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Einrichtung zur Vermeidung von Pendelschwingungen bei der Spannungsfeinregelung
- von Gleichstromgeneratoren Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung , zur
Spannungsfeinregelung von Gleichstromgeneratoren. Derartige Einrichtungen arbeiten
meistenteils in der Weise, daß der Feldkreis des Generators über gittergesteuerte
Hochvakuumröhren aus einer Energiequelle gespeist wird, denen eine Differenzspannung
aus der Netzspannung und einer konstanten Gegenspannung als Gitterspannung zugeführt
wird. Je nach der Höhe der vom Gleichstromgenerator zu liefernden Spannung bzw.
Leistung erweist es sich vielfach als notwendig, den Feldkreis des Generators aus
einem Zusatzgenerator zu speisen. In diesem Falle werden alsdann die Hochvakuumröhren
in den Feldkreis dieses Zusatzgenerators eingeschaltet. Es hat sich nun gezeigt,
daß derartige Maschinenanordnungen sehr leicht zu Pendelungen neigen, die wohl dadurch
hervorgerufen wurden, daß in dem Maschinensatz vier an sich veränderliche Hauptgrößen
vorhanden sind. Schon die rechnerische Ermittlung zeigt, daß die Beherrschung bzw.
Vermeidung von derartigen Störschwingungen mit großen Schwierigkeiten verbunden
ist. Das Vorhandensein dieser Störschwingungen ist aber für die Wirkungsweise der
Feinregelung äußerst nachteilig, da, wie leicht ersichtlich ist, von einer vollkommenen
Konstanthaltung der Spannung durch eine solche Anordnung nicht mehr die Rede sein
kann.
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Für Gleichstrommaschinen, bei denen ohne Verwendung eines Zusatzgenerators
der Erregerstrom unmittelbar über ein Hochvakuumrohr geliefert wird, ist bereits
ein Mittel bekanntgeworden, das das Auftreten von Pendelungen unterdrücken soll.
Dieses Mittel besteht darin, daß dem Ankerstromkreis der Gleichstrommaschine durch
einen daran angeschlossenen Schwingungskreis eine Spannungskomponente von Pendelfrequenz
entnommen wird, die dann zusätzlich zu der ebenfalls dem Anker entnommenen Gleichspannungskomponente
auf den Gitterkreis des Hochvakuumrohres zur Einwirkung gebracht wird. Man könnte
nun daran denken, zur Unterdrückung von Pendelungen bei Gleichstrommaschinen, bei
denen die Hochvakuumröhren im Erregerkreis eines Zusatzgenerators liegen, in ähnlicher
Weise dem Anker der Hauptmaschine eine Spannungskomponente von Pendelfrequenz zu
entnehmen und in die Regelung einzuführen. Diese Maßnahme würde jedoch, wie weiter
unten gezeigt werden soll, nicht zu befriedigenden Ergebnissen führen. Eine praktisch
vollständige
Unterdrückung der Pendelschwingungen läßt sich jedoch
gemäß der Erfindung dadurch erreichen. daß die zusätzliche Gitterspannungskomponente
von Pendelfrequenz dem Ankerstromkreis des Zusatzgenerators entnommen wird. Die
Entnahme einer zur Entpendelung benutzten Spannungskomponente aus dem Stromkreis
der Erregermaschine ist an sich bei der Spannungsfeinregelung von Drehstromgeneratoren
bekannt: Bei der Regelung von Drehstrom-' generätoren treten jedoch grundsätzlich
andere Verhältnisse auf als bei der Regelung von Gleichstrommaschinen, so idaß wirkungsmäßig
zwischen dieser bekannten Anordnung und dem Erfindungsgegenstand keinerlei nähere
Beziehungen bestehen.
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Die Erfindung kann besonders vorteilhaft in der Weise durchgeführt
werden, däß die zusätzliche Gitterspannungskomponente von Pendelfrequenz in an sich
bekannter Weise einen parallel zürn Anker des Zusatzgenerators geschalteten Schwingungskreis
entnommen und über einen einstellbaren Widerstand, in ihrem Amplitudenwert auf den
für die Einwirkung auf den Gitterkreis entsprechen den Wert reduziert, diesem zugeführt
wirst.
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Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist in der beiliegenden
Fig. r wiedergegeben. Das GIeichspannungsnetz i wird aus einem Generator 2 gespeist,
der beispielsweise von einer Wechselstrommaschine 3 angetrieben wird. Der Feldkreis
4. des Generators ä wird durch einen Zusatzgenerator 5 erregt; der seinerseits von
einem Motor 6, beispielsweise einem Gleichstrommotor, angetrieben wird. In dem Feldkreis
q. ist ein Widerstand 7 und ein Schalter 8 vorgesehen. Der Feldkreis 9 des Zusatzgenerators
5 wird aus einer Energiequelle iö über eine Hochvakuumröhre i i gespeist. In dem
vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Einfachheit halber- nur eine einzige Röhre
dargestellt; doch können bekanntlich eine Vielzahl von Versfärkerröhren verwandt
werden. Auf den Gitterkreis der Röhre i i wirkt - eine dem Gleichspännungsnetz i
über einen Widerstand i e- entnommene Teilspannung ein, durch die der Feldkreis
der Maschine 5 bzw. der Feldkreis des Generators 2 derart gesteuert werden, daß
die Spannung in dem Netz i konstant gehalten wird. Gemäß der vorliegenden Erfindung
ist nun im Feldkreis des Generators 2 parallel zum Anker des Zusatzgenerators 5
ein Schwingungskreis 13 angeordnet, der aus einer Induktivität 14 und einem
Kondensator 15 besteht. Der Sekundärwicklung der Induktivität 14 werden die im Feldkreis
auftretenden Pendelschwingungen entnommen und über einen Widerstand 16 dem Gitterkreis
der Röhre i i zusätzlich zugeführt. Der Widerstand 16 ist einstellbar zu dem Zweck,
den Amplitudenwert der Pendelschwingungen auf einen solchen Wert zu reduzieren,
daß diese den Gitterkreis der Hochvakuumröhre in einem solchen Maße beeinflussen,
däß in dem Gleichspannungsnetz keine Pendelschwingungen mehr auftreten bzw. eine
vollkommen konstante Spannung herrscht.
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Die Wirkungsweise des dargestellten Ausführungsbeispiels soll im folgenden,
noch an Hand der in den Fig.2 und 3 dargestellten Vektordiagramme näher erläutert
werden. Die einzelnen Vektoren stellen dabei die den GleichströmgrÖßen überlagerten
Wechselstromgroßen von Pendelfrequenz dar. Es tröge angenommen werden, daß -in dem
Stromkreis i der Hauptmaschine :2 eine PendeläpannungskomponenteEä vorhanden sei.
Diese Spannung gelangt über den Widerstand 12 an das Gitter des Verstärkerrohres
und ruft in dessen Anodenkreis Stromschwankungen der gleichen Frequenz hervor. Diese
in dem Anodenstrom enthaltene Wechselstromkomponente liegt nun aber wegen der Induktivität
der Erregerwicklung g keineswegs in Phase mit der Gitterspannung F., sondern eilt
dieser um einen gewissen Winkel nach. Dieser Winkel ist in dem Diagramm mit St bezeichnet.
Dabei muß noch beachtet werden, daß der .Zusammenhang zwischen Gitterspannung und
Anodenstrom so ist, daß letzterer sinkt, wenn die Gitterspannung steigt und umgekehrt.
Wie Fig. 2 zeigt, nimmt also die im Anodenstromkreis vorhandene Wechselkomponente
nicht die punktiert gezeichnete Lage ia ; sondern die um i 8o' dagegen verschobene
Lage & ein.
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Die Erregerstromkomponente ia induziert nun in dem Anker 5 der Erregermaschine
ebenfalls eine Wechselspannung E, @ die mit ihr nahezu in Phase ist, da sie
ja im wesentlichen durch die Rotation der Ankerleiter in dem gleichphasig mit dem
Erregerstrom liegenden Erregerfeld hervorrufen wird. Lediglich durch den verhältnismäßig
geringen, transformatorisch von der Erregerwicklung auf die Ankerwicklung übertragenen
Spannungsanteil kommt die Phasenverdrehung S. im Sinne der Nacheilung zustande.
' Die Spannung der Erregermaschine E, ruft ihrerseits in der Erregerwicklung ,1
der Haupt-Maschine wegen der Induktivität dieser Wicklung einen um einen beträchtlichen
Winke1S-,, verschobenen Strom 1e hervor, und unter dessen Einwirkung wird schließlich
in dem Anker 2 der Hauptmaschine eine Pendcsispannung E"' induziert Das Diagrarnni
zeigt; daß durch den Feinregler eine in dem Stromkreis der Hauptmaschine einmal
vorhandenen Pendelspannung, wenn keine Gegenmaßnahmen
getroffen
werden, verstärkt wird. Statt der ursprünglich angenommenen Pendelspannung E" wirkt
nunmehr die wesentlich größere Spannung Eä auf den Feinregler ein, so daß die Pendelspannungen
immer größer werden.
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Will man diese Pendelschwingungen auflieben, so muß man in den Gitterkreis
der Röhre eine zusätzliche Spannung von Pendelfrequenz einführen, die der über den
Widerstand 12 in den Kreis hineingebrachten Pendelspannung E" gerade das Gleichgewicht
hält. Diese Pendelspannung muß also, wie in Fig. 3 dargestellt, gleich dem Vektor
e,, sein. Zur Erzeugung der Entpendelungspannung e, soll nun ein Stromkreis, bestehend
aus einer Reihenschaltung von Induktivität und Kapazität, benutzt werden. In diesem
Reihenstromkreis treten mithin drei Spannungen auf. nämlich die Spannung an der
Induktivität e,, welche dem Strom i,, in dem Reihenstromkreis um. go° nacheilt,
weiterhin der in Gegenphase mit dem Strom i, liegende Olunsche Spannungsabfall e,
sowie die um go° dem Strom voreilende hondensatorspannung e,. Die resultierende
Spannung an der Reihenschaltung aus Kapazitiit und Induktivität wird mithin durch
den Vektor Es dargestellt.
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Da clie Isntpendelungsspannung, e, einen regelbaren Bruchteil der
Spannung an der Induktivität et darstellt, mit dieser also in Phase liegt, so ist
damit auch die zur Erzielung einer völligen Entpendelung erforderliche Phasenlage
der Spannung Es festgelegt.
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Fig.2 zeigt, daß bei Speisung des Entnahmestromkreises für die Spannung
e" mit der Spannung Eu die Spannung en nicht die zur Entpendelung richtige
Lage besitzen würde. Die gewünschte Phasenlage dieser Spannung erhält man jedoch,
wenn man gemäß der Erfindung den Entnahmestromkreis an die Klemmen der Erregerwicklung
der Hauptmaschine anschließt, wenn man also die in der Spannung des Zusatzgenerators
auftretenden Pendelschwingungen zur Einwirkung auf den Gitterkreis bringt. Dann
ist im vorliegenden Fall die Spannung der Erregermaschine E, mit der Spannung E
identisch.