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Anordnung zur Konstanthaltung der Spannung von selbsterregten Synchrongeneratoren
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Konstanthaltung der Spannung von selbsterregten
Synchrongeneratoren, wobei das Feld des Generators über die Primärwicklung eines
Transformators mit festem Übersetzungsverhältnis und einen Gleichrichter selbständig
lastabhängig erregt wird, der Magnetisierungsstrom des Transformators die Leerlauferregung
liefert und der Laststrom über die Sekundärwicklung des Transformators fließt.
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Bei einer solchen Anordnung bleibt der magnetische Fluß im Transformator
für alle Betriebszustände annähernd konstant, und die Funktion I, = f (U6,
IG)
wird lediglich durch die Änderung der Durchflutungsverteilung auf dem
zu der betreffenden Phase gehörigen Transformatorschenkel erfüllt. Der Nachteil
dieser Anordnung liegt jedoch darin, daß die Selbsterregung des Generators nicht
einwandfrei erfolgt, die Spannungshaltung- nicht für - jede Drehzahlcharakteristik
der Antriebsmaschine erreichbar und keine Möglichkeit zur Spannungsfeineinstellung
vorhanden ist.
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Es ist bereits bekannt, die die Reaktanz des an den Klemmen der Sekundärwicklung
des Stromwandlers liegenden Kreises beeinflussenden Mittel derart zu bemessen, daß
die Reaktanz des an den Klemmen der Sekundärwicklung des Stromwandlers liegenden
Kreises mindestens 21/2mal so groß wie der äquivalente Widerstand des Gleichrichters
und der Erregerwicklung ist. Auch diese Ausführung ermöglicht nicht in befriedigender
Weise eine Spannungshaltung für jede Drehzahlcharakteristik der Antriebsmaschine
und insbesondere keine Spannungsfeineinstellung.
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Ferner ist eine Schaltanordnung für eine selbstregelnde Synchronmaschine
mit einem im Verbraucherkreis liegenden Stromtransformator bekannt, der zwei Sekundärwicklungen
hat, von denen die eine in einem mit einem Widerstand versehenen Differenzstromkreis
und die andere in einem an den Erregerkreis anschließbaren Summenstromkreis liegt.
Der Stromtransformator ist hierbei als Dreischenkeltransforinator ausgebildet, an
dessen Außenschenkel je eine der beiden Sekundärwicklungen und auf dessen Mittelschenkel
und Außenschenkel symmetrisch je eine von zwei Wicklungen angeordnet sind, von denen
die eine an der Netzspannung liegt und die andere vom Belastungsstrom der Synchronmaschine
durchflossen ist.
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Bei dieser Ausführung dient eine Zusatzwicklung mit einem Belastungswiderstand
zur Schaffung eines Ausgleichs für die durch den Erregerstrom bewirkte Durchflutung,
so da,ß eine Entkoppelung der Stromwicklungen von der Spannungswicklung herbeigeführt
wird. Hierbei liegt im übrigen die Zusatzwicklung nicht in demselben magnetischen
Kreis, in dem auch die Überlagerung stattfindet.
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Die Erfindung verbessert die zügrundeliegende Schaltung bei gleichzeitiger
größerer Betriebssicherheit und Schaltungsvereinfachung dadurch, daß der Transformator
mit mindestens einer Zusatzwicklung versehen ist, die einen eingeprägten Strom definierter
Phasenlage gegenüber der Generatorspannung führt. Hierdurch ergibt sich eine außerordentliche
Anpassungsfähigkeit an die abweichenden Erregungskenn-Linien hoch ausgenutzter Generatoren
und alle Drehzahlcharakteristiken des Antriebs bei einer für eine Parallelsynchronisation
erforderlichen Spannungsjustierung.
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Vorteilhaft wird einer Zusatzwicklung ein veränderbarer Ohmscher Widerstand
genügender Größe vorgeschaltet, der durch diese Wicklung einen vom Wechselstromgeneratorgelieferten
eingeprägten Strom durchläßt, so daß sich eine mit der Generatorspannung phasengleiche
Zusatzdurchflutung des Transformators ergibt. Durch die Veränderung des vorgeschalteten
Widerstandes kann dieser Strom beeinflußt werden.
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Diese Wirkung wird vorteilhaft dadurch verbessert, daßeiner Zusatzwicklung
ein induktiver Blindwiderstand vorgeschaltet wird, der ebenfalls an der Generatorspannung
liegt. Beispielsweise ist der induktive Blindwiderstand eine vorteilhaft luftspaltlose
hochgesättigte Drossel, die vorzugsweise mit Anzapfungen versehen ist.
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Zur Spannungsfeineinstellung wird der Primärwicklung des Transformators
eine veränderbare Induktivität parallel geschaltet, durch die dem Grunderregerstrom
eine
etwa phasengleiche Zusatzkomponente vermittelt wird. Die Induktivität wird vorteilhaft
als Drossel ausgeführt, die zweckmäßig mit einem stetig veränderbaren Luftspalt
versehen ist.
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Die die Zusatzdurchflutungen bewirkenden zusätzlichen Wicklungen können
bei derartigen Systemen an allen Transformatoren (bzw. Phasenschenkeln bei symmetrischen
Kernanordnungen) vorgesehen werden, bei geringeren Ansprüchen an die Spannungshaltung
des Generators genügt es aber auch, nur einen Teil der Transformatoren (Phasenschenkel)
mit den Zusatzwicklungen zu versehen. Es ist auch möglich, einen Teil der Transformatoren
nur mit einer der beiden Zusatzwicklungen auszurüsten.
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Es ist angebracht, bei mehrphasigen Synchrongeneratoren für jede Phase
einen besonderen Transformator vorzusehen. Bei symmetrischen Mehrphasensystemen
können dabei entsprechende symmetrische oder quasisymmetrischegemeinsameKernanordnungen
verwendet werden.
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Durch die erfindungsgemäße Anordnung zur Konstanthaltung der Spannung
von selbsterregten Synchrongeneratoren, die durch Überlagerung von Durchflutungen
und unter Zuhilfenahme von einer oder mehreren Hilfswicklungen auf nur einem magnetischen
Kreis die Funktion der Abhängigkeit des Erregerstromes von Spannung und Belastung
genügend genau erfüllt, wird auch bei modernen hochgesättigten Synchrongeneratoren
die Spannungshaltung ohne zusätzliche Regeleinrichtungen sichergestellt, wie sie
bei bekannten Ausführungen erforderlich sind. Durch den Fortfall aller Hilfsregeleinrichtungen
werden alle schwingungsfähigen Systeme vermieden. Eine sichere Selbsterregung wird
trotzdem gewährleistet. Infolge der hohen Sättigung ergeben sich dabei relativ kleine
Abmessungen und damit geringere Kosten.
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In der Zeichnung ist die erfindungsgemäße Anordnung schematisch an
einem Ausführungsbeispiel veranschaulicht.
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Fig. 1 zeigt das Schaltschema der Anordnung eines Ausführungsbeispiels;
Fig. 2 und 3 zeigen die Vektordiagramme der Anordnung.
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Die Grunderregung (Leerlauf des Generators) wird durch den Magnetisierungsstrom
des in Fig. 1 dargestellten Erregertransformators 1 gebildet.
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Zu diesem Zweck erhält der Transformator 1, wie in bekannten
Schaltungen zu ähnlichen Zwecken gefordert wird, einen erhöhten magnetischen Widerstand.
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Die Primärwicklung 2 führt den Magnetisierungsstrom, der über Gleichrichter
3 den Generator 4 erregt. Bei Belastung des Generators ergibt sich von der Sekundärwicklung
5 eine Durchflutung 6 (s. Fig. 2), die dem Belastungsstrom, der sie durchfließt,
in Betrag und Phasenlage proportional ist. Sie überlagert sich der Magnetisierungsdurehflutung
7 und erzwingt in der Primärwicklung 2 einen Erregerstrom, der der Vektorsumme 8
aus beiden entspricht.
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Die durch hohe Ausnutzung des Generators durch die Drehzahlcharakteristik
der Antriebsmaschine unter anderem gegebene Abweichung der verlangten Errebgerstromortskurve
(s. Fig. 3) von der noch nicht korrigierten Ortskurve der Erregeranordnung 10 wird
bestritten von einer relativ kleinen Zusatzd.urchflutung 11, erzeugt in einer Wicklung
12, die über einen Ohmschen Widerstand 13 genügender Größe an der Gerneratorspannung
liegt und damit einen eingeprägten Strom in etwa gleicher Vektorrichtung der Generatorspannung
führt. Durch Verwendung eines verstellbaren Widerstandes 13 und eventueller gleichzeitiger
Korrektur des Erregertransformatorluftspaltes 14 lassen sich die genannten Ortskurven
weitgehend zur Deckung bringen, was die angestrebte Konstanz der Generatorspannung
über alle Lastzustände bedeutet.
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Die in jedem praktischen Fall geforderte Spannungsfeineinstellung
erfolgt über einen der Primärwicklung parallel geschalteten veränderbaren induktiven
Widerstand, der einen wenige Prozent ausmachenden Anteil 15 des Leerlaufstromes
des Generators übernimmt. Als Ausführungsbeispiel ist eine Drossel 16 mit
stetig veränderbarem Luftspalt dargestellt.
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Eine zweite Zusatzwicklung 18 auf dem Erregertransformator 1, die
über einen an der Generatorspannung liegenden induktiven Widerstand 19 genügender
Größe (mit hochgesättigtem Eisenkreis) einen eingeprägten Strom führt, der der Richtung
der Generatorspannung um etwa 90° nacheilt, dient der Beschleunigung des Selbsterregervorganges
vermöge ihrer auf die Generatorspannung bezogenen überproportionalen Einflußnahme
20.
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Das Zusammenwirken der beschriebenen Einzelheiten ergibt für den Erregertransformator
die Summendurchflutung 21 und für den Erregerkreis des Generators einen Strom proportional
der Durchflutung 22.
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Die durch die Erfindung erreichte Unabhängigkeit der Anordnung von
Störeinflüssen wurde durch vorgenommene Versuche voll bestätigt.