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Einrichtung zur Aufrechterhaltung des stabilen Betriebes bzw. Regelung
der Spannung von elektrischen Maschinen bei plötzlichen Belastungsänderungen Bei
plötzlichen Änderungen der Impedanz eines Netzes, sei es infolge einer plötzlichen
Belastungsänderung, eines Kurzschlusses o. dgl., entstehen elektrische Schwingungen
in den angeschlossenen Maschinen, insbesondere in den Generatoren, und zwar sowohl
in den Ständerwicklungen als auch in den Läuferwicklungen. Vorliegende Erfindung
bezweckt eine Nutzbarmachung dieser Schwingungen für Regelvorgänge, d. h. bei Auftreten
dieser Schwingungen soll bei Parallelbetrieb mehrerer Maschinen der stabile Betrieb
aufrechterhalten bzw. bei Alleinbetrieb einer Maschine die Spannung geregelt werden.
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Die Entstehung der elektrischen Schwingungen sei für den Fall eines
allein arbeitenden Synchrongenerators erläutert. Solange stationäre Verhältnisse
bestehen, wird der Kraftmaschinenregler der zugehörigen - Antriebsmaschine auf eine
entsprechende Füllung eingestellt. An den Klemmen der Läuferwicklung liegt eine
konstante Gleichspannung. Wenn sich nun die Belastung des speisenden Netzes plötzlich
vergrößert, so wird der erhöhte Leistungsbedarf im ersten Augenblick aus der kinetischen
Energie des Läufers gedeckt. Die Folge ist, daß die Läuferdrehzahl abnimmt und gleichzeitig
der Läufer in mechanische Drehschwingungen gerät, die sich der umlaufenden Bewegung
des Läufers überlagern. Diese mechanischen Schwingungen werden von elektrischen
Schwingungen begleitet, die je nach dem Vorzeichen der Belastungsänderung mit einer
positiven bzw. negativen nalbwelle einsetzen.
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Gemäß der Erfindung wird das Regelorgan in Abhängigkeit von dem Vorzeichen
der ersten Halbwelle der bei Änderung der stationären Verhältnisse im Läufer oder
Ständer der Maschine auftretenden elektrischen Schwingungen gesteuert. Dadurch wird
erreicht, daß schon im Entstehen der Belastungsänderung die Regelung beginnt und
nicht erst, wenn die Belastungsänderung bereits einen vorbestimmten Betrag angenommen
hat. Bei Regelvorgängen der letztgenannten Art ist es mitunter nicht mehr möglich,
den Netzbetrieb aufrechtzuerhalten, d. h. der Regler spricht zu spät an, um - das
Außertrittfallen der Maschinen verhüten zu können.
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-.-Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung werden für die Erfassung
des Regelsinns zwei elektrische Ventile mit eindeutiger Stromdurchlaßrichtung, insbesondere
gittergesteuerte Entladungsgefäße mit Dampf- oder Gasfüllung, derart mit dem Kreis,
in dem die als Kriterium benutzten Schwingungen auftreten, gekuppelt, daß j e nach
- defn Vorzeichen der ersten Halbwelle in vorbestimmter Weise eines der beiden Ventile
anspricht und den erforderlichen Steuervorgang einleitet.
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Ein Ausführungsbeispiel einer solchen Regelung
ist
in Abb. i dargestellt. Hierbei bedeutet A denjenigen Stromkreis, in dem die Schwingungen
auftreten, also z. B. den Rotorstromkreisdes Generators. - d ist die Primärwicklung
eines in diesen Stromkreis eingeschalteten Stromwandlers. Der Stromwandler besitzt
zwei Sekundärwicklungen b und c. Die eine liegt in dem Stromkreis B, die andere
in dem Stromkreis C. Der Stromkreis B dient' zur Erfassung der ersten positiven
Halbwelle der in dem Kreis A auftretenden Schwingungen. Der Kreis C dient zur Erfassung
der ersten negativen Halbwelle. Die Sekundärwicklungen b und c des Stromwandlers
sind mit den Steuerröhren d und e derart verbunden, daß die Röhre d normalerweise
nur die positiven Halbwellen und die Röhre c nur die negativen Halbwellen der Schwankungen
hindurchläßt.
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Tritt nun in dem Stromkreis A eine elektrische Schwingung auf, deren
erste Halbwelle in den Sekundärkreisen B und C positiv ist, so wird der Strom dieser
Halbwelle nur von der in dem Stromkreis B liegenden Röhre d hindurchgelassen. Dieser
Strom ruft in dem Widerstand feinen Spannungsabfall hervor, der zur Steuerung der
Gitter der Röhren g und la verwendet wird. Die Röhren g und lt liegen. in
einer Vollweggleichrichterschaltung D und werden von dem Transformator i über dessen
Sekundärwicklung k gespeist. Werden die Gitter der Röhren g und lt von der Spannung
an dem Widerstand f erregt, so werden die Röhren g und h leitend, und es
fließt durch jede Röhre je eine Halbwelle des Stromes der Transformatorwicklung
k, die sich beide über den bei l angeschlossenen Stromkreis schließen. Bei l ist
der Stromkreis für das zu betätigende Regelorgan, das die Regelung in der einen
Richtung vornehmen soll, angeschlossen, also z. B. ein Verstellmotor für die Verstärkung
der Kraftmittelzufuhr des zu regelnden Generators.
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Parallel zu dem Widerstand f liegt ein Kondensator en. Die Zeitkonstante
dieser aus Kondensator und Widerstand bestehenden Parallelschaltung ist derart gewählt,
daß während der Zeit zwischen Beendigung der ersten positiven Halbwelle und der
Wiederkehr der nächsten Halbwelle mit dem gleichen Vorzeichen die auf dem Kondensator
aufgeladene Spannung sich nur unwesentlich verringert. Hierdurch wird erreicht,
daß der Widerstand f, solange die Schwingungen in dem Stromkreis A andauern, seine
Spannung beibehält und die Röhren g und lx dauernd leitend bleiben.
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Um nun zu vermeiden, daß bei der zweiten (negativen) Halbwelle der
Schwingungen des Kreises A in dem Stromkreis C ein Strom fließt, ist eine besondere
Sperrschaltung vorgesehen. Es liegt zu diesem Zwecke in dem Anodenstromkreis der
Röhren g und h ein Widerstand n. An diesem Widerstand wird durch den den Regelstromkreis
l und die Röhren g und h durchfließenden Strom ein Spannungsabfall erzeugt. Von
dem Widerstand n ist nun diese Spannung abgenommen und dem Gitter der Röhre e zugeführt.
Die Schaltung ist dabei so getroffen, daß durch den Spannungsabfall an dem Widerstand
n die Röhre e eine solche negative Gitterspannung erhält, daß sie nicht mehr leitend
wird. Es kann infolgedessen, nachdem einmal die Stromkreise B und 'D durch
die erste positive Halbwelle zum Ansprechen gekommen sind, die zweite negative Halbwelle
den Stromkreis C nicht zum Ansprechen bringen.
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Wenn die Schwingungen in dem Stromkreis A mit negativem Vorzeichen
einsetzen, so spricht der Stromkreis C an. Durch den Spannungsabfall an dem Widerstand
o werden die Gitter der Röhren p und q der Vollweggleichrichterschaltung
E derart gesteuert, daß sie leitend werden. Es fließt alsdann durch die Sekundärwicklung
r des Transformators ein Strom über den Regelstromkreis s. Der Regelstromkreis s
ist bei der Regelung eines Generators so ausgebildet, daß der ihn durchfließende
Strom eine Regelung im entgegengesetzten Sinne bewirkt wie ein den Regelstromkreis
Z durchfließender Strom.
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Parallel zu dem Widerstand o liegt der Kondensator t, der sich während
der zweiten Halbwelle der Schwankung mit einer entsprechend großen Zeitkonstante
nur ganz langsam über den Widerstand o entlädt, so daß die Spannung an dem Widerstand
o und den Gittern der Röhren p und q auch während derjenigen Halbwelle aufrechterhalten
bleibt, während der die Röhre e stromlos ist.
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Zur Sperrung des Stromkreises B dient der Widerstand u, dessen Spannungsabfall
dem Gitter der Röhre d als negative Spannung aufgedrückt wird.
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Falls die in den Stromkreisen B und C erzeugten Ströme sehr gering
sind, so können sie durch zusätzliche Verstärker beliebig vergrößert werden.
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Statt der Gleichrichterschaltungen D und E läßt sich auch ein polarisiertes
Relais verwenden, dessen beide Wicklungen an die Klemmen l und s der in Abb.
a dargestellten Schaltung angeschlossen werden. In dieser Schaltung sind B und C
wieder die beiden Steuerstromkreise, welche auf die verschiedenen Vorzeichen der
ersten Halbwelle der elektrischen Schwingungen im Kreise A ansprechen.
f und m bzw. o und t stellen wieder die in den Kreisen B und C liegende
Parallelschaltung dar, deren Spannung unmittelbar
oder über Verstärker
den Stromkreisen 1 bzw. s zugeführt wird. Die Spannung dieser Parallelschaltung
ist hierbei unmittelbar zur Sperrung der anderen Röhre verwendet. Das an die Klemmen
1 bzw. s angeschlossene polarisierte Relais schaltet, wenn ein Strom durch den Stromkreis
l fließt, die Regelvorrichtung in dem einen, und wenn ein Strom durch den Stromkreis
s fließt, in dem anderen. Sinne ein.
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Man kann an die Klemmen L und s bei den Schaltungen nach den beiden
Abbildungen auch zwei in entgegengesetztem Sinne wirkende Feldwicklungen eines Regelmotors;
anschließen. Der Motor läuft dann in dem einen Sinne, wenn die an die Klemmen L
angeschlossene Feldwicklung Strom erhält, und in dem anderen Sinne, wenn die an
die Klemmen s angeschlossene Wicklung Strom erhält.
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Verwendet man die beschriebene Einrichtung zur Regelung eines Generators,
so ist es zweckmäßig, die bei einer Störung im Stator auftretenden Schwankungen
als Kriterium zu verwenden und dem Stromkreis A zuzuführen, da die Schwankungen
des Stators wesentlich ausgeprägter sein werden als die des Rotors, da letztere
durch die fast immer vorhandene kräftige Dampferwicklung stärker gedämpft auftreten.
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Die in der Weise geregelten Generatoren sind außer der beschriebenen
Einrichtüng noch mit ihren normalen Drehzahlreglern versehen, die nach dem Abnehmen
der Störungsschwingung die Regelung der Maschine übernehmen. Es ist evtl. zweckmäßig,
zur Vermeidung einer Überregelung eine Rückführung vorzusehen oder in die Regelstromkreise
Unterbrecher einzuschalten, welche den Regelimpuls in durch Pausen unterbrochene
Teilimpulse zerlegt.
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Die beschriebene Einrichtung läßt sich nicht nur für die Regelung
von Generatoren verwenden, sondern überall dort, wo als Kriterium für eine Regelung
elektrische Schwingungen, Schwebungen o. dgl. dienen können, die bei Änderung der
stationären Verhältnisse auftreten und in dem einen oder anderen Sinne einsetzen,
beispielsweise auch bei Blindleistungsmaschinen und Motoren, die gleichzeitig auch
zur Blindleistungsregelung dienen.