DE641391C - Verfahren zur Regelung der Erregerstromstaerke elektrischer Maschinen mittels gesteuerter gas- oder dampfgefuellter Entladungsroehren - Google Patents

Description

Es ist bereits vorgeschlagen worden., die Erregerströme elektrischer Maschinen trägheitslos durch gesteuerte Elektnonenströme unter Verwendung von Vierstärkerröhren zu beeinflussen. Jedoch konnte diese Arbeitsweise nur veneinzelt Eingang in die Praxis finden, weil die Vierstärkerröhren für . die. benötigten Stromstärken unwirtschaftlich groß werden und erhebliche Spannungsverluste mit sich bringen. In' besonderen Fällen hat man sich daher begnügt, nicht die gesamten Erregerströme, sondern nur einen geringen Teil des Erregerstromes der Erregermaschine eines Generators zu beeinflussen.

Zur Regelung des Erregerstromes von elektrischen Maschinen hat man deshalb bereits die Verwendung gesteuerter Gasentladungen vorgeschlagen, bei denen die Phasenlage des Zündzeitpunktes einer Wechselstromentladung in der durchlässigen Richtung willkürlich verändert werden kann. Derartige ■ Gasent-, ladungsapparate haben die vorerwähnten Nachteile nicht; sie sind zwar nicht im eigentlichen Sinne stetig steuerbar, doch im Hinblick auf die Größe der Maschinenzeitkonstanten noch als praktisch trägheitslos zu betrachten. .

Erfindungsgemäß werden zur Regelung des Erregerstromes von elektrischen Maschinen oder auch ihrer Erregermaschinen gesteuerte Gasentladungen, vorzugsweise Quecksilberdampfgleichrichter, in einer solchen Anordnung verwendet, daß die Trägheitslosigkeit der Steuerung einen besonderen Schnellregler der gebräuchlichen Art überflüssig macht und die Wirksamkeit derartiger Schnellregler gegebenenfalls noch übertrifft. Ein weiterer Vorteil 'der neuen- Regeleinrichtung besteht darüij daß sämtliche Kontakte vermieden werden, namentlich die* bekannten Zitter- und Wälzkontakte, die nur bei gewissenhafter Wartung eine ausreichende Betriebssicherheit gewährleisten. _ '

Nach der vorliegenden Erfindung wird nämlich bei Verlegung des Zündzeitpunktes der Entladung innerhalb jeder Wechselstromperiode zwecks Veränderung des abgegebenen Gleichstromes bzw_. der Gleichspannung selbsttätig das für den neuen Dauerzustand erforderliche Maß der Verlegung kurzzeitig überschritten. Hierdurch kann der infolge der magnetischen Trägheit der zu regelnden Maschine nur allmählich zu vollziehende Übergang von einem bestehenden Zustand (z. B. der abgegebenen Klemmenspannung) zu einem abweichenden Zustand außerordentlich beschleunigt werden, da bereits nach einem kleinen Bruchteil einer Wechselstromperiode eine beliebig hohe Spannung von dem gesteuerten Gleichrichter zur Überwindung der

*) Von dein 'Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Dißl.-Ing. Dr. Jürgen von Issendorff in Berlin-Siemensstadt,

magnetischen Trägheit der Maschine aufgebracht werden kann. Diese Spannung darf aber zur Vermeidung von Überregelung und_iS periodischen Schwingungen des RegelvorgaßgS? nur vorübergehend wirksam sein. Die Span*« nung muß zur rechten Zeit wieder zum Abklingen gebracht werden. Diese Aufgabe wird durch geeignete Hilfsmittel einfacher Art gelöst, von denen im folgenden einige Ausführungsheispiele angegeben sind. Der besondere Vorteil derselben ist, daß der Leistungsverbrauch der Steuerorgane gegenüber der gesteuerten Leistung praktisch verschwindend klein ist, während die Verfolgung des gleichen Zieles mit Hilfe von mechanisch arbeitenden Relais und Schützen, die in der üblichen Weise die Vorschaltwiderstände im Erregerkreis einer Maschine kurzschließen bzw. wieder freigeben, zu beträchtlichen Leistungsverlusten führt, ohne jedoch die Schnelligkeit der hier zu entwickelnden Regelmethoden ganz erreichen zu können.

Für die Sicherung des Betriebes elektrischer Maschinen ist es mitunter erforderlich, im Falle eintretender Störungen eine Maschine schnell zu entregen. Auch hierfür ist der gittergesteuerte Gleichrichter ' hervorragend geeignet, wenn der Zündzeitpunkt der periodischen Entladungen nicht nur so weit in seiner Phasenlage verzögert wird, daß der Gleichrichter keinen konstanten Strom mehr abzugeben vermag, sondern daß die Verzögerung dieses Zündzeitpunktes nach der Erfindung noch darüber hinaus bis zu 90 elekirischen Graden erhöht wird. Dann muß nämlich die Selbstinduktivität der Erregerwicklung nicht nur den Sp annungsverlust des Lichtbogens im Gleichrichtergefäß selbst decken, sondern noch eine zusätzliche EMK aufbringen, die bis zum umgekehrten Betrag der höchsten Gleichrichtergleichstromspannung ansteigen kann, um den abklingenden Erregerstrom noch kurze Zeit durch den Gleichrichter zu treiben. Hierdurch verzehrt sich aber die im Erregerkreis aufgespeicherte

Energie

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sehr schnell, d. h. sie wird über

den Gleichrichtertransformator dem Wechselstromnetz wieder zugeführt. Diese Art der Schnellentregung besitzt gewisse Vorteile gegenüber den üblichen Verfahren der Einschaltung von Widerständen und Gegen-EMKJen in den Erregerstromkreis, nämlich in dem sofortigen Einsetzen der Entregung innerhalb einer halben Wechselstromperiode und in der annähernd konstanten Abklinggeschwindigkeit des Stromes bis zum Nullwert an Stelle von aperiodischem oder schwingendem Abklingen.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele dargestellt.

In den Fig. 1 und 2 bedeutet 1 eine Drehstrommaschine, die das Netz 2 speist. Die Feldwicklung 3 erhält ihren Erregerstrom von ■^jelem Steuergleichrichter 4, der in üblicher i^pieise an einen Transformator 5 angeschlossen ist. Der Transformator 5 kann entweder vom Netz gespeist sein, wie in Fig. 1 angegeben, oder er kann von einem Hilfsnetz 6, wie in Fig. 2 angegeben, gespeist werden. Im erstenen Fall (Fig. 1) muß Selbsterregung eintreten können, d. h. die Remanenzspannung der Maschine muß imstande sein, mindestens den Spannungsverlust im Gleichrichtergefäß zu decken. Der zweite Fall (Fig. 2) würde unter anderem für die Anwendung der Schnellentregung geeigneter sein, weil für die Abführung der Erregerenergie ein unabhängiges Reservoir vorhanden sein muß. Die Steuerung erfolgt durch Gitter 7, die sehr betriebssicher sind, oder durch äußere Beläge 8 (Fig. 2), die verschwindend wenig Steuerenergie erfordern. Die Gitter 7 erhalten vorteilhaft zum Schutz noch Vorwiderstände 9. Die Steuerspannung wird dem Transformator 10 entnommen, dessen Anschlüsse so geschaltet sind, daß jedes Gitter bzw. jeder Belag eine um 120° der zugehörigen Anodenspannung nacheilende Wechselspannung erhält. Zwischen den sekundären Sternpunkt des Transformators 10 und der Kathode des Gleichrichters 4 ist an den Klemmen 13 .erfindungsgemäß noch eine veränderliche Gleichstromspannung eingeschaltet. Die Zündung und Hilfserregung des Gleichrichters ist durch eine Batterie 12 und einen Vorwiderstand 11 dargestellt.

Die Steuermethode der Überlagerung einer veränderlichen Gleichspannung über die Gitterwechselspannung ist hier wegen ihrer Einfachheit und Trägheitslosigkeit gewählt worden. Natürlich können aber auch andere Steuermethoden Verwendung finden, z. B. die Verschiebung der Phasenlage der Gitterwechselspannung durch leicht bewegliche Induktionsregler oder durch Veränderung von Ohmschen, kapazitiven und induktiven Widerständen in mannigfacher Weise.

Für die Beeinflussung der Steuergleichspannung an den Klemmen 13 im Sinne der Erfindung ist in Fig. 1 ein mechanisches, in Fig. 2 ein rein elektrisches Beispiel angegeben. In ersterer bedeutet 14 einen Ferraristrieb, d. h. einen in einem Drehfeld beweglichen Wirbelstromkörper 15, der einen Hebelarm 16 im Sinne des Pfeiles zu drehen sucht und dadurch eine Kohlenplattensäule 17 zusammendrückt. Ein Teil der Druckkraft wird jedoch durch eine entgegenwirkende Federkraft 25 aufgehoben, so daß die Einstellung des Druckes und des Kohlenwiderstandes in dem zu regelnden Gebiet der Maschinenspan-

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nung besonders empfindlich wird. Die Kohlensäule 17 liegt in Reihe mit einem Ohmscheu Widerstand 18 und einer Induktivität 19 im Stromkreis der Batterie 20. Die Induktivität ig bewirkt, daß bei einer Widerstandsänderung der Kohlensä'ule 17 der Batteriestrom nicht sofort seinen neuen. Wert annimmt, sondern daß der Spannungsabfall in 17 zunächst eine zu grüße Änderung erfährt und erst allmählich dem vom Verhältnis der Widerstände 17 und 18 vorgeschriebenen Betrage zustrebt. Die gemeinsame Spannung der Glieder 19 !und i8, die hier als Steuerspannung gewählt wurde, zeigt das entsprechende Verhalten mit richtigem Vorzeichen und erfüllt somit die gestellte Bedingung. Bei Spannungserhöhung des Gene-■ rators 1 erhalten, z. B. die Gitter 7 sofort eine stark, darauf aber nur schwach erhöhte negative Vorspannung, die den Gleichrichter zuerst stark, dann weniger stark drosselt und infolgedessen den Erregerstnom beschleunigt herabsetzt.

Auf Grund der Reglertheorie lassen sich auch noch weitere Vervollkommnungen anbringen, wie z. B. eine Erhöhung der Federwirkung 25 abhängig von der Erregerstromstärke durch einen Drehspultrieb 21, bestehend aus einem permanenten Magneten 22 und einer beweglichen, vom Erregerstrom durchflossenen Spule 23, die ein Drehmoment in der Pfeilrichtung erfährt. Um die Wirkung dieses Drehmoments zu verzögern, ist ein Ohmscher Nebenschluß 24 zur Drehspule gelegt, deren Induktivität eine Nacheilung des Stromes herbeiführt. Durch die letztgenannte Maßnahme wird die Empfindlichkeit der Regelung noch weiter gesteigert, lohne die Gefahr der Reglerschwingungen zu erhöhen.

In Fig. 2 ist ein ungesteuerter Gleichrichter kleiner Leistung 30 über einen Transformator 31 an das Netz 2 angeschlossen und erzeugt eine von der Netzspannung linear abhängige Gleichstromspannung, die mit Hilfe der Drossein 32, des Kondensators 33 und der Hilfsbelastung34 geglättet wird. An Stelle der Genera tor spannung könnte z. B. auch eine Motordrehzahl (Gleichstrom) geregelt werden, dann tritt an Stelle der Anordnung 30.

bis 34 leine Tachometerdynamo, und der Erregerstrom muß im umgekehrten Sinne beeinflußt werden. Die Spannung am Widerstand 34 wird verglichen mit einer Batteriespannung 35, deren Minuspol mit der Kathode einer

5S Verstärkerröhre 36 verbunden ist. Die Minusklemme des Widerstandes 34 ist über einen Vorschaltkondensator 37 mit Parallelwiderstand 38 an das Gitter derselben Verstärkerröhre gelegt, und der Anodenkreis ist durch den Widerstand 39 und die Batterie 3 5 geschlossen. Hier wirkt der Kondensator 37 im gleichen Sinne wie die Drossel 19 in Fig. 1. Der Spannungsabfall im Widerstand 39 wird bei Spannungsänderung im Netz 2 zunächst stark, im Dauerzustand aber schwach verändert und kann daher wieder als Steuerspannung verwendet werden. Als Vervollkommnung ist hier eine Art Rückführung im Sinne der Reglertheorie angebracht, bestehend aus der Drossel 40 'und dem Widerstand 41, welche noch eine verzögerte Einwirkung der Spannung der Erregerwicklung auf die Steuerspannung erlauben.

Als Beispiel der automatischen Schnellentregung im Kurzschlußfall ist in Fig. 2 noch eine Zusatzbatterie 42 und eine - Glimmröhre 43 hinzugefügt. Im Kurzschlußfall sinkt die Netzspannung beträchtlich ab und zugleich die Spannung an den Klemmen des Widerstandes 34. Es wird schließlich je nach der Bemessung der Batterie 42 die Zündspannung der Glimmentladung erreicht, die infolgedessen zündet und die Gitterspannung der Verstärkerröhre 3 6 senkt und diese Röhre sperrt. Die Steuerbeläge 8 erhalten dadurch ihre höchste negative Vorspannung und bewirken eine Beseitigung des Erregerstromes mit größter Schnelligkeit.

Die neue Regelanordnung ermöglicht eine Vereinigung der Gittersteuerung mit der Tirillregelmethode. Diese ließe sich ohne weiteres zur Steuerung der Steuerspannung oder einer anderen elektrischen Größe der Gitter und Beläge verwenden, es ist jedoch zu berücksichtigen, daß ein Gleichrichter immer nur zu bestimmten Zeitpunkten, also nicht kontinuierlich beeinflußt wird, 'und daß daher das Verhältnis der Teilzeiten hoher Spannung zu den Teilzeiten niederer Spannung sich nur durch ganze Zahlen der Zündzeitpunkte ausdrückt. Daher ist die Spannungsregelung des Generators 1 dann nicht vollkommen kontinuierlich, sondern stufenförmig. Sie ist jedoch so feinstufig, daß sie vielen von der Praxis gestellten Anforderungen vollkommen ^zU genügen vermag. Bei Verwendung der Gleichrichtersteuerung kann man indessen auf die Hinzunahme einer'besonderen pendelnden Regelung nach dem Tirillprinzip verzichten.

Claims (2)

1. Patentansprüche:

   i. Verfahren zur Regelung der Erregerstromstärke elektrischer Maschinen mittels gesteuerter gas- oder dampfgefüllter Entladungsröhren durch Verlegung des Phasenwinkeis des Zündzeitpunktes der Entladung, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung eines beschleunigten Überganges von einem beliebigen Betrag der Erregerstromstärke auf einen davon abweichenden Betrag bei Verlegung des Zündzeitpunktes der Entladung innerhalb jeder Wechsel-

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   Stromperiode selbsttätig vorübergehend das für den neuen Dauerzustand erforderliche Maß der Verlegung überschritten wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Überschreitung des Änderungsbetrages der magnetischen Trägheit der erregten Maschine angepaßt wird.

   3« Verfahren nach Anspruch ι und 2, dadurch gekennzeichnet, daß es zur Schnellentregung dient, insbesondere bei Störungen infolge von Kurzschlüssen, Überlastungen usw.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen