-
Erregungseinrichtung für einen selbsterregten, geregelten und kompoundierten
Synchrongenerator Der Erregerstrom eines Synchrongenerators besteht aus dem zur
Erzeugung des Hauptflusses erforderlichen und aus dem zum Aufheben der Ankerrückwirkung
nötigen Teil. Diese beiden Stromanteile werden bei kompoundierten Generatoren zwei
verschiedenen, parallel an die Erregerwicklungen gelegten Stromquellen entnommen.
Als Stromquellen dienen dabei vom Synchrongenerator gespeiste elektrische Einrichtungen
mit großem innerem Widerstand gegenüber dem Widerstand der Feldwicklungen und des
Gleichrichters. Damit wird erreicht, daß diese Feldwicklungen unabhängig von den
Einflüssen des Polrad- undGleichrichterwiderstandes sowie der Bürstenübergangsspannung
den der jeweiligen Belastung entsprechenden Erregerstrom erhalten und dieser den
Belastungsschwankungen schnell folgen kann.
-
Die Fig.1 der Zeichnung zeigt eine bekannte Selbsterregerschaltung
dieser Art. Die Feldwicklung 10 erhält ihren Leerlauferregerstrom von der Ankerwicklung
des 50-Hz-Generators 11 über die Drosselspule 12 und den Gleichrichter 13. Der Belastungsstrom
des Generators 11 erzeugt in der ebenfalls als Stromquelle wirkenden Sekundärwicklung
des Stromwandlers 14 einen Strom, der sich dem über die Drosselspule 12 fließenden
Strom überlagert.
-
Die Hauptreaktanz des Stromwandlers 14 liegt parallel zum Eingang
des Gleichrichters 13 und leitet je nach ihrer Größe einen Strom zum Sternpunkt
der Stromwandlersekundärwicklungen ab. Mit dieser Einrichtung kann der Erregerstrom
des Generators bei Leerlauf und bei Belastung durch Vormagnetisierung des Stromwandlers
beeinflußt werden. Damit ist eine zusätzliche Regelung möglich, die in bekannter
Weise durch Steuerung der Vormagnetisierung der Stromwandler über die Sättigungsdrossel
16 und den Gleichrichter 15 durch die Generätorspannung erfolgt.
-
Für eine solche Regelung sind die Drosselspule 12 und der Stromwandler
14 so ausgelegt, daß sie mehr als den zur Induzierung der Nennspannung erforderlichen
Erregerstrom liefern würden, wenn nicht ein Teil dieses Stromes von der parallel
zum Gleichrichter 13 liegenden Hauptreaktanz der Stromwandler abgeleitet würde.
-
Um mit der vorbeschriebenen Selbsterregerschaltung nach Fig. 1 Spannungseinbrüche
und Spannungserhöhungen bedeutend schneller ausgleichen zu können, als es mit den
bekannten Schaltungen bisher möglich war, müßte sich der Strom in der Vormagnetisierungswicklung
bei plötzlichen Spannungsänderungen durch Belastungsströme im ersten Augenblick
sehr schnell ändern, um einen Erregerstrom zu erzeugen, der größer oder kleiner
ist, als zur Herstellung der Nennspannung des Generators erforderlich wäre. Diese
schnelle Änderung des Vormagnetisierungsstromes ist jedoch mit der Schaltung nach
Fig. 1 nicht zu erreichen, denn bei Generatorspannungssenkungen wird wohl der Wechselstrom
durch die Drosselspule 16 unverzögert fast zu Null, der Strom durch die Vormagnetisierungswicklungen
sinkt aber nach einer Exponentialfunktion ab, da sie durch den Gleichrichter 15
kurzgeschlossen sind. Bei plötzlichen Generatorspannungserhöhungen liegt an den
Klemmen des Gleichrichters 15 eine Spannung, die einen exponentialförmig ansteigenden
Strom in den Vormagnetisierungswicklungen hervorruft.
-
Bei einer anderen bekannten, für Synchrongeneratoren mit oder ohne
besondere Erregermaschine vorgeschlagenen Erregungseinrichtung wird die den Gleichrichtern
zugeführte Speisespannung in einem durch Gleichstrom vormagnetisierbaren Mischwandler
erzeugt, dessen Gleichstromvormagnetisierung zur Erhöhung der Regelgenauigkeit von
einem Spannungsregler gesteuert wird.
-
Dieser Spannungsregler besitzt außer je einer Steuerwicklung für den
Ist- und den Sollwert der Generatorspannung eine dritte Steuerwicklung, die über
einen Kondensator von den Stromänderungen am Ausgang der Dreiphasen-Gleichrichterbrückenschaltung
zur Gleichrichtung des Erregerstromes beaufschlagt wird.
-
Der Zweck der Erfindung ist, die Erregungseinrichtung eines selbsterregten,
geregelten und kompoundierten Synchrongenerators, wie sie in der Grundform in Fig.
1 der Zeichnung dargestellt ist, so auszugestalten, daß die Erregerwicklung des
Generators im Sinne einer Stoßerregung beeinflußt wird.
Das wesentliche
Merkmal der Erfindung besteht in der Einführung einer dem ersten Differentialquotienten
des Erregerstromes proportionalen oder annähernd proportionalen Spannung (oder eines
solchen Stromes) in den Vormagnetisierungskreis der Stromwandler. Dies kann beispielsweise
durch einen Transformator geschehen, dessen Primärwicklung im Regelkreis für die
Leerlauferregung zwischen Erregerwicklung und Gleichrichter und dessen Sekundärwicklung
im Stromkreis der Vormagnetisierungswicklung des Stromwandlers für die Lasterregung
liegt.
-
Die Fig.2 der Zeichnung zeigt das Schaltschema einer solchen Einrichtung.
Der Transformator 17 hat in seinem magnetischen Kreis einen Luftspalt, so daß bei
allen vorkommenden Betriebsverhältnissen Fluß und Durchflutung proportional sind.
Bezeichnet 01 die Durchflutung durch den Erregerstrom auf der Primärseite und 02
die Durchflutung durch den Strom auf der Sekundärseite des Transformators 17, so
gilt: 0 = 01 + 02,
0=C-0, wobei 0 -der Fluß des Transformators 17 und C ein
von der Auslegung abhängiger Wert der Dimension Vsec/A ist. Ist W2 die Sekundärwindungszahl
des Transformators 17, so gilt für die Sekundärspannung:
In Annäherung wird 02 im stationären Zustand konstant sein und während des dynamischen
Vorganges der Belastungsänderung im wesentlichen von der Größe des Widerstandes
18 abhängen. Dadurch besteht die Möglichkeit, den Verlauf der Spannung u2 durch
den Widerstand 18 so zu beeinflussen, daß eine optimale Wirkung erzielt wird. In
den meisten Fällen wird der Widerstand 18 entbehrlich sein.
-
Beim Einschalten von induktiven Verbrauchern kann in der Ständerwicklung
des Generators 11 ein Gleichstromglied auftreten. Dieses erzeugt in der Erregerwicklung
einen 50-Hz-Wechselstrom, der über den Transformator 17 in den Steuerkreis der Stromwandler
14 eindringt. Dort wird er durch die Induktivität der Steuerwicklungen stark geschwächt.
Um ihn ganz zu unterbinden, kann ein auf 50 Hz abgestimmter Serienschwingungskreis
19 angeordnet werden. Da dieser nur sehr kurzzeitig Strom führt, ist seine Auslegung
entsprechend zu wählen.
-
Bei unsymmetrischer Belastung des Generators 11 tritt in seiner Ständerwicklung
ein inverses Feld auf, das einen 100-Hz-Wechselstrom durch die Feldwicklung treibt.
Abhilfe ist, entsprechend dem im vorhergehenden Absatz Gesagten, durch einen auf
100 Hz abgestimmten Schwingungskreis möglich; dieser muß jedoch für Dauerbetrieb
ausgelegt werden, wenn dauernde Schieflast des Generators zugelassen wird.
-
Es ist auch möglich, beide Schwingkreise zugleich vorzusehen, ohne
daß gegenseitige Störungen oder Beeinträchtigungen der Arbeitsweise der Schaltung
auftreten. Ebenso ist es möglich, einen oder beide Schwingungskreise als Sperrkreise
auszubilden und in den Kreis des Vormagnetisierungsstromes zu legen.
-
Fig.3 zeigt als ein weiteres Ausführungsbeispiel ein anderes Schaltschema
der erfindungsgemäßen Einrichtung, das sich jedoch in seiner Wirkungsweise genauso
verhält wie die Einrichtung nach Fig. 2. Der Stromwandler hat zwei getrennte Steuerwicklungen,
von denen die eine in dem hier nicht gezeichneten Steuerstromkreis 15, 16 der Fig.
1 liegt. Statt des Transformators 17 der Fig.2 ist zur Differentiation die Drosselspule
20 vorgesehen. Die Widerstände 21 dienen, wie der Widerstand 18 der Fig. 2 der Steuerung
der Durchflutung. Die bei der Fig. 2 schon beschriebenen, in der Folge nicht mehr
gezeichneten Serien- oder Parallelschwingkreise können hier wie in den folgenden
Erregungseinrichtungen in bekannter Weise eingebaut sein.
-
Fig. 4 zeigt ein der Fig. 3 ähnliches Ausführungsbeispiel, bei dem
jedoch zwischen die Drosselspule 20 und den Steuerkreis der magnetische Verstärker
22 geschaltet ist. Eine entsprechende Verstärkerschaltung gilt für den Transformator
17 der Fig. 2. Zahlreiche andere, an sich bekannte Magnetverstärkerschaltungen eignen
sich ebenso für den vorliegenden Zweck.
-
Fig. 5 zeigt ein weiteres Schaltungsbeispiel für die Erregungseinrichtung
nach der Erfindung mit einem bereits (in einer Erregungseinrichtung nach Fig. 1)
als vorhanden angenommenen Selbstsättigungsverstärker 23. Auch hier läßt sich der
Verstärker 23 durch andere, bekannte Verstärkerschaltungen ersetzen.
-
Die Elemente der erfindungsgemäßen Erregereinrichtung werden zweckmäßig
zu einer Baueinheit zusammengefaßt, um sie nachträglich oder bei Bedarf einfach
in Erregergeräte der vorbekannten Art einbauen zu können.