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Verfahren zur Spannungsregelung synchroner Zusatzmaschinen in Dreh-
und Wechselstromnetzen. Es kommt oft vor, daß in Drehstromnetzen eine regelbare
zusätzliche Spannung erzeugt werden soll. Dies ist z. B. der Fall, -,wenn zwei oder
mehrere Netze, deren Spannungen verschieden stark schwanken, zusammengeschaltet
werden sollen. Man kann dazu entweder Drehtransformatoren oder Synchron - Synchron-Umformer
verwenden. Bei der zweiten Anordnung wird die Spannung der Zusatz-* rnaschine gewöhnlich
durch Änderung der Erregerspannung
geregelt. Das hat den Nachteil,
daß Schnellregler nur verwendet werden können, wenn zwei gegeneinandergeschaltete
Erregermaschinen vorgesehen werden, da die Erregerspannung entsprechend der Richtung
der zusältzlichen Spannung zwischen einem maximalen positiven und negativen Wert
eingestellt werden muß.
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Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß die Ankerrückwirkung der
Zusatzmaschine besonders bei kleinen Spannungen zu große Werte annimmt. Die Maschine
wirkt infolgedessen wie eine Drosselspule. Da der Winkel, den die Achse der Erregerwicklung
und der Ankerwicklung einschließen, durch die fest eingestellte Lage gegen die antreibende
Synchronmaschine gegeben ist und sich den jeweiligen Betriebskedingungen nicht anpassen
läßt, bleibt als einziges Mittel zur Bekämpfung der erwähnten Drosselspulenwirkung
übrig, den Luftspalt entsprechend zu vergrößern. Dies hat wieder eine Vergrößerung
der Erregerenergie zur Folge.
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Diese Nachteile sollen nun dadurch vermieden werden, daß erfindungsgemäß
die Spannung der "Zusatzmaschine in ihrer Größe und Phasenlage durch Verdrehung
des Induktorfeldes geändert wird. Ein Diagramm für diese Regelung ist unter Vernachlässigung
der Streu- und Ohmschen Abfälle in Abb. i gegeben. Hier bedeutet J den Strom, der
fest gegeben ist, E" die Spannungskomponente, welche die durch das Ankerfeld erzeugte
E. D I. K. der Selbstinduktion überwindet, E" die durch das Induktorfeld induzierte
Spannung. Ihre vektorielle Summe gibt die Klemmenspannung :' an der Maschine, die
der Spannungsdifferenz der aneinandergeschalteten Netze entspricht. Ihr Endpunkt
bewegt sich bei Änderung des Winkels a zwischen den Wicklungsachsen des Stators
und Rotors auf dein Kreise A-B-C. Die Vektoren oberhalb der Achse X-X stellen den
Generatorbetrieb der Zusatzmaschine dar, unterhalb der Achse den Motorbetrieb. Wenn
man E" gleich Eu macht, so wird für die koaclisiale Lage der Wicklungsachsen die
Spannung gleich Null erreicht, d. h. die erwähnte Drosselspulenwirkung der Maschine
wird aufgehoben. Natürlich ist es auch möglich, neben der Änderung des Winkels a
auch eine.'lnderung der Stärke des Erregerfeldes vorzusehen und dadurch der Regelkurve
A-B-C einen gewünschten Verlauf zu geben. So erscheint es günstig, wenn E" ],ei
a == ö ungefähr so groß wie Eu gemacht wird, während es ];ei zunehmendem a wächst.
Es wird dann die Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung kleiner. Die Verdrehung
kann auf verschiedene Weise erreicht werden. So kann die Rotorwicklung als zweiphasige
Wicklung ausgeführt werden, deren zwei Teile verschieden stark mit Gleichstrom erregt
werden. Man kann dadurch jede gewünschte Lage des Rotorfeldes einstellen; es ist
dabei aber nötig, zwei verschiedene Stromkreise zu regeln.
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Einfacher wird die Regelung bei einer Anordnung, bei der die Verdrehung
erfindungsgemäß durch eine elektromagnetische Kupp-Jung bewirkt wird. In dem Ausführungsbeispiel
nach Abb. 2 bedeuten a und b zwei Drehstromnetze mit verschieden stark schwanken-'
den Spannungen, die über die Ankerwicklungen c einer Synchronmaschine zusammengeschaltet
werden sollen. Die Maschine ist als Asynchronmaschine ausgeführt, d ist ihre dreiphasige
gleichstromerregte Rotorwicklung. Sie erhält ihren Antrieb von der Synchronmaschine
s, die auch als Blindstrommaschine verwendet werden kann. Die Rotorwicklung d wird
durch einen Einankerumformer e mit einer c und s gleichen Polzahl, aber ohne Ständererregerwicklung
gespeist. Den Schleifringen von e wird durch den Transformator
f
Drehstrom in der Art zugeführt, daß das durch ihn erzeugte Drehfeld entgegen
dem Drehsinn des Ankers umläuft. Das Drehfeld steht also ini Raume still, und zwischen
irgendwelchen zwei Bürsten des Kommutators g muß eine Gleichstromspannung erzeugt
werden. Die Größe dieser Spannung hängt, wie im folgenden noch erläutert wird, von
der Stellung dieser Bürsten zu dem im Rauine feststehenden Feld ab. Über die drei
Bürsten des Koinniutators g wird also der Induktorwicklung Gleichstrom zugeführt.
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Die Welle der Synchronmaschine und des Erregerumformers sind durch
eine elektromagnetische Kupplung h verbunden, deren zwei Teile Gleichstromerregung
erhalten. Durch Änderung dieser Erregung kann eine bestimmte Stellung der zwei Teile
gegeneinander eingestellt werden.
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Durch ein Verschieben des Feldes gegenüber der Bürstenbrücke ändert
sich, wie durch Abb. 3 erläutert werden soll, die Richtung der Achse des Induktorfeldes
d: Es l edeütet h die Abrollung eines zweipoligen Kommutators. Die Sinuslinie
gibt die Lage des Feldes an. d ist die Erregerwicklung der Zusatzmaschine. Stehen
die drei Bürsten in den Lagen 1, 2 und 3, so wird ein Strom nur in den Phasen I
und III fließen. Die Achse des Rotorfeldes der "Zusatzmaschine wird dementsprechend
die durch den Pfeil a bezeichnete Lage einnehmen. Verschieben wir die Bürsten in
die Lage 1', :' und 3', so wird die Phase III stromlos; das Rotorfeld nimmt daher
die Lage des Pfeiles b ein. Man sieht also, daß die Richtung des Rotorfeldes durch
die Lage der Ankerwicklungsachse gegenüber den Bürsten am Kommutator bestimmt ist.
Diese Lage kann aber in einfacher
Weise durch Beeinflussung der
Kupplung h von Hand aus oder durch einen Schnellregler i (Abb. 2) in Abhängigkeit
von Strom oder Spannung eingestellt werden.
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Eine Verbesserung der Anordnung ergibt sich, wenn man laut Abb. 2a
den Transformator f als Stromtransformator ausführt. Ändert sich nämlich die Phase
des Stromes, so tritt eine entsprechende Verdrehung des Ankerfeldes der Zusatzmaschine
ein. Es müßte sich . dann, damit sich die Spannung der Maschine Bleichbleibe, das
Induktorfeld um denselben Betrag drehen. Dies geschieht aber bei Verwendung eines
Stromtransformators selbsttätig, ohne Verdrehung der elektromagnetischen Kupplung
h, dadurch, daß sich das Feld des Erregerumformers entsprechend der Phase und Größe
des Stromes einstellt. Die Sättigung des Serientransformators ist dabei möglichst
klein zu halten.
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Abb. q. zeigt eine Anordnung, durch die es möglich wird, die Kupplung
h und den sie beeinflussenden Schnellregler i zu ersparen, c ist die Statorwicklung
der Zusatzmaschine. Die Primärwicklung des Transformators t liegt an den Enden derselben.
Außerdem ist, wie gemäß Abb. 2a, ein Stromtransformator f vorgesehen. Die Spannung
an den Schleifringen des Erregerumformers entspricht somit immer der auszugleichenden
Spannung an der Zusatzmaschine; man kann also eine selbsttätige Regelung erreichen.
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Um einen gewünschten Strom, der von einem Netz zum andern fließt,
einstellen zu können, kann man an den Transformator t oder f Anzapfungen anbringen
oder regelbare Widerstände oder Selbstinduktionen einschalten.
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Um die Erregermaschine mit weniger Polen als die Synchronmaschine
ausführen zu können, kann eine Zahnradübersetzung zwischen der Welle der Synchronmaschine
und der Erregermaschine vorgesehen werden.
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Die neue Anordnung läßt sich für alle Fälle verwenden, in denen eine
regelbare Zusatzspannung erzeugt werden soll, z. B. auch, wenn die Gleichspannung
eines Einankerumformers von der Wechselstromseite aus geregelt werden soll.