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Einrichtung zur automatischen Angleichung der Frequenz eines oder
mehrerer Wechselstromgeneratoren an eine konstante Frequenz Die Erfindung bezieht
sich auf eine Einrichtung zur automatischen Angleichung der Frequenz eines oder
mehrerer Wechselstromgeneratoren an eine konstante Frequenz durch Regelung der Drehzahl.
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Es sind bereits Einrichtungen zur mechanischen Angleichung der Drehzahl
bekannt. Sie vergleichen die Drehzahl eines Wechselstromgenerators, der mit der
Stationssammelschiene verbunden werden soll, mit der Drehzahl der Maschinen, welche
die Sammelschiene speisen, indem sie die Differenz zwischen den Drehzahlen von Synchronmotoren,
welche mit der Sammelschiene und dem hinzukommenden Generator verbunden sind, feststellen.
Die Drehzahl des hinzukommenden Generators wird in Abhängigkeit von der Drehzahldifferenz
geregelt. Diese Drehzahlvergleicher haben den Nachteil, daß sie nicht genügend genau
und schwierig in ihrer Einstellung zu halten sind und daß sie dem Meßumformer, der
den Drehzahlvergleicher mit dem Netz verbindet, eine übermäßige Leistung entnehmen.
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Die Erfindung vermeidet diese Nachteile, indem eine rein elektrische
Einrichtung benutzt wird, die gemäß der Erfindung derart ausgebildet ist, daß die
Drehzahlverstelleinrichtungen der Wechselstromgeneratoren
von elektrischen
Entladungsgefäßen gesteuert werden, deren Gitterkreisen Spannungen zugeführt werden,
die abhängig von der Differenz der zu vergleichenden Frequenzen sind. Eine solche
Einrichtung ist sehr genau und erfordert für seine Betätigung nur eine geringe Leistung.
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Nachfolgend wird die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispieles
erläutert.
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Fig. i gibt eine zeichnerische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung, und Fig. 2 gibt eine graphische Darstellung der Beziehung der verschiedenen
Spannungen, die an den einzelnen Stellen des Ausführungsbeispieles der Erfindung
wirksam sind.
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Zur Durchführung der Erfindung sind elektrische Entladungseinrichtungen
io und 12 vorgesehen, welche wahlweise Relais 14 und 16 erregen, welche ihrerseits
abwechselnd die Drehzahlsteueranordnung ig eines Generators 17 steuern, dessen Geschwindigkeit
so gesteuert werden soll, daß die von ihm erzeugte Frequenz. die gleiche wie die
der Wechselstromschiene ist, welche durch die Leiter A-B-C dargestellt ist.
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Ein Transformator i8 ist mit den Leitern der Sammelschiene X-Y-Z verbunden,
welche durch den hinzukommenden Generator gespeist wird, und die Transformatoren
20 und 22 sind mit ihren Primärwicklungen mit der Sammelschiene A-B-C verbunden.
Die Sekundärwicklungen dieser Transformatoren sind mit Widerstandselementen 24,
26, 28, 30 und 32 und Vollweggleichrichtern 34 und 36 verbunden, um die notwendige
Gitter- und Anodenspannung für die elektrischen Entladungseinrichtungen io und 12
zu beschaffen, wodurch diese veranlaßt werden, wahlweise die mit ihnen verbundenen
Relais 14 und 16 abhängig davon zu betätigen, ob die Frequenz der hinzukommenden
Maschine 17 größer oder kleiner als die der Sammelschiene A-B-C ist. Die Stromkreise
sind so angeordnet, daß eine- Drehzahlkorrektur der hinzukommenden Maschine 17 erreicht
wird, welche proportional den beiden zu vergleichenden Frequenzen ist.
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In Fig. i umfaßt die Drehzahlsteueranordnung ig für den Generator
17 eine Primärmaschine, beispielsweise eine Turbine 2i, welche den Generator 17
antreibt. Die Drehzahl der Primärmaschine wird durch ein Ventil 23 in ihrem Zuleitungsrohr
25 gesteuert. Die Öffnung des Ventils 23 wird durch den Umkehrmotor 27 infolge der
wahlweisen Betätigung der Relais 14 und 16 verkleinert oder vergrößert. Die Kontakte
der Relais sind so geschaltet, daß der Motor wahlweise für Vorwärts- oder Rückwärtslauf
eingeschaltet wird.
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Die Heizdrähte der elektrischen Entladungseinrichtungen io und 12
werden von dem Transformator 38 gespeist, der mit der Sekundärwicklung 4o des Transformators
22 verbunden ist. Der Widerstand 26 ist in Serienschaltung mit der Sel.-undärwickl-ung
42 des Transformators 22 und der Sekundärwicklung 44 des Transformators 18 verbunden.
Die Gitter der elektrischen Entladungseinrichtungen io und 12 sind mit den entsprechenden
Enden des Widerstandes 26 verbunden, und «-erden deshalb durch den Spannungsabfall
am Widerstand 26 gespeist. ':Ulan erkennt, daß der Spannungsabfall am Widerstand
26 gleich der Differenz der Augenblicksspannungen der Sekundärwicklungen 42 und
44 ist und daß, da die Gitter der elektrischen Entladungseinrichtungen io
und 1-2 mit den entgegengesetzten Enden des Widerstandes 26 verbunden sind, die
wirksame Spannung an den Gittern von entgegengesetzter Polarität sein wird, d. h.
die eine wird gegen die andere um iSo° verschoben sein.
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Der Anodenkreis der elektrischen Entladungseinrichtungen io und 12
erstreckt sich von den Anoden der Einrichtungen über die .mit ihnen verbundenen
Relais 14 und 16, den Leiter 46, einen Teil 47 des Widerstandes 24, den Leiter 48
und die Sekundärwicklung des Transformators 38 und ihre Verbindungen zu den Heizdrähten
der Entladungseinrichtungen. Die Anodenspannung für die Entladungseinrichtungen
io und 12 wird abgeleitet von dem Spannungsabfall am Widerstandsteil 47. Der Widerstand
24 ist in Serienschaltung mit der Sekundärwicklung 49 des Transformators 2o und
einer Sekundärwicklung 5o des Transformators 22 verbunden. Die Primärwicklung des
Transformators 2o ist mit einer anderen Phase der Wechselstromsammelschiene A-B-C
als die Primärwicklung des Transformators 22 verbunden. Eine Anzapfung ist an der
Sekundärwicklung 5o abgenommen, und die Wicklungen 49 und 5o sind so miteinander
verbunden, daß sie einen Spannungsabfall am Widerstand 24 hervorrufen, welcher genau
go° gegenüber der wirksamen Spannung an der Sekundärwicklung 42 des Transformators
22 verschoben ist.
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Eine zweite Gitterspannung für die elektrischen Entladungseinrichtungen
io und 12 wird durch die Verbindung des Widerstandes 28 mit dem Gleichrichter 34
erzeugt, der seinerseits in Serienschaltung mit der Sekundärwicklung 4o des Transformators
22 und einer Sekundärwicklung 52 des Transformators 18 verbunden ist. Die wirksame
Spannung am Widerstand 28 ist infolgedessen gleich der gleichgerichteten Differenz
der wirksamen Spannungen an den Schienen A-B-C und X-Y-Z. Die Kondensatoren 54 und
56 und die Drosselspule 58 sind zur Glättung des gleichgerichteten Stromes der Wicklungen
4o und 52 vorgesehen, um eine Schwebungsfrequenz am Widerstand 28 zu erzeugen, die
gleich der Differenz der Frequenzen der Schiene A-B-C und des hinzukommenden Generators
17 ist, mit welchem die Schiene X-Y-Z verbunden ist.
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Eine dritte Gitterspannung ist von dem Spannungsabfall am Widerstand
3o abgeleitet. Der Gleichrichter 36 ist in Serienschaltung mit der Sekundärwicklung
6o des Transformators 22 und einer Sekundärwicklung 62 des Transformators 18 verbunden,
und der Widerstand 32 ist parallel zum Gleichrichter 36 geschaltet. Ein Kondensator
64 ist parallel zum Widerstand 32 geschaltet, um die an ihn angelegte, gleichgerichtete
Spannung zu glätten. Ein Stromkreis, der einen Kondensator 66 und den Widerstand
30 umfaßt, ist parallel zu einem Teil
des Widerstandes 32
geschaltet. Man erkennt durch diese Stromkreisverbindungen, daß der Widerstand 32
von einer Schwebungsfrequenz gespeist wird, die gleich der Differenz der Frequenzen
der Schiene A-B-C und des hinzukommenden Generators 17 ist, und daß der Kondensator
66 in Abhängigkeit von der Änderungsgeschwindigkeit der wirksamen Spannung am Widerstand
32 geladen und entladen wird, wobei eine Spannung erzeugt wird, welche proportional
der Änderungsgeschwindigkeit der Spannung an dem Widerstand 32 ist und welche an
den Widerstand 3o angelegt wird. Deshalb ist die wirksame Spannung an dem Widerstand
30 proportional der Änderungsgeschwindigkeit der Schwebungsfrequenzspannung,
und sie ändert ihre Polarität, wenn die Richtung der Änderung der wirksamen Schwebungsfrequenzspannung
an dem Widerstand 32 sich ändert.
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Der Gitterstromkreis der elektrischen Entladungseinrichtungen io und
12 erstreckt sich von den Gittern dieser Einrichtungen über die angrenzenden Abschnitte
des Widerstandes 26 zu einem Leiter 68, welcher mit dem Mittelpunkt des Widerstandes
26 verbunden ist, über einen Leiter 70, den Widerstand 28, Leitungen 72 und 74,
den Widerstand 3o, Leitung 76, einen Teil 8o des Widerstandes 24, und den Leiter
48 zu der Sekundärwicklung des Transformators 38 -und seiner Verbindungen zu den
Heizdrähten der Entladungseinrichtungen io und 12. An den Gittern 'der elektrischen
Entladungseinrichtungen io und 12 sind also Spannungen wirksam, welche sich aus
folgenden Spannungsabfällen zusammensetzen: erstens dem Spannungsabfall an den angrenzenden
Teilen des Widerstandes 26, zweitens dem Spannungsabfall am Widerstand 28, der eine
Schwebungsfrequenzspannung ist, drittens dem Spannungsabfall am Widerstand 3o, der
proportional der Änderungsgeschwindigkeit der Schwebungsfrequenzspannung ist, und
viertens dem Spannungsabfall am Abschnitt 8o des Widerstandes 24, der die Frequenz
der Spannung der Schiene A-B-C hat und um i8o° gegenüber der Anodenspannung der
Entladungseinrichtungen io und 12 verschoben ist.
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Es sei nun die Fig. 2 betrachtet, die eine graphische Darstellung
dieser verschiedenen Spannungen zeigt. Die Spannung, ,die durch die Kurve E:26 dargestellt
wird, ist der Spannungsabfall am Widerstand 26 und ergibt sich aus den Spannungen
E42 und E44, welche die durch die Sekundärwicklungen 42 und 44 der Transformatoren
22 und 18 erzeugten Spannungen sind. Der Spannungsabfall am Widerstand 28: wird
dargestellt durch die Schwebungsfrequenzkurve F_ 28, und der Spannungsabfall am
Widerstand 3o wird dargestellt durch die Kurve E 3,0. Die Kurve E 8o stellt die
Gitterspannung dar, welche durch den Spannungsabfall am Abschnitt 8o des Widerstandes
24 erzeugt wird. Man erkennt, daß die Frequenz der Spannung E44 größer als die der
Spannung E42 ist, was erkennen läßt, daß die Spannung des hinzukommenden Generators
17 eine höhere Frequenz als die der Schiene A-B-C hat. Die Verbindungen sind so,
daß unter diesen Bedingungen die Spannung E26 die wirksame Spannung für die Gitter
der Entladungseinrichtung io ist. Zur selben Zeit wird eine gleiche Spannung, welche
in seiner Richtung der Spannung E26 entgegengesetzt ist, auf das Gitter der
elektrischen Entladungseinrichtung 12 einwirken. Die Summe der Spannungen
E26, E28, E30 und E 8o ist dargestellt durch die Kurve EG, welche
die wirksame Spannung in dem Gitterkreis der elektrischen Entladungseinrichtung
1O ist.
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Die elektrische Entladungseinrichtung io wird stromdurchlässig, um
ihr Relais 14 zu speisen, wenn ihre Gitterspannung positiv ist und eine positive
Spannung in dem Anodenkreis vorhanden ist. Die Entladungseinrichtung io wird also
stromdurchlässig, wenn die positiven Werte der Kurven EG und E47 zusammenfallen.
Bei den dargestellten Bedingungen wird die Entladungseinrichtung io zur Erregung
des Relais 14 stromdurchlässig in den Zeiten, die durch die Strecken a-b, c-d, e-f,
g-h, i-j und 1z-1 dargestellt werden. Diese Erregungszeiten des Relais 14
ergeben einen Betätigungsimpuls, der proportional der Summe dieser Betätigungszeiten
ist. Der Betätigungsimpuls bewirkt, daß das Relais 14 die Drehzahlsteueranordnurig
1q des hinzukommenden Generators 17 speist, wobei die Drehzahl des Generators
um einen Wert vermindert wird, der abhängig ist von dem Betätigungsimpuls des Relais
14- Ein solcher Impuls wird auf das Relais 14 in Schwebungsfrequenzzwischenräumen
gegeben. Da die Amplitude der Spannung E 3o proportional mit der Änderungsgeschwindigkeit
der Schwebungsfrequenz ist, so wird die Amplitude der Spannung F_ 30 proportional
mit der Frequenzdifferenz zwischen der Spannung des hinzukommenden Generators
17 und der Schiene A-B-C sein. Daher wird bei einer größeren Differenz zwischen
den Spannungen E.12 und E44 die Spannung E30 eine größere Amplitude haben,
und dies bewirkt, daß die Erregungszeiten des Relais 14, welche durch die Strecken
e-f, g-h, i-j, h-1 dargestellt werden, verlängert werden. In der gleichen Weise
wird bei einer kleineren Frequenzdiffercnz zwischen den Spannungen E42 und E44 die
Amplitude der Spannung E 3o kleiner werden, und die Erregungszeiten des Relais 14
werden kürzer werden. Deshalb ist der Grad der Drehzahlkorrektur, die an dem hinzukommenden
Generator 17 durch die Erregung des Steuerrelais 14 wirksam wird, proportional
,der Frequenzdiffcrenz zwischen dem hinzukommenden Generator 17 und der Schiene
A-B-C.
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Wenn die Frequenz des hinzukommenden Generators 17 kleiner als die
der Schiene A-B-C ist, wird die SpannungE26, welche die wirksame Spannung an dem
Gitter der Entladungseinrichtung io darstellt, ähnlich der in Fig.2 dargestellten
sein, aber sie wird entgegengesetzte Richtung haben, und es wird eine Spannung ähnlich
der Spannung E26, dargestellt in Fig. 2, an .dem Gitter der Entladungseinrichtung
12 wirken. Deshalb wird, unter der Bedingung, daß die Frequenz des hinzukommenden
Generators kleiner als die der Schiene A-B-C ist, eine Gitterspannung ähnlich der
durch die Kurve EG
in Fig.2 dargestellten auf die elektrische Entladungseinrichtung
12 einwirken, wodurch diese dazu v eranlaßt wird, das mit ihr verbundene Relais
16 zu erregen und die Drehzahl des hinzukommenden Generators 17 proportional zu
der Differenz zwischen den Frequenzen des hinzukommenden Generators und der Schiene
A-B-C zu erhöhen.
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An den Widerständen a4., 28 und 32 erkennt man einstellbare Abgriffe.
Diese sind vorgesehen, damit Spannungswerte eingestellt werden können, um eine gewünschte
Arbeitscharakteristik der Anordnung zu erhalten.
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Die elektrischen Entladungseinrichtungen io und 12 können irgendeine
Art Elektronenröhren oder Ventile sein, welche einen Hauptstromkreis und einen Steuerstromkreis,
d. h. Haarptelektroden und Steuerelektroden, haben, und die Drehzahlsteuereinrichtungen
für den hinzukommenden Generator können irgendeine bekannte Art von Einrichtungen
sein, welche die Drehzahl des Generators 17 in Abhängigkeit von der Betätigung eines
Stromkreises der Relais 14 und 16 verändern. Es ist weiterhin verständlich, daß
die Transformatoren 22 und 18 nicht notwendigerweise eine Mehrzahl von Sekundärwicklungen
haben müssen und daß die Spannungen, die von diesen Transformatoren abgeleitet werden,
durch andere geeignete Mittel, welche die gewünschte Spannungs- und Phasenbeziehungen
erfüllen, erzeugt werden können.