Elektrohydraulischer Drehzahlregler für Aggregate in Kraftwerken
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf elektrohydraulische Drehzahlregler für automatische Drehzahl- und Leistungssteuerung von Aggregaten in Wasserkraftwerken, der ein elektrisches Messglied, einen Magnetverstärker und ein hydraulisches Stellglied mit einer für alle diese Glieder gemeinsamen nachgebenden Isodromrückführung besitzt.
Bekannt sind elektrohydraulische Drehzahlfegler für automatische Drehzal- und Leistungssteuerung der Aggregate in Wasserkraftwerken, die ein elektrisches Messglied, ein hydraulisches Stellorgan und einen Magnetverstärker mit einer für alle diese Glieder gemeinsamen nachgebenden Isodromrückführung enthal- ten. Bei diesen Reglern enthält das Stellglied einen Elektromotor (siehe beispielsweise die sowjetische Urheberschrift Nr. 184 744, Klasse 88a, 6).
Der Nachteil der bekannten Drehzahlregler beschriebener Art liegt darin, dass bei ihrem Einsatz die notwendige Stabilität des Regelkreises bei hoher nachgebender Rückführung Übertragungsfaktor, wie sie bei kleinen Ausgleichswerten der Regelstrecke notwendig sind, nur auf Kosten des kleinen Übertragungsfaktors des Reglers erreicht werden kann. Dies führt aber zur Erweiterung der Unempfindlichkeitszone des Reglers.
Darüber hinaus ist es bei bestehenden Drehzahlreglern mit ihrer getrennten Einstellung der Kennwerte (der Zeitkonstante T und des Übertragungsfaktors der Isodromrückführung) sehr schwierig, die optimalen Kennwerte einzustellen, bei denen sich die erforderliche hohe Regelgüte ergibt.
Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, diese Nachteile zu vermeiden.
Der Erfindung wurde die Aufgabe zugrunde gelegt, einen elektrohydraulischen Drehzahlregler für Wasserturbinen zu entwickeln, der die notwendige Stabilität des Regelkreises bei hohen Übertragungsfaktoren der Isodromrückführung erreichen und sich leicht auf optimale Kennwerte einstellen lässt.
Der zur Lösung der gestellten Aufgabe vorgeschlagene elektrohydraulische Drehzahlregler für automatische Drehzahl- und Leistungssteuerung von Aggregaten in Wasserkraftwerken gelöst, der ein elektrisches Messglied, ein hydraulisches Stellglied und einen Magnetverstärker mit einer für alle diese Glieder gemeinsamen nachgebenden Isodromrückführung enthält, ist gekennzeichnet durch ein passives Korrekturglied, das in dem nachgebenden Rückführungskreis in Reihe mit der Steuerwicklung des Magnetverstärkers eingeschaltet ist und eine Nacheinanderschaltung aus einem Differenzier-, einem Integrier- und einem weiteren Differenzierglied, die alle RC-Glieder sind, darstellt.
Es ist weiter vorteilhaft, zumindest einen Hilfskondensator parallel zum Kondensator des zweiten Differenziergliedes in die nachgebende Isodromrückführung über einen Widerstand einzuschalten.
Der Erfindungsgedanke wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel mit Bezugnahme auf beigefügte Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt die elektrische Schaltung eines elektrohydraulischen Dreh zahlreglers.
Der elektrohydraulische Drehzahlregler einer Wasserturbine 1 besteht grundsätzlich aus einem elektrischen Messglied, einem Magnetverstärker und einem hydraulischen Stellglied. Zum elektrischen Messglied gehört zunächst der Tachogenerator 2, an dem ein Resonanzkreis mit R- und C-Elementen 3, 4 liegt. An den Wicklungen 5, 6 des Tachogenerators 2 liegt in Reihe mit dem Resonanzkreis auch die Primärwicklung 7 eines Transformators 8.
Der Regler besitzt weiter einen Sollwerteinsteller für Leerlaufdrehzahl der Turbine. Dieser enthält einen Transformator 9, dessen Primärwicklung 10 an den Potentiometern 11, 12 liegt. Der Potentiometerabgriff wird von einem Motor 13 verstellt.
Die Speisespannung für den Magnetverstärker wird am Transformator 14 abgegriffen. Am Ausgang des Magnetverstärkers liegt die Wicklung 15 des elektrohydraulischen Übertragungsgliedes 16, das das hydraulische Stellglied 17 mit dem elektrischen Messglied des Reglers verbindet. Das Stellglied setzt sich aus einem Kraftschalter 18 und einem Stellmotor 19 zusammen und beeinflusst die Öffnung der Leitvorrichtung (nicht gezeigt) der Wasserturbine 1.
Der Regler besitzt eine starre Rückführung mit einem Potentiometer 20, der eine mechanische Verbindung mit dem Stellmotor 19 hat, und einem Transformator 21, dessen Primärwicklung 22 über Potentiometer 23 am Potentiometer 20 liegt. Der Potentiometer 23 ermöglicht die Verstellung des Ubertragungsfaktors der starren Rückführung. Die Sekundärwicklungen 24, 25, 26 der Transformatoren 8, 9, 21 sind zu einer Reihenschaltung verbunden und liegen an der Primärwicklung 27 des summierten Transformators 28, dessen Sekundärwicklungen 29, 30 über einen phasenempfindlichen Gleichrichter 31 und den Zusatzwiderstand 32 an der Steuerwicklung 33 der ersten Stufe 34 des Magnetverstärkers liegen.
Der Regler besitzt weiter eine nachgebende Isodromrückführung mit dem Stellmotor 19 zugeordneten Potentiometer 35 und dem Transformator 36, dessen Primärwicklung 37 am Potentiometer 35 liegt. Die Sekundärwicklung 38 des Transformators 36 ist über eine Gleichrichterschaltung 39 und ein passives Korrekturglied an der Steuerwicklung 33 der ersten Magnetverstärkerstufe 34 angeschlossen. Das passive Korrekturglied liegt somit im Wirkungskreis der nachgebenden Isodromrückführung in Reihe mit der Steuerwicklung des Magnetverstärkers. Es stellt eine Nacheinanderschaltung aus einem Differenzierglied, einem Integrierglied und einem weiteren Differenzierglied dar. Das erste Differenzierglied und das Integrierglied sind zu einem Differenzier- und Integrierglied mit Kondensatoren 40, 41 und 42 und Widerständen 43, 44 und 45 vereinigt.
Das zweite Differenzierglied ist auf Kondensatoren 46, 47 und 48 und Widerständen 49 aufgebaut. Die Kondensatoren 47, 48 liegen über Schaltern 51, 52 und Widerstand 50 an der Gleichrichterschaltung 39.
Der beschriebene Regler hat folgende Wirkungsweise.
Der Sollwert für die Leerlaufdrehzahl der Turbine vird mit dem Potentiometer 12 eingestellt. Das an diesem abgegriffene Signal trifft über Primärwicklung 9 des Transformators 10, den summierenden Transformator 28, den phasenempfindlichen Gleichrichter 31 und den Zusatzwiderstand 32 an der Steuerwicklung 33 der ersten Magnetverstärkerstufe 34 und danach an der zweiten Magnetverstärkerstufe 54 ein. Das am Ausgang der zweiten Stufe 54 des Magnetverstärkers erscheinende Signal wird der Spule 15 des elektrohydraulischen Übertragungsgliedes 16 zugeleitet. Dieses setzt die elektrische Eingangsgrösse in eine proportionale Weggrösse um.
Das Ausgangssignal des Übertragungsgliedes wird nach Leistungsverstärkung im Kraftschalter 18, der eine starre Rückführung besitzt, auf den Steuerschieber des Stellmotors 19 übertragen. Der letztere verstellt die Leitvorrichtung der Wasserturbine, indem er ihre Öffnung ändert.
Rer Resonanzkreis wirkt als Frequenzmessftihier.
Er wird so abgestimmt, dass das Ausgangssignal an der Primärwicklung 7 des Trnasformators 8 bei Nennfrequenz gleich Null ist. Weicht dagegen der Istwert der Frequenz vom Nennwert ab, so wird im Transfonua- tor 8 ein Spannungssignal induziert, das zum summierenden Transformator 28 gelangt und je nach seiner Polarität eine Öffnung oder Schliessung der Turbinenleitvorrichtung bewirkt.
Bei Verstellung der Turbinenleitvorrichtung wird auch der mit dieser verbundene Abgriff des Poteutio- meters 35 in der nachgebenden Rückführung mitverstellt. Dadurch ändert sich das in der Sekundärwicklung 38 des Transformators 36 induzierte Signal. Die ses Signal gelangt über Gleichrichterschaltung 39, Kondensator 46, Widerstand 49 und das vereinigte Differenzier- und Integrierglied auf die Wicklung 33 der ersten Magnetverstärkerstufe 34.
Eine solche Einschaltung des Korrekturgliedes ermöglicht die gleichzeitige Verstellung der beiden Kennwerte (der Zeitkonstante T und des tZbertragungsfak- tors ss) der nachgebenden Isodromrückführung, bei der ihr Produkt ss T konstant bleibt. Die Einstellmöglich- keinen des Reglers werden durch Schalter 51, 52 an Kondensatoren 47, 48 erweitert, die die Änderung des Produktes ss T bei gleichbleibendem ss ermöglichen.
Die Voraufladung der Kondensatoren 47, 48 über Widerstand 50 lässt die Pendelungen im Regelkreis während des Einstellvorganges vermeiden.
Bei dem beschriebenen Regler kann bei kleinen Werten des Übertragungsfaktors der Isodromrückführung die Unempfindlichkeitszone beträchtlich verringert und bei grossen Werten des Übertragungsfaktors der Rückführung die erforderliche Stabilität des Regelkreises bei gleichbleibender Empfindlichkeit des Reglers ohne weiteres erreicht werden.