AT134927B - Rapiderregung von Wechselstrommaschinen. - Google Patents

Description

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   Es ist bekannt, dass Wechselstrommaschinen, sowohl synchroner wie asynchroner Bauart, ihr
Hauptmagnetfeld beim Auftreten eines Belastungsstosses, sei es ein Wirklast-oder ein   Blindlaststoss.   im ersten Augenblick konstant halten und dass dieses Feld sich erst späterhin mit einer Geschwindigkeit ändert, die seiner jeweiligen Zeitkonstante entspricht. Diese zeitweise Aufrechterhaltung des Hauptfeldes erfolgt unter der transformatorischen Wirkung der   Ständer-und Läuferwicklung gegenüber Strom-   stössen, die im Läufer stets einen Gegenstrom zum plötzlich auftretenden Ständerstrom hervorruft. Es sind Anordnungen bekannt (vgl. D. R. P.

   Nr. 419298), die es   ermöglichen,   diese anfängliche Läufer-   stromeinstellung während   der Dauer des Belastungsstosses aufrechtzuerhalten, so dass das Hauptfeld sich alsdann gar nicht mehr ändert. Die Klemmenspannung am Generator oder an einem vorgeschalteten Transformator ändert sich dann nur um das   Mass   der Streuspannungen. 



   Es ist nun für viele Zwecke   wünschenswert,   das Magnetfeld oder die innere EMK des Generators möglichst schnell um das Mass dieser Streufeldänderung, aber in der entgegengesetzten Richtung zu ändern, um die Klemmenspannung wieder auf den Soll-Wert zu bringen und den Erregerstrom alsdann auf dem Werte zu erhalten, der diesem neuen Generatorfeld entspricht. Dafür ist es nötig, im Falle einer Belastung die   folgenden Verstärkungen   vorzunehmen :
1. Erregerstromverstärkung, die der den vermehrten Eisenamperewindungen entsprechenden Sättigung des Generators entspricht ;
2. Gegenamperewindungen, die dem durch die erhöhte EMK der Maschine angewachsenen Belastungsstrom entsprechen ;
3. eine Spannungserhöhung an der Erregerwicklung, die der Flusssteigerung entspricht. 



   Die beiden ersten Strombeträge müssen für die Dauer des Belastungsstosses aufrechterhalten werden, sie können mit den üblichen Mitteln der Erregerstromregelung leicht erzielt werden. Der unter 3. genannte Spannungsbetrag braucht nur während der Feldänderungszeit zu wirken und muss relativ hoch sein, wenn man die Änderungszeit auf ein möglichst geringes   Mass bringen will.   Das   Höchstmass   dieser Änderungsdauer ist im allgemeinen gegeben durch den vierten Teil der vollständigen elektrischen Pendelungsdauer der Maschine.

   Denn man   wünscht   durch diese Art von Stosserregung, die Maschine auch beim Eintreten schwerer Leistungsstösse mit den ihnen folgenden Pendelungen in Tritt zu halten, und dies erfolgt nur dann wirksam, wenn das Feld bei der ersten Pendelauslenkung, also nach 1/4 Periode Dauer, bereits verstärkt ist. 



   Gemäss der Erfindung soll der während der Flussänderung erforderlichen Erregerspannung ein ganz bestimmter zeitlicher Verlauf gegeben werden von einer derartigen Form, dass einerseits die gewünschte Zunahme des Hauptfeldes in kürzester Zeit erreicht wird, dass ferner ein ungewolltes tberregulieren dieses Feldes nach Möglichkeit vermieden wird und dass anderseits die maximal erforderliche Erregerspannung möglichst niedrig gehalten wird, um mit einer geringen   Modellgrösse   der Erregermaschine auszukommen. 



   Um die Änderung des Flusses   (D   zu erzielen, muss an der Erregerwicklung nach Fig. 1 eine Zusatzspannung 
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 aufgebracht werden, deren Grösse im Verhältnis zur Leerlaufserregerspannung 

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 sich bestimmt, wenn man noch den der Leerlaufspannung entsprechenden Fluss   #o   einführt zu 
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 Darin ist mit T die Zeitkonstante des Generators bezeichnet. 



   In der Fig. 1 ist mit   1   eine Wechselstrommaschine bezeichnet. Die Erregerwicklung ist mit 10 bezeichnet (w möge gleichzeitig auch die Windungszahl dieser Wicklung bedeuten), die von der Maschine gelieferte Klemmenspannung möge E entsprechen. Die Erregerspannung ist mit e, der Erregerstrom mit   i,   der Widerstand der Erregerwicklung mit r bezeichnet. 2 ist eine   Nebenschlusserregermaschine,   deren Feldwicklung mit   10'bezeichnet   ist   (10'möge gleichzeitig auch   die Windungszahl dieser Wicklung bedeuten). Der Widerstand ist   mit r',   die Erregerspannung mit e, der Strom mit j bezeichnet. 



   Es ist bekannt, dass die Zeitkonstante des Generators sich nicht nur nach der jeweiligen Erregerspannung, sondern auch nach dem Belastungszustand der   Ständerwicklung   des Generators richtet und mit zunehmender Belastung kleiner und kleiner wird. 



   Man kann diese Erregerspannung durch passendes Schalten von Widerständen, Selbstinduktionen 
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 von Klemmen der Erregermasehine zu entnehmen und ihre Veränderung durch Feldänderung der Erregermaschine zu erzielen wie in Fig. 1. Zu diesem Zwecke ist es nötig, die Spannung an der Erregerwicklung 
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 soll, zu verändern.

   Bezeichnet man mit   ; c   den Fluss der Erregermaschine, so ist diese Zusatzspannung 
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 Wenn man auch hier die dem Leerlaufzustand und seinem   Nebenschlussstrom     i.   entsprechende Leerlaufspannung 
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Dabei ist noch statt des Flussverhältnisses das Verhältnis der Klemmenspannungen eingeführt, das mit demselben identisch ist, oder beim Vorhandensein erheblicher Spannungsabfälle durch Kompoundierung und ähnliche Mittel identisch gemacht werden kann. 



   Führt man nun in Gleichung 6 den Wert der Erregerspannung nach Gleichung 3 ein, so erhält man die erforderliche zeitliche Veränderung der Nebenschlussspannung zu 
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Die   Zusatznebensehlussspannung   hängt also in ihrem zeitlichen Verlauf von dem Produkt der Zeitkonstante des Erregers und der   Hauptmaschine   und vom zweiten Differentialquotienten der Feld- änderung ab. Ihre Kurvenform ist also ziemlich empfindlich in bezug auf die   Hauptfeldäuderung.   



    Wenn man den Verlauf der Nebensehlussspannung frei wählt, so ergibt sich nach Gleichung 6) v der Verlauf der Zusatzerregerspannung zu   
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 und damit der Verlauf des   zusätzlichen   Hauptflusses nach Gleichung 3 zu 
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Es ist nun vielfach üblich, der NMebenschlusswicklung zur Verstärkung des Hauptflusses eine feste, oder doch nahezu konstante Zusatzspannung Ei aufzudrücken, die man eine bestimmte Dauer   1   wirken lässt. Dann erhält man nach Gleichung 8 den Verlauf der Erregerspannung zu 
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 Sie steigt also, wie es in Fig. 2 dargestellt ist, während der Zusatzerregungsdauer linear an und behält alsdann ihren Endwert bei.

   Für den Hauptfluss ergibt sich nach Gleichung 9 

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 gewünschten   Mass/1 < angewaehsen   ist, falls man die Grösse der   Spannung spi   und ihre Wirkungsdauer T richtig gewählt hat, dass er aber nach Beendigung der Stosserregungsdauer weiter ansteigt und dabei über das   gewünschte Ziel hinausschiesst.   Man wurde den Fluss   (P   nur dann auf seinem Soll-Wert halten können, wenn man der Erregerspannung einen   stossartigen Gegenschlag   gibt, etwa so, wie es in Fig. 3 dargestellt 
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 lichen Zusatzspannung betragen, wenn man die Zusatzerregerspannung   in 1/10 der Zeit, "   wieder auf 0 bringen will. Eine solche Regelung ist aber praktisch kaum   durchführbar.   



   Gemäss der Erfindung soll daher die Zusatzerregerspannung schon vor dem Erreichen des SollFlusses der Hauptmaschine wieder vermindert werden, etwa so, wie es in Fig. 4 dargestellt ist. Dazu ist stets ein rechtzeitig vor dem Erreichen des Soll-Flusses der Hauptmasehine einsetzender Gegenschlag von Spannung an der Nebenschlusswicklung erforderlich. Der Impuls aus Stärke mal Dauer des positiven und negativen Zusatzspannungsstosses an der   Nebenschlusswicklung   müssen unter sieh gleich sein, wenn die Zusatzerregerspannung wieder auf 0   zurückkehren   soll ; und ebenso muss der Impuls der Zusatzerreger- 
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 maschine erzielen will.

   Es ergibt sich also, dass die Zusatzerregerspannung und auch die Zusatznebenschlussspannung richtig dosiert werden müssen, um den gewollten Effekt der Feldverstärkung in einer bestimmten Zeit zu erreichen. 



   Bei dem Verfahren nach Fig. 4 braucht die Erregerzusatzspannung e nur den gleichen Betrag zu haben wie bei Fig. 3. Jedoch ergibt sich als notwendig, dass die Zusatznebenschlussspannung s einen grösseren Betrag als in Fig. 3 besitzen muss, weil die Zusatzerregerspannung in der gewünschten Zeit c sowohl   herauf-wie auch heruntergetrieben   werden muss. Bei der Feldsteigerung nach Fig. 2 oder 3 ist zur Erreichung einer   Flussänderung # # entsprechend Gleichung   11 eine Nebensehlusszusatzspannung 
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 Zusatznebenschlussspannung vom Betrage 
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 regelung notwendig sind, lassen sieh durch Zusammenstellung bekannter Mittel erzielen.

   Fig. 8 zeigt als Beispiel, wie die   Nebenschlusswieklung     n   oder ein Teil derselben von einer Spannungsquelle q über einen Kondensator c und ein Ventil   Pi   mit Hilfe des Schalters s geladen werden kann. In den Fig. 8-10 tragen die   Erregermaschinen   2 die gleiche Bezeichnung wie bei der Anordnung nach Fig. 1. Bei Einlegen des Schalters bei ungeladenem Kondensator springt die Spannung an der Wicklung plötzlich an und ver- 
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 wobei der Strom allmählich wieder abnimmt. Die Spannung an der   Wicklung ? verläuft   dann genau nach der Kosinuskurve der Fig. 5.

   Wenn sie ihren unteren Maximalwert erreicht hat,   durc1jscnreitet   der Strom den Nullwert, und man kann durch Einfügung eines sperrenden Ventils seinen   Rückfluss   abschneiden. 



   Entlädt man nun den Kondensator über ein anderes Ventil   V2   durch Umlegen des Schalters s, so erhält man wieder eine Halbwelle des Stromes und der Zusatzerregerspannung, diesmal sogar von doppelter Grösse als vorher. Wenn man die Eigenschwingungsdauer von c und n auf das Doppelte der   Erreglmgszeit C   abstimmt, so hat man also durch diese beiden Sehaltmanöver zuerst eine   Feldänderung   des Hauptgenerators   um + A (D,   und alsdann um-2 A   (P   erzielt. Die Schaltspannungen wählt man zweckmässigerweise proportional der Änderung des inneren Blindstromes im Generator, durch den ja die Streuspannungsabfälle verursacht werden.

   Beispielsweise kann man die Sehaltspannungen leicht durch Gleichrichtung des Blindstromes von Stromwandlern gewinnen, so dass sie stets eine   zweckmässige Grosse   besitzen. 



   Man kann ferner noch eine Korrektur entsprechend der Änderung der Zeitkonstante T mit dem Belastungszustand des Generators einfügen. 



   Da die Zusatznebenschlussspannung entsprechend den Fig. 3-7 stets eine Wechselspannung ist, so braucht man sie ihrem Stromkreise nicht durch Leitung zuzuführen, sondern man kann sie dem Nebenschlusskreise transformatorisch induzieren, etwa nach dem Schema der Fig. 9. Dadurch kann man leicht die erforderlichen sehr hohen Spannungen in der Nebenschlusswicklung herstellen, ohne dass sie die sonstigen Arbeitskreise stören können.

   Wenn man allerdings die   Nebenschlusswieklung   nicht   Übermässig   hoch isolieren will, so kann es   zweckmässig   sein, dieselbe für den stationären Betrieb nur von einer sehr niedrigen Spannung speisen zu lassen, etwa nach Fig. 10 von einer Hilfserregermaschine aus, und nun die   Zusatzerregerspannungsstösse   von einer höheren Spannung aus zu speisen, etwa von der Spannung der Erregermasehine selbst. 



   Nun ist aber die Zeitkonstante T der Wechselstrommaschine bei Leerlauf derselben relativ gross, bei starker Belastung dagegen sehr klein, während die   Spannung der Erregermasehine   das umgekehrte Verhalten zeigt. Um daher die nach Gleichung 13 erforderliche Korrektur der   Zusatznebenschlussspannung   entsprechend der Zeitkonstante T selbsttätig durchführen zu können, empfiehlt es sieh nach Fig. 10, die Spannung der Erregermasehine etwa als Gegenspannung zu einer sonstigen Spannungsquelle zu benutzen, so dass die zur Verfügung stehende Schaltspannung immer nahezu proportional der Zeitkonstante der Wechselstrommaschine ist.

   Man kann zu demselben Zwecke auch die   Zusatznebenschlussspannung   von einer besonderen Erregermasehine entwickeln lassen, die direkt   oder indirekt vom Erregerstrom   oder vom Wechselstrom der Hauptmaschine oder deren Komponenten erregt wird. 
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 einander einigermassen die Waage halten. Alsdann wird der Fluss der Wechselstrommaschine zeitweise ein wenig übergeregelt, was im allgemeinen keinen schädlichen Einfluss hat. Selbst ein dauerndes kleines Überregeln wird für die meisten Verwendungszwecke nicht schädlich, sondern eher   nützlich   sein. Die Dämpfung einer solchen oszillatorischen   Zusatznebenschlussspannung   kann nahezu oder ganz bis zum aperiodischen Fall verstärkt werden, wenn man das Überschwingen zu vermeiden wünscht. 



   PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Rapidregelung von Maschinen bei plötzlichen Belastungsänderungen, bei dem die durch die Belastungsänderung eintretende Änderung des Eisenflusses der Streuspannung durch eine Änderung des Flusses in der Maschine kompensiert wird und diese Flussänderung durch Änderung der Erregerspannung erzwungen wird, dadurch gekennzeichnet, dass während der bei der Belastungsänderung 
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 ein bestimmter zeitlicher Verlauf gegeben wird von einer derartigen Form, dass einerseits die   gewünschte   Zunahme des Hauptfeldes in kürzester Zeit erreicht wird und dass anderseits ein ungewolltes Überregulieren dieses Feldes nach Möglichkeit vermieden wird, wobei   zweckmässig   die Zusatzerregerspannung schon vor dem Erreichen des Soll-Flusses der Maschine vermindert wird.

Claims (1)

1. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatznebenschlussspannung (s) einen Doppelstoss erhält, derart, dass schon vor dem Erreichen des Soll-Feldes der zu regelnden Maschine EMI4.5 <Desc/Clms Page number 5>

   3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch derartige Dosierung des Erregerspannungsimpulses, dass seine Zeitfläche der Flussänderung, also dem Streuspannungsabfall des Belastungsstosses, entspricht.

   4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der relative Spannungsstoss in der Nebenschlusswicklung grösser ist als das Vierfache der gewünschten relativen Flussänderung der Wechselstrommaschine, multipliziert mit dem Produkt der Zeitkonstanten der Hauptmaschine und der Erregermaschine und dividiert durch das Quadrat der Anstiegdauer der Flussänderung (Gleichung 13).

   5. Verfahren nach Anspruch l oder einem der Ansprüehe 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Nebenschlusszusatzspannung grösser als das Zehnfache der Nebenschlussleerlaufspannung ist.

   6. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Nebenschlussspannung für einen Bruchteil der üblichen Erregerspannung bemessen ist, um trotz hoher Zusatzspannungen mit mässiger Isolierung auszukommen.

   7. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der zeitliche Verlauf der Erregerspannung derart von der Dreiecksform abweicht, dass geringere Höchsterregerspannungen erhalten werden als beim Verlauf entsprechend der Dreiecksform.

   8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatzerregerspannung nach einer Sinushalbwelle verläuft (Fig. 5).

   9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatzerregerspannung nach einer Parabel verläuft (Fig. 6).

   10. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatzerregerspannung nach einer Trapezkurve verläuft (Fig. 7).

   11. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatznebenschlussspannung durch Gleichrichtung eines Belastungsstromteiles, der dem inneren Blindstrom der Wechselstrommaschine proportional ist, erzeugt wird.

   12. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatznebenschlussspannung durch Gleichrichtung eines Belastungsstromteiles, der der Änderung des inneren Blindstromes der Wechselstrommaschine proportional ist, erzeugt wird.

   13. Vorrichtung zum Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 2 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Doppelstoss der Zusatznebenschlussspannung durch Ladung und Entladung eines Kondensators erzeugt wird (Fig. 8).

   14. Vorrichtung zum Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 2 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung nur einer Halbwelle der Zusatzerregerspannung oder ihres Stromes sperrende Ventile oder Gleichrichter in den Stromkreis der Nebenschlusswicklung (n) eingefügt sind (Fig. 8).

   15. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 2 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Grösse der Zusatznebensehlussspannung in Abhängigkeit vom Erregerstrom oder der Erregerspannung zwecks Korrektur nach der Zeitkonstante der Wechselstrommaschine beeinflusst wird (Fig. 10).

   16. Vorrichtung zum Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatznebenschlussspannung in einem besonderen Generator erzeugt wird, der vom Erregerstrom oder vom Wechselstrom der Hauptmaschine erregt wird (Fig. 10).