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Stützschaltung für die Antriebsmotoren von Erregerumformern Es ist
bekannt, elektrische Stromerzeuger, insbesondere langsam laufende Wasserkraftgeneratoren,
an Stelle von elektrisch angetriebenen Erregermaschinen mit Erregerumformern auszurüsten,
deren Antriebsmotor von der Klemmenspannung des erregenden Generators selbst gespeist
wird. Es tritt hierbei die Schwierigkeit auf, den Erregerumformer auch dann in Betrieb
zu halten, wenn die Spannung des Generators eine mehr oder weniger lange Zeit unter
den normalen Wert sinkt, was unter Wirkung von Netzkurzschlüssen häufiger vorkommt.
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Zur Behebung dieser Schwierigkeit ist es bereits bekannt, in die Hauptleitungen
des Generators einen sogenannten Stütztransformator einzuschalten, der unter Wirkung
des Kurzschlußstromes dem Umformermotor eine zusätzliche Spannung aufdrückt und
damit den Betrieb stützt. Bei näherer Betrachtung .der am Motor in den verschiedenen
Betriebsfällen auftretenden. Spannungen ergibt sich, daß eine gewisse Phasenverdrehung
der vom Stütztransformator gelieferten Spannung erwünscht ist, um große Spannungsunterschiede
in den einzelnen Betriebsunfällen zu vermeiden, was bei Drehstrom durch eine entsprechende
Wahl der Schaltungsart des Stütztransformators leicht zu erzielen ist. Denn große
Spannungsunterschiede verlangen eine starke Überbemessung des Motors, um auch bei
kleiner Spannung noch die notwendige Leistung zu erzielen. Diese bekannte Lösung
ist jedoch z. B. bei Einphasengeneratoren nicht anwendbar.
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Die Erfindung löst die Aufgabe auf einem anderen Weg und ist gerade
auch in Einphasennetzen anwendbar. Sie besteht darin, daß Mittel vorgesehen
sind,
um die Phasenlage des an den. Klemmen des Stütztransformators abgenommenen Belastungsstromes
gegen'ü'ber der Klemmenspannung des Motors ohne Änderung :der Schaltung dies Stütztransformators
zu ändern.
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Die Wirkung dieser Maßnahmen soll an. Hand der Abbildungen erläutert
werden. Abb. r stellt eine Schaltung :der Einrichtung dar. Darin bedeutet G den
Einphasen@generator, T den Haupttransformator, St den Stütztransformator, M den
Motor des Erregerumformers.
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Wenn man diese Schaltung untersucht, so ist festzustellen, .daß die
Spannung am Motor M sich bei verschiedenen Belastungen, (Leistungsfaktoren) in unerwünscht
großem Maße ändert. Dieerfindungsgemäße Änderung der Phasenlage des Belastungsstromes
am Stütztransformator geschieht nun z. B:. dadurch, @daß an den Motorklemmen ein
Kondiensator C -von geeigneter Größe angeschlossen wird, der die Phasenlage des
Normalstromes verschiebt (Abb. 2). Auch eine Parallelschaltung des Kondensators
zu der Sekundärseite des Stütztransformators kann die erwünschte Wirkung erzielen
lassen,. Je nach tuen vorliegenden Verhältnissen kann ferner auch eine Rückwär.tsverschiebung
der Phasenlage des Belastungsstromes zweckdienlich sein, was durch ,das Parallelschalter
einer Drosselspule zum Motor oder zum Stütztransfor=mator erzielt wird.
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Der Erfindungsgedanke kann auch dadurch verwirklicht werden:, daß
man als Motor M einen kompensierten Asynchronmotor oder einen Synchronmotor oder
einen. synchronisierten Asynchronmotor vorsieht. Bei diesen, Motoren kann man die
Phasenlage :des StändLrstromes bekanntlich :durch Beeinflussung der Erregung leicht
einstellen und auch während dies Betriebes in weiten Grenzen ändern. Dadurch ist
es im vorliegenden Fall nicht nur möglich, von vornherein günstigere Verhältnisse
zu erzielen undeinen Phasenwinkel zu wählen, der bei allen Betriebszuständen eine
annähernd gleiche Spannung am Motor ergibt, sondern man kann auch während des Betriebes,
z. B. mit Hilfe von selbsttätig wirkenden Reguliereinrichtungen, die Phasenlage
des Motorstromes je nach den augenblicklich vorliegenden Verhältnissen günstig einstellen.
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Die Wirkung der erfindungsgemäßen' Maßnahmen ist aus Abb. 3 und 4
ersichtlich, welche das Vektordiagramm der Einrichtung in verschiedenen Betriebszuständen
zeigen. In beiden Abbildungen bedeutet Ui die Klemmenspannung ,des Generators
G, U2 die Klemmenspannung des Motors M, U3 .die Sekundärspannung dies Stütztransformators,
J1 den auf die Sekundärseite dies Stütztransformators übertragenen Generatorstrom,
J2 den Strom des Motors M und 1, den Magnetisierungsstrom des Stütztransformators
bzw. die entsprechenden Amperewindungen am Stütztransformator.
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Abb. 3 bezieht sich auf den normalen Belastungszustand dies. Generators
G, wobei die Spannung Ui ihre volle .Größe besitzt und J1 und 12 nahezu gleich groß
sind und etwa gleiche Richtung haben, so @daß die Differenz J3 beider Ströme, die
den Stütztransformator magnetisiert; verhältnismäßig klein ist und ebenso die von
dem Stütztransformator erzeugte Spannung U3. Die Summe von U3 und U1 ergibt die
Spannung U2 am Motor.
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Im Kurzschltißfall, den Abb.4 wiedergeben soll, ist gegenüber dem
Fall des normalen BelastungszustarnCes der Strom 11 erheblich gewachsen.
Der Strom 12 wird, seine Größe entweder beibehalten oder, wenn die Erregung des
Generators von einem Schnellregler gesteuert wird, infolge der Belastung der Erregermaschine
zunehmen, wenn auch nicht in demselben Maße wie :der Kurzschlußstrom 11. Außerdem
wird die Phasenverschiebung zwischen dem beiden Strömen J1 und J2 sich ändern..
Hierdurch ist der Differenzstrom 13 erheblich gewachsen, und . dementsprechend
wächst auch die Spannung U3, so,daß. U2, obwohl die Spannung UI stark abgefallen
ist, immer noch einen gewissen Wert besitzerr wird. Um nun mit Sicherheit zu erreichen,
daß die Drehzahl des Erregerumformers nicht zu sehr abfällt, ist es wünschenswert,
daß die Spannung U2 in diesem Augenblick ebenfalls gegenüber dem normalen Betriebszustand
zunimmt. Dies. läßt sich entsprechend der Erfintdung dadurch erreichen, daß man
den Phasenwinkel des Stromes J2 gegen, über der Spannung U2 durch Einfügung des
Kondensators C verschiebt.
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In Abb. 4 ist die Wirkung dieser Maßnahme angedeutet. Der Strom J2
ändert sich auf den Wert 12' und dementsprechend, J3 auf den Wert J3. Die Folge
hiervon ist, daß die Spannung am Motor sich auf U2 und die Spannung am Stütztransformator
sich auf die Spannung U3 erhöhen. U2 ist nun erheblich größer als in dem Fall, daßi
kein Kondensator vorhanden ist. Es ist unter Umständen auch zweckmäßig, durch eine
entsprechende Einstellung des. Übersetzungsverhältnisses .den hier geschil-dert@n
Vorgang zu unterstützen.
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In anderen Fällen kann, es auch zweckmäßig wirr, die Phasenlage des
Stromes J2 in entgegengesetzter Richtung zu J3 zu verschieben, z. B. um bei normalen
Betriebszuständen zu kleineren Werten von J3 zu kommen. Selbstverständlich ist je
nach :der Größe und Art der erfindungsgemäß vorgenommenen Phasenverschiebung das
Übersetzungsverhältnis des Stütztransformators neu zu bestimmen.
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Wenn der Motor als Synchronmotor oder als synchronisierter Asynchronmotor
gebaut wird, kann eine selbsttätige Beeinflussung der Motorerregung in der Weise
erzielt werden, daß die den Motor speisende Erregermaschine (Maschine E2 der Abb.
5) zwei Feldwicklungen erhält, von denen die eine, F", von. ihr selbst eigen erregt
wird, während die zweite, Fb, unter Umständen über einen Regelwiderstand W an den
Ankerklemmen der den Hauptgenerator speisenden Erregermaschine El liegt. Wenn nun,
ein Lastzustand eintritt, der eine Vergrößerung der Erregerleistung bedingt, so
muß der die Erregermaschine Ei steuernde Schnellregler die Ankerspannung dieser
Maschine erhöhen. Damit steigt selbsttätig auch der Strom in der Erregerwicklung
Fb; damit wächst die Ankerspannung
der Maschine E2 und der von.
dieser Maschine in den Induktor bzw. Läufer des Motors M geschickte Strom. Es. wird
also nicht nur .die Erregung des Generators verstärkt, sondern gleichzeitig auch
die Erregung des Motors M.
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Bei. großen. Aggregaten wird heute vielfach die den Generator erregende
Maschine E1 .durch eine Hilfsmaschine erregt, um sie in den Stand zu setzen, plötzliche
Spannungsänderungen schneller ausführen zu können. Es ist ohne weiteres möglich,
zur Erregung des Motors M die Hilfserregermaschine zu benutzen, d. h. die Maschine
E2 der Abb. 5 ist sowohl zur Erregung des Motors M als auch zur Erregung der Ha.upterregermaschine
EI zu verwenden. Es ist natürlich auch möglich, .dlie Wicklung F" in- Reihe zwischen
den Anker von E1 und, den Induktor des Generators G zu legen.. Im allgemeinen wird
es allerdings zweckmäßiger sein, die Wicklung FU im INTebenschlußl an. die Ankerklemmen
von El zu legen, da der durch sie fließende Erregerstrom dann kleiner gehalten werden
kann und: da auch die Regelung dieses. Stromes einfacher wird.
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Durch die der Erfindung entsprechende Verschiebung des Belastungsstromes
wird die zwangsläufige gegenseitige Verknüpfung von Motorspannung, Motorstrom, Sekundär-,
Primär- und Magnetisierungsstrom des Stütztransformators gelockert, welche der zweckmäßigen
Bemessung der 'Anilageteile große Schwierigkeiten entgegenstellt, und es werden
in jedem Fall befriedigende Werte für die Motorspannung erzielt.