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Anordnung zur Regelung von Wechselstromgeneratoren Zur Regelung von
Wechselstromgeneratoren ist eine Anordnung bekannt, bei der der Erregerstromkreis
des Generators über einen Gleichrichter von einer Wechselspannung gespeist wird
und bei der in die Wechselstromseite des Gleichrichters Drosselspulen eingeschaltet
sind, die in Abhängigkeit von der zu regelnden Größe mit Gleichstrom vormagnetisiert
werden.
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Die Erfindung betrifft eine besonders vorteilhafte Weiterbildung einer
derartigen Anordnung. Erfindungsgemäß wird der Erregergleichrichter in an sich bekannter
Weise von der Summe zweier Ströme (Spannungen), von denen der eine lastabhängig
und der andere von der Belastung des Wechselstromgenerators im wesentlichen unabhängig
ist, gespeist, so daß ferner erfindungsgemäß die parallel oder in Reihe mit dem
Erregergleichrichter geschalteten Drosselspulen mit Hilfe ihrer Gleichstromvormagnetisierung
eine Regelung des Erregerstromes auch bei Kurzschluß.des Wechselstromgenerators
ermöglichen. Die Beeinflussung der Gleichstromvormagnetisierung an den Drosselspulen
kann beispielsweise durch einen Wälzregler erfolgen, der in den Stromkreis der Gleichstromvormagnetisierung
eingeschaltet wird. Man kann aber auch die Anordnung so treffen, daß ohne bewegliche
Kontakte eine Änderung der Größe der Vormagnetisierung erfolgt. Zu diesem Zweck
kann man beispielsweise einen Kippkreis anwenden und den Strom des Kippkreises gleichrichten
und der Vormagnetisierungswicklung der Drosselspule zuführen.
In
derZeichnung sind verschiedeneAusführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
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In Fig. i- ist an das Wechselstromnetz 2 ein Synchrongenerator i angeschlossen,
dessen Erregerwicklung mit 3 bezeichnet ist: Die Erreger-Wicklung wird über eine
Gleichrichteranordnung 4 gespeist, die im Ausführungsbeispiel aus -sechs Gleichrichtern
in Drehstrom-Graetz-Schaltung besteht. Als Gleichrichter können beispielsweise Trockengleichrichter,
wie Kupfer-Kupferoxyd-Gleichrichter, verwendet werden. Der Gleichrichteranordnung
wird die Summe zweier Spannungen zugeführt, von denen die eine von der Belastung
unabhängig und die andere proportional der Belastung ist. Zur Bildung der ersten
Komponente dient ein Transformator 5, der an die Netzspannung angeschlossen ist.
Zur Bildung der lastabhängigen Komponente dient ein Luftspalttransformator 6, der
in Reihe in der Leitung liegt. Die Sekundärwicklungen der beiden Transformatoren
sind in Reihe geschaltet und speisen die Gleichrichteranordnung 4.
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Um die Spannung genau konstant zu halten, ist erfindungsgemäß in Reihe
mit der Gleichrichteranordnung 4 die Wechselstromwicklung einer Drosselspule 7 geschaltet.
Die Wechselstromwicklungen dieser Drosselspule sind mit 8 bezeichnet. Die Drosselspule
7 kann, wie im Ausführungsbeispiel schematisch dargestellt, aus sechs Einphasendrosseln
bestehen. Es könnte aber auch z. B. eine sechsschenklige Drehstromdrossel Anwendung
finden. Je zwei Wechselstromwicklungen der Drosselspule liegen parallel in einer
Phasenleitung. Die Drosselspule besitzt zwei Gleichstromwicklungen 9 und i o, die
so geschaltet sind, daß in je zwei Einzeldrosselspulen, die in einer Phase liegen,
bzw. in zwei zu einer Phase gehörigen Schenkeln der Dreiphasendrosselspule die Gleichflüsse
entgegengesetzte Richtung besitzen, um in an sich bekannter Weise von dem Gleichstromkreis
den Strom der Grundwelle fernzuhalten. Die Wicklung 9 wird vom gleichgerichteten
Strom der Gleichrichteranordnung 4 gespeist, während die `Wicklung fo den Gleichstromsteuerstrom
erhält, der über eine kippfähige Anordnung aus der Netzspanneng so gewonnen wird,
daß er bei geringen Änderungen der Netzspannung sich sehr stark ändert. Die vom
gleichgerichteten Strom erregte Wicklung 9 hat den Vorteil, daß nur noch eine geringe
Steuerleistung von dem Kippkreis zu liefern ist, damit die Spannung genau konstant
gehalten werden kann. Man könnte die Wicklung g auch von der Erregerspannung oder
der gleichgerichteten Spannung der Drossel 6 erregen.
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Im Ausführungsbeispiel besteht der kippfähige Kreis aus einer eisenhaltigen
Drosselspule 13, zu der in Reihe ein Kondensator i i und ein ohmscher Widerstand
12 geschaltet ist. Dieser kippfähige Kreis ist über die Drosselspule 18 und den
ohmschen Widerstand 14, deren Bedeutung später erläutert werden wird, an die Sekundärwicklung
eines von der Primärspannung erregten Transformators 15 angeschlossen. Parallel
zur eisenhaltigen Drosselspule 13 liegt ein Kondensator 16, der dazu dient, den
Strom der Drosselspule im ungesättigten Gebiet zu kompensieren. Der Gesamtstrom
des kippfähigen Kreises wird über die Gleichrichteranordnung 17 gleichgerichtet
und der Steuerwicklung io zugeführt. Der Kondensator ii und der ohmsche Widerstand
12 werden so bemessen, daß im Arbeitsbereich bei einer geringen Änderung der Netzspannung
eine große Änderung des Stromes erfolgt. In Fig. 2 ist die Charakteristik des kippfähigen
Kreises dargestellt. Sie zeigt, daß in dem Arbeitsbereich zwischen den Punkten A-B
bei einer geringen Zunahme der Netzspannung der der Wicklung@io zugeführte Gleichstrom
sehr stark ansteigt. Die Wicklung 9 und die Wicklung io sind so geschaltet, daß
sie einander entgegenwirken, und die Wicklung 9 ist so gewählt, daß Selbsterregung
eintritt, d. h. daß bei alleinigem Vorhandensein der Wicklung 9 der Erregerstrom
so lange zunehmen würde, bis er durch die ohmschen Verluste usw. begrenzt würde.
Die Wicklung io wirkt nun der Wicklung c) entgegen, und da die Wicklung io bei steigender
Spannung einen stark zunehmenden Gleichstrom liefert, so wird die Gesamtvormagnetisderung
der Drosselspule 7 mit zunehmender Spannung kleiner. Damit steigt der Widerstand
der Drosselspule und der Erregerstrom nimmt ab. Die Folge davon ist, daß die Spannung
des Generators sinkt. Statt derb Gesamtstrom des kippfähigen Kreises gleichzurichten,
könnte man auch die Spannung am Kondensator i i gleichrichten und von dieser Spannung
die Wicklung io speisen. Es ist nicht unbedingt erforderlich, daß ein besonderer
ohmscher Widerstand 12 vorgesehen wird, sondern in vielen Fällen genügt auch der
Verlustwiderstand der Gleichrichter und, der Wicklung io, doch ist die Verwendung
eines regelbaren Widerstandes 12 zur richtigen Einstellung der Charakteristik im
Arbeitsbereich zweckmäßig.
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Ändert sich die Belastung des Generators, so ändert sich die vom Transformator
6 gelieferte Spannung in der Weise, daß bei Erhöhung der Belastung der Erregerstrom
verstärkt und bei Verringerung der Belastung geschwächt wird. Ändert sich die Spannung
des Generators, so ändert sich der vom kippfähigen Kreis gelieferte Vormagnetisierungsstrom,
wodurch die Induktivität der Drosselspule 6 so geändert wird, daß der Erregerstrom
den Wert erhält, daß die Netzspannung konstant bleibt.
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Wie bereits erwähnt, ist der kippfähige Kreis über einen ohmschen
Widerstand 14 und eine Induktivität 18 an die Sekundärwicklung des Transformators
15 angeschlossen. Die Reihenschaltung aus dem ohmschen Widerstand 14 und der Induktivität
18 liegt an einem Stromwandler i9, der an die Phase angeschlossen ist, an welche
der Transformator 15 nicht angeschlossen ist. Man erhält so die für das Parallelarbeiten
mit anderen Generatoren übliche Kompoundierung, so daß bei konstanter Netzspannung
die Generatorleistung auf konstanten cos (p geregelt wird.
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Statt die Drosselspule 7 in Reihe zur Gleichrichteranordnung
,¢
zu schalten, könnte man sie auch parallel zu dieser legen. Man muß dann nur dafür
Sorge tragen, daß bei steigender Netzspannung dieGesamtvormagnetisierung der Drosselspule
vergrößert wird.
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Statt des in der Figur dargestellten Kippkreises könnten auch andere
Kippkreise Anwendung finden. So zeigt z. B. Fig. 3 einen Kippkreis, der aus einer
eisenhaltigen Drosselspule 13 und einem Kondensator 21 und einem ohmschen Vorschaltwiderstand
2o besteht. Zum Unterschied von der Anordnung nach Fig. i wird der Kondensator 21
so bemessen, daß in einem gewissen Strombereich sein Strom größer als der Drosselstrom
ist, so daß der aufgenommene Strom in einem gewissen Spannungsbereich kapazitiv
ist. Der ohmsche Widerstand 2o wird so bemessen, daß im Arbeitspunkt A eine horizontale
Wendetangente entsteht, wie es in Fig.4 dargestellt ist. Man arbeitet hier in dem
links von der Ordinatenachse liegenden Teil der Charakteristik. Bei einer kleinen
Spannungserhöhung nimmt der Strom sehr schnell ab. Würde man daher die Anordnung
bei der in Fig. i dargestellten Schaltung verwenden, so würde man die Wicklung 9
so schalten, daß sie im gleichen Sinn wie die Wicklung io wirkt und keine Selbsterregung
eintritt, oder die Wicklung 9 weglassen. Es würde sich dann ergeben, daß in gewünschter
Weise bei steigender Netzspannung die . Gesamtvormagnetisierung abnimmt, dagegen
bei sinkender Netzspannung zunimmt. Statt eines ohmschen Vorschaltwiderstandes kann
man auch einen kapazitiven Vorschaltwiderstand verwenden, und dann je nach Wahl
des Vorschaltkondensators den Arbeitspunkt mit horizontaler Tangente rechts oder
links von der Ordinatenachse legen. Es kann bei dieser Anordnung nur der links vom
Maximum liegende Bereich ausgenutzt werden.
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Statt eines ohmschen oder kapazitiven Vorschaltwiderstandes kann man
auch die Parallel- oder Reihenschaltung aus einem ohmschen und einem kapazitiven
Vorschaltwiderstand vorsehen. Man kann dann eine horizontale Wendetangente auch
beim Strom Null erhalten. Man kann sowohl in dem Bereich arbeiten, in dem bei zunehmender
Spannung der Strom abnimmt, als auch in dem Bereich, in dem bei zunehmender Spannung
der Strom zunimmt. In Fig.5 ist ein solcher Resonanzkreis dargestellt, welcher aus
der eisenhaltigen Drossel 13, dem Parallelkondensator 21, dem ohmschen Widerstand
2o und dem kapazitiven Vorschaltwiderstand 22 besteht. Bei der Anordnung nach Fig.
5 liegt noch in Reihe mit dem Kondensator 21 eine kleine Drosselspule
2,3, die mit dem Kondensator auf die dritte Oberwelle abgestimmt ist. Man
kann auch die Anordnung z. B. so treffen, daß der Kondensator 22 nur in Reihe zur
Drosselspule 13 geschaltet ist.
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In Fig.6 ist ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
i ist wieder der Generator, der auf das Netz 2 arbeitet. Zum Unterschied von der
Anordnung nach Fig. i besitzt der Generator eine besondere Erregermaschine 30, deren
Erregerwicklung 31 über die Gleichrichteranordnung 32 gespeist wird. Dem Gleichrichtertransformator
33 werden zwei Ströme primär zugeführt, einmal der Belastungsstrom des Generators
und einmal der Strom der an das Netz angeschlossenen Drosselspule 34.
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In Reihe zur Gleichrichteranordnung 32- liegt eine Drosselspule 35,
welche eine Gleichstromwicklung besitzt, die von der Differenz zweier Ströme so
erregt wird, daß bei steigender Netzspannung die Vormagnetisierung abnimmt. Zu diesem
Zweck ist ein Resonanzkreis aus dem Kondensator 36 und der eisenhaltigen Drossel
37 vorgesehen, dessen Strom über die Gleichrichteranordnung 38 gleichgerichtet
wird. Ferner ist ein Kondensator 39 vorgesehen, dessen Strom über die Gleichrichteranordnung
40 gleichgerichtet wird. Sowohl der Kippkreis als auch der Kondensator 39 sind über
den Transformator 43 an den an das Netz angeschlossenen Transformator 44 angeschlossen.
Die beiden Gleichrichteranordnungen sind über einen Widerstand 41 miteinander verbunden
und speisen in Differenzschaltung die Wicklung 47. Die Bemessung wird so getroffen,
wie in Fig.7 dargestellt, bei w elcher ,durch die Kurve a der .Zusammenhang zwischen
Netzspannung undResonanzkreisstrom, d urch die Kurve b der Zusammenhang zwischen
Netzspannung und Kondensatorstrom dargestellt i,st. Wird in dem schraffiert dargestellten
Bereich gearbeitet, so nimmt bei zunehmender Netzspannung der durch die Wicklung
47 fließende Strom ab. Dadurch wird die gewünschte Regelung erzielt. Da der Gleichrichter
38 durch die Gleichrichteranordnung 4o kurzgeschlossen wird, wird eine Umkehr des
Vorzeichens der Stromdifferenz in der Wicklung 47 verhindert. Da jedoch der Gleichrichter
40 noch einen endlichen Durchlaßwiderstand besitzt, ist noch ein Gleichrichter 42
vorgesehen, so daß in der Gleichstromwicklung der Drosselspule 35 nur dann Strom
fließen kann, -,wenn der Strom des Gleichrichters 4o größer als der der Gleichrichteranordnung
38 ist.
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Man könnte der Drosselspule 35 noch eine weitere Gleichstromwicklung
geben, die vom gleichgerichteten Strom des Gleichrichters 32 oder von der Erregerspannung
erregt wird und im gleichen Sinn wirkt wie die dargestellte Gleichstromwicklung.
Die vom gleichgerichteten Strom bzw. der Spannung erregte Wicklung wird so bemessen,
daß keine Selbsterregung der Drossel eintritt.
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Im Ausführungsbeispiel ist die Primärwicklung des Transformators 43
nicht unmittelbar an die Sekundärwicklung des Transformators 44 angeschlossen, sondern
über einen Spannungsteiler, bestehend aus der Drosselspule 48, dem Kondensator 45
und dem ohmschen Widerstand 46, um die Frequenzabhängigkeit auszugleichen. Dieser
Spannungsteiler wirkt in der Weise, daß die dem Kondensator 39 und dem Kippkreis
zugeführte Spannung mit steigender Frequenz in gewünschter Weise zunimmt. Man könnte
aber noch andere Schaltungen zur Frequenzkompensation anwenden.
Auch
bei der Schaltung nach Fig. i und auch bei Anwendung anderer kippfähiger Kreise
zur Steuerung kann eineFrequenzkompensationdurchgeführt werden.