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Selbsttätige Regelvorrichtung für Stromerzeuger in bedienungslosen Kraftwerken.
Zum selbsttätigen Synchronisieren von elektrischen Stromnetzen, insbesondere in bedienungslosen
Kraftwerken, hat man Einrichtungen vorgeschlagen, die im wesentlichen auf dem Prinzip des Ausgleichs- getriebes beruhen. Beim Synchronisieren wird die Bewegung des Ausgleiehsgetriebes einerseits von der Drehzahl des anlaufenden Stromerzeugers, anderseits von der Periodenzahl des Verbrauchernetzes i abhängig gemaeht. Zu diesem Zweck ist bei bekannten Einrichtungen der Fliehkraftregler, der das
Energieabsperrorgan der Antriebsmasehine beeinflusst, unter Zwischenschaltung eines elastischen
Zwischengliedes mit dem Ausgleichsgetriebe verbunden. Nach der Erfindung wird das Ausgleichsgetriebe, das bei bekannten Vorrichtungen nur zum Synchronisieren dient, zugleich zur Regelung der Lastaufnahme des Stromerzeugers benutzt.
Zu diesem Zweck wird das Ausgleichsgetriebe mit einer den Stromerzeuger- anlauf überwachenden Einrichtung verbunden, die zunächst für das Synchronisieren und später für die richtige Belastung des Stromerzeugers sorgt. Diese Überwachungseinrichtung regelt die Kraftzufuhr zur Antriebsmasehine zunächst in Abhängigkeit von dem zwischen dem Stromerzeuger und dem mit ihm zu verbindenden Netz herrschenden Frequenzunterschied mit einer dem genannten Frequenzuntersehied proportionalen Geschwindigkeit bis Synchronismus vorhanden ist und schaltet sieh dann selbsttätig ab.
Darauf wird die Belastung des Stromerzeugers mit einer besonderen Vorrichtung eingestellt, die auch das Ausgleichgetriebe des Fliehkraftreglers beeinflusst, wobei das elastische Zwischenglied zwischen
Fliehkraftregler und Ausgleiehgetriebe entsprechend der Belastung des Stromerzeugers gespannt wird.
Die Einrichtung kann dabei so ausgeführt sein, dass der Stromerzeuger nach dem Synchronisieren und Zuschalten zum Verbrauchernetz sofort selbsttätig auf eine bestimmte Lastabgabe einreguliert wird.
Einige Ausführungsbeispiele sind in den Fig. 1-3 dargestellt.
In Fig. 1 ist j ! eine Wechselstrommaschine mit feststehenden Ankerwicklungen 2 und drehbarer Feldwicklung 3, die durch eine Antriebsmasehine 4 über die Welle angetrieben wird. Die Feldwicklung 3 kann z. B. von einer Erregermaschine 6 gespeist werden, die aus einer feststehenden Feldwicklung 7 und einem drehbaren Anker 8 besteht, der mit der Welle 5 gekuppelt ist. Die Erregermaschine 6 ist über einen einstellbaren Widerstand 9, Bürsten 10 und Schleifringe 11 mit der Feldwicklung 3 des Gene- rators 1 verbunden. Die Maschine 1 kann durch einen Schalter 12 mit einem Wechselstromnetz 13 verbunden werden.
Die Kraftmaschine 4 kann z. B. eine Wasserturbine sein, in deren Zuleitungsrohr 14 ein Schieber- ventil 15 angeordnet ist. Das Rohr 16 leitet das Wasser nach der Arbeitsleistung ab. Der Schieber 15 wird durch einen Zentrifugalregulator 17 beeinflusst. Zu diesem Zentrifugalregulator, kurz Regler 17 genannt, gehört eine Antriebsriemenscheibe 18, die mittels zweier Stellringe 20 um eine senkrechte
Spindel 19 drehbar gelagert ist. Der Regler 17 wird mit einer der Maschine 1 und der Kraftmaschine 4 proportionalen Geschwindigkeit über eine an der senkrechten Welle 5 befestigte Riemenscheibe 21 durch einen Riemen 22 angetrieben.
An der Nabe der Riemenscheibe 18 sind zwei Hebelarme 23 gelenkig angeordnet, die Gewichte 24 an ihren Enden tragen. Zwei weitere Hebelarme 25 sind mit ihren oberen Enden gelenkig an den Hebel- armen 23 befestigt. An ihren unteren Enden tragen sie die Reglermuffe 26 ; diese ist mit einer Buchse 27 mittels Keilen und Nuten 28 auf der Buchse 27 längsverschiebbar verbunden. Die Buchse 27 ist auf
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der Spindel 19 drehbar und an ihr senkrecht verschiebbar angeordnet. Eine Druckfeder 30 stützt sich mit ihren Enden an die Muffe 26 und den Ring 31. Der Ring 31 ist wie die Muffe 26 gleitend auf der Buchse 27 angeordnet, wobei die Keile und Nuten 28 eine relative Drehung zwischen Buchse 27 und Ring 31 verhindern.
Eine mit Innengewinde versehene Mutter 32, die von dem unteren mit entsprechendem Schraubengewinde versehenen Teil der Spindel 19 geführt wird, ist aussen als Schneckenrad 33 ausgebildet und oben mit einem Bunde 34 versehen, in dem eine ringförmige Nut 35 eingeschnitten ist, in die ein Bügel 36 eingreift, dessen oberes Ende in die ringförmige Nut 37 des drehbaren Ringes M greift.
Das Schneckenrad-33 der Mutter 32 wird durch eine Schnecke 38 und diese von einem kegelförmigen Zahnrad 39 angetrieben. Mit diesem Zahnrad 39 kämmt ein Kegelrad 40, das durch ein Kegel-
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trägt die Lager 44 für zwei Umlaufgetrieberäder 45. Mit den Umlaufrädern 45 kämmen zwei kegelförmige Getrieberäder 46 und 47, die auf den Wellen zweier Synehronmotoren 48 und 49 befestigt sind.
Das Zahnrad 42 ist drehbar um die Welle des Motors 48, also mit dieser nicht verbunden. Die Motoren 48 und 49 drehen sich in entgegengesetzten Richtungen, so dass die Drehgeschwindigkeit des Zahnrades 42 proportional dem Gesehwindigkeitsuntersehied der beiden Motoren 48 und 49 ist.
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verbunden ist, dessen anderes Ende in der ringförmigen Nut 54 der Reglermuffe 26 läuft.
Die senkrechte Stange 51 steuert die Regeleinrichtung 50 gemäss den verschiedenen Stellungen der Muffe 26, u. zw. so, dass der Öffnungsgrad des Schieberventils 15 bei verhältnismässig niedriger Stellung der Muffe 26 grosser ist als bei verhältnismässig hoher Lage. Der Öffnungsgrad des Schieber-
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ventil 75 geschlossen. Eine Klemme der Spule 55 ist über einen Schalter 56 mit einer Sammelschiene 57. die andere Klemme ist unmittelbar an eine Sammelschiene 58 angeschlossen. Die Sammelschienen 57 und 58 werden von einer Steuerstromquelle, z. B. einer Batterie 59, ununterbrochen gespeist.
Zur Steuerung der Stromkreise der Differentialmotoren 48 und 49 dient ein Relais 60, das aus einer Spule 61 und vier Schaltern 62, 63, 64 und 65 besteht, die sämtlich geschlossen werden, wenn die Spule 61 Strom erhält. Eine Klemme der Spule 61 ist durch den Sehalter 56 mit der Sammelschiene 57 und die andere Klemme der Spule durch einen Hilfskontakt 66 des Hauptsehalters 12 mit der Sammelsehiene 58 verbunden. Der Hilfskontakt 66 wird geschlossen, wenn der Schalter 12 geöffnet, und geöffnet, wenn der Schalter 12 geschlossen ist.
Zu dem Schalter 1 : 2 gehört eine Spule 67. die erregt den Schalter schliesst und geschlossen hält.
Ist die Spule 67 stromlos, so wird der Schalter 12 durch sein Eigengewicht oder durch irgendeine geeignete, für diesen Zweck vorgesehene Vorrichtung geöffnet. Eine Klemme der Spule 67 ist über einen Schalter 68 eines Synchronisators 69 und den Schalter 56 mit der Sammelsehiene 57 verbunden. Die andere Klemme der Spule 67 steht in direkter Verbindung mit der Sammelschiene 58. Das Synehronoskop 69 hat nicht dargestellte Wicklungen, die mit den Sekundärwicklungen von zwei Hilfstransformatoren 70 und 71 verbunden sind.
Die Primärwicklungen des Transformators 70 sind mit den Klemmen der Ankerwieklungen 2 der Maschine 7 und die des Transformators 71 mit dem Drehstromnetz 13 verbunden. Das Synchronoskop 69 schliesst den Schalter 68, sobald beide angeschlossenen Weehselstromkreise synchron schwingen. Solche Vorrichtungen (Synehronoskope 69) sind in der Technik allgemein bekannt und daher nicht dargestellt und in ihren Einzelheiten nicht beschrieben worden.
Eine Klemme des Synehronmotors 48 ist direkt mit einer Phase der Sekundärwicklung des Hilfstransformators 70 und eine Klemme des Synchronmotors 49 ist mit einer Phase der Sekundärwicklungen des Hilfstransformators 71 in entsprechender Weise verbunden. Die andern beiden Klemmen des Synchronmotors 48 werden entweder durch die Kontakte 62 und 63 des Relais 60 oder durch die beiden Kontakte 72 und 73 des Relais 74 mit den andern beiden Phasen der Sekundärwicklungen des Hilfstransformators 70 verbunden.
Die beiden Klemmen des Synehronmotors 49 werden entsprechend entweder durch die Kontakte 64 und 65 des Relais 60 oder durch die beiden Schalter 75 und 76 des Relais 77 mit den beiden andern Phasen der Sekundärwicklungen des Hilfstransformators 71 verbunden.
Die Spule 78 des Relais 74 ist mit einer Klemme über einen Widerstand 79 mit der Sammelschiene 57 verbunden. Die andere Klemme der Spule 78 steht durch einen Kontakt 80 eines Relais 81 mit der Sammelschiene 58 in Verbindung. Die Spule 82 des Relais 81 ist durch einen Kontakt 8. 3 mit dpr Sammel- schiene 57 und anderseits unmittelbar mit der Sammelschiene 58 verbunden. Das Relais 81 hat einen
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besteht aus einer Spule 94, die durch einen Schalter 95 mit der Sammelschiene 57 und mit der Sammelschiene 98 unmittelbar verbunden ist. Das Rrlais 93 hat ausserdem einen Kontakt 96, der zu der Spule 97 des Relais 98 parallel liegt.
Die Spule 97 des Relais 98 ist über den Widerstand 99 mit der Sammelschiene 57 und mit der Sammelschiene 58 unmittelbar verbunden. Das Relais 98 hat einen Kontakt 100, der bei erregter Spule 97 geöffnet und bei Stromloswerden dieser Spule nach verhältnismässig kurzer Zeit geschlossen wird. Die Verzögerung im Schliessen des Kontaktes 100 wird durch eint n kurzgeschlossenen Leiter 101 bewirkt.
Die Anlage arbeitet wie folgt : Es sei angenommen, dass die Anlage sich in Ruhe befindet und vom Stromkreise, dem Energie zuzuführen ist. abgeschaltet ist, so wird das Arbeiten der gesamten
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am weitesten geöffnet wird. Die Kraftmaschine 4 und die Masehine 1 sowie der Regler 17 beginnen daher sich mit zunehmender Geschwindigkeit zu drehen, wobei die Fliehkraftkugeln 24 und damit die Muffe 26 entsprechend dieser Geschwindigkeitszunahme hochsteigen. Gleichzeitig mit der Spule 55 wurde beim Schliessen des Schalters 56 auch die Spule 61 des Relais 60 von der Batterie 59 gespeist ; das Relais schliesst seine Schalter 62,63, 6J und 65. Hiedurch werden die Synchronmotoren 48 und 49 mit den Sekundärwicklungen der Hilfstransformatoren 70 und 71 velbunden.
Die Motoren 48 und 49 beginnen daher sich mit Geschwindigkeiten zu drehen, die proportional den Frequenzen der elektromotorischen Kräfte der Maschine 1 und des Wechselstromkreises 13 sind.
Da die Frequenz der elektromotorischen Kraft der Maschine J geringer als die dcs Netzes 13 ist, so wird der Motor 49 mit grösserer Drehzahl als der Motor 48 laufen, und das Rad 42 des Ausgleich- getriebes 43 wird mit einer dem rnterschiede dieser Frequenzen proportionalen Drehzahl gedreht. Die
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die Schnecke 38 und ihr Sehneckenrad 33 gedreht und an dem mit Sehraubengewinde versehenen Teil der Spindel 19 abwärts bewegt. Der Ring 31 wird ebenfalls abwärts bewegt, da er mit dem Bundteil 54 der Mutter 32 durch den Bügel 36 mechanisch verbunden ist.
Bei der Abwärtsbewegung des Ringes 31 wird die spannung der Feder 30 vergrössert. Die Feder 30 ist mit der Muffe 26 und dem Ring 31 verbunden und, da der Ring 31 herabgezogen wird, zieht die Feder 30 die Muffe 26 nach sich und verzögert damit die durch die zunehmende Drehzahl der Kraftmaschine 4 und der Maschine 1 hervorgerufene Aufwärti-bewegung der Muffe 26. Auf diese Weise wird
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Energie der Kraftmaschine zugeführt wird, solange bis die Drehzahl der Kraftmaschine 4 ihren normalen Wert erreicht hat.
Vergrössert sich nun die Drehzahl der Maschine, so vergrössert sich die Frequenz der elektromotorischen Kraft der Maschine 7 in entsprechendem Verhältnis, so dass sichwe die Drehzahl des
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so wird die Drehzahl des Rades 42 des Ausgleichsgetriebes 43 vermindert und Null erreichen, sobald die Drehzahlen der Motore 48 und 49 gleich sind.
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63, 64 und 65 und trennt zwei Pole von jedem der Motoren 48 und 49 von den entsprechenden Sekundärwicklungen der Hilfstransformatoren 70 und 71.
Da der Üffnungsgrad des Schieberventils J, ; eben genügt. um die Kraftmaschine 4 die Maschine J mit normaler Drehzahl ohne Belastung anzutreiben, so muss der Regulator 17 nunmehr so eingestellt werden, dass die Masdiine 7 Energie in den Wechselstromkreis 13 liefert, nachdem der Scitalter K geschlossen ist.
Die Bplastungseinstelhing des Regulators 17 wird durch die Schalter 83 und 9J gesteuert, die entweder von Hand oder von irgendeinem Punkt aus durch irgendeine geeignete Überwachungs- oder FernstenerungseinrichtungoderdurchirgendeinegeeigneteBelastungsmess-oder-regelvorrichtung selbsttätig gestenert werden können. Wenn der Schalter 83 geschlossen wird, so vermindert er die eingestellte Belastung der Maschine 1, während der Schalter 95 geschlossen wieder eine Vergrösserung in der Belastung herbeiführt. Diese Schalter 83 und 9J können natürlich durch die Belastungsmess-oder -regelvorrichtung gesteuert werden.
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nun Belastung aufnehmen, so muss der Schalter M geschlossen werden.
Die Spule 94 des Relais 93 wird erregt, wodurch die Kontakte ? und 96 geschlossen werden.
Beim Sehliessen des Kontaktes 92 wird der Stromkreis der Spule 90 des Relais 77 Über den Widerstand 91 geschlossen. Dann schliesst das Relais 77 seine Kontakte 75 und 76 und verbindet den synchron-
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die Mutter ? und damit die Muffe 26 des Reglers 17 abwärts.
Ist der Motor 48 stromlos, so kann sein Rotor durch das von dem Motor 49 hervorgerufene Arbeiten des Ausgleichsgetriebes mitgenommen werden und sich frei drehen. Das Trägheitsvermögen des Rotors vom Motor 48 bewirkt, dass die resultierende Bewegung des Ausgleichsgetriebes J. 3 immer geringer wird und diese Bewegung auf die Einstellvorrichtung des Reglers während nur kurzer Zeit sich überträgt ; sobald das Trägheitsvermogen des Rotors überwunden ist und der Motor- ? die Geschwindigkeit des
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der entsprechende Motor stromlos wird.
Sind solche Bremsen vorgesehen oder ist das Trägheitsvermögen der Rotoren dieser Motoren so gross, dass zu lange Zeit erforderlich ist, um diese Trägheitswirkung zu überwinden, so muss eine Vorrichtung vorgesehen werden, um den Erregerstrom des Motors zu unter-
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still. Es sind dann alle Vorrichtungen der Anlage in Ruhestellung, und die Anlage ist bereit. in derselben Weise wie vorher beschrieben den Betrieb einzuleiten und durchzuführen.
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ebenfalls im Stromkreis der Schliessspule 67 des Schalters 12.
Genau wie vorstehend beschrieben, ist 50 ein Teil des Reglers und des Ausgleichsgetriebes ; die Reglereinrichtung ist der in Fig. 1 dargestellten gleieh. In Fig. 2 ist jedoch nur so viel von ihr dargestellt, wie zur Erklärung der Einrichtung nötig ist. Die Spule 55 hat die gleiche Wirkung wie in Fig. 1. Die Motoren 48 und 49 werden vom Generator 1 und dem Netz 13 gespeist. Der Stromkreis des Motors 48 wird durch ein Relais 118 mit Kontakten und 125 und ein Relais 113 mit den Kontakten 114 und 115
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ist, so dass das Relais 1 : 23 unter der alleinigen Steuerung des Begrenzungsschalters 120 steht.
Der Begrenzungsschalter 120 besteht aus einem festen Kontaktstreifen 121 und einem beweglichen
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Weise verbindet. Der bewegliche Kontakt 1. 22 des Begrenzungsschalters 120 kann auch mit irgendeinem Teil des Ausgleichsgetriebes verbunden sein, vorausgesetzt, dass der Schalter stets geschlossen ist, ausgenommen bei höchster Federspannung des Regulators.
Die in Fig. 2 dargestellte Einrichtung arbeitet wie folgt : Nachdem der Generator 1 mit dem Netz 13 synchronisiert ist, nimmt er seine Belastung sofort auf, indem der Motor 48 stillgesetzt wird, während der Motor 49 weiterläuft, bis der Generator seine zugemessene und eingestellte Belastung aufnimmt, worauf der Motor 49 durch Öffnen des Begrenzungsschalters 120 stillgesetzt wird, was abweichend
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wird auch ein zweiter Stromkreis, in dem die Spule 55 des Regulators liegt, geschlossen, wodurch das Sehieberventil 15 unter den Einfluss des Regulators 17 gebracht wird.
Die Spule des Relais 118 wird ebenfalls beim Schliessen des Schalters 56 erregt, wobei der Strom von der Batterie 59 zur Spule des Relais 118 über die Verriegelungskontakte 66 am Schalter 12, die Leitung 119'über den Schalter 56 zurück zur Batterie 59 fliesst. Dadurch werden die Kontakte 120', 124 und 125 geschlossen.
Sobald die Station angelassen werden soll, ist der Begrenzungsschalter 120 gewöhnlich geöffnet.
Durch Erregen der Spule 55 läuft Wasser in die Turbine 4, der Generator 1 wird angelassen und auf Touren gebracht. Sobald sich die Generatordrehzahl vergrössert, wird der Motor 48 mit der Generator-
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führende Leitung ist dabei dauernd mit dem zugehörenden Transformator 70 verbunden. Der laufende Motor 48 entlastet bei stillstehendem Motor 49, wie bereits bei Fig. 1 erklärt, die Feder 30 des Regulators 17, durch die Aufwärtsbewegung des Bügels 36. Diese Aufwärtsbewegung des Bügels 36 schliesst den Kontakt dz 121 des Begrenzungssehalters 120.
Beim Schliessen des Begrenzungsschalters 120 wird der Stromkreis für die Spule des Relais 123 geschlossen, der sich von der Batterie 59 über den Schalter 56,
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und 117 hergestellt, die bei der Erregung der Spule des Relais 11.) geschlossen wurden. Neben dem Stromkreis für den Motor 49 schliesst das Relais 12. 3 den Kontakt 1.'26, der dem Kontakt 120'parallel liegt, so dass die Spule des Relais 123 auch unter dem Einfluss des Begrenzungsschalters 120 steht.
Wenn die Motoren 48 und 49 unter dem Einfluss des Generators 1 und des Netzes 13 stehen, wird die Drehzahl des Generators so geändert, dass der Generator mit dem Netz, wie bei Fig. 1 erklärt, syn- chronisiert wird. Ist der Generator synchronisiert, so schliesst das Synchronoskop 69 seinen Kontakt 68 und damit den Stromkreis für die Spule 67 des Schalters 1'2. Die Spule 67 legt den Schalter 12 ein und verbindet somit den Generator 1 mit dem Netz 13 unter gleichzeitigem Öffnen des Schalters 66.
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zu dem Kontakt 126 des Relais 123 liegt. Beim Öffnen der Kontakte 124 und 125 wirk jedoch der Motor 48 vom Transformator 70 und damit vom Generator 1 abgeschaltet.
Der Motor 48 setzt daher seine Umläufe infolge seines Trägheitsvermögens und seiner mechanischen Verbindung durch das Aus- gleichsgetriebe hindurch mit dem Motor 49 weiter fort, der weiter gespeist wird, um beständig weiter- zulaufen. Infolge der Reibung an den Lagern wird die Drehzahl des Motors 18 geringer als die des Motors 49, und dieser Drehzahluntersehied der beiden Motoren vergrössert über das Ausgleiehsgetriebe
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lassen, der Generator mit dem Netz synchronisiert und, wenn der Generator mit der Leituns parallel geschaltet ist, dass dann die Regulatorfeder so eingestellt wird, dass die Öffnung des Schieberventils der Generatorbelastung entspricht.
Das Stillsetzen der Einrichtung nach Fig. 2 vollzieht sich wie bei der Einrichtung gemäss Fig. l.
Der Schalter 56 wird geöffnet, um die Spule J5 stromlos zu machen und das Schieberventil unabhängig von dem Ausgleichsgetriebe zu schliessen. Beim Öffnen des Sehalters ? wird auch die Spule des Relais 113 sowie die Spule 67 des Schalters 12 stromlos. Durch Öffnen des Schalters- ? wird daher die Wasserzufuhr zur Turbine gesperrt und der Generator 1 vom Netz 1. 3 abgeschaltet. Da beim Öffnen des Schalters 56 die Regulatorfeder 30 in der der Generatorbelastung entsprechenden Stellung sich befand, bleibt der Begrenzungsschalter 120 offen. Er wird dagegen, wie oben angegeben, geschlossen, wenn die
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Fig. 3 ist nur soweit als notwendig dargestellt.
Anstatt durch den Handschalter können die verschiedenen Relais auch durch irgendeine an sich bekannte Überwachungsvorrichtung ferngesteuert sein.
Bei Inbetriebnahme der Einrichtung (Fig. 3) wird der Schalter 56 eingelegt und der Stromkreis
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der Synchronisator 69 den Kontakt 68 und erregt damit die Spule 67 des Schalters 1 ; !, der sich schliesst und Generator und Netz miteinander verbindet. Der Kontakt 66 öffnet sich und unterbrieht den durch die Spule des Relais 113 fliessenden Strom. Die Kontakte 114, 115, 116 und 117 werden darauf geöffnet und die Motoren und 49 stromlos.
Soll nunmehr der Generator Belastung aufnehmen, so ist der Schalter 105 so einzulegen, dass der Kontakt 104 den Kontakt 106 berührt. Hiedurch wird folgender Stromkreis geschlossen : von der
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bewegt, bis sein Kontakt 104 die Kontakte 108 und 106 gleichzeitig berührt, wodurch die Spule des Relais 1.'37 erregt wird, das die Kontakte 135 und 136 öffnet und den Motor 48 stromlos macht. Bei Weiterlauf des Motors 49, der an der Leitung angeschlossen bleibt, wird wie bei Fig. 2 beschrieben, die Federspannung des Regulators verstärkt. Nimmt der Generator gemäss der Einstellung der Regulatorfeder die gewünschte Belastung auf, so öffnet sich der Kontakt JOo. Das Relais 137 wird dann stromlos, und der Motor 48 läuft wieder mit normaler Drehzahl.
Ist die gewünschte Belastung erreicht und der Schalter JCJ in seine Ruhestellung bewegt, dann werden beide Motoren 48 und 49 stromlos, und der Generator liefert Strom gemäss der Einstcllung der Regulatorfeder.
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Automatic control device for power generators in unattended power plants.
For automatic synchronization of electrical power networks, especially in unattended ones
Power plants, devices have been proposed which are based essentially on the principle of the differential gear. When synchronizing, the movement of the balancing gear is made dependent on the one hand on the speed of the starting power generator and on the other hand on the number of periods of the consumer network i. For this purpose, the centrifugal governor, the
Energiabperrorgan influenced the drive engine, with the interposition of an elastic
Intermediate link connected to the differential. According to the invention, the differential gear, which in known devices is used only for synchronization, is also used to control the load consumption of the power generator.
For this purpose, the differential gear is connected to a device that monitors the start-up of the generator and which first synchronizes and later ensures the correct load on the generator. This monitoring device regulates the power supply to the drive unit initially depending on the frequency difference between the power generator and the network to be connected with a speed proportional to the frequency difference mentioned until synchronism is present and then switches off automatically.
Then the load on the power generator is set with a special device that also affects the differential gear of the centrifugal governor, with the elastic intermediate member between
Centrifugal governor and balance gear is tensioned according to the load on the generator.
The device can be designed in such a way that the power generator is automatically adjusted to a specific load output immediately after synchronization and connection to the consumer network.
Some exemplary embodiments are shown in FIGS. 1-3.
In Fig. 1, j! an alternating current machine with fixed armature windings 2 and rotatable field winding 3, which is driven by a drive unit 4 via the shaft. The field winding 3 can, for. B. are fed by an exciter 6, which consists of a fixed field winding 7 and a rotatable armature 8 which is coupled to the shaft 5. The exciter 6 is connected to the field winding 3 of the generator 1 via an adjustable resistor 9, brushes 10 and slip rings 11. The machine 1 can be connected to an alternating current network 13 by a switch 12.
The engine 4 can, for. B. be a water turbine, in the feed pipe 14 of which a slide valve 15 is arranged. The pipe 16 drains the water after work. The slide 15 is influenced by a centrifugal regulator 17. This centrifugal regulator, called regulator 17 for short, includes a drive belt pulley 18, which by means of two adjusting rings 20 around a vertical
Spindle 19 is rotatably mounted. The controller 17 is driven at a speed proportional to the engine 1 and the prime mover 4 via a pulley 21 attached to the vertical shaft 5 by a belt 22.
At the hub of the pulley 18, two lever arms 23 are articulated, which carry weights 24 at their ends. Two further lever arms 25 are articulated to the lever arms 23 with their upper ends. At their lower ends they carry the regulator sleeve 26; this is connected to a socket 27 by means of wedges and grooves 28 on the socket 27 so as to be longitudinally displaceable. The socket 27 is open
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of the spindle 19 rotatably and arranged vertically displaceably on it. A compression spring 30 is supported at its ends on the sleeve 26 and the ring 31. Like the sleeve 26, the ring 31 is slidably arranged on the bush 27, the wedges and grooves 28 preventing relative rotation between the bush 27 and the ring 31.
An internally threaded nut 32, which is guided by the lower part of the spindle 19, which is provided with a corresponding screw thread, is designed on the outside as a worm wheel 33 and is provided at the top with a collar 34 in which an annular groove 35 is cut into which a bracket 36 engages, the upper end of which engages in the annular groove 37 of the rotatable ring M.
The worm wheel 33 of the nut 32 is driven by a worm 38 and this by a conical gear 39. With this gear 39 meshes with a bevel gear 40, which is through a bevel
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carries the bearings 44 for two planetary gears 45. The planetary gears 45 mesh with two conical gears 46 and 47, which are attached to the shafts of two synchronous motors 48 and 49.
The gear 42 is rotatable about the shaft of the motor 48, that is not connected to it. The motors 48 and 49 rotate in opposite directions so that the speed of rotation of the gear 42 is proportional to the difference in speed between the two motors 48 and 49.
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is connected, the other end of which runs in the annular groove 54 of the regulator sleeve 26.
The vertical rod 51 controls the control device 50 according to the various positions of the sleeve 26, u. zw. So that the degree of opening of the slide valve 15 is greater when the sleeve 26 is in a relatively low position than in a relatively high position. The degree of opening of the slide
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valve 75 closed. One terminal of the coil 55 is connected to a busbar 57 via a switch 56. The other terminal is connected directly to a busbar 58. The bus bars 57 and 58 are powered by a control power source, e.g. B. a battery 59, continuously fed.
To control the circuits of the differential motors 48 and 49, a relay 60 is used, which consists of a coil 61 and four switches 62, 63, 64 and 65, which are all closed when the coil 61 receives power. One terminal of the coil 61 is connected to the busbar 57 through the holder 56 and the other terminal of the coil is connected to the busbar 58 through an auxiliary contact 66 of the main switch 12. The auxiliary contact 66 is closed when the switch 12 is opened and opened when the switch 12 is closed.
The switch 1: 2 includes a coil 67 which, when excited, closes the switch and keeps it closed.
If the coil 67 is de-energized, the switch 12 is opened by its own weight or by any suitable device provided for this purpose. One terminal of the coil 67 is connected to the bus bar 57 via a switch 68 of a synchronizer 69 and the switch 56. The other terminal of the coil 67 is in direct connection with the busbar 58. The syncronoscope 69 has windings (not shown) which are connected to the secondary windings of two auxiliary transformers 70 and 71.
The primary windings of the transformer 70 are connected to the terminals of the armature waves 2 of the machine 7 and those of the transformer 71 are connected to the three-phase network 13. The synchronoscope 69 closes the switch 68 as soon as both connected alternating circuits oscillate synchronously. Such devices (synhronoscopes 69) are well known in the art and have therefore not been shown or described in detail.
One terminal of the synchronous motor 48 is directly connected to a phase of the secondary winding of the auxiliary transformer 70 and one terminal of the synchronous motor 49 is connected to a phase of the secondary windings of the auxiliary transformer 71 in a corresponding manner. The other two terminals of the synchronous motor 48 are connected to the other two phases of the secondary windings of the auxiliary transformer 70 either through the contacts 62 and 63 of the relay 60 or through the two contacts 72 and 73 of the relay 74.
The two terminals of the synchronous motor 49 are connected to the other two phases of the secondary windings of the auxiliary transformer 71 either through the contacts 64 and 65 of the relay 60 or through the two switches 75 and 76 of the relay 77.
The coil 78 of the relay 74 has a terminal connected to the busbar 57 through a resistor 79. The other terminal of the coil 78 is connected to the busbar 58 through a contact 80 of a relay 81. The coil 82 of the relay 81 is connected by a contact 8. 3 to the busbar 57 and, on the other hand, directly to the busbar 58. The relay 81 has one
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consists of a coil 94 which is directly connected to the busbar 57 and to the busbar 98 by a switch 95. The relay 93 also has a contact 96 which is parallel to the coil 97 of the relay 98.
The coil 97 of the relay 98 is directly connected to the busbar 57 and to the busbar 58 via the resistor 99. The relay 98 has a contact 100 which is opened when the coil 97 is energized and is closed after a relatively short time when this coil is de-energized. The delay in closing the contact 100 is brought about by a short-circuited conductor 101.
The system works as follows: It is assumed that the system is at rest and that the power circuit is to be supplied with energy. is turned off, it will work the whole
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is opened the widest. The prime mover 4 and the machine 1 as well as the controller 17 therefore begin to rotate at an increasing speed, the centrifugal force balls 24 and thus the sleeve 26 rising in accordance with this increase in speed. At the same time as the coil 55, when the switch 56 was closed, the coil 61 of the relay 60 was also fed by the battery 59; the relay closes its switches 62, 63, 6J and 65. The synchronous motors 48 and 49 are connected to the secondary windings of the auxiliary transformers 70 and 71 as a result.
The motors 48 and 49 therefore begin to rotate at speeds proportional to the frequencies of the electromotive forces of the machine 1 and the alternating current circuit 13.
Since the frequency of the electromotive force of the machine J is lower than that of the network 13, the motor 49 will run at a higher speed than the motor 48, and the wheel 42 of the differential gear 43 is rotated at a speed proportional to the differences in these frequencies . The
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the worm 38 and its tendon wheel 33 are rotated and moved downward on the part of the spindle 19 provided with very helical threads. The ring 31 is also moved downwards, since it is mechanically connected to the collar portion 54 of the nut 32 by the bracket 36.
With the downward movement of the ring 31, the tension of the spring 30 is increased. The spring 30 is connected to the sleeve 26 and the ring 31 and, as the ring 31 is pulled down, the spring 30 pulls the sleeve 26 towards it and thus retards the upward movement caused by the increasing speed of the engine 4 and the machine 1 the sleeve 26. In this way becomes
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Energy is supplied to the engine until the speed of the engine 4 has reached its normal value.
If the speed of the machine now increases, the frequency of the electromotive force of the machine 7 increases in a corresponding ratio, so that the speed of the
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so the speed of the wheel 42 of the differential 43 is reduced and reach zero as soon as the speeds of the motors 48 and 49 are the same.
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63, 64 and 65 and separates two poles of each of the motors 48 and 49 from the corresponding secondary windings of the auxiliary transformers 70 and 71.
Since the degree of opening of the slide valve J,; just enough. in order to drive the engine 4, the engine J at normal speed without load, the regulator 17 must now be set so that the generator 7 supplies energy to the alternating current circuit 13 after the scalter K is closed.
The load setting of regulator 17 is controlled by switches 83 and 9J which can be controlled either manually or from some point by any suitable monitoring or remote control device or by any suitable load measuring or control device. When the switch 83 is closed, it reduces the set load on the machine 1, while the switch 95, when closed, again brings about an increase in the load. These switches 83 and 9J can of course be controlled by the load measuring or regulating device.
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now take up load, switch M must be closed.
The coil 94 of the relay 93 is energized, whereby the contacts? and 96 are closed.
When the contact 92 closes, the circuit of the coil 90 of the relay 77 is closed via the resistor 91. Then the relay 77 closes its contacts 75 and 76 and connects the synchronous
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the mother ? and thus the sleeve 26 of the regulator 17 downwards.
If the motor 48 is de-energized, its rotor can be carried along by the work of the differential gear caused by the motor 49 and can rotate freely. The inertia of the rotor of the motor 48 has the effect that the resulting movement of the differential gear J. 3 becomes less and less and this movement is transmitted to the setting device of the governor for only a short time; as soon as the inertia of the rotor is overcome and the motor? the speed of the
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the corresponding motor is de-energized.
If such brakes are provided or the inertia of the rotors of these motors is so great that too long time is required to overcome this inertia effect, a device must be provided to reduce the excitation current of the motor.
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quiet. All the devices in the system are then in the rest position and the system is ready. initiate and carry out operation in the same way as previously described.
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also in the circuit of the closing coil 67 of the switch 12.
Just as described above, 50 is part of the governor and differential; the control device is the same as that shown in FIG. In Fig. 2, however, only as much of it is shown as is necessary to explain the device. The coil 55 has the same effect as in FIG. 1. The motors 48 and 49 are fed by the generator 1 and the network 13. The circuit of the motor 48 is through a relay 118 with contacts and 125 and a relay 113 with contacts 114 and 115
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so that the relay 1:23 is under the sole control of the limit switch 120.
The limit switch 120 consists of a fixed contact strip 121 and a movable one
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Way connects. The movable contact 1.22 of the limit switch 120 can also be connected to any part of the differential, provided that the switch is always closed, except when the regulator is at its highest spring tension.
The device shown in Fig. 2 operates as follows: After the generator 1 is synchronized with the network 13, it takes its load immediately by stopping the motor 48 while the motor 49 continues to run until the generator has its metered and set load records, whereupon the motor 49 is stopped by opening the limit switch 120, which is different
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a second circuit, in which the coil 55 of the regulator is located, is also closed, whereby the gate valve 15 is brought under the influence of the regulator 17.
The coil of the relay 118 is also energized when the switch 56 closes, the current flowing from the battery 59 to the coil of the relay 118 via the locking contacts 66 on the switch 12, the line 119 ′ flowing back to the battery 59 via the switch 56. This closes contacts 120 ', 124 and 125.
Once the station is to be started, the limit switch 120 is usually open.
When the coil 55 is excited, water runs into the turbine 4, the generator 1 is started and revved up. As soon as the generator speed increases, the motor 48 with the generator
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The leading line is permanently connected to the associated transformer 70. When the motor 49 is at a standstill, the running motor 48, as already explained in FIG. 1, relieves the spring 30 of the regulator 17 by the upward movement of the bracket 36. This upward movement of the bracket 36 closes the contact dz 121 of the limit switch 120.
When the limit switch 120 is closed, the circuit for the coil of the relay 123 is closed, which is drawn from the battery 59 via the switch 56,
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and 117 produced, which were closed when the coil of relay 11.) was energized. In addition to the circuit for the motor 49, the relay 12.3 closes the contact 1.'26, which is parallel to the contact 120 ', so that the coil of the relay 123 is also under the influence of the limit switch 120.
When the motors 48 and 49 are under the influence of the generator 1 and the network 13, the speed of the generator is changed so that the generator is synchronized with the network, as explained in FIG. If the generator is synchronized, the synchronoscope 69 closes its contact 68 and thus the circuit for the coil 67 of the switch 1'2. The coil 67 inserts the switch 12 and thus connects the generator 1 to the network 13 while the switch 66 is opened at the same time.
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to the contact 126 of the relay 123 lies. When the contacts 124 and 125 are opened, however, the motor 48 is switched off by the transformer 70 and thus by the generator 1.
The motor 48 therefore continues its revolutions as a result of its inertia and its mechanical connection through the differential gear with the motor 49, which continues to be fed in order to keep running continuously. As a result of the friction on the bearings, the speed of the motor 18 is lower than that of the motor 49, and this speed difference between the two motors is increased via the balance gear
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let the generator synchronize with the mains and, if the generator is connected in parallel with the line, the regulator spring is then adjusted so that the opening of the slide valve corresponds to the generator load.
The shutdown of the device according to FIG. 2 takes place as with the device according to FIG.
The switch 56 is opened in order to de-energize the coil J5 and to close the slide valve independently of the differential gear. When opening the holder? the coil of the relay 113 and the coil 67 of the switch 12 are also de-energized. By opening the switch-? Therefore, the water supply to the turbine is blocked and the generator 1 is switched off from the network 1. 3. Since the regulator spring 30 was in the position corresponding to the generator load when the switch 56 was opened, the limit switch 120 remains open. On the other hand, as stated above, it is closed if the
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Fig. 3 is shown only as far as necessary.
Instead of the manual switch, the various relays can also be remotely controlled by any monitoring device known per se.
When the device is put into operation (FIG. 3), the switch 56 is inserted and the circuit
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the synchronizer 69 the contact 68 and thus energizes the coil 67 of the switch 1; ! which closes and connects the generator and the grid with one another. Contact 66 opens and interrupts the current flowing through the coil of relay 113. The contacts 114, 115, 116 and 117 are then opened and the motors and 49 de-energized.
If the generator is now to take on load, switch 105 must be inserted so that contact 104 touches contact 106. This closes the following circuit: from the
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moves until its contact 104 touches the contacts 108 and 106 at the same time, whereby the coil of the relay 1.'37 is excited, which opens the contacts 135 and 136 and the motor 48 de-energizes. If the motor 49, which remains connected to the line, continues to run, the spring tension of the regulator is increased as described in connection with FIG. 2. If the generator takes the desired load according to the setting of the regulator spring, the contact JOo opens. The relay 137 is then de-energized and the motor 48 runs again at normal speed.
Once the desired load has been reached and the switch JCJ is moved to its rest position, both motors 48 and 49 are de-energized and the generator supplies current according to the setting of the regulator spring.
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