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Einrichtung zur Regelung zusammen arbeitender Kraftmaschinen mit unterschiedlichen
Wirkungsgradkennlinien In Krafterzeugungsanlagen wird nur bei einer bestimmten Belastung
der höchste Wirkungsgrad erreicht. Bei den verschiedenen Aggregaten einer größeren
Kraftanlage unterscheiden sich die Wirkun,gsgradkenn 'knien in ihrem Verlauf meist,erheblich.
In ,älteren Anlagen, in denen ursprünglich nur eine geringe Leistung installiert
war, wird man oft Aggregate finden, die aus verschiedenen Hierst:ellungszeiten stammen
!und bei. denen der günstigste Wirkungsgrad daher bei ganz verschiedener Belastung
,auftritt. Bei den bisher bekannten selbsttätigen Regeleinrichtungen war @es üblich,
den verschiedenen parallel :arbeitenden Aggregaten seinen festen Anteil an der Gesamtbelastung
zuzuweilsien. Haben ;nun die Aggregate verschiedene Wirkungsgr,adkennlinien, so
werden bei seinem bestimmten Wert der Gesamtbelastung einige der Aggregate mit einer
Belastung arbeiten, die über dem Wert .des günstigsten Wixkungsgrades liegt, während
bei anderen Maschinen die Belastung unter dem Wert des günstigsten Wirkungsgrades
liegt.
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Regelung zusammen
arbeitender Kraftmaschinen mit unterschiedlichen Wirkungs;gradkennlinien, insbesondere
zum Antrieb von auf das gleiche Verteilungsnetz arbeitenden Wechselstromgeneratoren,
mit Hilfe von Lastreglern, die die Kraftmittielzufuhr der Kraftmaschinen abhängig
von dem Verhältnis der Maschineneinzelbel,astung zu einem Regelwert verändern. Erfindungsgemäß
sind den Lastreglern zusätzliche Wirkun:gs;-gradregler zugeordnet, die von der Ges:amt!-belastung
der Maschinen beeinflußt werden und die Lastregler gemäß ;einem durch die Wirkungsgradkennlinien
der Maschinen vorgegebenen funktionellen Zusammenhang zur Gesamtbelastung derart
beeinflussen, daß Änderungen,der Gesamtbelastung sich auf die Einzelmaschinen im
Sinne des günstigsten Wirkungsgrades der Gesamtanlage verteilen. Man erreicht dadurch,
daß bei allen betriebsmäßig eintretenden Werten der Gesamtbelastung der Wirkungsgrad
der Anlage den jeweils bestm@öglichsten Wert ,aufweist.
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An sich ist beim Parallelarbeiten mehrerer Mas:ehinengruppen bereits
bekannt, daß b@ei-.spielsweise bei Vollast .alle Maschinengruppien gleichmäßig voll
belastet sind und daß bei Abnähme der Gesamtbelastung zunächst nur an einer einzigen
Maschinengruppe die Bielastung bis auf Leerlauf verringert wird, während die anderen
Maschinengruppen noch weiter volle Belastung ,abgeben !und dabei mit ihrem günstigsten
Wirkungsgradarbeiten.
Sinkt die Gesamtbelastung noch weiter, dann
soll an der nächsten Maschinengruppe die Belastung von Vollast auf Leerlauf vermindert
werden usw. Bei dieser bekannten Anordnung ist nicht vorausgesetzt, daß die parallel
arbeitenden Maschinengruppen unterschiedliche Wirkungsgr,adkennlinien aufweisen
sollen, und @es ist auch nicht die Bedingung der Erfindung. vorhanden, wonach den
Lastreglern zusätzliche Wirkungsgradregler, die von der Gesamtbelastung der Maschinen
be:-,einflußt werden, zugeordnet sind. Ferner wird bei diesem bekannten Regelverfahren
keinesfalls die optimale Ausnutzung der gesamten Maschinen bezüglich ihres Wirkungsgrades
erzielt.
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In Fig. i ist eine Regeleinrichtung nach der Erfindung rein schemafisch
dargestellt. Die Generatoren i o, i i, 12, die von den Kraftmaschinen 14, 15, 16
angetrieben werden, arbeiten über die Schalter 2o, ä 1, 22 auf die Sammelschienen
i 8, an die die Verbraucher ,angeschlossen sind. Die Regelung der Aggregate erfolgt
durch die Ventile 51,111, 112, die von- den Lastreglern 2-5, 26, 27 der einzelnen
Generatoren i o, i i, 12 gesteuert weiden.
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Die Lastregler stehen nun sowohl unter dem Einfluß der Belastung der
zugehörigen Maschine als "auch runter dem Einfluß des Regelwertes von Wirkungsgradreglern,
die von der Gesamtbelastung der Anlage anteilmäßig in einem bestimmten, durch die
Wirkungsgradkennlinien vorgegebenen Verhältnis beeinfiußt werden. Während die Lastregler
der Einzelmaschinen an die Stromwandler 82, 121, 124 und an die Spa=ungswandler
8o, 120, 123 angeschlossen sind, ist ein Gerät 36 zur Messung der Gesamtbelastung
über den Spannungswandler 157 an die Sammelschienen 18 sowie über die Stromwandler
166, 167, 162 an die einzelnen Generatoren angeschlossen. Durch das Gerät 36, das
die Giesamtbelastung der Anlage mißt, werden nun Leistungsbefehle, die Änderungen
der Gesamtbelastung wiedergeben, .an .die Wirkung bgradregier 30, 31, 32 weitergegeben.
Die Wirkungsgradregler ordnen jeder Änderung der Gesamtbelastung seine bestimmte
Zusa,tzbeeinfussung der Lastregler 25, 26, 27 zu. Dies hat zur Folge, daß
Änderungen der Gesamtbelastung auf die einzelnen Aggregate gemäß vorgegebenen Einz:elwirkungsgradkennlinien
verteilt werden.
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Um den Einfluß der Wirkungsgradregler darzulegen, sind in den Fig.
2; 3 !und 4 die Wirkungsgradkennlinien der Aggregate A, B, C (Generatoren i o, i
i; 12) beispielsweise wiedergegeben.
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Fig.5 zeigt die günstigste Verteilung der Gesamtbelastung der Anlage
auf die einzelnen Aggregate unter Berücksichtigung der Wirkungsgradkennlinien. Da
das Aggregat C bei Vollast den höchsten Wirkungsgrad erreicht, wird bei Abnahme
der Gesamtbelastung (insgesamt 3oo %) vorteilhaft die volle Belastung des Aggregates
C solange als möglich aufrechterhalten; dies bedeutet, daß zwischen Zoo o/o und
300 % Gesamtbelastung das Aggregat C voll belastet ist. Der Wirkungsgrad des Aggregates
A ist bei Völlbelastung ;gering, bei 1/3 Belastung hoch. Man geht daher mit der
Belastung dieses Aggregates bei Abnahme der Gesamtbelastung möglichst schnell herunter,
bleibt dann aber auch möglichst lange auf dem Wert von etwa 30010. Entsprechend
ergibt sich auch die vorteilhafteste Belastungskennlinie des Generators B, der über
einen verhältnismäßig weiten Bereich wechselnde Belastung mit günstigere durchschnittlichen
Wirkungsgrad entnimmt.
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In den Fig. 6 und 7 sind Regler mit dem grundsätzlichen Aufbau der
Fig. i ausführlicher dargestellt. Zur Herstellung des ge, wünschten Zusammenhanges
zwischen zusätzlicher Leistungsbeeinflussung und Änderung der Gesamtbelastung dienen
bei Fig.6 elektrische Zwischenorgane, bei Fig. 7 mechanische Zwischenorgane.
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In Fig. 6 sind wieder die Generatoren io, i i, 12 dargestellt; die
über Sc'h'alter z o, 21; 22 an die Sammelsdhienen 18 angeschlossen sind und von
Kraftmaschinen 14; 15,i6 angetrieben werden. Die Regelung der Kraftmitterzufuhr#
erfolgt durch die Ventile 51; 111, 112, die durch die Drehzahlregler 53; 113, 114
verstellt werden. Auf die Drehzahlregler wirken über ein elastisches Zwischenglied,
die Feder 58 und ein Schneckengetriebe die Drehzählverstellmotoren 63, 116 und 117,
die eine Verschiebung der Statik des Drehzahlreglers gestatten.
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Die Drehzahlvexstellmotoren besitzen zwei gegeneinander geschaltete
Erregerwicklungen 65, 66, die an die Kontakte 73, 74 der Lastregler 25, 26, 27 angeschlossen
sind. Zur Speisung der Verstellmötoren dienen die Hilfsschienen44, 45- Je nachdem
die Kontakte 73 oder 74 geschlossen werden, bewegen sich die Drehzahlverstellmotoren
im einen oder anderen Sinne: Die Kontakte 73, 74 werden durch -,die Waagebalken
der Lastregler 25, 26, 27 gesteuert, auf die ;einerseits die Leistung des zugehörigen
Generators, die von den Strom: wandlern 82, 121, 124 und den Spannungswandlern 8o,
120,123 abgenommen wird, und andererseits Spulen 84, 218, g i 9, die über die Regelwiderstände
86, 42,143 an den Hilfsschienen 44, 45 liegen, -einwirken.
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Zur Verstellung der Regelwiderstände 86, 142; 143- dienen die
Regelmotoren g2, 133:
134, die über Hilfsrelais 76, 77,
78 von dem Gesamtlastregler 36 beeinflußt werden. Die Hilfsrelais besitzen
jeweils Leine Wicklung i o i bzw. 215 bzw. 216, die über den Widerstand 9o bzw.
139 bzw. i4o an Spannung liegt, sowie die Wicklungen io2, die bei den Hilfsrelais
der einzelnen Generatoren in Reihe geschaltet sind und über die Wicklung 172 des
Gesamtlastreglers 36 und den von diesem geregelten Widerstand 184 :an Spannung liegen.
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Der Gesamtlastregler 36 ist nach Arteiner K elvinschen Waage gebaut.
Auf die Waagebalken 150, 151, 152 wirken die Dre#lilmomente dreier S.pulengruppen,
die über die Strom(-Wandler 166, 167, 162 der einzelnen Gieneratoren und die S.panniungswandl@er
157 leir stungsbeeinflußt sind. Die Drehmomente, der Waagebalken :addieren sich
mechanisch und wirkenentgegen einer Federkraft auf die Verstellkontakte 176, 175.
Den Drehmomenten der Leistungsspulen wirkt ein Drehmoment entgegen, das durch die
Wicklung 172 :auf ihren Anker übertragen wird.
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Ändert sich die G,esamtb,elastuAg der Anlage, so hat dies, je nachdem
Beine Vergrößierun,g oder Verringerung der Gesamtbielastung vorliegt, eine Schließung
der Kontakte 175 oder 176 zur Folge. Hierdurch Wird der Vexstelhnotor 178 in dem
einen oder .anderen Drehsinne in Bewegung gesetzt. Dieser verstellt zunächst den
Widerstand 184 rund ändert dadurch den Strom in der Wicklung 172 so lange, bis die
Kelvinsche Waage sich wieder im Gleichgewicht biefindet.
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Die Änderung des Widerstandes 184 hat zur Folge, daß das Gleichgewicht
zwischen den Spulen der Hilfsrelais 76, 77, 78 bei den einzelnen Generatoren
gestört wird. je nachdem eine Vergrößerung oder Verringerung der Gesamtbelastung
erfolgte, je nachdem also der Widerstand 184 verkleinert oder vergrößert
wurde, werden die Kontakte 130 oder 128 der Hilfsrelais geschlossen. Die
Regelmotoren der einzelnen Generatoren drehen sich nun so lange, bis durch. Veränderung
der Regelwiderstände 9o bzw. 139 bzw. 140 die von den Wicklungen i o i bzw. 215
bzw. 216 :ausgeübte Zugkraft der Zugkraft der Wicklung 102 entspricht. Dies bedeutet
also, daß .die Kontaktarme 104, 136, 137, die von den Regelmotoren verstellt werden,
je nach der Güsamtbelastung der Anlageeine biestimmte Stellung reinnehmen.
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Wie in Fig. 6 angedeutet ist, sind nun die Widerstände 86, 142, 143
so abgestuft, daß beispielsweise bei dem Generator 12 des Aggregates C im Bereich
hoher Gesamtbelastung, wenn sich also der Kontaktträger 137 in der oberen Endstellung
befindet, eine Bewegung des Kontaktträgers nur s#hr :geringe Änderungen des Widerstandes
143 zur Folge hat. Umgekehrt bewirkt bei dem Generator i o des Aggregates A eine
Verschiebung des Kontaktträgers 104 ;aus der oberen Endstellung eine starke Änderung
dies Widerstandes 86. Diese starke Änderung des Widerstandes 86 bedeutet Faber gleichzeitig
eine starke Zusatzbeeinflussung des Reglers 25 .über die Spule 84. Bei einem. Sinken
der Gesamtbelastung wird also zunächst beim Aggregat A verringerte Leistungsabgabe
herbeigeführt, da die Spule 84 geringeren Strom erhält und die Kontakte 74 sich
schließen. Über die Kontakte 74 bewegt sich dann der Verstellmotor 63 im Sinne verringerter
Kraftmittelzufuhr bzw. entsprechender Verschiebung der Drehzahlken.nlinie.
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Bei einer Verringerung der Gesamtbelastung besteht die Gefahr, daß
der Lastregler 25, durch die Leistungsbeeinflussung seines eigenen Generators i
o ,gesteuert, zunächst durch Schließung der Kontakte 73 im Sinne erhöhter Leistungszufuhr
regelt, da ja vor dem Eingreifen der Regelapparatur sich Leistungs,ä,nderun en zunächst
auf sämtliche Generatoren gleichmäßig verteilen und der Gesamtlastregler 36 eine
gewisse Zeit zum Eingreifen benötigt. Um nun Fehlregelungen, die .auf diese Weise
entstehen könnten, zu verhindern, werden die Lastregler 25, 26, 27 mit einer Dämpfung
versehen. Im Ausführungsbeispiel wird diese durch Luftkolben 87 @erzielt. Die Lastregler
wird Iran ferner mit einer einstellbaren Gegenkraft, etwa in Form. einer Feder 88,
versehen. Eine einstellbare Feder 96 wird man auch bei den Hilfsrelais
76, 77, 78 der Regelmotoren 92, 133 und 134 vorsehen.
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In Fig.7 wird die Zusatzheeinfl@ussung der Lastregler 25', 26', 27'
durch Federn ,geändert, deren Kraft abhängt von der Gesamtbelastung der Anlage.
An. den Federn 250, 26o, 261, die den leistungsbeeinfllußben Spulen der Lastregler
entgegenarbeiten, greifen die Stangen 252, 262, 263 ,an. Diese tragen am, Ende Rollen,
welche ,auf Schablonen 254, 264, 265 laufen. Die Schablonen werden durch die Regelmotoren
92, 133, 136 verstellt, in gleicher Weise wie- die Widerstände 86; 142, 143 der
Fig. 6. Die Abstufung,der Schablonen ist entsprechend der Abstufung der Widerstände
der Fig.6 zu wählen. Man erkennt, daß die Schablonen der Fig.7 mit den Einzelbelastungskurven
der Fig. 5 seine Ähnlichkeit aufweisen.
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Bei der Regelung kann man gegebenenfalls zwei oder .auch mehr Maschinen
:als eine Maschinengruppe behandeln -und durch ein einziges Gerät selbsttätig in
der Kraftmittelzufuhr regeln.
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Bei den Apparaten, die in den Fig. 6 und 7 dargestellt sind, kann
man diie ,einzelnen Wirkungsgradregler
mechanisch kuppeln, so daß
eine besondere Fernsteuerung in Fortfall kommt. Andererseits kann man aber auch
die Fernsteuerung dazu benutzen, um Maschinenaggregate gemäß der Erfindung xu steuern,
die sich in verschiedenen Kraftwerken eines einzigen. Netzes befinden. A-. Stelle
des einen Gesamtlastreglers, der die verschiedenen Wirkungsgradregler steuert, kann
man auch jeden einzelnen Wirkungsgradregler mit einem Gesamtliastregler ausrüsten
und dadurch die Kupplung der Regelapparaturen durch eine Meßleitung zur übertragung
der gemessenen Gesamtleistung .ersetzen.
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Die Einrichtungen nach der Erfindung sind nicht nur für Kraftmaschinen
verwendbar, die Generatoren. zur gemeinsamen Speisung eines elektrischen Verteilungsnetzes
antreiben. Man kann die gleichen Einrichtungen auch mit Vorteil für anderen Zwecke
der Energieverteilung benutzen, z. B. zur Regelung von Dampfturbinen, die ein gemeinsames
Netz speisende Turbokompressoren antreiben, zur Regelung von elektrischen Maschinen,
die ,auf eine gemeinsame Leitung arbeitende Pumpen antreiben usw.
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Die Wirkungsgradkennlinien gemäß den Fig.2 bis 5, die für die Dimensionierung
der Widerstände 86, 142, 143 in Fig. 6 und Schablonen 254, 264, 265 in Fig. 7 maßgebend
sind, sind je nach den Betriebsbedingungen zu bestimmen. Es kann sich hier sowohl
um die Gesamtwirkungsgrade eines Aggregates, also das Verhältnis der in Form, von
Wasserkraft oder Kohle zugeführten Energie zur elektrisch abgegebenen Energie, ,als
auch :um das Verhältnis der in zugeführten Dampfmengen enthaltenden Energie zur
elektrisch abgegebenen -Energie handeln. Maßgebend ist jeweils, welcher dieser Wirkungsgrade
für die Wirtschaftlichkeit der Anlage von entscheidender Bedeutung ist.