DE712210C

DE712210C - Einrichtung zur drehzahlabhaengigen Reglung von Kraftmaschinen

Info

Publication number: DE712210C
Application number: DES133181D
Authority: DE
Inventors: Manfred Tunkel
Original assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens Corp
Priority date: 1938-07-27
Filing date: 1938-07-27
Publication date: 1941-10-14

Description

Einrichtung zur drehzahlabhängigen Reglung von Kraftmaschinen Zur Drehzahlreglung von Kraftmaschinen und in erster Linie von zum Antrieb elektrischer Generatoren dienenden Wasserturbinen werden im allgemeinen Fliehkraftpendelregler verwendet, die mit einer der Drehzahl der Turbinenwelle verhältnisgleichen Drehzahl angetrieben werden müssen. Meist werden ,die Reglerpendel zu diesem Zweck unmittelbar mechanisch mittels eines Zahnradgetriebes oder eines Riementriebes mit der Turbinenwelle gekuppelt. Diese Antriebsart hat jedoch den Nachteil, daß man in der Wahl des Aufstellungsortes für das Reglerpendel nicht mehr frei ist. Außerdem bringen Abnutzungen der Zahnräder, Dehnungen des Riemens und das Riemenschloß Ungleichmäßigkeiten des Laufes und Geräusche mit sich. Bei senkrechten Wasserkraftgeneratoren wirkt die Anordnung von Riemen oder Getrieben außerdem dem Bestreben entgegen, den Maschinensatz mit möglichst niedriger Bauhöhe auszuführen. Man ist deshalb schon dazu übergegangen, das Reglerpendel durch einen Synchronmotor anzutreiben, der vorn einer mit der Generatorspannung synchronen Hilfsspannung gespeist wird. Diese Hilfsspannung wird entweder von den Generatorklemmen über einen Transformato,r oder von einer besonderen, auf der Generatorwelle sitzenden oder mit d ieser gekuppelten Hilfsmaschine geliefert. Der Anschluß des Pendelantriebsmotors an die Generatorspannung selbst hat den Nachteil, daß Spannungsschwankungen und Kurzschlüsse in dem Generatornetz auf das Reglerpenrdel einwirken und zu Ungleichmäßigkeiten des Laufes oder Störungen Anlaß geben. Besondere, unmittelbar auf der Generatorwelle angeordnete Hilfsgeneratoren müssen, vor allem bei niedrigen Generatordrehzahlen und. entsprechend großen Wellenabmessungen, einen großen Läufer- und Ständerdurchmesser erhalten und werden deshalb kostspielig. Außerdem bereitet die Erregung dieser Hilfsgeneratoren Schwierigkeiten, besonders wenn. das Pendel schon bei einer verhältnismäßig niedrigen Drehzahl des Generators mitlaufen oder sogleich beim Anlauf mit hochlaufen soll. Vielfach erschwert auch die Gesamtanordnung des Maschinensatzes einen Aufbau des Hilfsgenerators auf die Generatorwelle. Das ist meistens bei senkrechter Welle der Fall, besonders auch dann, wenn eine sehr niedrige Bauhöhe der Maschinen und damit des Maschinenhauses angestrebt wird.
Gemäß der Erfindung werden diese Nachteile dadurch überwunden, daß die zum Antrieb des Reglerpendels erforderlicheLeistung einer von dem Betriebszustand des Generators unabhängigen Energiequelle entnommen sowie die Abhängigkeit der Drehzahl des Reglerpendels von der Drehzahl der Kraftmaschine durch die Frequenz von Steuerimpulsen hergestellt wird, die von einem an der Kraftmaschinenwelle angebrachten Impulsgeber geliefert werden. Die zur Lieferung der Steuerimpulse dienende, mit der Turbinen- oder Generatorwelle verbundene Vorrichtung kann in verschiedener an sich bekannter Art ausgeführt werden. So kann für diesen Zweck beispielsweise eine mit Schaltkontakten zusammenarbeitende Nockenscheibe benutzt werden. An Stelle der Nockenscheibe kann auch eine aus isolierenden und leitenden Segmenten aufgebaute Kontaktscheibe vorgesehen werden., auf der die Kontakte unmittelbar schleifen, oder aber eine zweckentsprechend gestaltete Scheibe aus magnetischem Material, welche beim Vorbeilaufen. an einer feststehenden Spule in dieser Spannungsstöße erregt. Um von mechanischen Kontakten, die immer einer gewissen Wartung bedürfen, völlig unabhängig zu werden, kann man auch zur Lieferung der Steuerimpulse eine Lichtzellenanordnung benutzen. Hierbei wird auf der Turbinenwelle zweckmäßig eine Lochblende oder eine Spiegelvorrichtung befestigt, die den von einer Lichtquelle stammenden Lichtstrahl periodisch im Rhythmus der Wellenumdrehungen auf die Lichtzelle fallen läßt. Alle diese Anordnungen zur Impulserzeugung zeichnen sich dadurch aus, daß sie nur außerordentlich wenig Platz beanspruchen und ohne wesentliche Hilfskonstruktionen leicht an der Turbinenwelle befestigt werden können.
Um die Steuerimpulse auf die Speisespannung für den Antriebsmotor des Reglerpendels in der gewünschten Weise zur Wirkung zu bringen, kann man wie folgt vorgehen: Te nachdem, ob als Hilfsstromquelle für den Antrieb des Pendelantriebsmotors eine Gleichstrom- oder eine Wechselstroniquelle zur Verfügung steht, wird zwischen diese Stromquelle und den Pendelantriebsmotor ein Wechsel- oder ein Umrichter geschaltet, der in seinem Ausgangskreis eine ein- oder mehrphasige Wechselspannung erzeugt, deren Frequenz von der Gittersteuerung bestimmt wird. Die Steuerimpulse werden auf die Steuergitter dieses Wechsel- oder Umrichters so zur Einwirkung gebracht, daß die Geschwindigkeit, mit der sie aufeinander folgen, die Frequenz für die dem Pendelantriebsmotor zugeführte Spannung bestimmt. Besonders bei Verwendung von Photozellen zur Erzeugung der Steuerimpulse ist diese Steuermethode von besonderem Vorteil, da die zur Steuerung des Wechsel- oder Umrichters erforderlichen Steuerimpulse nur eine sehr geringe Energie zu besitzen brauchen.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer Einrichtung zur drehzahlabhängigen Reglung von Kraftmaschinen mit den Merkmalen gemäß der Erfindung dargestellt. Auf der in Achsenrichtung gesehenen Turbinenwelle i ist ein Polygonspiegel -2 angeordnet, auf den von der Lichtquelle 3 durch eine Spaltblende ein. schmaler Lichtstrahl geworfen wird. Dieser Lichtstrahl wird durch den Polygonspiegel reflektiert, so daß er mehrmals während jeder Umdrehung auf die Lichtzelle .4 fällt. Die hierdurch erzeugten, in ihrer Frequenz der Drehzahl der Turbinenwelle i proportionalen Spannungsimpulse werden über einen Verstärker 5 dem Steuerkreis eines Wechselrichters 6 zugeführt. Dieser Wechselrichter 6 formt die der Hilfsgleichspannungsquelle 7 entnommene Energie in Drehstrom um, dessen Frequenz von der Frequenz der von der Lichtielle4 gelieferten Impulse abhängt bzw. mit dieser übereinstimmt. Dieser Drehstrom wird dann dem als Synchronmotor ausgebildeten Antriebsmotor S für das Reglerpendel zugeführt. .
Der Pendelantriebsmotor ist in dem gezeigtenAusführungsbeispiel als gleichstromerregter Synchronmotor dargestellt. Die Gleichstromerregung bereitet keine Schwierigkeiten, da ja ohnehin eine von der Generatorspannung unabhängige Hilfsspannung zur Verfügung steht. Hierdurch wird eine volle Entlastung des Wechsel- oder Umrichters vom Blindstrom und ein Gleichlauf von Turbinen-und Motorwelle gleich vom Anlauf aus erreicht.
Zweckmäßig wird man Sicherheitseinrichtungen vorsehen, die die Stromaufnahme des Wechsel- bzw. Umrichters überwachen und die auch den ordnungsmäßigen Zustand der Lichtquelle prüfen. Diese Überwachungseinrichtungen können in Relais bestehen, die im Störungsfall einen Impuls zur Unterbrechung der Energiezufuhr an die Kraftmaschine liefern. Um größtmögliche Betriebssicherheit gegen Störungen zu erreichen, können für die Lichtquelle 3 zwei Lampen vorgesehen werden, von denen sich die eine selbsttätig einschaltet, wenn die andere durchbrennt. Ebenso werden auch der Verstärker und gegebenenfalls auch der Stromrichter mit zweckmäßig parallelschaltbaren Röhren bestückt.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Einrichtung zur drehzahlabhängigen Reglung von Kraftmaschinen, insbesondere von zum Antrieb elektrischer Generatoren dienenden Wasserturbinen mittels eines mechanischen Reglers, der mit einer der Kraftmaschinendrehzahl gleichen oder verhältnisgleichen Drehzahl umläuft, dadurch gekennzeichnet, daß die zum Antrieb des Reglers erforderliche Leistung einer von dem Betriebszustand des Generators unabhängigen Energiequelle entnommen sowie :die Abhängigkeit der Drehzahl des Reglerpendels von der Drehzahl der Kraftmaschine durch die Frequenz von Steuerimpulsen hergestellt wird, die von einem an der Kraftmaschinenwelle angebrachten Impulsgeber geliefert werden. a. Regeleinrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß zur Lieferung der Steuerimpulse eine mit Schaltkontakten zusammenarbeitende Nockenscheibe dient. ' 3. Regeleinrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß zur Lieferung der Steuerimpulse ein Kontaktring mit geteilten Segmenten dient. q.. Regeleinrichtung mach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerimpulse'von einer Scheibe aus magnetischem Material, welche an einer feststehenden Spule vorbeiläuft, erregt werden. 5. Regeleinrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerimpulse von einer Lichtzeile geliefert werden, die durch auf der Turbinenwelle befestigte Blenden oder 'Spiegel Lichtimpulse empfängt. 6. Regeleinrichtung nach Anspruch i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerimpulse auf die Steuerung eines zwischen die Erregerquelle und den Pen-:delantriebsmotor geschalteten Wechsel-oder Umrichters einwirken und dessen Ausgangsfrequenz bestimmen.