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Spannungsregeleinrichtung für Synchronmaschinen Die Erfindung bezieht
sich auf eine Spannungsregeleinrichtung für Synchronmaschinen, die mit Verteilernetzen,
insbesondere mit Hochspannungsnetzen, zusammenarbeiten. Die Regelung solcher Synchronmaschinen
spielt besonders dann eine Rolle, wenn es sich um Netze mit langen Leitungen handelt.
In solchen Netzen kann nämlich diejenige Belastung, bei der die Gefahr des Außertrittfallens
der Synchronmaschine besteht, vor der wirtschaftlich günstigsten Belastung des Netzes
erreicht werden.
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Es ist nun bekannt, mittels einer ungesättigten Serienerregermäschine
die Zeitkonstante des Induktorkreises derart zu beeinflussen, daß der Ohmsche Widerstand
des Induktorkreises gerade aufgehoben wird. Die Erregermaschine hält dabei den Strom
unabhängig von Änderungen des Hauptfeldes der Synchronmaschine konstant.
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In Abb. r gibt die Kurve a den Zustand des Feldstromes in einem Erregerkreis
wieder, wenn eine der bekannten Regeleinrichtungen, z. B. ein Tirrillregler, angewendet
wird. Die horizontale Linie von to bis t1 stellt den Feldstrom dar bei gleichbleibendem
Netzzustand. Falls nun in dem Punkt t1 die Belastung plötzlich zunimmt, steigt der
Feldstrom plötzlich stark an und fällt rasch wieder ab. Die Kurve b gibt den Betriebszustand
im Erregerstromkreis wieder, wenn ein negativer Widerstand in dem Feldstromkreis
liegt, der so bemessen ist, daß sein Wert ungefähr dem positiven oder Ohmschen Widerstand
gleich ist. Diese Kurve entspricht einem Betrieb der Synchronmaschine mit einer
ungesättigten Serienerregermaschine.
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Die Erfindung will nun Mittel angeben, mit denen es möglich ist, den
Verlauf der Kurve c für die Spannungsregeleinrichtung zu erhalten. Dies kann man
in der Weise erreichen, daß der negative Widerstand des Erregerstromkreises der
Synchronmaschine bei plötzlichen Belastungsänderungen größer ist als der Ohmsche
Widerstand dieses Kreises.
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Erfindungsgemäß wird diese Regelcharakteristik bei einer Spannungsregeleinrichtung
für Synchronmaschinen durch einen in Abhängigkeit von der Spannung der Synchronmaschine
ansprechenden Schnellregler erreicht, welcher bei seinem Ansprechen an der Erregermaschine
Feldwicklungsteile kurzschließt oder abschaltet oder bei Ausbildung der Erregermaschine
als Doppelstrommaschine an die Schleifringe induktive Widerstände anlegt oder Hilfsfeldwicklungen
einschaltet, und welcher das Feld wieder herabsetzt, sobald die Wechselspannung
der
Synchronmaschine einen vorbestimmten Wert erreicht hat. Ist dieser Wert erreicht,
so nimmt die Zeitkonstante des Feldstromkreises wieder ab. Hierdurch und durch diese
Mittel wird eine außerordentlich rasch einsetzende Regelung erzielt. Trotz der bei
Kurzschluß wechselnden Ankerrückwirkung bleibt hierbei der Feldfluß aufrechterhalten.
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In Abb. i zeigt die gestrichelt7gezeichnete Kurve d, wie der Feldstrom
anwächst, wenn keine _ Regelvorrichtungen vorgesehen werden würden, die die Erregung
der Maschine beeinflussen.
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In den Abb. 2 bis ¢ sind die erfindungsgemäßen Mittel an Hand von
Ausführungsbeispielen dargestellt.
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In Abb.2 bedeutet i einen dreiphasigen Synchrongenerator, welcher
über Transformatoren oder, wie es in der Zeichnung `dargestellt ist, unmittelbar
auf ein Netz 2 arbeitet. Die Feldwicklung 3 des Generators wird durch eine Gleichstrom-Reihenmaschine
q. erregt. Diese Maschine arbeitet ungesättigt und besitzt lamellierte Pole. Hierdurch
ist sie in. der Lage, einen negativen Widerstand zu bilden, der erheblich größer
ist als der Ohmsche Widerstand des Wechselstromerregerkreises. Die Feldwicklung
5 der Erregermaschine q. wird durch einen geeigneten Schnellregler 6, #z. B. einen
Tirrillregler, gesteuert. Der Einfachheit halber ist von diesem Regler nur das von
der Netzspannung abhängige Relais 7 gezeichnet. Dieses Relais steuert mittels seiner
Kontakte 8 die Wicklung 5 derart, daß es einen Teil dieser Wicklung kurzschließt,
falls die Spannung einen bestimmten Wert überschreitet.
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Während des Betriebes wird das ganze System so geregelt, daß; wenn
die Klemmenspannung der Maschine i unter einen bestimmten Wert sinkt, die Reihenmaschine
- q. einen negativen Widerstand besitzt, der erheblich höher ist als der Ohmsche
Widerstand des Erregerkreises, in dem dieMaschineliegt. Unter diesenUmständen nimmt
bei einem plötzlichen Lastanstieg der Feldstrom exponential zu, bis durch die Wirkung
der eintretenden Sättigung der negative Widerstand verringert wird. Es ist im allgemeinen
nicht ratsam, mit einem derartig zunehmenden vorübergehenden Feldstrom zu arbeiten,
aber in dem vorliegenden Falle wird die Zunahme des Feldstromes durch den Regler
selbst begrenzt. Dieser schließt einen Teil der Feldwicklung 5 kurz, so daß der
negative Widerstand verringert wird, sobald die Spannung der Maschine i einen bestimmten
Wert überschreitet.
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Falls es sich um Maschinen großer Kapazität handelt, so werden auch
die Feldströme groß, so daß die Regeleinrichtungen entsprechend große Abmessungen
besitzen müssen. Dies hat zur Folge, daß eine gewisse Trägheit der Regelorgane auftritt.
In einem: solchen Falle wählt man zweckmäßig die in Abb. 3 dargestellte Anordnung.
Bei dieser wird die Feldwicklung3 der Maschine= durch eine Reihenschluß-Erregermaschine
g, die als Doppelstrommaschine ausgebildet ist, erregt. Die Schleifringe lo der
Wechselstromseite dieser Maschine sind über die Kontakte 13 eines Schalters i2 an
die induktiven Spulen ii angeschlossen, so daß bei geschlossenem Schalter i2 Wechselstromenergie
entnommen wird und durch die Ankerrückwirkung die Spannung der Gleichstromseite
sinkt. Die Einschaltspule 14 des Schalters 12 wird von der Sekundärwicklung eines
an die Netzspannung angeschlossenen Transformators 15 erregt. In dem Erregerstromkreis
der Spule i¢ liegen Kontakte 16 eines Relais z7. Die Erregerspule 18 dieses Relais
ist ebenfalls an die Sekundärwicklung des Transformators 15 angeschlossen.
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Die Wirkungsweise der Anordnung nach Abb. 3 entspricht derjenigen
nach Abb. 2.
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Nimmt man an, daß das Relais 17 normal erregt ist und die Kontakte
i6 schließt, so wird auch die Spule rq. erregt. Der Schalter 12 schließt infolgedessen
gegen die Wirkung einer Feder seine Kontakte 13, so daß die Spulen ii mit den Schleifringen
io verbunden sind. Falls die Maschine i belastet wird, sinkt die Spannung, so daß
das Relais 17 abfällt und infolgedessen auch der Schalter 12 öffnet. Die Spannung
der Erregermaschine g steigt infolgedessen sehr rasch, und die Einrichtung wirkt
wie ein negativer Widerstand im Erregerkreis, der erheblich größer als der Ohmsche
Widerstand ist. Sobald die Spannung den gewünschten Wert erreicht, schließt das
Relais 17 wiederund bewirkt dadurch, daß auch der Schalter 12 seine Kontakte 13
schließt und die Spulen ix mit den Schleifringen io verbindet. Diese induktive Belastung
hat infolge ihrer entmagnetisierenden Ankerrückwirkung eine Verkleinerung der gleichstromseitigen
Spannung der Erregermaschine zur Folge. ,Es wird also hierdurch eine ähnliche Regelung
erreicht wie durch das Kurzschließen eines Teiles des Erregerfeldes bei der Anordnung
nach Abb. 2.
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Bei der in Abb. q. dargestellten Anordnung wird die Feldwicklung 3
der Maschine i durch eine Erregermaschine ig gespeist. Diese besitzt gewöhnliche
Feldwicklungen zo und Hilfsfeldwicklungen 2i, die zwischen den gewöhnlichen Feldpolen
liegen und auf dem Feldjoch angeordnet sind. Die Hilfswicklungen 21 sind mit den
Klemmen der Erregermaschine verbunden. Ihre Erregung wird durch die Kontakte 23
eines Relais 22 gesteuert, dessen Steuerspule an der Netzspannung liegt.
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Um die Hilfswicklung bequem anbringen zu können, schlitzt man zweckmäßig
das Joch zwischen den Feldpolen, Die Hilfswicklung dient dazu, :einen Teil des Magnetkreises
der Erregermaschine zu sättigen.
Die Regelwirkung dieser Anordnung
ist dieselbe wie die der Anordnung gemäß Abb. 2 und 3. Das vorübergehende Feld wird
an einem zu großen Anwachsen durch die Sättigung des Feldjoches gehindert. Wenn
die Kontakte 23 des Relais 22 geschlossen sind, ist die Hilfswicklung eingeschaltet.
Das Maß der Sättigung der Joche wird also entsprechend der Klemmenspannung der Maschine
i geregelt. Wenn die Kontakte 23 des Relais 22 geöffnet sind, arbeitet die Erregermaschine
so, daß ein negativer Widerstand vorhanden ist, der erheblich größer ist als der
Ohmsche Widerstand des Erregerkreises, so daß der Feldstrom so weit anwächst, bis
die normale Spannung wieder erreicht ist.