DE658049C - Verfahren zur Regelung von physikalisch-technischen Groessen, die unter dem Einfluss mehrerer Verstellvorrichtungen stehen, insbesondere zur Regelung der Leistungsabgabe mehrerer Stromerzeuger - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung" von physikalisch-technischen Größen, wie Leistungen, Flüssigkeits- oder Gasmengen, Drücke, Temperaturen, elektrische Spannungen und Ströme, die unter dem Einfluß zweier oder mehrerer Verstellvorrichtungen stehen. Derartige Verfahren werden beispielsweise verwendet, um die Leistungsabgabe eines Kraftwerkes, in dem mehrere Generatoren, parallel arbeiten, in bestimmter Weise zu regeln. Jeder Generator bzw. jede Antriebsmaschine ist dabei mit einer Verstellvorrichtung versehen, durch die ihre Leistung, welche einen Teilwert der gesamten von dem Kraftwerk abgegebenen Leistung darstellt, beeinflußt wird. Im folgenden wird die von jedem Generator gelieferte Leistung als Teilwert bezeichnet. In entsprechender Weise wird auch der unter dem Einfluß einer einzelnen Verstellvorrichtung stehende Teil der gesamten zu regelnden Größe, auch wenn es sich, nicht um Leistungen, sondern beispielsweise um Spannungen, Ströme, Flüssigkeitsmengen, Dampfmengen u. dgl. handelt, als Teilwert der zu regelnden Größe bezeichnet. Bei den bekannten Anordnungen zur Regelung von Größen, z. B. elektrischen Leistungen, durch Beeinflussung der von einzelnen Aggregaten gelieferten Teilwerte wurde bisher meist von einem Meßgerät für die zu regelnde Größe beim Über- oder Unterschreiten eines vorgeschriebenen Soll-Wertes an die Verstellvorrichtungen für die Teilwerte der zu regelnden Größe ein Kommando zur Veränderung des Teilwertes gegeben. Es ist leicht einzusehen, daß nach kurzer Zeit die Teilwerte untereinander stark verschieden sind, weil sich praktisch nicht erreichen läßt, daß bei einem Kommando zur Erhöhung oder Erniedrigung der zu regelnden Größe alle Verstellvorrichtungen den zugehörigen Teilwert im gleichen Maße verstellen. Zur Behebung dieses Mangels ist vorgeschlagen worden, die einzelnen Teilwerte untereinander oder mit der zu regelnden Größe selbst zu vergleichen und die Verstellvorrichtungen für die Teilwerte so zu beeinflussen, daß die Teilwerte untereinander gleichbleiben. Sofern z. B. bei der Leistungsregelung von Maschinen nicht alle Maschinen gleich groß sind, so wird unter gleicher Belastung oder Beteiligung der Fall verstanden, daß sich die einzelnen Maschinen entsprechend ihrer Leistungsfähigkeit an der Deckung des Gesamtleistungsbedarfes beteiligen.

Das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung gestattet die Regelung von Größen mit Hilfe von Verstellvorrichtungen, durch

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Dipl.-Ing. Karl Eisensapf in Berlin-Wilmersdorf.

die Teil werte der zu regelnden Größen beeinflußt werden, in der Weise, daß die Teilwerte untereinander ganz oder annähernd gleich oder in einem vorgewählten Verhältnisbleiben, ohne daß die einzelnen Teilwer-te miteinander oder mit ihrer Summe (d. h. <3ef' zu regelnden Größe) verglichen zu werden brauchen.

Gemäß der Erfindung läßt man mehrere, ίο vorzugsweise aber alle Verstellvorrichtungen für die Teilwerte der zu regelnden Größe beim Auf- und Abwärtsregulieren auf zwei verschiedenen Kurven arbeiten, welche die Regelgeschwindigkeit in Abhängigkeit von dem jeweiligen durch die Verstellvorrichtungen beeinflußten Teilwert der zu regelnden Größe darstellen (.Regelgeschwindigkeitscharakteristik), und sorgt dafür, daß die für das Aufwärtsregulieren gültige Kurve oder Linie (Aufwärtscharakteristik) mit einer durch den jeweiligen Arbeitspunkt führenden Senkrechten einen kleineren Winkel einschließt als die für das Abwärtsregulieren gültige Kurve (Abwärtscharakteristik). Die Winkel sind entgegen dem Uhrzeigersinn, und zwar beginnend von der durch den Arbeitspunkt führenden Senkrechten, zu rechnen. Unter Regelgeschwindigkeit wird dabei die zeitliche Änderung des Teilwertes der zu regelnden Größe verstanden, welche dieser Teilwert unter dem Einfluß der zugehörigen Verstellvorrichtung erfährt. Bei Reglern, bei welchen beim Abweichen des Ist-Wertes vom Soll-Wert nur Impulse gegeben werden, welche eine Verstellvorrichtung für die Teilwerte in Gang setzen, entspricht der Regelgeschwindigkeit der Wert, um welchen sich der Teilwert der zu regelnden Größe bei einem Regelkommandio ändert. Dieser Wert kann dtirch Beeinflussung der Laufgeschwindigkeit oder Laufdatier der Verstellvorrichtung für den Teilwert der zu regelnden Größe verändert werden.

Da die Erfindung besonders vorteilhaft zur

Regelung mehrerer parallel arbeitender Wechselstromerzeuger angewendet werden kann, ist der Übersichtlichkeit halber im folgenden hauptsächlich von der Leistungsregelung die Rede. Es wird jedoch ausdrücklich darauf hingewiesen, daß in der gleichen Weise auch andere Größen geregelt werden können.

Die Wirkung, welche durch die Wahl der Lage der Regelgeschwindigkeitscharakteristiken gemäß der Erfindung erzielt wird, ist am deutlichsten zu erkennen, wenn man annimmt, daß die Werte der Aufwärtscharakteristik, d. h. der Charakteristik, welche die Regelgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Leistung für den Fall des Aufwärtsregulierens darstellt, mit steigender Leistung abnehmen^ dagegen daß die Werte der Abwärtscharakteristik mit steigender Leistung zunehmen. In Abb. ι sind die Regelcharakteristiken für diesen Fall dargestellt. In horizontaler Richtung ist die Leistung L, in vertikaler Richtung die Regelgeschwindigkeit V äff getragen. Die Charakteristik für das Aufwaitsregulieren (Aufwärtscharakteristik) ist mit i, die für das Abwärtsregulieren (Abwärtscharakteristik) mit 2 bezeichnet. Die Aufwärtscharakteristik 1 schließt mit der durch den jeweiligen Arbeitspunkt führenden Senkrechten den Winkel α ein. Die Abwärtscharakteristik schließt mit der gleichen Senkrechten dagegen den Winkel/? ein. Aus der Abbildung ist zu erkennen, daß entsprechend der vorstehenden Definition der Erfindung der Winkel α kleiner ist als der Winkel ß. Aus der Abbildung ist leicht zu erkennen, daß dies nicht nur zutrifft, wenn der Arbeitspunkt zufällig mit dem Schnittpunkt der Regel-Charakteristiken übereinstimmt, sondern ganz allgemein. Die Regelgeschwindigkeitscharakteristiken nach Abb. 1 liegen symmetrisch zu der durch den Schnittpunkt führenden Senkrechten; sie sind so gewählt, daß die Ge- schwindigkeit, mit der die zu regelnde Größe, z. B. die Leistung, verändert wird, beim Aufwärtsregulieren mit steigender Leistung abnimmt, während beim Abwärtsregulieren die Regelgeschwindigkeit mit sinkender Leistung go ebenfalls abnimmt. Wenn beim Zusammenarbeiten mehrerer Verstellvorrichtungen deren Regelgeschwindigkeitscharakteristiken möglichst gleich und so gewählt werden, wie in Abb. ι dargestellt ist, so hat dies die Wirkung, 'daß

a) für den Fall des Aufwärtsregulierens die am stärksten belasteten Maschinen weniger beeinflußt werden als die schwächer belasteten Maschinen und daß

b) für den Fall des Abwärtsregulierens die stark belasteten Maschinen stärker beeinflußt werden als die schwächer belasteten Maschinen.

Sowohl beim Aufwärts- als beim Abwärtsregulieren werden sich die Maschinen hinsichtlich ihrer Leistungsabgabe nähern. Nach relativ kurzer Zeit werden sämtliche parallel geschalteten Maschinen, deren Regelgeschwindigkeitscharakteristiken in der durch die Abb. 1 dargestellten Weise verlaufen, annähernd die gleiche Leistung abgeben, abgesehen von geringen Unterschieden, die aber den praktischen Betrieb in keiner Weise beeinträchtigen. Die erwähnten Verhältnisse gelten nicht nur für zwei, sondern für beliebig viele Maschinen.

Ein Belastungsausgleich bzw. ein Ausgleich der Größe der Teilwerte findet auch statt, wenn die Regelgeschwindigkertscharakteristiken unsymmetrisch zu der durch den Schnittpunkt führenden Senkrechten liegen.

Zwei derartige Fälle sind in den Abb. 2 und 3 dargestellt.

Die mit der Abb. 1 übereinstimmenden Teile tragen die gleichen Bezugszeichen. Bei dem Diagramm nach Abb. 2 liegt die Abwärtscharakteristik horizontal. Beim Abwärtsregulieren findet daher kein Belastungsausgleich statt, dagegen nähern sich beim Aufwärtsregulieren die Maschinen hinsicht-Hch ihrer Belastung, wie dies im. Diagramm 1 für den Fall des Aufwärtsregulierens beschrieben worden ist. Abb. 3 zeigt die Regelgeschwindigkeitscharakteristiken für den Fall, daß die Aufwärtscharakteristiken horizontal liegen. In diesem Fall findet ein Belastungsausgleich nur beim Abwärtsregulieren statt. Je nach den vorliegenden Bedingungen kann es zweckmäßig sein, die Regelgeschwindigkeitscharakteristiken nach Abb. 2 oder 3 ztt wählen. Für Wasserkraftanlagen kann es beispielsweise zweckmäßig sein, Regelgeschwindigkeitscharakteristiken gemäß Abb. 3 zu wählen. Hier verläuft die Aufwärtscharakteristik horizontal, so daß es möglich ist, für das Aufwärtsregulieren dauernd mit der durch die Trägheit der bewegten Wassermassen begrenzten höchstzulässigen Regelgeschwindigkeit zu arbeiten.

Bei Dampfturbinen dagegen kann man daran interessiert sein, daß beim Aufwärtsregulieren die Lastzunahme wegen der damit verbundenen Erwärmung nicht zu rasch steigt. Um hier die zulässige Regelgeschwindigkeit voll auszunutzen, wird es sich empfehlen, die Regelgeschwindigkeiten nach Abb. 3 zu wählen. Die Diagramme 4 und 5 zeigen Regelgeschwindigkeitscharakteristiken, bei welchen beide Charakteristiken im gleichen Sinne gegenüber einer Senkrechten geneigt sind.

Man kann diese beiden Diagramme von den Diagrammen nach Abb. 2 und 3 ableiten, wenn man bei Diagramm 2 die Abwärtscharakteristik im Uhrzeigersinn, bei Diagramm 3 die Aufwärtscharakteristik entgegen dem Uhrzeigersinn dreht. Diese beiden Fälle sind meist praktisch, von. geringer Bedeutung; sie können aber wichtig werden, wenn man aus irgendwelchen Gründen beide Charakteristiken im gleichen Sinne neigen muß.

Bei der Lage der Charakteristik nach Abb. 4 werden zwar beim Abwärtsregulieren die Maschinen hinsichtlich ihrer Leistungsabgabe entfernt. Beim Aufwärtsregulieren werden sie dagegen in höherem Maße einander genähert, als sie beim Abwärtsregulieren entfernt werden. Das Umgekehrte ist bei dem Diagramm nach Abb. 5 der Fall.

In den Abb. 6 und 7 sind Grenzfälle dargestellt, bei welchen die Reglercharakteristiken gegenüber einer Senkrechten gleich stark geneigt sind. Diese Fälle können aus den Abb. 4 und 5 abgeleitet werden, wenn man beide Charakteristiken in die gleiche Lage bringt. Damit sich die Maschinen jedoch beim Regeln in dem einen oder anderen Sinne stärker nähern, als sie sich beim Regeln in dem anderen Sinne entfernen, muß man dafür sorgen, daß die prozentualen Regelgeschwindigkeitsunterschiede für den Regelfall, daß sich die Maschinen in ihrer Leistung einander nähern, größer sind als im anderen Regelfall. Wenn also die Werte der Aufwärtscharakteristik mit steigender Leistung abnehmen, d. h. wenn sich die Maschinen in ihrer Leistung beim Aufwärtsregulieren nähern, so muß man, wie in Abb. 6 dargestellt ist, die Aufwärtscharakteristik unter die Abwärtscharakteristik legen. Abb. 6 läßt erkennen, daß zwischen dem Belastungsfall 3 und dem Belastungsfall 4 für das Aufwärtsregulieren die Regelgeschwindigkeit auf die Hälfte sinkt. Für den Fall des Abwärtsregulierens nimmt die Regelgeschwindigkeit zwischen den Grenzen 3 und 4 dagegen nur von 66% ^auf 100% zu, d. h. beim Aufwärtsregulieren werden sich zwei verschieden belastete Maschinen in ihrer Leistungsabgabe nur wenig entfernen, beim Abwärtsregulieren dagegen werden sie sich merklich nähern.

Abb. 7 zeigt den Fall, daß sich die Maschinen beim Abwärtsregulieren nähern. In der gleichen Weise wie bei Abb. 6 läßt sich zeigen, daß sich die Maschinen beim Abwärtsregulieren stärker nähern, als sie sich beim Aufwärtsregulieren in ihrer Leistung voneinander entfernen.

Es ist für die Wirksamkeit des Verfahrens nach der Erfindung gleichgültig, in welchem Teil der Regelgeschwindigkeitscharakteristiken der Arbeitsbereich liegt. In Abb. 1 sind beispielsweise drei Bereiche, die durch die mit 5, 6, 7 und 8 bezeichneten Linien eingegrenzt werden, dargestellt. Es ist gleichgültig, ob die Leistung Null beim Schnittpunkt der Horizontalen mit der Senkrechten 5, 6 oder 7 liegt. Es ist ebenfalls gleichgültig, wo der obere Grenzwert der Leistung liegt. Wesentlich ist dagegen, daß die Regelgeschwindigkeitscharakteristiken sämtlicher Verstellvorrichtungen annähernd gleich no sind. Es empfiehlt sich auch, sämtliche Maschinen in dem gleichen Bereich der Charakteristiken arbeiten zu lassen, weil sonst der Belastungsausgleich verzögert wird. In Sonderfällen kann es jedoch auch zweckmäßig sein, den Maschinen verschiedene Arbeitsbereiche zuzuweisen, beispielsweise dann, wenn es darauf ankommt, eine Maschine prozentual stärker zu belasten als eine andere Maschine. Dies läßt sich auch durch Parallelverschiebung der Reglercharakteristiken erreichen.

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Zu den Abb. 6 und 7 ist noch zu bemerken, daß ein Ausgleich der Belastungen nicht zu erreichen ist, wenn beide Regelgeschwindigkeitscharakteristiken genau horizontal liegen. In den Abb. 8 bis 14 ist an Hand von Ausführungsbeispielen gezeigt, in welcher Weise man die Regelgeschwindigkeitscharakteristiken so von dem Teil wert der zu regelnden Größe abhängig machen kann, daß der gewünschte Belastungsausgleich erzielt wird. Die Ausführungsbeispiele betreffen Anordnungen zur Leistungsregelung von Energieerzeugern. Wie bereits erwähnt, lassen sich in analoger Weise jedoch auch andere Größen regeln.

Abb. 8 zeigt zwei auf die gemeinsame Sammelschiene 10 arbeitende Stromerzeuger. 11 ist ein Stromerzeuger, der von der Turbine 12 angetrieben wird. 13 ist das Dampfventil, mit dessen Hilfe die Leistungszufuhr zur Turbine und damit die Leistungsabgabe des Generators 11 geregelt werden kann. 14 ist ein Motor, der auf das Ventil 13 einwirkt. 15 ist ein Drehzahl- oder Frequenzregler, der beim Über- oder Unterschreiten einer bestimmten Frequenz das Kontaktorgan 16 mit einem der Kontakte 17 und 18 in Berührung bringt. Der Frequenzregler kann, wenn es sich um einen elektrischen Frequenzregler handelt, an die Sammelschiene 10 angeschlossen sein. Er kann aber auch mit der Welle der Turbine gekuppelt sein, so daß er in bekannter Weise als Drehzahlregler arbeitet. Die Feldwicklung des Verstellmotors 14 ist an die Klemmen der Batterie 19 angeschlossen. Die eine Bürste des Motors 14 ist mit dem beweglichen Kontaktorgan 16 des Frequenzreglers verbunden, während die andere Bürste an den Schalthebel 20 des Schalters 21 angeschlossen ist. Mit Hilfe dieses Schalters kann die eine Bürste des Motors 14 mit verschiedenen der Mitte der Batterie benachbarten Zellen verbunden werden. Der Schaltarm 20 wird von der Verstellvorrichtung 22 in Abhängigkeit von der vom Generator 11 abgegebenen Leistung verstellt, derart, daß jede Stellung des Schalthebels einer bestimmten Leistungsabgabe entspricht. Durch das bewegliche Kontaktorgan 16 des Reglers 15 So kann der Anker des Motors 14 durch Anschließen an eines der Enden der Batterie 19 wahlweise an zwei Spannungen gelegt werden, die im entgegengesetzten Sinne von der Leistungsabgabe des Generators 11 abhängig sind, wie sich aus folgendem ergibt.

Wenn man annimmt, daß sich der Schalthebel 20 mit steigender Leistung im Uhrzeigersinn bewegt und der Motor 14 das Ventil 13 zu schließen versucht, sobald das Schaltorgan 16 mit dem Kontakt 17 (Abwärtskontakt) in Berührung bammt, und der Motor 14 das Ventil 13 öffnet, sobald das Schaltorgan 16 mit dem Kontakt 18 (Aufwärtskontakt) in Berührung kommt, so erkennt man, daß die dem Motor 14 über den Kontakt 18 zügeführte Spannung mit steigender Leistung im Falle des Aufwärtsregulierens sinkt, dagegen die über den Kontakt 17 beim Abwärtsregulieren zugeführte Spannung mit sinkender Leistung abnimmt. Da die Umlauf sgeschwindigkeit des Motors 14 und damit die Geschwindigkeit, mit der das Ventil 13 verstellt wird, von der dem Anker des Motors 14 zugeführten Spannung abhängt, so erkennt man, daß die Regelgeschwindigkeitscharakteristiken einer derartigen Anordnung den in Abb. ι dargestellten Verlauf zeigen. Der zweite dargestellte Maschinensatz stimmt mit dem vorher beschriebenen vollkommen überein. Seine Teile tragen daher die gleichen Bezugszeichen.

Die Wirkungsweise der Anordnung sei im folgenden unter der Annahme beschrieben, daß die Maschinen ungleich belastet sind, derart, daß die links dargestellte Maschine nur Y₈ der Maximalleistung, die rechts dargestellte Maschine dagegen ²/_s der Leistung abgibt. Wenn nun durch eine auftretende Belastungsänderung und die damit verbundene Frequenzänderung die Regler 15 zum An- go sprechen kommen und (weil die Frequenz absinkt) die Aufwärtskontakte 18 schließen, so wird das Ventil der links dargestellten Maschine rascher verstellt als das Ventil 13 der rechts dargestellten Maschine, weil dem Anker des Verstellmotors 14 der links dargestellten Maschine eine größere Spannung zugeführt wird als dem Motor 14 der rechts dargestellten Maschine. Tritt dagegen eine Entlastung auf, so daß die Frequenz ansteigt und die Regler 16 ihre Abwärtskontakte 17 schließen, so wird das Ventil der rechts dargestellten Maschine rascher geschlossen als das der links dargestellten Maschine, weil die dem Anker des Verstellmotors der rechts dargestellten Maschine zugeführte Spannung größer ist als die Spannung, die dem Anker des Motors der links dargestellten Maschine zugeführt wird. Dadurch findet im Laufe der Zeit, wie anfangs erwähnt, ein Belastungsausgleich statt. Dies gilt nicht nur für zwei, sondern für beliebig viele Maschinen.

Die Anordnung nach Abb. 8 setzt, damit sie einwandfrei arbeitet, voraus, daß die Regler 15 etwa zur gleichen Zeit ansprechen oder daß die Regelkommandos sämtlicher Maschinen von einem gemeinsamen Leistungs- oder Drehzahlregler gegeben werden. Eine einwandfreie Arbeitsweise wird ferner gewährleistet, wenn die Drehzahlleistungscharakte- iao ristik bei sämtlichen Maschinen möglichst im !eichen Maße geneigt ist.

Mit der Anordnung nach Abb. 8 lassen sich auch leicht Regelgeschwindigkeitscharakteristiken nach den Abb. 2 und 3 erzielen. In diesem Falle braucht man nur für den Fall des Auf- oder Abwärtsregulierens dem Verstellmotor 14 eine konstante Spannung zuführen. Regelgeschwindigkeitscharakteristiken nach Abb. 4 und 5 kann man auch erhalten, wenn man nicht den Anzapfpunkt der Batterie 19 verschiebt, sondern abhängig von der Leistung den Verbindungspunkt der Kontakte 17 oder 18 der Batterie verändert.

Abb. 9 zeigt die Schaltung des Verstellmotors 14 mit dem zugehörigen Regler 15 und dem Schaltorgan 20 für den Fall, daß Regelcharakteristiken nach Abb. 6 und 7 erzielt werden sollen. Der Motor ist mit je einer Feldwicklung für Links-· und Rechtslaufen versehen, deren Enden an die Auf- bzw. Abwärtskontakte 17 oder 18 angeschlossen sind. Je nachdem, ob die Regelcharakteristik !nach Abb. 6 oder 7 erzielt werden, soll, ist in die Verbindungsleitung zwischen einer der Feldwicklungen, des Motors 14 und dem Kontakt 17 oder 18 eine Batterie 23 eingeschaltet. Mit dem Anker ist die Batterie 19 in Reihe geschaltet, und zwar derart, daß durch das Schaltorgan 20 diese Batterie in Abhängigkeit von der Leistungsabgabe verändert wird.

Wenn die Regelgeschwindigkeitscharakteristik nach Abb. 6 verlaufen soll, so muß der in dem Motorstromkreis eingeschaltete Teil der Batterie 19 mit steigender Leistung abnehmen, soll dagegen ein Verlauf der Regelcharakteristik nach Abb. 7 erreicht werden, so muß der eingeschaltete Teil der Batterie 19 mit steigender Leistung zunehmen. Im letzteren Fall liegt die Batterie 23 zwischen dem Kontakt 18 und der rechten Feldwicklung des Motors 14.

Da es genügt, wenn die Regelgeschwindigkeiten zwischen Null- und Vollast sich nur wenig unterscheiden (z. B. um io°/₀), so genügt es, die den Verstellmotoren 14 zugeführten Spannungen nur wenig veränderlich zu machen. Man braucht daher bei der Anordnung nach Abb. 8 nur wenige in der Mitte der Batterie 19 liegende Zellen an die Schaltanordnung 21 anzuschließen. Bei der Anordnung nach Abb. 9 kann man beispielsweise die Batterie 19 nur aus wenigen Zellen bestehen lassein, dagegen die zum Betrieb des Motors notwendige Spannung zwischen je eine Feldwicklung des Motors 14 und die Kontakte 17, 18 einschalten. Es können dann in beiden Leitungen Batterien liegen, die sich in ihrer Zellenzahl voneinander unterscheiden.

Die Abb. 8 zeigt einen Regler, bei dem in Abhängigkeit von der Frequenz oder Drehzahl die Leistungsabgabe der Maschinen beeinflußt wird, um auf diese Weise durch die Änderung der Leistungsabgabe die Frequenz zu beeinflussen. Da die Leistungsabgabe etwa der Stellung des Dampfventils 13 entspricht, so kann man auch die Lage des Schalthebels 20 anstatt von der Leistungsabgabe von der Stellung des Dampfventils 13 abhängig machen. Anstatt das Schaltmesser 20 in Abhängigkeit von der Leistung zu verstellen, kann man auch eine beliebig andere von der Leistung abhängige Größe, z. B. das Drehmoment, oder bei der Verwendung von Drehzahlreglern üblicher Bauart die j eweilige Lage des Nullpunktes des Reglergestänges verwenden.

Ein Ausführungsbeispiel dieser Art ist in Abb. 10 dargestellt.

Die mit der Abb. 8 übereinstimmenden Teile tragen die gleichen Bezugszeichen. Die Maschinen 12 sind mit Drehzahlreglern üblicher Bauart 24 ausgerüstet. 25 ist der in bekannter Weise angeordnete Tourenverstellmotor, mit dessen Hilfe der Drehpunkt 26 des Reglergestänges verschoben werden kann. Diese Verschiebung entspricht einer Parallelverschiebung der Charakteristik des Drehzahlreglers, durch die die Leistungsabgabe in bekannter Weise verändert werden kann. 27 ist ein Relais, welches Kommandos zum Erhöhen oder Erniedrigen der Leistungsabgabe sämtlicher Maschinen gibt. Es kann entweder ein Frequenzrelais verwendet werden, welches dafür sorgt, daß die Frequenz des Netzes konstant bleibt. Es kann auch eine Relaisanordnung verwendet werden, welche die Normalzeit mit der Zeit vergleicht, welche die an das Netz angeschlossenen Synchronuhren anzeigen. Sobald die beiden Zeiten voneinander abweichen, werden Kommandos zum Erhöhen oder Vermindern der Leistungsabgabe gegeben, je nachdem in welchem Sinne die Zeiten voneinander abweichen. Das Relais 27 kann auch den Leistungsübergang in einer Leitung, z. B. der Kuppelleitung zweier Netze, überwachen und bei Abweichungen der Übergabeleistung von einem vorgewählten Soll-Wert, der auch noch durch einen Fahrplan eingestellt werden kann, Kommandos zum Erhöhen oder Vermindern der Leistungsabgabe geben. Während man bisher beim Eintreffen eines Kommandos zum Erhöhen oder Vermindern der Leistungsabgabe unter Zwischenschaltung von Relais die Tourenverstellmotoren beeinflußte und ihre Drehzahl unabhängig von der Leistung machte, wird nach der vorliegenden Erfindung die den Tourenverstellmotoren zugeführte Spannung abhängig von der Leistung des zugehörigen Generators (Teilleistung) gemacht. Dies kann dadurch geschehen, daß man die dem Tourenverstellmotor zugeführte Spannung in der gleichen Weise leistungsabhängig

macht wie bei der Anordnung nach Abb. 8. Bei der Anordnung nach Abb. io ist die Spannung von der jeweiligen Stellung des Drehpunktes 26 des Reglergestänges abhängig S gemacht, welche ebenfalls einer bestimmten Leistungsabgabe entspricht. Das Relais 27 beeinflußt das Zwischenrelais 28, das in der gleichen Weise mit der Batterie 19 verbunden ist wie das Relais 15 nach. Abb. 8. An Stelle to des SchaltaiTnes 20 (Abb. 8) tritt der Schiebekontakt 29, der mit dem Drehpunkt 26 des Reglergestänges starr gekuppelt ist. Es ist leicht einzusehen, daß dem Tourenverstellmotor der am stärksten belasteten Maschine beim Aufwärtsregulieren über den Aufwärtskontakt 30 eine kleinere Spannung zugeführt wird als der schwächer belasteten Maschine, während dem Tourenverstellmotor der am stärksten belasteten Maschine beim Abwärtsregulieren eine größere Spannung zugeführt wird als der schwächer belasteten Maschine. so daß auch hier ein Belastungsausgleich stattfindet. Es ist, wie bereits bei der Anordnung nach Abb. 8 gezeigt wurde, nicht erforderlich, daß sämtliche Maschinen von einem gemeinsamen Kommandogeber 27 beeinflußt werden. Die Abb. 11 zeigt einen Regler, bei dem durch Ventile, die in den Zuleitungen zu dem Servomotorkolben liegen, den Regelgeschwindigkeitscharakteristiken der gewünschte Verlauf erteilt wird. Der Regler ist in bekannter Weise ausgebildet. 32 ist das Fliehkraftpendel, 33 der Servomotorkolben. DerDruckölzufluß wird durch den Steuerkolben 34 beeinflußt. 35 ist das schematisch angedeutete Dampfventil, das vom Servomotorkolben verstellt wird. In die ölzuleitungen 36 und 37 sind die Drosselklappen 38, 39 eingeschaltet, welche durch das Gestänge 40 mit dem Dampfventil 35 verbunden sind. Das Gestänge ist so angeordnet, daß die eine der Drosselklappen 38, 39 geschlossen wird, während die andere sich öffnet. Auf diese Weise können Regelgeschwindigkeitscharakteristiken erzielt werden, wie sie in Abb. 1 dargestellt sind. Wenn man eine der Klappen wegläßt, so kann man Regel Charakteristiken nach Abb. 2 und 3 erhalten. Die übrigen in den Abb. 4 bis 6 dargestellten Charakteristiken lassen sich leicht durch geeignete Anordnung der Drosselklappen erzielen.

Die Erfindung ermöglicht es, auch parallel arbeitende Regler zu verwenden, die keinen bleibenden Ungleichförmigkeitsgrad aufweisen. Hierunter sind Regler, z. B. Isodromregler, zu verstehen, die. keine geneigte Drehzahlleistungscharakteristik aufweisen und bei welchen daher bei der gleichen Drehzahl die Maschine verschiedene Leistungen abgeben kann. Man wird in diesen Fällen allerdings dafür sorgen, daß alle Steuerorgane ein Unempfindlichkeitsbereicli haben, das um soviel breiter als die Ungenauigkeit des einzuregelnden Meßwertes jeden Reglers ist, so daß sich eine Überlappung der Unempfindlichkeitsbereiche aller Regler bei irgendeinem Absolutwert der zu regelnden Größe ergibt. Unter diesen Umständen wird ein Beharrungszustand in dem gemeinsamen Unempfindlichkeitsbereich aller Regler möglich. Der wesentliehe Fortschritt der Erfindung besteht darin, daß im Beharrungszustand innerhalb der gemeinsamen Unempfmdlichkeitszone jede beliebige Lastverteilung möglich ist, daß aber die unvermeidlichen Regulierschwankungen um dein Soll-Wert im Verlauf längerer Zeit stets die Maschinen auf denjenigen Wert hinführen, bei dem die zeitliche Leistungsänderung der miteinander parallel regulierten Maschinen im Falle einer Abweichung des Ist-Wertes vom Soll-Wert einander gleich ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist für einen Isodromregler in Abb. 12 dargestellt. Derartige Regler sind in dem Buch von Stodola, Dampf- und Gasturbinen, 8s 5. Auflage, 1922, S. 450, beschrieben. Ein einwandfreies Parallelarbeiten derartiger Regler kann man gemäß der Erfindung erreichen, wenn man die Verstellgeschwindigkeit der Ventile von der jeweiligen Lastabgabe der zugehörigen Maschine abhängig macht. Dies kann entweder in der Weise geschehen, daß man die Geschwindigkeit, mit der das Dampfventil verstellt wird, in der Weise leistungsabhängig macht, wie dies bei den Ausführungsbeispielen nach Abb. 8 bis 10 beschrieben ist. Man kann aber auch die Regelgeschwindigkeitscharakteristiken in der bei Abb. 11 beschriebenen Weise beeinflussen. Abb. 12 zeigt diese Art der Beeinflussung der Regelgeschwindigkeitscharakteristiken und dürfte mit Rücksicht auf Abb. 11 ohne weitere Erklärung verständlich sein,

Abb. 13, zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, welches dem Ausführungsbeispiel nach Abb. 10 ähnelt. Die Ähnlichkeit besteht hauptsächlich darin, daß sämtlichen Maschinen von dem Relais 40 die Impulse zum Erhöhen oder zum Erniedrigen der Leistungsabgabe gegeben werden. Die mit den Abb. 8 und 10 übereinstimmenden Teile tragen die gleichen Bezugszeichen. Das Relais 40 kann ein Frequenzrelais oder Leistungsrelais sein, wie bereits bei der Einrichtung nach Abb. 10 angegeben. Den Verstellmotoren 14 für die Ventile 13 wird Strom über die Widerstände 41, 42 zugeführt. Die Widerstände werden von den leistungsabhängigen Verstellvorrichtungen 22 verstellt. Sie sind derart geschaltet, daß beim Verdrehen der Schaltorgane der eine Widerstand zu-, der andere dagegen abnimmt. Die Motoren erhalten Strom über

die Kontakte 43, 44 des Relais 40. Wenn man annimmt, daß die Kontakte der Widerstände mit steigender Leistung im Sinne der Pfeile 45 verdreht werden, so müssen die Motoren 14 und das Relais 40 so geschaltet sein, daß die Ventile im Sinne einer A'ergrößerung der Leistungsabgabe verstellt werden, wenn die Kontaktzunge des Relais mit dem Aufwärtskontakt 43 in Berührung kommt; denn bei

ίο großer Leistung ist mit dem Kontakt 43 ein größerer Widerstand in Reihe geschaltet als mit dem Kontakt 44. Unter der Annahme, daß die linke Maschine schwächer belastet ist als die rechte Maschine, wirkt die Anordnung in folgender Weise:

Die Kontakte der Widerstände 41, 42 nehmen, wie in der Abbildung dargestellt, eine solche Lage ein, daß bei der linken Maschine mit dem Abwärtskontakt 44 ein größerer Widerstand in Reihe geschaltet ist als bei der rechts dargestellten Maschine. Die Abwärtsregelgeschwindigkeit ist also bei der rechts dargestellten Maschine größer. Der mit dem Kontakt 43 der linken Maschine in Reihe geschaltete Widerstand 42 ist kleiner als der mit dem Verstellmotor 14 der rechten Maschine in Reihe geschaltete Widerstand, so daß die Aufwärtsgeschwindigkeit der rechten Maschine kleiner ist als die der linken Maschine.

Kommt ein Kommando zum Erhöhen der Leistungsabgabe, welches durch Frequenzöder Leistungsabweichung ausgelöst sein kann, so kommt die Kontaktzunge des Relais 40 mit dem Aufwärtskontakt 43 in Berührung und gibt ein Kommando zur Erhöhung der Leistungsabgabe. Da der dem linken Verstellmotor 14 vorgeschaltete Widerstand 42 kleiner ist als der dem rechten Motor 14 vorgeschaltete Widerstand, so wird das linke Dampf ventil 13 rascher geöffnet als das rechte Dampfventil. Es tritt daher ein Belastungsausgleich ein. Beim Abwärtsregulieren wirkt die Anordnung in analoger Weise.

Bei der Einrichtung nach Abb. 13 sind besondere Drehzahlregler entbehrlich. Aus Sicherheitsgründen wird man jedoch Regler verwenden, welche beim Überschreiten einer bestimmten Drehzahl die Ventile rasch schließen.

Abb. 14 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung für den Fall, daß durch die Kommandos zum Erhöhen oder Erniedrigen der Leistungsabgabe Motoren, die die zu regelnde Leistung verstellen, während einer bestimmten Zeit in Umlauf gesetzt werden. Es ist dabei gleichgültig, ob diese Motoren unmittelbar, wie dargestellt, das Dampfventil beeinflussen oder ob sie, wie in Abb. 10 dargestellt, die Drehzahlleistungscharakteristik verstellen.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Abb. 14 ist angenommen, daß die Leistungsabgabe der Aggregate 46 und 47 so beeinflußt werden soll, daß die in der Kuppelleitung 48 fließende Leistung einem bestimmten Wert entspricht. Die in der Leitung 48 fließende Leistung wird durch das Meßgerät 49 gemessen und in der Vargleichsanordmmg 50 mit einem vorgeschriebenen Soll-Wert verglichen. Der Soll-Wert kann konstant sein. Er kann im Laufe längerer Zeitabschnitte durch einen Fahrplan verändert werden. Er kann aber auch mit einer weiteren Größe, z. B. der Übergabeleistung, an einer weiteren Stelle des Netzes verglichen werden. Die Vergleichsanordnung 50 schließt, wenn die Leistungsabgabe erhöht werden soll, kurzzeitig den Aufwärtskontakt 51, der den Aufwärtsrelais 52 Strom zuführt. Der Abwärtskiointakt 53 ist mit den Relais 54 in Reihe geschaltet. Die Relais 52 und 54 sind mit Selbsthaltekontakten 55, 56 ausgerüstet, die mit dem Zeitwerk 57 in Reihe geschaltet sind. Sie besitzen ferner die Kontakte 58, 59, welche das Zeitwerk in Gang setzen. Durch die Kontakte 60 und 61 erhält der Verstellmotor 14 Strom. Seine Drehrichtung hängt davon ab, welcher von den Kontakten· 60 und 61 geschlossen wird. Sobald eines der Relais 52 oder 54 angesprochen hat, hält es sich über den zugehörigen Selbsthaltekontakt. Gleichzeitig wird einer der Motorkontakte 60, 61 geschlossen, und die Verstellung des Dampfventils beginnt. Die Verstellung wird vom Zeitwerk unterbrochen, sobald der Schaltarm 62 von der Kontaktschiene 63 abgleitet. Eine Feder 64 sucht den Schaltarm in der Nullage zu halten. Der Schaltarm wird von dem Motor 65 über die magnetische Kupplung 66 angetrieben. Diese Kupplung erhält eine von dem mit dem Motor 14 in Reihe geschalteten Widerstand 67 abgezweigte Spannung, so daß die Kupplung nur erregt ist, wenn der VerStellmotor 14 läuft. Beim Lüften der Kupplung geht das Kontaktorgan 62 in seine Nullage zurück. Die Drehgeschwindigkeit des Motors 65 ist von der Leistung der zugehörigen Maschine abhängig gemacht. Zu diesem Zweck wird durch die Verstellvorrichtung 22 die dem Motor zugeführte Spannung in Abhängigkeit von der Leistung verstellt. Je nachdem, wel- "° eher der Kontakte 58 und 59 geschlossen wird, erhält der Motor 65 eine größere oder kleinere Spannung. Die beiden Spannungen sind, wie aus der Abbildung leicht zu erkennen ist, im entgegengesetzten Sinne von der Leistungs- HS abgabe abhängig. Die Zeitdauer, die der Kontaktarm 62 benötigt, um das Kontaktsegment 63 zu überstreichen, ist daher für das Aufwärtsregulieren und das Abwärtsregulieren verschieden und von der Leistungsabgabe abhängig, und zwar derart, daß beim Aufwärtsregulieren mit steigender Leistung der

Motor 65 rascher läuft, so daß die Selbsthaltestromkreise schon nach kürzerer Zeit unterbrochen werden als bei geringen Leistungen. Beim Abwärtsregulieren dagegen nimmt die Laufgeschwindigkeit des Motors 65 mit abnehmender Leistung zu, so daß bei schwach belasteten Maschinenleistungen die Selbsthaltestromkreise schneller unterbrochen werden als bei stark belasteten Maschinen.

Wenn man die Lauf dauer beim Aufwärtsoder Abwärtsregulieren konstant hält, so kann man Regelgeschwindigkeitscharakteristiken nach Abb. 2 und 3 erhalten. Anstatt die Laufdauer leistungsabhängig zu machen, kann man auch die Umlaufsgeschwindigkeiten der Verstellmotoren leistungsabhängig machen, wie dies beispielsweise in Abb. 13 dargestellt ist. Gegenüber Abb. 13 besteht dann ein Unterschied lediglich darin, daß die Laufdauer der Motoren 14 nicht vom Relais 40 abhängt, sondern von einem Zeitwerk.

Das Verfahren nach der Erfindung ist nicht nur zur Regelung mehrerer in einem Kraftwerk arbeitender Maschinen geeignet, sondern ist auch zur Regelung räumlich weit entfernter Energieerzeuger anwendbar. Man kann auch die Belastung zwischen mehreren Kraftwerken, innerhalb welchen die Belastung zwischen den einzelnen Maschinen durch die Anwendung des Verfahrens nach der Erfindung ,ausgeglichen wird, mit Hilfe des Verfahrens nach der Erfindung so regeln, daß sich die Kraftwerke annähernd gleich stark belasten.

Wie die Abb. 11 und 12 zeigen, lassen sich die Regelgeschwindigkeitscharakteristiken nicht nur auf elektrischem, sondern auch auf mechanischem Wege beeinflussen. Man kann daher auch mehrere parallel arbeitende Regler, bei welchen durch Beeinflussung der Öldruckzu- oder -ableitung sämtliche Regler gemeinsam zusätzlich vipn irgendeiner anderen Größe, z. B. der Uhrzeitkiointnolle, beeinflußt werden, anwenden, wenn man die Ölleitungen jedes einzelnen Reglers gemäß Abb. 11 oder 12 mit Ventilen oder Drosselklappen versieht. Während in den Abb. 1 bis 7 die Regelgeschwindigkeitscharakteristiken als gerade Linien dargestellt sind, kann man das Verfahren nach der Erfindung auch benutzen, wenn die Regelgeschwindigkeitscharakteristiken gekrümmte Linien sind. Wesentlich ist dabei nur, daß an jedem Punkt die Neigungswinkel den anfangs erwähnten Bedingungen entsprechen.

Claims (10)

1. Patentansprüche:

   i. Verfahren zur Regelung von physikalisch-technischen Größen, wie Leistungen, Flüssigkeits-oder Gasmengen, Drücke, Temperaturen, elektrische Spannungen und Ströme, die unter dem Einfluß von zwei oder mehreren je einen Teilwert dieser Größen beeinflussenden Verstellvorrichtungen stehen, insbesondere zur Regelung mehrerer parallel arbeitender Wechselstromerzeuger, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere, vorzugsweise alle Verstellvorrichtungen für die Teilwerte der zu regelnden Größe beim Auf- und Abwärtsregulieren auf zwei verschiedenen Kurven arbeiten, welche die Regelgeschwindigkeit in Abhängigkeit von dem jeweiligen durch, die Verstellvorrichtung beeinflußten Teilwert der zu regelnden Größe darstellen (Regelgeschwindigkeitscharakteristik), und daß die für das Aufwärtsregulieren gültige Kurve (Aufwärtscharakteristik) mit einer durch den jeweiligen Arbeitspunkt führenden Senkrechten einen kleineren Winkel einsehließt als die für das Abwärtsregulieren gültige Kurve (Abwärtscharakteristik).
2. 2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß anstatt verschieden geneigter Regelgeschwindigkeitscharakteristiken bei ganz oder annähernd gleicher Neigung der Regelgeschwindigkeitscharakteristiken diese mit einer durch den jeweiligen Arbeitspunkt führenden Senkrechten einen von 90° abweichenden Winkel einschließen und daß bei einem Winkel unter 90⁰ die Aufwärtscharakteristik unter, bei einem Winkel über 90° über der Abwärtscharakteristik liegt.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelgeschwindigkeitscharakteristiken sämtlicher parallel arbeitender Verstellviorrichtungen ganz oder annähernd den gleichen Verlauf zeigen, wobei sämtliche Charakteristiken auf einen gemeinsamen Vergleichswert,

   z. B. die Maximalleistungsabgabe, zu reduzieren sind.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Werte der Aufwärtscharakteristik mit steigendem Wert der zu regelnden Größe ab- und die 'Werte der Abwärtscharakteristik dagegen zunehmen.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine der beiden Regelgeschwindigkeitscharakteristiken ganz oder annähernd horizontal liegt.
6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche ι bis 5 für Regler, die bei einer bestimmten Größe der Abweichung zwischen lsi- und Soll-Wert mehrere Verstellvorrichtungen für die Teilwerte der zu regelnden Größe in Gang setzen, dadurch gekennzeichnet, daß den Regelgeschwin-

   digkeitscharakteristiken durch Beeinflussung der Laufgeschwindigkeit der Verstellvorrichtungen in Abhängigkeit von dem. zugehörigen Teilwert der zu regelnden Größe der gewünschte Verlauf erteilt wird.
7. 7. Verfahren nach Anspruch 6 für Regler, die bei bestimmten Abweichungen zwischen Ist- und Soll-Wert mehrere Verstellvorrichtungen für Teilwerte der zu regelnden Größe während einer begrenzten Zeitdauer in Gang setzen, dadurch gekennzeichnet, daß den Regelgeschwindigkeitscharakteristiken dadurch der gewünschte Verlauf erteilt wird, daß die Laufgeschwindigkeit oder Laufdauer der Verstellvorrichtungen von dem zugehörigen Teilwert der zu regelnden Größe abhängig gemacht wird.
8. 8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß in Abhängigkeit von den Teilwerten der zu regelnden Größe, z. B. der Leistungsabgabe eines Wechselstromerzeugers, zwei im entgegengesetzten Sinne von der Leistungsabgabe abhängige Spannungen erzeugt werden, von welchen dem Verstellmotor für den Teilwert der zu regelnden Größe die eine beim Aufwärtsregulieren, die andere beim Abwärtsregulieren zugeführt wird.
9. 9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Spannung über den Aufwärtskontakt, die andere über den Abwärtskontakt des Reglers der Verstellvorrichtung zugeführt wird.
10. 10. Verfahren nach. Ansprüchen 1 bis 5 für Drehzahlregler mit Flüssigkeitsservomotor, dadurch gekennzeichnet-, daß in den Zuleitungen zum Servomotor Ventile angeordnet werden, deren Stellung von

    . der Lage des die Kraftmittelzufuhr beeinflussendien Viesrstellorgans, z. B. Dampf ventils, abhängig gemacht wird.

    μ. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 5 oder 10 zur Regelung der Leistungsabgabe von parallel arbeitenden Stromerzeugern, insbesondere WechselstrOrnerzeugern,- deren. Maschinen mit Drehzahlreglern ausgerüstet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit, mit der die Drehzahlcharakteristiken bei Abweichungen des Ist-Wertes vom Soll-Wert durch den Tourenverstellmotor verschoben werden, von der jeweiligen Leistungsabgabe der betreffenden Maschinen abhängig gemacht wird.

    Hierzu 2 Blatt Zeichnungen