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Einrichtung zur Rapidregelung der Spannung in Wechselstromnetzen.
Zur Schnell-oder Eilregelung von Weebselstromgeneratoren wird in der Regel das Feld des Generators in Nebenschlussschaltung erregt und die Spannung bei geänderter Belastung dadurch konstant gehalten, dass ein Widerstand im Erregerkreis der Wechselstrommaschine oder im Nebenschlusskreis der Gleichstrommaschine selbsttätig verstellt wird. Diese Regelungseinrichtung wirkt bei langsamen Änderungen der Belastung ausreichend. Jedoch bei sehr schnellen Belastungsänderungen folgt sie nur mit einer sehr erheblichen Verzögerung, sodass bei Generatoren mit starker natürlicher Spannungs- änderung die erforderliche Einstellung erst nach dem Verlaufe mehrerer Sekunden erfolgt, während
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erscheinungen sich auf den Endwert einstellt.
Eine genauere Untersuchung der Vorgänge zeigt nun, dass bei nur plötzlicher Belastungsänderung einer Wechselstrommaschine der Erregerstrom nicht, wie man seither angenommen hat, konstant bleibt und erst durch besondere Mittel auf einen der höheren bzw. unteren Belastung entsprechenden Wert eingestellt werden muss, sondern es ergibt sich durch eingehende Überlegung, die ihre Bestätigung durch Messungen findet, dass gleichzeitig mit dem Anwachsen oder Abnehmen des Belastungsstromes durch die elektromagnetische Rückwirkung auch der Erregerstrom zunimmt oder abnimmt, u. zw. um ein Mass, das die natürliche Spannungsänderung des Generators im stationären Zustand zum grössten Teil aufhebt.
Dieser verstärkte oder geschwächte Erregergleichstrom, dessen elektromotorische Kraft in der Wechsel-
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den Wert ab, der vor dem Belastungsstoss bestand.
Der Erfindung gemäss wird nun die Regelung dieser Maschinen erheblich dadurch beschleunigt, dass der Erregerstrom des Generators so beeinflusst wird, dass sein infolge der Belastungsänderung von selbst sich einstellender Wert ganz oder nahezu aufrechterhalten bleibt. Es wird also das Abklingen des Erregerstromes verhindert, indem gleichzeitig mit dem Belastungsstoss die elektromotorische Kraft der Erregermaschine auf ein solches Mass geändert wird, wie es von dem durch den Belastungsstrom verstärkten oder geschwächten Erregerstrom zum dauernden Durchfluss erfordert wird.
In Fig. 1 ist der Verlauf der Ströme und Spannungen abhängig von der Zeit t dargestellt. Durch Abschalten von Belastungen soll beispielsweise der Strom des Wechselstromgenerators J plötzlich vermindert werden, dann vermindert sich auch, wie oben auseinandergesetzt ist, der Errcgerstrom i um ein entsprechendes Mass. Lässt man nun den Erregerstrom des Generators unbeeinflusst, so wird er entsprechend der Zeitkonstante des Wechselstromgenerators noch nach der gestrichelten Kurve allmählich auf den ursprünglichen Wert ansteigen, während das Feld der Wechselstrommaschine und damit die elektromotorische Kraft im ersten Augenblick nach dem Schalten konstant bleibt. Die Klemmenspannung B steigt um einen geringen Betrag an entsprechend dem Wegfall eines Teiles der Streuspannung.
In dem Masse, wie nun der Erregerstrom auf seinen ursprünglichen Wert ansteigt, wächst auch die Klemmenspannung weiter an, wie es die gestrichelte Kurve zeigt, und erreicht ebenfalls ihren stationären Wert.
Wird nun der Erfindung gemäss die elektromotorische Kraft der Erregermaschine unmittelbar nach dem Schaltvorgang auf den Wert gebracht, der dem sich von selbst einstellenden Erregerstrom
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nach. dem Schaltprozess entspricht, so hat der Erregerstrom keinen Anlass, im Sinne der gestrichelten Kurve anzusteigen. Der Strom i bleibt vielmehr konstant, wie es die ausgezogene Kurve zeigt, und dementsprechend bleibt auch das Feld im Wechselstromgenerator völlig ungeändert, während die Klemmenspannung E sich nur um einen kleinen Betrag entsprechend dem'Wegfall eines Teiles der Streuspannung verändert und dann weiterhin konstant bleibt, wie es die ausgezogene Kurve der Fig. 1 zeigt.
Gemäss der Erfindung verwendet man eine Erregermaschine, die in bekannter Weise in Reihenschlusserregung geschaltet ist, die jedoch erfindungsgemäss im indifferenten Gleichgewicht arbeitet. Ihre Spannung passt sich infolgedessen jeder durch plötzliche Be-oder Entlastung des'Wechselstromgenerators entstehenden Änderung des Erregerstromes unverzüglich an. Fit. 2 zeigt das Schaltbild dieser Anordnmg.
Das Netz wird vom Generator b mit der Erregerwicklung c gespeist, p ist die Erregn'- maschine mit der Serienwioklung. Die Serienmaschine ist so ausgeführt und wird mit ein ? r solchen Drehzahl angetrieben, dass ihre'Widerstandslinie sieh mit dem geradlinigen oder nahezu geradlinigen Teil ihrer Charakteristik (Fig. 3) deckt und dass sie ir diesem Gabiete arbeitet.
Jede durch plötzliche Beoder Entlastung des elstromgenerators entstehende Änderung des Erregerstromes bewirkt eine
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der magnetischen Charakteristik mit der Widerstandslinie zu erzielen, kann es zweckmässig sein, der Erregermaschine grosse Hysteresis zu geben, so dass ihre Charakteristik entsprechend der Fig. 3 durch einen Flächenstreifen dargestellt wird, innerhalb dessen die gera, dlinige Widerstandslinie des Stromkreises verläuft. Die Erregermaschine besitzt ein Blechjoch und wird in ihrem ganzen magnetischen Kreise mit geringer Sättigung ausgeführt, so dass sich eine schwach gekrümmte Charakteristik ergibt.
Um nun die auf dem geradlinigen Teilihrer Charakteristik arbeitende, sich imindifferenten Spannungsgleichgewicht befindliche Erregermaschine zu stabilisieren, können verschiedenartige an sich bekannte Mittel verwendet werden. Bei der Anordnmg nach Fig. 4 wird der Erregerwicklung q der Erreger-
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oder auch von der Spannung des'Wechselstromnetzes beeinflusst werden kann. Im letzteren Falle, der in Fig. 4 schematisch angedeutet ist, worin s und t die erforderlichen Relaisanordnungen darstellen, kann man noch den letzten Rest der Spannungsänderung, die in den Kurven der Fig. 1 auftritt, ausgleichen. Bei höherer Klemmenspannung B braucht nur das Erregermaschinenfeld allmählich geschwächt zu werden.
Dementsprechend ergeben sich Ströme und Spannungen, wie sie in Fig. 1 strichpunktiert dargestellt sind. Der Nebenschlusswiderstand r der Anordnung nach Fig. 4 wird zweckmässig induktiv
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in Reihe geschalteten Dreieekwicklungen e, t besteht. Der Anfang der einen Dreieckwicklung ist an die eine Anode h des Gleichrichters g angeschlossen, das Ende der zweiten Dreieckwicklung an die Anode i.
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die andere m an die Kathode n des Gleichrichters angeschlossen ist. Der Gleichstromkreis speist wiederum wie in dem Beispiel der Figur 5 die RguIierwicklung 0 der selbsterregten Erregermaschine p.
Jedoch werden die Netzschwankungen infolge der Eigenart der Verstärkereinrichtung in erheblich verstärktem Masse in dem Gleichstromkreis wiedergegeben, u. zw. kann für eine Änderung im Wechselstromkreis ein beliebiges Vielfaches an Änderungen im Gleichstromkreis erzielt werden. Durch diese Einrichtung ist es möglich, die Geschwindigkeit der Regelung weiterhin in ganz erheblichem Masse zu steigern. Als Verstärker können auch mit Nutzen die an sich bekannten Elektronenröhren verwandt werden, sowohl mit als ohne Gasfüllung, die einzeln oder in Kaskade benutzt werden können.
Die erfindungsgemässe Rapidregelung von Wechselstromnetzen kann mit den bekannten Schnellregelungs-oder Eilregelungseinrichtungen verbunden werden, indem man beispielsweise die obenbeschriebenen Einrichtungen verwendet, um zunächst die Spannung grob annähernd auf den Sollbetrag einzustellen und dann mit den bekannten Methoden zur Schnell-oder Eilerregung fein auf den Sollbetrag zu regeln. So kann man beispielsweise die Anordnung so wählen, dass Netzschwankungen in einem grösseren Betrage als + 2% durch das Verfahren gemäss der Erfindung rapid geregelt werden, während die Feineinstellung innerhalb dieser Grenzen durch die bekannten Schnell-oder Eilregelungseinrichtlmgen erfolgt.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Einrichtung zur Rapidregelung der Spannung in Wechselstromnetzen, dadurch gekennzeichnet, dass der Erregerstrom des Generators so beeinflusst wird, dass sein infolge der Belastungsänderung von selbst sich einstellender Wert ganz oder nahezu aufrechterhalten bleibt.