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Anordnung zur Selbsterregung von Synchronmaschinen über Gleichrichter
Es ist bekannt, Synchrongeneratoren dadurch selbst zu erregen, daß die Erregerwicklung.über
einen Gleichrichter an die Generatorspannung gelegt wird. Dies bedeutet einerseits
eine Vereinfachung, da eine besondere Erregermaschine fortfällt, bringt andererseits
aber die Schwierigkeit mit sich, daB die am Erregerkreis liegende Spannung.gegen
Ende und nach dem Selbsterregungsvorgang zu hohe Werte annimmt.
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Gegenstand der Erfindung ist eine Anordnung, die die Erregerspannung
auf einen gewünschten Wert begrenzt. Die Lösung besteht darin, daß in den Erregerkreis
ein nicht linearer Spannungsteiler eingefügt ist. im Sinne der Stabilisierung der
Erregerspannung und damit der Generatorspannung.
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Zur weiteren Erläuterung wird auf die Zeichnung Bezug genommen; es
zeigt Fig. I ein Schaltschema der Erregeranordnung eines Ausführungsbeispieles,
Fig. 2 eine schematische Darstellung der Anordnung bei zusätzlicher Verwendung eines
Spannungsreglers.
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Gemäß Fig. I sind an die Ständerwicklung I des Synchrongenerators
die Phasenleiter R, S und T angeschlossen. Durch die Leitungen 3 und 5 ist über
einen Schalter 4.d der Spannungsteiler Ll-L2 und parallel dazu die Primärwicklung
des hier in
Sparschaltung ausgeführten Transformators "6 mit den
Phasen.S und T verbunden. Der Spannungsteiler Li- L2 besteht aus der Reihenschaltung
einer Luftspaltdrossel L1 und einer Ringkerndrossel L2. Während die Luftspaltdrossel
L1 einen konstanten Wechselstromwiderstand besitzt, ist der Widerstand der Ringkerndrossel
L2 von- der Eisensättigung abhängig; er wird mit steigender Sättigung kleiner. Die
Größe der Drosseln. L1, L2 wird so gewählt, daß die Luftspaltdrossel L1 bei geringer
am Spannungsteiler liegender Spannung, wie z. B. .der Remanenzspannung bei Einleitung
des Erregungsvorganges, einen kleineren Wechselstromwiderstand besitzt als die Ringkerndrossel
L2, bei höheren Spannungen aber, wie sie im stationären Betrieb an den Klemmen des
Generators auftreten, der Wechselstromwiderstand der Ringkerndrossel L2 wesentlich
kleiner als der der Luftspaltdrossel L1 ist. An die gemeinsame Klemme 7 der beiden
Drosseln und 'an die Leitung 5 sind die Eingangsklemmen des in Brückenschaltung
aufgebauten Gleichrichters 8 angeschlossen. Die Leitungen 9a und 9b verbinden die
Erregerwicklung 2 des Synchrongenerators mit den Ausgangsklemmen des Gleichrichters
B. Die Klemme 7 ist über einen einstellbaren Widerstand IO und einen Schalter 4b
mit dem Sekundärabgriff des Transformators 6 leitend verbunden.
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Da die Leerlauferregerspannung, die nur durch den Kupferwiderstand
der Erregerwicklung. und den Durchlaßwiderstand des Gleichrichters bestimmt wird,
nur einen Bruchteil der Generatorspannung darstellt, muß der größte Teil der vom
Generator im stationären Betrieb gelieferten Spannung an der Luftspaltdrossel abfallen.
Die hierdurch in der Luftspaltdrossel L1 hervorgerufene Verlustblindleistung ist
für Dauerbetrieb -unerwünscht, da sie die Belastbarkeit des Generators vermindert.
Deshalb wird im stationären: Betrieb der Gleichrichter über einen Transformator
gespeist. Dieser bewirkt, daß der Erregerkreiswiderstand im Quadrat des Übersetzungsverhältnisses
auf die Oberspannungsseite übersetzt wird, so daß proportional dem Übersetzungsverhältnis
die Belastung des Generators durch die Erregereinrichtung verkleinert wird. Die
Belastung des Generators durch -die Erregungseinrichtung wird nahezu auf die Leerlauferregerleistung
verkleinert. Der Widerstand Io dient zur genauen Sollwerteinstellung der Generatorspannung,
entsprechend dem Nebenschlußregler beim Gleichstromgenerator. Damit die Umschaltung
des Gleichrichters auf die Sekundärabgriffe des Transformators ohne Unterbrechung
des Erregerstromes hergestellt werden kann, sind die Schalter 4a und 4b in folgender
Zwangsläufigkeit miteinander gekoppelt. Schalter 4a Schalter 4b Schaltstellung I
...... geschlossen offen Schaltstellung II ..... geschlossen geschlossen Schaltstellung
III ...... offen geschlossen In Stellung I liegt die Drossel L1 an Spannung, und
es erfolgt die Erregung. Nach erfolgter Auferregung werden beide Schalter über Stellung
II in Stellung III gebracht. In Schaltstellung II liegen an L2 die Sekundärabgriffe
des Transformators. Da aber die Sekundärspannung des Transformators gleich der an
den Abgriffen des Spannungsteilers ist, fließt über den Schalter 4b, bedingt durch
den Phasenunterschied zwischen. der Spannung an den Abgriffen des Spannungsteilers
und der Sekundärspannung des Transformators, nur ein kleiner Ausgleichsstrom, der
die Erregungseinrichtung in ihrer Wirkungsweise nicht beeinträchtigt: In der Schaltstellung
III wird schließlich die Luftspaltdrossel L1 von der Phase S abgeschaltet, und die
Erregung erfolgt über den Transformator. Die Schaltstellung II ist notwendig, um
eine wenn auch kurzzeitige Unterbrechung des Erregerkreises zu vermeiden, die eine
sofortige Entregung des Generators verursacht. Der nicht lineare Spannungsteiler
kann auch aus anderen konstanten und spannungsabhängigen Widerständen aufgebaut
werden.
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Zur Konstanthaltung der Spannung des Synchrongenerators bei wechselnder
Belastung ist eine zweite Erregerwicklung vorgesehen, die die über die Leerlauferregung
hinausgehende Lasterregung liefert.
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Mit II sind in Fig. 2 zwei Erregerwicklungen des Synchrongenerators
dargestellt. Die Leitungen I2a und 13a führen von je einem Ende der Erregerwicklungen
II zu den Schleifringen I2, 13. Durch die Leitungen 14.4 werden die beiden. übrigen
Enden der Erregerwicklungen gemeinsam mit dem Schleifring-14 verbunden. Der Schleifring
I2 ist über den Leiter I5 an die Erregungseinrichtung angeschlossen. Vom Schleifring
14 führt-ein Leiter 16 zur Erregungseinrichtung 18 und der Regleranordnung I9. Durch
die Leitung 17 wird eine elektrische Verbindung zwischen dem Schleifring I3 und
.der Regleranordnung I9 hergestellt. Die Leiter 2Oa und 2ob schließen die Erregungseinrichtung
I8 und die Regleranordnung I9 an die Phasenleiter S und T an. Die Regleranordnung
I9 übernimmt bei Lastschwankungen und im Dauerbetrieb die Differenz zwischen Lasterregerleistung
und Leerlauferregerleistung. Es kann bei dem Spannungsregler für die Regleranördnung
ein Magnetverstärker, ein Wälzregler oder irgendein anderes Regelorgan verwendet
werden. Zweckmäßigerweise werden zwei Enden der Erregerwicklung zusammengelegt-'
und an einen, gemeinsauren dritten Schleifring geführt, da man so mit nur drei Schleifringen
gegenüber sonst benötigten vier auskommt.
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Kurz zusammengefaßt, ist die Wirkungsweise der vorher beschriebenen
Anordnung folgende: Die beim Anlauf des Synchrongenerators vorhandene Remanenzspannung
liegt mit ihrem größeren Anteil an der noch nicht im Sättigungsgebiet arbeitenden
Ringkerndrossel und speist über den Gleichrichter die Erregerwicklung. Nach Einstellen
des stationären Betriebes oder bei Spannungsschwankungen liegt der größte Teil der
nun auftretenden höheren Spannung an der Luftspaltdrossel, da der Wechsel-
Stromwiderstand
der Ringkerndrossel wesentlich kleiner als der der Luftspaltdrossel geworden ist.
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Zur Vermeidung größerer Verluste in der Luftspaltdrossel im stationären
Betrieb wird diese mittels der Schalter von ihrem Speisepunkt getrennt und gleichzeitig
ohne Spannungsunterbrechung die Sekundärabgriffe des Transformators an den Eingangskreis
des Gleichrichters gelegt. Sowohl beim Erregungsvorgang wie auch im stationären
Betrieb bewirkt die Ringkerndrossel einen eindeutigen Schnittpunkt zwischen Generator-
und Widerstandskennlinie. Die Erweiterung der Anordnung sieht zwei Erregerwicklungen
vor, von denen die eine der Erregungsanordnung und die andere einer Regelanordnung
zugeordnet ist, die die Differenz zwischen Leerlauf- und Lasterregungsleistung übernimmt.