DE644082C - Einrichtung zur selbsttaetigen Regelung der Spannung (Stromaufnahme, Drehzahl) elektrischer Maschinen, insbesondere von Synchrongeneratoren - Google Patents

Description

Bei Einrichtungen zur selbsttätigen Regelung der Spannung (Stromaufnahme, Drehzahl) elektrischer Maschinen, insbesondere von Synchrongeneratoren, muß bei Änderung der zu regelnden Größe sehr rasch die erforderliche neue Einstellung herbeigeführt werden, und es muß auch mit der Einrichtung möglich sein, einen großen Regelbereich zu bestreichen. Derartige Regeleinrichtungen werden beispielsweise für Blindleistungsmaschinen benötigt, die zur Regelung der Spannung einer Übertragungsleitung dienen. Solche Blindleistungsmaschinen müssen sowohl stark übererregt als auch stark untererregt arbeiten können. Außerdem ist es bei diesen Maschinen erforderlich, daß die Erregung plötzlich sehr stark herabgesetzt werden kann. Wenn z. B. die Blindleistungsmaschine mit einem großen nacheilenden Strom belastet ist, so ist sie stark übererregt. Wird nun plötzlich die wattlose Belastung abgeschaltet, so steigt die Spannung der Maschine auf einen derart hohen Wert, daß an den Isolatoren der Leitung Überschläge und andere Schäden entstehen können. Um dies zu vermeiden, ist es erforderlich, daß die Erregung der Maschine sehr schnell herabgesetzt werden kann. Das gleiche ist erforderlich bei Wasserkraftgeneratoren, bei denen plötzlich die Belastung abgeschaltet wird.

Es sind hierfür bereits Regeleinrichtungen bekanntgeworden, bei denen eine Wheatstone'sche Brücke mit kontinuierlicher Veränderung der Widerstände entsprechend der Abweichung der zu regelnden Größe vom Sollwert Anwendung findet. Andererseits sind auch Einrichtungen bekannt, bei denen hintereinandergeschaltete Widerstände von verschiedenen Vorrichtungen derart gesteuert werden, daß bei geringen Abweichungen der zu regelnden Größe von ihrem Sollwert relativ langsam, bei größeren Abweichungen der zu regelnden Größe von ihrem Sollwert relativ rasch eine große Änderung der Einstellung herbeigeführt wird. Diese Einrichtungen haben jedoch den Nachteil, daß die Regelgeschwindigkeit immer noch unzureichend bleibt, da jeweils der ganze Regelbereich durchlaufen werden muß.

Diese Nachteile lassen sich dann vermeiden, wenn, wie bekannt, einerseits der gesteuerte Strom dem Diagonalzweig einer

Wheatstone'sehen Brücke entnommen, andererseits deren Widerstände je nach der Größe der Abweichungen der zu regelnden Größe von ihrem Sollwert von verschiedenen Steuer^' einrichtungen eingestellt und außerdem erffri-f dungsgemäß die in der Brücke gegenüberliegenden Widerstände unter sich gleichgemacht und die Zweige eines Paares je ungleich unterteilt werden, von der einen Steuervorrichtung ίο bei kleinen langsamen Änderungen der zu regelnden Größe in beiden Z,weigen die Teile mit kleinem Widerstand in beiden Regelrichtungen verstellt werden, während die anderen Teile mit festeingestelltem größerem Widerstand kurzgeschlossen sind, ferner von der anderen Steuervorrichtung bei großen schnellen Änderungen in der einen Regel richtung die Regelwiderstände beider Zweige überbrückt werden, so daß das ganze Paar kurzgeschlossen ist, in der anderen Richtung jedoch die normalerweise kurzgeschlossenen Teile mit größerem Widerstand eingeschaltet werden.

Die Änderung der Brückeneinstellung kann dabei so weit getrieben werden, daß sich die Richtung der an dem Diagonalzweig abgenommenen Spannung plötzlich umkehrt. Mit einer derartig umgepolten Erregerspannung ist es möglich, den Erregerstrom sehr schnell herabzusetzen und den Restmagnetismus des Erregerfeldes vollkommen auszulöschen, wie es häufig bei leerlaufenden Synchronmaschinen erforderlich ist, die auf ein Netz mit langen Übertragungsleitungen arbeiten. In der Abbildung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es handelt sich hierbei um die Spannungsregelung eines Drehstromgenerators 1, dessen Erregung von der Erregermaschine 2 geliefert wird. Die Regeleinrichtung besteht aus dem Steuerteil 3 und der Widerstandsanordnung 4.

Der Steuerteil 3 besteht aus dem Drehmagneten 5, der an die Spannung der Maschine ι angeschlossen ist, und der Kontaktan-♦5 Ordnung 6. Diese Kontaktanordnung besitzt vier voneinander isolierte Kontakte 8, 9, 10 und 11. Die Kontakte 9 und 10 sind federnd befestigt und dienen dazu, langsam wirkende Regelvorgänge bei kleinen Spannungsänderungen auszulösen. Die Kontakte 8 und 11 sind dagegen auf einem verhältnismäßig steifen Kontaktträger befestigt und dienen dazu, rasche Regelvorgänge bei großen Spannungsänderungen auszulösen. Die Kontaktanordnung 6 wird von dem Drehmagneten 5 betätigt. Steigt die Spannung der Maschine ι, so erzeugt der Magnet 5 ein gegen den Uhrzeigersinn gerichtetes Drehmoment und senkt die Anordnung 6, während er sie bei einem Abfall der Spannung im Uhrzeigersinne hebt.

Die Kontakte 8 und 11 bzw. 9 und 10 können durch die glatte Kontaktscheibe 13 bzw. das gezahnte Rad 12 betätigt werden. Die '.Scheibe 13 und das Rad 12 werden mit gleichbleibender Geschwindigkeit von dem Synchronmotor 14 angetrieben. Die Scheibe 13 und das Rad 12 sind mit der positiven Klemme einer Hilfsstromquelle verbunden. Um überflüssige Schwankungen der Kontaktan-Ordnung 6 zu vermeiden, ist der Drehmagnet 5 mit einer Dämpfung 15 ausgerüstet.

Mit den Kontakten 9, 10 bzw. 11,8 sind die Leiter 16, 17 bzw. 18, 19 verbunden. Bei relativ kleinen Abweichungen der Spannung von ihrem Sollwert kommt der Kontakt 9 oder 10 mit den Zacken des Rades 12 in Berührung, und es werden dementsprechend Stromimpulse in die Leitungen 16 oder 17 geschickt. Je größer die Abweichung der Spannung von ihrem Sollwert ist, um so stärker wird der Anpressungsdruck des Kontaktes an das Rad, und infolgedessen werden die jeweiligen Berührungszeiten zwischen dem Kontakt und den Zacken größer und damit auch bei gleichbleibender Periodendauer die Länge der einzelnen Stromimpulse. Wenn die Abweichung der Spannung einen bestimmten Betrag überschreitet, kommt auch der Kontakt 8 oder 11 mit der Scheibe 13 in Beruhrung. Infolge der unebenen Oberfläche des Rades 12 vibriert die gesamte Kontaktanordnung 6, und infolgedessen ergibt sich auch zwischen dem Kontakts bzw. 11 und der Scheibe 13 eine intermittierende Berührung. Es werden infolgedessen auch in die Leitungen 18 bzw. 19 Stromimpulse geschickt. Je mehr die Spannung von ihrem Sollwert abweicht, um so länger werden infolge des vergrößerten Anpressungsdruckes bei gleichbleibender Periode auch die Stromimpulse, die in die Leitungen 18 bzw. 19 geschickt werden. Bei einer bestimmten maximalen Abweichung der Spannung ergibt sich dann ein dauernder Kontakt und ein dauernder Strom.

Die Widerstandsanordnung 4, die über die Leitungen 16, 17 und 18, 19 gesteuert wird, besteht im wesentlichen aus einer Wheats stone'schen Brücke mit den vier Zweigen 20, 21, 22 und 23. Die Brücke wird von einer beliebigen Gleichstromquelle gespeist. Bei dem Ausführungsbeispiel dient hierzu die Hilfserregermaschine 24. Der Diagonalzweig der Brücke ist zwischen den Widerständen 20 und 21 einerseits und 22 und 23 andererseits angeschlossen und dient zur Speisung der Erregerwicklung der Erregermaschine 2. Durch Änderung der Widerstände an den Brückenzweigen ist es möglich, über einen großen Bereich den Feldstrom von einem iao Maximalwert auf Null und in negativer Richtung zu verändern.

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Für die Änderung der Brückeneinstellung sind die verschiedensten Anordnungen möglich. In dem Ausführungsbeispiel wird die Einstellung durch gleichzeitige Verstellung der Widerstände in den Zweigen 20 und 22 verändert. Die Zweige 20 und 22 liegen bei der üblichen Brückendarstellung diagonal gegenüber. Die Zweige 20 und 22 sind in zwei ungleiche Teile geteilt. Die Widerstände der linken Teile dieser beiden Zweige werden durch die Vorrichtungen 25 gleichzeitig gesteuert. Die Vorrichtungen 25 bestehen aus zwei Wandermuttern, die von dem kleinen umkehrbaren Motor 26 angetrieben werden. Die rechten Teile der Zweige 20 und 22 sind normalerweise auf konstante Widerstandswerte eingestellt. Sie können jedoch von Hand durch die Vorrichtungen 27 gleichzeitig verstellt werden. Diese rechten Widerstandsteile sind normalerweise durch das Schütz 28 kurzgeschlossen. Das Schütz 28 wird durch die in dem Leiter 19 fließenden Ströme gesteuert. Ein zweites Schütz 29, das durch die in dem Leiter 18 fließenden Ströme gesteuert wird, ist so angeordnet, daß es gleichzeitig die linken regelbaren Widerstandsteile der Zweige 20 und 22 kurzschließen kann. Der umkehrbare Motor 26 wird durch die beiden Schütze 30 bzw. 31 gesteuert, die in die Leitungen 16 bzw. 17 eingeschaltet sind. 32 sind zwei Grenzschalter, die den Regelbereich der Vorrichtungen 25 begrenzen.

Die Brücke ist erfindungsgemäß so bemessen, daß die Widerstände der Zweige 21 und 23 unter sich und die Widerstände der Zweige 20 und 22 unter sich* gleich sind. Normalerweise sind die Widerstände der Zweige 20 und 22 kleiner als die Widerstände der Zweige 21 und 23, so daß der Strom von der Stromquelle 24 durch die Zweige 20 und 22 zu dem Erregerfeld der Erregermaschine 2 fließt. Durch Verkleinerung der Widerstände der Zweige 20 und 22 bis auf Null vergrößert sich der Feldstrom bis zu seinem Maximalwert. Werden jedoch die Widerstände der Zweige 20 und 22 so weit vergrößert, daß sie gleich den Widerständen der Zweige 21 und 23 sind, so geht der Erregerstrom auf Null zurück. Wird der Wert des effektiven Wider-Standes des linken Teiles der Zweige 20 und 22 über diesen Punkt hinaus vergrößert, so kehrt sich der Erregerstrom um. Die Widerstände der rechten Teile der Zweige 20 und 22 sind erfindungsgemäß durch die Vorrichtungen 27 so eingestellt, daß nach dem Ansprechen des Relais 28 der Feldwicklung der Erregermaschine 2 eine negative Spannung zugeführt wird, unabhängig davon, wie groß die Widerstandswerte der linken Teile der Zweige 20 und 22 zu der betreffenden Zeit gerade sind. Die festen Widerstände müssen also größer als die verstellbaren Widerstände und auch größer als die Widerstände der Zweige 23, 21 sein.

Die Einrichtung arbeitet folgendermaßen: Es sei angenommen, daß die Maschinen 1, 2 und 24 in Betrieb sind und die Spannung der Maschine 1 normal ist. Sämtliche Teile sind dann in der gezeichneten Stellung. Sinkt nun infolge einer plötzlichen Belastung die Spannung des Generators, so wird durch den Drehmagnet 5 die Kontaktanordnung 6 nach oben bewegt, so daß der Kontakt 10 mit dem Rad 12 in Berührung kommt. Es fließen infolgedessen Stromstöße von der positiven Klemme der Hilfsstromquelle über das Rad 12, den Kontakt 10, den Leiter 16, das Schütz 30, den rechten Grenzschalter 32 nach der negativen Klemme der Hilfsstromquelle. Das Schütz 30 spricht infolgedessen intermittierend an und schaltet dementsprechend den Motor 26 mit einer solchen Drehrichtung ein, daß er Widerstand in den Zweigen 20 und 22 ausschaltet. Ist der Spannungsabfall nur verhältnismäßig klein, so werden ein oder zwei Impulse genügen, um die nötige Änderung des Erregerstromes herbeizuführen. Je größer jedoch der Spannungsabfall ist, um so größer ist der Kontaktdruck gegen das Rad 12 und um so länger der einzelne Stromimpuls und go um so größer infolgedessen die Durchschnittsgeschwindigkeit des Motors 26. Je größer der Spannungsabfall ist, um so größer ist infolgedessen auch die Geschwindigkeit, mit der die normale Spannung wieder hergestellt wird.

Ist der Spannungsabfall verhältnismäßig sehr groß, so kommt auch der Kontakt 11 intermittierend mit der Scheibe 13 in Berührung. Hierdurch werden Stromimpulse in einem Stromkreis gebildet, der von der positiven Klemme der Hilfsstromquelle über die Scheibe 13, den Kontakt 11, den Leiter r8 und die Wicklung des Schützes 29 nach der negativen Klemme der Hilfsstromquelle führt. Das Schütz 29 schließt den linken Teil der Zweige 20 und 22 kurz, so daß der Widerstand dieser Zweige intermittierend zu Null wird. Der Erregerstrom steigt infolgedessen sehr schnell an, so daß der Spannungsabfall sehr bald ausgeregelt ist. Je größer der Spannungsabfall ist, um so langer werden im Verhältnis zu den Öffnungszeiten die Kurzschließzeiten der Widerstände 20 und 22, und infolgedessen wird auch der positive Widerstand um so geringer.

In entsprechender Weise arbeitet die Einrichtung, wenn die Spannung der Maschine 1 ansteigt. Es kommt dann zunächst der Kontakt 9 mit dem Rad 12 in Berührung, und das Schütz 31 wird intermittierend eingeschaltet. Dementsprechend wird der Motor 26

jetzt in umgekehrter Richtung eingeschaltet und vergrößert den Widerstand der Zweige 20 und 22. Ist der Spannungsanstieg groß genug, dann kommt der Kontakt 8 mit dem Kontakt S 13 in Berührung und steuert das Schütz 28, das die verhältnismäßig großen Widerstände der rechten Teile der Zweige 20 und 22 einschaltet. Hierdurch erhält die Feldwicklung der Erregermaschine 2 eine negative Spannung, und ihre Erregung sinkt sehr schnell ab.

Claims (2)

1. Patentansprüche:

   ι. Einrichtung zur selbsttätigen Regelung der Spannung (Stromaufnahme, Drehzahl) elektrischer Maschinen, insbesondere von Synchrongeneratoren, bei welcher der gesteuerte Strom dem Diagonalzweig einer Wheatstone'schen Brücke entnommen wird, deren Widerstände je nach der Größe der Abweichungen der zu regelnden Größe von ihrem Sollwert von verschiedenen Steuervorrichtungen eingestellt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Brücke gegenüberliegenden Widerstände (20, 22 und 21,23) unter sich gleich und die Zweige eines Paares (20, 22) je ungleich unterteilt sind, daß von der einen Steuer

   Vorrichtung (y, ίο, 12) bei kleinen langsamen Änderungen der zu regelnden Größe in beiden Zweigen die Teile mit kleinem Widerstand in beiden Regel richtungen verstellt werden, während die anderen Teile mit fest eingestelltem größerem Widerstand kurzgeschlossen sind und daß von der anderen Steuervorrichtung (8, 11, 13) bei großen schnellen Änderungen in der einen Regelrichtung die Regelwiderstände beider Zweige überbrückt werden, so daß das ganze Paar kurzgeschlossen ist, in der anderen Richtung jedoch die normalerweise kurzgeschlossenen Teile mit größerem Widerstand eingeschaltet werden.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtungen intermittierend arbeiten und ihre Stromimpulse bei kleinen Änderungen der zu regelnden Größe auf einen die regelbaren Widerstände der Brücke gemeinsam verstellenden Hilfsmotor (26) und bei großen Änderungen auf Relais (28, 29) geben, die die Regelwiderstände gemeinsam kurzschließen oder die im selben Zweig liegenden festeingestellten Widerstände gemeinsam einschalten, bzw. umgekehrt.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   BERLIN. GEDRUCKT IN DER REICHSUtüCKERfcl