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Schaltungsanordnung zur Gleichstromvormagnetisierung einer Gruppe
von Stromwandlern, insbesondere für Regel- und Steuerzwecke Es ist bekannt, daß
der von einem Stromwandler abgegebene Strom durch Gleichstromerregung des Stromwandlerkernes
beeinflußt werden kann. Bisher mußte aber der Gleichstromkreis eine große Wechselstromimpedanz
enthalten, damit er keine unzulässige Belastung der Stromwandler bewirkt.
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Gemäß der Erfindung kann man eine Gruppe von Stromwandlern mittels
Gleichstromerregung steuern, ohne daß die Gleichstromkreise eine Belastung der Stromwandler
darstellen. Die Erfindung ermöglicht ferner die Einführung des Gleichstromes in
die Laststromwicklungen ohne besondere Steuerwicklungen. Die Erfindung ist dadurch
gekennzeichnet, daß die Sekundärwicklungen der Stromwandler zu einem symmetrischen
Mehrphasensystem mit einem Nullpunkt verbunden sind, der über eine Gleichstromquelle
mit dem Nullpunkt eines an den genannten Sekundärwicklungen angeschlossenen zweiten
symmetrischen Mehrphasensystems verbunden ist. Die Anordnung ist besonders vorteilhaft,
wenn auch das andere symmetrische Mehrphasensystem aus Sekundärwicklungen einer
anderen Gruppe von Stromwandlern aufgebaut ist. Die beiden Stromwandlergruppen brauchen
in diesem Falle nicht von demselben Primärstrom beaufschlagt zu sein.
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Die Wirkungsweise der Erfindung und einige ihrer Vorteile sind an
Hand der Zeichnung beschrieben, in der die Fig. 1 und 2 verschiedene Ausführungsformen
der Erfindung zeigen und Fig. 3 eine weitere Ausführungsform der Erfindung, die
für eine Anordnung zur Spannungsregelung eines selbsterregten Synchrongenerators
bestimmt ist.
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In Fig. 1 bedeutet 2 eine Dreiphasenbelastung, die an den Klemmen
1 eines Dreiphasennetzes angeschlossen ist. In die drei Anschlußleitungen sind Stromwandler
3, 4, 5 eingeschaltet, und die Sekundärwicklungen der Stromwandler bilden eine Sternschaltung
mit Nullpunkt 11. Die freien Enden der Sekundärwicklungen sind an drei Belastungsimpedanzen
6, 7, 8 angeschlossen, die auch sterngeschaltet sind; der Nullpunkt ist mit 12 bezeichnet.
Die beiden Nullpunkte 11 und 12 sind an eine Gleichstromquelle 9 angeschlossen.
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Vorausgesetzt, daß die Sekundärwicklungen der Stromwandler 3, 4, 5
so angeordnet sind, daß sie ein symmetrisches Dreiphasensystem bilden und ebenso
auch die Impedanzen 6, 7, 8, wird kein Wechselstrom durch die Gleichstromklemmen
9 fließen, auch wenn diese Klemmen kurzgeschlossen werden. Die Gleichstromquelle
bewirkt deshalb keine Belastung der 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. 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, und kein
Wechselstrom wird in die Sekundärwicklungen transformiert. Wenn der Gleichstrom
von diesem Grenzwert ab vermindert wird, gehen die Stromwandler allmählich zum normalen
Betrieb über, und der abgegebene Wechselstrom wird so eine eindeutige Funktion des
Gleichstromes, der durch die Nullpunkte 11 und 12 fließt, wenn 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 der Belastung; seine Größe variiert von Null über
ein Maximum zurück zu Null, wenn die Gleichstromerregung von Null zur vollen Sättigung
vergrößert wird. Auch
bei gleichstromerregten Kernen bewirkt deshalb
die Gleichstromquelle keine Grundfrequenzbelastung des Stromwandlers.
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Fig. 2 zeigt eine Anwendung der Er fuidung. Eine Belastung 2 ist an
eine Wechselstromquelle 1 angeschlossen, und in den Anschlußlei.tungen liegen die
Stromwandler 3, 4, 13, 14. Die Sekundärwicklungen der Stromwandler 3, 4 und 13,
14 sind paarweise zu symmetrischenZweiphasenschaltungen verb:undtn. Die freien Enden
der Sekundärwicklungen sind an den Punkten 23, 24 in Parallelschaltung an eine Belastung
angeschlossen:, die als Relaisspule 16 dargestellt ist. Zwischen den beiden Nullpunkten
11 und 12 der beiden Zwedphasensysteme liegt eine Gleichspannung, die von einem
an einer Gleichstromquelle 9 angeschlossenen Potentiometer 10 abgenommen wird. Die
Anordnung gemäß Fig. 2 unterscheidet sich von der gemäß F.ig. 1 im wesentlichen
dadurch., daB die beiden symmetrischen Mehrphasensysteme aus Sekundärwicklungen
von Stromwandlern aufgebaut sind, die vom selben. Wechselstrom heaufschlagt sind.
Ein vom Potentäometer 10 entnommener 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 Äquipotentialpunkte
sind. Aus reinen Symmetriegründen muß deshalb der Strom, der durch die Belastung
16 fließt, ein reiner symmetrischer Wechselstronn sein, im Gegensatz zur Anordnung
gemäß Fig. 1. Die beiden Stromwandlergruppen sind, wie angegeben, parallel gesch21:tet
und führen deshalb jede einen Teil des Belastungsstromes. Die Stromwandler können
deshalb kleiner gemacht werden, als wenn nur die eine Gruppe die ganze Belastung
aufnehmen muß. Da die Stromwandler 3, 14 bzw. 4, 13 immer den gleichen Erregungszustand
haben, können ihre Kerne kombiniert werden, so: daß die Anordnung nur zwei Stromwandler
mit je zwei Sekundürwieklungen enthält.
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Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung und ihre Anwendung
in einer Anordnung für die Spannungsregelung eines selbsterregten Synchrongenerators.
In Fig. 3 bezeichnet 20 einen Synchrongenerator mit Belastungsklemmen 2 und .einer
Feldwicklung 21. Diese wird von einem Dreiphasengleichrichter 22 mit den Wechselstromklemmen
23; 24, 25 gespeist. Der Gleichrichter 22 ist an eine an sich bekannte Anordnung
zur Selbsterregung angeschlossen, welche die vom Belastungsstrom des Ge= nerators
beaufschlagten Stromtransformatoren 3, 4, 5 und die von der abgegebenen Generatorspannung
bzw. von dem ihr proportionalen Strom beaufschlagten Stromtransformatoren 13, 14,
15 enthält. Die beidenStromwandlergruppen sind inParallelschal'tung an die Wechselstromklemmen
23, 24, 25 des Gleichrichters 22 angeschlossen. Die Feldwicklung des Generators
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 bekannt, daß die abgegebene Spannung eines -idealen Generators un-abhängig
von d'er Größe und Phasenwinkel der Belastung bleibt, wenn der Primärstrom der Wandler
13, 14, 15 gegenüber der Generatorspannung um 90° phasenverschoben ist. Dies wird
gemäß der Fig. 3 dadurch erreicht, daß dGe Strom"vandller 13, 14, 15 vom Strom einer
induktiven oder kapazitiven Dreiphasenbelasttung 17 benufschlagt sind, die an die
Belastungsklemmen 2 des Generators angeschlossen ist. In der gezeigten Anordnung
ist also: der Generator 20 im normalen Fall selbstregelnd, und da das Feld 21 von
Stromwandlern gespeist ist, stelil.t sich die Erregung schnell nach Belastungsänderungen
ein. Diese selbstregelnde Wirkung ist aber gegen die von Drehzahländerungen des
Generaters bewirkten Spannungsänderungen unwirksam, und die Regelung ist unsicher
bei kleinen Erregungen, wenn die Remanenz der Pole des Generators die Magnetflüsse
bestimmt.
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Damit die Spannung des Generators einfach einstellbar wird, so d@aß
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 mit Hilfe einer Anordnung gemäß der
Erfindung dadurch, d'aß die Sekundärwidclu.ngen der beiden 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 beiden Nullpunkte 11, 12 sind gemäß Fdg. 3 an die Gleichs.tromsei.te 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 die 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
Trans@duktoms entgegenwirkt, während die der Genereitorspannung proportionale Erregung
in der Steuerwicklung 34 die Selbsterregung übersteigt. Die Anordnung ist im Gleichgewicht,
wenn die beiden Steuererregungen des Transduktarso 32 sich aufheben, und eine Vergrößerung
der abgegebenen Spanhung des Generators über diesen Wert bewirkt eine Aussteuerung
des Transduktors und deshalb eine ver= größerteGleichstroinerregung der Stromwandler
3, 4, 5 und 13, 14, 15, was eine Verminderung des Wechselstromes zur Folge hat,
mit dem der Glei'ehrichter 22 gespeist wird. Hierdurch, wird die Erregung des Generators
vermindert und so auch die Generatoxspamiung, bis das Gleiahgewilcht wieder erreicht
ist.
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Die für die Gleichstromerregung der StromwandJergruppen 3, 4, 5 und
13, 14, 1.5 verwendete Schaltung entsprilcht der in Fig. 2 gezeigten Schaltung,
abgesehen nur davon, daß die Schaltung in Fig. 3 dreiphasig isst und die beiden
Stromwandlergruppen von verschiedenen Primärströmen beaufschl)agt sind. Die Anschlußpunkte
23, 24, 25 für die Belastung der Stromwandler sind aber auch in Fig: 3 Äquuipotentiah
punkte für den Gleichstrom, und keine Gleichstrom= komponente kann deshalb in dem
Strom entstehen, mit dem der Gleichrichter-22 gespeist wird. Trotz* der scheinbaren
Ursymmetrie, die dadurch entsteht, daß die beiden Stromwandlergruuppen von verschiedenen
Primärströmen be.au:fsichlagt sind, wird deshalb dlie Speisewechselspannung dies
Gleichrichters 22 symmetrisch. Dies isst ein besonderer Voorteill dieser S:cbal.-tung,
weil man den GleiLchrichter 22 sonst vergrößern müß.te, wenn der eingespeiste °
Wechselstxom -unsymmetrisch, ist.
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Wie aus der Fig. 3 ersichtlich ist, besteht die Anordnung im wesentlichen
aus Geräten, dir normalerweise bei selbsterregten Generatoren verwendet werden.
Durch die Erfindung ist es also möglich, eine sehr gute und bei allen vorkommenden
Störungen wirksame Spannungsregelung zu erhalten m:it dem
nur unbedeutenden
Auf wand für den Transduktor 32 mit zugehörigem Gleichrichter.
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Es hat sich auch gezeigt, daß das System am besten so bemessen wird,
d'aß die größte Gleichstromerregung der Stromwandler vorhanden ist, wenn der Generator
unbelastet ist. Dies bedeutet, daß die Stromwandler 3, 4, 5 thermvsch nur für den
Belastungsstrom d@imensiioniert werden müssen: und deshallb nicht größer werden
als in einem System, das ruft keiner Gleichstromerregung der Wandler versehen ist.
Die Schaltung gemäß Fi;g. 3 hat dieselben guten dynamischen Eigenschaften wie die
bekannte Anordnung ohne Gleichstromerregung, weil die Zeitverzögerung im Transduktor
32 nur für die. zusätzliche Korrektur Bedeutung hat, die wegen der Unvollkommenheit
des bekannten Systems erforderlich ist.