-
Anordnung zur langsamen Umstellung des spannungsempfindlichen Organs
eines Spannungsreglers für Drehstrommaschinen auf einen neuen konstant zu haltenden
Spannungswert Bei Drehstromnetzen mit angeschlossenen Maschinen verschiedener Größen
und Typen, die mit selbsttätigen Spannungsreglern versehen sind, hat man bisher
diese Regler im allgemeinen derart angeordnet, daß nur die Regler der größeren Stromerzeuger
bestrebt sind, die Spannung konstant zu halten, während andere, auf kleinere Erzeuger
oder gegebenenfalls Synchronmotoren oder Umformer (im folgenden allgemein Sekundärmaschinen
- genannt) wirkende Regler eine gewissermaßen von der Belastung abhängige Spannung
einregem, beispielsweise derart, daß der Leistungsfaktor (cos 99) konstant gehalten
wird. Diese Arbeitsweise wurde hauptsächlich mit Rücksicht auf die Eigenschaften
der allgemein gebräuchlichen Regler gewählt. Für die Sekundärmaschinen bietet sie
den Vorteil dar, daß die Gefahr ihrer Überlastung kleiner wird, und -für den Besitzer
der Sekundärmaschinen, falls er nicht auch der Besitzer des Netzes ist, kann die
genannte Wirkungsweise auch unter Umständen wünschenswert erscheinen, je nach der
Art seines Abkommens mit dem Netzbesitzer. Für das Kraftnetz ist die beschriebene
Wirkungsweise dagegen unter allen Umständen ungünstig. Schon im ungestörten Betrieb
wäre es nämlich wünschenswert, daß alle an das Netz angeschlossenen Maschinen, die
ohne wirkliche Schwierigkeit zur Konstanthaltung der Spannung beitragen können,
dies auch tun. Ganz besonders treten jedoch die Übelstände der beschriebenen Wirkungsweise
bei örtlichen Kurzschlüssen hervor, wenn sämtliche Sekundärmaschinen zum Herabsetzen
der Spannung beitragen, anstatt dieselbe zu erhöhen, wie es wünschenswert wäre.
-
Falls die Sekundärmaschinen mit Spannungsreglern eines Typs ausgerüstet
sind, welcher die Möglichkeit besitzt, ihre Spannung unter allen Verhältnissen (innerhalb
angemessener Grenzen) konstant zu halten, kann es doch nachteilig sein, diese Eigenschaft
der Regler bis zur äußersten Grenze auszunützen, weil dies eine Überlastung der
Maschinen bedeuten kann. Auch können Tarifverhältnisse usw. der oben -angedeuteten
Art eine Regelung nach anderen Gründen. wünschenswert machen. Ganz unabhängig von
den Regelprinzipien beim ungestörten Betrieb ist es jedoch immer wünschenswert,
daß die Sekundärmaschinen bei einem Kurzschluß die Möglichkeit haben, die größtmögliche
Blindleistung in das Netz während der kritischen Sekunden einzuliefern, welche verfließen,
bevor der Kurzschluß entweder verschwunden oder durch Abschalten des kranken Netzabschnittes
unschädlich gemacht worden ist. Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, die
dies
ermöglicht und gleichzeitig den Regler daran hindert, die Maschine während längerer
Zeitabschnitte zu überlasten. Gemäß der Erfindung wirkt mit dem spannungsempfindlichen
Organ des Reglers eine Anordnung zusammen, die unter Einwirkung eines Zählers für
durch den Regler gesteuerte Blindleistung die einzustellende Spannung in Abhängigkeit
von dem Zeitintregral der Abweichung der Blindleistung von einem gewissen Grenzwert
derart ändert, daß die Gesamtlast der vom Regler gesteuerten Maschine bzw. ihres
Erregers auf einen Höchstwert begrenzt wird. Unter dem Ausdruck »die einzustellende
Spannung« ist hier die Spannung zu verstehen, für welche der spannungsempfindliche
Teil des Reglers eingestellt wird und welche der Regler, wenn er auf diesen Wert
einmal eingestellt ist, nach Maßgabe seines .eigenen Vermögens und desjenigen seiner
ausführenden Organe unter allen Bedingungen konstant zu halten strebt. Der Grenzwert
der Blindleistung, von welchem ab die Umstellung des Reglers für einen anderen Spannungswert
beginnt, kann je nach Wunsch in bezug auf die Sekundärmaschine entweder fest oder
von anderen Größen, z. B. von der aufgenommenen oder gelieferten Wirkleistung der
Maschine, abhängig sein. Im erstgenannten Fall besteht das Umstellen des Reglers
darin, daß die Maschine während gewisser längerer Zeitabschnitte tatsächlich auf
konstante Blindleistung geregelt wird, während die Regelung in jedem Augenblick
immer auf konstante Spannung erfolgt. Im zweitgenannten Falle kann statt dessen
die Maschine während längerer Zeitabschnitte auf einen konstanten Wert
Q + bP geregelt werden, wo Q die Blindleistung, P die Wirkleistung und b
einen Koeffizienten bedeutet, oder auch auf konstanten Gesamtstrom. Solange die
Blindleistung unterhalb des Grenzwertes liegt und während kürzerer Perioden nach
Überschreiten dieses Grenzwertes wird die Maschine stets noch auf konstante Spannung
geregelt.
-
Gegenüber solchen bekannten Hilfsapparaten des Reglers, die auf ein
Konstanthalten des Leistungsfaktors des Netzes oder eines Teiles davon eingestellt
sind, hat der Erfindungsgegenstand den Vorteil, daß er bei kritischen Gelegenheiten
die Maschinen immer bis zur Grenze ihrer Leistungsfähigkeit, aber nie darüber hinaus
arbeiten läßt, um die Netzspannung konstant zu halten, wodurch die Gefahr eines
Außertrittfallens anderer Maschinen stets auf ein Mindestmaß beschränkt wird.
-
Drei Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes, welche in der beschriebenen
Weise wirken, sind in Abb. i bis 3 in der Zeichnung schaubildlich dargestellt, während
Abb. 4 eine Abänderung der Abb. 3 zeigt.
-
Abb. i zeigt das Schaltschema einer synchronen Drehstrommaschine (Erzeuger
oder Motor) i, eines Erregers 2 und eines Widerstandes 3 im Erregerkreis des Erregers,
der intermittierend durch den Regler 4 kurzgeschlossen wird. Das für die Drehstromspannung
empfmdliche Organ des Reglers besteht aus einer Spule 5, welche in Reihe mit einem
verstellbaren Widerstand 6 an einen zwischen den Maschinenklemmen eingeschalteten
Spannungswandler 7 angeschlossen ist. Der Widerstand 6 ist normal ganz eingeschaltet,
kann aber mehr oder weniger durch eine Übersetzung 8, welche von einer Induktionsscheibe
g angetrieben wird, ausgeschaltet werden. Auf die Induktionsscheibe wirken zwei
Elektromagnete fo und ii. Der eine, io, ist an denselben Spannungswandler 7 wie
das spannungsempfindliche Organ des Reglers angeschlossen, d. h. er wird von der
Maschinenspannung beeinflußt. Er ist mit einer kurzgeschlossenen Hilfsphasenwicklung
versehen. Der andere Magnet ii führt einen dem Maschinenstrom proportionalen Strom,
der von einem Stromwandler 12 geliefert wird. Der Elektromagnet ii ist an der der
kurzgeschlossenen Hilfswicklung entgegengesetzten Seite des Elektromagnets io angebracht.
-
Der Hauptkraftfluß des Elektromagnets io eilt der Maschinenspannung
zwischen zwei Phasen um go ° nach, und die dadurch erzeugten Wirbelströme in der
Scheibe g eilen dem Fluß um go ° nach. Der Fluß im Elektromagnet ii wird in der
dargestellten Anordnung dem Strom der dritten Phase phasengleich sein, d. _ h. bei
Phasengleichheit zwischen Strom und Spannung hat er dieselbe Phase wie der Kraftfluß
im Elektromagnet io. Bei reiner Wirkleistung des Erzeugers gibt daher keiner der
Elektromagnete io oder ii ein Drehmoment mit den durch den anderen Elektromagnet
induzierten Wirbelströmen in der Scheibe ab. Bei Blindleistung, d. h. bei einer
Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung, entsteht dagegen ein derartiges
Drehmoment, welches für gewisse Richtung und Größe der Blindleistung dem von der
kurzgeschlossenen Hilfswicklung erzeugten Moment genau entgegenwirkt. Sobald dieser
Wert der Blindleistung überschritten wird, fängt deshalb die Scheibe an, sich aus
einer von einem Anschlag am Widerstand 6 bestimmten Anfangslage aus zu drehen und
den Widerstand mehr oder weniger auszuschalten, so daß der Regler für eine niedrigere
Spannung eingestellt wird.
-
Da die eben erwähnte Ausschaltung des Widerstandes eine gewisse, Zeit
braucht, wird der Regler bei einer schnell vorübergehenden Blindbelastung oberhalb
der erwähnten Grenze, beispielsweise einem schnell vorübergehenden Kurzschluß in
einiger Entfernung von der Maschine, versuchen, die Spannung nach dem Maße der Maschinenleistungen
aufrechtzuhalten, aber bei einer derartigen Belastung längerer Dauer wird
die
Spannung so viel erniedrigt, daß die Blindleistung bei der genannten Grenze gehalten
wird.
-
In Abb. 2 und 3 sind der Spannungsregler 4, dessen Reihenschlußwiderstand
6 mit der Übersetzung 8 und die Induktionsscheibe 9 in derselben Weise wie in Abb.
z angeordnet. Die Induktionsscheibe 9 wird jedoch durch drei Elektromagnete 13,
14, 15 beeinflußt. Einer dieser Magnete 13 ist an die Maschinenspannung angeschlossen
und hat keine Hilfswicklung. Ein anderer neben dem ersteren angebrachter Elektromagnet
14 ist an den Maschinenstrom über eine regelbare Impedanz 16 geeigneten Phasenwertes
angeschlossen, so daß die Kraftflüsse der beiden Elektromagnete bei gewissem Leistungsfaktor
dieselbe Phase erhalten. Bei diesem Leistungsfaktor erzeugt deshalb keiner der Elektromagnete
ein Drehmoment mit den Wirbelströmen des anderen. Der dritte Elektromagnet 15 ist
gegenüber den beiden andern angebracht und an die Maschinenspannung über einen regelbaren
Widerstand 17 angeschlossen. Er ist mit .einer Hilfsphasenwicklung versehen, so
daß er eine hauptsächlich konstante, von Hand regelbare Gegenkraft erzeugt. Er kann
durch eine Feder o. dgl. ersetzt werden. Dieser Magnet bestimmt einen gewissen Grundwert
der Blindleistung, so daß die Belastung, auf welche diese Anordnung regelt, die
Summe einer konstanten und einer der Wirkleistung proportionalen Blindleistung darstellt.
-
In Abb. 3 wird die Scheibe 9 von zwei Elektromagneten beeinflußt,
von denen der eine 18 mit einer Hilfsphasenwicklung versehen und an die Spannung
angeschlossen ist, während der andere, der ebenfalls eine Hilfsphasenwicklung trägt,
an den Strom angeschlossen ist. Die beiden Elektromagnete sind einander gegenüber
angebracht, so daß sie elektrisch nicht zusammenwirken, und die Hilfsphasenwicklüngen
sind auf derselben Seite der Elektromagnete angebracht, so däß diese mechanisch
einander entgegenwirken. Das Ergebnis ist, daß der Apparat bei hauptsächlich konstanter
Spannung auf konstanten Strom regelt, d. h. daß die Maschine immer elektrisch vollbelastet
läuft, was unter gewissen Verhältnissen wünschenswert ist.
-
In Abb. 4 besteht das Organ für die Änderung der Spannung aus verschiedenen
Anzapfungen der Wicklung eines an die Maschinenspannung angeschlossenen Elektromagnets
18, welche auch als Zwischenspannungswandler veränderlicher Übersetzung dient. Diese
Anordnung ist genauer in ihrer Wirkung als die in Abb. 3 gezeigten, weil der Kraftfluß
des Elektromagnets 18 konstant wird, selbst wenn die Maschinenspannung schwankt.
Widerstände 22 sind in Reihe mit den Anzapfungen geschaltet, um Kurzschlüsse bei
der Umschaltung zu verhindern. Ein Kondensator 23 liefert den Erregerstrom des Transformators.
Übrigens ist diese Anordnung ähnlich der Abb. 3, aber. die dort dargestellte Abänderung
ist ebensowohl in Abb. z oder 2 anwendbar.
-
Andere Abänderungen der spannungsändernden Anordnung können die folgenden
sein: In der dargestellten Ausführung des Reglers mit einer festen Spannungsspule
5 und einer beweglichen, an die erstere transformatorisch angeschlossenen Spannungsspule
2o kann ein Widerstand zur beweglichen Spule parallel geschaltet werden. Ebenso
kann das verstellbare Organ aus einer Feder o. dgl. bestehen, welche der den Regler
beeinflussenden elektromagnetischen Kraft entgegenwirkt und welche mehr öder weniger
unter dem Einfluß der Induktionsscheibe 9 oder einer damit gleichartig wirkenden
Anordnung gespannt wird. Letztere Anordnung kann. nach jeder bei Zählern üblichen
Art auch thermisch arbeiten.