Als Verstärkermaschine wirkende Wechselstrommaschine Es gibt bekanntlich Verstärkungsmaschinen für Gleichstrom, sogenannte Amplidynen, bei denen mit Hilfe einer kleinen Steuerenergie vielfach stärkere Ände rungen der Ausgangsspannung hervorgerufen werden. Solche Maschinen werden häufig in Regelanordnungen, aber auch als Erregermaschinen für grosse Generatoren, z.B: Turbogeneratoren, verwendet.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Verstärkermaschi- ne anzugeben, die aber Wechselstrom oder Drehstrom liefert, was in vielen Fällen wegen der Möglichkeit zu transformieren von Vorteil ist. Demgemäss wird nach der Erfindung eine als Verstärkermaschine wirkende Wech- selstrommaschine so ausgebildet, dass ihre Erregung durch ein Querfeld (quer zum Hauptfeld) erzeugt wird, welches durch einen synchron mit der Maschinendreh zahl über steuerbare Stromrichterelemente geschalteten, nach Art eines ein Hauptfeld erzeugenden Erregerstrom kreises ausgebildeten, Stromkreis erhalten wird.
Dabei wird man vorwiegend als Stromrichterelemente steuerbare Siliziumzellen verwenden und sie an ein möglichst vielphasiges Wechselstromsystem anzuschlies sen, von dessen Phasen einige mit den Hauptphasen des Generators zusammenfallen. Es ist zweckmässig, die Stromrichterelemente zu den Zeiten zu sperren, in wel chen die vom Hauptfeld herrührende Spannung ihr Maximum hat und sie freizugeben in einem um den Nulldurchgang dieser Spannungen herumliegenden Be reich. Eine schematische Darstellung einer solchen Ma schine zeigt die Zeichnung in den Figuren 1 bis 3.
Ebenso wie bei einer Amplidyne kann auch im Fall der vorliegenden Erfindung die Frage der Kompensation der Ankerrückwirkung von Belang sein. Dann kann man die Maschine so ausbilden, dass der auf der Wechsel stromseite fliessende Strom unter Zwischenschaltung we nigstens eines Stromwandlers gleichgerichtet wird und dann an die sekundäre, vorzugsweise ohmsche Bürde, die mit der Feldwicklung gleichachsige Kompensationswick- lung des Erregerteiles angeschlossen ist. Schaltungen für diese Art der Kompensation sind in den Fig.4 bis 6 dargestellt.
Bei einer anderen Form der Kompensation der An kerrückwirkung kann die Anordnung so getroffen sein, dass in der das Querfeld erzeugenden Wicklung der Maschine ein Kompensationsstrom hervorgerufen wird, der die gegebenfalls von einer Blindlast herrührende Ankerrückwirkung aufhebt. Eine Prinzipschaltung hier für zeigt die Fig. 7, wobei die Kurvendarstellung in Fig. 8 bis 10 zur Erläuterung dienen.
Zur Verbesserung der Kommutierung einer nach der Erfindung ausgebildeten Wechselstrommaschine kann man die Anordnung so treffen, dass die vom Hauptfeld hervorgerufene Komponente der Spannung im Strom richterkreis allein ausgeglichen wird in der Weise, dass in Reihe mit dem gesteuerten Stromrichter wenigstens eine der vom Hauptfeld induzierten Spannung entgegengesetzt gerichtete, etwa gleich grosse Spannung eingefügt wird. Diese Ausführung wird anhand der Prinzipschaltungen in den Fig. 11 und 12 und der Kurvendarstellung in Fig. 13 der Zeichnung erläutert.
Bevor Einzelheiten erläutert werden, ist ganz allge mein zum Verständnis der nachstehend angegebenen Anordnungen folgendes zu sagen: Belastet man einen mehrphasigen Wechselstromgene rator mit einem mehrphasigen gesteuerten Gleichrichter und regelt man diesen Gleichrichter durch Verschiebung der Gittersteuerung etwa auf die Gleichspannung null , so kann der Gleichstromkreis in seinem Widerstand und bei entsprechender Vielphasigkeit auch in seiner Indukti- vität so weitgehend reduziert werden, dass nahezu ein Kurzschluss vorliegt, der Gleichstrom aber von Anode zu Anode weiter kommutiert wird.
Der so betriebene Strom kreis kann weitgehend die Aufgabe der Erregung des gesamten Generators übernehmen, wobei seine Stromstük- ke bei festgelegter Gleichrichteraussteuerung von der Feldwicklung des Generators gesteuert wird. Für die Haupterregung des Generators wird somit die Verstär- kerwirkung der Maschine ausgenützt d.h. die Leistung hierfür wird durch den Antrieb und die im Steuerfeld bewegte Wicklung geliefert.
Liegt beispielsweise die Feldwicklung des Generators fest und rotieren die Wechselstromwicklungen, so kann durch die Kommutierung des Stromrichters der beschrie benen Art eine räumlich im wesentlichen feste Lage des Hauptfeldes des Generators erreicht werden. In den dieses Feld schneidenden Wicklungen wird dann in bekannter Weise eine Wechsel-EMK hervorgerufen.
Es kann dann entweder Phase für Phase einzeln oder verkettet Wechselstrom entnommen werden, oder die Wechselstromwicklungen können über einen Gleichrich ter zur Speisung eines Gleichstromnutzkreises herangezo gen werden. In diesem letzteren Fall wird gemäss einer Weiterbildung der Erfindung bei Belastung die An kerrückwirkung auf das Feld durch eine zusätzliche Steuerwicklung ausgeglichen, die ähnlich wie die ein gangs erwähnte Feld-Steuerwicklung auf das Hauptfeld wirkt, das durch den auf nahezu (null heruntergeregel- ten Stromrichterkreis gespeist wird.
Baut man den Generator so auf, dass die Steuerwick lung rotiert, so ergibt sich eine besonders vorteilhafte Konstruktion. Im ruhenden Statoreisen ist dann, eben falls ruhend, die für das Hauptfeld erforderliche Wick lung untergebracht, die über den gleichfalls ruhend angeordneten gesteuerten Stromrichter geschlossen ist. Ruhend sind ebenfalls die Wechselstromwicklungen an geordnet, die ganz oder teilweise mit den den Stromrich ter speisenden Wicklungen identisch sein können. Der Rotor besteht dann im wesentlichen aus einem Eisen kern, durch den der Hauptfluss seinen Rückschluss findet.
Er trägt jedoch nicht die Wicklung für den Hauptfluss, sondern nur die verhältnismässig kleine Steuerwicklung und sieht hierfür den geringen erforderli chen Eisenweg vor, der senkrecht zu dem des Hauptflus ses steht. Auf dem gleichen Steuerkern kann auch die Steuerwicklung zur Kompensation angeordnet sein.
Die Speisung dieser und evtl. weiterer Steuerwicklun gen des Rotors kann über Schleifringe vorgenommen werden; diese Schleifringe können aber völlig in Wegfall kommen, wenn man, gemäss einer Weiterbildung des Erfindungsgedankens, eine kleine Wechselstrom-Erreger- maschine mit dem Rotor verbunden anordnet, die über mitrotierende Gleichrichter und ohne Schleifringe die nunmehr zusammengefasste Steuerwicklung auf dem Ro tor der Hauptmaschine speist.
Die ruhende Erregerwick lung dieser kleinen Hilfserregermaschine übernimmt dann beispielsweise die Funktionen der vorher erwähnten Steuerwicklung und Kompensationswicklung.
Für die Ausführung der Erfindung ist Aufbau, Art, Polzahl und Frequenz des Generators nicht entscheidend; beispielsweise ist sie sinngemäss auch bei Maschinen der Klauenpoltype anwendbar.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in Fig. 1 bis 3 der Zeichnung schematisch dargestellt. Dabei zeigt Fig. 1 eine Anordnung mit einem feststehenden Erre gerteil und einem rotierenden Wechselstromteil; bei Fig.2 ist das Erregerteil rotierend, während die Wechselstromwicklungen im Stator ruhend angeordnet sind;
die Fig.3 schliesslich zeigt eine Ausführung, bei der die Wechselstromwicklungen für den Nutzkreis und für den Hauptfeldkreis mit seinem Stromrichter elektrisch nicht verbunden sind. In Fig. 1 bezeichnet 1 den als feststehend angenom menen Erregerteil. Der Wechselstromteil 2 rotiert; er besteht aus einer in Stern geschalteten Drehstromwick- lung mit den Phasen R, S, T. An den Phasenenden sind die Anoden eines Stromrichters 3 angeschlossen.
Es handelt sich in dem Ausführungsbeispiel um einen dreiphasigen Quecksilberdampfgleichrichter mit Gitter steuerung. Seine Kathode ist über eine Gleichstromdros sel 4 mit dem Sternpunkt der Generatorwicklungen verbunden. In der praktischen Ausführung wird man eine möglichst grosse Phasenzahl vorsehen. Die Gittersteue rung für den Stromrichter ist aus dem Wechselstromnetz abgeleitet und wird beispielsweise mit Hilfe eines Dreh reglers 5 so einreguliert, dass im Gleichstromkreis trotz der Herabregelung auf eine sehr kleine Spannung noch kein lückender Strom auftritt.
Die Enden der Phasenwicklungen R, S, T sind ferner über einen Gleichrichter 9 und eine Drossel 6 mit dem Verbraucher 7 und über einen Shunt 8 mit dem Stern punkt verbunden. An den Shunt 8 ist eine zweite Steuerwicklung im Erregerteil 1 der Maschine ange schlossen, die zur Kompensation der Ankerrückwirkung dient. Anstelle einer Gleichstromnutzlast kann der Wechselstromgenerator in seinen Hauptwicklungen auch auf der Wechselstromseite belastet werden.
In der Fig. 2 ist die Konstruktion und Wirkungsweise des Generators für den Fall dargestellt, dass das Feld rotiert und die Wechselstromwicklungen im Stator ru hend angeordnet sind. Der Rotor 20 trägt die kleine Steuerwicklung 21 für das Feld, die auf verhältnismässig kleinen Polen angeordnet ist. Diese Steuerwicklung ruft in der Wicklung 22, die eine Phase des auf null regulier ten Gleichrichters darstellt, entsprechend dem geringen Widerstand dieses Kreises einen grossen Strom hervor, der das Hauptfeld der Maschine (Pfeil 23) zur Folge hat, das sich über den wicklungslosen Teil des Rotors schliesst.
Dieses Hauptfeld ruft infolge der Rotation in der Phase 25 der im Stator angeordneten Wechselstrom wicklung die EMK hervor, die im gezeichneten Augen blick gerade ihr Maximum hat.
Für die Speisung der Steuerwicklung sind in Fig. 2 Schleifringe 25 eingezeichnet, über die Steuer- und Regel befehle zugeführt werden. Es kann aber auch eine Hilfserregermaschine mit kleinem mitrotierenden Gleich richter vorgesehen sein, die die Schleifringe überflüssig macht und deren Erregerwicklung die Steuerbefehle zur Regelung und Kompensation ruhend zugeführt werden können.
Die Fig.3 schliesslich zeigt eine Ausbildung des Generators, bei der die Wechselstromwicklungen für den Nutzkreis und für den Hauptfeldkreis mit seinem Strom richter elektrisch nicht verbunden sind. Die Anordnung besteht wieder aus dem Erregerteil 1, der als rotierend angenommen ist. Der Wechselstromteil besteht aus zwei elektrisch getrennten, je für sich in Stern geschalteten Drehstromwicklungen 2', 2" mit den Phasen R', S', T' bzw. R", S", T". Teil 2' ist wie bei Fig. 1 über einen Gleichrichter 9, eine Drossel 6 mit dem Verbraucher 7 und über einen Shunt 8 mit dem Sternpunkt verbunden.
Teil 2" dagegen ist an eine sechsphasige Gleichrichter schaltung angeschlossen. Obwohl auch in diesem Ausfüh rungsbeispiel die dreiphasige Wicklungsanordnung noch beibehalten ist, ist im Stromrichterkreis eine Schaltung gewählt, die sechsphasig arbeitet, somit eine stetigere Wirkung ausübt und eine geringere Induktivität als Drossel im Gleichstromkreis benötigt. Je mehrphasiger der Kurzschlusskreis ausgebildet wird, um so gleichmässi- ger ist das erzeugte Hauptfeld und um so rascher kann es, entsprechend der verringerten Drossel im Gleichstrom kreis, den Steuerbefehlen folgen.
Nachstehend werden Wege angegeben, wie bei ohm- scher Belastung der Wechselstromamplidyne die Anker rückwirkung in ihrem Einfluss auf das Funktionieren der Maschine kompensiert wird.
Zu diesem Zweck wird der beispielsweise in einer Wechselstromphase fliessende Strom zweckmässig unter Zwischenschaltung eines Stromwandlers gleichgerichtet, an dessen sekundärer, vorzugsweise ohmscher Bürde die Kompensationswicklung der Amplidyne angeschlossen ist, die dieselbe Lage hat wie die Steuerwicklung in der Amplidyne. In der Zeichnung Fig. 4 bis 6 sind schema tisch einige Ausführungsbeispiele der Erfindung darge stellt.
Die Fig. 4 zeigt den Erregerteil 200, der feststehend oder rotierend sein kann und aus der eigentlichen Feldwicklung 201 und der gleichachsig angeordneten Kompensationswicklung 202 besteht. Der rotierende bzw. feststehende Wechselstromteil 203 enthält eine in Stern geschaltete Drehstromwicklung mit den Phasen R, S, T. Die übrige Schaltung des Wechselstromteils ist nicht dargestellt, aber die gleiche wie in den früheren Ausfüh rungsbeispielen. In der Phase R liegt ein Stromwandler 204, dessen Sekundärkreis Gleichrichter 205 und eine Bürde 206 enthält, an die die Kompensationswicklung 202 angeschlossen ist.
In einer Abwandlung dieser Ausführungsform kön nen auch alle Phasen des Wechselstromgenerators zur Kompensation der Ankerrückwirkung ihrer ohmschen Belastung herangezogen werden. Das kann beispielsweise durch Verdreifachung der in Fig. 4 dargestellten Anord nung erfolgen, wobei auch drei Kompensationswicklun gen in der Amplidyne vorgesehen werden können.
Eine andere vorteilhafte Ausführungsform ist in Fig. 5 schematisch und vereinfacht dargestellt. In allen Phasen R, S, T des nicht dargestellten Wechselstromteils sind Stromwandler 210, 211, 212 enthalten. Auf ihrer Sekundärseite sind sie in der dargestellten Weise mitein ander verbunden und mit Gleichrichtern 213 bis 215 versehen, die unter Zwischenschaltung einer Bürde 216 zur Speisung der Kompensationswicklung 202 dienen. Für die entgegengesetzte Stromrichtung sind ebenfalls Gleichrichterelemente 216 bis 218 und eine Bürde 219 vorgesehen, so dass die Stromwandlerbedingungen erfüllt und die Wandler gegen eine Gleichstrommagnetisierung geschützt sind.
Dieser zweite Stromkreis der Wandlerbelastung kann in gleicher Weise wie die erstgenannte Hälfte zur Spei sung der Kompensationswicklung herangezogen werden, wenn man sie, wie in Fig. 5 gestrichelt dargestellt ist, an die Summe der Spannungen beider Bürden anschliesst.
Schliesslich kann bei der drei- oder mehrphasigen Anordnung die Gleichspannung zur Speisung der Kom pensationswicklung noch in der Weise erzeugt werden, dass man die an den Bürden der Einzelwandler abgegrif fenen Wechselspannungen verkehrt in Reihe schaltet und dann die Gleichrichtung vornimmt. Die Fig.6 zeigt wiederum je einen Stromwandler 220, 221, 222 in den Phasen R, S, T des nicht dargestellten Wechselstromteiles. An jeden Wandler ist eine Bürde 223, 224, 225 ange schlossen. Über Gleichrichter 226, 227 und Widerstände 228, 229 ist die Kompensationswicklung 202 angeschlos sen. Diese Anordnung kommt mit einer geringeren Zahl von Gleichrichtern aus, ergibt allerdings eine etwas grössere Welligkeit.
Bei dem vorerwähnten Weg, den Einfluss der Wirk strombelastung bei der Wechselstromamplidyne auszuglei chen, handelt es sich um eine richtige Kompensation, denn von der Ursache, dem Belastungsstrom, wird die Massnahme abgeleitet, die die Auswirkung dieser Ursa che verhindert. Die EMK (und bei geringer überkompen- sation auch die Klemmenspannung) des Wechselstromge- nerators bleibt damit unverändert, wenn die Maschine statt im Leerlauf in einem ihr zumutbaren Wirkstrom-Bela- stungszustand arbeiten muss.
Die in dem Zusatzpatent angegebene Ausführung gilt für rein ohmsche Belastung. Derselbe Weg eignet sich aber auch für die Kompensa tion der Wirkkomponente bei einer gemischten Bela stung, wenn zusätzliche Mittel vorgesehen werden, die dafür sorgen, dass der in gleicher Achse wie die Steuer wicklung liegenden Kompensationssteuerwicklung eine Gleichspannung zugeführt wird, die in ihrer Grösse nur der Wirkkomponente der gemischten Belastung ent spricht.
Die Kompensation der Wirkstrom-Ankerrückwirkung muss bei der Stromrichteramplidyne sehr genau erfolgen, da die Leistung der Steuerwicklung verhältnismässig schwach ist. Eine unvollkommene Kompensation des starken Ankerfeldes könnte die ordnungsgemässe Funk tion des Steuerfeldes stören und der Störbetrag würde über den Stromkreis des kurzgeschlossenen Stromrichters verstärkt das Hauptfeld beeinträchtigen. Die Wandler zur Speisung der Kompensationswicklung müssen die zum Ausgleich des Wirkstrombelages erforderliche Gleich stromleistung aufbringen. Die Kompensationswicklung wird zweckmässig dem gegenüberliegenden Strombelag entsprechend verteilt angeordnet.
Die Wechselstromam- plidyne gleicht in dieser Hichsicht weitgehend der be kannten Gleichstromamplidyne mit Kompensationswick lung.
In allen Wechselstromgeneratoren werden die Feld verhältnisse viel stärker und störender durch die Rück wirkung des induktiven oder kapazitiven Blindstromes als durch die des ohmschen Stromes beeinträchtigt. Beim Blindstrom ist eine Kompensation, die von der Ursache ausgeht und sie ausgleicht aber so schwer zu verwirkli chen, dass man in der Praxis ganz darauf verzichtet und sich darauf beschränkt, die auftretende Endwirkung, nämlich die Spannungsänderung der Maschine zu beseiti gen. Mit einer hochentwickelten Regelungstechnik, die genau und rasch genug arbeitet, lassen sich alle Anforde rungen erfüllen.
Dieses bestechend einfache Verfahren kann aber tech nisch oder wirtschaftlich seine Grenzen finden, wenn man gezwungen wird, die Maschinen grösser als notwen dig zu bauen und trotz grösseren Kupfer- und Eisenauf wandes schwierigere Kühlprobleme in Kauf zu nehmen, sowie für die Zwecke der raschen Regelung unnötig grosse Erregerspannungen bereitzuhalten und anzuwen den und damit zugleich auch die Raumnot in der Maschine weiter zu vergrössern.
Die Stromrichteramplidyne kann natürlich auch so benützt werden, dass einfach die bei Belastung auftreten den Spannungsänderungen durch Regeleingriff wieder rückgängig gemacht werden. Dank der Verstärkerwir- kung bedarf es dazu sogar nur einer geringen Steuerlei stung in der Steuerwicklung und die Auswirkung über den Stromrichterkurzschlusskreis erfolgt besonders rasch.
Aufgrund der Wirkungsweise der Stromrichterapli- dyne lässt sich aber auch eine wirkliche Kompensation der Blindstrom-Ankerrückwirkung erreichen, die eine ausserordentlich günstige Lösung darstellt.
Anhand der Wirkungsweise der Stromrichterampli- dyne soll dieser Weg an dem einfachen Schema der Fig. 7 klargelegt werden. Die beispielsweise ruhend angeordnete Steuerwicklung<B>301</B> ruft das kleine Steuerfeld (Vektor F1) hervor, das in dem Stromrichterkreis 302 den Kurzschlussstrom zurFolge hat, der seinerseits das Haupt feld der Maschine aufbaut.
Im Liniendiagramm Fig. 8a ist diese treibende Spannung gezeichnet, wobei sie deswe gen als Gleichspannung auftritt, weil sich gemäss den einleitenden Erläuterungen die einzelnen Phasen des vielphasigen Systems ablösen. Der Fektor FZ des da durch entstehenden Hauptfeldes steht senkrecht zu der betrachteten Phase des Stromrichterkurzschlusskreises 302 und ist in seiner Grösse von dem Steuerfeld abhän gig.
Dadurch, dass die Wicklungen des Generators dieses Hauptfeld FZ schneiden, entsteht in ihnen die EMK. Sie ist für die Phase 303 der Wechselstroinwicklung, die beispielsweise in derselben Nut wie die gezeichnete Phase des Stromrichterkurzschlusskreises 302 untergebracht ist, in dem in der Zeichnung dargestellten Augenblick gerade Null.
Wird nun die Wechselstromphase 303 beispielsweise mit reiner Blindlast durch die eingezeichnete Drossel 304 belastet, so fliesst in ihr ein Strom, der im gezeichneten Augenblick beim Nulldurchgang der Wechselspannung gerade seine Amplitude hat und mit seinem Ankerfeld dem Hauptfeld F_ der Maschine genau entgegenwirkt. Dadurch würde das Hauptfeld, wie bei jeder Wechsel strommaschine, am stärksten geschwächt.
Es ist aber die im Liniendiagramm Fig. 8a dargestellte Spannung nicht die einzige Spannung, die in dem Kurz- schlussstromkreis 302 wirksam ist. Es addiert sich hierzu die Spannung des Stromrichters, die im Liniendiagramm Fig. 9 dargestellt ist und in ihrem Mittelwerk für Leerlauf (Fig. 9a) gerade null zeigt. Den Einfluss des Blindstromes und damit der Ankerrückwirkung der Phase 303 kann man nun dadurch kompensieren, dass im Stromrichter pfad 302 ein ihr entgegengesetzter Strom hervorgerufen wird.
Dies ist mit Hilfe einer geringen Phasenverschie bung in der Aussteuerung des vielphasigen Stromrichters möglich. Durch diese Aussteuerung werden zwar die Kommutierungsaugenblicke auch für die von der Steuer wicklung hervorgerufene treibende Gleichspannung etwas verschoben, doch ist diese Wirkung auf die Amplitude, wie Fig. 8b zeigt, äusserst gering.
Andererseits hat die geringe Phasenverschiebung in der Aussteuerung, wie Fig.9b zeigt, eine erhebliche Veränderung der vom Stromrichterpfad herrührenden Spannung zur Folge, so dass deren Mittelwert, entsprechend dem gewählten Winkel der Verschiebung der Aussteuerung, einen positi ven Mittelwert der Gleichspannung erreicht, wie dies in dem Liniendiagramm Fig.9b dargestellt ist. In dem Liniendiagramm Fig. 10 sind die durch die Glättungswir- kung der Stromrichterdrossel hervorgerufenen tatsächli chen Erregerströme für das Feld ihrem prinzipiellen Verlauf nach angedeutet.
Bei dieser Ausführung des Verfahrens entsteht also in dem Stromrichterkreis 302, wenn man die einzelnen Komponenten getrennt betrachtet, praktisch der gleiche Strom wie im Leerlauf für die Spannungserzeugung unter Einfluss der treibenden Spannung gemäss Fig. 8b und ein Kompensationsstrom unter dem Einfluss der Spannung des gesteuerten Stromrichters entsprechend Fig. 9b. Die ser letztgenannte Kompensationsstrom ist in dem be- trachteten Zeitabschnitt dem Blindstrom in der Phase 303 entgegengesetzt.
Es leuchtet ein, dass, wenn er gleich gross ist, die Ankerrückwirkung der beiden in derselben Nut liegenden Wicklungen null ist und somit das Steuer feld die Leerlaufspannung auch im Falle der induktiven Belastung aufrechterhalten kann. Wie weitgehend es sich um eine wirkliche Kompensationswirkung handelt, kann man daraus erkennen, dass, entsprechend einem eingangs erwähnten Vorschlag die Wicklung 302 des Stromrichter- kurzschlusskreises und die entsprechende Wicklung 303 des Blindstrombelastungskreises identisch sein können. Dann tritt in dem betrachteten Zeitabschnitt eine völlig gegenseitige Aufhebung dieser beiden Teilströme auf.
Es hat also in dieser Zeit weder der Blindstrom noch sein Kompensationsstrom Stromwärmeverluste zur Folge. Der Drosselstrom bleibt ausserhalb der Maschine und fliesst solange über das Stromrichterventil. Es liegt in der Natur der Sache, dass eine derart vollkommene Kompen sation, wie sie hier für einen kurzen Zeitabschnitt und für eine Phase des Drehstromsystems betrachtet wurde, während das System des Stromrichterkurzschlusskreises möglichst vielphasig ausgebildet werden soll, sich bei der praktischen Verwirklichung der Maschine nur zu einem Teil wird ausnützen lassen.
Immerhin ist damit ein Prinzip der wirklichen Kompensation der Blindstroman- kerrückwirkung gegeben.
Das eben beschriebene Verfahren zur Blindstrom kompensation lässt sich sinngemäss auch auf den Fall der kapazitiven Blindstrombelastung übertragen. In der Fig. 7 ist anstelle der Belastungsdrossel 304 gestrichelt ein Kondensator 305 als kapazitiver Belastungsfall gezeich net. Der kapazitive Blindstrom hat bekanntlich eine Verstärkung des wirksamen Hauptfeldes zur Folge, die durch sinngemässe Übertragung des eben beschriebenen Kompensationsverfahrens, ebenfalls von der Ursache ausgehend, kompensiert werden kann.
In dem Liniendia gramm Fig. 8c ist für diesen Fall der Verlauf der von der Steuerwicklung hervorgerufenen treibenden Spannung im Stromrichterpfad gezeichnet. Der Stromrichter selbst muss jetzt durch geringe Phasenverschiebung der Steue rung im entgegengesetzten Sinn wie bei der induktiven Belastung zu einer negativen Spannung, wie sie im Liniendiagramm Fig. 9c dargestellt ist, ausgesteuert wer den. Die resultierende Wirkung der beiden Spannungen nach Fig. 8c und 9c ist dann der Erregerstrom gemäss Fig. 10c, der die Kompensation beinhaltet.
Es ist in einem der früheren Ausführungsbeispiele für den Stromrichterkurzschlusskreis auch eine gesteuerte Ventilgruppe für die entgegengesetzte Stromrichtung vor geschlagen. Dies gilt für den Fall, dass z.B. für rasche Änderungen dem Generator eine Gegenerregung gegeben werden muss. Beispielsweise wäre dies denkbar, wenn was praktisch nie vorkommen wird - die kapazitive Blindlast einen so grossen Wert erreicht, dass ihre Wirkung auf das Hauptfeld der Maschine so gross wird, dass sie die normale Erregung durch das Steuerfeld so weit übersteigt, dass nur durch eine Gegenschaltung des im Kurzschlussstromkreis des Stromrichters fliessenden Kompensationsstromes eine übergrosse Spannung vermie den werden kann.
Will man die oft sehr hohen Anforderungen an die Genauigkeit der Spannungshaltung eines in der Belastung beliebig schwankenden Wechselstromgenerators erfüllen, so wird es vorteilhaft sein, die beschriebene Kompensa tion im Sinne einer Grobregelung anzuwenden und zusätzlich als Feinregulierung von der Spannungsrege lung über die Steuerwicklung Gebrauch zu machen. Abschliessend sei noch das Problem der Kommutie- rung behandelt.
Bei vielphasiger Anordnung steht in der Querfeldwicklung nur eine geringe Kommutierungsspan- nung zur Verfügung, denn diese Querfeldwicklung soll ja nur zu Zeiten ihrer durch das Steuerfeld und die Bewegung hervorgerufenen Spannungsamplitude den zur Erzeugung des Hauptfeldes notwendigen Strom führen. Diese geringe Kommutierungsspannung kann daher die Weitergabe des Stromes an die Folgephase unter Um ständen nicht ausreichend schnell und sicher bewirken.
Hinzu kommt, dass die einzelnen Phasen bei der Erzeu gung der Querfeld-Amperewindungen nicht punktweise, sondern jeweils für eine gewisse, wenn auch nur kurze Zeit Strom führen. Dies hat zur Folge, dass der Kommutierungsvorgang nicht im Augenblick des Span nungsmaximums der vom Steuerfeld hervorgerufenen EMK, d.h. im Nulldurchgang der entsprechenden Haupt phasenspannung erfolgt. Somit ist die durch das viel grössere Hauptfeld in der Wicklung induzierte EMK nicht zu vernachlässigen und kann unter Umständen den gewünschten Ablauf stören oder verhindern.
Daher ist vorgesehen, dass zur Sicherung der Kom- mutierung die vom Hauptfeld hervorgerufene Kompo nente der Spannung im Stromrichterkreis allein ausgegli chen wird in der Weise, dass in Reihe mit dem gesteuer ten Stromrichter wenigstens eine der vom Hauptfeld induzierten Spannung entgegengesetzt gerichtete, etwa gleich grosse Spannung eingefügt wird. Durch solche zusätzliche Kommutierungsspannungen kann der Stromübergang und die Phasenablösung im gewünschten Zeitpunkt erzwungen werden. Ausserdem kann man an sich bekannte Hilfsmittel wie z.B. Kommutierungskon- densatoren, heranziehen.
Ferner wird man Hindernisse, die die Ausbildung des Stromes in der Folgephase beeinträchtigen, weitgehend ausschalten, z.B. durch Kompensation der Reaktanzen mit Hilfe von Kondensa toren. In den Zeichnungen Fig. 11 und 12 sind schema tisch Schaltungen dargestellt mit Einführung zusätzlicher Kommutierungsspannungen über einen Transformator. Die Diagramme in Fig. 13 dienen zur Erläuterung.
Bei der Anordnung gemäss Fig.ll ist zunächst angenommen, dass eine Wicklung 400 das Hauptfeld erzeugt. Eine Phase 401 der unilaufenden Wicklungen ist dargestellt. In einem Stromrichterkreis 402 befinden sich gesteuerte Stromrichter 403, die die gleiche Funktion wie früher haben. Zusätzlich ist ein Transformator 404 vorgesehen, dessen Sekundärwicklung in Reihe mit dem gesteuerten Stromrichter 403 liegt. Ausserdem kann ein weiterer Transformator 405 vorgesehen sein, von dem nur die Sekundärwicklung gezeichnet ist und der dazu dient, eine zusätzliche Kommutierungsspannung einzu führen.
In Reihe mit dieser Anordnung liegt noch eine Drossel 406 und parallel zu den Transformatoren 404, 405 und dem gesteuerten Stromrichter 403, liegt ein Kondensator 407, dessen Funktion später noch erläutert wird.
Bei dieser Anordnung wird die vom Hauptfeld her vorgerufene Komponente der Spannung im Stromrichter kreis allein ausgeglichen dadurch, dass in Reihe mit dem gesteuerten Ventil 403 eine der vom Hauptfeld induzier ten Spannung entgegengesetzt gerichtete, aber etwa gleich grosse Spannung mittels des Transformators 404 einge fügt wird. Der Transformator ist für jede Phase vorgese hen. Gestrichelt ist in Fig. 11 die Schaltung der Folgepha se gezeichnet.
Für den Fall, dass die allen Phasen gemeinsame Gleichstromdrossel auch den Hauptanteil des ohmschen Widerstandes des Querfeldstromkreises enthält, lässt sich so durch die transformatorische Gegenschaltung der Einfluss der vom Hauptfeld hervorgerufenen Spannung auf den Kommutierungsablauf genau aufheben.
In Weiterbildung des Erfindungsgedankens lässt sich durch das Übersetzungsverhältnis des Transformators 404 auch eine Überkompensation der vom Hauptfeld erzeugten Störspannung erreichen. Auf diese Weise wird es möglich, allein durch die über den Transformator 404 eingefügte Hilfsspannung die Kommutierung exakt und rasch zu erzielen. Der Transformator 405 und die mit seiner Hilfe eingefügte Zusatzspannung wird dabei ent behrlich. Das Schaltbild Fig. 12 zeigt diese vereinfachte Schaltung.
Die Diagramme Fig. 13 dienen, wie bereits gesagt, zur Erläuterung der Wirkungsweise. Dabei zeigt Fig. 13a den gewünschten Verlauf der Kommutierung, bei der der Spannungsverlauf allein vom Steuerfeld abhängt und unter der Annahme, dass keine durch das Hauptfeld bedingte Störspannung vorhanden ist. Der Spannungsver lauf ist also vom Steuerfeld allein hervorgerufen. Die Fig. 13b zeigt, wie die Kommutierung der resultierenden (gestrichelten) Spannungskurve durch die Störspannung verspätet und damit beeinträchtigt werden kann.
Die Fig. 13c schliesslich zeigt die Überkompensation und die dadurch gewonnene Vergrösserung der Kommutierungs- spannung. Die gestrichelt gezeichnete resultierende Span nungskurve ergibt eine gesicherte Kommutierung.
Durch das Einfügen der mit Streuung und Induktivi- tät behafteten Transformatoren 404 bzw. 405 wird die gesamte im Kommutierungskreis liegende wirksame In duktivität vergrössert. Das kann die Ausbildung des Stromes in der Folgephase beeinträchtigen. Nach einem weiteren Beispiel sind daher Kondensatoren 407 parallel zu dem gesteuerten Stromrichter und den Transformato ren 404, 405 geschaltet, die diese zusätzlichen Induktivi- täten und gegebenenfalls auch die Eigeninduktivität der Wicklung weitgehend kompensieren.
Die Spannungskur ve der Klemmenspannungen mit ihrer Strombelastbarkeit wird durch diese nur im Stromrichterkreis wirksamen Hilfsmittel in keiner Weise beeinträchtigt.