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Regelung von Maschinen-Erregerströmen.
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Regelung der Erregerstromstärke elektrischer Masehinen, z. B. auch zur Regelung des Erregerstromes der Erregermaschine elektrischer Maschinen, mit Hilfe gesteuerter Entladungsröhren, vorzugsweise Quecksilberdampfgleichriehter, die mit Steuerelektroden versehen sind. Die gesteuerten Entladungsröhren, bei denen in an sich bekannter Weise der Phasenwinkel des Zündmomentes der einzelnen Stromimpulse veränderbar ist, werden nach der Erfindung in einer solchen Anordnung verwendet, dass die Trägheitslosigkeit der Steuerung einen besonderen Schnellregler der gebräuchlichen Art überflüssig macht und die Wirksamkeit derartiger Schnellregler gegebenenfalls noch übertroffen wird. Ein weiterer Vorteil der neuen Regeleinrichtung besteht darin, dass sämtliche Kontakte vermieden sind, namentlich die bekannten Zitter-bzw.
Wälzkontakte, welche nur durch gewissenhafte Wartung eine ausreichende Betriebssicherheit gewährleisten können.
Erfindungsgemäss wird bei einer Einrichtung zur Regelung der Erregerstromstärke elektrischer
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dauernde Abgabe des abweichenden Betrages der Erregerstromstärke notwendig ist. Hiedurch kann der infolge der magnetischen Trägheit der zu regelnden Maschine nur alllmählich zu vollziehende Übergang von einem bestehenden Zustand (z. B. der abgegebenen Klemmenspannung) zu einem abweichenden Zustand ausserordentlich beschleunigt werden, da bereits nach einem kleinen Bruchteil einer Wechselstromperiode eine beliebig hohe Spannung von dem gesteuerten Gleichrichter zur Überwindung der magnetischen Trägheit der Maschine aufgebracht werden kann. Diese Spannung darf aber zur Vermeidung von Überregulierung und periodischen Schwingungen des Regelvorganges nur vorübergehend wirksam sein.
Die Spannung muss zur rechten Zeit wieder reduziert bzw. zum Abklingen gebracht werden. Diese Aufgabe wird durch geeignete Hilfsmittel einfacher Art gelöst, von denen im folgenden einige Ausführungsbeispiele angegeben sind. Der besondere Vorteil derselben ist, dass der Leistungsverbrauch der Steuerorgane gegen- über der gesteuerten Leistung praktisch verschwindend klein ist, während die Verfolgung des gleichen Zieles mit Hilfe von mechanisch arbeitenden Relais und Schützen, die in der üblichen Weise die Vorschaltwiderstände im Erregerkreis einer Maschine kurzschliessen bzw. wieder freigeben, zu beträchtlichen Leistungsverlusten führt, ohne jedoch die Schnelligkeit der hier zu entwickelnden Regelmethoden ganz erreichen zu können.
Für die Sicherung des Betriebes elektrischer Maschinen ist es mitunter erforderlich, im Falle ein- tretender Störungen eine Maschine schnell zu entregen. Auch hiefür ist der gittergesteuerte Gleichriehter hervorragend geeignet, wenn der Zündzeitpunkt der periodischen Entladungen nicht nur so weit in seiner Phasenlage verzögert wird, dass der Gleichrichter keinen konstanten Strom mehr abzugeben vermag, sondern dass die Verzögerung dieses Zündzeitpunktes nach der Erfindung noch darüber hinaus bis zu 90 elektrischen Graden erhöht wird.
Dann muss nämlich die Selbstinduktivität der Erregerwicklung nicht nur den Spannungsverlust des Lichtbogens im Gleichrichtergefäss selbst decken, sondern noch eine msätzliche EMK aufbringen, die bis zum umgekehrten Betrag der höchsten Gleichrichter-Gleichstrom-
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d. h. sie wird über den Gleichrichtertransformator dem Wechselstromnetz wieder zugeführt.
Diese Art der Sehnellentregung besitzt gewisse Vorteile gegenüber den üblichen Verfahren der Einschaltung von Widerständen und Gegen-EMXen in den Erregerstromkreis, nämlich in dem sofortigen Einsetzen der Entregung innerhalb einer halben Wechselstromperiode und in der annähernd konstanten Abklingge- schwindigkeit des Stromes bis zum Nullwert an Stelle von periodischem oder schwingendem Abklingen.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele dargestellt.
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muss Selbsterregung eintreten können, d. h. die Remanenzspannung der Maschine muss imstande sein, mindestens den Spannungsverlust im Gleichrichtergefäss zu decken. Der zweite Fall (Fig. 2) würde unter anderm für die Anwendung der Sehnellentregung geeigneter sein, weil für die Abführung der Erregerenergie ein unabhängiges Reservoir vorhanden sein muss. Die Steuerung erfolgt durch Gitter 7, die sehr betriebssicher sind, oder durch äussere Beläge 8 (Fig. 2), die verschwindend wenig Steuerenergie erfordern.
Die Gitter 7 erhalten vorteilhaft zum Schutz noch Vorwiderstände 9. Die Steuerspannung wird dem Transformator 10 entnommen, dessen Anschlüsse so geschaltet sind, dass jedes Gitter bzw. jeder Belag eine um 120 der zugehörigen Anodenspannung nacheilende Wechselspannung erhält. Zwischen dem sekundären Sternpunkt des Transformators 10 und der Kathode des Gleichrichters 4 ist an den Klemmen 13 erfindungsgemäss noch eine veränderliche Gleichstromspannung eingeschaltet. Die Zündung und Hilfserregung des Gleichrichters ist durch eine Batterie 12 und einen Vorwiderstand 11 dargestellt.
Die Steuermethode der Überlagerung einer veränderlichen Gleichspannung über die GitterWechselspannung ist hier wegen ihrer Einfachheit-und Trägheitslosigkeit gewählt worden. Natürlich können aber auch andere Steuermethoden Verwendung finden, z. B. die Verschiebung der Phasenlage der Gitterwechselspannung durch leichtbewegliche Induktionsregler oder durch Veränderung von ohmsehen, kapazitiven und induktiven Widerständen in mannigfache Weise.
Für die Beeinflussung der Steuergleichspannung an den Klemmen 13 im Sinne der Erfindung ist in Fig. 1 ein mechanisches, in Fig. 2 ein rein elektrisches Beispiel angegeben. In ersterer bedeutet 14 einen Ferraristrieb, d. h. einen in einem Drehfeld beweglichen Wirbelstromkörper 15, der einen Hebelarm 16 im Sinne des Pfeiles zu drehen sucht und dadurch eine Kohlenplattensäule 17 zusammendrückt. Ein Teil der Druckkraft wird jedoch durch eine entgegenwirkende Federkraft. aufgehoben, so dass die Einstellung des Druckes und des Kohlenwiderstandes in dem zu regulierenden Gebiet der Maschinenspannung besonders empfindlich wird. Die Kohlensäule 17 liegt in Reihe mit einem ohmschen Widerstand 18 und einer Induktivität 19 im Stromkreis der Batterie 20.
Die Induktivität 19. bewirkt, dass bei einer Wider- standsänderung der Kohlensäule 17 der Batteriestrom nicht sofort seinen neuen Wert annimmt, sondern dass der Spannungsabfall in 17 zunächst eine zu grosse Änderung erfährt und erst allmählich dem vom Verhältnis der Widerstände 17 und 18 vorgeschriebenen Betrage zustrebt. Die gemeinsame Spannung der Glieder 19 und 18, die hier als Steuerspannung 13 gewählt wurde, zeigt das entsprechende Verhalten mit richtigem Vorzeichen und erfüllt somit die gestellte Bedingung. Bei Spannungserhöhung des Generators 1 erhalten z. B. die Gitter 7 sofort eine stark, darauf aber nur schwach erhöhte negative Vorspannung, die den Gleichrichter zuerst stark, dann weniger stark drosselt und infolgedessen den Erregerstrom beschleunigt herabsetzt.
Auf Grund der Reglertheorie lassen sich auch noch weitere Vervollkommungen anbringen, wie z. B. eine Erhöhung der Federwirkung 18a abhängig von der Erregerstromstärke durch einen Drehspul- trieb M, bestehend aus einem permanenten Magneten 22 und einer beweglichen, vom Erregerstrom durchflossenen Spule 23, die ein Drehmoment in der Pfeilrichtung erfährt. Um die Wirkung dieses Drehmomentes zu verzögern, ist ein ohmscher Nebenschluss 24 zur Drehspule gelegt, deren Induktivität eine Naeheilung des Stromes herbeiführt. Durch die letztgenannte Massnahme wird die Empfindlichkeit der Regelung noch weiter gesteigert, ohne die Gefahr der Reglerschwingungen zu erhöhen.
In Fig. 2 ist ein ungesteuerter Gleichrichter kleiner Leistung -30 über einen Transformator 31 an das Netz 2 angeschlossen und erzeugt eine von der Netzspannung linear abhängige Gleichstromspannung, die mit Hilfe der Drosseln 32, des Kondensators 33 und der Hilfsbelastung 34 geglättet wird. An Stelle der Generatorspannung könnte z. B. auch eine Motordrehzahl (Gleichstrom) geregelt werden, dann tritt an Stelle der Anordnung 30-34 eine Tachometerdynamo, und der Erregerstrom muss im umgekehrten Sinne beeinflusst werden. Die Spannung am Widerstand 34 wird verglichen mit einer Batteriespannung 35, deren Minuspol mit der Kathode einer Verstärkerröhre 36 verbunden ist.
Die Minusklemme des Widerstandes 34 ist über einen V orschaltkondep. sator 3r mit Parallelwiderstand 38 an das Gitter derselben Verstärkerröhre gelegt und der Anodenkreis ist durch den Widerstand 39 und die Batterie 35 geschlossen.
Hier wirkt der Kondensator 37 im gleichen Sinne wie die Drossel 19 in Fig. 1. Der Spannungsabfall im Widerstand 39 wird bei Spannungsänderung im Netz 2 zunächst stark, im Dauerzustand aber schwach verändert und kann daher wieder als Steuerspannung. 13 verwendet werden. Als Vervollkommnung ist hier eine Art Rückführung im Sinne der Reglertheorie angebracht, bestehend aus der Drossel 40 und dem
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Widerstand 41, welche noch eine verzögerte Einwirkung der Spannung der Erregerwicklung auf die Steuerspannung 13 erlauben.
Eine Rückführung bei einem Regler dient bekanntlich dazu, dem Regler entsprechend den jeweiligen Betriebsverhältnissen eine neue Ruhestellung zu geben. In dem vorliegenden Falle wird diese Rückführung dadurch geschaffen, dass von dem Nullpunkte der Sekundärwicklung 5 aus gerechnet zwei parallele Stromkreise vorliegen, nämlich einmal der Stromkreis von dem Nullpunkt der Sekundärwicklung 5 über die Erregerwicklung zu der Kathode des Entladungsgefässes 4 und anderseits über die Induktivität 40, den ohmschen Widerstand 41, den Nullpunkt der Sekundärwicklung des Transformators 10 und die Klemme 13 zu der Kathode des Entladungsgefässes 4.
Die in dem letzteren Stromkreis vorgesehene Induktivität 40 ist nun derart zu bemessen, dass die durch die Regeleinrichtung gemäss der Erfindung hervorgerufene Einwirkung auf den Erregerstrom schneller eintritt als die durch den Einfluss der Spannung der Erregerwicklung über die Induktivität 40 und den ohmsehen Widerstand 41 hervorgerufene Verschiebung der Nullinie der den Gittern 8 des Entladungsgefässes 4 aufgedrückten Wechselspannungen. Durch den Einfluss der Spannung der Erregerwicklung über die Induktivität 40 und den ohmschen Widerstand 41 wird nämlich diese Nullinie derart verschoben, dass eine neue Ruhestellung der Regelschaltung gewonnen wird und hiedurch dem Prinzip der Rückführung bei einem Regler Genüge getan ist.
Es sei noch bemerkt, dass die über die Induktivität 40 und den ohmschen Widerstand 41 geschaffen Rückführurg sowohl unmittelbar auf den Gitterkreis des Entladungsgefässes 4 als auch indirekt durch Beeinflussung der Elektrodenspannung der Verstärkerröhre 36 einwirkt.
Als Beispiel der automatischen Schnellentregung im Kurzschlussfall ist in Fig. 2 noch eine Zusatzbatterie 42 und eine Glimmröhre 43 hinzugefügt. Im Kurzsehlussfall sinkt die Netzspannung beträchtlich ab und zugleich die Spannung an den Klemmen des Widerstandes 34. Während vor dem Auftreten eines Kurzschlusses die an den Elektroden der Glimmröhre 43 liegenden. Spannungen, die einerseits von der Zusatzbatterie 42 und anderseits von der negativen Klemme des Widerstandes 34 geliefert werden, ungefähr gleich sind, wird beim Auftreten eines Kurzschlusses eine sehr beachtliche Spannungsdifferenz an den Elektroden der Glimmröhre 43 auftreten.
Da die Glimmröhre so beschaffen sein soll, dass zum Einsatz ihrer Entladung eine bestimmte Zündspannung notwendig ist, so wird deshalb bei Auftreten eines Kurzschlusses je nach der Bemessung der Batterie 42 die Zündspannung der Glimmentladung früher oder später erreicht, da die Höhe der Spannung der Batterie 42 notwendigerweise die Höhe der Spannungsdifferenz der beiden Elektroden der Glimmröhre bestimmt. Tritt jedoch eine Entladung in der Glimmröhre ein, so wird die Gitterspannung der Verstärkerröhre 36 gesenkt und der Stromdurchgang durch diese Röhre gesperrt. Die Steuerbeläge 8 erhalten dadurch ihre höchste negative Vorspannung und bewirken eine Beseitigung des Erregerstromes mit grösster Schnelligkeit.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Einrichtung zur Regelung der Erregerstromstärke elektrischer Maschinen mittels gesteuerter Entladungsröhren durch Verlegung des Phasenwinkels des Zündmomentes der einzelnen Stromimpulse, dadurch gekennzeichnet, dass man zur Erzielung eines beschleunigten Überganges von einem beliebigen Betrag der Erregerstromstärke auf einen davon abweichenden Betrag die Verlegung des Zündmomentes der Stromimpulse selbsttätig dasjenige Mass kurzzeitig übersehreiten lässt, das für die dauernde Abgabe des abweichenden Betrages der Erregerstromstärke notwendig ist.