-
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.