Dargestellt ist die Prinzipskizze eines Wasserkraftwerks. Ziel ist die Regelung der Frequenz der generierten elektrischen Spannung.

und sind konstant.

In einem Wasserkraftwerk wird die potentielle Energie des Wassers zunächst in kinetische und dann in elektrische Energie umgewandelt. Reibungsverluste in den Rohren sind zu vernachlässigen.

Über einen Stellmotor und eine Spindel ist der Düsenquerschnitt veränderbar. Die Spindeldrehzahl ist proportional zur anliegenden Spannung .
Für den austretenden Wassermassenstrom gilt

Über einen Strahlteiler kann ein Teil des Wassermassenstroms abgelenkt werden.

Der auf die Turbinenschaufeln auftreffende Wasserstrahl mit dem Querschnitt übt auf die Schaufeln die Kraft

aus.
Der Generator wandelt die mechanische in elektrische Energie. Die Frequenz der erzeugten Spannung ist proportional zur Winkelgeschwindigkeit .
Durch eine veränderliche Anzahl an Verbrauchern ergibt sich ein variabler Laststrom im elektrischen Netz. Es kann vereinfachend angenommen werden, dass das induzierte Gegenmoment proportional zum Strom ist.
Die Mess- und Regeleinheit misst die Frequenz und führt den proportional verstärkten Messwert zum Stellmotor zurück.

1. Zeichnen Sie einen Wirkungsplan der Anlage für kleine Abweichungen von einem Arbeitspunkt. Kennwerte an den Übertragungsblöcken sind nicht erforderlich.
2. Kurzfristige Schwankungen der Frequenz werden über den Strahlteiler ausgeregelt. Ergänzen Sie den in a) gezeichneten Wirkungsplan um die entsprechende Regelung. Die Angabe eines Reglerübertragungsverhaltens ist nicht erforderlich.