-
Einrichtung zur Regelung von Wechselstrom-Synchrongeneratoren mit
Hilfe von Gleichstromerregermaschinen Will man bei Gleichstrommaschinen, welche
zur Erregung von Wechselstrom-Synchrongeneratoren dienen, Selbsterregung und stabile
Spannungsregelung in weiten Grenzen miteinander verbinden, so richtet man den Gleichstromerzeuger
zweckmäßig so ein, daß er oberhalb des Knies der Leerlaüfcharakteristik arbeitet.
Maschinen, die dieser Bedingung genügen, sind z. B. die bekannten Spaltpolgeneratoren,
bei denen je ein Halbpol zwischen einer Haupt- und einer Hilfsbürste angeordnet
und der eine Halbpol z. B. mittels eines Stromes gleichbleibender Stärke, der andere
mittels eines in weiten Grenzen veränderlichen Stromes erregt wird. Spaltpolgeneratoren
haben jedoch den Nachteil, daß sie wegen des verhältnismäßig großen Raumbedarfes
der Spaltpole größer als normale Stromerzeuger gleicher Leistung ausfallen und daß
sie eine starke Feldverzerrung aufweisen, die durch eine Kompensationswicklung ausgeglichen
werden muß.
-
Gegenstand der Erfindung ist eine Einrichtung zur Spannungsregelung
von Wechselstrom-Synchrongeneratoren, bei der zum Zwecke der Erzielung einer stabilen
Regelung die Erregung ebenfalls aus zwei Teilen zusammengesetzt ist, nämlich im
wesentlichen aus einer konstanten Grunderregung-und einer von dieser unabhängigen
veränderlichen Erregung. Erfindungsgemäß wird die Grunderregung der Gleichstromerregermaschine
von einem an das Wechselstromnetz angeschlossenen Transformator geliefert, der mit
dem Läufer der Gleichstrommaschine über Schleifringe verbunden ist. Der Transformator
wird so bemessen, daß er bei normaler Spannung des Wechselstromnetzes mit hoher
Eisensättigung arbeitet. Die veränderliche Erregung des Synchrongenerators wird
von einer Nebenschlußerregerwicldung der Gleichstrommaschine geliefert, in deren
Stromkreis ein veränderlicher Regelwiderstand liegt.
-
Die Regeleinrichtung nach der Erfindung hat gegenüber bekannten Erregerschaltungen
eine Reihe für den Betrieb der Synchrongeneratoren wichtiger Vorteile. Durch den
Anschluß des zur Lieferung der Grunderregung dienenden Transformators an das Wechselstromnetz,
das von dem zu erregenden Synchrongenerator gespeist wird, erreicht man eine selbsttätige
Abhängigkeit zwischen der Spannung des Wechselstromnetzes und der Erregung des Generators.
Erregerschaltungen, bei denen diese Abhängigkeit vorgesehen ist, sind an sich bekannt.
Es ist beispielsweise vorgeschlagen, die Erregung der Erregermaschine ganz von einem
Wechselstrom-Gleichstrom-Umformer zu entnehmen, der wechselstromseitig an das Wechselstromnetz
angeschlossen ist. Die Anordnung eines solchen
hmformersatzes ist
jedoch komplizierte und teuer. Außerdem fehlt bei den @ekdnnten Schaltungen die
für die Aufrechterhaltung der Stabilität wichtige Trennung der Erregung in eine
konstante Grunderregung und eine veränderliche Erregung. Transformatoren, die einerseits
an das Wechselstromnetz und anderseits über Schleifringe an den Läufer der Gleichstromerregermaschine
angeschlossen sind, hat man bisher nur zum Zwecke der Kompoundierung des Synchrongenerators
in Abhängigkeit von dem Strom oder der Spannung des Wechselstromnetzes angewendet.
Im Gegensatz zu den bekannten Schaltungen dient nach der Erfindung die von dem Wechselstromnetz
gelieferte Erregung nicht zur Kompoundierung des Synchrongenerators, sondern vielmehr
zur Lieferung einer praktisch konstanten Grunderregung. Die hohe Eisensättigung
des Transformators wirkt sich so aus, daß die während des normalen Betriebes im
Netz, auftretenden Spannungsschwankungen auf die Erregung des Synchrongenerators
keinen Einfluß haben. Diese Schwankungen werden vielmehr in üblicher Weise in @
dem Nebenschlußerregerkreis der Erregermaschine ausgeregelt. Treten dagegen in dem
Wechselstromnetz bei Störungserscheinungen, insbesondere bei Netzkurzschlüssen,
Spannungsänderungen auf, welche eine bestimmte Grenze überschreiten, so wird der
Betriebspunkt des Erregertransformators aus dem gesättigten Teil der Leerlaufcharakteristik
in den ungesättigten Teil derart verlagert, daß die Grunderregung, der Spannungsabsenkung
folgend, erheblich vermindert wird. Gleichzeitig mit dem Netzkurzschluß wird dadurch
eine momentan eintretende Verminderung der Erregung erzielt, so daß bei entsprechender
Bemessung des Erregertransformators der Netzkurzschlußstrom keine gefährlichen Werte
annehmen kann. Je nach den besonderen Betriebsbedingungen des zu speisenden Wechselstromnetzes
wird man dabei das Verhältnis zwischen der von dem Wechselstromnetz gelieferten
Grunderregung und der veränderlichen Gleichstromnebenschlußerregung so wählen, daß
sich die vorstehend geschilderten Erregungsänderungen möglichst günstig auswirken
können.
-
In Abb. i ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt.
Ein Synchrongenerator a wird von einer beliebigen Primärmaschine b angetrieben und
speist das Netz c. An die Schleifringe a1 des Synchrongenerators sind die Kommutatorbürsten
d2 einer Gleichstromerregermaschine d angeschlossen. Die Erregermaschine ist mit
einer Nebenschlußerregerwicklung dl ausgerüstet, in deren Stromkreis ein Regler
beliebiger Bauart liegt. Durch diesen Regler werden in üblicher `Weise in Abhängigkeit
von den sich während des Betriebes ändernden Belastungsverhältnissen des Netzes
c die Spannungsschwankungen des Synchrongenerators a ausgeglichen. Die Nebenschlußerregung
dl liefert dabei nur einen Teil der Gesamterregung. Die Grunderregung wird in praktisch
konstanter Höhe von einem Transformator c geliefert, welcher einerseits an das Wechselstromnetz
c und anderseits über Schleifringe cl, an die Läuferwicklung der Erregermaschine
d angeschlossen ist. Um die Grunderregung von geringen Schwankungen der Spannung
des Wechselstromnetzes c unabhängig zu machen, erhält der Transformator hohe Eisensättigung.
-
Tritt im Drehstromnetz c ein Kurzschluß auf, so hat dieser wegen der
elektrischen Kupplung des Netzes mit der Läufeniicklung zur Folge, daß von den in
der Gleichstrommaschine d wirksamen magnetomotorischen Kräften die bisher vom Drehstromnetz
c gelieferte verschwindet. Ist der Regeltransformator c so geschaltet, daß die beiden
magnetomotorischen Kräfte in der Gleichstrommaschine gleichen Sinn haben, so bedeutet
das Verschwinden der Drehstromerregung eine entsprechende Verringerung der Klemmenspannung
der Gleichstrommaschine bis auf den durch ihre Gleichstromerregung gegebenen Betrag.
Damit sinkt zugleich die Erregerstromstärke des Synchrongenerators a, was eine entsprechende
Herabsetzung der Stärke des von diesem Generator zu liefernden Dauerkurzschlußstromes
auf einen ungefährlichen Betrag zur Folge hat. Ist dagegen im Augenblick des Netzkurzschlusses
die Drehstromerregung der Gleichstrommaschine d ihrer Gleichstromerregung entgegengeschaltet
und überwiegt ihre magnetomotorische Kraft diejenige der Gleichstromerregung, so
hat dies den Vorteil, daß die resultierende magnetomotorische Kraft der Gleichstrommaschine
infolge des Verschwindens der Drehstromerregung ihr Vorzeichen wechselt. Dabei geht
im Augenblick dieses Vorzeichenwechsels die Stromstärke des Stoßkurzschlusses auf
lull zurück, und die Dauerkurzschlußstromstärke stellt sich auf einen verhältnismäßig
geringen, der allein bestehen bleibenden Gleichstromerregung der Gleichstrommaschine
d entsprechenden Betrag ein.
-
Auf dem gleichen Prinzip wie die Erregerschaltung nach Abb.:i beruht
die in Abb. 2 dargestellte Anordnung. In diesem Falle wird die gesamte Erregung,
also Grunderregung und veränderliche Erregung, der Gleichstromerregermaschine d
des Synchrongenerators a über Schleifringe d3 zugeführt. f stellt einen Transformator
mit hoher Eisensättigung, e einen Regeltransformator mit geringer Sättigung dar.
Die Primärwicklungen der beiden Transformatoren e und f sind an das
Drehstromnetz c angeschlossen; ihre Sekundärwicklungen sind in
Hintereinanderschaltung
mit den Schleifringen d3 der Gleichstrommaschine verbunden. In Reihe mit den Sekundärwicklungen
der beiden Transformatoren e und fliegt die Sekundärwicklung eines weiteren Transformators
g, dessen Primärwicklung mit der Sekundärwicklung eines an das Drehstromnetz c angeschlossenen
Transformators h so verbunden ist, daß beim Sinken der Netzspannung ein zusätzlicher
Erregerstrom der Gleichstrommaschine d zugeführt wird. Hierdurch ist die Gleichstrommaschine
d in wirksamer Weise kompöundiert; d. h. gegen Spannungsschwankungen des Drehstromnetzes
unempfindlich gemacht.
-
Tritt bei der zuletzt. beschriebenen Einrichtung ein Kurzschluß im
Drehstromnetz c auf, so hat dies zur Folge, daß augenblicklich die gesamte Erregung
der Gleichstrommaschine d zusammenbricht. Infolgedessen verschwindet der Erregerstrom
im Synchrongenerator a und damit dessen Kurzschlußstrom vollständig.
-
Die Anordnung des die Kompoundierung der Gleichstrommaschine bewirkenden
Transformators h ist natürlich nicht auf den Fall der reinen Drehstromerregung der
Gleichstrommaschine d beschränkt. Man kann ihn zu dem gleichen Zweck ebensogut auch
bei dem vorher beschriebenen Ausführungsbeispiel mit gemischter Drehstrom-Gleichstrom-Erregungverwenden.