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Einrichtung zur selbsttätigen Spannungsregelung von Synchronmotoren.
Generatoren bis zu Nennleistungen von etwa 100 KVA, wie sie insbesondere bei Notstrom- aggregaten Verwendung finden, stellen an die Spannungsregelung ganz besonders hohe Anforderungen.
Liegt die Nennleistung der angeschlossenen Verbraucher, insbesondere von Kurzschlussläufermotoren in der Grössenordnung der Nennleistung des Generators, so können Einschaltstromstösse auftreten, ! die ein Vielfaches des Generatornennstromes betragen. In Folge davon treten unzulässige Spannungs- absenkungen auf, die bei der normalen Selbsterregung infolge der bekannten Trägheit der Erreger- maschinen über längere Zeit andauern und zu Betriebsstörungen führen. Die Schützen fallen ab, die
Motoren können stehen bleiben, das Licht setzt aus. Man ist deshalb gezwungen, entweder besonders grosse Generatorenmodelle zu wählen oder eben besondere Stosserregermasohinen zu verwenden, wodurch die Wirtschaftlichkeit der ganzen Anlage in Frage gestellt werden kann.
Es sind bereits Vorschläge für Einrichtungen zur selbsttätigen Spannungsregelung bekannt- geworden, bei denen die Erregerwicklung der Erregermaschine von den Hauptklemmen des Synchron- generators her über Gleichrichter gespeist ist. Die Erfindung beruht in dem Gedanken, bei derartigen
Einrichtungen die den Erregerstromkreis speisende Stromquelle bei Laststössen durch eine kurzzeitig zur Wirkung kommende Vorrichtung zu ergänzen. Ihr Kennzeichen besteht darin, dass der Erreger- strom durch einen Schnellregler gesteuert wird und dass die Speisung der Erregerwicklung durch eine nur bei plötzlichen Belastungsstössen vorübergehend zur Wirkung gelangende Kompoundierungs- vorrichtung ergänzt wird, die eine unzulässige Spannungsabsenkung während der Dauer eines Last- stosses verhütet.
Belastungsabhängig wirkende Kompoundierungsvorrichtungen sind zwar an sich bekannt ; beispielsweise sind Vorrichtungen dieser Art bekannt, die aus einem zur Erregerwicklung der Erreger- maschine über einen besonderen Gleichrichter parallel geschalteten Widerstand bestehen. Die bekannten Kompoundierungsvorrichtungen arbeiten jedoch nur verhältnismässig ungenau. Ihnen gegenüber hat die Einrichtung nach der Erfindung zunächst den Vorteil, dass sie viel genauer arbeitet. Ein weiterer
Vorteil der Erfindung besteht darin, dass sich die zusätzliche Einrichtung leicht nachträglich ohne jede Änderung an den Maschinen anbringen lässt. Da ferner Stromwandler und Gleichrichter nur kurz- zeitig, nämlich bei Laststössen die für die Erregung erforderliche Leistung hergeben, können sie sehr klein bemessen werden.
Auch kommt es im Gegensatz zu andern, bekannten Spannungsregelungs- einrichtungen bei der neuen Anordnung auf genaue Dimensionierung und Justierung günstigerweise nicht an, da die Strombeeinflussung durch sie im Normalbetrieb überhaupt nicht wirkt und bei Last- stössen nur dafür gesorgt werden soll, einen sofortigen beachtlichen Anstieg des Stromes im Erreger- stromkreis sicherzustellen.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt. Darin ist 11 der Synchrongenerator mit den Klemmen R, S, T, an welche die zu den Verbrauchern führenden
Leitungen angeschlossen sind. Die Erregermaschine 12 ist beispielsweise mit dem Synehrongenerator 11 auf einer gemeinsamen Welle 13 angeordnet. Die Antriebsmaschine ist in der Zeichnung nicht dar- gestellt. Die Erregerwicklung der Erregermaschine 12 ist besonders herausgezeichnet und trägt die
Bezeichnung 1.
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An die. von den Klemmen R und T kommenden Leitungen ist ein Spannungswandler 15 angeschlossen. Im Sekundärkreis dieses Wandlers liegt ein Gleichrichter 16-im praktischen Falle eine Gleichrichteranordnung in Graetz-Schaltung-, ein Schnellregler mit dem Regelwiderstand 17 und der Steuerspule 18 sowie die bereits erwähnte Erregerwicklung 14.
Zwei Stromwandler 19 und 20, die in denselben Leitungen liegen, an welche die Steuerspule 18 angeschlossen ist, und in 60'-Schaltung geschaltet sind, speisen einen verstellbaren Widerstand 21. Die Klemmen dieses Widerstandes sind mit den Klemmen der Erregerwicklung 14 über einen Gleichrichter 22 bzw. eine Gleichrichteranordnung verbunden. Der Widerstand 21 ist so eingestellt, dass sein
Spannungsabfall im stationären Betrieb etwas kleiner ist als die an den Klemmen der Erregerwicklung auftretende Spannung. Die gesamte Erregerenergie wird von dem Spannungswandler M geliefert und über den Schnellregler 17 und 18 gesteuert. Der Gleichrichter 22 verhindert durch seine Sperrwirkung ein Übertreten des Erregerstromes auf den Stromwandlerkreis.
Im stationären Betrieb ist es also so, als ob der Stromwandlerkreis für die Spannungsregelung überhaupt nicht vorhanden wäre.
Die Wirkungsweise der Anordnung beruht auf den bekannten Vorteilen der Fremderregung.
Während bei der Selbsterregung zur Erzielung einer stabilen Regelung eine gewisse Mindestgrösse der numerischen Stabilität Bedingung ist, die sich nur mit besonders gebauten Erregermaschinen erreichen lässt, können jetzt normale Erregermaschinen verwendet werden. Die Möglichkeit von Pendelungen scheidet vollkommen aus. Der Überschuss an Erregerspannung ist gegenüber Selbsterregung so gross, dass sich der Sollwert der Spannung innerhalb seht kurzer Zeit einstellt und unbedingte Stabilität gewährleistet ist.
Um bei plötzlicher, grosser Belastungserhöhung eine unzulässige Spannungsabsenkung zu verhindern, wird nach der weiteren Erfindung der Erregerwicklung der Erregermaschine eine vom Belastungsstrom des Synchronmotor, beispielsweise in einem Widerstand hervorgerufene Spannung aufgedrückt, die gleichzeitig mit dem Auftreten des Belastungsstosses die Erregung der Erregermaschine übernimmt.
In dem gezeichneten Ausführungsbeispiel greifen demgemäss bei Stromstössen, die mehr als etwa 10% des jeweiligen Belastungsstromes betragen, die Stromwandler 19 und 20 in den Regelvorgang ein. Diese liegen in denselben Leitungen, an welche auch die Steuerspule 18 angeschlossen ist. Sie sind in zuschaltung geschaltet und speisen einen verstellbaren Widerstand 21. Die Klemmen dieses Widerstandes sind mit den Klemmen der Erregerwicklung 14 über einen Gleichrichter 22 bzw. eine Gleichriehteranordnung verbunden. Da die Stromwandler 19 und 20 an dem Widerstand 21 beliebig hohe Spannungen erzeugen können, bringen sie den Erregerstrom stossweise annähernd auf die für den ursprünglichen Betriebszustand erforderliche Höhe.
Die Generatorspannung sinkt also bei einer plötzlichen Belastungserhöhung zunächst um den durch den Streuspannungsabfall gegebenen Betrag und steigt dann innerhalb zwei bis drei Perioden wieder auf einen nur wenig unterhalb der Nennspannung liegenden Wert. Der Erregerstrom wird durch die Stromwandler aufrecht erhalten, bis der Schnellregler 17, 18 nachgekommen ist und somit der Spannungswandler die Speisung der Erregerwicklung wieder übernimmt. Die Spannung des Generators wird dann innerhalb sehr kurzer Zeit auf den genauen Sollwert gebracht. Man erzielt auf diese Weise mit billigen und einfachen Geräten eine Schnellregelung, die auch bezüglich der Genauigkeit den gestellten Anforderungen entspricht.
Die vorübergehende Übernahme der Erregung durch eine vom Belastungsstrom des Generators hervorgerufene Spannung von bestimmter einstellbarer Grösse ist natürlich auch bei Verwendung gewöhnlicher Erregermassehinen mit Selbsterregung vorteilhaft anwendbar.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Einrichtung zur selbsttätigen Spannungsregelung von Synehrongeneratoren mit Eigenerregung, bei der die Erregerwicklung der Erregermaschine von den Hauptklemmen des Synchrongenerators über Gleichtricher gespeist ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Erregerstrom durch einen Schnellregler (17, 18) gesteuert wird, und dass die Speisung der Erregerwicklung (14) durch eine nur bei plötzlichen Belastungsstössen vorübergehend zur Wirkung gelangende Kompoundierungsvorrichtung (19-22) ergänzt wird, die eine unzulässige Spannungsabsenkung während der Dauer eines Laststosses verhütet.