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Anordnung zur selbsttätigen Verminderung der Erregung elektrischer
Stromerzeuger bei Betriebsstörungen bzw. zum Schutz von blotoren. Zum Schutz elektrischer
Stromerzeuger und mit ihnen in Verbindung stehender elektrischer Anlagen geht man
mehr und mehr dazu über, bei Betriebsstörungen nicht nur die Erzeuger durch Selbstschalter
vom NTetz oder von den Sammelschienen zu trennen, sondern auch die Erregung der
Stromerzeuger zu vermindern oder überhaupt abzuschalten. Es sind viele derartig
ge Anordnungen möglich und einige auch in den Patentschriften 313094 und 317693
beschrieben.
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Man ist zur Verminderung oder Abschaltung -der Erregung, außer in
den Fällen, die in den angezogenen Patentschriften bereits geschildert sind, vor
allen Dingen auch dann gezwungen, wenn die Schäden an einem Stromerzeuger, die bei
Windungsschlüssen eintreten möglichst eingeschränkt #verden sollen, da ja diese
Schäden bei leerlaufenden, aber erregten Generatoren sich fortgesetzt vergrößern
und zu Wicklungsbränden führen können. Ferner muß man zu derartigen Maßnahmen greifen,
wenn Stromerzeuger durch #,#lasserkraftmaschinen angetrieben werden, bei denen beim
Versagen der Regler erhebliche Drehzahlsteigerungen eintreten können, wodurch wiederum
die Spannung der Generatoren unzulässig hoch werden kann, oder wenn Generatoren
mit großer Spannungsänderung unter voller Last abgeschaltet werden müssen.
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Die Aufgabe, die Erregung zu vermindern, kann in verschiedener Weise
-elöst werden. Man kann Magnetfeldregulatoren mit. Fernantrieb vom, Antriebsmotor
automatisch ausschalten lassen, oder man kann, - wie beim Patent 31:3094,
durch einen Selbst- oder Fernschalter einen Widerstand zur Ma-netfeldwicklung, parallelschalten
oder dieselbe ganz kurzschließen, oder man kann, wie in der Zeichnung zu Patent
317693 dargestellt, einen besonderen Widerstand im Erregerstromkreis einbauen, der
im normalen Betrieb durch einen Selbst- oder Fernschalter überbrückt ist, welcher
bei Betriebsstörungen auslöst. Eine andere Schutzanordnung besteht darin, daß im
Erregerstromkreis der Anker eines fremderregten Gleichstrommotors eingeschaltet,
im normalen Betrieb aber wieder durch einen Selbstschalter kurzgeschlossen ist,
der im Bedarfsfalle auslöst. Bekannt sind auch Schutzeinrichtungen für Generatoren
mit Schnellreglern, die taktmäßig Widerstände kurzschließen, bei welchen die Zuleitungen
zu den Schne llreglerkontakten in Gefahrfällen durch besondere Relais unterbrochen
werden. Diese Einrichtungen sind aber entweder nicht in allen Fällen anwendbar oder
haben technische oder wirtschaftliche Nachteile.
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Das Ausschalten eines fernangetriebenen Regulators geht verhältnismäßig
langsam vor sich.
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Das Parallelschalten von Widerstand zu den Magnetwicklungen vermindert
die Erregung nur in geringem Mlaße, das vollkommene Kurzschließen einer Magnetwicklung
ist nur dann möglich, wenn noch so viel Widerstand im Erregerstromkreis eingeschaltet
ist, daß die Erregerstromquelle nicht mit kurzgeschlossen oder durch Überlastung
beschädigt wird. Dieser Widerstand verursacht im norrnalen Betrieb unnötigen Energieverlust.
Das Unterbrechen
des Erregerstruines ist wegen (Ivr hohen, in den
-.Magnetwicklungen entstehenden Induktionsspannungen nur dann ungefährlich. wenn
die betreffende Wicklung vorher kurzt',eschlossen ist, wobei die bereits erwähnteil
",#'aehteile vorhanden sind.
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Die Anordnung eines besonderen Wi#elerstancles im Erregerstromkreis
ist tinwirtschaftlich und kann bei Anwendung nach.-stehend beschriebener Erfindung
vermieden Z5
werden. Die Anwendung ein(!-,; Schaltniotors be-
schränkt
sich auf Spezialfälle und ist zum .Schutz gegen unzulässigen Anstieg der Spannung
eines Stromerzeugers bei durchgehender Kraftmaschine ohne zusätzliche Schutzeinrichtun-en
ungeeignet, da die Spanntin(1 periodisch wiederkehrt und erst allmählich abklingt.
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\orliegende Erfindung löst unter Verineidung der angeführten Nachteile
die Auf-
gabe, die Erregung der Stronierzeuger im Gefahrfalle unter Benutzung
vorhandener kegulierwiderstände lediglich durch Anordnung von Selbst- oder Fernschaltern
un 't leicht anzubringenden Kontaktvorrichtungen auf zulässige Grenzen oder bis
auf Ntill zu verringern.
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Das Prinzip der Anordnung ist aus Abb. 1
zu ersehen. Die -.\lalglie.t\#-iclitiii.gi
ist mit. dem zugehörigen Regulitrwiderstand 2 in el r, Serie geschaltet. Der reil
deS P,0,1-1L1lierix-i(lerstandes, der bei der üblichen -#iii;rlllititiz; im Betriebszustande
ganz aus dein Stromkreis ausgeschaltet wird, bleibt erfindungsgeinaß im Stromkreis
eingeschaltet, ist aber durch deu Fernschalter4 über (lieKoiital-:te5 und
6 kurzgCschlossen. Der Fernschalter hat die Auslüsevorrichtung7, deren Spule
in bekannter Weise in Abhängigkeit von Stroni, Spannung, Drehzahl oder Temperatur
des Stronierz,--ulger, Strom erhält und den Schalter zum bringt. In den Abb.
2, -3, -1 und 6 ist die Auslösevorrichtung (fer
( bersichtl;chkeit halber fortgelassen.
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Die Wirkungsweise ist folgende: lin Betriebszustand fließt der Erregerstroni
von der Stromquelle durch den Regtilierwiderstand über den Gleitkontakt
3 und die Kontakte und 6 des Fernschalters zur Feldwicklung und durch
diese zur Stroniquelle zurück. Vorn Auflagepunkt des Gleitkontaktes fließt noch
ein minimaler Zweigstrom durch den restliehen, kurzgeschlossenen Teil des Widerstandes
ebenfalls durch die Magnetwicklung zur Stromquelle zurück. Löst der 17ernschalter
aus, so ist der gesamte Regulierwiderstand mit der Feldwicklung in Serie geschaltet,
und der Erregerstrom wird auf einen geringen, durch den Ohrawert des Stromkreises
bedingten Wert verringert. Uni nach Beseiti-Isung der Störung den Stronierzeuger
ivieder in Betrieb nehmen zu können, muß der Regulierwiderstand in seine Endlage
für das Anlassen der 'Maschine gebracht und darauf der Fernschalter wieder eingelegt
werden.
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Soll die Erregung des Stromerzeugers noch weiter vermindert werden,
ais es durch Vorschaltung des RegIllierwiderstanfles möglich ist, so kann der 1#-ernschalter
als Umschalter ausgebildet werden und erhält flann einen weiteren Kontakt
8, an den das andere Ende der Frregerwicklung angeschlossen wird. Dann wird
beim Auslösen des Fernschalters nach dem Vorschalten des gesamten Reglerwiderstandes
noch die Feldwicklung kurzgeschlossen und die Erregung praktisch bis el auf Null
verringert.
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-Mit den Regulierwiderständen soll der Erregerstronikreis in
der Regel ganz unter-Z, brochen werden können. In diesen Fällen muß noch eine besondere,
zwangläufig mit el Jem Regler betätigte Kontaktvorrichtung angebracht werden, die
in Abb. 2 beispielsweise als Kontakthahnen mit besonderem Schleifkontakt dargestellt
sind. Bei dieser Anordnung ist der letzte Kontakt des Reglerwiderstandes mit der
Kontakthalin io, die Erregerwicklung mit Kontaktbahn ii fest verbunflen. Die Kontaktbahnen
sind im Betriebszustaii,1 durch den Gleitkontakt 13 leitend überbrückt, der
in der Endlage bei ganz abgeschalteter Erregung, nachdem der Gleitkontakt3 seine
Kontaktreihe bereits verlassen hat, den Stromkreis an der Kontaktbahn io ganz unterbricht.
Kontakt 12, der gleichfalls vi-,ni Gleitkontakt 13 bestrichen wird, dient dazu,
die Erregerwicklung vor der L'nterbrechung des Stromkreises kurzzuschließen, um
dem entstehenden Induktionsstroin eine geschlosgetic Bahn zu geben.
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In manchen Fällen ist es erwürischt. len Widerstand nicht plötzlich,
sondern stufenweise vorzuschalten. Auch (lann kann da#, Frfindungsprinzip zur Anwendung
kommell. Der Selbst- oder Fernschalter muß (lann iiiii mehreren, der Reihe nach
untcrbrechen(len Kontakten ausgerüstet sein, wie in Abb- 3 angedeutet, oder
es müssen mehrere., der Reihe nach unterbrechende Szlialter angeordnet werden. Von
den einzelnen Kontakten des Selbstschalters 14, 15 führen VerbitAungsleitungen
über besondere, mit dem I#',egulierwiderstand zwangläufig betätigte Kontaktvorrichtungen
j6, 17, 18. 19, 20, 21 zu entsprechenden Stellen des Widerstandes.
Letztgenannte Kontaktvorrichtungen sind notwendig, uni. den normalen Gebrauch des
Reglers zu ermög b el liehen. Sie stellen die Verbindung zwischen Regulierwiderstand
und Selbstschalter erst dann* her, wenn der Gleitkontakt des Reglers die entsprechende
Anschlußstelle im Sinne
einer Verstärkung der Erregung überschreitet,
el ZD und öffnen in derselben Reglerstellung, wenn die Bewegung- des Gleitkontaktes
im umgekehrten Sinne erfolgt. In Abb. 3 ist für diese Kontakte das Schema
eines Walzenschalters gewählt. Die Kontakte io, 11, 12, 13 entsprechen den gleichbenannten
in Abb. 2. Die Wirkungsweise ist nach dem Vorgesagten ohne weiteres verständlich.
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In vielen Zentralen sind elektrische Schnellregler angeordnet, deren
Wirkung darauf be-
ruht, daß ein Regulierwiderstand taktmäßig kurzgeschlossen
wird (Tirril - Regler - Spannungsregler nach System Fuß
- Siemens -Schuckert-Regler). In diesen Fällen -würde, wenn der Schnellregler
in der üblichen Weise angeschlossen wird, die Wirkung der Schutzeinrichtung beiAnwendung
am gleichen Regulierwiderstande insofern beeinträchtigt werden, als der Reglerwiderstand,
der mit seinem vollen Ohmwert der Magnetwicklung vorgeschaltet werden soll, durch
die Kurzschlußkontakte des Schnellreglers überbrückt wird und das Kurzschließen
der Erregerwicklung in einem Moment stärkster Erregung des Magnetfeldes erfolgen
kann. Da wegen der 1-nagnetischen Trägheit die Spannung der Erregermaschine nicht
momentan verschwindet, wenn die Feldwicklung in einem Moment voller Erregung kurzgeschlossen
wird, würden di,-Kurzschlußkontakte des Schnellreglers bei immerhin noch erheblicher
Spannung die Maschine kurzschließen. und können dabei Schaden erleiden.
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Um diese Nachteile zu vermeiden, wird erfindungsgemäß, wenn Schnellregier
nach vorgenanntem Prinzip vorhanden sind, noch ein besonderer Kontakt 22 (Abb. 2)
am Selbstschalter angeordnet oder dieser selbst mehrpolig ausgeführt, wie in Abb.
4 dargestellt. Von diesern Kontakt wird die eine, zu den Kurzschlußkontakten des
Schnellreglers führendeLeitung abgezweigt, während die anderen in normaler Weise
angeschlossen sind. Beim Ansprechen des Selbstschalters wird dann auch dieser Kontakt
unterbrochen, und der Widerstand kann durch den Schnellregler nicht mehr kurzgeschlossen
werden.
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In Abb. 4 ist ein Ausführungsbeispiel für einen Generator dargestellt,
dessen Spannung durch einen Siemens-Schuckert-Regler geregelt wird und dessen Feldwicklung
nach dem Vorschalten des Regulierwiderstandes kurzgeschlossen werden soll. Bei diesem
Schnellregler erfolgt das taktmäßige Kurzschließen des Widerstandes durch einen
schwingenden Kontaktsteg, der zwischen zwei festen Kontakten, die mit dem Regulierwiderstand
verbunden sind, Verbindung herstellt. Um die Schaltleistung gleichmäßig auf bei-de
Unterbrechungsstellen zu verteilen, ist der Regulierwiderstand in zwei Hälften geteilt
und der den Mittelpunkt bildende - Gleitkontakt: mit dem Kontaktsteg durch
eine Leitung verbunden. Die normale Anordnung wird _ erfindungsgemäß durch
die in der Abbildung clargestellte ersetzt. Darin. bedeuten i die Feldwicklung,
2 und 2' die beiden Hälften- des Regulierwiderstandes, 3 und 3' zwei
voneinander isolierte, jedoch mechanisch fest verbundene Gleitkontakte, 4 den Selbst-
oder Fernschalter, der in diesem Fall als dreipoliger Umschalter dargestellt ist.
Im Betriebszustand fließt der Erregerstrom von der einen Klemme der Erregermaschine
durch Widerstandshälfte:2, Gleitkontakt3 über Kontakt23 und :24 am Schalter4 züm
Gleitkontakt3', durch Widerstandshälfte2' und durch die Feldwicklung zur anderen
Klemme der -Erregerrnaschine zurück. Von Gleitkontakt 3
nach 3' fließt
noch ein minimaler Zweigstrom durch die restlichen' Teile der beiden Widerstandshälf
ten und Verbindung 25. Unterbricht der Schalter4, so fließt kurze Zeit der
Strom über die Widerstandshälfte2, Verbindung225, Widerstandshälfte 2' durch die
Feldwicklung i, bis dieselbe durch den Schalter über Kontakte 2-3 und 24
kurzgeschlossen ist. An Kontakt 22 des Schalters 4 ist der eine feste Kontakt des
Schnellreglers, an Kontakte 23 und 24 der schwingende Kontaktsteg des Schnellreglers
angeschlossen, während der andere feste Kontakt zwischen Feldwicklung und Regulierwiderstand
angeschlossen ist (in der Abbildung, nicht gezeichnet). Schaltet der Schalter 4
um, so sind zwei Leitungen zum Schnellregler unterbrochen, derselbe also
wirkungslos.
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Abb. 5 zeigt die Anwendung des Erfindungsprinzips bei Osnos-Schaltung
der Erregermaschine. Die Schaltung selbst ist be- i
schrieben in der Zeitschrift
»Elektrotechnik und Maschinenbau«, Jahrgan- igi2, S. 741. Es bedeuten i die
Wicklungen der Pole, die zuerst erregt werden, i' die Wicklungen der Pole, die zuletzt
erregt werden, :2 und :2' Teile i
des Feldreglungswiderstandes,
3 und 13 zwei isolierte, mechanisch fest verbundene Gleitkontakte, 4 der
Selbst- oder Fernschalter, 26 einen Vorschaltwiderstand. In der Stellung
d der Gleitkontakte kann kein Strom j fließen-, die Maschine ist unerregt.
Bewegt sich der Gleitkontakt nach rec4ts, so fließt der Strom von einem Pol über
Vorschaltwiderstand 26, Wicklungen i, Gleitkontakt 13, Widerstand
2, Gleitkontakt 3, Schalter 4 zum anderen Pol zurück. In Stellung
o beginnt ein beim weiteren Wandern des Gleitkontaktes immer stärker werdender
Zweigstrorn durch die Wicklun-en i' zu fließen, bis der Gleitkontakt 13 die
Kontaktbahnen:27 und 28 1
verläßt. Dann fließt der Strom über den Vorschaltwiderstand
26, Wicklungen i und i',
Kontaktbahn 29, GleitkOntakt
3, Kontaktbahn 3o, Schalter 4 zum Anker zurück. In der Stellungf ist auch
noch der Vorschaltwiderstand kurzgeschlossen. In welcher Stellung der Gleitkontakte
auch iimmer das Auslösen des Schalters 4 erfolgt, stets sind solche Teile der Widerstände
2 und 2' im Stromkreis eingeschaltet, daß der Erregerstrom dadurch stark geschwächt
wird.
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Bei Regulierwiderständen in Verbindung mit Schnellreglern nach deni
vorstehenden Prinzip ist die stufenweise Vorschaltung des Regulierwiderstandes nicht
möglich, da die Art des Schnellreglers es bedingt, daß der Gleitkontakt bei arbeitendem
Schnellregler sich stets in der Nähe der Endlage für schwächste Erregung befinden
muß.
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In analoger Weise, wie bei Stromerzeugern zur Verminderung der Erregung,
kann das Erfindungsprinzip zum Schutz von Motoren mit Anlaßwiderständen gegen die
schädlichen Folgen beim Ausbleiben der Spannung, Unterbrechung der Felderregung
oder überschreitung der Drehzahl angewendet werden.
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Abb. 6 zeigt die Anordnung für einen Nebenschlußmotor. Bei
eingelegtem Schalter4 wird der Motor durch Drehen der Anlasserkurbe13 aus der Stellungg
in die Stellung h in Betrieb gesetzt. Löst der Schalter 4 aus, dann ist der gesamte
Anlaßwiderstand 2 dem Anker vorgeschaltet.
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Als Motoren in vorstehendem Sinne gelten auch solche Maschinen, die
teils als Motor, teils als Stromerzeuger wirken, sowie auch Einankerumformer.