DE516389C - Einrichtung zur Spannungsregelung von Gleichstrommaschinen - Google Patents

Description

Bei elektrischen Maschinen, auch solchen mit selbsttätiger Spannungsregelung, ist es jeweils notwendig, die Spannung weit unter den normalen Wert herabzusetzen oder sogar umzukehren, beispielsweise bei Maschinen, die als Erreger für Wechselstromgeneratoren dienen, welche mit stark kapazitiver Belastung z. B. auf ausgedehnte und hochgespannte Netze arbeiten. Bei selbsterregten Maschinen mit solchen Spannungsreglern, welche Widerstände im Erregerkreis aussetzend kurzschließen, ist eine derartige Regelung bis auf niedrige oder negative Werte nicht praktisch durchführbar. Die Wirkungsweise eines derartigen Reglers kann zweckmäßig in der Weise dargestellt werden, daß in das Erregerdiagramm zwei sogenannte Widerstandsgerade eingezeichnet werden, welche das Verhältnis zwischen Klemmenspannung und Erregerstrom bei kurzgeschlosse-

ao nem bzw. eingeschaltetem Erregerwiderstand darstellen. Der Regler kann nur innerhalb desjenigen Gebietes arbeiten, wo die Spannungskennlinie der Maschine zwischen diesen beiden Widerstandsgeraden liegt. Die letzteren gehen

as beide durch den Ursprung und liegen also bei besonders niedrigen Werten der Spannung sehr nahe aneinander. Dasselbe gilt für jedes Regelungssystem, bei welchem die vom Regler bewirkten Umschaltungen sich nur auf die ge regelte Spannung selbst beziehen, nur stellen je nach der Art der Umschaltungen die durch den Ursprung gehenden Geraden nicht einfach Widerstände, sondern allgemein Verhältnisse zwischen Spannung und Strom dar. Da nun die Spannungskennlinie nicht eine ganz bestimmte Linie ist, sondern infolge der Hysteresis im Eisen etwas abweichende Lagen bei steigender und bei sinkender Spannung besitzt und auch von den unvermeidlichen Geschwindigkeitsschwankungen beeinflußtwird, bekommt sie bei niedriger Spannung eine Neigung zum Durchschneiden der Widerstandsgeraden, wodurch das Regelungsgebiet begrenzt wird. Außerdem nimmt die Regelungsgeschwindigkeit wesentlich mit der Spannung ab, was einen großen Nachteil darstellt.

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Ermöglichen des Arbeitens eines aussetzend wirkenden Spannungsreglers an niedrigen Werten der Spannungkurve oder sogar auf dessen negativem Teil, welche sich dadurch auszeichnet, daß eine von der zu regelnden Maschine unabhängige Spannungsquelle vom Regler abwechselnd in verschiedener Weise im Verhältnis zur eigenen Maschinenspannung eingeschaltet wird, wodurch die Widerstandsgeraden entweder parallel verlaufen oder einander unterhalb des Ursprungs schneiden.

Vier verschiedene Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung in Abb, 1, 3, 5

und 6 dargestellt, während Abb. 2 und 4 Spannungsdiagramme zeigen, die den Abb. 1 bzw. 3 entsprechen.

In Abb. ι ist τ der Anker eines Gleichstromerzeugers, dessen Spannung geregelt werden soll, und der vorzugsweise als Erreger eines größeren Erzeugers, beispielsweise für Wechselstrom, gedacht ist. 2 ist die Erregerwicklung des Gleichstromerzeugers, welche an dessen eigenen Klemmen über einen zweiteiligen Widerstand 3, 4 angeschlossen ist. Durch Kontakte 5 und 6, die durch eine nicht dargestellte Vorrichtung abwechselnd geöffnet und geschlossen werden, kann ein Zusatzstromerzeuger 7 abwechselnd parallel zur einen oder anderen Widerstandshälfte 3 bzw. 4 geschaltet werden. Da die eine Klemme des Erzeugers 7 mit einem Punkt zwischen den beiden Widerständen dauernd verbunden ist, bedeutet dies, daß der Erzeuger 7 abwechselnd gegen und mit dem Haupterzeuger 1 geschaltet wird.

Die Wirkungsweise dieser Schaltung ist in Abb. 2 veranschaulicht. Bei Wirkung in derselben Richtung erhält man die Widerstandsgerade b, bei Wirkung in entgegengesetzter Richtung die dazu parallele Widerstandsgerade c. Die Kennlinien der Maschine liegt innerhalb des Arbeitsgebietes zwischen den beiden Geraden δ und c und auch bei und unterhalb des Ursprungs in wesentlicher Entfernung von den beiden, wodurch der Spannungsregler bei allen vorkommenden Spannungen arbeiten und schnell regeln kann.

Die Schaltung nach Abb. 1 kann derart abgeändert werden, daß die Klemmen des Zusatzerzeugers periodisch an die beiden Enden eines ungeteilten Widerstandes, entsprechend dem Widerstand 3, 4, gelegt werden. Mit dem Zusatzerzeuger soll dann ein Widerstand dauernd in Reihe liegen.

Die in Abb. 3 dargestellte Maschine 1 hat zwei Erregerwicklungen 8, 9 und eine in Reihe mit den beiden geschaltete Zusatzmaschine 10. Der Verbindungspunkt zwischen den beiden Erregerwicklungen kann durch die Reglerkontakte 11 mit der anderen Klemme der Zusatzmaschine 10 verbunden werden. Bei geschlossenen Kontakten 11 arbeiten die Hauptmaschine ι und die Zusatzmaschine 10 je auf die mit ihnen in Reihe geschaltete Erregerwicklung, welche Wicklungen bezüglich der Richtung des von ihnen erzeugten Flusses dabei zusammenwirken. Bei offenen Kontakten werden die beiden Maschinen dagegen auf die beiden in Reihe liegenden Erregerwicklungen gegeneinandergeschaltet, wobei die Wicklungen einander entgegenwirken. Es ergeben sich hieraus die beiden in Abb. 4 gezeigten Widerstandsgeraden, welche einander unterhalb des Ur-Sprungs in einem Abstand schneiden, welcher vom Verhältnis zwischen den Windungszahlen der beiden Erregerwicklungen abhängt. Diese Schaltung hat also auch die erwünschten Eigenschaften bei niedriger Spannung und auf einem Teil der negativen Seite.

Zur Erleichterung der Unterbrechung kann man in bekannter Weise zur Kontaktstelle 11 in diesem Fall einen Widerstand 12 parallel legen.

In Abb. 5 ist in Reihe mit der Erregerwicklung 15 des Gleichstromerzeugers 1 eine Zusatzmaschine 16 dauernd eingeschaltet. Letztere hat zwei Erregerwicklungen 17, 18, welche einander entgegengesetzt wirken und an einem Hüfsstromerzeuger 19 abwechselnd durch einen Pendelkontakt 20 eingeschaltet werden können, wobei letzterer natürlich durch zwei getrennte mechanisch zusammenwirkende Kontaktsysteme nach Abb. 1 ersetzt werden kann. Die Schaltung nach Abb. 5 gibt wie die nach Abb. 1 parallele Widerstandsgeraden. Zur Erleichterung der Umschaltung können mit den Kontaktstellen Widerstände parallel geschaltet werden, oder man kann mit den Kontaktstellen Widerstände in Reihe schalten und die Umschaltung ohne Unterbrechung bewirken.

Um vorzubeugen, daß die Kennlinie des Stromerzeugers 1 die obere Widerstandsgerade durchschneidet, falls die Maschine bei plötzlicher Entlastung durchzugehen anfängt, kann man die Anordnung derart treffen, daß die Zusatzspannung dabei auch in geeignetem Verhältnis steigt. Falls der Erzeuger 1 den direkt gekuppelten Erreger eines Drehstromerzeugers 13, 14 darstellt, kann der Erreger 19 beispielsweise von einem am Netz des Drehstromerzeugers angeschlossenen Motor 21 angetrieben werden, so daß seine Geschwindigkeit mit der der Hauptmaschine ansteigt. Die Zusatzmaschine 16 kann auch von demselben Motor oder von einem anderen 22 angetrieben werden, wodurch die Zusatzspannung quadratisch mit der Geschwindigkeit wächst. Natürlich können die Maschinen 16, 19 auch mechanisch mit den Hauptmaschinen gekuppelt werden.

In Abb. 6 ist ebenfalls eine Zusatzmaschine 16 dauernd in Reihe mit der Erregerwicklung 15 des Gleichstromerzeugers 1 geschaltet. Die Zusatzmaschine hat eine Erregerwicklung 23, welche von einem kleinen Erzeuger 19 abwechselnd in der einen oder anderen Richtung über zwei Pendelkontakte 25 erregt wird; letztere können gleichzeitig jeder für sich betätigt oder mechanisch verbunden werden. Die beiden Maschinen 16 und 19 können beispielsweise von einem Motor 27 angetrieben werden, welcher an einen von dem Erreger 1 erregten Erzeuger 13, angeschlossen, ist. Mit der Erregerwicklung 23 ist ein Widerstand 24 parallel geschaltet, um die Umschaltung zu erleichtern, falls der eine zu einem Pendel gehörige Kontakt des Systems 25 unterbricht, bevor der andere

schließt; mit den Pendelkontakten sind Widerstände 26 in Reihe geschaltet, um einem Kurzschluß vorzubeugen, falls die beiden zu einem Pendel gehörenden Kontakte gleichzeitig geschlossen werden sollten. Um die Umkehrung der Feldrichtung in der Zusatzmaschine zu erleichtern, ist ihre eigene Ankerspannung in Reihe mit der Spannung des Erzeugers 19 auf die Erregerwicklung 23. geschaltet. Die Ohmzahl der letzteren und die Widerstände 24 und 26 werden zweckmäßig derart bemessen, daß die Spannung der Maschine 16 selbst hinreicht, um den gesamten Ohmschen Spannungsabfall zu überwinden, d. h. daß die ganze Spannung des Er-

zeugers 19 für die Überwindung der durch die Feldänderung induzierten Gegenspannung in der Erregerwicklung zugänglich wird. Diese Schaltung ergibt wie die in Abb. 1 und 5 gezeigten parallele Widerstandsgeraden.

ao Die Schaltung nach Abb. 6 kann auch beispielsweise derart geändert werden, daß der Erzeuger 19 mit einem Spannungsteiler versehen wird, an dessen Mitte das eine Ende der Erregerwicklung 23 angeschlossen wird, während das andere Ende durch einen Pendelkontakt abwechselnd an die eine oder andere Außenklemme der Maschine gelegt wird. Der zweite Pendelkontakt wird in diesem Falle entbehrlich. Obwohl die vom Erzeuger unabhängige Spannungsquelle in sämtlichen Ausführungen als eine Maschine dargestellt wurde, kann sie in gewissen Fällen aus einer Batterie o. dgl. bestehen.

Es wird noch bemerkt, daß bereits früher vorgeschlagen wurde, den Erregerkreis einer nur fremderregten elektrischen Maschine durch die Kontakte eines Schnellreglers derart umzuschalten, daß die Erregerwicklung abwechselnd von Strom in entgegengesetzten Richtungen durchflossen wird. Bei dieser Schaltung muß zur Erzielung eines bestimmten Wertes der Erregung entweder die Bewegung der Reglerkontakte sehr unregelmäßig sein, so daß die Kontakte in der einen Endstellung viel langer bleiben als in der anderen, oder die Schaltung unsymmetrisch sein, so daß die in einer Richtung wirkende Spannung auf die Erregerwicklung größer als die in der anderen Richtung wirkende ist. Im ersten Falle wird nicht nur die Arbeit der Reglerkontakte schwierig, sondern es müssen auch beide Spannungen bedeutend höher als die wirklich erforderliche mittlere Erregerspannung sein. Im zweiten Falle wird immer eine untere Grenze für die Erregung gesetzt. Bei der vorliegenden Erfindung, nach welcher die umkehrbare äußere Spannungsquelle immer in Reihe mit einer selbsterregten Wicklung der zu regelnden Maschine geschaltet ist, kann nicht nur diese Spannungsquelle eine bedeutend niedrigere Spannung als die normale Erregerspannung besitzen, sondern diese Spannungsquelle kann auch — und sollte vorzugsweise — ganz symmetrisch nach beiden Richtungen sein; die Bewegung der Reglerkontakte kann dabei auch, wenigstens so lange man sich auf dem geraden Teil der Erregungskurve hält, ganz symmetrisch verlaufen. Bei einer selbsterregten Maschine bedeutet nämlich die abwechselnde Einschaltung von zwei gleich großen und entgegengesetzten zusätzlichen Erregerspannungen während gleich langer Perioden eine Konstanthaltung der schon vorhandenen Erregung, unabhängig vom absoluten Wert der letzteren. Man kommt also hier nicht nur mit einer sehr erheblich kleineren Erregerspannung aus, sondern man erhält auch ein viel besseres Arbeiten der Erregerkontakte. Hierzu kommt noch, daß die Spannungskurve der so geregelten Maschine viel glatter als bei einer fremderregten Maschine ausfällt, weshalb die nach der vorliegenden Erfindung erregte Maschine unmittelbar als Erregermaschine eines großen Wechselstromerzeugers benutzt werden kann, was mit einer ausschließlich fremderregten Maschine praktisch unmöglich ist.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Spannungsregelung von Gleichstrommaschinen, bei welcher ein Regler mittels Kontakten eine von der Maschine unabhängige Spannungsquelle periodisch abwechselnd zu verschiedener Wirkung auf die Erregung der Maschine umschaltet, dadurch ' gekennzeichnet, daß einer selbsterregten Wicklung der zu regelnden Maschine eine schnell zwischen Plus und Minus wechselnde Zusatzspannung aufgedrückt wird.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregerwicklung der zu regelnden Maschine in Teile (8, 9) aufgeteilt ist, von denen der eine abwechselnd in verschiedenen Richtungen von Strom durchflossen wird, welcher ganz oder teilweise von der unabhängigen Spannungsquelle kommt.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregerwicklung einer in Reihe mit der Erregerwicklung der Hauptmaschine geschalteten Zusatzmaschine (16) durch den Regler abwechselnd in verschiedenen Richtungen Strom erhält.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregerwicklung der Zusatzmaschine in zwei entgegengesetzt wirkende Teile geteilt ist, welche vom Regler abwechselnd an eine Spannungsquelle (19) angeschlossen werden.

5. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Enden der Erregerwicklung (23) der Zusatzmaschine mittels doppelter Pendelkontakte abwechselnd an die beiden Klemmen eines Hilfs-

Stromerzeugers (19, Abb. 6) angeschlossen werden.

6. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Ende der Erregerwicklung (23) der Zusatzrhaschine am Mittelpunkt eines Spannungsteilers fest angeschlossen ist, während das andere abwechselnd an die beiden Außenklemmen eines mit dem Spannungsteiler verbundenen Hilfsstromerzeugers angeschlossen wird.

7. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregerwicklung (23) der Zusatzmaschine in Reihe mit dem Anker dieses Hilfsstromerzeugers geschaltet ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen