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Anordnung zur Schnellregelung von Wechselstrommaschinen Es sind bereits
Anordnungen zur Schnellregelung von Wechselstrommaschinen, insbesondere Wechselstromgeneratoren,
bekanntgeworden bzw. vorgeschlagen worden, bei denen die Maschinen sich selbst oder
ihre Erregermaschine ganz oder teilweise über gittergesteuerte Dampf- oder Gasentladungsstrecken
in Gleichrichterschaltung erregen. Dabei wird eine tirrillartige Beeinflussung der
resultierenden Erregung dadurch bewirkt, daß bei Überschreitung eines vorbestimmten
Wertes der Netzspannung die Entladungsstrecken gesperrt werden, so daß nur die vorzugsweise
für Leerlauf bemessene Grunderregung bestehen bleibt; bei Unterschreitung dieses
oder eines um einen geringen Betrag hiervon verschiedenen Ansprechwertes werden
die die Zusatzerregung liefernden Entladungsstrecken wieder freigegeben. Zur Einstellung
genauer Betriebsbedingungen kann man zweckmäßig, wie an sich bekannt, als Vergleichsspannung
die Brennspannung an einer Glimmentladungsstrecke verwenden; diese Brennspannung
ist vorteilhaft als negative Vorspannung in den Gitterkreis der Hauptentladungsstrecken
geschaltet.
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Vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Verbesserung dieser Anordnungen.
Erfindungsgemäß ist im Gitterkreis der die Zusatzerregerströme liefernden Entladungsstrecken
außer einer eine Sperrspannung liefernden Spannungsquelle ein Kondensator vorgesehen,
der aus dem Wechselstromnetz über eine Hilfsgleichrichtereinrichtung mit einer die
Freigabe des Erregergleichrichters bewirkenden Polarität aufgeladen wird; parallel
zu diesem Kondensator ist eine gittergesteuerte Dampf- oder Gasentladungsstrecke
vorgesehen, welche in Abhängigkeit von der vom Generator gelieferten Wechselspannung
bei Überschreitung einer vorbestimmten, durch eine Glimmröhre gegebenen Vergleichsspannung
den Kondensator kurzschließt, so daß die Sperrspannung zur Wirkung kommt und die
Erregerentladungsstrecken gesperrt werden. An dieser zusätzlichen gittergesteuerten
Dampf- oder Gasentladungsstrecke liegt infolge des Kondensators praktisch eine Gleichspannung,
so daß auch während der negativen Halbwelle ein Zündeinsatz erfolgen kann. Weiterhin
ergibt sich der Vorteil, daß diese gittergesteuerte Dampf- oder Gasentladungsstrecke
von jedem zusätzlichen Einfluß durch die Regeleinrichtung befreit ist und somit
eine sehr empfindliche Steuerung gestattet.
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Der Erfindungsgedanke möge an Hand der in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Abb. r zeigt eine schematische Darstellung
der Gesamteinrichtung in ihrer allgemeinsten Form, während die Abb. 2 bis q. sich
auf die Arbeitsweise bzw. auf Abänderungen in Einzelheiten der Steuereinrichtung
beziehen.
In Abb. i bedeutet i das von dem Synchrongenerator 2 gespeiste Drehstromnetz. Der
Generator 2 besitzt eine Erregerwicklung q., die aus einer Erregermaschine 3, gegebenenfalls
über einen Schutzwiderstand ihre Gründerregung erhält, die vorzugsweise etwa gleich
der Leerlauferregung bemessen ist. Für die bei Belastung zur Spannungshaltung notwendige
zusätzliche Erregung ist ein Erregergleichrichter vorgesehen. Im Ausführungsbeispiel
sind zu diesem Zweck beispielsweise die drei gittergesteuerten Dampf- oder Gasentladungsstrecken
6,7 und 8 in Vollweggleiehrichterschaltung unmittelbar an das Netz x angeschlossen.
Statt dessen ist selbstverständlich auch eine Speisung über einen gesonderten Transformator
zur Anpassung an beliebige Spannungsverhältnisse möglich. Wird die Entladung in
den Entladungsstrecken 6 bis 8 freigegeben, so erhält der Generator 2 eine stoßartige
Zusatzerregung, welche so lange andauert; bis zufolge der erhöhten Erregung die
Generatorspannung so weit angestiegen ist, daß durch die Regeleinrichtung die Entladungsstrecken
6 bis 8 gesperrt werden. Die Erregung sinkt dann wieder auf den Wert der Grunderregung
ab. Die Steuergitter der Entladungsstrecken 6, 7 und 8 sind vorzugsweise über Strombegrenzungswiderstände
1i, 12 und 13 und über die Reihenschaltung einer eine Sperrspannung - liefernden
Spannungsquelle g und eines Kondensators io an die gemeinsame Kathodenleitung angeschlossen.
Der Kondensator wird betriebsmäßig aus dem Netz i über die Sekundärwicklung 31 des
Hilfstransformators 17, ein Hilfsgleichrichterelement 32 und die Strombegrenzungswiderstände
36 und 37 taktmäßig aufgeladen, und zwar mit einer der Sperrspannungsquelle g entgegengesetzten
Polarität, so daß bei geladenem Kondensator io der Erregergleichrichter durch die
Gittersteuerung völlig freigegeben ist. Zur Betätigung der Regelung wird dem Steuerkreis
einer Hilfsentlädüngsstrecke 2o, die vorzugsweise ein gittergesteuertes Rohr mit
Edelgasfüllung ist, über einen Transformator i¢ eine von der Netz-Wechselspannung
abhängige Wechselspannungskomponente zugeführt. Der Transformator 1q. ist vorteilhaft
ein hochgesättigter Transformator, insbesondere ein solcher mit Mu-Metallkern. Seine
Primärwicklung ist über eine ungesättigte Drossel 15 und einen Widerstand 16, der
zum Zweck einer geeigneten Phaseneinstellung der Steuerwechselspannung vorteilhaft
veränderbar ist, an das Netz angeschlossen. Im Gitterkreis der Entladungsstrecke
2o liegt außer der Sekundärwicklung des Transformators 14 und einem Strombegrenzungswiderständ
24 eine Glimmentladungsstrecke 25, die aus einer Gleichstromquelle 28 über den Widerstand
29 gespeist wird und eine konstante, negative Vorspannung für den Steuerkreis
der Entladungsstrecke 2o liefert. Der Anodenkreis der Entladungsstrecke 2o wird
aus der Sekundärwicklung 21 des Transformators 17 über ein Hilfsgleichrichterelement
und den Widerstand 26 gespeist, wobei `.`rgllel zu der Wicklung 9,1 und dem Gleichri.cÜter
22 ein Kondensator 7,3 vorgesehen ist. Ein Teil der an der Glimmstrecke 25
liegenden Spannung sowie der am Widerstand 26 auftretende Spannungsabfall wird über
einen Strombegrenzungswiderstand 34 dem Steuerkreis einer weiteren gittergesteuerten
Hilfsentladungsstrecke 30 zugeführt, welche parallel zu dem Kondensator lo
und dem hierzu in Reihe liegenden Widerstand 37 in den Stromkreis der Tränsformatorwicklung
31 eingeschaltet ist.
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Die Wirkungsweise dieser Anordnung ist die folgende (vgl. auch Abb.
2) : Angenommen, die Spannung des Netzes i ist kleiner als der vorbestimmte Ansprechwert
für die Regeleinrichtung, so reicht die im Transformator 1q. induzierte Spannungsspitze
e... nicht zur Zündung der Entladungsstrecke 2o aus. Die Entladungsstrecke
2o bleibt gesperrt, und es wird von der Wicklung 9.1 des Transformators 17 lediglich
der Kondensator 23 aufgeladen. In Abb. 2 stellt die teils stark ausgezogene, teils
stark gestrichelte Kurve egg etwa den Verlauf der Kondensatorspannung dar, die also
im wesentlichen eine Gleichspannung ist. Sie liegt an den Elektroden der Entladungsstrecke
2o. Durch den Widerstand 26 fließt kein Strom, so daß am Steuergitter der Entladungsstrecke
30 nur die zur Sperrung ausreichende negative Spannung liegt, die an der
Glimmstrecke 25 abgegriffen wird. Die in der Transformatorwieklung 31 induzierte
Spannung e31 dient also lediglich zur Aufladung des Kondensators io, dessen Spannungskurve,
ähnlich wie die des Kondensators 23, nur mit 18o° Phasenverschiebung, verläuft.
Die Widerstände 36 und-37 sind nur so groß bemessen, daß keine unverhältnismäßig
großen Lade- bzw. Entladestromstöße auftreten können, daß aber im übrigen die Zeitkonstanten
der Ladung bzw. Entladung möglichst gering sind. Die Entladung der Kondensatoren
23 und xo bei dem betrachteten Betriebszustand (s. die Kurvenform der Kurve e23
in Abb. 2) ist lediglich durch den geringen Rückstrom über die Ventile 22 bzw. 3a
bedingt. Der Kondensator io ist in bezug auf die Steuergitter der Entladungsstrecken
6 bis 8 positiv geladen, gibt diese also frei, so daß die resultierende Erregung
der Maschine 2 höher ist, als dem vorgeschriebenen Spannungswert entspricht. Nach
Maßgäbe der Zeitkonstanten der Erregerwicklung steigt also die Maschinenspannung
an. Erreicht sie den vorgeschriebenen Ansprechwert, so wird die im Transformator
1q. induzierte Spannungsspitze so groß, daß sie trotz der entgegengeschalteten Gleichspannung
e25 an der Glimmentladungsstrecke 25 zur Überschreitung des kritischen
Gitterzündpotentials
ausreicht. In Abb. 2 ist angenommen, daß dieses kritische Potential mit der Nullinie,
d. h. mit dem Kathodenpotential, zusammenfallen möge. Die Entladungsstrecke 2o,
welche vermöge ihrer Edelgasfüllung auf Gitterspannungsänderungen von wenigen Zehntel
Volt anspricht, gibt die Entladung frei, so daß der Kondensator 23 sich nach der
stark ausgezogenen Kurve entlädt. Dabei entsteht in dem Widerstand 26 ein plötzlicher
Stromstoß solcher Richtung, daß der Spannungsabfall am Widerstand 26 die an der
Glimmstrecke 25 abgegriffene Sperrspannung überwiegt und den Einsatz der Entladung
in der Entladungsstrecke 3o bewirkt. Durch die Entladungsstrecke 30 wird der Kondensator
=o einerseits und die Wicklung 31 mit dem Gleichrichterventil 32 andererseits jeweils
über den Widerstand 37 bzw. 36 kurzgeschlossen. Solange die Spannung im Netz i über
dem vorgegebenen Ansprechwert bleibt, wiederholt sich dieser Vorgang in jeder Periode,
d. h. der Kondensator =o kann sich nicht wieder aufladen, so daß die Entladungsstrecken
6, 7, 8 durch die Spannung g gesperrt bleiben, bis die Netzspannung unter den Ansprechwert
absinkt. Dann lädt sich der Kondensator 23 und ebenso der Kondensator =o wieder
auf, und das Arbeitsspiel beginnt von neuem.
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Wie aus Abb. 2 hervorgeht, hat die beschriebene Ausführungsform der
Regeleinrichtung mit zwei Entladungsstrecken, nämlich 2o und 3o, verschiedene besondere
Vorteile. Da an der Entladungsstrecke 2o vermöge des Kondensators 23 praktisch eine
Gleichspannung liegt, kann der Zündeinsatz eg"o während der negativen Halbwelle
der Spannung e21 gegeben werden, und zwar möglichst kurz nach dem Nulldurchgang
der Spannung to. Eine vollständige Entladung des Kondensators 23 wird dadurch in
jedem Falle gewährleistet. Außerdem hat die Einrichtung den Vorteil, daß die für
eine sehr empfindliche Steuerung bemessene Relaisröhre 2o von jedem zusätzlichen
Einfluß durch die Regeleinrichtung befreit ist. Durch die Verwendung einer Steuerwechselspannungskomponente
spitzer Wellenform wird erreicht, daß die Gitterkennlinie nur bei einer ganz bestimmten,
durch die gegenseitige Phasenverschiebung gegebenen Anodenspannung geschnitten wird.
Es wird daher an einem einzigen ganz bestimmten Punkt der Zündkennlinie gearbeitet
und so eine größtmögliche Ausnutzung der Konstanz der Gitterkennlinie und damit
ein kleinstmöglicher Unempfindlichkeitsgrad erreicht. Der Vorgang des Freigebens
und Sperrens des Hilfsgleichrichters 2o wird durch die Änderungen der Netzspannung
selbst bestimmt. Das Verhältnis der Freigabezeiten zu den Sperrzeiten ändert sich
je nach der Belastung des Generators. Die Genauigkeit der einzuhaltenden Netzspannung
ist lediglich durch das Spannungsmeßglied, d. h. durch den Steuerkreis der Entladungsstrecke
2o, bestimmt.
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Die Ausbildung des Spannungsmeßgliedes kann gemäß einer Weiterbildung
der Erfindung auch auf eine andere Weise, als in Abb. i dargestellt, erfolgen. Beispielsweise
kann nach Abb. 3 an der Netzspannung i ein Widerstandi6' und in Reihe dazu eine
gesättigte Drossel =q.', gegebenenfalls mit Mu-Metallkern, angeschlossen sein. Am
Widerstand i6' wird eine Spannung abgegriffen, welche dem mit einer starken dritten
Harmonischen behafteten Magnetisierungsstrom derDrossel =q.' proportional ist und
mit derNetzspannung steigt und fällt. Infolge der Sättigung der Drosselspule =q.'
ist die prozentuale Änderung des Spannungsabfalles am Widerstand 16' um ein Vielfaches
größer als die Änderung der speisenden Netzspannung i. In Reihe zum Widerstand 16'
ist wieder eine aus einer Gleichstromquelle 28 über einen Widerstand 29 gespeiste
Glimmstrecke 25 vorgesehen und in den Gitterkreis der Entladungsstrecke 2o eingeschaltet.
Im übrigen ist die Anordnung genau die gleiche wie in Abb. i.
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Eine andere Ausführungsmöglichkeit für das Spannungsmeßglied zeigt
Abb. q.. Die Steuerwechselspannungskomponente wird wie in Abb. i über einen Transformator
=q. dem Steuerkreis der Entladungsstrecke 2o aufgeprägt, welcher außer der Glimmstrecke
25 noch einen Ohmschen Widerstand 53 enthält. Dieser Widerstand wird in Reihe mit
einer weiteren Glimmstrecke 52 über einen Transformator 5o und gleichrichtende Elemente
51 aus dem Netz i gespeist. Widerstand 53 und Glimmstrecke 52 sind derart bemessen,
daß der größte Teil der vom Hilfsgleichrichter 50, 51 erzeugten Gleichspannung an
der Glimmstrecke liegt. Bei Spannungsänderungen im Netz i ändert sich dann die am
Widerstand 53 auftretende, der Spannung e2,; der Glimmstrecke 25 entgegengesetzte
Gleichspannung prozentual stärker und unterstützt das Anwachsen der in der Sekundärwicklung
des Transformators =q. induzierte Wechselspannungskomponente, so daß die Regelung
schon auf kleinere Spannungsänderungen ansprechen kann als etwa eine Einrichtung
gemäß Abb. i. Die übrige Schaltung ist wieder entsprechend der Anordnung der Abb.
i aufgebaut.