DE868174C - Stabilisierungseinrichtung fuer indirekt wirkende Kraftmaschinenregler - Google Patents

Description

• Stabilisierungseinrichtung für indirekt wirkende Kraftmaschinenregler Zur Stabilisierung selbsttätiger elektrischer Regler ist es bekannt, die Rückführfeder, die meist mit einer Dämpfungsvorrichtung versehen ist, durch ein elektromechanisches Rückführorgan mit magnetischer, elektromagnetischer oder elektrodynamischer Rückstellkraft zu ersetzen, bei welchem man es in der Hand hat, dem bei einer mechanischen Feder proportionalen Kraft-Weg-Gesetz eine beliebige andere Funktion zu geben und so die Rückführung der tatsächlichen Kraft-Weg-Kurve des Reglers besser anzupassen. Solche elektrische Rückführorgane können bei zweckentsprechender Bauart, z. B. als Topf- oder Drehmagnete ausgeführt, die gleichen Kräfte ausüben wie Federn, also recht erhebliche Verstellkräfte. Nun wendet man seit vielen Jahrzehnten bei Kraftmaschinenreglern zur Erhöhung ihrer Verstellkraft hydraulische Kraftverstärker, sog. Servomotoren an, die dazu dienen, das Steuerorgan der Kraftmaschine, das oft erhebliche Bewegungswiderstände aufweist, mit einem gewissen Überschuß an Verstellkraft sicher und genau in die dem Bedarf entsprechende Lage zu bringen.
• Während man bisher nur direkt wirkende Regler mit dem elektrischen Rückführorgan ausgerüstet hat, bezieht sich die Erfindung auf indirekt wirkende Kraftmaschinenregler zur Regelung der Kraftmittelzufuhr zur Kraftmaschine, insbesondere solche, die mit hydraulischem Servomotor zur Verstellung des Maschinenreglers und mit mechanischem Rückführgestänge zwischen Regler und Servomotor versehen sind, unter Verwendung eines Rückstellorgans mit magnetischer Rückstellkraft.
• Erfindungsgemäß ist mindestens einer der wirksamen Teile des die Rückstellung bewirkenden Elektromagneten innerhalb des die Rückführung des Reglers herbeiführenden Gestänges zwischen den Regler und den Servomotor angekoppelt.
• In der Zeichnung sind drei Ausführungsbeispiele für die Erfindung schematisch dargestellt, und zwar zeigt Fig. i einen Regler mit ungedämpfter Rückführung des Servomotors, Fig. 2 einen Regler mit gedämpfter Rückführung; derart, daß er eine Isodromcharakteristik erhält, und Fig. 3 einen Regler mit zwei verschiedenenRückführungen. ` _ In allen Figuren sind die Geschwindigkeitsregler selbst als elektrische Regler a mit Drehsystem ausgebildet, indem sie eine Wechselstromfrequenz konstant halten. Als Rückführorgän ist ein Elektromagnet, und zwar ein Drehmagnet b, verwendet, der aus dem Netz c entweder mit Wechselstrom (Fig. z) oder mit Gleichstrom (Fig. 3) erregt werden kann. Der hydraulische Servomotor d, dessen-Steuerschieber e vom Regler a verstellt wird, arbeitet in bekannter Weise auf die Steuerung einer Wasserturbine, die einen das Wechselstromnetz'c speisenden, in der Zeichnung nicht dargestellten Synchrongenerator antreibt. Dieser Generator kann der Generator eines Kraftwerkes sein, dessen Frequenz konstant zu halten ist, oder er kann ein kleiner Hilfsgenerator sein, wobei die Turbine entweder auch eine elektrische Maschine oder aber eine Arbeitsmaschine oder ein Industriewerk antreiben kann. Die Rückführung des Steuerschiebers erfolgt in üblicher Weise derart, da:ß der Endpunkt des Reglerhebels f über eine mit Rolle versehene, . auf . Zug bzw. Druck beanspruchte Stange g in einer schrägen oder -gekrümmten, mit der Kolbenstange des Servomotors d verbundenen Kulisse bz gleitet und so der Verstellbewegung des Reglers entgegenwirkt.
• Gemäß Fig. i ist nun unmittelbar in die zu diesem Zweck unterteilte Rollenstange g der Drehmagnet b eingeschaltet; indem sein Erregerkörper mit dem einen, sein Anker mit dem anderen -Abschnitt der Stange g verbunden ist. Der Drehmagnet b sorgt dafür, daß- sich die Rückführung- eindeutig der Kraft-Weg-Kurve des Reglers anpaßt. Dieser Drehmagnet b wirkt wie eine federnde Kupplung mit der Kraft-Weg-Funktion entsprechender Charakteristik. Damit nun beim Ausbleiben der Spannung im Netz c, sei es infolge Generatordefekts oder infolge einer beliebigen anderen Störung, die Kraftmittelzufuhr momentan gedrosselt bzw. völlig unterbrochen wird, wird die Erregerwicklung i des Magneten b vom Netz c aus gespeist, so daß bei Wegfall dieser Erregung das Schnellschlüßgewicht 1z zur Wirkung kommt, welches das _ Steuerventil e momentan auf Kraftmitteldrosselung schaltet. Das Gewicht k könnte auch durch eine Feder ersetzt werden.
• Läßt man die Rückführung auf den Reglerhebel f über ein einstellbares Verzögerungsglied wirken, so erhält man eine Isodromregelung, d. h. eine Regelung- auf genau gleiche Geschwindigkeit bzw. Frequenz bei jeder Belastung, was dadurch ermöglicht wird, daß bei Laständerungen und während des Regelvorgangs vorübergehend eine Statik am Regelorgan herrscht, die aber nach der Ausregelung wieder rückgängig gemacht wird. Als Verzögerungsglied ist gemäß Fig. 2 in die zugleich vom Drehmagneten b beeinflußte wiederum zweiteilige Stange g in der Kraftrichtung der Dämpfungszylinder m eingeschaltet. Dereine Eisenkörper des Drehmagneten liegt im Raum fest, während sein beweglicher Teil an der Stange g angreift. Der Magnet b wirkt hier wie eine Torsions-, Spiral-, Zug- oder Druckfeder, mit dem Unterschied, daß deren Charakteristik beliebig von der Geraden abweichend gestaltet werden kann. Die übrigen Organe der Regeleinrichtung nach Fig. 2 sind gleich wie in Fig. i zu denken.
• Wünscht man außer dem Servomotor d auch den elektrischen Regler a bzw. ein Zwischenglied, z. B: ein Vorsteuerventil, für sich rückzuführen, so muß man, wie Fig. 3 zeigt, wenigstens die eine der beiden Rückführungen elastisch und gedämpft mit dem Reglergestänge verbinden, damit Pendelungen vermieden werden. Zu diesem Zweck ist die Welle des elektrischen Reglers a über die Rollenstange n, welche eine Doppelfeder o und einen Dämpfungszylinder p enthält, dem Eifluß einer zweiten Gleitbahn q der Kolbenstange- des Servomotors d ausgesetzt und wird somit ebenso wie dieser unmittelbar von der Stellung der Turbinensteuerung oder eines Zwischengliedes beeinflußt. Eine solche Rückführung wird natürlich nur dann möglich, wenn das Reglersystem eine Gegenkraft besitzt, die hier in Gestalt der Statikfeder r vorhanden ist.
• Erhebliche Vorteile bietet es, wenn man den Regelvorgang nicht von bereits vorliegenden Geschwindigkeitsabweichungen, sondern schon von der Tendenz zu solchen Abweichungen, also vom Differentialquotienten der Geschwindigkeit nach der Zeit, d. h. von der Beschleunigung abhängig macht, der die Drehzahl der Maschine bzw: die Frequenz des Netzes unterworfen ist. Das läßt sich erreichen, indem man gemäß Fig. 3 den Rückführmagneten b mit Gleichstrom speist und ihm zwei einander entgegenwirkende Erregerwicklungen i1 und i2 gibt, von denen die eine, il, zur Magnetisierung des Magneteisens dient, die andere, i2; dagegen den Magnetkreis zusätzlich nur dann beeinflußt, wenn eine Beschleunigung bzw. Verzögerung der Frequenz auftritt. Die Spule il wird über ein Gleichrichterviereck s1 und den Vorschaltwiderstand t gespeist, während die Spule i2 über ein Gleichrichterviereck s2 und den Kondensator u gespeist wird und zu einer Drosselspule v parallel liegt. Die Spule i2 erhält nur Strom, wenn im Netz c eine -Frequenzänderung stattfindet, da der Einfuß etwaiger Spannungsänderungen durch die Spule il kompensiert wird.
• Bei einer Kraftmaschine, besonders einem Turbinenaggregat gemäß den Ausführungsbeispielen mit Isodromregelung (Fig. 2 und 3) wird der Reguliervorgang durch die Einstellung einer vorübergehenden Statik stabilisiert. Dauer des Vorgangs und Größe dieser vorübergehenden Statik richten sich nach den besonderen Verhältnissen des Einzelfalles und hängen von den Schwungmassen, dem Gefälle, der Wassermenge, der Länge des Saugrohres und der Druckhöhe, besonders bei Peltonturbinen, ab und müssen wegen der durch die genannten Daten bestimmten Massenkräfte meist unerwünscht hoch eingestellt werden. Somit ergeben sich verhältnismäß hohe Regulierzeiten, die sich namentlich bei plötzlichen Laständerungen, vor allem bei Teil- und Vollastabschaltungen, sehr ungünstig auswirken. Um hier die Regelzeit abzukürzen, hat man an den Ventilen des hydraulischen Servomotors zusätzliche Öffnungen, sog. Ablaßvorrichtungen, angebracht, die bei plötzlicher Entlastung derMaschine freigegeben werden. Diese Einrichtungen arbeiten freilich naturgemäß sehr roh und ergeben einen unstetigen Betrieb. Demgegenüber wirkt erfindungsgemäß die oben beschriebene Einrichtung, nach der die vorübergehende Statik des Reglers in Funktion des Differentialquotienten der Geschwindigkeit herabgesetzt wird, stetig und paßt sich selbsttätig den momentan gegebenen Betriebsverhältnissen und -erfordernissen an.

Claims (7)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Stabilisierungseinrichtung für indirekt wirkende Kraftmaschinenregler zur Regelung der Kraftmittelzufuhr zur Kraftmaschine, insbesondere solche, die mit hydraulischem Servomotor zur Verstellung des Maschinenreglers und mit mechanischem Rückführgestänge zwischen Regler und Servomotor versehen sind, unter Verwendung eines Rückstellorgans mit magnetischer Rückstellkraft, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der wirksamen Teile des dieRückstellung bewirkendenElektromagneten innerhalb des die Rückführung des Reglers herbeiführenden Gestänges zwischen den Regler und den Servomotor angekoppelt ist.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Koppelung des Elektromagneten (b, i) mit dem Gestänge dadurch erfolgt, daß das Gestänge zwischen Reglerorgan (a) und Servomotor (d) unterteilt und je einer der wirksamen Teile des Elektromagneten mit je einem Gestängeteil verbunden ist (Fig. i).
3. 3. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß einer der wirksamenTeile des Elektromagneten an das Gestänge (g) zwischen Reglerorgan und Servomotor angelenkt ist, während der andere Teil des Elektromagneten im Raum fest gelagert ist (Fig. 2 und 3). q..
4. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregung (i) des die Rückstellung bewirkenden Elektromagneten an der Spannung des vom Kraftwerk gespeisten Netzes (c) liegt.
5. 5. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregung des die Rückstellungen bewirkenden Elektromagneten an der Spannung eines elektrischen Generators liegt, der von der zu regelnden Kraftmaschine angetrieben wird.
6. 6. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregung des die Rückstellung bewirkenden Elektromagneten von einem von der zu regelnden Kraftmaschine angetriebenen Hilfsgenerator gespeist wird.
7. 7. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregung des die Rückstellung bewirkenden Elektromagneten mit Gleichstrom gespeist wird. B. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregung des die Rückstellung bewirkenden Elektromagneten von der Beschleunigung der zu regelnden Größe beeinflußt wird. g. Einrichtung nach Anspruch q. bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der die Rückstellung bewirkende Elektromagnet mit einer Zusatzerregung versehen ist, die in Abhängigkeit von der Beschleunigung der zu regelnden Größe steht (Fig. 3). io. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Grunderregung (i1) des die Rückstellung bewirkenden Elektromagneten aus einem die zu regelnde Größe enthaltenden Wechselstromnetz (c) über ein Gleichrichterviereck (s1) geliefert wird, während die Zusatzerregung (i2) über einen Kondensator (u) an ein weiteres Gleichrichterviereck (s2) angeschlossen ist, das aus jenem Wechselstromnetz (c), somit abhängig von der Frequenzänderung, gespeist wird.