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Einrichtung zur selbsttätigen Spannungsregelung von Gleichstromgeneratoren
Gleichstromgeneratoren werden entweder ohne besondere Erregermaschinen in Selbsterregung
betrieben, oder sie werden von einer besonderen festen Gleichstromquelle fremd erregt.
Eine Spannungsregelung, die z. B. für konstante Klemmenspannung am Generator oder
für konstante Drehzahl eines vom Generator gespeisten Gleichstrommotors sorgt, ist
daher in der normalen Schaltung nur durch Veränderung eines Widerstandes im Erregerkreis
möglich. Der Erregerstrom wird nun, insbesondere bei niedriger Ankerspannung, schon
bei verhältnismäßig kleinen Maschinen so groß, daß es schwierig wird, ihn mit direkt
wirkenden Schnellreglern für stetige Verstellung des Widerstandes, wie Ko'hledruckregler,
Wälzregler usw., zu beherrschen. Man ist daher gezwungen, bei größeren Maschinen
Regler mit Hilfsmotor, z. B. Oldruckregler, zu verwenden. Das trat aber den Nachteil,
.daß die Regelung wesentlich träger wird als bei Verwendung direkt wirkender Schnellregler.
Besonders ungiinstig wirkt sich die verhältnismäßig große, durch den Regler zu steuernde
Leistung auch bei kleineren Generatoren aus, wenn eine sehr genaue Spamiungsregelung
verlangt wird und man gezwungen ist, Röhrenregler zu verwenden.
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Zur Vermeidung dieser Nachteile ist schon vorgeschlagen worden, in
solchen Fällen, in denen ein Wechselstromnetz zur Verfügung steht, also vor allem
bei Umformerbetrieb, die Spannung eines Gleichstromgenerators über einen magnetischen
Verstärker (vormagnetisierte Drossel) zu regeln, und zwar derart, daß in den Erregerkreis
eines
selbsterregten Generators ein fester Widerstand gelegt wird,
der vom Erregerstrom und zusätzlich auch von einem über Gleichrichter dem Wechselstromnetz
entnommenen und durch einen magnetischen Verstärker gesteuerten Strom wird. Ist
der Zusatzstrom vom Verstärleer 'her praktisch Null, wobei dieser dann ohne Vormagnetisierung
arbeitet, so stellt sich die höchste Generatorspannung ein. Mit Hilfe der durch
einen Regler gesteuerten Vormagnetisierung des Verstärkers kann nun der Zusatzstrom
durch den Widerstand erhöht, damit der Spannungsfall an diesem vergrößert und somit
der Erregerstrom und die Generatorspannung herabgesetzt werden. Infolge des Einschalteis
eines zusätzlichen Widerstandes im Erregerkreis liegen .bei dieser Schaltung der
maximal erreichbare Erregerstrom und damit die maximale Spannung unterhalb der normal
ohne die Zusatzeinrichtung erreichbaren Werte. Die Gleichstrommaschine muß also
von vornherein so bemessen werden, daß sie auch bei eingeschaltetem Widerstand und
ungünstigsten Belastungsverhältnissen noch einen genügend buhen Erregerstrom aufweist.
Da dies bei bereits vorliegenden Maschinen sehr häufig nicht ,der Fall sein wird,
ist ein nachträglicher Einbau des Reglers mit magnetischem Verstärker nicht ohne
weiteres möglich. Zur Verhütung der bei geringer Last oder auch bei Regelvorgängen
in dieser Schaltung möglichen Umpolung des Generators, verursacht durch den vom
Verstärker herrührenden Strom, werden noch besondere Einrichtungen erforderlich,
auf die nicht weiter eingegangen wenden soll. Die Nachteile dieser Anordnung können
vermieden werden, wenn erfindungsgemäß die selbsttätige Spannungsregelung von Gleichstromgeneratoren
zwar eben-. falls über gleichstromvormagnetisierte Drosseln erfolgt, die Schaltung
aber so gewählt wird, da;ß von dem Generator selbst bei Selbsterregung bzw. von
einer besonderen Gleichstromquelle bei Fremderregung nur eine- Grunderregung -geliefert
wird, die unter günstigsten Betriebsverhältnissen eine Generatorspannung aufrechterhält,
die etwas unter der Sollspannung liegt, und daß einem Wechselstromnetz über die
gleichstromvormagnetisierte Drosselspule die veränderliche, von den Betriebsbedingungen
abhängige zusätzliche Erregung entnommen wird. -Die Abbildung zeigt ein Ausführungsbeispiel
für den Fäll der Selbsterregung. Die Erregerwicklung des Gleichstromgenerators i
wird gespeist von ihrer Ankerspannung und in Reihe dazu :vom Gleichrichter 3. Gleichrichter
3 liegt in Zwehvegschaltung über die beiden vormagnetisierten Drosselspulen (Wicklungen
a) und den Transformator 5 an einem Wechselstromnetz. Um die Wechselspannung auf
der Gleichstromseite der Drosselspulen (Wicklungen b) abzudrosseln, sind in üblicher
Weise zwei Drosselspulen vorgesehen, wobei die Wicklungen. b, bezogen auf den Wickelisinn
der Wicklungen a, gegeneinandergeschaltet sind. An Stelle der zwei Drosseln kann
auch in bekannter Weise nur eine einzige treten, die magnetisch so geschaltet ist,
daß in der Gleichstromwicklung praktisch keine Wechselspannung induziert wird. Die
Drosselspulen d. müssen so bemessen sein, daß ohne Gleichstrommagnetisierung bei
kurzgeschlossenem 'Gleichrichter 3 der Maximalwert des darin fließenden Wechselstromes
kleiner bleibt alis der niedrigste Erregerstrom des Generators, wie er im allgemeinen
bei Leerlauf und höchster vorkommender Drehzahl eingestellt werden muß, wenn :die
Sollspannung am Anker auftreten soll. Ist dies der Fall, so wirkt ohne '\Tormagneti@sierung
der Gleichrichter sowohl auf' der-Wec.'hselstrom-a'ls auch auf der Gleichstromseite
wie ein Kurzschluß, und der Generator arbeitet als normaler, selbsterregter Generator.
Der Widerstand 2 im Erregerkreis ist so zu bemessen, daß sich bei Spannung Null
am Gleichrichter und günstigsten Verhältnissen, wie z. B. höchste Drehzahl, halte
Wicklung, Leerlauf. eine Generatorspannung einstellt, die mit Rücksicht auf eine
schnelle Regelung etwas unterhalb des Sollwertes liegt.
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Die Spannungsregelung erfolgt nun so, daß der Regler 6, der als Spannungsregler
beliebiger Bauart, -wie z. B. als Wälzregler, Kohledruckregler, Kontaktregler, Röhrenregler
usw., ausgeführt sein kann, die Vormagnetisierung der Drosselspulen, also den Gleichstrom
in den Wicklungen b der Drosselspulen so steuert, daß sich die Spannung am IGleichrichter
3 und damit der Erregerstrom des Generators so einstallt, daß der Generator, ,dessen
Spannung dem Regler zugeführt wird, die Sollspannung aufweist. Da es bei Schnellreglern
mit stetiger oder auch unstetiger Verstellung eines Widerstandes im allgemeinen
schwierig ist, den Widerstand auf unendlich zu bringen, was bei Vormagnetisierung
Null erforderlich wäre, ist es zweckmäßig, daß die Drosseln 4. noch je eine weitere
Wicklung erhalten, die von einem etwa konstanten Gleichstrom durchflossen wird,
wobei aber Polarität bzw. Wickelsinn dieser Wicklungen so gewählt wird, daß die
entsprechende Durch -flutung der Durchflutung, von Wicklungen h herrührend, entgegenwirkt.
Um die Gleichstrommagnetisierung auf Null zu bringen, braucht also der Strom in
den Wicklungen b nicht bis Null geregelt zu werden (Widerstand unendlich bei fester
Erregerspannung), sondern nur so weit, bis sich beide Durchflutungen gerade aufheben.
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Die Spannung am Transformator 5 ist so zu wählen, daß sich bei voller
Vormagnetisierung der Drosselspulen und ungünstigsten Verhältnissen, wie Vollast
des Generators, tiefste Drehzahl, warme Erregerwicklung usw., am Gleichrichter 3
eine Spannung einstellt, die ausreicht, um zusammen mit der Ankerspannung einen
höheren Erregerstrom des Generators zu erzeugen, als für die Erreichung des Sollwertes
der Spannung erforderlich wäre. Durch geeignete Bemessung des magnetischen Verstärkers
-kann der maximale Erregerstrom praktisch beliebig vergrößert werden, so daß dabei
auch sehr günstige Regelungsverhältnisse auftreten. Bei einem Belastungsstoß kann
kurzzeitig die Erregerspannung weit über den \Tormalwert herauf,-esetzt
«-erden.
Ein Umpolen der Maschine kann dabei nicht auftreten.