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Regeleinrichtung für Synchronmaschinen, deren Erregerenergie über
gittergesteuerte Dampf- oder Gasentladungsstrecken aus dem Wechselstromnetz entnommen
wird Bei Synchronmaschinen, welche als Generator mit anderen Generatoren parallel
arbeiten, hängt die höchste lieferbare Wirkleistung von der Blindstrombelastung
jedes einzelnen Generators ab; die Blindstrombelastung selbst kann innerhalb gewisser
Grenzen durch Einstellung des Erregerstromes geändert werden. Bei einer als Motor
arbeitenden Synchronmaschine ist die größte Belastbarkeit von der Erwärmung der
Maschine abhängig. Für diese ist außer der an der Welle abgegebenen Wirkleistung
auch noch die Blindleistung maßgebend, die ihrerseits von der Einstellung des Erregerstromes
abhängt und durch diesen geändert werden kann.
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Zur Regelung des Erregerstromes von Synchronmaschinen sind bereits
Erregeranordnungen bekanntgeworden, bei denen die Erregerenergie dem Nutzstromkreis
der Maschine über .gittergesteuerte Dampf- oder Gasentladungsgefäße entnommen wird,
wobei den Steuergittern der Entladungsgefäße eine Wechselspannung zugeführt wird,
deren Phasenverschiebung gegenüber der Anodenspannung in Abhängigkeit von der Höhe
der Klemmenspannung, dein Strom oder einer anderen Betriebsgröße, beispielsweise
dem Leistungsfaktor, selbsttätig verändert wird. Es sind auch schon Einrichtungen
beschrieben worden, bei denen die den Steuergittern zugeführten Steuerwechselspannungen
aus je zwei Komponenten bestehen, von denen die eine gegenüber der Netzspannung
hinsichtlich Amplitude und Phase konstant und die andere nur hinsichtlich der Phase
konstant, hinsichtlich der Amplitude jedoch veränderlich ist.
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Gemäß der Erfindung soll nun die zweite zur Regelung des Erregerstromes
dienende veränderliche Teilspannung sowohl in der Amplitude als auch in der Phase
durch die Phasenlage sowie gegebenenfalls auch noch durch die Größe des Belastungsstromes
der Synchronmaschine selbsttätig beeinflußt werden. -Zwei Ausführungsformen der
Erfindung werden im folgenden beschrieben. Die entsprechenden Schaltungsanordnungen
sind in den Abb. r und a schematisch dargestellt. Die Abb. 3 bis 5 enthalten einige
Vektordiagramme der in den Gitterkreisen der Entladungsröhren, welche einen wesentlichen
Bestandteil der Schaltungsanordnung bilden, wirksamen Wechselspannungen. Die Ausführungsformen
lassen gleichzeitig eine Reihe von Erfindungsmerkmalen erkennen, welche
über
die Anwendung in den besonderen Ausführungsbeispielen hinaus auch im Zusammenhang
mit anderen Einrichtungen nach der. Erfindung vorteilhaft verwendet wercjezi; können.
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Die in Abb. i dargestellte AusführuA#@` form ist vorzugsweise für
eine als Motor triebene Synchronmaschine gedacht. . Es bedeutet io die Erregerwicklung
der Synchronmaschine, deren Ankerwicklung nur durch die Schleifringe i i dargestellt
ist, welche an die Leitungen A B C des Wechselstromnetzes 12 angeschlossen
sind. An die Phasen A und B ist die Primärwicklung eines Transformators 13 angeschlossen,
dessen Sekundärwicklung über die beiden Gas- oder Dampf -entladungsgefäße 1.4 und
15, die in Doppelweggleichrichterschaltung angeordnet sind, dieErregerwicklungiospeist.
DieSteuergitterder Entladungsgefäße 14 und 15 liegen an der Sekundärwicklung eines
besonderen Gittertransformators 16, dessen Mittelanzapfung ein Stroinbegrenzungswiderstand
17, der beiden Gitterkreisen gemeinsam ist, vorgeschaltet ist. In dem Primärkreis
des Transformators 16 sind zwei Spannungen wirksam, nämlich erstens die von der
Sekundärwicklung eines Transformators 18 abgenommene und zweitens diejenige, die
zwischen den Punkten P" P., der Brückenschaltung 2o bis 23 entsteht. Die von dem
Transformator 18 gelieferte Spannung hängt in ihrer Größe von der Spannung des Wechselstromnetzes
12 ab; ihre Phasenlage liegt gegenüber derjenigen des Netzes 12 fest. Die Primärwicklung
des Transformators 18 ist nämlich einerseits an die Leitung A des Netzes 12, andererseits
an die Anzapfung D des Spartransformators 18, angeschlossen. Das Potential der Anzapfung
D liegt daher jeweils zwischen dem augenblicklichen Potential der Leitungen B und
C. In die Leitung B des Wechselstromnetzes 12 ist die Primärwicklung eines Stromwandlers
i9 eingeschaltet, dessen Sekundärwicklung eine Brückenschaltung 2o bis 23 mit einem
Strom, der dem Belastungsstrom der :Maschine i i entspricht, versorgt. Die Brücke
enthält in ihrem einen Zweig die beiden Ohmschen Widerstände 20, 21, in ihrem anderen
die Drosselspule 22 und den Ohmschen Widerstand 23. Die Widerstände 20, 21 und 23
werden bei Inbetriebnahme der Regeleinrichtung einmal fest eingestellt. Die zwischen
den Punkten P1 und P2, d. h. die an dem Diagonalzweig der Brücke entstehende Spannung
ist dann ihrer Phasenlage nach gegenüber dem Belastungsstrom der Maschine immer
um denselben konstanten Betrag verschoben und ihrer Größe nach der Größe .des Belastungsstromes
proportional. Gegenüber der Spannung des Wechselstromnetzes 12, d. h. gegenüber
der Spannung der Maschine, ändert sich die zwischen den Punkten P1 und P.- liegende
Spannung mit dem Leistungsfaktor der Maschine.
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Die Änderung der Gitterspannung der Ent-Jadungsgefäße in Abhängigkeit
von der Höhe Uer Maschinenspannung sowie der Phasenlage des Belastungsstromes der
Maschine kann an Hand der Abb.3 und d. verfolgt werden. Diese Abbildungen beziehen
sich auf eine bestimmte Belastung, bei welcher ein vorgeschriebener Leistungsfaktor,
beispielsweise der Leistungsfaktor Eins, eingehalten werden soll. In Abb. 3 bedeutet
der Vektor a b die Spannung zwischen den Leitungen AB, die Vektoren
b c und ac die Spannung zwischen den Leitungen B C und A C. Der Vektor
a d ist die an der Primärseite des Transformators 18 liegende Spannung. Der
Strom in der Leitung B ist bei dem vorausgesetzten Belastungszustand durch den Vektor
o e dargestellt. Der Strom in den anderen LeitungenA und C ist ebenso groß und wegen
der symmetrischen Belastung um je i2o elektrische Grade gegen den Vektor o e verschoben.
Die an den Punkten Pf und P2 des Diagonalzweiges der Brücke auftretende Spannung
ist gegenüber dem Strom in der Leitung B um einen bei unveränderter Einstellung
der Brücke konstanten Phasenwinkel verschoben und ist in der Abb. .I durch den Vektor
d f dargestellt. An der Primärwicklung des Gittertransformators 16 liegt dementsprechend
die geometrische Summe der an der Sekundärwicklung des Transformators 18 und an
den Punkten P1 und P2 der Brücke auftretenden Spannungen. Diese ist in Abb..I durch
Gien Vektor a f angedeutet. Dieser Vektor besitzt gegenüber der Spannung
zwischen den Leitungen A und B, d. h. gegenüber der Anodenspannung der Entladungsgefäße
14 und 15, eine Phasenverschiebung, die gerade ausreichen möge, um einen Erregerstrom
durch die Wicklung io hervorzurufen, welcher den vorgeschriebenen Leistungsfaktor
zur Folge hat. An Hand der Abb. 3 ist nun leicht einzusehen, daß bei einer Änderung
des Leistungsfaktors der Maschine ii eine entsprechende Änderung des Erregerstromes
zustande kommt. Ändert sich nämlich die Phasenlage des Stromes in der Leitung B
gegenüber der Spannung zwischen den Leitungen A und B, so wandert
der Vektor o c in Abb.3 in die Lage oe'; die zwischen den Punkten P1, P2
auftretende Spannung besitzt gegenüber dem Strom in der Leitung B jedoch noch .den
gleichen Phasenv erschiebungswinkel. Der Vektor d f in Abb. .I wandert also
in die Lage d f", wobei der Winkel e o e"
gleich dem Winkelf
d f" ist. Die an der Primärwicklung des Gittertransformators 16
liegende
Spannung ist nuninehr durch (1,n Vektor a f" in Abb. - gegeben, der uni einen bestimmten
Betrag gegcnülrer dein Vektor u f verdreht ist. Die aus dieser Verdreliunresultierende
Änderung des Ei-regerstromc° bringt den Leistungsfaktor der Maschine i r wieder
auf den vorgeschriebenen Betrag. Verändert sich andererseits die Größe des Stromes
in der Leitung 13 bei unveränderter Phasenlage, so geht der Vektor o e in Abb. 3
in den phasengleichen Vektor o e' über. Entsprechend wächst auch der Vektor c1
f bei unveränderter Phasenlage bis zur Größe d f'. Die resultierende
Spannung an der Primärwicklung des Transformators 16 ist nunmehr durch den Vektor
a f" gegeben, welcher gegenüber dem Vektor a f im umgekehrten Sinne phasenverschoben
ist als der Vektor a f". Auch die hieraus folgende Änderung des mittleren Erregerstromes
bringt daher den Leistun-sfaktor wieder auf den vorgeschriebenen Betrag. Im unbelasteten
Zustand wird die richtige Erregung der Maschine i i, d. h. diejenige Erregung, bei
welcher der gewünschte Leistungsfaktor auftritt, durch passende Wahl des Anzapfpunktes
auf deal Spartransformator 18" eingestellt. Bei Belastung ist die richtige Größe
und Phasenlage des Zusatzvektors d f der Gitterspannung durch entsprechende
Einstellung der Widerstände 2o, 21 und 23 in der Brücke zu erreichen. Bei richtiger
Einstellung des Spartransformators und der Brücke läßt sich praktisch jede.gewünschte
Erregungsänderung der Maschine 11 erzielen.
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Der Einfluß, welchen bei dieser Einrichtung die Höhe der Netzspannung
auf die Phasenlage der Gitterspannung ausübt, kann vernachlässigt werden. Die Gitterspannung
ist demnach praktisch ausschließlich durch den Phasenwinkel zwischen Maschinenstrom
und Maschinenspannung bestimmt.
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Bei dem in . Abb. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel, das vorzugsweise
für eine im Generatorbetrieb befindlich-- Maschine geeignet ist, erfolgt die selbsttätige
Einstellung des Erregerstromes nicht nur in Abhängigkeit von der Größe und der Phasenlage
des Belästungsstroines, sondern es besteht außerdem noch eine starke Abhängigkeit
des Erregerstromes von,der Spannung des Wechselstromnetzes 12. Die Schaltungsanordnung
stimmt mit derjenigen nach Abb. i in bezug auf die Anordnungen der Entladungsgefäße
1q. und 15 und in bezug auf die Brückenschaltung genau überein. Der Transformator
18 liegt jedoch primärseitig unmittelbar an den Leitungen A und C. Außerdem ist
mit seiner Sekundärwicklung noch ein weiterer Transformator 24. und ein Widerstand
25 in Leihe geschaltet, wobei die Primärwicklung des Trnictorni<itcirs -2-. über
eine eisenhaltige im Beti-ie`i hocliges:ittigte 1)rosselslittle -6 an die Leitungen
1i und G angeschlossen ist.
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Die an (lern Widerstand -5 auftretende Spannun° ist durch den Vektor
f g in Abb. 5 gegeben. 1)ic @,'ektoren a c und c f bedeuten die an
der Sekundärwicklung des Transformators i8 hz@N-. clie an den Punkten 1'1 und P=
auftretenden Spannungen. Die resultierende Gitterspannung wird durch den Vektor
ag dargestellt, dessen Phasenlage. wie die Abb. erkennen läßt, bei einer Zunahme
der Spannung des Wechselstromnetzes 12 sich ebenfalls ändert und in der neuen Lage
ag' eine acheilung gegenüber dem Vektor ag besitzt. N N
Die durch diese Phasenverlagerung
hervorgerufene Veränderung des Erregerstromes bringt die Spannung der Maschine auf
den vorgeschriebenen normalen Wert zurück.
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Die Verwendung der gesättigten Drosselspule 26 ini Primärkreis des
Transformators 2:1 gewährleistet zwar eine wirksame Verlagerung der Gitterspannung
bei Spanliungsschwankungen des Wechselstromnetzes 12, wie an Hand der Abb. 5 ersichtlich.
Es ist jedoch zweckmäßig, in Verbindung mit dieser Drosselspule noch zusätzliche
Einrichtungen zu verwenden., durch welche die Wirkung der Drosselspule noch verbessert
wird. Die Verwenduirg hochgesättigten Eisens in der Spule 26 bringt nämlich einerseits
eine gewisse Verzerrung der Spannungskurve hervor in dem Sinne, daß die an dem Widerstand
25 liegende Spannung nicht mehr als genau sinusförmig angesehen werden kann. Und
zwar gilt dies auch insofern, als die Zeitpunkte des Nulldurchganges der verzerrten
Spannung gegenüber denjenigen bei einer anderen Spannung des «"echselstroinnetzes
12 phasenverschoben sind. Des weiteren wirkt die Iärequenzabhängigkeit des Blindwiderstandes
der Drosselspule 20 auf die Gitterspannung in unerwünschtem Maße ein. Beide Einflüsse
können beseitigt werden, wenn parallel zu der Primärwicklung des Gittertransformators
16 eine Parallelschaltung einer Drosselspule 27 und eines Kondensators 28, die gegebenenfalls
beide verstellbar sein können, vorgesehen wird.