Einführung
Unter einem Drehzahlregler versteht man im Allgemeinen ein Zusatzgerät für eine Maschine zur automatischen Regelung oder Begrenzung der Drehzahl.
Der Drehzahlregler, manchmal auch Governor genannt, regelt die Energie, die einer Antriebsmaschine zugeführt wird, um ein gewünschtes Ergebnis wie Drehzahl, Last oder Druck zu erzielen. Unter Energie versteht man im Allgemeinen chemische Energie bei einem Verbrennungsmotor oder Druck bei einer Dampf- oder Wasserturbine.
Mechanische Regelung
Funktionsbeschreibung
der einfachste Geschwindigkeitsregler:
Durch die Zentrifugalkraft bewegt sich der Ring nach oben und verringert den Wasserdurchfluss. Bei geringerer Drehzahl – fallen die Kugeln nach unten und der Wasserzufluss erhöht sich…
Hydraulische Regler
Funktionsbeschreibung
Fast alle mechanischen Drehzahlregler arbeiten nach dem gleichen Prinzip:
Über den Steueranschluss wird die Antriebsdrehung auf die Fliehgewichte übertragen, die drehzahlabhängig Axialkugellager bewegen und Kraft auf mechanische oder hydraulische Stellglieder ausüben.
Weiterentwicklung
Durch ausgefeilte Techniken können mechanische Drehzahlregler um Eigenschaften wie Droop erweitert werden. Langsam wird jedoch erkannt, dass mechanische Drehzahlregler zwar sehr stabil und ausfallsicher sind, aber sehr schnell an ihre Grenzen stoßen. Hinzu kommt, dass solche Drehzahlregler sehr teuer und massiv sind.
Meist werden solche Regler dort eingesetzt, wo die Verfügbarkeit sehr hoch sein muss, z.B. bei Schiffen oder Dampfturbinen. In solchen Fällen wird der Regler durch einen elektrischen Drehzahlregler zu einem Stellglied degradiert und die Fliehkraftregelung wird immer nur dann aktiviert, wenn die Elektronik ausfällt.
Elektronischen analogen Regler
Diese Regler arbeiten mit analogen Signalen wie der Frequenz des Drehzahlsensors. Diese Frequenz wird mittels Filter in eine analoge Spannung umgewandelt, mit einem Sollwertsignal verglichen und als Ausgangssignal an ein Stellglied weitergegeben. Die Regelstrecke ist in diesem Fall der Motor, dessen Drehzahl wiederum vom Drehzahlsensor erfasst wird.
Das Diagramm eines Barber Colman DYNA – Reglers zeigt die Funktionsweise eines typischen analogen Drehzahlreglers:
die Vorteile eines solchen Reglers liegen
- in der Wirtschaftlichkeit und im modularen Aufbau.
- Im Gegensatz zum mechanischen Regler, bei dem der Regler mit dem Stellglied eine Einheit bildet, kann der elektronische Regler an eine Vielzahl von Stellgliedern angeschlossen werden.
- Die Einstellung erfolgt in der Regel mit einem einfachen Schraubendreher ohne aufwendigen Umbau des Gerätes.
Zur Nachteilen zählen:
- Relativ geringe Ausfallsicherheit.
- Relativ schneller Alterungsprozess wegen der Vielzahl elektronischen Bauteile.
- Abhängigkeit von der Stromversorgung.
- Ungenaue Parametrierung …
Heutiger Stand - Digitalen Regler
Ein digitaler Geschwindigkeitsregler ist die logische Weiterentwicklung eines analogen Reglers. Der Regler ist im Wesentlichen ein Prozessor mit einer Vielzahl von Ein- und Ausgängen, die durch ein spezielles Programm gesteuert werden.
Für einfachen Anwendungen wie, kleine Gensets, Gabelstabler oder Landmaschinen empfiehlt sich ein einfacher Drehzahlregler mit wenigen analogen, bzw. digitalen Eingängen, wie ein APECS 4500:
APECS 4500
Durch die umschaltbare Regelparameter, flexiblen Ein-/Ausgänge und besonders einen PWM-Aktuator-Ausgang mit Dauerstrom bis zu 8A. eignet sich der Apecs 4500 für eine große Anzahl der Stellglieder welche als Solenoid bzw. DC-Motor ausgeführt sich.
Woodward 2300E
Der Woodward 2301E Drehzahlregler wird für komplexere Aggregate verwendet. Genau genommen kann der 2301E nicht mehr als Drehzahlregler bezeichnet werden, sondern als Motorregler (ECU), wenn der volle Umfang der Hardware ausgenutzt wird.
2301E besitzt:
- 3x PT und 3x CT – Eingänge als Generatorlastsensor,
- 1x Actuator Driver – Ausgang,
- 2x MPU – Eingänge,
- 1x analoge Ausgang,
- 2x analoge Eingang,
- 8x digitalen Eingänge,
- 4x digitalen oder PWM – Ausgänge,
- 1x RS232,
- 1x RS422,
- 1x CAN – Port.
Alle diese Ein- und Ausgänge können in der Programmierumgebung GAP beliebig miteinander verknüpft und programmiert werden.
Woodward liefert dieses Modul hauptsächlich in drei Versionen aus:
- 2301E Digital Load Sharing and Speed Control for Engines,
- 2301E-ST Digital Electronic Load Sharing & Speed Control for Small Steam Turbines und
- 2300EDigital Load Sharing and Speed Control Hardware
Das Besondere an dieser Hardware ist, dass durch die freie Programmierung mit GAP ein kundenspezifisches Gerät entwickelt werden kann, das einen perfekten Ersatz für veraltete Drehzahlregler wie 721, 723 usw. darstellt.
Large engine control module (E6)
- Inputs:
- 16 digital, 29 digital/analog,
- 8 differential analog,
- 8 T/C or RTD, 2 UEGO
- 4 VR/HE/PWM, MPU
- Outputs:
- 8 HS digital, 12 LS/PWM digital, 2 analog, 4 HS/LS/PWM digital
- Communications:
- 3 CAN, 1 RS-485, 1 RS-232, 1 Ethernet
Wie der 2300E wird auch der LECM mit GAP programmiert und kann nicht nur mit der Standardsoftware von Woodward, sondern auch mit eigener Software betrieben werden. An dieser Stelle sollte auch erwähnt werden, dass dieses Hauptmodul, wie im Bild dargestellt, mit weiteren Modulen erweitert werden kann, wie:
AUX, COMBUSTION CONTROL
- Inputs:
- 24 Knock, Pressure, or T/C
- 2 VR/HE/PWM speed sensors,
- 2 digital jumpers
- Outputs:
- 1 HS digital,
- 20 electronic ignition/injection drivers
- Communications:
- 2 CAN
EID (ELECTRONIC IGNITION/INJECTION DRIVER) MODULE
- Inputs:
- 24 Knock, Pressure, or T/C,
- 2 VR/HE/PWM speed sensors,
- 2 digital jumpers
- Outputs:
- 2 HS digital,
- 2 analog
- Communications:
- 1 CAN
Das Ergebnis ist ein flexibles System, das mit fast jedem Motor kompatibel ist, unabhängig vom Kraftstoff. Von Diesel bis Wasserstoff ist alles möglich.
