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Anordnung zum selbsttätigen Schutze von Gleichstrommaschinen. Um die
schädlichen Wirkungen von Stromerhöhungen zu verhüten, wendet man Gegenkompoundwicklungen
an. Diese Wicklungen versagen indessen bei schnellen Stromänderungen, wie sie bei
Netzkurzschlüssen aufzutreten pflegen. Der Grund dafür liegt in der dämpfenden Wirkung
der Nebenschlußwick-Jung, die im Augenblick der sprunghaften Stromänderung die Rolle
einer kurzgeschlossenen Transformatorsekundärwicklung übernimmt und durch starke
Dämpferströme eine momentane Feldänderung verhindert. Man hat nun diese schädlichen
Dämpferströme am Entstehen verhindert, und zwar
dadurch, daß man
den Stromkreis der Gegenkompoundwicklung mit dem Erregerstromkreis außer durch die
Maschine selbst noch durch einen Transformator verkettet hat, wobei die Wicklungen
und Zeitkonstanten so gewählt werden, daß die Induktionsspannungen in dem aus Nebenschluß-
und sekundärer Transformatorwicklung bestehendem Sekunclärkreis in jedem Augenblick
einander gleich und entgegengesetzt gerichtet sind.
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Diese bekannte Anordnung ist in Abb. r der Zeichnung dargestellt.
Mit in ist ein Generator bezeichnet, der den Anker a, die Erregerwicklung e und
die Gegenkompoundwicklung g besitzt. Der Generator wird in diesem Falle fremd erregt,
und zwar durch eine Hilfsmaschine lt.
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Der Stromkreis der Gegenkompoundwicklung ist mit dem der Erregerwicklung
durch den Transformator t induktiv verkettet, dessen Primärwicklung p in ersterem
und dessen Sekundärwicklung s in letzterem liegt. Dabei sind die Wicklungen g,
e, p und s und ihre Zeitkonstanten so bemessen, daß die in den beiden Magnetsystemen
in jedem Augenblick erzeugten Induktionsspannungen gleich und entgegengesetzt gerichtet
sind. Hierdurch wird erreicht, daß ein Dämpferstrom in dem Erregerstromkreis nicht
auftreten kann und die Gegenkompoundwicklung g ihren vollen Einfluß auf das Magnetfeld
der Maschine m auszuüben vermag, so daß sie bei plötzlichem Anwachsen der Stromstärke
in der Maschine das Feld herabdrückt.
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Die Wirkungsweise dieser Anordnung ist in Abb.2 diagrammatisch veranschaulicht.
Auf der Abszisse sind die relativen Ankerstromstärken J/Jo (Verhältnis der der die
normale Stromstärke überschreitenden Stromstärke zur Normalstromstärke) und auf
der Ordinate die diesen Werten entsprechenden relativen Feldstärken 12'o aufgetragen.
Wird die Gegenkompoundwicklung allein angewendet, so bleibt das Feld beim plötzlichen
Anwachsen der Stromstärke im ersten Augenblick nahezu konstant. Diesem Vorgang entspricht
die Gerade A parallel zur Abszisse. Verwendet man hingegen die Verkettung, so nimmt
das Feld mit wachsender Stromstärke ab und verläuft gemäß der Kurve B, die bei einer
bestimmten Stromstärke auf die Abszisse auftrifft. In diesem Augenblick ist das
Feld Null geworden.
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Nach der Erfindung wird nun die Wirkungsweise der Anordnung noch erheblich
dadurch verbessert, daß man der Gegenkompoundwicklung einen induktiven Widerstand
parallel schaltet, wie es in Abb. 3 veranschaulicht ist. In dieser ist der Gegenkompoundwicklung
g eine Drosselspule d parallel geschaltet. Bei schneller Stromänderung wird dann
unter dem Einfluß der höheren Selbstinduktion des parallel geschalteten Widerstandes
die Stromstärke in der Gegenkompoundwicklung erhöht. Die Folge davon ist, daß das
Feld der Maschine bedeutend schneller geschwächt wird als in dem angeführten Fall,
und zwar ist die Geschwindigkeit der Änderung von der Geschwindigkeit der Stromerhöhung
abhängig. Die Vorgänge bei dieser Schaltung sind in Abb. d. dargestellt. Bei verhältnismäßig
langsamer Zunahme des Stromes nimmt das Feld nach dem Verhältnis der Gegenkompound-
zur Nebenschlußwick-Jung ab (annähernd Beharrungszustand), etwa nach Kurve C. Je
schneller sich die Stromstärke ändert, um so stärker ist die Feldkurve geneigt,
d. h. bei um so geringerer Stromstärke wird das Feld bereits geschwächt. Die Kurven
D, E und F zeigen die Abnahme der Feldstärke bei verschiedenen Änderungsgeschwindigkeiten
des Ankerstromes, von denen die, welcher die Kurve F entspricht, die größte ist.
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Man kann die Anordnung mit induktivem Widerstand noch dadurch vereinfachen,
daß man die im Stromkreis der Maschine gelegene primäre Transformatorwicklung p
mit dem induktiven Widerstand d zusammenfallen läßt.
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Es ist an und für sich bekannt, der Gegenkompoundwicklung einer Maschine
eine Drosselspule parallel zu schalten. Dies ist jedoch zu dem Zweck geschehen,
das Anwachsen der Belastung eines Turbogenerators, der parallel mit von Kolbenmaschinen
.angetriebenen Stromerzeugern arbeitet, bei Kurzschluß oder Überlastung der Anlage
zu verhüten, aber nicht, wie im vorliegenden Fall, zu dem Zwecke, das Feld einer
Maschine bedeutend stärker zu schwächen, das bei schnell anwachsendem Strom durch
eine besondere @@erkettung der Kompoundwicklung und der Nebenschlußerregerwicklung
mit einem Transformator herabgedrückt wird.
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Die Anordnung nach der Erfindung schützt nun zwar die Maschine vor
unzulässigen Stromerhöhungen, sie bietet aber keinen Schutz für die mit diesen Stromerhöhungen
verbundenen Überspannungen, die in der Erregerwicklung der :Maschine erzeugt «-erden.
Um diese zu verhüten, verwendet man nach der Erfindung eine Fremderregung mit erheblich
niedrigerer Spannung, als der Hauptmaschinenspannung entspricht. So kann man die
Fremderregung z. B. '/" der Hauptgeneratorspannung wählen.
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Ein anderes Mittel, die entstehenden Oberspannungen zu verkleinern,
das sich selbstverständlich auch bei selbsterregten Maschinen anwenden läßt, besteht
darin, daß man die Nebenschlußwicklung in mehrere Teile zerlegt
und
zu diesen entsprechende Teile der sekundären Transformatorwicklung hintereinander
schaltet. Ein Ausführungsbeispiel hierfür ist in Abb. 5 dargestellt. Die Erregerwicklung
ist hier in drei Teile e1, e_ und e j zerlegt, die einzeln mit den Spulen s1, s2
und s" der ebenfalls unterteilten Sekundärwicklung des Transformators t hintereinandergeschaltet
sind. Hierdurch wird erreicht, daß die an der Erregerwicklung auftretende Überspannung
auf '/3 der Überspannung verkleinert wird, die ohne Unterteilung auftreten würde.
Wählt man die Spannung der Erregerwicklung an und für sich beträchtlich niedriger
als die der Maschine, so ergibt sich eine ganz erhebliche Verminderung der Überspannung
beim plötzlichen Anwachsen der Stromstärke in der Maschine. Die beschriebene Unterteilung
der Erregerwicklung läßt sich mit Vorteil auch überall da anwenden, wo der Erregerkreis
mit einem Transformator zu anderen Zwecken verbunden ist.
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Unter Umständen sind die beim Ausschalten des selbsttätigen Schalters
entstehenden Induktionsspannungen wegen der hohen Schaltgeschwindigkeit und der
Größe des zu unterbrechenden Stromes wesentlich höher als die bei Kurzschlüssen
entstehenden. Zu ihrer vollständigen Unterdrückung soll nach der Erfindung der Transformator'
mit einer dritten Wicklung versehen werden, die durch jenen Schalter selbst im Augenblick
des Aus-5chaltens in sich kurzgeschlossen und damit zur dämpfenden Wirkung gebracht
wird.
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Diese dritte Wicklung kann erspart werden, wenn man die bereits vorhandene
Sekundärwicklung in derselben Weise ganz oder teilweise durch den selbsttätigen
Schalter in sich kurzschließen läßt.