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Anordnung zur Regelung von Betriebsgrößen von Synchronmaschinen Bei
den heute überwiegend gebräuchlichen Schnellreglern treten häufig Schwierigkeiten
auf, die durch die Verwendung mechanischer Kontakte begründet sind. Es wurde daher
schon versucht, die mechanischen Kontakte durch rein elektrische Unterbrechungseinrichtungen
zu ersetzen. So hat z. B. M e y e r in der ETZ, 192 r, Heft 26, solche Anordnungen
für Steuerungszwecke angegeben. Ferner ist eine derartige Schaltung für Generatoren
mit besonderer Erregermaschine bekannt, bei der die Steuerung des Gasentladungsapparates,
der parallel zum Regelwiderstand der Feldwicklung der Erregermaschine liegt, durch
einen Steuermagneten erfolgt. Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Regelung
von Betriebsgrößen von Synchronmaschinen mit besonderer Erregermaschine. Die Speisung
der Erregerwicklung von Synchronmaschinen durch eine besondere Erregermaschine,
z. B. einen Wechselstromgenerator in Verbindung mit einem gittergesteuerten Gleichrichter,
weist folgende Nachteile auf: Es ist an der Erregermaschine neben den gewöhnlichen
Schleifringen noch ein Kollektor zur Gleichstromentnahme für die eigene Feldwicklung
vorzusehen. Die Gittersteuerung des Gleichrichters bringt es mit sich, daß das Feld
der Hauptmaschine starke Pulsationen aufweist.
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Gemäß der Erfindung werden zur Erregung von Synchronmaschinen kondensatorerregte
Asynchrongeneratoren über ungesteuerte Gleichrichter ver-
«-endet,
wobei die Erregerspannung der Asynchrongerieratoren über gleichstrommagnetisierte
Drosseln eingestellt wird. Als Schaltvorgang für den Vormagnetisierungskreis sind
gemäß der Erfindung gittergesteuerte Dampf- oder Gasentladungsgefäße vorgesehen,
deren Steuerung von einer durch die zu regelnden Größen beeinflußten Elektronenröhre
erfolgt.
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Ein Ausführungsbeispiel -der Erfindung ist in Abb. i dargestellt.
Die Feldwicklung i des Synchrongenerators z wird von dem kondensatorerregten Asynchrongenerator
3 über den ungesteuerten Gleichrichter q. gespeist. Der Asynchrongenerator wird
seinerseits durch die Kondensatoren 5 erregt. Parallel zu den Kondensatoren liegt
die Steuerdrossel 6, deren Vormagnetisierungswicklung 7 über die gittergesteuerten
Dampf- oder Gasentladungsgefäße 8 an die Sekundärwicklung eines Transformators 9
geschaltet ist. Seine Primärwicklung kann an den Asy nchrongenerator bzw. an den
Hauptgenerator bzw. an ein Fremdnetz angeschlossen sein. Die Gitter der Entladungsgefäße
8 sind über Schutzwiderstände, die Vorspannung Ei und den Widerstand io an die gemeinsame
Kathode dei Entladungsgefäße gelegt. Der Widerstand io ist in den Anodenkreis der
Elektronenröhre i i geschaltet. Die Anodenspannung der Elektronenröhre soll proportional
der zu regelnden Größe gewählt werden. Die gezeichneten Abgriffe können also im
Falle der Spannungsregelung eines Synchrongenerators über einen Gleichrichter an
seine Klemmenspannung angeschlossen sein. Das Gitter der Elektronenröhre wird durch
die Vorspannung E", und die Erregerspannung E des Hauptgenerators beeinflußt.
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Bevor auf die Wirkungsweise der Einrichtung nach Abb. i eingegangen
wird, soll noch kurz die Arbeitsweise sämtlicher Entladungsgefäße an Hand von "IM.
a und 3 erläutert werden. In Abb. a sind die Anodenspannungen der Dampf-
oder Gasentladungsgefäße dargestellt. Ihre Zündkennlinie möge der Einfachheit halber
mit der Abszisse der Abb. 2 zusammenfallen. In Abb. z ist ferner übereinstimmend
mit Abb. i Ei die negative Gittervorspannung der Entladungsgefäße und e der positive
Spannungsabfall am Widerstand io im Anodenkreis der Elektronenröhre. Dieser Spannungsabfall
ist also proportional dem Anodenstrom der Elektronenröhre. In Abb. 3 sind die Kennlinien
i" = f (eg) der Elektronenröhre schematisch dargestellt. Parameter ist die
Anodenspannung ii, die proportional der zu regelnden Größe, also der Klemmenspannung
des Hauptgenerators, angenommen wird. Die Gitterspannung eg setzt sich aus der negativen
Vorspannung EZ und der Erregerspannung F_ des Hauptgenerators zusammen.
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Zur Erläuterung der Wirkungsweise sei zunächst die Klemmenspannung
des Hauptgenerators und damit die Anodenspannung der Elektronenröhre als konstant
angenommen. Die Anodenspannung möge, wie in Abb. 3 dargestellt, etwa 9o Volt betragen.
Die Vorspannung E., des Gitters und die Erregerspannung E mögen ebenfalls die gezeichnete
Größe haben. Es fließt dann der in Abb.3 angedeutete Anodenstrom ia, und es stellt
sich am Widerstand io eine Spannung e ein, bei der die Entladungsgefäße gezündet
sind. Die Steuerdrossel wird vormagnetisiert und wirkt im Sinne einer Verkleinerung
der Erregerspannung F_. -Mit E sinkt der Anodenstrom i" bzw. die Spannung e am Widerstand
io so lange, bis die Entladungsgefäße gelöscht sind. Während der Löschperiode wird
die Steuerdrossel entmagnetisiert, die Erregerspannung F_ steigt, die Entladungsgefäße
zünden von neuem, und das Spiel wiederholt sich.
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Der Wert, um den die Erregerspannung E im stationären Betrieb tirrilartig
pendelt, ist festgelegt durch den Wert der Spannung e am Widerstand io bzw. durch
den Anodenstrom i", bei dem die Entladungsgefäße gerade zünden. Sinkt nun die Klemmenspannung
des Hauptgenerators und damit die Anodenspannung der Elektronenröhre infolge Belastung
ab, so wird sich nach Abb. 3 ein erhöhter Wert der Erregerspannung einstellen. Die
Regeleinrichtung läßt sich gemäß einer Weiterbildung des Erfindungsgedankens dadurch
vereinfachen und hinsichtlich der Schnelligkeit der Regelung verbessern, daß als
Spannungsquelle für die Vormagnetisierungswicklung eine Gleichspannung verwendet
wird. Ferner wird die Regeleinrichtung empfindlicher und kleiner, wenn man die Klemmenspannung
des Hauptgenerators nicht als Anodenspannung der Elektronenröhre aufdrückt, sondern
dieselbe in den Gitterkreis dieser Röhre einfügt. Die sich mit diesen Änderungen
ergebende Schaltung ist in Abb. 4 angegeben. Die Vormagnetisierungswicklung 7 wird
mit Hilfe der beiden Entladungsgefäße 8 und 9, die, wie schon erwähnt, an eine fremde
Gleichspannungsquelle gelegt sind, ein- und ausgeschaltet. Die Entladungsgefäße
erhalten ihre Steuerimpulse durch die Spannungen ei und e2, die an den Widerständen
io und i i abgegriffen werden. Diese beiden. Widerstände liegen im Anodenkreis der
Elektronenröhre 1z, die von der Spannung an der Feldwicklung der Hauptmaschine gespeist
wird und deren Gitter über einen Spannungsteiler 13 eine der Erregerspannung der
Hauptmaschine proportionale Spannung ei und mittels des Widerstandes 14 eine dem
Hauptgenerator proportionale Spannung Uo aufgedrückt wird. Die Gitter aller Entladungsstrecken
werden durch Vorspannungen Ei. E, und E3, die in der Abb.:I durch Batterien gekennzeichnet
sind, auf den für den Betrieb erforderlichen Wert gebracht.
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Die Arbeitsweise der Anordnung ist folgende: Es sei zunächst angenommen,
daß die Klemmenspannung des Hauptgenerators und damit die Spannung UG konstant ist.
Im betrachteten Augenblick sei nun die Röhre 8 eingeschaltet; dann wird durch die
Vormagnetisierungswicklung die Spannung des Asynchrongenerators und damit auch die
Erregerspannung der Hauptmaschine und die Gitterspannung ej der Elektronenröhre
verringert. Der Anodenstrom und damit die Spannungen ei und e. werden ebenfalls
kleiner, d. h. infolge der Gegenschaltung der Spannungen Ei und E2 wird die Gittersgannung
der Entladungsgefäße 8 negativ
und die des Gefäßes 9 positiv. Letztere
Entladungsstrecke wird somit zünden und mit Hilfe des Löschkondensators 15 die Entladungsstrecke
8 löschen. Dabei ist es unter Umständen notwendig, daß sich die magnetische Energie
der Vormagnetisierungswicklung über eine Entladungsstrecke mit eindeutiger Stromdurchlaßrichtung
16 entladen kann. Der Strom durch das Entladungsgefäß 9 wird durch den Schutzwiderstand
17 begrenzt. Mit der Abschaltung der Vormagnetisierungswicklung wird die Erregerspannung
der Hauptmaschine und die von ihr abhängigen Größen ej, e. und e2 steigen, das Entladungsgefäß
8 zünden und das Gefäß 9 löschen. Es ergibt sich also ebenfalls wie bei der Anordnung
nach Abb .i eine tirrilartige Regelung der Erregerspannung der Hauptmaschine um
einen Mittelwert, dessen Größe sich durch Eingriff in das Gitter der Elektronenröhre
verändern läßt. Dies wird benutzt, um die Spannung des Hauptgenerators mit der Regeleinrichtung
zu erfassen. Diese wird in dem Meßglied 18 gleichgerichtet und über den Widerstand
1q. als Spannung UG dem Gitter der Elektronenröhre aufgedrückt. Aus der Abb. 5,
die das Kennlinienbild der Elektronenröhre darstellt, ergibt sich, daß sich die
Summe der Spannungen UG + ej im stationären Betrieb nur um den kleineren Betrag
d e ändern kann, der solche Änderungen des Anodenstromes hervorruft, daß
die Entladungsgefäße 8 bzw. 9 zünden. Die Summe UG + ej ergibt also bei richtiger
Auslegung der Regeleinrichtung einen praktisch konstanten Wert U'. Nimmt z. B. infolge
Belastung der Synchronmaschine die Spannung UG auf UG ab, so wird sich nach Ablauf
des Regelvorganges ein neuer Wert ei' einstellen, so daß wieder UG -I-
e j
= U' ist. Um einen geringen Ungleichförmigkeitsgrad zu erhalten, ist es
vorteilhaft, ef gegenüber UG möglichst klein zu machen, so daß bei geringen prozentualen
Änderungen von UG sich bei konstanter Summe UG -I- ej = U' große prozentuale
Änderungen von ej ergeben. Beide Regelanordnungen arbeiten nach Art eines statischen
Reglers. Ihr Ungleichförmigkeits- und Unempfindlichkeitsgrad kann beliebig durch
Zwischenschaltung eines Gleichstromverstärkers herabgedrückt werden, und zwar bei
Abb. i zwischen die Erregerspannung und die Elektronenröhre, bei Abb.4 zwischen
das Meßglied 18 und den Widerstand 1q.. Bei beiden Regelanordnungen kann eine astatische
Regelung durch geeignete Schaltmittel erreicht werden.