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Anordnung zum selbsttätigen Parallelbetrieb elektrischer Maschinen.
Wenn elektrische Maschinen, mögen sie als Generatoren oder als Motoren arbeiten,
in Parallelbetrieb arbeiten sollen, so hat die bisherige selbsttätige Reglung mancherlei
Mängel. -Insbesondere dann, wenn die Belastungs- oder Spannungsänderungen rasch
und stark wechseln, genügt die Reglung nicht den gestellten Forderungen.
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Werden die elektrischen Maschinen ohne jede Hilfsvorrichtung geregelt,
so können Wegen
der immer ungleichen Charakteristiken, ferner infolge
Drehzahländerungen der Antriebsmaschinen, ungleicher Verstellung der Regler und
auch infolge verschiedener übergangswiderstände bei kleinen Spannungen große Belastungsverschiebungen,
ja sogar Betriebsumkehr eintreten.
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Relais in Verbindung mit von Motoren angetriebenen Reglern geben infolge
der empfindlichen »Kontakte und schwierigen Einstellung häufig zu Störungen Anlaß
und haben außerdem den Nachteil, daß die Reglung zu' langsam vor sich geht.
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EinezwangläufigeAbhängigkeitderMaschinen etwa durch Kompoundierung
und Gegenkompoundierung ffihrt nur ungenügend zum Ziel. Außerdem begegnet das Umschalten
der Wicklungen wegen der hohen Stromstärke Schwierigkeiten.
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Es wäre denkbar,denAusgleichsstrom zwischen den Wendepolwicklungen
zweier Maschinen zur Reglung zu verwenden. Dann sind aber hohe Widerstände in der
Hauptleitung der elektrischen Maschinen erforderlich, die sehr viel Energie verzehren.
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Die Erfindung löst die Aufgabe, elektrische Maschinen selbsttätig
mittels einer Anordnung parallel züi betreiben, bei der jegliche Regelvorrichtungen
mit Kontakten gänzlich entfallen, also große Betriebssicherheit gewährleistet ist,
bei der ferner die Zeitkonstante klein ist, so daß die Reglung rasch vor sich geht,
und bei der wesentliche Energieverluste in Abzweigwiderständen nicht auftreten.
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Gelöst wird.die Aufgabe dadurch, daß in die Erregung der fremderregten
elektrischen Maschine eine Erregermaschine eingeschaltet ist, deren Spannung in
Abhängigkeit von Ausgleichsströmen beeinflußt wird, die bei Belastungsänderungen
zwischen den Maschinen fließen. Zu diesem Zweck sind Widerstände in die Leitungen
der elektrischen Maschinen geschaltet, die durch Ausgleichssleitungen über die Erregung
der Erregermaschine verbunden sind.
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In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Anordnung dargestellt.
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In Abb. i sind zwei Generatoren g, g2
angenommen, die
selbsttätig parallel arbeiten sollen, jeder Generator wird von einer besonderen
Treibmaschine 11 t, getrieben, und beide arbeiten auf das Netz n n. Die Feldwicklungen
d., d2 der Maschinen werden aus dem Netz % fremd erregt. In den Stromkreis
des Feldes d2 des einen Generators g2 ist eine Hilfsmaschine h geschaltet,
die eine Selbsterregung k besitzt und außerdem eine Erregerwicklung e hat.
Diese Wicklung e ist an die Enden zweier Widerstände w.. w. die in den Leitungen
der Generatoren g., g. liegen, angeschlossen, deren andere Enden unmittelbar
mit den Sarnmelschienen n verbunden sind.
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Die Erregermaschine k wird von einem beliebigen rasch laufenden
Motor angetrieben. Sie wird nur in dem geradlinigen Teil ihrer Charakteristik benutzt
und hat zweckmäßig wenig Remanenz. Sie liegt im Feld d, und wirkt, solange
die Wicklung e stromlos ist, nur als Ohmscher Widerstand, da ihre Nebenschlußwicklung
k. so bemessen ist, daß sie allein die Selbsterregung nicht herbeizuführen
vermag. Sobald aber ein Ideinet Ausgleichsstrom in ihrer Wicklung e in einem oder
anderem Sinne fließt, wird eine kleine Spannung an den Klemmen der Hilfsmaschine
k erzeugt, die jedoch hinreicht, um die Selbsterregung k
zum Ansprechen
zu bringen, die ihrerseits so lange die Spannung von k ändert, bis der Ausgleichsstrom
in der Wicklung e verschwindet oder sich im entgegengesetzten Sinn ändern will.
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Da zur Steuerung der Spannung der Hilfsmaschine k nur ein ganz
geringer Teil ihrer Erregung k und e nötig ist, so brauchen die Widerstände
w, und % nur sehr niedrig zu sein, um schon einen genügenden. Ausgleichsstrom in
der Wicklung e fließen zu lassen. Es wird also in ihnen nur sehr wenig Energie verzehrt.
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Die Anordnung wirkt in folgender Weise: Wenn die Spannungen der Generatoren
g,
und g2, die ganz verschiedene Leistung haben können, gleich sind,
sie sich also richtig an der Stromlieferung beteiligen, so fließt zwischen den Widerständen
% und w. und damit in der Wicklung e kein Ausgleic#sstrom. Sobald aber beispielsweise
in g, die Strombelastung aus irgendeinem Grunde steigt, so wird der Spannungsabfall
des Widerstands w2 größer wie der des Widerstands w." und es fließt ein Ausgleichsstrom
von w, über Wicklung e: nach w2' Dieser Strom ist direkt porportional den Abweichungen
der Ströme beider Generatoren von der richtigen Beteiligung. Die Hilfsmaschine h
spricht nun an und erregt sich in dem Sinne, daß das Feld d2 des Generators
g. , geschwächt wird, und zwar. so lange, bis der Spannungsabfall von w,
und w2 gleich bezw. die Anteilnahme der Maschinen an der Belastung richtig ist.
Der Ausgleichsstroiri wird dabei in e immer kleiner, wird Null und kehrt sich dann
um.. Dadurch wird der Spannungsanstieg der Hilfsmaschine k begrenzt und der
Generator g2 beteiligt sich wieder -richtig an der Stromlieferung.
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Die gleiche Wirkung tritt ein, wenn nicht der Generator
g., sondern der Generator g,
stärker belastet ist. Es fließt dann ein
Ausgleichsstrom durch e im umgekehrten Sinne als vorher. Die Hilfserregermaschine
k spricht an, aber im entgegengesetzten Sinne wie im
beschriebenen
Fall, bis die Erregung des Feldes g, so gestärkt ist, daß der Generator
g,
die gleiche Belastung wie g, hat.
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Wesentlich für ein richtiges Arbeiten der Anordnung ist, daß die Übergang-,widerstände
zwischen den Widerständen w,w, usw. und dem Netz n möglichst klein sind. Bei der
Kleinheit der Widerstände w, w, selber können durch Änderung der Übergangswiderstände
Störungen eintreten. Es ist daher wichtig, die Widerstände ww, möglichst unmittelbar
mit den Schienen ii, fest und sorgfältig zu verbi den. Einen Schalter zwischen dem
Ausgleichswiderstand anzuordnen ist also unzulässig.
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In Abb. i sind nur zwei Maschinen angenommen, die paxallel betrieben
werden sollen. Die Anordnung ist aber ohne weiteres für beliebig viel Maschinen
verwendbar. Von den oberen Anschlußpunkten des Widerstandes wi der Maschine ohne
Hilfsmaschine führen Ausgleichsleitungen nach den entsprechenden Anschlußpunkten
der Widerstände aller anderen Maschinen. Die Ausgleichsleitungen sind also in Stern
geschaltet. Man kami sie aber auch zu einem Vieleck schalten, derart, daß der Widerstand
der einen Maschine mit dem nächsten durch eine Ausgleichsleitung verbunden ist und
der Widerstand der letzten Maschine mit dem der ersten. Eine dieser Maschinen (z.
B. -gl) hat nur eine einfache fremderregte Wicklung d" alle anderen Maschinen haben
in dieser noch eine Hilfserregennaschine.
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Genau die gleiche Wirkung tritt ein, wenn es sich nicht um Generatoren,
sondern um Motoren handelt. Die Anordnung regelt dann auf eine richtige Stromverteilung,
so daß jeder Motor entsprechend seiner Größe belastet ist.
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Wenn es sich darum handelt, mehrere parallelarbeitende Generatoren
gemeinsam in Leonard-Schaltung auf mehrere parallelarbeitende Motoren zu betreiben,
so könnten alle Generatoren bis auf einen und alle Motoren bis auf einen mit Hilfsmaschinen
im Feldstromkreis versehen sein.
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In Abb. 2 ist jedoch eine Anordnung dargestellt, bei der die Motoren
keine Hilfsmaschinen nötig haben. Das ist dann möglich, wenn jedem Generator ein
Motor zugehört, so daß jeder Motor eine besondere Zuleitung zu seinem Generator
hat, alle Motoren aber eine gemeinsame Rückleitung haben. Generator gl arbeitet
über Leitung P,. auf dem Motor m1, g, über P, auf m,.. r ist die gemeinsame
Rückleitung. Das Feld d, des Generators g,
und die Felder f., f, del, Motoren
m, nt, sind fremderregt, ' das Feld d. des Generators
g.
enthält die Hilfsmaschine k.-Auch hier tritt üi ganz gleicher Weise wie
bei Abb. i beschrieben eine Reglung der Stromverteilung ein, sobald diese irgendwie
gestört wird. Ändert sich die Strombelastung in einem Kreisdynamomotor, so treten
Ausgleichsströme in der Wicklung e auf, und die Hilfsmaschine h regelt so lange,
bis keine Ausgleichsströme zwischen den Widerständen wl und w. mehr fließen,
d. h. bis die Gruppen sich richtig beteiligen. Die Hilfsmaschine braucht
nicht an den Generatoren angeordnet zu sein, sondern sie kann sich auch an den Motoren
befinden.
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Die Zahl der gemeinsam arbeitenden Maschinenpaare ist natürlich unbegrenzt.