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Elektrische Regeleinrichtung zur Beeinflussung von zwei oder mehr
zu regelnden Maschineneinheiten einer technischen Anlage hinsichtlich deren Anteilnahme
an einer Belastung Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Regeleinrichtung
zur Beeinflussung von zwei oder mehr zu regelnden Maschineneinheiten einer technischen
Anlage hinsichtlich deren Anteilnahme an einer Belastung, insbesondere zur Verteilung
der elektrischen Belastung auf eine Mehrzahl von im Parallelbetrieb befindlichen
Generatoren oder Kraftwerken. Zu diesem Zweck wird eine in der Fernmeßtechnik für
die Fernanzeige einer Zeigerstellung bekannte sogenannte Abtastung vorgenommen.
Diese besteht darin, daß ein Kohtaktzeiger den abzutastenden Skalenbereich überfährt
und bei Erreichung des Meßzeigers mit letzterem Kontakt macht. Für den vorliegenden
Zweck der Regelung sollen durch gleichzeitig beginnendes. und mit untereinander
gleicher Geschwindigkeit erfolgendes Abtasten von zwei oder mehreren dem Istwert
oder dem Sollwert der zu regelnden Größe entsprechenden Zeigerstellungen Stromkreise
für die Regelorgane der einzelnen Einheiten aufgebaut werden und während der Zeit,
die zwischen der Beendigung von je zwei solchen Abtastungen liegt, geschlossen bleiben.
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Eine derartige Regeleinrichtung kann in sehr verschiedenartiger Weise
ausgeführt werden und zur Lösung der verschiedensten Regeläufgaben dienen. Es kann
sich hierbei um die Verteilung einer elektrischen Belastung, der Wasserlieferung
von Pumpwerken, die Dampflieferung von Heizkraftwerken o,. dgl. handeln. Bei der
Verteilung einer elektrischen Leistung wirkt jede Regeleinrichtung, sofern es sich
um Synchronmaschinen handelt, auf die Kraftmittelzufuhr der Antriebsmaschinen. Der
gleiche Fall liegt vor, wenn es sich darum handelt, den zur bestimmten Tageszeit
eintretenden Wasserverbrauch einer Großstadt auf mehrere Pumpwerke zu verteilen.
Die Regeleinrichtung kann in allen Fällen verwendet werden, wo derartige Größen,
wie elektrische Leistung, Wassermengen, Dampfmengen o. dgl., als Meßgrößen zur Verfügung
stehen. Einige Ausführungsbeispiele, welche die Verteilung einer elektrischen Belastung
auf eine Mehrzahl von parallel arbeitenden Generatoren betreffen, werden im folgenden
beschrieben und sind in der Zeichnung schematisch dargestellt.
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Abb. r zeigt die bei allen Ausführungen verwendete, an sich bekannte
Abtastvorrichtung.
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Abb. 2 zeigt eine Einrichtung, mit der mehrere Maschinen auf Übernahme
gleicher oder
proportionaler Leistungen- geregelt werden können.
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Abb. 3 stillt eiiie_E.irzich.tung dar, mit der-.' mehrere Maschinen
auf Übernahme einer l@e@@ stimmten festen Summenleistung geregekt und außerdem die
einzelnen Maschinen zü gleichen oder proportionalen Teilen zur Lei-' stungslieferung
herangezogen werden können.
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Abb.4 zeigt eine einfachere Einrichtung zu demselben Zweck wie diejenige
nach Abb. 3. In Abb,. i bedeutet i das Meßinstrument, dessen Zeigerstellung abgetastet
werden soll. Auf seiner Achse befindet sich ein Kontaktzeiger 4. Ein zweiter Zeiger,
der Abtastzeiger, der in der Nullage befindlich dargestellt ist, ist mit 7 bezeichnet.
Auf die Achse des Abtastzeigers, welcher vors einem mit konstanter Geschwindigkeit
laufenden Motor <:o über eine elektromagnetische Kupplung 23 und ein Zahnräderpaar
67 angetrieben wird, wirkt die Kraft der Spiralfeder 65 im rücktreibenden Sinne,
so daß der Abtast= zeiger 7 in der Ruhelage gegen den Anschlag 66 gedrückt wird.
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Der Abtastvorgang geht folgendermaßen vor sich: Wenn die Schaltuhr
16 ihren Kontakt 17 schließt, wird der Elektromagnet 64 erregt und die Kupplung
23, infolgedessen eingerückt. Der Magnet bleibt über, den sich gleichzeitig schließenden
Arbeitskontakt 641 erregt, auch wenn die Kontakte 16,17 wieder geöffnet werden.
Der Abtastzeiger 7 bewegt sich jetzt mit konstanter Geschwindigkeit längs der Skala
des Instrumentes i und macht bei Erreichung des Meßzeigers mit dem Kontaktzeiger
4 Kontakt. Dadurch wird ein Stromkreis für das Relais 13 geschlössen, welches seinen
Selbsthaltekontakt i31 schließt und seinen Ruhekontakt 13, öffnet. Der Ruhekontakt
138 unterbricht den Stromkreis für den Elektromagneten 64, so daß die Kupplung 23
ausgerückt und der Abtastzeiger 7 durch die Spiralfeder 65 auf den Anschlag 66 zurückgeführt
wird. Das Relais 13 bleibt über seinen Selbsthaltekontakt 131
und den
Ruhekontakt z91 erregt. Wenn an der Schaltuhr der Kontakt 18 geschlossen wird, was
nach einer Zeit geschieht, die größer ist, als die maximale Dauer der Abtastung,
wird Relais i9 erregt und der Ruhekontakt i g, geöffnet, so daß auch Relais
13
wieder abfällt.
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In der Abb. 2 sind die Abtastvorrichtungen vereinfacht dargestellt.
Es bedeuten i, 2, 3 die Instrumente, die die Leistung der einzelnen Maschinen messen;
4,. 5, 6 die Zeiger der Instrumente i, 2, 3; 7, 8, 9 Abtastzeiger, wie sie beim
Impulszeitsystem verwendet werden; io, ii, i2 Regelleitungen, die zu den einzelnen
Maschinen führen; 13, . 14, 15 Relais zur Aussendung von Regelimpulsen
mit mehreren Ruhe- und Arbeitskontakten; 16 eine Schaltuhr; 17, 18 Kontakte auf
der ,#Schaltuhr; i9 ein Relais mit mehreren Ruhele(ntakten; 20, 21, 22 Antriebsmotoren
für @F3 Abtastzeiger 7, 8, 9; 23, 24, 25 Kupp-@,#thgen für die Motoren 2o, 21, 22.
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'' Die Arbeitskontakte der Relais 13, 14, 15 5
sind geöffnet,
die Ruhekontakte geschlossen dargestellt. Diese Lage der Kontakte entspricht der
Ruhepause zwischen zwei Abtastungen.
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Die ständig laufende Schaltuhr 16 veranlaßt bei Berührung des Kontaktes
17 das Einrücken der Kupplungen 23, 24, 25, wodurch die Abtastzeiger 7, 8, 9 in
Bewegung gesetzt werden.
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Es sei nun angenommen, die Instrumente r, 2, 3 hätten verschieden
große Ausschläge, und zwar sei der des Instrumentes i am kleinsten, der von' 3 am
größten. Abtastzeiger 7 wird also zuerst den ihm zugehörigen Meßzeiger4 berühren,
wodurch Relais 13 erregt wird. Dieses hält sich über 131 und sendet durch
13, über die Regelleitung io kauf) einen Regelimpuls, der die Maschine l
aufwärts regelt. Die anderen Regelleitungen bleiben stromlos-. Inzwischen habe der
Abtastzeiger 8 des Instrumentes 2 den Meßzeiger 5 erreicht. Dadurch wird Relais
14 erregt und hält sich über 141. Durch Ruhekontakt 14, wird die Regelleitung io
(auf) wieder aufgetrennt. Maschine I erhält also einen Aufwärtsregelimpuls proportional
der Abweichung zwischen den Meßwerten von i und 2. Außerdem ist aber jetzt noch
Regelkreis 12 (ab) über 15s, i3,, 14, geschlossen, denn Relais 13 und 14
halten sich selbst, Relais 15 ist aber noch in Ruhe. Erst wenn der Abtastzeiger
9 den Meßzeiger 6 des Instrumentes 3 berührt, wird 15 ansprechen und -dadurch Kreis
12, (ab) wieder geöffnet. Maschine III erhält also einen Abwärtsregelimpuls proportional
der Abweichung der Meßwerte von 2 und 3. Nach einer Zeit, die größer ist als die
maximale Abtastzeit. erhält das Relais i9 über den Schaltuhrkontakt 18 Strom und
schaltet die Relais 13, 14, 15 durch die Ruhekontakte 191, 192, 193 wieder
ab. Der Vergleich der Meßwerte wiederholt sich so lange, bis alle drei Instrumente
gleichen Ausschlag haben. Dann sprechen die Relais 13, 14, 15 gleichzeitig
an, und es werden keine Regelimpulse mehr ausgesandt, denn die Belastung ist gleichmäßig
verteilt.
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Aus diesem Beispiel dürfte hervorgehen, daß die neue Einrichtung keineswegs
nur zur Einregelung auf gleiche Größenbeträge, also im Falle der Regelung mehrerer
Generatoren, auf gleiche Lastübernahme beschränkt ist. Es wird vielmehr derart @geregelt,
daß die Zeigerausschläge der verschiedenen
Istwert-Meßinstrumente
i, z, 3 gleich sind, wobei die Leistungen, die diesen Ausschlägen entsprechen, verschieden
sein können.
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In Abb. 3 sind für die schon in Abb. 2 vorhande?.ien Teile dieselben
Bezugszeichen verwendet. Es bedeuten: 26 eine Schaltuhr; 27, ?8 Kontakte der Schaltuhr;
29 ein Relais mit Ruhekontakten -291, 29s; 30 ein Instrument, das die Summe der
Istwerte anzeigt; 31 ein Instrument, auf dem der Sollwert eingestellt wird; 32,
33 die Kontaktzeiger der beiden Instrumente 30, 31; 34, 35 Abtastzeiger an den Instrumenten
30, 31; 36, 37 Relais zum Senden von. Regelimpulsen mit mehreren Arbeits- und Ruhekontakten;
38,39 Antriebsinotoren für die Abtastzeiger 34, 35; 40, 41 Kupplungen für
die Motoren 38, 39; 42, 43 Verbindungsleitungen; 44 45 Relais, die die Regelimpulse
empfangen; 46 ein Kupplungsniagnet; 47 eine Kupplung an der Schaltuhr 16; 48 ein
Motor zum Antrieb, der Schaltuhr 16; 49 ein Selbsthaltekontakt für das Kuppelrelais
46; 5o eine Nockenscheibe zur Betätigung des Selbsthaltekontaktes 49 während einer
Umdrehung der Schaltuhr 16.
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Die ständig umlaufende Schaltuhr 26 schliert ihren Kontakt 27, wodurch
die Kupplungen 4o und 41 eingerückt werden. Die Motoren 38, 39 treiben also die
Abtastzeiger 34, 35 mit gleichmäßiger Geschwindigkeit an. Ist der Sollwert kleiner
als die Summe der Istwerte@ so wird zuerst der Abtastarm 35 den Zeiger 33 berühren.
Damit wird Relais 37 erregt, hält sich selbst über ,;71 und sendet durch
37, einen Regelimpuls in die Leitung 43 mit der Bedeutung »abwärts«. Erreicht
der Abtastzeiger 34 des Istwertgebers 3o den Zeiger 32, so, wird Relais 36 erregt
und der Regelimpuls in Leitung 43 unterbrochen. Das Relais 4.5 ist also während
einer Zeit erregt, die proportional der Differenz zwischen Ist- und Sollwert ist.
Die Relais 36 und 37 werden durch die Ruhekontakte von Relais 29 nach einer Zeit
entregt, die größer als die maximale Abtastzeit ist. Das Relais 45 gibt nun seinen
Regelimpuls auf die Regelleitungen io (ab), i i (ab), i2 (ab), wodurch die Maschinen
I, 1I, III abwärts geregelt werden. Die Regelimpulse werden sich aber bei Maschinen
mit verschiedener Charakteristik verschieden auswirken. Lm aber gleichmäßige Lastverteilung
zu erhalten, ist eine Schaltung getroffen, wie sie an sich schon bei der Einrichtung
nach Abb. 2 beschrieben wurde. Sobald die Relais 44 oder 45, welche die Richtung
der Regelimpulse im Sinne »auf« oder »ab« bestimmen, ansprechen, wird' die Magnetkupplung
47 eingerückt, wodurch die Schaltuhr 16 zum Umlauf mit konstanter Geschwindigkeit
v eranlaßt wird. Bei .diesem Umlauf erfolgt nach einer Zeit, die größer ist als
der maximale Regelimpuls, zunächst-eine Kontaktgabe bei der Bürste 17, wodurch die
Magnetkupplungen 23, 24, 25 eingerückt werden und die Abtastung der Istwerte der
Instrumente i, 2, 3 beginnt. Je nach der Höhe des Istwertes, der entsprechend der
_Nennleistung wird, erfolgt zu bestimmten Zeiten die Kontaktgabe der Zeiger 4 und
7, 5 und 8, 6 und 9, wodurch eine Erregung der Relais 13, 14, i5-bewirkt
wird, die über Selbsthaltekontaicte erregt bleiben, auch wenn die entsprechenden
Abtastzeiger den Spulenstromkreis wieder unterbrochen haben.
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Infolge der Hintereinanderschaltung von Kontakten dieses Relais in
den Steuerleitungen io, 1i, 12 werden somit Impulse gebildet, die aus dem Vergleich
der Istwerte von i und 2,' 2 und 3 sowie i und 3 hervorgehen.
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Außerdem sind parallel zu diesen Kontakten Kontakte der Relais 44
bzw. 45 geschaltet, die wie oben ausgeführt, proportional der Differenz zwischen
der Summe der Istwerte und dem Sollwert 31 erregt sind. Infolge der zeitlichen Überdeckung
des Kontaktschlusses sind` die auf die Steuerleitungen gegebenen Regelimpulse sowohl
der Differenz aus der Summe der Istwerte und dem Sollwert einerseits, der Differenz
der Istwerte der einzelnen Maschinen andererseits proportional, so dalj der. zwangsläufig.
aufgedrückte Leistungswert auf die drei Maschinen entsprechend ihrer Nennleistung
verteilt wird.
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Die Einrichtung nach Abb.4 arbeitet mit einem Sollwertgeber 31, dessen
Angaben unmittelbar mit denjenigen der einzelnen Istwertinstrumente i, 2, 3 verglichen
werden. Die Bezeichnungen sind so gewählt wie in den vorhergehenden Abbildungen.
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Die Schaltuhr 16 bringt wie oben beschrieben die Abtastzeiger 7, 8,
9, 35 gleichzeitig in Bewegung, und jeder einzelne Istwert wird mit dem Sollwert
verglichen. Zur Regelung der Maschine I sind beispielsweise die Kontakte
132, 13s und 37s, 37s vorhanden. Ist der Istwert kleiner als der Sollwert,
so wird zuerst Relais 13 ansprechen, der Regelkreis io (auf) -,wird so lange geschlossen
sein, bis der Abtastarm 35 den Zeiger 33 erreicht. Dann spricht Relais 37 an, und
der Kreis io (auf) wird wieder geöffnet. Ist der Sollwert größer, so wird in entsprechender
Weise Kreis io (ab) geschlossen. Alle Maschinen, bei denen Ist- und Sollwert übereinstimmen,
erhalten keine Regelimpulse. Man erreicht so eine Regelung aller Maschinen auf gleichmäßige
Beteiligung an der Gesamtlast, ohne die einzelnen. Maschinen besonders untereinander
.zu regeln.