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Anordnung zur Regelung der Erregung und zur Stoßerregung von Generatoren
Es ist bekannt, Generatoren über Gleichrichter zu erregen u;nd die Gittersteuerüngder
Gleichrichter zur Regelung der Erregung heranzuziehen. Vielfach wird zur Speisung
dieser Erregergleichrichter eine Transformatoranordnung benutzt, welche ,an die
Netzspannung bzw. Generatorspannung angeschlossen ist. Spannungsschwankungen des
Netzes können dabei durch entsprechende Gitterregelung des Gleichrichters ausgeglichen
werden. So einfach ;und übersichtlich einerseits diese Erregungsanordnung ist und
so leicht sie sich steuern läßt, haften ihr doch andererseits Mängel an, welche
sie für einen Netzbetrieb in manchen Fällen weniger geeignet machen. Der Hauptnachteil
liegt darin, daß bei Kurzschlüssen im Netz, also bei Spannungszusammenbruch ,an
den Sammelschienen, die Erregung verschwindet und gerade in dem Augenblick, wo eine
zusätzliche Stoßerregung mit Rücksicht .auf die Netzstabilität benötigt wird, der
Generator sein Feld verliert. Selbst eine plötzliche volle Aussteuerung der Gitter
kann keine genügende Erregung bewirken. Auch eine reichliche Bemessung der Gleichrichteranordnung,
welche bei Vollast z. B. erst zu 3o oder 40% ,ausgesteuert wäre, bringt keine Abhilfe,
ganz ,abgesehen von dein ungünstigen Betrieb im* Leerlauf, bei welchem die Anordnung
nur zu etwa 5 % ausgesteuert wäre.
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Es ist auch bereits bekannt, zur Erregung und Stoßerregung von Generatoren
eine Gleichr ichteranordnuüg mit zwei - getrennten Gruppen von Entladungsstrecken
zu verwenden, von denen die eine Gruppe die Stoßerregung und die andere die Grunderregung
übernimmt. Die bekanntgewordene Anordnung besitzt jedoch den Nachteil, d.aß die
Grunderregung über gesteuerte Entladungsstrecken einem zusätzlichen Hilfsnetz -und
die Stoßerregung über angesteuerte Entladungsstrecken und einen Transformator in
Stromwandlers.chaltung dem Netz entnommen wird. Diese Stromwandleranordnung des
Traaisformators ist deswegen für den praktischen Betrieb nicht verwendbar, weil
sich bereits im normalen Betrieb bei kleinerer Streuung des Transformators eine
zur Zündung ,ausreichende hohe Spannung ,an den Entladungsstrecken einstellt und
andererseits bei größerer Streuung im Kurzschlußfall die Entladruzgsstrecken keine
nennenswerte Erregerleistung abgeben können. Weiterhin läßt sich die selbsttätige
Stoßerregung bei der bekanntgewordenen Anordnung nicht abschalten. Davon -unterscheidet
sich die Erfindung insofern wesentlich, als alle diese Nachteile dadurch vermieden
werden, daß bei Verwendung von zwei Gruppen gittergesteuerter Entladungsstrecken,
von denen die eine zur Normalerregung, die andere zur Stoßerregung dient, erfindungsgemäß
die Sekundärwicklung des Gleichrichtertransformators je Phase mindestens zwei Anzapfungen
erhält, von denen jede an eine gesonderte Gruppe von Entladungsstrecken geführt
ist, und zwar die dem
Sternplunkt benachbarte Anzapfung an die für
die Normalerregung bestimmte Gruppe von Entladungsstrecken und die Anzapfung höherer
Spannung an die für die Stoßerregun bestimmte Gruppe von Entladungsstrecke. Dabei
beträgt bei normaler Netzspannung die gesamte Spannung der Transformatorsekundärwicklung
etwa den 5- bis i ofachen Wert der für die Normalerregung dienenden Spannung. Die
Erfindung sei .an Hand der in Abb. i dargestellten Anordnung erläutert. io bedeutet
das Drehstromnetz, welches der Generator?,
mit den Erregerschleifringen 24
über den Haupttransformator i speist. Der Haupttransformator erhält außer der Sekundärwicklung
i i noch zur Lieferung der Erregerleistung eine Tertiärwicklung 13, welche möglichst
gut mit der Primärwicklung 12 verkettet ist. Selbstverständlich kann an sich auch
ein gesonderter Erregertransformator vorgesehen sein, welcher unmittelbar an die
Generatorklemmen angeschlossen wird. Abgesehen von den erhöhten Kosten, welche eine
derartige Maßnahme bedingt, vermeidet man aber aus betrieblichen Gründen gern, irgendein
Gerät zwischen Generator und Haupttransformator zuschalten. An die Tertiärwicklung
13 ist der Gleichrichtertransformator 3 mit der Primärwicklung 31 Lund der Sekundärwickltmg
32 angeschlossen. Diese Sekundärwicklung ist nun je Phase in bekannter Weise mit
zwei oder mehreren Anzapfungen versehen. In der Abb. i sind nur zwei Anzapfungen
eingezeichnet. Das Wicklungsende 32o- entspricht dem Sternpunkt; dann folgen die
Innenanzapfungen 321 und die Außenanzapfungen 322. Alle Anzapfungen sind dabei ,an
gesonderte Anoden 41 und 42 des Gleichrichters 4 angeschlossen. Mit dieser Anordnung
ist es möglich, ohne allzu große Erhöhung in der Typenleistung des Gleichrichtertransformators
eine wirksame Stoßerregung bei Netzkurzschlüssen zu erzielen. Für die normale Erregung
zwischen Leerlauf und der 1,2- bis i,5fachen Nennlast dienen die Innen.anzapfungen
321. Die Sekundärwicklung 32 des Gleichrichtertransformators ist nun so bemessen,
daß bei Normalspannung im Netz die Spannung zwischen den Außenklemmen 322 und dem
Sternpunkt 32o rund 5oo bis ioooo/o der Spannung zwischen den Innenklemmen 321 und
dem Sternpunkt 320 beträgt, wobei der Wicklungsteil zwischen Innen- und Außenanzapfung
nur für kurzzeitige Strombeanspruchung zu bemessen ist.
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Tritt nun ein Kurzschluß -im Netz auf, so bricht die Netzspannung
je nach der Lage der K.urzschlußstelle mehr oder weniger zusammen. Damit verringert
sich aber auch die Spannung an der Tertiärwicklung 13 für die Erregung. Jedoch liegt
sie, bedingt durch die Streuinduktivität des Haupttransformators, höher als die
Netzspannung und kann sogar Falle eines satten Kurzschlusses auf den Sammelschienen
nicht ganz verschwinden. Liegt ein solcher unmittelbarer Sammelschienenkurzschluß
vor, so müssen überdies die betroffenen Generatoren so schnell als möglich außer
Betrieb genommen werden. In den in Betracht kommenden ungünstigsten Netzkurzschlußfällen
kann jedoch mit einer Restspannung ran der Tertiärwicklung 13 von mindestens 15
bis 20% der Normalspannung gerechnet werden.
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Werden nun zur Stoßerregung bei Kurzschluß flie an die Außenklemmen
322 angeschlossenen Anoden 42 plötzlich zugeschaltet bzw. freigegeben, so steht
für die Stoßerregung eine Erregerspannung von etwa dem il,/j- bis 2fachen Betrag
der normalen Erregerspannung zur Verfügung. Die Gitter 44 dieser Anoden werden dabei
zweckmäßig vollständig, d. h. von Beginn der Anodenspannungshalb-,velle ,an, freigegeben.
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Auch bei Auftreten von überlast, z. B. bei 1,5- bis 2,5facher Nennlast
des Generators ist vielfach eine übererregung erwünscht. In diesem Falle ist es
vorteilhaft, die den Außenklemmen zugeordneten Anoden 42 nicht plötzlich voll auszusteuern,
sondern die Erregung stetig anwachsen zu lassen, und ausgehend von voller Aussteuerung
der den Anzapfungen niedriger Spannung zugeordneten Anoden 41 die an die höhere
Spannung angeschlossenen Anoden 42 allmählich ,auf den für die Überlasterregung
notwendigen Betrag auszusteuern.
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Außerdem besitzt der Gleichrichter 4 (vgl. Abb. i) neben den Anoden41
der Innenanzapfungen und den Anoden 42 der Außenanzapfungen noch eine Leerlaufanode
40 (es können auch mehrere solche Anoden parallel geschaltet sein), die unmittelbar
oder über einen entsprechend einstellbaren Widerstand 33 an den Sternpunkt 32o der
Transformatorsekundärwicklung angeschlossen ist. Die Leerlaufanoden dienen u. a.
in bekannter Weise zur Vermeidung- umzulässiger Überspannungen im Erregerkreis bei
plötzlicher Abschaltung der Erregung.
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In Abb. i ist außerdem noch die Gittersteuerungseinrichtung 7 angedeutet,
welche die Gitter 44 des Gleichrichters 4 entsprechend freigibt bzw. sperrt, ferner
eine Drehregieranordnung 71, mit welcher die Gitter stetig gesteuert werden können
- es kann auch irgendeine andere der bekannten Pha.senverstellvorrichtungenbenutzt
werden - und das Verstellorgan 8 zur Betätigung der Gittersteuerung. Die Spannung
für die Gitterkreise wird dabei mit Rücksicht auf ihre richtige Phasenlage
vorteilhaft
auf der Primärseite des Gleichrichtertransformators entnommen.
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Ein Ausführungsbeispiel für die grundsätzliche Durchführung der Regelung
zeigt Abb. 2. Die Meß- und Regeleinrichtung i dient zurr Vergleich des Ist- und
Sollwertes, die Einrichtung 2 liefert die Sollwertgröße, die Einrichtung 4 vermittelt
die Stoßerregung.
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Im einzelnen wird in der Einrichtung i der Istwert und der Sollwert
in je eine unmittelbar vergleichbare, gleichwertige Meßgröße umgebildet. Eine dem
Sollwert größengleiche Meß.spannung wird den Klemmen I(° zugeführt und beispielsweise
über das Meßgerät 12 und die von diesem betätigte übertragungsvorrichtungi24 in
einen dem Sollwert proportionalen Ausschlag des Zeigers 14 umgewandelt. Ein Gleiches
geschieht mit dem Istwert, welcher in Form einer Meßspannung den Klemmen I(3 zugeführt
wird und über Meßgerät 13 -und Übertragung -135 in einen dem Istwert proportionalen
Ausschlag des Zeigers 15 umgewandelt wird. Der Winkel zwischen den beiden Zeigern
14 und 15 ist proportional der Abweichung zwischen Ist-und Sollwert. Beide Zeiger
bestreichen einen Regehviderstand 16 bzw. 161, welcher aus den Gleichspannungsquellen
17 bzw. 171 gespeist wird. An denn Schleifbürsten 141 und 151 kann eine der Abweichung
proportionale Gleichspannung entnommen werden, welche der Gittersteuerungseinrichtung
7 bzw. dem Relais 8 (Abb. i.) ,als Regelgröße zugeführt wird. Die Regelung ist beendet,
wenn die Zeiger 15 und 14 zur Deckung kommen, d. h. wenn die an den Kontakten 141
'und i 5 i bzw. an den Leitungen a und b entnommene Regelgröße Null wird.
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Die Sollwertgröße, z. B. konstante Spannung, konstante Blindleistung,
nach Fahrplan oder nach sonst irgendeiner Beziehung geregelte Spannung oder Blindleistung,
wird in der Einrichtung 2 in Form einer entsprechenden Gleichstromgröße dargestellt
und an den Klemmen I(2 ,abgegeben. Der auf dein von der Batterie 23 gespeisten Widerstand
22 schleifende Zeiger 21 wird dabei durch ein von Hand verstellbares oder selbsttätig
wirkendes Relais 3 entsprechend je nach dem gewünschten Blindleisttmgs- bzw. Spannungssollwertverlauf
eingestellt. Als Istwert kann bei I(3 entweder eine der Generatorspannung oder eine
der Blindleistung bzw. einer Kombination beider Größen entsprechende Meßspannu:ng
eingeführt werden. ' In der Einrichtung i ist die Anordnung nun so getroffen, daß,
wenn der Istwert gegenüber dem Sollwert zu klein ist, der Zeiger i 5 links vom Zeiger
14 steht und umgekehrt. Der von den Zeigern 14 und 15 bestrichene Regelwiderstand
ist in zwei Abschnitte aufgeteilt: der Abschnitt 16 dient für die normale Regelung,
der Abschnitt 161 für die Übererregung. Sinkt die Spannung .am Generator infolge
Überlast so stark, oder ist die. geforderte Erregung so groß, daß der Zeiger 15
in den Regelbereich 16 i kommt, so gelangt das am Zeiger 15 befestigte
und leitend mit ihm verbundene Kontaktstück 152 auf die Kontaktbahn 153 und
stellt die Verbindung zur Anschlußregelleitung c her. Sobald . diese Leitung c Spannung
bekommt, werden am Stromrichter die Anoden der Außenklemmen freigegeben entsprechend
der Zeigerstellung 15 auf dem Regelwiders°tandsbereich 161. Dies kann u üter
Umständen derart geschehen, daß die Steuergitter je nach der Stellung des Zeigers
15,d. h. je nach dem Winkely, den Entladungseinsatz mehr oder weniger früh freigeben,
und/oder auch derart, d;aß die Schiene 153 in mehrere aufeinanderfolgende Teilsegmente
,aufgeteilt sind, und daß bei Kontakts.chluß jedes neuen Teilsegments mit dem Kontaktstück
152 eine an eine höhere Spannung .angeschlossene Anode jeder Gruppe freigegeben
wird.
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Bei Stoßerregung wird die Regelleitung c unmittelbar an die Klemmen
162 des Kegelwiderstandes 161 ,angeschlossen, d. h. der ganze Regelbereich des Widerstandes
161 plötzlich überbrückt und somit die Gitter der an die höchste Transformatorspannung
angeschlossenen Anode plötzlich voll ausgesteuert.
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Bemerkt sei noch, daß die Einrichtung .auch als Photozellenrelais
o. dgl. ausgebildet sein kann.
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Die Stoßerregung kann durch ganz verschiedene Relais eingeleitet werden,
welche z. B. auf die Größe der Spann!ungsabsenküng oder die Größe des Kurzschlußstromes
hin ansprechen. Vorteilhaft wird es sein, die Stoßerregung abhängig von der zeitlichen
Änderung der Spannung oder des Stromes zu machen. Diese Impulsgabe hat den Vorteil,
daß eindeutig unterschieden werden kann zwischen überlasterregung und Stoßerregung,
und daß sie so schnell zum Ansprechen kommt, daß noch während des Einsetzens des
Kurzschlußanstiegs die Stoßerregung wirksam wird.
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Um bei der Stoßerregung mit möglichst kleiner Verzögerung der Impulsgabe
zu arbeiten, wird man am besten ein trägheitslos arbeitendes Röhrenrelais verwenden,
wobei die Ansprechgrenze beliebig eingestellt werden kann. Die Einrichtung 4 in
Abb. 2 stellt ein Ausführungsbeispiel einer derartigen Anordnung dar. 41 ist ein
Transformator. An diesen sind zwei in Gleichrichterschaltung arbeitende Entladungsstrecken
42 und 42' .angeschlossen, welche über einen Widerstand einen
Transformator
43 speisen; die auf der Sekundärseite dieses Transformators bei Strom- bzw. Spannungsänderungen
auftretenden Spannungen werden z. B. in einer Verstärkeranordnung 44 beliebiger
Art verstärkt -und betätigen das Zuschaltrelais 5. , Dabei kann es erwünscht sein,
bei einsetzender Stoßerregung den Regelstromkreis für die Normalerregung (Leitung
b) zu ;sperren, was z. B. selbsttätig durch ein Relais 6 erfolgt, welches anspricht,
sobald der Stromkreis. @a-c geschlossen wird bzw. einen bestimmten Mindeststrom
bzw. eine bestimmte Mindestspannung führt. Selbstverständlich können die Relais
5 und 6 als trägheitslos arbeitende Röhrenrelais ,ausgebildet sein.