DE138118C - - Google Patents

Description

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Klasse 21c.

Die im Nachstehenden beschriebene Erfindung besteht im Princip darin, die Ingangsetzung der Regelungsvorrichtung der Antriebsmaschine und des Widerstandes für die Regelung des Stromerzeugers durch ein und dasselbe Organ zu bewirken. Es ist leicht verständlich, dafs eine solche Anordnung sehr wesentliche Vortheile bietet, besonders in dem Falle, wo der Elektricitätserzeuger von einer Turbine abhängig ist. Die Praxis hat nämlich gezeigt, dafs es schwierig ist, für Turbinen selbsttätige Geschwindigkeitsregler, die sicher arbeiten, herzustellen, so dafs man fast immer eine Regelung von Hand vorgezogen hat. Der die Anlage Ueberwachende hat gleichzeitig zwei Regelungen vorzunehmen, eine für das Schaufelwerk der Turbine, die andere für die Erregung des elektrischen Erzeugers. Hieraus ergeben sich naturgemäfs grofse Schwierigkeiten, denn es ist augenscheinlich, dafs es für eine bestimmte Belastung nur eine Stellung der Antriebsvorrichtung des Flügelwerkes und nur eine Stellung derjenigen des Rheostaten für die Felderregung giebt, die eine bestimmte Geschwindigkeit und Spannung liefern. Mit anderen Worten, für einen regelmäfsigen Gang giebt es für jede Stellung des Schaufelwerkes eine einzige des Widerstandsreglers.

Die Geschwindigkeit mufs im Allgemeinen sich gleich bleiben. (Diese Bedingung ist im Fall einer Vertheilung von Wechselströmen unumgänglich.) Die Spannung an den Klemmen des Erzeugers mufs im Allgemeinen bei steigender Belastung zunehmen, um den Verlust in der Leitung auszugleichen und die Spannung an den Verbrauchsstellen constant zu erhalten. Die Regelung einer elektricitätserzeugenden Gruppe ist daher an folgende Forderungen geknüpft:

1. Die Geschwindigkeit der Antriebsmaschine (Dampfmaschine, Turbine oder dergl.) constant zu erhalten.

2. Die Erregung des Elektricitätserzeugers während des Betriebes so zu ändern, dafs die Spannung an den Klemmen der ^verbrauchsstellen constant bleibt.

Es können in bestimmten Fällen besondere Bedingungen und Anforderungen in Betracht kommen, aber es wird immer von Vbrtheil sein, wie oben erwähnt ist, durch ein und dasselbe Organ sowohl die mechanische Regelung des Motors als auch die Regelung des Widerstandes der Feldmagnete des Elektricitätserzeugers zu bewirken. Die Vorrichtung, um die erstgenannte Wirkung zu erzielen, ist schematisch in Fig. ι dargestellt, wo V das Handrad für die das Schaufelwerk der Turbine beeinflussende Welle XY ist, die bei ihrer Drehbewegung die Hülse E mitnimmt, welche einen beweglichen Contact des Regelungswiderstandes des Stromerzeugers trägt.

Die Stufenwiderstände T₁ r₂ r₃ .... r„_,.... befinden sich zwischen den Contactstücken 1-2, 2 - 3 .... (κ — i) — η . . .. und müssen derart durch Ausprobiren bestimmt sein, dafs der Grad der Erregung genau der Stellung des Flügelwerkes entspricht, und zwar gemäfs dem obigen Gesetze.

Diese Bemessung der Widerstände könnte theoretisch so durchgeführt werden:

Angenommen, Bedingung sei, die Geschwindigkeit und die Klemmenspannung constant zu erhalten, so ergiebt sich Folgendes:

In Fig. 2 sind in den verschiedenen charakteristischen Curven die Spannungen an den Klemmen (Ordinaten) als Function der Erregung des Stromerzeugers (Abscissen) eingetragen. Dabei entspricht Curve I dem Leerlauf, II der halben und III der vollen Belastung.

A, B, C sind die Schnittpunkte der verschiedenen charakteristischen Curven mit der Horizontalen, welche der normalen Spannung entspricht, i' i" i¹" sind Punkte, welche verschiedenen Erregungen entsprechen, Oi' Oi" Oi"' sind die zugehörigen Stromstärken des Erregungsstromes.

Nun ist es sehr leicht, für den Motor z. B. bei der Turbine entsprechend die Beträge der Oeffnungen des Schaufelwerkes festzustellen, welche den verschiedenen Belastungen bei constanter Geschwindigkeit entsprechen.

Hieraus leitet sich unmittelbar das Gesetz ab, nach welchem die Schaufelöffnung mit den verschiedenen Stromstärken zusammenhängt, d. h. der Werth der Widerstände T₁ r₂ .... r_n _ _I? welche die einzigen Unbekannten dieses Problems sind, läfst sich berechnen.

Im Folgenden sollen nun einige Fälle betrachtet werden, wo die oben beschriebene Regelung Anwendung finden kann. Angenommen, es handelt sich um Vertheilung durch Wechselströme, welche gleichzeitig zur Speisung von Motoren (besonders während des Tages) und von Lampen dienen. In diesem Falle wird im Allgemeinen das Netz während des Tages einen geringeren Leistungsfactor haben als während der Nacht. Für ein und dieselbe Belastung und eine constante Geschwindigkeit (d. h. ein und dieselbe Schaufelöffnung) wird daher der Erregungsstrom während des Tages stärker sein als während der Nacht. Es wird daher ein Mittel vorzusehen sein, mittels dessen man die Art der Belastung mit in Anrechnung ziehen kann, welche gestattet, die Erregung zu vergröfsern, wenn die Belastung inductiv wird.

In Fig. 3 ist eine der hierfür möglichen Anordnungen dargestellt, und sind die Bezugszeichen den vorhergehenden entsprechend. Die bewegliche Hülse E trägt ein Conlactstück T, welches mit den auf einander folgenden Contactstücken ι, 2, 3 . . . . η des Rheostaten in Berührung tritt, der um eine Achse O drehbar ist. Die Verrückung des Rheostaten geschieht vermittelst des Handgriffes M, welchen der die Anlage Bedienende nur dann gebrauchen darf, wenn die Art der Belastung variirt. Die Regelung der Felderregung bewirkt man wie vorher durch das Handrad F, welches gleichzeitig auf die Schaufelöffnung und auf den Rheostaten einwirkt. Man kann bei dieser Anordnung am Ende des Rheostaten einen Zeiger anbringen, der sich auf einem Quadranten bewegt, welcher entsprechend den Werthen der mit der Belastungsart variablen Phasenverschiebung zwischen Stromstärke und Spannung eingestellt ist.

Häufig kommt es auch vor, dafs es nothwendig wird, augenblicklich die Erregung zu ändern (z. B. bei der Parallelschaltung zweier Wechselstrommaschinen oder auch bei der Ingangsetzung einer mit besonderem Erreger versehenen Gruppe). Man kann dann je nach Erfordernifs

1. auf einen unabhängigen, mit dem Hauptrheostaten hinter einander geschalteten Hülfsrheostaten einwirken,

2. auf eine Vorrichtung einwirken, welche gleichzeitig die Widerstände T₁ r.₂ . . . . r„ ändert,

3. den Hauptrheostaten so anordnen, dafs der bewegliche Contact bei der Regelung der Antriebsmaschine mitgenommen wird, und dafs die gesammten Contacte aufserdem von Hand mit Bezug auf diesen beweglichen Contact, der für diesen Fall als fest angenommen wird, verschoben werden können. Alle diese Varianten sind als Beispiele angeführt.

In Fig. 4 und 5 ist ein zur selbstthätigen Bedienung der für die Antriebsmaschine und den Erzeuger gemeinsamen Regelungsvorrichtung geeigneter Apparat gezeichnet. Derselbe besteht zunächst aus dem in sich geschlossenen Anker II¹, welcher den Läufern der asynchronen Motore analog ist und vermittelst einer Schnur CC¹, welche über eine Welle pp¹ geht, von der Antriebsmaschine der Gruppe mitgenommen wird. JJ¹ ist der den Ständern der asynchronen Motore entsprechende Feldmagnet, welcher, anstatt auf der Grundplatte des Apparates festzusitzen, mittels der Bügel e e^l und der Zapfen π π¹ derart befestigt ist, dafs er um die Drehachse des Läufers schwingen kann. Der Feldmagnet besitzt die beiden Hebel L₁L₁ ¹LoLz, von denen der erste mit einem entsprechend angebrachten Gegengewicht versehen ist, welches auch durch eine Feder ersetzt werden kann, während der zweite zwischen zwei festen Schrauben b¹ £/ und b.₂ b.₂ schwingt. An diese Schrauben sind zwei elektrische Relais angeschlossen, welche durch bekannte Mittel das Ingangsetzen eines elektrischen Motors, eines Klinkwerkes, eines hydraulischen Hülfsmotors u. s. w. bestimmen, so dafs die Oeffhung oder Schliefsung des Regulirorgans erfolgt, je nachdem der Hebel L₂ L₂' mit der Schraube b_l b_L' oder b.₂ b.₂ in Berührung kommt.

Um die Wirkungsweise des Apparates klar zu machen, ist es nöthig, eine Voraussetzung über die Art des vom elektrischen Erzeuger \ gelieferten Stromes zu machen.

Angenommen ζ. B., es handelt sich um eine Gleichstrommaschine. Die Wicklungen des Feldmagneten JJ', welcher von einem an den Klemmen des elektrischen Erzeugers abgenommenen Strome gespeist wird, wird in diesem Falle derart angeordnet, dafs ein magnetisches Feld entsteht, welches II' durchschneidet, und es wird ferner die Geschwindigkeit ω des Läufers //' und der Widerstand R sowie die Selbstinduction λ dieser Ströme derart geregelt, dafs die Gleichung

w <

entsteht.

Man weifs, dafs unter dieser Voraussetzung das entwickelte Drehmoment mit der Geschwindigkeit des Läufers, d. h. der Antriebsmaschine wächst, und dafs man für einen bestimmten Geschwindigkeitsbereich durch eine entsprechende Construction erreichen kann, dafs dieses Anwachsen einem linearen Gesetze folgt, und¹ man weifs ferner, dafs das Drehmoment dem Quadrat des durch den Feldmagneten JJ' erzeugten magnetischen Feldes gleich ist, welches selbst bei constanter Erregung der Antriebsmaschine der Geschwindigkeit desselben proportional ist (wenn man dafür Sorge trägt, dafs das Eisen der Antriebsmaschine nicht gesättigt ist, eine Bedingung, die sich immer verwirklichen läfst). Man erhält so einen Apparat von aufserordentlicher Empfindlichkeit, da die Veränderungen des Drehmomentes proportional der dritten Potenz der Geschwindigkeitsänderung der Antriebsmaschine sein werden.

Im Falle der elektrische Erzeuger mehrphasige Ströme liefert, mufs die Wicklung des Feldmagneten JJ' in bekannter Weise so angeordnet sein, dafs der an den Klemmen des Erzeugers abgeleitete Strom ein im entgegengesetzten Sinne wie der Läufer umlaufendes Drehfeld erzeugt.

Es mufs bemerkt werden, dafs bei einem genügenden Schwungrad und bei einem Stromerzeuger mit einer gewissen Ankerreaction der selbsthätige Regler schon durch die Aenderung der elektrischen Spannung in Wirkung tritt vor jeder Aenderung der Geschwindigkeit. Es ist dieses eine sehr wichtige und durchaus neue Eigenschaft.

Der Fall von einphasigen Wechselströmen kann unmittelbar auf den vorhergehenden zurückgeführt werden. Bekanntlich läfst sich ein Wechselfeld in zwei im umgekehrten Sinne . drehende Felder zerlegen. Man hat daher in diesem Falle dem Motor die Geschwindigkeit eines dieser beiden Componentenfelder zu geben, wobei als cw die relative Geschwindigkeit des Läufers mit Bezug auf das magnetische Feld in Rechnung zu setzen ist.

Die Theorie der Wirkungsweise des Apparates bleibt demnach dieselbe, wie auch immer die Art des von dem elektrischen Erzeuger gelieferten Stromes sein mag.

Es erübrigt noch, zu bemerken, dafs man bei mehrphasigen Strömen den Ständer vollständig unbeweglich machen und das Seil, sowie die zugehörige Rolle fortlassen kann. In diesem Falle wird, um die mechanischen Anordnungen zu vereinfachen, vorthejlhaft die Wirkung des Drehfeldes anstatt seiner Rückwirkung verwendet, indem man den Ständer festlegt und den Hebel L₁ L₂ und L₁' L₂' auf dem Läufer selbst befestigt. Diese letzte Anordnung ist diejenige, welcher man in der Praxis den Vorzug geben wird.

In Fig. 4 ist eine in ihrer Spannung regulirbare Feder r dargestellt, die in eine Zahnstange endigt, welche mit einem vom Schaufelwerk beeinflufsten Triebling in Eingriff steht. Diese Hülfsanordnung dient dazu, die Gangbedingungen zwischen bestimmten Grenzen verschieden zu gestalten.

Die Schrauben können mehrere und derartig auf einander folgende Contactpunkte haben, dafs je nach Bedarf die Geschwindigkeit der elektromechanischen Regulirung verändert werden kann. Man kann zu diesem Zwecke verschiedene Anordnungen treffen, von denen hier eine angeführt werden soll.

Angenommen, der Antrieb der Regelungsvorrichtung wird durch ein Klinkwerk bewirkt, welches von der Antriebsmaschine einer bestimmten Gruppe in Bewegung gesetzt wird. Man wird in diesem Falle eine Anordnung treffen, wie sie in Fig. 6 dargestellt ist. L² entspricht hier dem Hebel L² (Fig. 5), ß¹ ß² ß³ sind drei Bolzen von verschiedener Länge, deren jeder sich in einer metallischen Röhre befindet und durch eine Feder aufwärts gedrückt wird. Die Federn vermehren, wenn das Ende des Hebels L² mit den Contactstiften ß¹ ß² ß³ in Berührung tritt, die Wirkungen des Gegengewichtes P (Fig. 4). ρ ist eine Hülfsbatterie, R ein Sperrrad, welches eine der Bewegungen (Oeffnung und Schliefsung) auf das Regelungsorgan überträgt, b ist eine Stange, welche von der Treibmaschine der betreffenden Gruppe angetrieben wird und bei ihrer hin- und hergehenden Bewegung einen die Sperrklinke d tragenden, schwingenden Arm c mitnimmt. Diese Sperrklinke kann durch einen Elektromagneten e in Wirksamkeit treten und wird durch eine Feder f in ihrer unwirksamen Stellung festgehalten..

Die Nabe des schwingenden Armes trägt einen elektrischen Contact von Cylinderform, welcher, zum Theil von der Masse isolirt, an einem Ende mit dem Elektromagneten e in Verbindung steht. Auf diesen Contact legen sich bei einer Bewegung des Armes c in Rieh-

Claims (6)

lung des Pfeiles auf einander folgend drei Bürsten g3 g.2 gx, von denen jede mit einem der Contactbolzen ß1 ß2 ß3 in Verbindung steht und gegen die anderen um einen bestimmten Winkel verschoben ist, wie es deutlich die AbAvicklung des cylindrischen Contactes in Fig. 7 zeigt. Von den Polen der Batterie ist der eine mit dem Hebel L2, der andere mit dem anderen Ende der Wicklung des Elektromagneten e verbunden. Man versteht unmittelbar, dafs die Anordnung ganz oder theilweise den wirksamen Ausschlag des Armes verwenden läfst, je nachdem der Hebel L., mehr oder weniger kräftig gegen die Contactstifte gedrückt wird. Man könnte durch eine analoge Anordnung das mehr oder weniger schnelle Anlassen eines den Regelungsmechanismus antreibenden Motors herbeiführen. Es würde in diesem Falle genügen, in den Stromkreis der Hülfsbatterie drei Elektromagnete einzuschalten, welche nach einander von (31B2Ii3 erregt werden und von denen der erste die Schliefsung des Anlafsschalters bewirkt, der zweite und dritte mittels bekannter Mittel die Beschleunigung der Motorgeschwindigkeit. Paten τ-An Sprüche:

1. Eine Vorrichtung zur gleichzeitigen Regelung von Antriebsmaschinen und Stromerzeugern, welche auf Centralstationen benutzt werden, gekennzeichnet durch die gemeinschaftliche stufenweise und fortschreitende Bedienung des Organes, welches die Kraftleistung des Motors regelt, und des Erregerwiderstandes des Stromerzeugers, um die mechanische und elektrische Regulirung gleichzeitig und durch eine einzige Handhabung bewirken zu können.

2. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch ι, gekennzeichnet durch eine von einem Handrade gedrehte und die Antriebsmaschine (Turbine oder dergl.) beeinflussende Welle (X Y) (Fig. 3), die bei ihrer Drehbewegung eine Hülse (E) mitnimmt, an welcher ein Stromschlufsstück (T) befestigt ist, welches über die Contactstücke (1, 2, 3 . . . .) eines Rheostaten gleitet.

3. Ausfuhrungsform der Vorrichtung nach Anspruch 2 für Wechselstrommaschinen, dadurch gekennzeichnet, dafs die Contactstücke des Rheostaten auf einer um O drehbaren Schiene angeordnet sind, die je nach dem Werthe des von der Belastungsart abhängigen Leistungsfactors eingestellt wird.

4. Vorrichtung zur selbsttätigen Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dafs ein in sich geschlossener, von der Antriebsmaschine angetriebener Anker (I) von einem drehbar angeordneten, von der angetriebenen Dynamomaschine gespeisten Feldmagnete (J) umgeben ist, der unter der Wirkung des ihm von dem umlaufenden Anker (I) ertheilten, bei normaler Geschwindigkeit durch eine Feder oder ein Gewicht compensirten Drehmomentes bei Geschwindigkeitsänderungen einen an ihm befestigten Hebel (L₂) mit dem einen oder anderen von zwei Contacten b_x und b₂ in Berührung bringt und dadurch Relais schliefst, die in bekannter Weise durch einen Elektromotor, ein Klinkwerk oder ähnliche Vorrichtung das Regelungsorgan in Bewegung setzen.

5. Ausführungsform der Vorrichtung nach Anspruch 4 für Mehrphasenstrommaschinen, dadurch gekennzeichnet, dafs der Feldmagnet (J) fest ist und durch sein Drehfeld auf den beweglichen Anker (I) ein Drehmoment ausübt, das in der im Anspruch 4 gekennzeichneten W⁷eise die Regelung bewirkt.

6. Ausführungsform der Vorrichtung nach Anspruch 4 und 5 für ein von der Antriebsmaschine durch eine hin- und hergehende Stange angetriebenes Klinkwerk, dadurch gekennzeichnet, dafs mehrere federnde Contactbolzen (ß¹ ß² ß^s) dem Hebel (LJ gegenüberstehen und mit der gleichen Anzahl Bürsten (g_l g₂ g₃) verbunden sind, die auf einer mit der Stange (b) hin- und herbewegten Contactfläche schleifen und so gegen einander versetzt sind, dafs die Zeitdauer ihrer Berührung mit der Contactfläche verschieden ist, so dafs, je nachdem der eine oder der andere Contactbolzen mit dem Hebel (L₂) in Berührung tritt, die Klinke (d) durch den im Stromkreise der Contacte (ß¹ßⁱß^s) und Bürsten (g_x g₂ g₃) liegenden Elektromagneten (e) kürzere oder längere Zeit mit dem die Regelung bewirkenden Zahnrad in Eingriff gelangt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.