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Spannungsregeleinrichtung für einen Wechselstromgenerator Die Erfindung
betrifft Anlagen oder Einrichtungen zum selbsttätigen Regeln der Ausgangsspannung
von Wechselstromerzeugern, und sie dient in erster Linie dazu, die Ausgangsspannung
des Wechselstromerzeugers innerhalb vorbestimmter Grenzen über den Gesamtbetriebsbereich
des Wechselstromerzeugers von Vollast bis zum unbelasteten Zustand bzw. Leerlauf
aufrechtzuerhalten.
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Erfindungsgemäß ist die Erregung bzw. Erregermaschine für den Wechselstromerzeuger
oder der Wechselstromerzeuger selbst mit zwei einander entgegenwirkenden Feldwicklungen
versehen, und die Gegenwicklung, die der Hauptwicklung entgegenwirkt, wird von einer
gleichgerichteten Spannung gespeist, die von der Wechselstromerzeugerausgangsspannung
oder einem Teil derselben abgeleitet ist; der Erregerkreis der Gegenwicklung weist
eine Drosselspule auf, welche so eingerichtet ist, daß sie durch den Wechselstrom
bei allen Betriebszuständen gesättigt ist. Um diese Arbeitsbedingung sicherzustellen,
ist es erforderlich, die Drosselspule so zu bemessen, daß dann, wenn die Wechselstromerzeugerspannung
den normalen oder gewünschten Wert hat, die Drosselspule auf einem Punkt desjenigen
Teils ihrer Magnetisierungskurve arbeitet, welcher beträchtlich hinter dem Knie
liegt, und zwar derart, daß während der gesamten Regelung der Arbeitspunkt hinter
dem Knie verbleibt. Da die Drosselspule auf demjenigen Teil der Magnetisierungskurve
arbeitet, der praktisch flach verläuft, ändert sich der Fluß in seinem Kern nicht
wesentlich,
wenn sich die Stromerzeugerspannung ändert, und daher ist die Spannung pro Windung
und infolgedessen die Gesamtspannung an der Wicklung im wesentlichen konstant, und
zwar unabhängig von der Größe des Stromes, der durch sie hindurch innerhalb des
Arbeitsbereichs fließt. Wenn daher die Stromerzeugerspannung sich um einen gewissen
Bruchteil ändert, so ändert sich die Spannung, die der Gegenfeldwicklung übermittelt
wird, um einen bedeutend kleineren Betrag, da tatsächlich die Veränderung einer
Veränderung der Differenz zwischen der Wechselstromerzeugerspannung oder der abgeleiteten,
ihr proportionalen Spannung und derjenigen, die an der Drosselspulenwicklung auftritt,
gleichkommt. Um eine brauchbare, relativ empfindliche Regelung des Gegenerregungsfeldes
zu erzielen, ist es offenbar erwünscht, daß die Spannung, die an der Wicklung der
Drosselspule auftritt, einen verhältnismäßig großen Bruchteil der Wechselstromerzeugerspannung
oder der benutzten, ihr proportionalen Spannung ausmacht.
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Statische Spannungsregler, bei welchen eine Gegenerregungswicklung
von einem Gleichrichter beliefert wird,. welcher in Reihe mit einer sättigbaren
Drossel geschaltet ist und der die Wechselstromspannung oder die benutzte, ihr proportionale
Spannung übermittelt wird, sind bereits in solcher Weise vorgeschlagen worden, daß
beim gewünschten Wert der Wechselstromerzeugerspannung die Drossel am Knie ihrer
Magnetisierungskurve arbeitet, zu dem Zweck, die Änderungen der Permeabilität auszunutzen,
wenn die Wechselstromerzeugerspannung abfällt, um die Drossel auf den steilen Teil
ihrer Magnetisierungskurve unterhalb des Knies zu bringen oder, wenn sie steigt,
die Drossel auf den verhältnismäßig flach verlaufenden Teil der Kurve oberhalb des
Knies zu bringen. Es ist jedoch ersichtlich, daß, um diese Charakteristik vorteilhaft
ausnutzen zu können, der Regelbereich sehr klein gehalten werden muß ; es hat sich
daher als notwendig herausgestellt, die Gegenerregerwicklung über einen magnetischen
Verstärker zu speisen oder eine Verstärkermaschine als Erreger zu benutzen, um so
die Regelwirkung zu verstärken. Wenn j edoch die Drosselspule erfindungsgemäß weit
oberhalb des Knies der Magnetisierungskurve und gänzlich auf dem im wesentlichen
flachen Teil der Kurve arbeitet, dann kann offenbar der durch die Spule fließende
Strom über praktisch jeden beliebigen Bereich verändert werden, ohne daß sich der
Fluß in ihrem Kern oder die Spannung an ihren Klemmen wesentlich ändert.
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Solch ein Stromkreis, der eine Drosselspule gemäß der Erfindung aufweist,
nimmt eine Last bzw. Leistung mit sehr geringem Leistungsfaktor (cos 99)
auf, und zwecks Verbesserung des Leistungsfaktors wird es als vorteilhaft angesehen,
einen Korrekturkondensator parallel zum Stromkreis vorzusehen.
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Das Hauptfeld des Erregers kann entweder unmittelbar vom Erreger selbst
oder unabhängig gespeist werden, aber in jedem Fall ist es größer als das Gegenfeld,
so daß alle Änderungen des Gegenfeldes Veränderungen entgegengesetzten Vorzeichens
im resultierenden Feld des Erregers und damit in der Ausgangsspannung des Wechselstromerzeugers
hervorrufen. Die Erfindung soll nunmehr an Hand der sie beispielsweise wiedergebenden
Zeichnung ausführlicher erläutert werden, welche einen sehr einfachen Stromkreis
einer Spannungsregelanlage gemäß der Erfindung wiedergibt.
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Diese Zeichnung zeigt eine Regelanordnung, mit der die Ausgangsspannung
des Wechselstromerzeugers A innerhalb enger Grenzen über einen vollständigen Bereich
von Belastungsströmen gehalten werden kann. Die Feldwicklung F wird durch einen
Gleichstromerreger E erregt, welcher eine Hauptfeldwicklung EF und eine Gegenfeldwicklung
DF aufweist. Die Wicklung EF ist eine Nebenschlußwicklung, welche an die Ankerbürsten
B angeschaltet ist, während die Gegenwicklung DF von den Ausgangsklemmen eines Brückengleichrichters
R her gespeist wird. Der letztere ist in Reihe mit der Drosselspule L parallel an
die Ausgangsleitungen MN des Wechselstromerzeugers A gelegt, so daß
diese Anlageteile unter seiner Spannung stehen. Der Kondensator C liegt ebenfalls
im Nebenschluß an der Wechselstromnetzleitung MN und dient der Leistungsfaktorverbesserung.
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Die Drosselspule L ist so bemessen, daß dann, wenn der Wechselstromerzeuger
A eine Spannung der gewünschten Größe erzeugt, der Kern der Spule L voll gesättigt
ist, d. h. daß sie auf dem verhältnismäßig flachen Teil der Magnetisierungskurve
weit oberhalb des Knies arbeitet und selbst dann, wenn die Wechselstromerzeugerspannung
auf ihren niedrigsten Wert im Betrieb abfällt, der Kern der Spule L immer noch voll
gesättigt ist. Auf diese Weise bleibt, da der Fluß im Kern sich nicht merklich ändert,
die Spannung an der Spule L im wesentlichen konstant, wenn der Strom, der durch
die Spule fließt, eine Änderung erfährt. Die Spannung an der Spule ist so bemessen,
daß sie einen großen Teil der Wechselstromerzeugerspannung darstellt, so daß am
Gleichrichter R nur ein kleiner Teil der Wechselstromerzeugerspannung liegt. Daher
tritt eine kleine prozentuale Änderung der Wechselstromspannung praktisch insgesamt
am Gleichrichter R in Erscheinung und damit an der Gegenwicklung DF und kann zu
einem hohen Anteil der tatsächlichen Spannung an dieser Wicklung gemacht werden.
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Als rein erläuterndes Beispiel für eine. Frequenz von 5o Perioden
pro Sekunde kann dann, wenn die gewünschte Spannung des Wechselstromerzeugers A
240 Volt beträgt, die Drosselspule L so bemessen werden, daß eine gleichbleibende
Spannung von 235 Volt an ihren Klemmen in Erscheinung tritt. Um die gewünschte Wirkung
zu erzielen, kann vorteilhaft die Bemessung bzw. Ausbildung der Drosselspule L wie
folgt sein: Der Magnetkern wird aus Längen von Streifen aus entsprechend weicher
Eisenlegierung mit einer Breite von 25 mm und einer Dickenabmessung oder Schichtstärke
von o,2 mm hergestellt. Der Streifen wird so gewickelt, daß er zwei Ringe bildet,
von denen jeder etwa 25 mm breit bzw. hoch ist und einen Außendurchmesser von rund
130 mm und einen Innendurchmesser von 75 mm aufweist, so daß die radiale Tiefenabmessung
etwa 25 mm beträgt, wobei keine Spalte im magnetischen Kreis vorhanden sind. Die-
beiden Ringe werden Seite an Seite angeordnet, isoliert und mittels eines Bandes
miteinander ver-
Bunden. Die Wicklung besteht aus 630 Windungen
aus isoliertem Kupferdraht mit einem Durchmesser von 1,625 mm.