DE1151865B - Einrichtung zur Einstellung der Spannung von Synchronmaschinen mit Kompoundierungseinrichtung in stromsteuernder Schaltung - Google Patents

Description

• Einrichtung zur Einstellung der Spannung von Synchronmaschinen mit Kompoundierungseinrichtung in stromsteuernder Schaltung Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Einstellung der Spannung von Synchrongeneratoren mit Kompoundierungseinrichtung in stromsteuernder Schaltung. Durch eine Kompoundierungseinrichtung wird die Spannung der Maschine konstant gehalten. Nun ist es aber in vielen Fällen erforderlich, die Spannung auch einstellen zu können. Beispielsweise kann es erforderlich sein, die Spannung der Entfernung eines Stromverbrauchers anzupassen, um den Spannungsabfall in der Zuleitung auszugleichen.
• Wenn die Spannung der Maschine verstellt werden soll, könnte das z. B. durch einen parallel zur Feldwicklung geschalteten Widerstand geschehen, der je nach Bedarf einen größeren oder kleineren Teil des Erregerstromes abzweigt. Die Generatorspannung ist dann temperaturabhängig, da der Parallelwiderstand annähernd konstant ist, während sich der Feldwiderstand stark mit der Temperatur ändert. Da damit das Verhältnis Feldstrom zu Parallelstrom veränderlich ist, geht der große Vorteil einer stromsteuernden Kompoundierung teilweise verloren. In der Praxis sind verschiedene Widerstandsschaltungen entwickelt worden, um den Einfluß der Erwärmung der Feldwicklung möglichst gering zu halten.
• Allen Schaltungen mit zur Erregerwicklung parallel geschaltetem Widerstand haftet der Nachteil der dadurch bedingten Energieverluste an, die den Wirkungsgrad der Maschine merkbar verschlechtern.
• Ein weiterer Nachteil ist der zusätzliche Raumbedarf der Widerstände und die Abführung der dort entstehenden Verlustwärme. Bei Anwendung einer Zusatz-Erregerwicklung mit einem besonderen Drahtquerschnitt verteuert diese die Maschine und erfordert einen dritten Schleifring, so daß die Maschine länger wird. Es sind ferner Einrichtungen bekannt, mit denen in den Kompoundierungsschaltungen die übersetzungsverhältnisse transformatorisch verändert werden können. Derartige Einrichtungen greifen in den stromabhängigen Teil oder in den spannungsabhängigen Teil oder beide Teile der Kompound'ierung ein. Soweit sie in beide Teile der Kompoundierung eingreifen, sind solche bekannten Schaltungen so ausgeführt, daß die Einstellkontakte von dem gesamten Kompoundierungsstrom durchflossen werden. Diese veränderlichen Wandler werden als Stellglieder eines automatischen Reglers verwendet.
• Es ist auch eine Anordnung zur Erregung von Synchronmaschinen bekannt, bei der der Laststromanteil eines Gleichrichterumspanners durch Einschaltung eines Zusatzumspanners in Reihe mit der Laststromwandlung in einem begrenzten Bereich veränderlich gemacht wird, wobei von seinen Kontakten nur der vom Zusatzwandler herrührende kleine Strom geschaltet werden muß. Dieser Gleichrichterumspanner bildet einen Teil der Kompoündierungseinrichtung selbst, ist also in der Maschine untergebracht. Außerdem führt die Anordnung hier nur den Laststrom, so daß sie zu einer Einstellung der Spannung ungeeignet ist. Ein Versuch, das hier erwähnte Schaltungsprinzip auf eine Einrichtung der vorher genannten Art, welche in den stromabhängigen und in den spannungsabhängigen Teil der Kompoundierung eingreift, zu übertragen, würde dazu führen, daß mindestens der eine der beiden Wandler die gesamte Kompoundierungsleistung zu führen hätte und daher verhältnismäßig groß bemessen werden müßte.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gegebenenfalls in beträchtlicher Entfernung von der Maschine aufstellbare Einrichtung zur Einstellung der Spannung für Maschinen der eingangs genannten Art mit möglichst geringem Aufwand für die Kontakte und für die Verbindungsleitungen zu schaffen. Erfindungsgemäß ist zwischen dem Gleichrichter und den übrigen Gliedern der Kompoundierungseinrichtung ein zur Bildung eines durch Änderung seines Übersetzungsverhältnisses veränderbarem Zusatzstromes dienender einstellbarer Stromwandler als getrennte zusätzliche Einrichtung vorgesehen, der so angeordnet ist, daß seine Schaltkontakte nur von dem Zusatzstrom durchflossen werden, wobei dieser Zusatzstrom zum Kompound'ierungsstrom addiert oder von ihm subtrahiert und der Summen- bzw. Differenzstrom über den Gleichrichter der Erregerwicklung der Maschine zugeführt wird. Durch Veränderung der Übersetzung des eürstellbaren Wandlers wird die Größe des Zusatzstromes beeinflußt. Es sind verschiedene Abwandlungen möglich, deren Wirkungsweise nachfolgend beschrieben werden soll.
• In den Figuren ist der Gleichrichter durch die Ziffer 9 gekennzeichnet, während die übrigen Bauteile der Kompoundierung (das sind Leerlaufdrossel und Laststromwandler) durch die Ziffer 11 gekennzeichnet werden.
• Bei Aufbau der Einrichtung nach Fig. 1 wird erfindungsgemäß nur der kleine Zusatzstrom geschaltet, so daß ein kleiner Umschalter genügt. Hier trägt die Sekundärwicklung 7" Anzapfungen. Der Strom i, wird stets addiert, er kann nicht auf Null eingestellt werden, sondern bewegt sich zwischen einem Mindest-und einem Höchstwert. Bei dieser Einrichtung wird nur ein Kern benötigt.
• Bei der in Fig.2 dargestellten Abwandlung der Einrichtung werden zwei Kerne benötigt. Das Verstellglied' besteht aus einstellbarem Wandler 7, dem festen Wandler 8 und dem Schalter 10. Der Wandler 8 hat ein festes übersetzungsverhältnis und erzeugt den Strom il, wobei ist. Der einstellbare Wandler 7 trägt zur Veränderung der Spannung hier nur eine Wicklung mit Anzapfungen. Der Strom ik erzwingt den Strom is, wobei die Summe der Durchflutungen im Wandler 7 bei Vernachlässigung des Magnetisierungsstromes stets Null ist. Vorteilhaft ist, daß nur ein kleiner Strom ik geschaltet werden muß. Eine Abwandlung der Einrichtung nach Fig. 2 ist in Fig.3 dargestellt. Hierbei liegt die Spannung der Kompoundierung statt an der gesamten Wicklung des einstellbaren Wandlers 7 nur an einem Teil dieser Wicklung. Die Wirkungsweise entspricht der vorher beschriebenen Anordnung.
• In der Anordnung nach Fig. 4 ist der einstellbare Regulierwandler 7 wieder mit zwei Wicklungen 7' und 7" ausgeführt. Der Sekundärstrom il, des festen Wandlers 8 kann frei gewählt werden. Dadurch sind kleine Abmessungen des Schalters 10 möglich. Wenn die Primärwicklung das einstellbaren Wandlers 7 voll ausgenutzt werden soll, schaltet man nach Fig.5. Beide Zuführungen der Primärwicklung sind hier umschaltbar. Aus der Zahl der Windungen, die zwischen den benutzten Anzapfungen liegen, ergibt sich die Größe i,. Durch die Richtung des Stromes ik in der Primärwicklung wird bestimmt, ob i, zum Strom i, addiert oder von ihm subtrahiert wird.
• Alle bisher beschriebenen Einrichtungen können für Einphasen- und Mehrphasenstrom verwendet werden. Bei Drehstrom ist Stern-, Dreieck- und Zickzackschaltung möglich. Um die Anzahl der Anzapfungen gering zu halten, ist es bei Drehstrom zweckmäßig, bei jedem Weiterschalten nur die Primärwindungszahl auf einem Schenkel des einstellbaren Wandlers zu verändern. Dann ergeben sich z. B. für eine Primärwicklung mit vier Anzapfungen pro Phase bei Dreiphasenstrom neunzehn Stellungen des Mehrphasenschalters 10. Auch auf die Anordnungen in Fig. 1 bis 3 kann diese Schaltungsart (Umschaltung des Sternpunktes und der Zuführung, ferner die Umschaltung der Windungszahl nur einer Phase pro Schaltstufe) sinngemäß übertragen werden.
• Die in Fig. 6 bis 8 gezeigten weiterentwickelten Einrichtungen sind nur für Mehrphasenstrom anwendbar. Der Strom i_ wird geometrisch addiert. Es ändert beim Umschalten Größe und Phasenlage. Bei der Einrichtung nach Fig. 6 ist die Regulierwandierprimärwicklung sechsphasig in Teilwicklungen 1, 2, 3, 4, 5, 6 geschaltet. Sie wird von einem Strom durchflossen. In der Primärwicklung ist die algebraische Summe der Durchflutungen immer gleich; da für den Strom i. die geometrische Summe maßgebend ist, ändert i. seine Größe je nach Stellung des Schalters.
• Bei Fig. 7 ist die Primärwicklung des einstellbaren Wandlers im Dreieck geschaltet. Die Wirkungsweise ist ähnlich wie bei der in Fig. 6 dargestellten Einrichtung.
• Bei der Einrichtung nach Fig. 8 trägt der einstellbare Wandler 7 nur eine Wicklung. ik kann nicht mehr frei gewählt werden. Bei dieser Ausführung kann der einstellbare Wandler 7 kleiner bemessen werden. Da der zu schaltende Strom in einem bestimmten Verhältnis zu i, steht, muß aber der Schalter 10 für größere Ströme geeignet sein. Die Wicklungsanzapfungen können an beliebigen Windungen angebracht sein. Der Vorteil aller dieser Anordnungen besteht darin, daß eine Feldregelung in Wechselstrom- oder Drehstromteil möglich ist, ohne daß leistungsmäßig große Widerstände mit entsprechenden Verlusten benötigt werden.

Claims (7)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Einrichtung zur Einstellung der Spannung von Synchronmaschinen mit Kompoundierungseinrichtung in stromsteuernder Schaltung, dadurch gekennzeichnet, duß zwischen dem Gleichrichter (9) und den übrigen Gliedern (11) der Kompoundierungseinrichtung ein zur Bildung eines durch Änderung seines übersetzungsverhältnisses veränderbaren Zusatzstromes dienender einstellbarer Stromwandler (7) als getrennte zusätzliche Einrichtung vorgesehen ist, der so angeordnet ist, daß seine Schaltkontakte nur von dem Zusatzstrom durchflossen werden, und daß dieser Zusatzstrom zum Kompoundierungsstrom addiert oder von ihm subtrahiert und der Summen-bzw. Differenzstrom über den Gleichrichter der Erregerwicklung der Maschine zugeführt wird.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in die eine Verbindungsleitung zwischen dem Gleichrichter (9) und den übrigen Gliedern (11) der Kompoundierungseinrichtung die Primärwicklung (7') des Wandlers (7) geschaltet und die WechseIstromseite des Gleichrichters (9) durch die Sekundärwicklung des Wandlers (7) überbrückt ist und daß die Zahl der Windungen des Wandlers (7) sekundärseitig veränderbar ist (Fig. 1).
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wechselstromseite des Gleichrichters (9) durch sämtliche Windungen oder einen Teil der Windungen des einstellbaren Wandlers (7) in Sparschaltung überbrückt ist und ein wählbarer Teil seiner Windungen an der Sekundärspannung eines festen Wandlers (8) liegt, dessen Primärwicklung von dem aus der Kompoundierungseinrichtung gewonnenen Wechselstrom durchflossen wird (Fig. 2 und 3).
4. 4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärwicklung (7") des einstellbaren Wandlers (7) die Wechselstromseite des Gleichrichters (9) überbrückt, während an einen wählbaren Teil der Primärwicklung (7') des einstellbaren Wandlers (7) die Sekundärspannung eines festen Wandlers (8) liegt, dessen Primärwicklung von dem aus der Kompoundierungseinrichtuna gewonnenen Wechselstrom durchflossen wird (Fig. 4 und 5).
5. 5. Einrichtung nach Anspruch 1 für mehrphasige Generatoren, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungseinstellung zyklisch jeweils nur in einer Phase erfolgt.
6. 6. Einrichtung nach Anspruch 1 und 3 oder 1 und 4- für Dreiphasengeneratoren, gekennzeichnet durch zwei dreiphasige Wandler, den einstellbaren Wandler (7) und den festen Wandler (8), wobei die eine, mit Anzapfung versehene Wicklung (7') des einstellbaren Wandlers (7) über die Anzapfungen mit den Wicklungsenden der Sekundärseite des von dem aus dem Kompoundierungsstrom gewonnenen Wechselstrom primärseitig durchflossenen Wandlers (8) über einen Mehrphasenschalter (10) verbunden ist (Fig.6 und 7).
7. 7. Einrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden. dadurch gekennzeichnet, daß der einstellbare Wandler (7) nur eine mit Anzapfungen versehene Wicklung trägt, die im Dreieck geschaltet ist und mit jeweils drei Enden mit der Sekundärwicklung des primärseitig von dem Kompoundierungsstrom durchflossenen Stromwandlers (8) verbunden ist (Fig. 8). In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 724 905, 648 302, 956 14-3, 715 386, 960 558, 972 769; deutsche Auslegeschrift S 33407 VIII b / 21 d= (bekanntgemacht am 21. 6. 1956).