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Anordnung zur Spannungsregelung von Drehstrom- oder Wechselstromgeneratoren
Bei Drehstrom- oder Wechselstromgeneratoren mit auf ihre Drehzahl bezogener großer
Leistung wird die Erregerleistung der Erregermaschine so groß, daß es schwierig
wird, mit schnell arbeitenden Spannungsreglern diese Leistung zu beherrschen. Man
ist daher gezwungen, zur Verringerung der zu regelnden Leistung noch Verstärker
zwischen Regler und Erregermaschine zu schalten. Auch in solchen Fällen, bei denen
zwar keine besonders großen Generatoren geregelt werden, wo aber eine sehr hohe
Genauigkeit der Regelung verlangt wird, so daß mit Röhrenverstärkern gearbeitet
werden muß, ist man häufig gezwungen, noch besondere Verstärker vorzusehen. Schon
sehr alt ist z. B. die Ausführung des Verstärkers als Hilfserregermaschine, deren
Anker die Erregerwicklung der Haupterregermaschine speist und deren Erregerstrom
von einem Spannungsregler gesteuert wird. Die Verwendung einer solchen Hilfserregermaschine
hat den Nachteil, daß durch die Trägheit des Feldes dieser Maschine die Gesamtregelung
ungünstig beeinflußt wird. In neuerer Zeit verwendet man nun als H.ilfserregermaschine
eine sogenannte Verstärkermaschine, z. B. eine Amplidyne, die den Vorteil hat, daß
die Zeitverzögerung durch den Feldaufbau hier geringer ist als bei einer normalen
Gleichstrommaschine und daß außerdem die erforderliche Erregerleistung wesentlich
kleiner wird, so daß bei der Regelung mit großer Überschußleistung gearbeitet werden
kann, was schnelle Beseitigung einer Spannungsabweichung bedeutet. Auch die Erregung
der Erregermaschine über Gleichrichter von der Generatorspannung her über vormagnetisierte
Drosselspulen, sogenannte magnetische Verstärker, ist schon vorgeschlagen
worden.
Auch bei einer solchen Anordnung wird die erforderliche Regelleistung sehr gering.
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Alle diese Anordnungen weisen aber gewisse, ihre Anwendung stark hemmende
Mängel auf- Die Verstärkermaschine (Amplid.yne) mit zwei Bürstensystemen i-st in
ihrem Aufbau ziemlich verwickelt, und auch die Kommutierungsverhältnisse sind nur
schwer zu beherrschen. Die magnetischen Verstärker sind dagegen in ihrem Aufbau
sehr einfach, aber hier ergeben sich betriebstechnische Schwierigkeiten. Wegen Wegfalls
oder starker Absenkung der Generatorspannung bei Kurzschluß geht auch die erreichbare
Erregerleistung und damit der Erregerstrom des Generators stark zurück und wird
schließlich überhaupt Null bei einem Nahkurzschluß. Ein solches Verhalten ist aber
sowohl mit Rücksicht auf die Stabilität beim Zusammenarbeiten mehrerer Generatoren
als auch mit Rücksicht auf den erforderlichen Auslösestrom von Überstromrelais äußerst
unerwünscht. Auch das Erregen des Generators bei Leerlauf von Spannung Null aus
macht Schwierigkeiten; man wird im allgemeinen eine besondere Fremdspannungsduelle
für das Anfahren vorsehen müssen.
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Diese Nachteile werden vermieden, wenn zwar die Erregung der Erregermaschine
über einen magnetischen, gesteuerten Verstärker und einen Gleichrichter aus dem
Wechselstromnetz beibehalten wird, wenn aber erfindungsgemäß diese Erregung mit
einer Selbsterregung der Erregermaschine kombiniert wird, und wenn durch ein selbsttätig
arbeitendes Schaltorgan bei einer Absenkung der Generatorspannung unter einen bestimmten
Wert und- damit verbundener Senkung des vom Wechselstromnetz herrührenden Erregerstromanteiles
der von der Erregermaschine gelieferte Erregerstromanteil so weit vergrößert wird,
daß der Erregerstrom trotzdem auf seinen maximal zulässigen Wert kommt. Die Abb.
i zeigt ein Ausführungsbeispiel.
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Der Generator i wird von der Erregermaschine 2, einer normalen Gleichstrommaschine,
erregt. Die Erregerwicklung der Erregermaschine wird gespeist von ihrer Ankerspannung
und in Reihe dazu von Gleichrichter 3. Der Gleichrichter 3 liegt in Zweiwegschaltung
über die beiden vormagnetisierten Drosselspulen 4 (Wicklungen a) und den Transformator
5 an der Generatorspannüng. Um die Wechselspannung auf der Gleichstromseite abzudrosseln,
sind in üblicher Weise zwei Drosselspulen vorgesehen, wobei die Wicklungen b bezogen
auf den Wickelsinn der Wicklungen a gegeneinander geschaltet sind. An Stelle der
zwei Drosseln kann auch in bekannter Weise nur eine einzige treten, die magnetisch
so geschaltet ist, daß in der Gleichstromw@icklung praktisch keine Wechselspannung
induziert wird. Außerdem können die Drosselspulen noch weitere nicht eingezeichnete
Gleichstromwicklungen aufweisen, wie sie mit Rücksicht auf Erhöhung der Verstärkung
im allgemeinen vorgesehen werden. Die Drosselspulen 4 müssen so bemessen sein, daß
ohne Gleichstromerregung bei kurzgeschlossenem Gleichrichter 3 der Maximalwert des
dann fließenden Wechselstromes kleiner bleibt als der niedrigste Erregerstrom der
Erregermaschine 2 bei Leerlauf des Generators. Ist dies der Fall, so wirkt ohne
Vormagnetisierung der Gleichrichter sowohl auf der Wechselstrom- als auch auf der
Gleichstromseite wie ein Kurzschluß, und die Erregermaschine arbeitet als normale
selbsterregte Gleichstrommaschine. DerWiderstand 6 im Erregerkreis der Erregermaschine
ist so bemessen, daB sich bei Spannung Null am Gleichrichter 3 und angezogenem Relais
7 die Spannung der Erregermaschine, die dann als normale selbsterregte Maschine
arbeitet, so einstellt, daß der Erregerstrom seinen niedrigsten Wert annimmt, der
mit Rücksicht auf eine schnelle Regelung im allgemeinen noch unter dem Leerlauferregerstrom
liegt.
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Im normalen Betrieb regelt nun der Regler 8, der als Spannungsregler
beliebiger Bauart, z. B. als Wälzregler, Kohledruckregler, Kontaktregler, Röhrenregler
o. dgl. ausgeführt sein kann und der von der Generatorspannung beeinflußt wird,
den Erregergleichstrom in den Wicklungen b der Drosseln 4, damit aber die Spannung
am Gleichrichter 3 und somit den Erregerstrom der Erregermaschine 2 und schließlich
über den Erregerstrom des Generators i die Generatorspannung.
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Tritt ein Kurzschluß oder auch ein starker Belastungsstoß in dem vom
Generator i gespeisten Drehstromnetz auf, so fällt die Generatorspannung am Transformator
5 stark ab, und ohne weitere Hilfseinrichtungen würde damit auch der maximal erreichbare
Erregerstrom zurückgehen. Sobald nun aber die Spannung einen bestimmten Wert erreicht
hat, fällt das Spannungsrelais 9 ab, schließt die Erregerspule von Relais 7 kurz,
so daß dieses abfällt und den Widerstand 6 ganz oder teilweise kurzschließt. Damit
kann allein schon durch die Selbsterregung von der Ankerspannung der Maschine 2
die Erregerspannung und damit der Erregerstrom auf seinen maximalen Wert ansteigen.
Ist die Generatorspannung noch nicht ganz zusammengebrochen, so wird außerdem durch
die Zusatzerregung von Transformator 5 her die Erregerspannung noch weiter erhöht,
bis schließlich durch die Sättigung in der Maschine der Spannung eine Grenze gesetzt
ist. Das Relais 9 wird man zweckmäßig so einstellen, daß es abfällt, wenn die Generatorspannung
so weit gesunken ist, daß die volle Erregung des Generators bei vorgeschaltetem
Widerstand 6 nicht mehr erreicht wird. Wenn es sich nicht um einen Nahkurzschluß
handelt, wird nun durch den Kurzschluß von Widerstand 6 der Erregerstrom des Generators
und damit seine Spannung steigen, Relais 9 zieht an, @@'iderstand 6 wird vorgeschaltet,
Spannung sinkt usw.
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Die Generatorspannung schwankt also um einen Mittelwert, der durch
die Abfallspannung des Relais 9 gegeben ist, ähnlich wie bei der Spannungsregelung
nackt dem Tirrillprinzip. Praktisch wird man überhaupt an die Stelle von Relais
9 und Relais 7 eine Anordnung ähnlich einem Tirrillregler vorsehen, bei dem das
Anziehen und Abfallen des
Relais 7 außer von der Generatorspannung
auch von der Erregerspannung beeinflußt wird. Geht nun die Belastung zurück oder
wird der Kurischluß abgeschaltet, so steigt die Generatorspannung trotz angezogenem
Relais 7 an und die normale Regelung über die vormagnetisierten Drosselspulen setzt
wieder ein. Ohne weiteres einzusehen ist, daß mit der neuen Anordnung auch das Anfahren
des Generators von Spannung Null ab keine Schwierigkeiten mehr macht. Der Widerstand
6 ist zunächst kurzgeschlossen, so daß sich die Erregermaschine 2 ohne weiteres
erregen kann, und damit der Generator auf Spannung kommt. Da Relais 7 nur in Sonderfällen,
bei sehr starker Belastung oder bei Kurzschlüssen anspricht, können seine Kontakte
gegenüber der Ausführung bei normalen Tirrillreglern, wo es dauernd arbeitet, wesentlich
stärker belastet werden, ohne daß starker Kontaktverschleiß zu befürchten ist.