig. 4. das Pendel 17 auch durch eine vom Generator 9 gespeiste Wechselstromwenderniaschine angetrieben werden, die unmittelbar von den Generatorklemmen gespeist wird. Fig. 6 zeigt eine solche Anordnung. a1 bedeutet die Wechselstrom-Stromwendermaschine mit dem Zwischenumspanner 22. Die Maschine wird als kompensierter ständergespeister Nebenschlußmotor betrieben, die Bürsten befinden sich in der Kurzschlußstellung, so daß sich Ständerstrom- und Lä uferstrombelag gegenseitig aufheben. Der sich über die Umspanner 7 und 8 schließende Strom stellt daher vorwiegend Erregerstrom dar, der bei Abweichungen der Frequenz vom Sollwert um den Betrag Ji verstärkt oder geschwächt wird, so daß sich entsprechend die Drehzahl des Motors 21 und des Pendels 17 ändert. In ähnlicher Weise ließen :ich noch mehr Anwendungen des Erfindungsgedankens auf Wechselstromwendermaschinen finden. Die Maschine i in Fig. i kann auch ein Einankerumformer sein, von dessen Schleifringen außer dem Schwingungskreis noch andere Verbraucher mit konstanter Frequenz gespeist werden.

Claims (3)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Anordnung zur Erzielung einer gleichbleibenden Drehzahl bzw. Frequenz an elektrischen Maschinen, wobei die Stromaufnahme eines in Abhängigkeit von dieser Drehzahl bzw. Frequenz gespeisten, aus Drosselspule und Kondensator gebildeten elektrischen Parallelschwingkreises für die Regelung der Drehzahl bzw. Frequenz ausgenutzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Schwingkreis die v ektorielle Summe und die vektorielle Differenz des Drosselspulen- und des Kondensatorstromes gebildet werden und daß Summen- und Differenzstrom in Überlagerung unmittelbar oder mittelbar dieDrehzahl bzw. Frequenz bestimmen.
  2. 2. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Ströme als Erregung in einer Gleichstrommaschine wirken, deren Ankerkreis aus einer fremden Stromquelle gespeist wird und deren Gesamterregung bei zu kleinen Werten der Drehzahl bzw. Frequenz geschwächt und bei zu großen Werten gestärkt wird.
  3. 3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingkreis aus Hilfsschleifringen der zii regelnden Gleichstrommaschine gespeist wird. d.. Anordnung nach Anspruch a, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingkreis von einer mit der zu regelnden Gleichstrommaschine gekuppelten Wechselstromgeneratormaschine gespeist wird. 5. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingkreis von einem Generator gespeist wird, dessen Kraftmaschin.ensteuerung durch ein von der zu regelnden Gleichstrommaschine angetriebenes Pendel erfolgt. 6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ankerkreis der Gleichstrommaschine von der Hilfserregermaschine des Generators gespeist wird. 7. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Ströme auf den Erregerkreis einer WechSelStrom-Stromwenderinaschine wirken, die von der zu regelnden Frequenz gespeist wird und durch ihre Drehzahländerung die Kraftmaschine des die Frequenz bestimmenden Generators beeinflußt. B. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Ströme in der Steuerspule eines Öldruckreglers überlagert werden, der die Beaufschlagung bzw. Führung der mit dem Generator gekuppelten Kraftmaschine regelt. 9. Anordnung nach Anspruch ä, dadurch gekennzeichnet, daß eine Absenkung der Generator - bzw. Netzspannung je nach Bedarf im Sinne einer Verminderung oder Erhöhung der Energiezufuhr auf den Regler wirkt. ro. Anordnung nach Anspruch r oder einem der voraufgehenden, dadurch gekennzeichnet, daß der frequenzabhängige Strom beim Überschreiten eines bestimmten Grenzwertes das Abschalten der Anordnung veranlaßt. r1. Anordnung nach Anspruch z oder einem der voraufgehenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Sollwert durch Verstimmen des Schwingkreises stetig einstellbar ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 3.54877, 555833, 6895i2, 697 192.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE354877C (de) * 1917-12-21 1922-06-19 Siemens & Halske Akt Ges Einrichtung, um entgegengesetzte mechanische oder elektrische Wirkungen auszuloesen, wenn die Frequenz eines Wechselstroms eine Normalfrequenz ueber- oder unterschreitet
DE555833C (de) * 1930-07-31 1932-08-02 Aeg Brueckenanordnung zur Frequenz- bzw. Spannungsueberwachung und -regelung
DE689512C (de) * 1936-12-24 1940-03-26 Siemens Schuckertwerke Akt Ges Anordnung zur Konstanthaltung einer Verbraucherspannung trotz schwankender Netzspannung
DE697192C (de) * 1931-06-24 1940-10-08 Aeg Anordnung fuer Gleichstrommotoren, deren Erregerwicklung waehrend des Normalbetriebes ueber gesteuerte Entladungsstrecken von einem mit dem Gleichstrommotor gekuppeltenWechselstromgenerator und waehrend der Anlasszeit vom Gleichstromnetz direkt gespeist wird

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