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Regeleinrichtung zur Erhöhung der Stabilität von Synchronmaschinen
In großen Verteilungsnetzen ist es. erforderlich, daß bei Störungen, Lastschwankungen
o. dgl. ein einwandfreier Betrieb aufrechterhalten wird. Zu diesem Zwecke ist es
bereits bekanntgeworden, bei Störungen die Erregung der das Netz speisenden Maschinen
zu steigern, um dadurch: die Stabilität des Betriebes zu erhöhen. Die Erfindung
betrifft eine besonders zweckmäßige Ausbildung einer dieser Aufgabe dienenden Einrichtung,
die darin besteht, daß die Erregermaschine mit zwei Feldwicklungen ausgerüstet wird,
von denen erfindungsgemäß bei außergewöhnlichen Betriebszuständen die eine abgeschaltet
und gleichzeitig in der anderen die Erregung stark vergrößert wird.
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In der Abbildung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
i ist der Drehstromgenerator, der auf das Netz :2 arbeitet. 3 ist die Feldwicklung
des Generators, die von der Haupterregermaschine 4 gespeist wird. 5 ist der Anker
der Erregermaschine.
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Die Erregermaschine besitzt die beiden Feldwicklungen 6 und 7, die
von der Hilfserregermaschine 8 gespeist werden. Erfindungsgemäß dient die Erregerwicklung
6 zur Erregung während des, normalen Betriebes und die Feldwicklung 7 zur Erregung
bei außergewöhnlichen Betriebszuständen. Zur Steuerung der Feldwicklung 6 dienen
die Zitterrelais 17 und 18 in Verbindung mit dem Regler 31. Die Zitterrelais
17 und 18 arbeiten mit einer Brückenschaltung der Widerstände 9, i o, t i und 12
zusammen. Die Feldwicklung 6 ist an die Punkte 13 und 14. und die Hilfserregermaschine
an die Punkte 15 und 16 angeschlossen. Einer .der Anschlußpunkte 13 oder 14. der
Brücke kann einstellbar gemacht werden. In dem Ausführungsbeispiel ist es der Punkt
14.. Durch Verschiebung des Punktes 14. kann die Stromrichtung in der Feldwicklung
6 umgekehrt werden, um beispielsweise die Restspannung der Erregermaschine 4. auszulöschen,
damit die Maschine i als Blindleistungsmaschine mit größter kapazitiver Belastung
arbeiten kann.
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Die Relais 17 und 18 dienen dazu, um periodisch die Widerstände io
und i i der Brücke kurzzuschließen und damit den effektiven Wert des Stromes in
der Feldwicklung 6 zu steuern. Das Relais 17 besitzt einen feststehenden Kontakt
i9, der über den einstellbaren Kontakt 14 mit "dem einen Ende des Widerstandes i
o verbunden ist, und einen Kontakt 2o, der sich an: dem drehbaren Arm 21 befindet
und mit der anderen Seite des Widerstandes io verbunden ist. Der Kontakt
2o
und der bewegliche Arm 2r werden von einem Elekfräm,;igneten--bewegt, der eine Wicklung
22 und einen Anker 23 besitzt; dem-. Zug des Magrieteri wirkt die Feder 24 en,"
gegen. Das Relais 18 ist entsprechend schaltet. Der feste Kontakt 25 ist mit der:'
einen Seite und der bewegliche Kontakt a6-über den drehbaren Hebel 27 mit der anderen
Seite des Widerstandes i i verbunden. Zur Betätigung der Kontakte 25 und 26 dient
die Magnetwicklung 28 mit dem Anker 29. Die Feder 30 wirkt dem Zug der Magnetwicklung
28 entgegen.
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Zur Steuerung der Relais 17 und 18 dient der Regler 31, der die Kontaktarme
3a und 33,
besitzt. Der Kontaktarm 32 trägt einen Kontakt 34 und wird von
einem dynamoelektrischen Gerät 35 bewegt. Dieses Gerät besitzt eine feststehende
mehrphasige Primärwicklung 36, die ein Drehfeld erzeugt, Und eine drehbare kurzgeschlossene
Sekundärwicklung 37. Die Wicklung 36 wird über die Widerstände 38 von sämtlichen
Phasen des Netzes 2 gespeist. Der drehbare Teil 37 ist mechanisch mit dem Kontaktarm
32 verbunden. Das. von dem beweglichen Teil 37 ausgeübte Drehmoment wird
normalerweise durch das Drehmoment der Feder 39 ausgeglichen. Die Wicklung 36 ist
die Ständerwicklung eines gewöhnlichen Drehstrommotors. Der bewegliche Teil
37 ist vorzugsweise aus einem Werkstoff mit niedriger elektrischer Leitfähigkeit,
z. B. Stahl, in Form einer hohlen Glocke hergestellt. Die Bewegung des Kontaktarmes
32 wird durch den Dämpfungszylinder 4o gedämpft. Der Kontaktarm 331 ist bei
41 drehbar gelagert und trägt den Kontakt 42. Zur Bewegung des Hebels 33 dienen
die Spulen 43 und 44, in die der gemeinsame Anker 45 hineinragt. Die Spule 43 ist
an die Spannung der Feldwicklung 3 der Synchronmaschine angeschlossen. Die Spule
44 wird von der konstanten Spannung der Hilfserregermaschine 8 gespeist. Diese Anordnung
arbeitet auch dann noch stabil, wenn die Felderregung der Synchronmaschine i auf
Null vermindert ist. Die Feder 46 wirkt dem Zug der Spulen 43 und 44 entgegen. Die
Kontakte 42 und 34 sind in Reihe mit den Relaiswicklungen 22 und 28 geschaltet.
Bei geschlossenem Kontakt werden die Relaiswicklungen 22 und 28 der Relais 17 und
-18 in Hintereinanderschaltung von der Hilfserregermaschine 8 gespeist.
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Die Feldwicklung 7 liegt für gewöhnlich in Reihe mit dem Widerstand
47 an der Spannurig der Hilfserregermaschine B. Um bei außergewöhnlichen Betriebszuständen
den Strom in der Wicklung 7 plötzlich stark zu erhöhen, werden die Widerstände 48,
49 und 5o durch das Relais. 51 über die Kontakte 52, 53 und 54 parallel zu dem Widerstand
47 gelegt. Wenn das Relais 51 anspricht, wird --leichzeitig durch den Kontakt s7,
58 der gS#tromkreis der Feldwicklung 6 unterbrochen. `ierdurch wird vermieden, daß
durch den '.-induktiv mit der Wicklung 7 gekoppelten `-Stromkreis der Wicklung6
der Stromanstieg in .der Wicklung 7 verzögert-wird. In der Abbildung ist nur eine
Unterbrechungsstelle in dem Stromkreis der Wicklung 6 eingezeichnet. In der Praxis
wird man jedoch mehrere ähnliche Unterbrechungsstellen zwischen den Klemmen des.
Feldstromkreises vorsehen.
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Die auf den Anker 56 einwirkende Wicklung 55 .des Relais 51 wird von
dem Regler 59 gesteuert, der bei außergewöhnlichen Betriebszuständen im Netz anspricht.
In dem Ausführungsbeispiel ist ein gleiches Gerät verwendet wie für den Regler3i.
6o ist die feststehende Mehrphasenwicklung, 61 ist die drehbare kurzgeschlossene
Sekundärwicklung. 63 ist der bewegliche Kontaktarm mit dem Kontakt 65. 64 ist eine
Rückstellfeder. 66 ist ein feststehender Kontakt. Der Regler 59 ist *ber die Widerstände
62 mit dem Netz verbunden und spricht''bei plötzlichen Spannungssenkungen an.
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Um eine Übererwärmung der Feldwicklung 3 zu vermeiden, ist ein Nebenschluß
69 vorgesehen, an .den die Wicklung 67 eines tTberstromrelais angeschlossen ist,
dessen Anker 68 die in dem Stromkreis der Relaisspule 55 liegenden Kontakte 70,
71 bei einer bestimmten Stromstärke im Erregerkreis der Maschine r unterbricht.
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Die Gesamteinrichtung arbeitet folgendermaßen Ist die Spannung des
Netzes 2 konstant, so befindet sich der Kontakt 34 in einer bestimmten Lage. Wenn
der von den Spulen 43 und 45 ausgeübte, d. h. der von den Spannungen der Erregermaschinen
4 und 8 abhängige Zug nicht genügt, um die Kraft der Feder 46 zu überwinden, gelangt
der Kontakt 42 mit dem Kontakt 34 in Berührung und schaltet die Relais 17 und 18
ein. Die Widerstände io und ii werden hierdurch kurzgeschlossen, und die Feldwicklung
6 wird in einer bestimmten Richtung vom Strom durchflossen. Da der durch die Feldwicklung
6 fließende Strom in derselben Richtung wirkt wie der in der Wicklung 7 fließende
Strom, wird die Erregung der Erregermaschine q, verstärkt, und der von der Spule
43 ausgeübte Zug wird größer, so daß die Kontakte 42 und 34 wieder getrennt werden.
Dieses Spiel wiederholt sich dauernd sowohl bei dm Regler 31 als auch bei .den Zitterrelais
17- und 18. Wenn die aus den Widerständen 9 bis 12 gebildete Brücke mit Rücksicht
auf die Widerstandswerte
in den verschiedenen Zweigen so eingestellt
wären, daß das Verhältnis der Offnungs- zu den Schließungszeiten der Kontakte der
Relais 17 und 18 einen Ausgleich in der Brücke bewirkte, würden die Punkte 13 und
14 auf dem gleichen Potential sein und kein Strom würde durch die Feldwicklung 6
fließen. Wenn das Verhältnis von Ofnungszu Schließungszeit der Kontakte geändert
wird, dann kann der effektive Widerstand in den Brückenzweigen so geändert werden,
daß der Punkt 13 ein höheres Potential besitzt als der Punkt 14 und ein Strom durch
die Feldwicklung 6 von dem Punkt 13 nach dem Punkt 14. fließt. Andererseits kann
der Punkt 14 von der anfänglichen Lage verschoben und bei einem gegebenen Verhältnis
von öffnungs- zu Schließungszeit der Reglerkontakte das Potential des Punktes'14
höher gemacht werden als dasjenige des Punktes 13, so daß ein Strom in umgekehrter
Richtung durch die Feldwicklung 6 fließt.
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Bei einer bestimmten Stellung der Kontakte 34 und 42 ändert sich die
Spannung der Erregermaschine 4 zwischen zwei Grenzwerten, und eine bestimmte mittlere
Spannung wird an den Klemmen der Maschine i erhalten. Bei einem bestimmten Wert
der Spannung im Netz 2, der konstant gehalten werden soll, wird dem Drehmoment des
beweglichen Reglerteiles 37 durch die Spannung der Feder 39 das Gleichgewicht gehalten,
und der Kontakt 34. bleibt in einer bestimmten Lage. Steigt die Netzspannung, so
überschreitet das Drehmoment des beweglichen Reglerteiles 37 das Gegendrehmoment
der Feder 39, so daß der Kontakt 34 und der Kontakt 42 außer Berührung kommen. Hierdurch
wird die Dauer, während der die Widerstände i o und i i kurzgeschlossen sind, verringert,
so daß sich. die Spannung der Erregermaschine und. damit die an der Feldwicklung
des Generators liegende Spannung verkleinert. Wenn die Spannung des Netzes :2 sich
innerhalb bestimmter Grenzen verkleinert, wird das Drehrnoment des beweglichen Reglerteiles.37
kleiner als das Gegendrehmoment der Feder 39, und der Kontakt 34 berührt den Kontakt
42 und vergrößert hierdurch die Zeitdauer, während welcher die Widerstände io und
ii kurzgeschlossen sind. Infolgedessen steigt die der Feldwicklung 3 zugeführte
Spannung und damit auch die Spannung des Netzes 2.
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Wenn- die Spannung des Netzes 2 infolge starker Lastvergrößerungen
oder Kurzschlüsse in einer Phase oder gleichmäßig in sämtlichen Phasen unter einen
bestimmten Wert sinkt, spricht der Regler 59 an und schließt seine Kontakte 65,
66. Hierdurch erhält die Wicklung 55 des Relais 51 von der Hilfserregermaschine
8 Spannung und schaltet die Widerstände 48, 49 und So parallel zu dem Widerstand
47 und unterbricht gleichzeitig durch die Kontakte 57, 58 den Stromkreis der Feldwicklung
6. Die Widerstände 48, 49, 50 sind verhältnismäßig klein, so d-aß die Feldwicklung
7 plötzlich annähernd die volle Spannung der Erregermaschine 8 an ihren Klemmen
erhält. Die Folge davon *ist, daß der Strom in der Wicklung 7 und damit auch
in der Erregerwicklung 3 innerhalb eines Bruchteiles einer Sekunde nicht nur derart
ansteigt, daß der Fluß in der Synchronmaschine i konstant gehalten wird, sondern
daß sich die Scheinleistungsabgabe der Maschine beträchtlich vergrößert. So ist
es z. B. möglich gewesen, auf diese Weise bei einer 30 ooo-KVA-Blindleistungsmaschine
mit einer Frequenz, von 6o Hz innerhalb 24 Perioden eine Laständerung um 55 ooo
KVA zu erzielen.
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Wenn während der vorübergehenden Störung der Strom, der durch die
Feldwicklung, 3 fließt, einen bestimmten Höchstwert erreicht und die Spannung des
Netzes :2 noch nicht den dem Feldstrom entsprechenden Wert erreicht hat, werden
durch den in der Wicklung 67 des Überstromrelais fließenden Strom die Kontakte 70,
71 und damit der Betätigungsstromkreis für das Relais 51 unterbrochen. Das Relais
51 schaltet die parallelen Widerstände 48, 49, 5o wieder ab, und die Erregung der
Maschine 4 wird verringert. Gleichzeitig wird die Feldwicklung 6 wieder eingeschaltet
und der' Regler 31 übernimmt wieder die Regelung wie im normalen Belastungsfalle.