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Einrichtung zur selbsttätigen Spannungsregelung eines Generators mittels
Entladungsstrecken Es ist bereits bekannt, an Stelle von umlaufenden Erregermaschinen
zur Lieferung der Erregung eines Generators gesteuerte Dampf- oder Gasentladungsstrecken,
insbesondere gittergesteuerte Quecksilberdampfgleichrichter zu verwenden. Die Vorteile,
die die Verwendung gesteuerter Gleichrichter gegenüber umlaufenden Erregermaschinen
bietet, liegen bekanntlich einerseits darin, daß die Steuerleistung der gesteuerten
Gleichrichter außerordentlich gering ist, so daß zur Spannungsregelung des Generators
nur sehr kleine Regler notwendig sind, andererseits aber auch darin, daß bei Anwendung
selbsttätiger Spannungsregelung der Gleichrichter praktisch trägheitslos arbeitet.
Es ist daher bei Verwendung von gesteuerten Gleichrichtern zur Speisung der Erregung
elektrischer Maschinen möglich, soweit das die Induktivität der Erregerwicklung
zuläßt, auch sehr schnell verlaufende Spannungsschwankungen selbsttätig auszugleichen.
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Nun haben aber alle bisher bekannten Regeleinrichtungen, die die Aussteuerung
des Gleichrichters in Abhängigkeit von der Spannung des Generators beeinflussen,
den Nachteil, daß sie nicht imstande sind, die Spannung genau auf den Sollwert zu
regeln, sondern es muß zur Aufrechterhaltung der Regelwirkung stets eine gewisse
Abweichung der Spannung vom Sollwert .übrigbleiben. Demgegenüber sind mechanisch
wirkende Regler bekannt, die eine vollständige- Ausregelung einer Abweichung der
Spannung von dem Sollwert ermöglichen. Es ist daher wünschenswert, einen derartigen
Regler zur Steuerung des die Erregung speisenden Gleichrichters zu verwenden; da
diese Regler jedoch verhältnismäßig träge arbeiten, so würde man in diesem Fall
von dem besonderen Vorteil, den die Verwendung eines Gleichrichters als Erregerstromquelle
bietet, nämlich von der Möglichkeit der trägheitslosen Steuerung, nicht ohne weiteres
Gebrauch machen können., Es ist nun schon eine Anordnung bekanntgeworden, die diesen
Nachteil zu vermeiden versucht. Bei dieser Anordnung sind die Steuereinrichtungen
für die Entladungsstrecken so beschaffen, daß die Lage der Zündzeitpunkte von der
Einstellung eines im Steuerkreis liegenden Regelwiderstandes- abhängt. Dieser Widerstand
wird nach Maßgabe eines träge arbeitenden Spannungsreglers selbsttätig verstellt.
Um nun auch rasch verlaufende Spannungsschwankungen in dem von der Synchronmaschine
gespeisten Netz ausregeln zu können, ist noch ein besonderes Spannungsrelais vorgesehen,
welches auf Spannungsänderungen trägheitslos anspricht und dadurch eine sprunghafte
=Veränderung des im Steuerkreis des Entladungs-.
gefäßes liegenden
Widerstandes bewirlcf. Diese Anordnung hat den Nachteil, däß die Spannungsänderungen
immer erst die An-. sprechgrenze des Spannungsrelais fberschrei-:j ten müssen, um
eine rasch verlaufende Är%@e rung des Erregerstromes der Symchrö@ maschine zu erzielen.
Bei der Ausregelung' von geringen, unterhalb der Ansprechgr enze des Spannungsrelais
liegenden Spannungsschwankungen muß dagegen die Trägheit des selbsttätigen Spannungsreglers
in Kauf genommen werden. Dem läßt sich auch nicht dadurch abhelfen, daß man etwa
die Empfindlichkeit des Spannungsrelais entsprechend hoch wählt, denn dann müßte
man auch die Änderung der Erregung, die beim Ansprechen des Relais auftritt, entsprechend
klein wählen, und diese würde dann zur Ausregelung größerer, plötzlich auftretender
Spannungsschwankungen nicht ausreichen. Überdies erfordert die bekannte Anordnung,
insbesondere bei mehrphasigen Gleichrichtern, einen verhältnismäßig hohen Auf`vand
an Relais.
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Gemäß der Erfindung wird nun vorgeschlagen, in den Steuerstromkreis
der Entladungsstrecke zusätzlich zu einer in Abhängigkeit von der zu regelnden Spannung
über einen Regler gesteuerten Größe die zu regelnde Spannung, gegebenenfalls unter
Zwischenschaltung eines Spannungswandlers, unmittelbar einzuführen. Dadurch wird
mit den denkbar einfachsten Mitteln eine vollkommene Lösung des geschilderten Problems
erreicht. Die Ausregelung einer schnell verlaufenden Spannungsänderung geht dann
so vor sich, daß zunächst die in den Steuerstromkreis unmittelbar eingeführte zu
regelnde Spannung ohne Verzögerung eine angenäherte Ausregelung der Abweichung bewirkt,
bis der selbsttätige Spannungsregler seine neue, den veränderten Verhältnissen entsprechende
Stellung erreicht hat und nun seinerseits den letzten Rest der Abweichung ausregelt
und den neuen Regelzustand aufrechterhält. Die erfindungsgemäße Regeleinrichtung
spricht bereits bei den kleinsten Spannungsschwankungen an, vermag aber auch sehr
große Schwankungen ohne Schwierigkeiten auszuregein. Dabei geht die Regelung völlig
stetig ohne Sprung vor sich. Die zu regelnde Spannung bewirkt hier in dem Steuerkreis
gewissermaßen eine Grobregelung, während die Feinregelung anschließend durch den
selbsttätigen Regler vorgenommen wird.
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Der Erfindungsgedanke läßt sich besonders vorteilhaft bei solchen
Gleichrichtersteuerungen verwenden, bei denen für die Aussteuerung der Entladungsstrecke
die Größe eines Stromes in einem Hilfsstromkreis maßgebend ist.
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In der Zeichnung ist als Ausführungsbeispiel der Erfindung die Erregerschaltung
eines Drehstromgenerators 2 dargestellt, dessen Erregerstrom von dem Gleichrichter
3 geliefert wird. Der Gleichrichter 3 ist mit feiner ruhenden Steuerung (Spannungsstoßkieuerung)
ausgerüstet. Der Anodenkreis des fxleichrichters 3 kann durch die Schalter `'ünd
6 je nach den Betriebsverhältnissen an ein Hilfsdrehstromnetz 18 oder über einen
'.Cransformator q. an das Hauptdrehstromnetz i angeschlossen werden. Diese Schalter
5 und 6 können gegebenenfalls durch eine Umschaltvorrichtung zo sowie ein Differentialrelais
g in Abhängigkeit von der Generatorspannung selbsttätig umgeschaltet werden. Parallel
zu der Erregerwicklung des Generators liegt der Schutzwiderstand 2o, durch welchen
Überspannungen an der Erregerwicklung vermindert werden und eine Entladung der magnetischen
Energie des Feldes bei gesperrtem Gleichrichter ermöglicht wird.
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Die zur Steuerung des Gleichrichters dienende Einrichtung besteht
im wesentlichen aus drei hochgesättigten Transformatoren 15 mit Spezialblechkernen,
von denen jeder drei Wicklungen trägt. Die Wicklungen 22 sind die eigentlichen Gitterwicklungen,
welche über -die Gitterwiderstände die Steuergitter des Gleichrichters mit positiven-
Zündimpulsen beaufschlagen; zwischen den drei Gittern und der Kathode des Entladungsgefäßes
liegt die Sperrspannungsquelle 21, die im Schaltbild nur durch ein Rechteck angedeutet
ist, in der tatsächlichen Ausführung jedoch durch eine Trockengleichrichteranordnung
gebildet wird, die von einem Hilfsnetz gespeist wird.
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Außer der Gitterwicklung 22 ist auf jedem Transformatorkern noch je
eine Wicklung 23 und 2q. vorgesehen, von denen die erstere an einer konstanten Wechselspannung
liegt, also eine konstante Wechselstromerregung liefert, während die letztere eine
veränderliche Gleichstromerregung liefert. Eine Flußänderung ii: demhochgesättigten
Magnetkreis tritt nur dann auf, wenn die resultierende Erregung, die sich aus den
Erregungen der Wicklungen 23 und 2q. zusammensetzt, durch Null hindurchgeht. In
diesem Augenblick wird dann in der Wicklung 22 ein Spannungsstoß induziert. Die
Phasenlage dieses Spannungsstoßes läßt sich durch Veränderung der Gleichstromkomponente
der Erregung beliebig verlegen. Uin den störenden Einfluß etwaiger Oberwellen in
der zur Speisung der Wicklungen ;23 dienenden Wechselspannung zu beseitigen,
wird diesen Wicklungen ein Erregerstrom von dreieckförmiger Kurvenform aufgezwungen.
Zu diesem Zweck sind vor die Erregerwicklungen Vorschaltsdrosseln und Kondensatoren
geschaltet.
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Eine derartige Steuerungsschaltung ist an sich bekannt.
Die
die Erregerwicklung 24 der Gittertransformatoren transformatoren 15 speisende Gleichspannung
setzt sich aus einem konstanten und einem mit den Betriebsverhältnissen des Generators
veränderlichen Anteil zusammen. Der konstante Anteil wird an dem Spannungsteiler
13 abgegriffen, der über eine Trockengleichrichteranordnung 1q. aus dem Hilfsnetz
18 gespeist wird. Der veränderliche Anteil dagegen wird an dem Spannungsteiler 12
abgegriffen, der erfindungsgemäß von einem Strom durchflossen wird, der der Generator
spannung unmittelbar proportional ist. Zu diesem Zweck ist der Spannungsteiler r2
über eine Trockengleichrichteranordnung i i und einen Regler 16 an die Sekundärseite
eines Spannungswandlers 7 angeschaltet, dessen Primärseite an den Klemmen des Generators
2 liegt. In Reihe mit den Gleichstromerregerwicklungen 24 ist nun noch der Wälzkontaktregler
8 geschaltet, dessen Steuerspule ebenfalls über einen Spannungswandler an der Generatorspannung
liegt. Sobald also eine Spannungsänderung des Generators auftritt, verändert sich
ohne Zeitverzögerung auch der Spannungsabfall an dem Spannungsteiler 12 in entsprechendem
Maße, und damit ändert sich auch die Aussteuerung des Gleichrichters 3. Jedoch bleibt,
solange die die Spannungsänderung hervorrufende Belastungsänderung im Netz bestehen
bleibt, wie bereits oben auseinandergesetzt, stets eine gewisse Abweichung der Generatorspannung
vom Sollwert bestehen; denn zur Ausregelung der Spannungsabweichung ist bei den
geänderten Belastungsverhältnissen im Netz ein anderer Erregerstrom und damit eine
andere Aussteuerung des Gleichrichters 3 als vorher notwendig, und um diese aufrechtzuerhalten,
muß eine Abweichung des Spannungsabfalls am Spannungsteiler iz von dem vorherigen
Betrag bestehen bleiben. Bleiben jedoch die veränderten Belastungsverhältnisse im
Rehstromnetz einige Zeit bestehen, so beweg.@@@aich inzwischen der Regler 8 in eine
heue''S-tellung und bewirkt so einen vollständigen Ausgleich der Generatorspannung.