AT126528B

AT126528B - Regeleinrichtung mit Differentialgetriebe, insbesondere für elektrische Maschinen.

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Publication number: AT126528B
Authority: AT
Original assignee: Siemens Schuckertwerke Wien
Priority date: 1930-10-25
Filing date: 1930-10-25
Publication date: 1932-01-25

Description

Regeleinrichtung mit Differentialgetriebe, insbesondere für elektrische Maschinen.

Es sind Regeleinrichtungen mit Differentialgetriebe bekannt, bei denen gewisse Betriebsgrössen der zu regelnden Maschine mit einer von dieser unabhängigen sogenannten ,,Leitgrösse" (Leitdrehzahl, Leitfrequenz, Leitspannung) an dem die Regeleinrichtung steuernden Differentialgetriebe verglichen
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abweicht. Die Erfindung betrifft Regeleinrichtungen mit Differentialgetriebe, die ohne solche Leitgrössen arbeiten und daher besonders für Anlagen geeignet sind. in denen keine geeignete Leitgrösse für die Regelung verfügbar ist.
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sich an einer Wechselstrommaschine die Frequenz einfach proportional mit ihrer Drehzahl.

An einem von ihr gespeisten konstant belasteten Induktionsmotor ist dagegen die Schlupfdrehzahl (die Differenz zwischen der synchronen Drehzahl und der wirklichen Drehzahl) nicht zur Frequenz einfach proportional.

Wäre die relative Schlüpfung des Induktionsmotors (das Verhältnis der Schlupfdrehzahl zur synchronen Drehzahl) unveränderlich, so müsste sich seine Sehlupfdrehzahl im selben Verhältnis wie die Drehzahl der ihn speisenden Wechselstrommasehine ändern und ein einerseits mit der Hauptmaschinendrehzahl, anderseits mit der Srhlupfdrehzahl der Hilfsmaschine angetriebenes Differentialgetriebe bliebe dauernd
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diesem Zustand verstellt. Dadurch kann die Regeleinrichtung im gewfinschten Sinn gesteuert und ein bestimmter Betriebszustand selbsttätig aufrechterhalten werden.

Die Zeichnung zeigt Ausführungsbeispiele der Erfindung in vereinfachter Darstellung. Nach Fig. 1 wird ein Drehstromgenerator 4 durch eine Kraftmaschine 1 (Dampfmaschine, Wasserturbine od. dgl.) angetrieben. Diese wird etwa durch ein in die Betriebsstoffleitung 2 eingeschaltetes Ventil J oder ähnliches Organ, wie Leiträder, Düsen u. dgl., geregelt. Mit der Kraftmaschine 1 bzw. dem Generator 4 sind die Umlaufteile urines Differentialgetriebes 7 und der eine Teil (Kurzschlussläufer 5) eines asynchronen
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abgeglichen, dass seine Drehzahl (die relative Drehzahl zwischen Ständer und Läufer) der Drehzahl der Antriebsmaschine 1 genau gleich wird.

Der induzierende Teil des Hilfsmotors ist so geschaltet, dass sein Ständer im selben Sinn wie die Welle 9 umläuft. Seine Drehzahl im Raum und damit die Drehzahl des Differentialrades a ist daher doppelt so gross wie die der Welle 9 und des mit ihr verbundenen Umlauf-
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stehen dann still. Weicht dagegen die Drehzahl der Kraftmaschine von der einzuregelnden Betriebsdrehzahl ab, so ändert sich die Schlüpfung des Hilfsmotors 5, 6 und dadurch das Drehzahlverhältnis

zwischen den Teilen a und M des Differentialgetriebes. Es verkleinert sich bei steigender Drehzahl und vergrössert sich bei sinkender Drehzahl der Welle 9.

Durch die dabei eintretende Drehung des Differentialrades c wird im ersten Fall das Ventil 3 mehr geschlossen, im zweiten Fall mehr geöffnet, bis wieder die Solldrehzahl erreicht ist.

Die Verstellarbeit wird zum Teil mechanisch der Kraftmaschine 1 und elektrisch (über den Hilfsmotor 5, 6) dem Generator 4 entnommen. Durch geeignete Bemessung der Trägheitsmomente der umlaufenden Teile kann man das Verhältnis verändern, in dem sich die Kraftmaschine 1 und die elektrische Maschine 4 an der Regelarbeit beteiligen. Man kann hiedurch sowie durch Einschalten von Drehzahl- Übersetzungen und Vorschalten von Widerständen vor einzelne Ständerphasen des Hilfsmotors erreichen, dass die Regelarbeit im wesentlichen mechanisch unmittelbar von der Kraftmaschine 1 über die Welle 9 geleistet wird, während sich der Hilfsmotor 5 praktisch auf die Rückführungsarbeit beschränkt.

Der Generator 4 muss nicht zur Abgabe grösserer elektrischer Leistung dienen, sondern kann eine blosse Hilfsmaschine für die Regelung der Maschine 1 sein. Die beschriebene Regeleinrichtung eignet sieh daher zur Drehzahlregelung beliebiger Kraft-und Arbeitsmaschinen. Der Hilfsmotor 5, 6 muss kein asynchroner Induktionsmotor sein. Er kann auch ein Synchronmotor mit oder ohne Gleichstromerregung
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Gleichstrommotor insbesondere ein Nebenschlussmotor sein, dessen Charakteristik der des Induktionmotors ähnelt. Das Differentialgetriebe 7 kann beliebige mechanische Bauart haben.

Nach Fig. 2 wird ein Schraubendifferentialgetriebe verwendet, das entweder vom Hilfsmotor getrennt ist oder, wie dargestellt, mit diesem zusammengebaut sein kann. Die Hohlwelle des Hilfsmotorläufers 5 enthält hier das Muttergewinde für das mit der Welle 9 verbundene Spindelgewinde des Differentialgetriebes. Der Motorständer steht hier fest, der Läufer ist wieder ein Kurzschlussläufer mit umlaufendem Justierwiderstand. Der Widerstand ist so eingestellt und die Polzahl des Motors ist so gewählt, dass dieser im unbelasteten Zustand die einzuregelnde Betriebsdrehzahl der Welle 9 hat. Weicht die Drehzahl von der Solldrehzahl ab, so ändert sich die Drehzahl des Läufers 5 nicht im gleichen Verhältnis und der Läufer wird sich daher, dem Drehzahlunterschied an der Schraube entsprechend, nach rechts oder links verschrauben.

Diese Bewegung kann in verschiedener Weise zur Steuerung der Regeleinrichtung. 3 benutzt werden. Nach Fig. 2 dient sie zur Betätigung einer Wendekupplung 12, die den Läufer 5 entweder mit dem Zahnrad 13 oder mit dem Zahnrad 14 kuppelt. Das Zahnrad M treibt über ein Umkehrrad 15, das Zahnrad 16 auf der Welle des Regelorgans. 3 an, während das Zahnrad 14 unmittelbar das Zahnrad 16 treibt, je nachdem ob das Rad 1. 3 oder das Rad 14 mit dem Läufer 5 gekuppelt ist.

Das Regelorgan 3 kann auch einen, z. B. elektrischen, Fernantrieb nach Fig. 3 erhalten. Das Differentialgetriebe ist hier wie nach Fig. 2 ein Schraubengetriebe, das bei Drehzahlunterschieden den Hilfsmotorläufer 5 nach rechts oder nach links bewegt. Diese Bewegung wirkt hier auf Steuer-oder Regel-
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beispielsweise ein Repulsionsmotor mit in zwei Phasen vorgeschalteten Drehreglern 17 und 18. Diese werden durch einen vom Motorläufer 5 bei seiner Axialbewegung betätigten Zahnstangentrieb 20 im einen oder andern Sinn verstellt. Zur Rückführung der Drehregler 17, 18 in ihre Mittelstellungen können Gewichte oder Federn auf sie einwirken.

Bei den Ausführungsformen nach Fig. 2 und 3 kann der Läufer 5 durch den magnetischen Zug in seine Mittelstellung zurückgeführt werden, wenn die Regelkraft aufhört. Die Regelung wird aber empfindlicher, wenn die Ruhestellung des Läufers 5 ausserhalb der magnetischen Mitte liegt und diese Lage durch eine den magnetischen Zug in dieser Stellung aufhebende Federkraft od. dgl. bestimmt wird. Es tritt hiedurch bei der Axialbewegung des Läufers eine Änderung des wirksamen Feldes ein, die die Schlüpfung des Hilfsmotors zusätzlich beeinflusst und den Regelvorgang beschleunigt.

Nach Fig. 4 wird dem Motorläufer 5 durch die Druckfeder 10 eine exzentrische Mittelstellung erteilt.

Das Schraubendifferentialgetriebe 7 ist vom Motorläufer getrennt und wirkt wie nach Fig. 2 auf eine Wendekupplung 12 zur Umsteuerung des Reglers 3.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 5 ist der Hilfsmotor 5 ein Synchronmotor von gleicher synchroner Drehzahl wie der Generator 4. Das Differentialgetriebe 7 vergleicht somit die gegenseitige Winkellage der Läufer der Maschinen 4 und 5. Der Umlaufteil u des Getriebes 7 verdreht sich proportional zu diesem Winkel, der seinerseits der Belastung der Maschine 4 proportional ist. Je nach seiner Grösse wird das Regelorgan 3 in der Betriebsstoffleitung 2 mehr oder weniger geöffnet. Da die Betriebsstoffzufuhr der
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dem Differentialgetriebe 7 und den Regler 3 eine Kurvenführung 21 eingeschaltet, durch die ein beliebiger gesetzmässiger Zusammenhang zwischen den Bewegungen des Getriebes 7 und denen des Reglers 3 hergestellt werden kann.

Alle beschriebenen Einrichtungen können, wie in Fig. 5 angedeutet ist, auch zusätzliche Regelvorgänge herbeiführen, indem etwa von dem Regelgetriebe auch eine elektrische Regeleinrichtung für den Generator 4 verstellt wird. Beispielsweise wird von dem Differentialgetriebe 7 ausser der Kurven-

scheibe 21 noch eine weitere auf einen Widerstandsregler 24 wirkende Kurvenscheibe 23 verstellt. Es kann dadurch eine selbsttätige Spannungsregelung zugleich mit der Drehzahlregelung erfolgen.

Es können auch mehrere der beschriebenen Einrichtungen nebeneinander zur Regelung verschiedener Betriebsgrössen verwendet werden. Z. B. kann an einem Synchrongenerator neben einer Drehzahlregeleinrichtung mit asynchronem Hilfsmotor nach Fig. 1-4 eine gesonderte Spannungsregeleinrichtung mit
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schwankender Blindlast zur gleichzeitigen genauen Drehzahl-und Spannungsregelung nützlich ist.

In Fig. 6 ist ein Ausführungsbeispiel für die Regelung von Gleichstromgeneratoren wiedergegeben.

Die Anordnung ist ähnlich der nach Fig. 5. Der zu regelnde Generator 4 ist ein Gleichstromgenerator, der Hilfsmotor 5,6 ein Gleichstrommotor. Das Differentialgetriebe zwischen beiden beeinflusst nicht nur den Regler 3 der Kraftmaschine 1, sondern auch Regler 2. 5. 26 in den Erregerkreisen der Gleichstrommaschinen 4 und 5. Durch Zwischenschaltung von Kurvengetriebe 21, 23 und 27 können beliebige Regelgesetze vorgeschrieben werden. Die Kraftmaschine 1 wird hiebei nicht auf konstante Drehzahl, sondern auf die der jeweiligen Belastung entsprechende günstigste Drehzahl geregelt, und zugleich wird die Spannung des Generators 4 konstant gehalten. Bei Wasserturbinenanlagen kann zugleich die Öffnung des Leitapparates und der Schaufelwinkel der Laufräder verstellt werden.

Es lässt sich also die Anlage hiebei auf besten Wirkungsgrad selbsttätig regeln.

Die einzelnen Teile aller beschriebenen Regeleinrichtungen können durch beliebige mechanische oder elektrische Übersetzungen und Zwischengetriebe miteinander verbunden werden. Jene Teile, deren Massenträgheit ausgenützt werden soll, werden zweckmässig durch solche Übersetzungen auf grössere Geschwindigkeit gebracht.

PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Von einem Differentialgetriebe gesteuerte Regeleinrichtung, insbesondere für elektrische Maschinen. dadurch gekennzeichnet, dass an dem Differentialgetriebe die zu regelnde Maschine und eine von ihr elektrisch abhängige Hilfsmaschine zusammenwirken.

Claims

2. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das steuernde Differentialgetriebe einerseits durch eine zu regelnde elektrische Maschine oder deren zu regelnde Antriebsmaschine, anderseits durch einen von der elektrischen Maschine gespeisten Hilfsmotor unmittelbar oder über beliebige mechanische oder elektrische Übersetzungen getrieben wird.

3. Regeleinrichtung nach Anspruch l oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das steuernde Differentialgetriebe die Drehzahl einer zu regelnden Wechselstrommaschine mit der Schlupfdrehzahl eines von dieser gespeisten Induktionsmotors vergleicht.

4. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der induzierende oder induzierte Teil des Hilfsmotors (5, 6) mit dem einen Differentialrad (a), sein anderer Teil mit dem Umlaufradträger zut des Differentialgetriebes und dessen zweites Differentialrad (b) mit der eigentlichen Regeleinrichtung (3) gekuppelt ist (Fig. 1).

5. Regeleinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Hilfsmotor (5, 6) bei dem einzuregelnden Betriebszustand das eine Differentialrad (Il) mit der doppelten Geschwindigkeit des Umlaufradträgers (u) antreibt. EMI3.2 differentialgetriebe (7) verbundene in seiner Achsenrichtung bewegliche Hilfsmotorläufer (5) bei dem einzuregelnden Betriebszustand ausserhalb des magnetischen Mittels seines Ständers steht (Fig. 4).

8. Regeleinrichtung nach Ansprueh l oder einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Differentialgetriebe zugleich mehrere Regelorgane für verschiedene Betriebsgrössen (Drehzahl, Spannung. Betriebsstoffmenge u. dgl.) steuert. EMI3.3 und eines von ihr gespeisten Synchronmotors (5) misst und entsprechend dieser Winkelabweichung z. B. das Regelorgan (3) der die Synchromnasehine treibenden Kraftmaschine (1) verstellt (Fig. 5).

10. Regeleinrichtung nach Anspruch 9. dadurch gekennzeichnet, dass das Differentialgetriebe (7) EMI3.4 Regler (. Z4) für die Erregung der Synchronmaschine steuert (Fig. 5).

11. Regeleinrichtung nach Anspruch l oder einem der Ansprüche 2 bis 10. dadurch gekennzeichnet, dass das Differentialgetriebe elektrische oder andersartige Regler (17. 18) zur Fernsteuerung des oder der eigentlichen Regelorgane steuert (Fig. 3).

12. Regeleinrichtung nach Anspruch 11. dadurch gekennzeichnet, dass das oder die Regelorgane (3) mittels ihren Antriebsmotoren (19) vorgeschalteter stetiger Regeleinrichtungen (Drehregler 17, 18 od. dgl.) EMI3.5 <Desc/Clms Page number 4> 13. Regeleinrichtung nach Anspruch l oder einem der Ansprüche 2 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Differentialgetriebe einen Regler für die elektrische Hilfsmaschine steuert.

14. Regeleinrichtung nach Anspruch 13, insbesondere für Gleichstrommaschinen, dadurch gekenn- EMI4.1 von verschiedenen Differentialgetrieben gesteuerte solehe Regelorgane, auf günstigsten Wirkungsgrad geregelt wird. EMI4.2