DE670276C - Anordnung zur stabilen Regelung der Spannung von Synchronmaschinen mit Hilfe einer selbsterregten Gleichstromerregermaschine - Google Patents

Anordnung zur stabilen Regelung der Spannung von Synchronmaschinen mit Hilfe einer selbsterregten Gleichstromerregermaschine

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DE670276C
DE670276C DES111606D DES0111606D DE670276C DE 670276 C DE670276 C DE 670276C DE S111606 D DES111606 D DE S111606D DE S0111606 D DES0111606 D DE S0111606D DE 670276 C DE670276 C DE 670276C
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Germany
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machine
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DES111606D
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English (en)
Inventor
Dr-Ing Dr-Ing E H R Ruedenberg
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Siemens Schuckertwerke AG
Siemens AG
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Siemens Schuckertwerke AG
Siemens AG
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P9/00Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output
    • H02P9/14Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output by variation of field
    • H02P9/20Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output by variation of field due to variation of continuously-variable ohmic resistance

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Eletrric Generators (AREA)

Description

  • Anordnung zur stabilen Regelung der Spannung von Synchronmaschinen mit Hilfe einer selbsterregten Gleichstromerregermaschine Zur Regelung der Spannung von Synchronmaschinen sind Anordnungen bekannt, bei denen in den Erregerstromkreis der selbsterregten Gleichstromerregermaschine ein temperaturabhängiger Widerstand eingeschaltet ist. Bekanntlich stabilisiert sich die Spannung einer selbsterregten Gleichstrommaschine auf dem Schnittpunkt der in Abhängigkeit vom Magnetisierungsstrom aufgetragenen Spannungskurve der Gleichstrommaschine mit der an der Erregerwicklung auftretenden Spannungscharakteristik, die eine durch den Koordinatennullpunkt gehende Gerade darstellt. Es bereitet daher Schwierigkeiten, die Spannung der Gleichstrommaschine im ungesättigten Teil der Spannungscharakteristik zu regeln, da dann die beiden Kurven sich mit einem sehr spitzen Winkel schneiden. Befindet sich nun im Erregerkreis der Gleichstrommaschine ein temperatur- bzw. stromabhängiger Widerstand, dann ergeben sich auch im unteren Teil der Spannungscharakteristik genau festgelegte Schnittpunkte zwischen den beiden Kurven. Es ist dies darauf zurückzuführen, daß dann die Abhängigkeit der Spannung im Erregerkreis vom Erregerstrom keine durch den Koordinatennullpunkt gehende Gerade mehr darstellt, sondern eine gekrümmte Linie. Es ist also auch im unteren Teil eine sichere und genaue Regelung der Spannung der Gleichstrommaschine möglich.
  • Wenn an dem teinperatur abhängigen Widerstand der Ohmwert finit steigender Temperatur ansteigt, was beispielsweise bei Metallfadenlampen der Fall ist, dann schaltet man den Widerstand mit der Erregerwicklung der Gleichstrommaschine in Reihe; sinkt der Ohmwert des Widerstandes mit steigender Temperatur, was beispielsweise bei Kohlefadenlampen zutrifft, so schalet man den Widerstand zur - Erregerwicklung parallel. Außerdem wird mit dieser Parallelschaltung noch ein Ohmscher Widerstand mit festem Ohmwert in Reihe geschaltet.
  • Eine derartige Anordnung kann nicht ohne weiteres zur selbsttätigen Spannungsregelung von Synchronmaschinen verwendet werden, weil verhältnismäßig große Schwankungen der Netzspannung erforderlich sind, um eine .Änderung des Stromes an dem temperaturabhängigen Widerstand herbeizuführen und so auf die Spannung der Erregermaschine einzuwirken. Zur Beseitigung dieses Nachteiles hat man bei einer bekannten Anordnung in den Erregerstromkreis der Erregerinaschine eine Glühkathodenventilröhre eingeschaltet. Der Reizstrom der Glühkathode ist über einen temperaturabhängigen Widerstand geleitet, der von einer Spule beheizt wird, die von der zu regelnden Spannung gespeist wird. Eine Änderung des Heizstromes an der Glühkathode ändert in verstärktem ?Maße den Anodenstrom der Röhre und damit den Erregerstrom. Bei einer zweiten bekannten Anordnung wirkt der Strom des temperaturabhängigen Widerstandes auf das Steuergitter einer Glühkathodenröhre ein, die im Erregerkreis der zu regelnden Synchronmaschine liegt. Diese bekannten Einrichtungen sind aber, da sie mit Glühkathodenventilröhren arbeiten, verhältnismäßig empfindlich und teuer und die Verstärkereinrichtung selbst muß außerdem mit Gleichstrom gespeist werden.
  • Gemäß der Erfindung ist der temperaturabhängige Widerstand im Gegensatz zu den geschilderten bekannten Einrichtungen in den Erregerstromkreis der Gleichstrommaschine eingeschaltet, und der Strom oder die Spannung der Synchronmaschine steuert über eine mit magnetischer Sättigung arbeitende Verstärkeranordnung die Größe des Stromes oder der Temperatur an dem strom- bzw. temperaturabhängigen Widerstand.
  • Gegenüber den bekannten Einrichtungen, bei denen die Verstärkereinrichtung eine verhältnismäßig empfindliche Glühkathodenröhre ist, ist der bei der Erfindung verwendete magnetische Verstärker einfach und widerstandsfähig. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß bei der Anordnung nach der Erfindung dem temperaturabhängigen Widerstand bereits sich stark ändernde Steuerströme zugeführt werden, da ja die Verstärkereinrichtung zwischen dem Widerstand und der Netzspannung und nicht wie bei der bekannten Einrichtung zwischen dem Widerstand und dem Erregerkreis der Gleichstrommaschine liegt. Der magnetische Verstärker besteht beispielsweise aus einem mit Eisensättigung arbeitenden Dreiphasentransformator, auf dem sich eine in Dreieck geschaltete Wicklung befindet. Die eine Dreieckecke ist geöffnet und die Spannung zwischen den Öffnungspunkten ist über einen Gleichrichter dem im Erregerkreis liegenden temperaturabhängigen Widerstand zugeführt. Infolge der Eisensättigung entsteht in der Dreieckswicklung eine Spannung dreifacher Frequenz, die auf den Gleichrichter und damit auf den Erregerkreis der Gleichstromerregermaschine einwirkt. Da die Eisensättigung bei geringen Änderungen der Wechselspannung bereits rasch ansteigt, so findet eine prozentuale Verstärkung der Änderung der Wechselspannung statt.
  • Fig. i der Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. q. ist ein in der Spannung zu regelnder Drehstromgenerator, e ist die Gleichstromerregermaschine mit der Erregerwicklung R. Parallel zur Erregerwicklung liegt der teinperatur- bzw. stromabhängige Widerstand O. Der Parallelschaltung ist noch der-Widerstand r vorgeschaltet. Die Regelung kommt dadurch zustande, daß die Wechselspannung des Generators q. über einen Spannungswandler 5 und einen Gleichrichten 6 (Kupferoxydulgleichrichter in Graetz-Schaltung) dem Erregerstromkreis der Erregermaschine eine Vorspannung aufdrückt. Der Strom des stromabhängigen Widerstandes O ist dann nicht nur von der Erregerspannung e, sondern auch von der Wechselspannung E oder der von ihr erzeugten V orspannung (am Widerstand 7) abhängig, und durch zweckmäßige Wahl der Größe kann man erreichen, daß bei ansteigender Wechselspannung das Knie der Widerstandslinie um einen angemessenen Betrag nach unten verschoben wird, bei abnehmender Wechselspannung nach oben. Zwischen dem Stromtransformator«5 und dem Gleichrichter 6 ist nun eine magnetische Verstärkereinrichtung i i eingeschaltet, die aus der Reihenschaltung einer eisengesättigten Drosselspule mit einem Kondensator besteht. Drossel und Kondensator sind derart bemessen, daß sie im normalen Regelbereich der Anordnung mit stark abnehmendem Gesamtwiderstand in der Nähe der Resonanz arbeiten. Infolge der noch vorhandenen Dämpfung erzielt man damit bereits bei geringen Spannungs,ä;ndieruingen der zugeführten Wechselspannung eine große Änderung des dem Gleichrichter 6 zugeführten Stromes.
  • Fig.2 der Zeichnung zeigt eine Abänderung der Anordnung nach Fig. i. Der in den Stromkreis der Gleichstromerregermaschine 9 eingeschaltete temperaturabhängige Widerstand io besteht z. B. aus Glühlampen. Der Widerstand besteht aus vier Teilen, die in Brückenschaltung in den Erregerstromkreis eingeschaltet sind. Die beiden bezüglich des Erregerstromes gleiches Potential führenden Eckpunkte der Brücke sind über einen magnetischen Verstärker i i und einen Transformator 12 an die Wechselspannung des Generators angeschlossen. Der magnetische Verstärker besteht wieder aus einer Reihenschaltung einer eisengesättigten Drosselspule mit einem Kondensator. Es wird daher bei einer geringen Spannungsänderung am Transformator 12 bereits eine große Änderung des der Brückenschaltung io überlagerten Stromes erzielt. Dadurch ändert sich auch der Widerstand der Brücke stark, wodurch wieder die Spannung der Gleichstrommaschine g im Sinne einer Konstanthaltung der Spannung des Wechselstromgenerators beeinflußt wird.
  • Die Anordnung nach Fig. 2 hat den Vorteil, daß für die Regelung der Spannung weder mechanische Regler noch Elektronenröhren erforderlich sind, man vielmehr mit einfachenwiderstandsfähigenEinzelteilen auskommt.
  • An Stelle der in Fig. i und 2 gezeigten Spannungsbeeinflussung kann auch eine Strombeeinflussung treten, wodurch sich die Spannung des Wechselstromgenerators in Abhängigkeit von seinem Belastungsstrom steuern läßt (Kornpoundwirkung). Ebensokönnte man eine kombinierte Spannungs- und Strombeeinflussung herstellen, wobei' eine weitgehende Astasie der Regelung erzielt wird. Der Ort der Einführung der Regelspannung sowie die Schaltungsanordnung im Erregerkreis ist zahlreicher Abwandlungen fähig. Immer bleibt jedoch der Grundsatz erhalten, durch einen stromabhängigen Widerstand einen Knick in die Erregercharakteristik zu bringen und den Schnittpunkt dieser geknickten Widerstandslinie mit der Spannungscharakteristik des Ankers durch einen äußeren Eingriff zu verlagern. Man kann auf diese Weise eine selbsttätige Spannungsregelung elektrischer Maschinen durch völlig ruhende Apparate erzielen, die keine bewegten Teile mit ihren Abnutzungen mehr enthalten. Da mittelbare Spannungsregelungen nach Art der Fig, i oder a durch die Anwesenheit der magnetischen Trägheit der Er-@regerinaschine und der Hauptmaschine leicht zu Pendelungen neigen, so kann man diese fortdämpfen, indem man die Erregerspannung e oder einen ihr proportionalen Teil, der im Pendeltakt verschoben ist, zusätzlich zur Spannung E auf die Vorspannung am Widerstand 7 in einem solchen Sinne einwirken läßt, daß er zu einem Absterben der Schwingungen führt.
  • Bei Verwendung von thermisch veränderlichen Widerständen im Erregerkreis führt man die thermische Zeitkonstante der Erwärrnung des Widerstandes zweckmäßig verhältnismäßig klein gegenüber der magnetischen Zeitkonstante der Selbsterregung des Generators aus, beispielsweise durch Verwendung sehr dünner Heizkörper. Dann stört dieselbe den Selbsterregungsprozeß nicht. 11 an kann z. B. gewöhnliche Glühlampen mit ihren sehr dünnen Wolframfäden mit Vorteil verwenden. Erreicht die thermische Zeitkonstante hingegen den Wert der magnetischen Zeitkonstante oder überschreitet sie ihn, so kann dadurch eine zeitweise Übererregung und ein Pendeln im Beharrungszustand auftreten. Dies kann für manche Verwendungs-@ zwecke nützlich sein.
  • An Stelle der in den Fig. i und a gezeigten Nebenschlußschaltung der selbsterregten Gleichstrommaschine kann man die stabilisierende Wirkung von stromabhängigen Widerständen auch für Reihenschlußmaschinen verwenden. Hierzu eignen sich Widerstände besonders gut, bei denen der Ohmwert mit steigendem Strom in der Größe abnimmt, weil man sie nach Fig.3 lediglich parallel zu Erregerwicklung R zu schalten braucht, um bei Zunahme des Stromes ein sehr geringes Anwachsen des Stromes an der Wicklung R zu erzielen und ,damit eine Stabilität der Spannungsentwicklung zu erreichen.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Anordnung zur stabilen Regelung der Spannung von Synchronmaschinen mit Hilfe einer selbsterregten Gleichstromerregermaschine, wobei die Spannung oder der Strom der Synchronmaschine über eine Verstärkeranordnung und über einen temperaturabhängigen Widerstand den Erregerkreis der Erregermaschine beeinflußt, dadurch gekennzeichnet, daß der temperaturabhängige Widerstand in den Erregerstromkreis der Gleichstrommaschine eingeschaltet ist und der Strom oder die Spannung der Synchronmaschine über einen mit magnetischer Sättigung arbeitenden Verstärker die Größe des Stromes oder die Temperatur an dem strom- bzw. temperaturabhängigen Widerstand steuert. a. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Strom oder die Spannung der Synchronmaschine über einen Gleichrichter auf den Erregerstromkreis der Gleichstromerregermaschine einwirken. 3. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die stromabhängigen Widerstände im Erregerkreis eine Brückenschaltung bilden, wobei zwei gegenüberliegende Eckpunkte der Brücke in den Erregerkreis eingeschaltet sind, während über die beiden anderen gegenüberliegenden Eckpunkte den Widerständen ein vom Wechselstrom oder der Wechselspannung der Synchronmaschine abhängiger Strom überlagert wird. 4. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß zur Dämpfung von Pendelungen die Spannung der Erregermaschine zusätzlich auf die in den Erregerkreis eingeführte Vorspannung bzw. Vorstrom einwirkt. 5. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die selbsterregte Gleichstrommaschine eine keihenschlußerregermaschine für Synchronmaschinen ist und der stromabhängige Widerstand. parallel zur Reihenschlußerregerwicklung geschaltet ist.
DES111606D 1933-11-07 1933-11-07 Anordnung zur stabilen Regelung der Spannung von Synchronmaschinen mit Hilfe einer selbsterregten Gleichstromerregermaschine Expired DE670276C (de)

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DE (1) DE670276C (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1034752B (de) * 1955-11-05 1958-07-24 Fahrzeugelek K Karl Marx Stadt Wechselstromerzeuger, insbesondere Lichtmagnetzuender fuer Kraftfahrzeuge, mit Dauermagneten

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE1034752B (de) * 1955-11-05 1958-07-24 Fahrzeugelek K Karl Marx Stadt Wechselstromerzeuger, insbesondere Lichtmagnetzuender fuer Kraftfahrzeuge, mit Dauermagneten

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