-
Einrichtung zur Regelung des Stromes eines Gleichstromerzeugers Es
wird oft die Aufgabe gestellt, in Leitungen, die von einem Gleichstromerzeuger gespeist
werden, einen bestimmten Gleichstrom einzustellen oder diesen auch unabhängig von
der Belastung konstant zu halten. Für mittlere Gleichspannungen bereitet dies keine
nennenswerten Schwierigkeiten. Es können zu diesem Zwecke die bekannten Regeleinrichtungen
benutzt werden. Führt jedoch die Leitung einen sehr hohen Gleichstrom bei verhältnismäßig
geringer Spannung, so sind die üblichen Regel- und Überwachungseinrichtungen, die
normalerweise mittels Shunts an die Leitung angeschlossen werden, nicht mehr brauchbar.
Für sehr hohe Ströme kommt dann nur noch eine indirekte Messung des Gleichstromes
in Frage. Dazu ist es üblich, Gleichstromwandler mit selbsttätiger Kompensation
zu verwenden, bei welchen der Kompensationsstrom hinsichtlich seiner Größe ein elektrisches
Abbild des in der Leitung fließenden Gleichstromes darstellt. Ferner ist die indirekte
Messung des Leitergleichstromes mittels Stromwandler auch in solchen Fällen angebracht,
wo einer oder beide Leiter einen sehr hohen Potentialwert aufweisen. Die Verwendung
von Shunts in diesem Falle würde verlangen, daß auch die Meßgeräte auf hoher Spannung
liegen, so daß selbsttätige Regeleinrichtungen nur mit einem großen Aufwand an Hilfsapparaten
verwendet werden können. Die daher zur Verwendung kommenden Stromwandler, bei welchen
das Meßinstrument zur Messung des in der Leitung fließenden Gleichstromes mit der
Leitung selbst in keiner galvanischen Verbindung steht, sondern unabhängig von der
jeweiligen Leiterspannung beispielsweise geerdet ist, bestehen im wesentlichen aus
einem Eisenkern und einer die magnetische Feldstärke messenden Einrichtung. Der
Eisenkern ist magnetisch in sich geschlossen und bildet ein Fenster, durch welches
die Leitung hindurchgeführt ist. Auf dem Eisenkern ist
noch eine
Kompensationswicklung aufgebracht, die von einer besonderen Gleichspannungsquelle
gespeist wird. In den Stromkreis der Kompensationswicklung sind ferner noch ein
oder mehrere Widerstände eingeschaltet, die von der die Feldstärke im Eisenkern
des Wandlers messenden Einrichtung derart verstellt werden, daß der Kompensationsstrom
der vom Leiter erzeugten MMK im Eisenkern entgegenwirkt und eine solche Größe besitzt,
daß die magnetische Feldstärke im Eisenkern praktisch verschwindet. Die Größe des
Kompensationsstromes entspricht dann stets denn Leiterstrom. Spricht die die Feldstärke
messende Einrichtung nicht nur auf - die Größe, sondern auch auf die Richtung des
im Eisenkern des Wandlers herrschenden Magnetfeldes an, so ist es unter Anwendung
einer Brückenschaltung im Kompensationsstromkreis möglich, einen Wandler zu erhalten,
der neben der Größe auch das Vorzeichen des Leiterstromes mißt. In selbst kompensierenden
Stromwandlern hat man ferner vorgeschlagen, die Kompensationswicklung in einen magnetischen
Nebenschlußweg zu einem in dem den Leiter umgebenden Eisenkern angeordneten Luftspalt
unterzubringen, und zwar derart, daß die von der Kompensationswicklung aufzubringende
Anzahl Amperewindungen nur einen konstanten Bruchteil der vom Leiter im Eisenkern
erzeugten Amperewindungen beträgt. Um nun eine selbsttätige Regelung eines Gleichstromerzeugers
vorzunehmen, wäre es denkbar, die zur Regelung benötigten Apparate nicht unmittelbar
in die Leitung, sondern in den Stromkreis der Kompensationswicklung solcher Gleichstromwandler
einzuschalten, die den vom Gleichstromerzeuger gelieferten Strom messen.
-
Eine wesentlich einfachere Lösung der gestellten Aufgabe erhält man
aber nach der Erfindung dadurch, daß zur Einstellung des in die Leitung überfließenden
Gleichstromes der in der Kompensations wicklung des Gleichstromwandlers fließende
Kompensationsstrom auf den gewünschten Sollwert eingestellt bzw. verändert wird,
und daß die die magnetische Feldstärke im Eisenkern des Gleichstromwandlers messende
Einrichtung eine Regelvorrichtung betätigt, welche die Steuerung des die Leitung
speisenden Gleichstromerzeugers derart verstellt, bis der in der Leitung fließende
Gleichstrom dein eingestellten Kompensationsstrom in der Kompensationswicklung entspricht.
Diese Art der Regelung des Gleichstromerzeugers ist ersichtlich von den eingangs
genannten Mängeln frei und kommt mit einer Mindestzahl an Hilfsapparaten aus, so
daß eine hohe Regelgeschwindigkeit sichergestellt ist. Ausführungsbeispiele der
Erfindung sind in der Zeichnung schematisch dargestellt und werden nachfolgend näher
erläutert.
-
Der Gleichstromerzeuger i, welcher als Generator arbeitend von einer
nicht einge zeichneten Kraftmaschine angetrieben wird, arbeitet auf eine Übertragungsleitung2,
deren einer Leiter durch das Fenster 3 des Stromwandlers 4 geführt ist. Der den
Leiter umgebende Eisenkern 5 ist in bekannter Weise mit Luftspalten 6 versehen,
so daß auch bei den höchsten zur Verwendung kommenden Strömen im Leiter 2 eine magnetische
Sättigung dieses Teiles des Eisenkerns verhütet ist. Parallel zu einem der Luftspalte
6 liegt ein weiterer Eisenkern 7 mit wesentlich geringerem Querschnitt, welcher
die Kompensationswicklung 8 trägt. Der Eisenkern 7 ist in bekannter Weise geschlitzt,
wobei in dem entstehenden Luftspalt die die magnetische Feldstärke messende Einrichtung
9 angeordnet ist. Durch diese einen magnetischen Shunt bildende Anordnung wird erreicht,
daß für verschwindende magnetische Feldstärke am Orte der Meßeinrichtung 9 die für
die Kompensation aufzubringende Amperewindungszahl nur-einen Bruchteil der vom Leiter
:2 erzeugten Anzahl Amperewindungen beträgt. Die Feldstärkemeßeinrichtung 9 besteht
zweckmäßig aus einem polarisierten elektromagnetischen Antriebssystem, welches in
bekannter Weise einen oder mehrere Widerstände io verstellt. Diese Widerstände liegen
in einem besonderen Hilfsstromkreis, welcher von einem kleinen Generator i i, der
mit dem Hauptgenerator i gekuppelt ist, gespeist wird. Die Widerstände io bilden
eine Brückenschaltung, an deren eine Diagonale der Generator i i und an deren andere
Diagonale die Erregerwicklung einer ebenfalls mit dem Generator i gekuppelten Erregermaschine
12 angeschlossen ist. An das vom Generator i i gespeiste Hilfsnetz ist eine weitere
Brückenschaltung von einstellbaren Widerständen 13 angelegt, welche dazu dient,
die Kompensationswicklung 8 des Gleichstromwandlers zu speisen. In Reihe mit der
Wicklung 8 liegt noch ein Amperemeter 1a, welches zur Einstellung des Kompensationsstromes
benutzt wird.
-
Die Wirkungsweise der beschriebenen Regeleinrichtung ist nun die folgende:
Es sei angenommen, daß die aus dem Hauptgenerator i und den beiden Zusatzmaschinen
bestehende Maschinengruppe von der Kraftinaschine mit der Solldrehzahl angetrieben
wird. Ferner werde angenommen, daß der Stromwandler 4 so ausgeführt ist, daß bei
verschwindender magnetischer Feldstärke am Ort der Feldstärkemeßeinrichtung 9 der
dazu benötigte Kompensationsstrom in der
Wicklung 8 beispielsweise
genau i/looo des in der Leitung 2 fließenden Stromes betragen soll. Wünscht man
nun den Generator i z. B. mit 8ooo Amp. zu belasten, so verstellt man die Widerstände
13 mittels des Handrades 15 so lange, bis das Instrument 14 8 Amp. an-zeigt.
Da der Generator i vorläufig noch nicht erregt ist und .die Leitung 2 zunächst noch
keinen Strom führt, erzeugt die Kompensationswicklung im Eisenkern 7 eine MMK, welche
auf das Antriebssystem 9 ein Drehmoment ausübt. Die Widerstände io werden infolge
dieses Drehmomentes verstellt, so daß die Erregerwicklung der Maschine 12 einen
gewissen Erregerstrom erhält. Entsprechend der Erregung von z2 nimmt auch die Erregung
des Generators i zu. Der Leiter 2 ist nun so durch das Fenster 3 des Stromwandlers
4 geführt, daß die von ihm im Eisenkern 7 erzeugte MMK der von der Wicklung 8 erzeugten
MMK entgegenwirkt. Es ist klar, daß das Antriebssystem so lange ein Drehmoment erfährt
und die Widerstände io so länge verändert werden, bis der Strom im Leiter 8ooo Amp.
beträgt. Ist dieser Wert erreicht, dann verschwindet das Drehmoment des Antriebssystems
9, und die Kontaktstücke der Widerstände io behalten ihre eingenommene Lage bei.
Tritt nun aus irgendwelchen Gründen eine andere Belastung in der Leitung :2 auf,
so wird das magnetische Gleichgewicht am Ort der Feldstärkemeßeinrichtung 9 gestört,
und es setzt ein Regelvorgang ein, der den in der Leitung 2 fließenden Strom wieder
auf die verlangten 8ooo Amp. bringt. Soll an Stelle dieser 8oooAmp. ein davon abweichender
Strom in der Leitung 2 fließen, so muß der entsprechende Wert mittels des Handrades
15 und des Instrumentes 14 neu eingestellt werden. Die beschriebene Anordnung mit
den beiden Brückenschaltungen hat den besonderen Vorteil, daß in der Leitung :2
der Strom nicht nur hinsichtlich seiner Größe, sondern auch hinsichtlich seiner
Richtung bzw. seines Vorzeichens einstellbar ist. Die Leitung 2 ist praktisch stromlos,
wenn die aus den Widerständen 13 gebildete Brücke abgeglichen ist, d. h. wenn an
den beiden Kontaktsegmenten und damit an der Kompensationswicklung 8 eine Potentialdifferenz
nicht vorhanden ist. Bei gleichen Widerständen 13 ist dies in der gezeichneten
Mittellage der Fall.
-
Das in Fig. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel arbeitet grundsätzlich
ebenso wie die Einrichtung in Fig: i; es ist jedoch noch ein zusätzlicher Umschalter
16 eingefügt, dessen Zweck und Wirkungsweise noch kurz erläutert werden soll. Besitzen
die vier Schaltarme die ausgezogen gezeichnete Lage, so ist die An-Ordnung identisch
mit derjenigen in Fig. i, und der Stromwandler 4 dient dazu, den Strom in der Leitung
2 auf dem vorgeschriebenen Wert zu halten. Legt man aber den Umschalter 16 in die
gestrichelte Lage um, so wird die Erregerwicklung der Maschine 12 mit den Einstellwiderständen
13 verbunden. Die von der Feldstärkemeßeinrichtung g betätigten Widerstände io werden
dann in den Stromkreis der Kompensationswicklung 8 gelegt. Der Stromwandler 4 arbeitet
dann mit selbsttätiger Kompensation und dient nicht mehr zur Einstellung, sondern
in an seich bekannter Weise zur Messung des Stromes im Leiter 2. Die Kombination
dieser Umschaltvorrichtung mit dem Stromwandler gestattet demnach ohne weitere zusätzliche
Geräte, einerseits einen bestimmten Strom in der Leitung :2 einzustellen und konstant
zu halten und anderseits auch den Leitungsstrom beispielsweise in Abhängigkeit von
der Belastung des Generators i zu messen.
-
Die praktische Ausführung der Erfindung ist keineswegs auf die dargestellten
Ausführungsbeispiele beschränkt. Es ist z. B. nicht notwendig, für die Widerstände
io und 13
solche nach dem Wälzsektorkontaktverfahren zu verwenden, obwohl
diese in Verbindung mit der beschriebenen Regeleinrichtung besonders vorteilhaft
sind. Ferner wird man den magnetischen Shunt im Stromwandler .; weglassen können,
wenn beispielsweise die Leitung 2, nur einen geringen Strom führt, dafür aber eine
sehr hohe Spannung besitzt. Der Gleichstromerzeuger i muß auch nicht unbedingt ein
Generator sein, sondern kann auch aus einem Hochspannungsgleichrichter bestehen,
dessen Steuerung dann durch den an den Kontaktstücken der Widerstände io angeschlossenen
Stromkreis verstellt wird. Die erfindungsgemäße Regelung ist nicht an eine bis in
alle Einzelheiten festgelegte Einrichtung gebunden, sondern es kann noch mit ihr
anderen technischen Forderungen in weitgehender Weise Rechnung getragen werden.