<Desc/Clms Page number 1>
Anordnung zur Gleichstromerregung von Stromwandlern, die eine gemeinsame Belastung speisen Es ist bekannt, dass der abgegebene Strom eines Stromwandlers durch Gleichstromerregung des Stromwandlerkernes beeinflusst wird. Bisher musste aber der Gleichstromkreis eine grosse Wechselstromimpedanz in Reihe enthalten, damit der Gleichstromkreis keine unzulässliche Belastung für die Stromwandler bewirkt.
Die vorliegende Erfindung bezweckt, eine Gruppe von Stromwandlern mittels Gleichstromerregung zu steuern, ohne dass die Gleichstromkreise eine Belastung für die Stromwandler bewirken. Die Erfindung soll ferner die Zuführung des Gleichstromes in die Laststromwicklungen ohne besondere Steuerwicklungen ermöglichen. Die erfindungsgemässe Anordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass sie zwei symmetrische Mehrphasensysteme enthält, deren freie Phasenenden miteinander phasenweise direkt verbunden sind, während ihre Nullpunkte über eine Gleichstromquelle miteinander verbunden sind, wobei Sekundärwicklungen der Stromwandler mindestens eines der beiden Mehrphasensysteme bilden. Die Anordnung wird besonders zweckmässig, wenn beide symmetrischen Mehrphasensysteme aus Sekundärwicklungen der Stromwandler gebildet sind.
In diesem Falle brauchen die Stromwandler, deren Sekundärwicklungen das eine Mehrphasensystem bilden, und die Stromwandler, deren Sekundärwicklungen das andere Mehrphasen- stromsystern bilden, nicht von demselben Primärstrom beaufschlagt sein.
Die Wirkungsweise der Erfindung und einige ihrer Vorteile werden nachstehend unter Hinweis auf die Zeichnung beschrieben, die in den Fig. 1 und 2 zwei beispielsweise Ausführungsformen der Anordnung nach der Erfindung zeigt, während Fig. 3 eine weitere beispielsweise Ausführungsform der erfindungsgemässen Anordnung darstellt, und zwar für eine An- ordnung zur Spannungsregelung eines selbsterregten Synchrongenerators.
In Fig. 1 bedeutet 2 eine Dreiphasenbelastung, die an den Klemmen 1 eines Dreiphasennetzes angeschlossen ist. In den drei Anschlussleitungen sind Stromwandler 3, 4, 5 eingeschaltet, und die Sekundärwicklungen der Stromwandler formen eine Sternschaltung mit Nullpunkt 11. Die freien Enden der Sekundärwicklungen sind an drei Belastungsimpedanzen 6, 7, 8 angeschlossen, die auch sterngeschaltet mit einem Nullpunkt 12 sind. Die zwei Nullpunkte 11 und 12 sind an eine Gleichstromquelle 9 angeschlossen.
Da die Sekundärwicklungen der Stromwandler 3, 4, 5 so ausgebildet sind, dass sie ein symmetrisches Dreiphasensystem bilden und auch die Impedanzen 6, 7, 8 ein symmetrisches Dreiphasensystem bilden, so wird kein Wechselstrom die Gleichstromquelle 9 passieren, auch wenn die Klemmen kurzgeschlossen werden. Die Gleichstromquelle bedeutet deshalb keine Belastung für die Stromwandler. Wenn die Impedanzen 6, 7, 8 für Gleichstrom durchlässig sind, wird ein Gleichstrom durch die Sekundärwicklungen der Stromwandler 3, 4, 5 fliessen, sobald die Spannung der Gleichstromquelle von Null abweicht, und dies bewirkt, wie bekannt, dass der abgegebene Wechselstrom des Stromwandlers vermindert wird.
Falls die Amperewindungszahl des Gleichstromes die Amperewindungszahl des Wechselstromes übersteigt, bleiben die Wandlerkerne immer gesättigt, das heisst, es wird kein Wechselstrom auf die Sekundärwicklungen transformiert.
Wird der Gleichstrom von diesem Grenzwert ab vermindert, so gehen die Stromwandler allmählich zum normalen Betrieb über; der abgegebene Wechselstrom wird also eine eindeutige Funktion des Gleichstromes, der die Nullpunkte 11 und 12 passiert, wenn
<Desc/Clms Page number 2>
der Primärstrom konstant ist. Wenn die Stromwandler mit Gleichstrom erregt sind, wird die volle Symmetrie nicht mehr in jedem Augenblick aufrechterhalten, und ein Wechselstrom fliesst in diesem Falle durch die Gleichstromquelle 9. Dieser Wechselstrom hat aber eine höhere Frequenz als der Wechselstrom in der Belastung, und seine Grösse ändert von Null über ein Maximum zurück zu Null, wenn die Gleichstromerregung von Null bis zur vollen Sättigung vergrössert wird.
Auch bei gleichstromerregten Kernen bewirkt deshalb die Gleichstromquelle keine Grundfrequenzbelastung des Stromwandlers.
Fig.2 zeigt, wie die erfindungsgemässe Anordnung zur Überwachung eines Einphasenstromes verwendet werden kann. Eine Belastung 2 ist an einer Wechselstromquelle 1 angeschlossen, und in die Anschlussleitungen sind Stromtransformatoren 3, 4, 13, 14 geschaltet. Die Sekundärwicklungen der Stromtransformatoren 3, 4 und 13, 14 sind paarweise an den Nullpunkten von symmetrischen Zweiphasenschaltungen zusammengeschaltet, und die freien Enden der Sekundärwicklungen sind an den Punkten 23, 24 an eine Belastung angeschlossen, z. B. an eine Relaisspule 16. Zwischen den beiden Nullpunkten 11 und 12 in den beiden Zweiphasensystemen ist eine Gleichspannung eingeschaltet, die einem an eine Gleichstromquelle 9 angeschlossenen Potentiometer 10 abgenommen wird.
Der Wert des Wechselstromes durch die Belastung 2, für welchen das Relais 16 anspricht bzw. abfällt, ist offenbar von der Grösse der Gleichstromerregung der Stromwandler unmittelbar abhängig. Der Anspruch- bzw. Abfallwert des Relais 16 kann also mittels des Potentiometers 10 einfach eingestellt werden. Die Anordnung gemäss Fig. 2 unterscheidet sich von der Anordnung gemäss Fig. 1 im wesentlichen dadurch, dass die beiden symmetrischen Mehrphasensysteme aus Sekundärwicklungen von Stromwandlern aufgebaut sind, die vom selben Wechselstrom beaufschlagt sind.
Ein vom Potentiometer 10 abgenommener Gleichstrom fliesst durch die Sekundärwicklungen der Stromwandler 3, 4 und 13, 14; er kann aber nicht durch die Belastung 16 fliessen, weil diese an Punkten angeschlossen ist, die gleichstrommässig am gleichen Potential liegen. Aus reinen Symmetriegründen muss deshalb der Strom, der durch die Belastung 16 passiert, ein reiner symmetrischer Wechselstrom sein, im Gegensatz zu dem Fall in der Anordnung gemäss Fig. 1. Die zwei Stromwandlergruppen sind parallel geschaltet und führen deshalb je einen Teil des Belastungsstromes. Die Stromwandler können deshalb kleiner dimensioniert werden, als wenn nur die eine Gruppe den ganzen Belastungsstrom führen müsste.
Da die Stromwandler 3, 14 bzw. 4, 13 immer den gleichen Erregungszustand aufweisen, können ihre Kerne kombiniert werden, so dass die Anordnung nur zwei Stromwandler mit je zwei Sekundärwicklungen enthält.
Fig. 3 zeigt als weitere Variante die Anwendung der Erfindung in einer Anordnung für die Spannungsregelung eines selbsterregten Synchrongenerators. In Fig.3 bedeutet 20 ein Synchrongenerator mit Belastungsklemmen 2 und Feldwicklung 21. Die Feldwicklung wird aus einem Dreiphasengleichrichter 22 mit den Wechselstromklemmen 23, 24, 25 gespeist. Der Gleichrichter 22 ist an einer bekannten Anordnung für Selbsterregung angeschlossen, der die vom Belastungsstrom des Generators beaufschlagten Stromtransformatoren 3, 4, 5 und die von einem der abgegebenen Generatorspannung proportionalen Strom erregten Stromtransformatoren 13, 14, 15 enthält.
Die zwei Stromwandlergruppen sind an die Wechselstromklemmen 23, 24, 25 des Gleichrichters 22 angeschlossen; die Feldwicklung 21 des Generators 20 wird also von einem Strom durchflossen, der eine Komponente von den Stromwandlern 13, 14, 15 und eine belastungsabhängige Komponente von den Stromwandlern 3, 4, 5 enthält.
Es ist gezeigt worden, dass die abgegebene Spannung eines ideellen Synchrongenerators unabhängig von der Grösse und vom Phasenwinkel der Belastung bleibt, wenn der Primärstrom 13, 14, 15 gegenüber der Generatorspannung um 90 phasenverschoben ist. Dies wird gemäss der Fig. 3 dadurch erreicht, dass die Stromwandler 13, 14, 15 vom Strom einer induktiven oder kapazitiven Dreiphasenbelastung 17 erregt werden, die an den Belastungsklemmen 2 des Genera- tors angeschlossen ist. In der gezeigten Anordnung ist also der Generator 20 im normalen Fall selbstregelnd, und da das Feld 21 von den Stromwandlern 13, 14, 15 gespeist ist, stellt sich die Erregung schnell nach Belastungsänderungen ein.
Diese selbstregelnde Wirkung ist aber gegen die von Drehzahländerungen des Generators bewirkten Spannungsänderungen unwirksam, und die Regelung ist unsicher bei kleinen Erregungen, wenn die Remanenz der Pole des Gene- rators die magnetischen Flüsse dominiert.
Damit die Spannung des Generators einfach regelbar wird, so dass eine befriedigende Spannungsregelung unter allen Umständen erreicht wird, kann man eine Gleichstromerregung der Stromwandler einführen. In der Anordnung gemäss Fig. 3 erhält man diese Gleichstromerregung dadurch, dass die Sekundärwicklungen der zwei Stromwandlergruppen 3, 4, 5 bzw. 13, 14, 15 zu symmetrischen Dreiphasenschaltungen mit den Nullpunkten 11, 12 vereinigt sind, zwischen welchen Nullpunkten eine Gleichstromquelle angeschlossen ist. Die zwei Nullpunkte 11, 12 sind gemäss Fig. 3 an der Gleichstromseite eines Gleichrichters 30 angeschlossen, der von einer Wechselstromquelle 31 in Reihe mit einem Transduktor 32 gespeist wird.
Der Transduktor ist selbsterregt und hat eine Steuerwicklung 33, die von einem konstanten Strom einer Gleichstromquelle 35 durchflossen ist, und eine Steuerwicklung 34, die über einen Gleichrichter 36 an den Belastungsklemmen 2 des Generators angeschlossen ist.
Die beiden Steuerwicklungen 33 und 34 sind so angeordnet, dass die konstante Erregung der Wicklung 33 der Selbsterregung des Transduktors entgegenwirkt, während die der Generatorspannung propor-
<Desc/Clms Page number 3>
tionale Erregung in der Steuerwicklung 34 die Selbsterregung übersteigt. Die Anordnung ist im Gleichgewicht, wenn die beiden Steuererregungen des Trans- duktors 33 sich aufheben. Eine Vergrösserung der abgegebenen Spannung des Generators über diesen Wert hinaus bewirkt eine Aussteuerung des Trans- duktors und deshalb eine vergrösserte Gleichstromerregung der Stromwandler 3, 4, 5 und 13, 14, 15, was eine Verminderung des Wechselstromes zur Folge hat, mit dem der Gleichrichter 22 gespeist wird.
Hierdurch wird die Erregung des Generators vermindert und somit auch die Generatorspannung herabgesetzt, bis das Gleichgewicht wieder erreicht ist.
Die für die Gleichstromerregung der Stromwandlergruppen 3, 4, 5 und 12, 14, 15 verwendete Schaltung entspricht der in der Fig. 2 gezeigten Schaltung, mit dem Unterschied, dass die Schaltung in Fig.3 dreiphasig ist und dass die zwei Stromwandlergrup- pen von verschiedenen Primärströmen erregt sind. Die Anschlusspunkte 23, 24, 25 für die Belastung der Stromwandler sind aber auch in Fig. 3 Äquipoten- tialpunkte für den Gleichstrom, so dass im Strom, der den Gleichrichter 22 speist, keine Gleichstromkomponente von der Gleichstromquelle 30 her enthalten sein kann.
Trotz der scheinbaren Unsymmetrie, die dadurch entsteht, dass die zwei Stromwandle rgruppen von verschiedenen Primärströmen beaufschlagt sind, wird deshalb die Speisewechselspannung des Gleichrichters 22 symmetrisch. Dies ist ein besonderer Vorteil dieser Schaltung, weil man den Gleichrichter 22 vergrössern müsste, wenn der eingespeiste Wechselstrom unsymmetrisch wäre.
Wie aus der Fig. 3 ersichtlich ist, besteht die Anordnung im wesentlichen aus Apparaten, die normalerweise bei selbsterregten Generatoren verwendet werden. Durch die erfindungsgemässe Anordnung ist es also möglich, eine sehr gute und bei allen vorkommenden Störungen wirksame Spannungsregelung zu erhalten mit einer nur unbedeutenden Komplizierung der Schaltung, die der Transduktor 32 mit zugehörigem Gleichrichter bewirkt.
Es hat sich auch gezeigt, dass das System am besten so dimensioniert wird, dass die grösste Gleichstromerregung der Stromwandler dann vorhanden ist, wenn der Generator unbelastet ist. Dies bedeutet, dass die Stromwandler 3, 4, 5 thermisch nur für den Be- lastungsstrom dimensioniert werden müssen und deshalb nicht grösser werden als in einem System, das mit keiner Gleichstromerregung der Wandler versehen ist.