DE734321C - Einrichtung zur Regelung der Drehzahl von Wechselstromerzeugern in Abhaengigkeit von einer Vergleichsfrequenz - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Regelung der Drehzahl von Wechselstramerzeugern in Abhängigkeit von einer Vergleichsfrequenz. In vielen Fällen ist es notwendig, beispielsweise wenn ein elektrischer Generator mit einer Starkstromleitung verbunden werden soll, daß die Drehzahl des Generators gerade eine solche Höhe hat, daß die Frequenz der Wechselspannung des Generators vor dem Zuschalten in Synchronismus mit der Frequenz der Leitung ist. Eine ähnliche Aufgabe liegt aber auch vor, wenn ein Generator in Abhängigkeit von einer Leitfrequenz geregelt werden soll. Hierbei ist es meist erwünscht,, die Drehzahl des Generators automatisch der Vergleichsfrequenz anzupassen. Drehzahlregeleinrichtun-.gen dieser Art sind an sich schon .bekannt.

sie besitzen jedoch meist nur eine geringe Empfindlichkeit und sprechen nicht auf die Veränderungen der Phasenwinkel zwischen ■den zwei Wechselspannungen an. Diese Nachteile sind bei der Einrichtung gemäß der Erfindung vermieden, indem diese in der Weise ausgebildet ist, daß auf das Verstellglied des Reglers zwei parallel geschaltete gittergesteuerte Röhren einwirken, von denen jede einen Verstellsinn des Reglers bestimmt, und daß der gemeinsame Stromkreis der Röhren eine dritte gittergesteuerte Röhre enthält, welche durch die eine der zu vergleichenden Wechselspannungen gesteuert wird, während von den beiden ersten Röhren die eine durch die zweite Wechselspannung, die andere durch die aus dem Vergleich der beiden .Wechsel Spannungen gebildete Schwebnngs-

spannung gesteuert wird. Durch diese Einrichtung wird die Drehzahl der zu regelnder Maschine mit größter Genauigkeit entsprechend der Frequenz der Yergleichsspannung eingeregelt, wobei auch der Phasenwinkel berücksichtigt wird. Weiterhin ist aber der Strombedarf der Einrichtung sehr gering, so - daß die Spannungswandler nur gering belastet werden. Es ist aus diesem Grunde möglieh, die Einrichtung über Kondensatordurchführungen zu speisen.

In den Figuren ist die Erfindung an Hand eines bevorzugten Ausführungsbeispieies erläutert. Die Fig. ι zeigt eine schaltungsmäßige Darstellung der Apparate und Stromkreise, welche für die gewählte Ausführungsfortn der Erfindung gebraucht werden. Die Fig. 2, 3 und 4 zeigen Kurven, welche die verschiedenen Beziehungen zwischen den einzelnsn Teilen der Regeleinrichtung darstellen. In Fig. ι ist ein elektrischer Generator 2 dargestellt, der eine Ankerwicklung 3 und • eine Feldwicklung 4 besitzt, die von irgendeiner geeigneten Stromquelle, beispielsweise einem Erregergenerator 6, erregt wird. Der Erregerstromkreis erstreckt sich von einem Pol des Erregergenerators über die Leitung 7, die Feldwicklung· 4 und den Leiter 8 zu dem anderen Pol des Erregergenerators 6. Die Ankerwicklung 3 des Generators ist mittels dreier Phasenleiter 11. 12 und 13 und eines Schalters 14 mit den Starkstromleitungen 15, jo und 17 verbunden. Der Schalter 14 ist mit einem Betätigungsmechanismus versehen, der einen Elektromagneten 18 und eine Feder 19 enthält, welche durch eine hier nicht gezeichnete Einrichtung gesteuert werden.

Der Generator 2 wird durch eine Primärmaschine 22, beispielsweise eine Dampfturbine, angetrieben, und seine Drehzahl wird durch eine Regeleinrichtung 23 geregelt, welche in Übereinstimmung mit der Drehzahl der Primärmaschine angetrieben wird. Die Regeleinrichtung versteilt den drehbaren Hebel 24 und das Einlaßventil 25, das sich in der Dampfzuführungsleitung 26 befindet. Die Leitung 27 dient dazu, den Dampf wieder aus der Turbine fortzuleitc-n. Das Gleichgewicht der Regeleinrichtung wird durch die Kraft der Feder 31 reguliert, von der ein Ende mit dem Hebel 24 verbunden ist. Um die Einstellung der Regeleinrichtung zu verändern and hierbei die vorher festgelegte Drehzahl einzustellen, ist das Ende der Feder 31. ^weldies von dem Hebel 24 entfernt liegt, mit einem Schraubenglied 32 verbunden, welches in vertikaler Richtung in einem mit Innengewinde versehenen Schneckenrad 32 beweglich ist. Wenn das Schneckenrad 32 in der einen oder der anderen Richtung verdreht wird, so bewegt sich die Gewindespindel 12 aufwärts oder abwärts und verändert hierbei die Spannung" der Feder 31. Hierdurch wird die Einstellung des Reglers verändert.

Ein Elektromotor 34, der eine Ankerwicklung 3Ö und eine Feldwicklung 37 besitzt, treibt über eine Schnecke 35 das Triebrad ^t₁ an. Die Feldwicklung des Motors wird dauernd von dem Erregergeneratcr über die Leitungen 38, 39, 42 und 43 erregt. Die Ankerwicklung 36 ist mittels Leitungen 44 und 45 mit beweglichen Kontaktarmen 46 und 47 \*erbunden, die zu den die Drehrichtung des Motors steuernden Schaltern 48 und 49 gehören. Der Schalter 48 besitzt den bewegliehen Kontaktarm 40, der die Kontakte 52 und 53 trägt, die zu den festen Gegenkontakten 54, 55 gehören. Der Elektromagnet 56 bewegt den Kontakthebel 40 in eine von seinen beiden Stellungen, wobei jedesmal Stromkreise geschlossen werden. Die an dem Kontakthebel angreifende Feder 57 .-ist normalerweise bestrebt, den Hebel in eine Richtung zu bewegen, wobei die zusammenarbeitenden Kontakte 53, 55 geschlossen gehalten werden, wenn der Elektromagnet 56 nicht erregt ist. Der Schalter 49 ist von der gleichen Art wie der Schalter 48 und besitzt bewegliche Kontakte 62 und 63, welche sich an dem Kontaktarm 47 befinden. Zu ihnen gehören die festen Gegenkontakte 64 und (15. Der Elektromagnet 66 betätigt den Arm 47 gegen die Kraft einer Feder 67, welche normalerweise den Schaltarm in der dargestellten Stellung hält, wobei Kontaktschluß zwischen den Kontakten 63 und 65 bewirkt wird.

Die festen Kontakte 54 und 04 der Schalter 48 und 49 sind über die Leitungen 38 und 8 mit einem Pol des Erregergenerators (> und die festen Kontakte 55 und 65 der Schalter 48 und 49 sind über die Leitungen 43 und 7 mit dem anderen Pol des Erregergenerators 6 verbunden. Durch die Betätigung des einen oder des anderen Schakers 48 oder 49. durch den die eine oder die andere Seite des Motorankers 36 mit der Leitung 38 verbunden wird, wird der Motor 34 in der einen oder anderen Richtung in Bewegung gesetzt.

Wenn die Elektromagnete der Schalter 48 bi.s 49 nicht erregt sind, befinden sich die Schalter in den in der Zeichnung dargestellten Stellungen, in denen sie einen Stromkreis von der einen Seite der Ankerwicklung 3O über die Leitung44, Schalterkontakte 53 bis 55, Leitung 43, Schalterkontakt^ 63 und 65 und Leiter 45 zu der anderen Seite dtr Ankerwicklung 30 schließen. Hierdurch wird ein Kurzschlußstromkreis für den Motor 34 geschlossen.

Durch die Betätigung des einen oder des anderen der Umkehrschalter 48 und 49 in ihre zweite Betätigungsstellung, wird der Motor

34 so mit dem Erregergenerator 6 verbunden, daß er in der einen oder anderen Richtung in Gang gesetzt wird. Die Schalter für die Drehrichtung des Motors 34 werden durch Stromkreise gesteuert, die über die gittergesteuerten Röhren 68 und 69 führen. Diese werden durch eine Schaltung gesteuert, welche auf die Frequenz- und Phasenbeziehung zwischen den beiden Wechselstromquellen anspricht.

Es sind ferner zwei Transformatoren Ti und Tf₁I vorgesehen. Der Transformator Ti hat eine Primärwicklung 71, welche durch Leitungen 72' und 73 mit den Starkstromleitungen 16 und 17 verbunden ist, und hat Sekundärwicklungen 74, 75 und 76. Die Stromkreise dieser Wicklungen werden später beschrieben. Der Transformator T_M ist mit einer Primärwicklung "JJ versehen, welche durch Leitungen 78 und 79 mit den Generatorleitungen 12 und 13 verbunden ist, und besitzt Sekundärwicklungen 82, 83, 84 und 85.

Um den Stromfluß durch die Röhren 68 und 69 in Übereinstimmung mit den Veränderungen in der Drehzahl des Generators 2 unter Berücksichtigung der Frequenz und des Phasenwinkels der Spannung zu steuern, ist noch eine weitere gittergesteuerte Röhre 86 vorgesehen, welche in Serie mit jeder der Röhren 68 und 69 geschaltet ist und während eines Teiles der Spannungswelle des Generators 2 leitend wird. Der über die Röhren geführte Strom wird dem Vollwellengleichrichter 87 entnommen.

' 35 Die Wechselstromseite des Gleichrichters 87 wird von. den in Reihe geschalteten Sekundärwicklungen 74 und 82 der Transformatoren 7Ί und T_M gespeist, so daß die am Gleichrichter anliegende Wechselspannung gleich der Spannung zwischen dem Generator 2 und der Strakstromleitung 15, 16, 171st. Der Gleichrichter gibt einen gleichgerichteten Nullspannungsbetrag, wenn der Phasenwinkel .zwischen den Spannungen gleich Null ist. Die gleichgerichtete Spannung ER₁ des Gleichrichters 87 weicht dagegen vom Nullwert und dem Nullphasenwinkel zwischen der Maschine und der Starkstromleitung bis zu einem Maximalwert bei einem Phasenwinkel von i8o° und zurück zu Null bei 360° ab, wie es durch die Kurve ER₁ in Fig. 4 dargestellt ist.

Die Röhre 86 ist eine Dreielektrodenröhre, die eine Anode 96, eine Kathode 97 und ein Gitter 102 besitzt. Die Röhre wird durch eine Gitterspannung gesteuert, die aus einer Impulsspannung E₁ besteht, welche über eine gleichgerichtete Spannung JS₆ überlagert ist. Die Spannung-Ei wird von der Sekundärwicklung 88 eines gesättigten Transformators 89 gespeist, dessen Primärwicklung 92 in einem Stromkreis mit der Sekundärwicklung 83 des Transformators T_M über einen Widerstand 93 Hegt. Die Spannung E₁, wird über einen Kondensator 94 abgeleitet, welcher in einem Stromkreis mit der Sekundärwicklung 84 des Trans- formators T_M und einem Gleichrichter 95 liegt. Der Gitterstromkreis der Röhre 86 erstreckt sich von der Kathode 97 über die Leiter 89, 99, Kondensator 94, die Windung 88 des gesättigten Transformators 89 und einen Widerstand 101 zu dem Gitter 102. In Fig. 2 zeigt die Kurve E_M die Spannungswelle des Generators 2 und die Kurve E₁ den Spannungswert des Transformators 89, dem die gleichgerichtete Spannung E_b überlagert ist. Weil der Transformator 89 gesättigt ist, stellt die Kurve Ei eine Spannung dar, die einen merklichen Wert nur während eines kurzen Teiles der Periode besitzt. Sie ist gegenüber der Spannung E_M um einen Betrag verschoben, der durch die Größe des Widerstandes 93 bestimmt wird. Hierdurch wird bewirkt, daß die Teile der Periode gesteuert werden können, während welcher die Röhre 86 ionisiert werden' kann. Diese Teile sind in der Kurve E₁ gestrichelt dargestellt.

Die Röhren 68 und 69 sind ebenfalls Dreielektrodenröhren. Die Röhre 68 hat eine Anode 103, eine Kathode 104 und ein Gitter 105. Die Röhre 69 hat eine Anode 106, eine Kathode 107 und ein Gitter 108. Die Röhren 68 und 69 werden durch Gitterspannungen Eg¹¹ und Egⁱⁿ gesteuert. Die Gitterspannung der Röhre 68, das ist Eg¹¹, wird von der Sekundärwicklung 75 des Transformators T_L gespeist. Der Gittersteuerstromkreis erstreckt sich von der Kathode 104 über den Leiter 109, Widerstand 112, Leiter 113, Wicklung 75 und Leiter 114 zu dem Gitter 105. Die Gitterspannung Eg¹¹¹ ist die Schwebungsspannung zwisehen dem Generator 2 und der Spannung der Starkstromleitung und durch die Reihenschaltung der beiden Sekundärwicklungen 76 und 85 der Transformatoren T_L und T_M gebildet. Der Gittersteuerstromkreis erstreckt sich von der Kathode 107 der Röhre 69 über den Leiter 115, Widerstand 112, Leiter 113, Transformatorwicklung76, Leiter 116, Windung 85 und Widerstand 117 zu dem Gitter 108. Die Schwebungsspannung weicht bei der Veränderung des Phasenwinkels zwischen der Maschinenspannung und der Spannung der Starkstromleitung von Null bis zu einem Maximum ab, wie dies in Fig. 4 durch die Kurve Eg^m -gezeigt wird.

Die Höhe der gleichgerichteten Spannung in dem von dem Gleichrichter 87 ausgehenden Stromkreis hängt von der Phasenbeziehung zwischen den Spannungen der beiden Wechselstromquellen, die gemeinsam den Gleichrichter speisen, ab. Der Stromkreis des Gleichrichters erstreckt sich über die Röhre 86, Leitung

rj8 zu dem Verbindungspunkt 119 und dann über einen von zwei Teilstromkreisen, der eine hiervon verläuft von dem Verbindungspunkt 119 über den Leiter 99, die Windung 123 des 5" Elektromagneten 56, die Röhre 68 und Leitung· ioy zu dem Verbindungspunkt 122, der andere Teilstromkreis schließt den Leiter 99, die Windung 124 des Elektromagneten 66, die Röhre 69 und Leiter 115 ein und führt ebenfalls zu dem Verbindungspunkt 122. Der Stromkreis führt dann weiter über den Widerstand 112 und den Leiter 125 zu der negativen Seite des Gleichrichters 87. Der Widerstand 112 ist in diesem Stromkreis eingefügt, damit beim Leitendwerden einer der Röhren 68 oder (19 der Stromfluß über den Widerstand 112 auf den Gitterkreis der anderen Röhre einwirkt, um zu verhindern, daß diese ebenfalls leitend wird, bevor die Spannung /1-R₁ des Gleichrichter S7 wieder zu Null geworden ist.

L'nter Bezugnahme auf die Fig. 2, 3,4 und 5 erkennt man, daß die Abszissen in Fig. 2 und 3 in Grade des Phasenwinkels der Frequenz der Spannung £_ΛΙ, also der Spannung des Generators 2, eingeteilt sind, während in den-Fig. 4 und 5 die unter den Abszissen aufgetragenen Phasenwinkel die Schwebungsphasenwinkel, also die Winkelabweichungen zwischen den Spannungen E_Vr ^unfl E^, sind.

In Fig. 4 und 5 stimmen die mit o° bezeichneten Punkte auf der Abszisse mit den Betriebspunkten überein, an denen keine Phasenabweichung zwischen den Spannungen der beiden Wechselstromquellen besteht. Wenn die Drehzahl des Generators 2 zu niedrig ist, wird der Phasenwinkel von Null nach rechts anwachsen oder in der Richtung, welche in den Fig. 4 und 5 mit langsam bezeichnet ist, und wenn die Maschinendrehzahl im Vergleich zu der Frequenz der Leitung zu hoch ist, wird der Spannungswert dargestellt durch die Kurven auf der 'linken Seite des Nullpunktes. Wenn der Phasenwinkel zwischen E_M und E_L sich ändert und hierfür der Strom durch die Röhren 68 und 69 aufgezeichnet wird, so erhält man die Kurven in Fig. 5. Die strichliniierten Kurven in Fig. 5, die mit /,.,<> bezeichnet sind, stellen den Strom der Röhre 69 dar, und die voll ausgezogenen Kurven 7,_R stellen den Strom durch die Röhre 68 dar. Das Maximum der strichlinierten und der voll ausgezogenen Kurven entsprechen demselben Stromwert, die Kurven sind jedoch mit verschiedenem Ordinatenmaßstab gezeichnet, damit sie sich besser unterscheiden. An diesen Kurven erkennt man, daß, wenn die Geschwindigkeit des Generators zu niedrig ist, der Strom durch die Röhre 69 anzuwachsen beginnt (dargestellt durch den Teil 132 der strichlinierten Kurve Z₀₉), bevor der Strom der Röhre 68 anwächst (dargestellt diiich den Teil 133 der voll ausgezogenen Kurve /„„). Hieraus erkennt man, daß, weil die Röhre 69 früher leitend wird als die Röhre 68, der Schalter 49 betätigt wird, wodurch der Motor 34 die Einstellung des Steuerorgan» 2t, derart ändert, daß die Geschwindigkeit des Generators 2 erhöht wird. Wenn die R«ihre 69 leitend geworden ist, so fließt Si rom durch den Widerstand 112 und verhindert, wie vorher erwähnt, daß die Röhre 68 ebenfalls leitend wird, bevor die Spannung am Gleichrichter 87 wieder XuIl geworden ist. Diese Spannung ist abgeleitet von der Scliwebnngsspannung zwischen dem Generator 2 und der Starkstromleitung und wird XuIl, wenn beide Spannungen gleiche Phasenlage haben.

Wenn die Geschwindigkeit des Generators 2 zu hoch ist, so zeigt die Fig. 5, daß der Strom durch die Röhre 68 (dargestellt durch den Teil 134 der Kurve J₀₈) früher anwächst als der Strom durch die Röhre 69 (dargestellt durch den Teil 135 der Kurve J,_iS). Hierbei wird die Röhre 68 leitend und betätigt den Schalter 48, wobei der Motor 34 die Einstellung des Reglers 2^ so ändert, daß die Geschwindigkeit verringert wird. Wenn einmal die Röhre 68 leitend geworden ist, so bleibt sie es so lange, bis der Phasenwinkel zwischen der zuzuschaltenden Maschine und der Starkstromleitung XuIl oder nahezu XuIl geworden ist, in diesem Falle wird auch die Spannung ER₁ XuIl.

Wenn die Einrichtung zu arbeiten beginnt, solange eine relativ hohe Frequenzdifferenz besteht, verhindert der zwischen die Speisepunkte des Gleichrichters 87 geschaltete Kondensator 118, daß die Spannung ER₁ XuIl wird, wenn auch der Phasenwinkel zwischen den beiden Wechselspannungsquellen vorübergehend XuIl wird. Durch den Kondensator 118 wird bewirkt, daß die Spannung ER₁ sich in diesem Falle nicht entsprechend der voll ausgezogenen Kurve während der beiden Halbperioden ändert, sondern daß sie sich mehr entsprechend der gestrichelten Linie zwischen den beiden Spanmmgswelien ändert. Infolgedessen wird das entsprechende Relais dauernd geschlossen. Nähert sich die Maschine der synchronen Geschwindigkeit, so wandert die Lage der strichlinierten Übergangskurve nach unten und verschwindet schließlich, wobei sie gestattet, daß die Schwebungsspaunung wirklich /u XuIl wird, wie dies durch die Kurven in Fig. 5 angezeigt wird. Die Kurven in l^rig. 5 stellen also das Arbeiten der Röhren in Abhängigkeit von der Gradverschiebung des Phasenwinkels zwischen der Maschinenspannung und der Leitungsspannung in jeder Richtung einwandfrei dar.

Claims (9)

1. 784321

   Patentansprüche:
   ι. Einrichtung zur Regelung der Drehzahl von Wechselstromerzeugern in Abhängigkeit von einer Vergleichsfrequenz, bei der auf das Verstellglied des Reglers zwei parallel geschaltete, gittergesteuerte Röhren einwirken, von denen jede einen Verstellsinn des Reglers bestimmt, dadurch gekennzeichnet, daß der gemeinsame Stromkreis der Röhren (68, 69) eine dritte gittergesteuerte Röhre (86) erhält, welche durch die eine der vergleichenden Wechselspannungen gesteuert wird, während von den beiden ersten Röhren (68, .69) die eine durch die zweite Wechselspannung, die andere durch die Schwebungsspannung gesteuert wird.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß' die Anodenspannung der drei Röhren aus der gleichgerichteten Schwebungsspannung zwischen den zu vergleichenden Wechselstromspan-, nungen abgeleitet wird.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gitterspannung der dritten gemeinsamen Röhre (86) über einen gesättigten Transformator (89) von der einen Wechselspannung abgeleitet wird.
4. 4. Einrichtung nach Anspruch 1 und 3, dadurch, gekennzeichnet, daß der Zündzeitpunkt der dritten gemeinsamen Röhre (86) durch den gesättigten Transformator (So.) vorgeschaltete, phasenverschiebende Mittel (93) einstellbar ist.
5. 5. Einrichtung nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerspannung des Gitters der dritten gemeinsamen Röhre (86) eine konstante Gleichspannung überlagert ist, die aus der Wechselspannung über Gleichrichter (95) und Kondensator (94) gebildet wird.
6. 6. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu den Gleichrichtern (87), welche die als Anodenspamiung dienende Schwebungsspannung gleichrichten, ein Kondensator fii8) geschaltet ist.
7. 7. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Anodenkreis der drei Röhren so mit den Gitterkreisen der beiden parallel geschalteten Röhren (68, 69J verbunden ist, daß beim Ansprechen der einen Röhre die andere gesperrt wird.
8. 8. Einrichtung nach Anspruch 1, 2 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß in den Anoden- und Gitterkreis der beiden parallel geschalteten Röhren (68, 69) ein Widerstand (112) geschaltet ist, an dem eine die zweite Röhre sperrende Spannung gebildet wird.
9. 9. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß den beiden parallel geschalteten Röhren (68, 69) je ein Schaltrelais (48, 49) zugeordnet ist, welche einen die Öffnung der Betriebsstoffzufuhr (26) verstellenden Motor (34) in der einen oder anderen Drehrichtung zum Anlaufen bringen.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen