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Zur Regelung der Spannung von Synchronmaschinen sind Anordnungen bekannt, bei denen in den Erregerstromkreis der selbsterregten Gleichstromerregermaschine ein temperaturabhängiger Widerstand eingeschaltet ist. Bekanntlich stabilisiert sich die Spannung einer selbsterregten Gleichstrommaschine auf dem Schnittpunkt der in Abhängigkeit vom Magnetisierungsstrom aufgetragenen
Spannungskurve der Gleichstrommaschine mit der an der Erregerwicklung auftretenden Spannungscharakteristik, die eine durch den Koordinatennullpunkt gehende Gerade darstellt. Es bereitet daher
Schwierigkeiten, die Spannung der Gleiehstrommaschine im ungesättigten Teil der Spannungscharakteristik zu regeln, da dann die beiden Kurven sich mit einem sehr spitzen Winkel schneiden.
Befindet sich nun im Erregerkreis der Gleichstrommaschine ein temperatur-bzw. stromabhängiger Widerstand, dann ergeben sich auch im unteren Teil der Spannungseharakteristik genau festgelegte Schnittpunkt zwischen den beiden Kurven. Es ist dies darauf zurückzuführen, dass dann die Abhängigkeit der Spannung im Erregerkreis vom Erregerstrom keine durch den Koordinatennullpunkt gehende Gerade mehr darstellt, sondern eine gekrümmte Linie. Es ist also auch im unteren Teil eine sichere und genaue Regelung der Spannung der Gleichstrommaschine möglich.
Wenn an dem temperaturabhängigen Widerstand der Ohmwert mit steigender Temperatur ansteigt, was beispielsweise bei Metallfadenlampen der Fall ist, dann schaltet man den Widerstand mit der Erregerwicklung der Gleichstrommaschine in Reihe ; sinkt der Ohmwert des Widerstandes mit steigender Temperatur, was beispielsweise bei Kohlefadenlampen zutrifft, so schaltet man den Widerstand zur Erregerwicklung parallel. Ausserdem wird mit dieser Parallelschaltung noch ein Ohmscher Widerstand mit festem Ohmwert in Reihe geschaltet.
Eine derartige Anordnung kann nicht ohne weiteres zur selbsttätigen Spannungsregelung von Synchronmaschinen verwendet werden, weil verhältnismässig grosse Schwankungen der Netzspannung erforderlich sind, um eine Änderung des Stromes an dem temperaturabhängigen Widerstand herbeizuführen und so auf die Spannung der Erregermaschine einzuwirken. Zur Beseitigung dieses Nachteiles hat man bei einer bekannten Anordnung in den Erregerstromkreis der Erregermaschine eine Glühkathodenventilröhre eingeschaltet. Der Heizstrom der Glühkathode ist über einen temperaturabhängigen Widerstand geleitet, der von einer Spule beheizt wird, die von der zu regelnden Spannung gespeist wird. Eine Änderung des Heizstromes an der Glühkathode ändert in verstärktem Masse den Anodenstrom der Röhre und damit den Erregerstrom.
Bei einer zweiten bekannten Anordnung wirkt der Strom des temperaturabhängigen Widerstandes auf das Steuergitter einer Glühkathodenröhre ein, die im Erregerkreis der zu regelnden Synchronmaschine liegt. Diese bekannten Einrichtungen sind aber, da sie mit Glühkathodenventilröhren arbeiten, verhältnismässig empfindlich und teuer, und die Verstärkereinrichtung selbst muss ausserdem mit Gleichstrom gespeist werden.
Gemäss der Erfindung ist der strom-bzw. temperaturabhängige Widerstand im Gegensatz zu den zuletzt geschilderten bekannten Einrichtungen in den Erregerstromkreis der selbsterregten Gleichstromerregermaschine finir die Synchronmaschine eingeschaltet, wobei die Spannung oder der Strom der Synchronmaschine die Grösse des Stromes oder der Temperatur an dem strom-bzw. temperaturabhängigen Widerstand beeinflussen. Ferner beeinflussen erfindungsgemäss der Strom oder
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die Spannung der Synchronmaschine über einen an sieh bekannten, insbesondere mit magnetischer
Sättigung arbeitenden Verstärker die Grösse des Stromes oder der Temperatur an dem strom- bzw. temperaturabhängigen Widerstand.
Während also bei den oben geschilderten bekannten Einrichtungen die Verstärkereinrichtung zwischen dem temperaturabhängigen Widerstand und dem Erregerkreis der Gleiehstrommaschine eingeschaltet ist, ist bei der Anordnung nach der Erfindung der temperaturabhängige Widerstand zwischen der Verstärkereinrichtung und dem Erregerkreis der Gleichstrommaschine eingeschaltet.
Dies hat zunächst den Vorteil, dass dem temperaturabhängigen Widerstand stärker sieh ändernde Steuerströme zugeführt werden, da diese bereits eine Verstärkung erfahren haben. Dadurch wird eine sichere Arbeitsweise des temperaturabhängigen Widerstandes erzielt, da nunmehr unerwünschte
Beeinflussungen des temperaturabhängigen Widerstandes in ihrer Grösse gegenüber den gewollten
Beeinflussungen durch den Steuerstrom zurücktreten. Ausserdem hat diese Anordnung den Vorzug, dass man die Verstärkereinriehtung selbst mit Wechselstrom betreiben kann, da sie nicht mehr im
Erregerkreis der Gleichstrommasehine liegt. Man kann also beispielsweise einfache und robuste magnetische Verstärkereinrichtungen benutzen.
Fig. 1 der Zeichnung zeigt das Schaltbild für eine derartige Erregeranordnung mit temperaturabhängigem Widerstand. 4 ist ein in der Spannung zu regelnder Drehstromgenerator, e ist die Gleichstromerregermaschine mit der Erregerwicklung R. Parallel zur Erregerwicklung liegt der temperaturbzw. stromabhängige Widerstand p. Der Parallelschaltung ist noch der Widerstand r vorgeschaltet.
Die Regelung kommt dadurch zustande, dass die Wechselspannung des Generators 4 über einen
Spannungswandler 5 und einen Gleichriehter 6 (Kupferoxydulgleiehrichter in Grätz-Schaltung) dem Erregerstromkreis der Erregermaschine eine Vorspannung aufdrückt. Der Strom des stromabhängigen Widerstandes p ist dann nicht nur von der Erregerspannung e, sondern auch von der Weehselspannung E oder der von ihr erzeugten Vorspannung (am Widerstand 7) abhängig, und durch zweckmässige Wahl der Grösse kann man erreichen, dass bei ansteigender Wechselspannung das Knie der Widerstandslinie um einen angemessenen Betrag nach unten verschoben wird, bei abnehmender Wechselspannung nach oben.
Die in Fig. 1 nicht dargestellte Verstärkereinrichtung liegt nicht unmittelbar im Gleichstromerregerkreis der Erregermasehine. Sie kann daher mit Wechselstrom betrieben werden und aus einer einfachen widerstandsfähigen magnetischen Verstärkereinrichtung bestehen. Der magnetische Verstärker besteht beispielsweise aus einem mit Eisensättigung arbeitenden Dreiphasentransformator, auf dem sieh eine in Dreieck geschaltete Wicklung befindet. Die eine Dreieekseeke ist geöffnet, und die Spannung zwischen den Öffnungspunkten ist beispielsweise dem Gleichrichter 6 der Fig. 1 zugeführt.
Infolge der Eisensättigung entsteht in der Dreieckswicklung eine Spannung dreifacher Frequenz, die auf den Gleichrichter und damit auf den Erregerkreis der Gleiehstromerregermaschine einwirkt. Da die Eisensättigung bei geringen Änderungen der Weehselspannung bereits rasch ansteigt, so findet eine prozentuale Verstärkung der Änderung der Wechselspannung statt.
Fig. 2 der Zeichnung zeigt eine erfindungsgemässe Abänderung der Anordnung nach Fig. 1.
Der in den Stromkreis der Gleiehstromerregermaschine 9 eingeschaltete temperaturabhängige Widerstand 10 besteht z. B. aus Glühlampen. Der Widerstand besteht aus vier Teilen, die in Brückenschaltung in den Erregerstromkreis eingeschaltet sind. Die beiden bezüglich des Erregerstromes gleiches Potential führenden Eckpunkte der Brücke sind über einen magnetischen Verstärker 11 und einen Transformator 1'2 an die Weehselspannung des Generators angeschlossen. Der magnetische Verstärker besteht aus einer Reihenschaltung einer eisengesättigten Drosselspule mit einem Kondensator. Drossel und Kondensator sind derart bemessen, dass sie im normalen Regelbereich der Anordnung mit stark abnehmendem Gesamtwiderstand (in der Nähe der Resonanz) arbeiten.
Infolge der noch vorhandenen Dämpfung erzielt man damit bereits bei geringen Spannungsänderungen der zugeführten Wechselspannung eine grosse Änderung des der Brückenschaltung 10 überlagerten Stromes. Dadurch ändert sieh auch der Widerstand der Brücke stark, wodurch wieder die Spannung der Gleichstrommaschine 9 im Sinne einer Konstanthaltung der Spannung des Wechselstromgenerators beeinflusst wird.
Die Anordnung nach Fig. 2 hat den Vorteil, dass für die Regelung der Spannung weder mechanische Regler noch auch Elektronenröhren erforderlich sind, man vielmehr mit einfachen widerstandsfähigen Einzelteilen auskommt.
An Stelle der in Fig. 1 und 2 gezeigten Spannungsbeeinflussung kann auch eine Strombeeinflussung treten, wodurch sieh die Spannung des Weehselstromgenerators in Abhängigkeit von seinem Belastungsstrom steuern lässt (Kompoundwirkung). Ebenso könnte man eine kombinierte Spannungsund Strombeeinflussung herstellen, wobei eine weitgehende Astasie der Regelung erzielt wird. Der Ort der Einführung der Regelspannung sowie die Schaltungsanordnung im Erregerkreis ist zahlreicher Abwandungen fähig. Immer bleibt jedoch der Grundsatz erhalten, durch einen stromabhängigen Widerstand einen Knick in die Erregereharakteristik zu bringen und den Schnittpunkt dieser geknickten Widerstandslinie mit der Spannungscharakteristik des Ankers durch einen äusseren Eingriff zu ver- lagern.
Man kann auf diese Weise eine selbsttätige Spannungsregelung elektrischer Maschinen durch völlig ruhende Apparate erzielen, die keine bewegten Teile mit ihren Abnutzungen mehr enthalten.
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Da mittelbare Spannungsregelungen nach Art der Fig. 1 oder 2 durch die Anwesenheit der magnetischen
Trägheit der Erregermaschine und der Hauptmaschine leicht zu Pendelungen neigen, so kann man diese fortdämpfen, indem man die Erregerspannung e (Fig. 1) oder einen ihr porportionalen Teil, der im
Pendeltakt verschoben ist, zusätzlich zur Spannung E auf die Vorspannung am Widerstand 7 in einem solchen Sinne einwirken lässt, dass er zu einem Absterben der Schwingungen führt.
Bei Verwendung von thermisch veränderlichen Widerständen im Erregerkreis führt man die thermische Zeitkonstante der Erwärmung des Widerstandes zweckmässig verhältnismässig klein gegen- über der magnetischen Zeitkonstante der Selbsterregung des Generators aus, beispielsweise durch Ver- wendung sehr dünner Heizkörper. Dann stört dieselbe den Selbsterregungsprozess nicht. Man kann z. B. gewöhnliche Glühlampen mit ihren sehr dünnen Wolframfäden mit Vorteil verwenden. Erreicht die thermische Zeitkonstante hingegen den Wert der magnetischen Zeitkonstante oder überschreitet sie ihn, so kann dadurch eine zeitweise Übererregung und ein Pendeln im Beharrungszustand auftreten.
Dies kann für manche Verwendungszwecke nützlich sein.
An Stelle der in den Fig. 1 und 2 gezeigten Nebenschlussschaltung der selbsterregten Gleichstrommaschine kann man die stabilisierende Wirkung von stromabhängigen Widerständen auch für
Reihenschlussmaschinen verwenden. Hiezu eignen sieh Widerstände besonders gut, bei denen der
Ohmwert mit steigendem Strom in der Grösse abnimmt, weil man sie nach Fig. 3 lediglich parallel zur Erregerwicklung R zu schalten braucht, um bei Zunahme des Stromes ein sehr geringes Anwachsen des Stromes an der Wicklung R zu erzielen und damit eine Stabilität der Spannungsentwicklung zu erreichen.
Die Regelung des stromabhängigen Widerstandes kann in der üblichen Weise vor sieh gehen, indem man etwa den Widerstand mit Anzapfungen versieht und durch Änderung der Anzapfungen mehr oder weniger Widerstand in den Erregerkreis einschaltet. Sofern das stromabhängige Widerstandsmaterial in Plattenform hergestellt wird, kann man den regelbaren Widerstand nach Fig. 4 aufbauen, indem man zwischen die einzelnen Widerstandsplatten 1 von angemessener Stärke Metallscheiben 2 einfügt, die man zu Regelkontakten 3 führt, wie sie für die üblichen Spannungsregler gebräuchlich sind.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Anordnung zur stabilen Regelung der Spannung von Synchronmaschinen mit Hilfe einer selbsterregten Gleichstromerregermaschine, in deren Erregerstromkreis ein strom- bzw. temperaturabhängiger Widerstand eingeschaltet ist, wobei die Spannung oder der Strom der Synchronmaschine die Grösse des Stromes oder der Temperatur an dem strom-bzw. temperaturabhängigen Widerstand beeinflusst, dadurch gekennzeichnet, dass der Strom oder die Spannung der Synchronmaschine über einen an sich bekannten, insbesondere mit magnetischer Sättigung arbeitenden Verstärker die Grösse des Stromes oder der Temperatur an dem strom-bzw. temperaturabhängigen Widerstand beeinflussen.