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Einrichtung zur Regelung von Synchronmaschinen In einer bekannten
Schaltung zur Schnell- und Stoßerregung von Synchronmaschinen erzwingt eine die
Bezeichnung Stromschaltungsvektor führende Größe k1 J + jk2 Ja, bei
der k1 und k2 reelle Konstanten, J den Maschinenstrom, Ja einen der
Maschinenspannung U verhältigen Strom und j die imaginäre Zahl bedeuten, die Erregung
der Synchronmaschine.
Der Stromschaltungsvektor wird - dabei z. B. in einem Stromschaltungstransformator
gebildet, dessen'Sekundärwicklung in Reihe mit einem Ventil in die Haupterregerwicklung
der Synchronmaschine eingeschaltet ist. Es hat sich gezeigt, daß mit dieser bekannten
Schaltung bei allen Arten von Synchronmaschinen, insbesondere bei Maschinen mit
stark in der Phase schwankender Last, eine befriedigende Wirkung nicht immer erzielbar
ist. Dies trifft vor allem zu bei Mittelfrequenzgeneratoren und bei solchen Maschinen,
die in der Erregerwicklung oder im magnetischen Kreis verhältnismäßig schwach bemessen
sind, so daß nicht genügend trregungsreserven vorhanden sind, um eine einwandfreie
Regelung zu erreichen.
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Gemäß der Erfindung wird der Stromschaltungsvektor ebenfalls zu einer
schnellen Anpassung einer
Synchronmaschine an eine sich ändernde
Belastung benutzt. Die Erfindung besteht in einer Einrichtung zur Regelung von Synchronmaschinen,
insbesondere zur Spannungsregelung von Mittelfrequenzsynchrongeneratoren, bei der
der Einfluß des Stromschaltungsvektors jedoch nicht im Erregerkreis der Synchronmaschine
wirksam gemacht ist, sondern im Ankerkreis der Maschine. Als Stellglied der Regelung
dient ein Blindwiderstand, der vom Stromschaltungsvektor kJ -f- jk2 Ja gesteuert
wird.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der
Erfindung dargestellt. Es zeigt Fig. i eine Schaltung, bei der der steuerbare Blindwiderstandparallel
zuden Ankerklemmen derSynchronmaschine liegt; Fig.2 zeigt ein Zeigerbild des Stromschaltungsvektors,
Fig. 3 die Verhältnisse bei der Steuerung eines aus einem Schwingkreis bestehenden
Blindwiderstandes, Fig. 4 einen steuerbaren Blindwiderstand in Reihe mit den Klemmen
einer Synchronmaschine, Fig. 5 einen Einzelteil zu Fig. i in anderer Ausführung.
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In Fig. i treibt eine Kraftmaschine i einen Synchrongenerator 2 mit
der Ankerwicklung 3 an. Die Erregung der Synchronmaschine erfolgt durch eine an
den Klemmen 4 zugeführte Gleichspannung über den veränderbaren Widerstand 5, die
Schleifringe 6 und eine nicht dargestellte Erregerwicklung. An die Ankerklemmen
7 und 8 der Synchronmaschine 2 ist eine induktive Last 8 angeschlossen. Eine ohmsche
Last g und eine kapazitive Last =o sind ebenfalls dargestellt. Der Stromschaltungsvektor
k,1 -y- ikz Ja,
der in Fig. 2 als Zeigerbild dargestellt ist, wird durch den
Stromschaltungstransformator =i gebildet, und zwar erzeugt die in Reihe mit der
Generatorbelastung liegende Wicklung 12 den dem Strom J des Generators verhältigen
Summanden kJ und die Wicklung 13 mit der vorgeschalteten Induktivität
13' den der Genera#torspannung verhältigen Summanden jk2 Ja.
Diese
Summanden addieren sich vektoriell in der Sekundärwicklung 14, und über die Ventilanordnungi5
wird mit Hilfe der Steuerwicklung 16 die Vormagnetisierung und damit der induktive
Widerstand der mit dem Kondensator 17 einen Schwingkreis 22 bildenden Drosselspule
18 verändert. Der Schwingkreis, der parallel zu den Ankerklemrnen 7 und 8 des Synchrongenerators
liegt, ist so bemessen, daß je nach der Art der angeschalteten Verbraucher 8 bis
=o die Spannung an diesen sich selbsttätig im Sinne einer Kompoun-. dierung einregelt,
z. B. konstant regelt. Der Schwingkreis 22 hat je nach Größe des Stromschaltungsvektors
einen entsprechenden induktiven oder kapazitiven Blindwiderstand. Der Arbeitspunkt
der steuerbaren Drosselspule 18 bzw. des mit ihr gebildeten Schwingkreises 22 kann
durch eine Hilfssteuerwicklung i9 einstellbar sein, die an einer Gleichstromquelle
2o über einen veränderbaren Widerstand 21 angeschlossen ist.
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Die regelnde Beeinflussung des Synchrongenerators in Fig. i wirkt
sich wie eine Erregerstromänderung aus. Im Gegensatz zur Beeinflussung einer Synchronmaschine
durch den Erregerstrom in einer Erregerwicklung ergibt sich durch die Einrichtung
nach der Erfindung jedoch ein Vorteil dahingehend, daß sie auch bei Synchronmaschinen
wirksam ist, die einen verhältnismäßig gering dimensionierten Erregerkreis haben.
Es kann auch vorteilhaft sein, beide Arten der Maschinenbeeinflussung zugleich zu
verwenden, also eine selbsttätige Erregungsbeeinflussung imAnkerhreis gemäß der
Erfindung und eine selbsttätige Beeinflussung im Erregerkreis der Synchronmaschine.
Die Beeinflussung im Erregerkreis kann ebenfalls mit Hilfe des Stromschaltungsvektors
erfolgen. Vorteilhaft bewirkt die Beeinflussung im Ankerkreis durch den steuerbaren
Blindwiderstand den Hauptanteil der Regelung.
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In Fig. 3 ist die Wirkungsweise der Steuerung des Schwingkreises 22
(Fig. i) dargestellt. Mit U ist die Spannung des Generators 2 bezeichnet, die zugleich
die des Schwingkreises 22 ist. Bei großer Induktivität, d. h. bei kleinem Betrag
des gleichgerichteten Stromschaltungsvektors, überwiegt der kapazitive Widerstand
des Kondensators 17, so daß sich, wie das linke Zeigerbild zeigt, ein resultierender
kapazitiver Strom JR aus der Differenz des Kondensatorstromes ja und des
Drosselspulenstromes Jz ergibt. Im rechten Zeigerbild der Fig. 3 überwiegt der induktive
Strom Jz# der Drosselspule 18, die in diesem Fall einen kleinen induktiven Widerstand
hat, was bedeutet, daß ein großer Betrag des Stromschaltungsvektors wirksam ist.
Aus Ja - J'L ergibt sich der resultierende Widerstand J'R, der jetzt induktiven
Charakter hat. Die Die Ströme JR und J'R belasten und erregen den Generator 2 so,
daß die Spannung an der Last 8 trotz Schwankung derselben konstant bleibt. In Weiterbildung
der Erfindung kann zum Erzielen einer gewünschten Regelcharakteristik, beispielsweise
zum Ausgleich des Einflusses einer gekrümmten Magnetisierungskennlinie einer Synchronmaschine,
der Stromschaltungsvektor einer selbsttätigen Korrektur unterworfen werden. In dem
mit gestrichelten Leitungen gezeichneten Teil der Fig. i ist ein Beispiel für eine
derartige selbsttätige Korrektur dargestellt. Parallel zur Sekundärwicklung 14 des
zur Bildung des Stromschaltungsvektors vorgesehenen Stromschaltungstransformators
=i ist in Reihe mit einem Widerstand 23 eine durch Gleichstromvormagnetisierung
steuerbare Drosselspule 24 vorgesehen. Die Gleichstromvormagnetisierung erfolgt
durch die Wicklung 25 von einer Ventilanordnung 26, die in Reihe mit einem aus dem
Kondensator 27 und der Drosselspule 28 gebildeten Schwingkreis an die Ankerklemmen
7 und 8 des Synchrongenerators 2 angeschlossen ist. Zur Erzielung eines steilen
Einflusses der Korrektur des Stromschaltungsvektors wird als Drosselspule 28 des
Reihenschwingkreises vorteilhaft eine etwa beim Regelsollwert gesättigte Drosselspule
verwendet.
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Anstatt beide Summanden des Stromschaltungsvektors bei der selbsttätigen
Korrektur zu verändern, kann es gegebenenfalls zweckmäßig sein, nur einen Summanden
des Stromschaltungsvektors zu verändern. Eine gleichzeitige Beeinflussung beider
Summanden erscheint vorteilhaft, wenn zur Bildung des Stromschaltungsvektors ein
Stromschaltungstransformator verwendet wird. Durch einen Eingriff in das Übersetzungsverhältnis
der
Sekundärwicklung des Stromschaltungstransformators werden zwangsläufig beide Summanden
umfaßt. Die in Fig. i dargestellte Beeinflussung der Sekundärwicklung 14 des Stromschaltungstransformators
ii kann auch als Änderung des Übersetzungsverhältnisses des Stromschaltungstransformators
ii aufgefaßt werden. Statt dieser scheinbaren Änderung kann das Übersetzungsverhältnis
auch wirklich geändert werden, beispielsweise durch ein gesteuertes Umschalten auf
verschiedene Anzapfungen der Sekundärwicklung 1q..
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Wird der Stromschaltungsvektor nicht in einem Stromschaltungstransformator,
also durch vektorielle Überlagerung der von den beiden Summanden herrührenden magnetischen
Flüsse, sondern durch direkte galvanische Überlagerung der beiden Summanden erzeugt,
so können zum Erzielen einer gewünschten Regelcharakteristik ebenfalls beide Summanden
oder auch nur einer der selbsttätigenKorrektur unterworfen werden. Die in Fig. i
dargestellte Drosselspule 13' kann beispielsweise als steuerbare Drosselspule nach
Art eines Magnetverstärkers ausgebildet sein. Es kann also, wenn in Fig. i der Stromschaltungstransformator
ii nicht verwendet wird und der Stromschaltungsvektor galvanisch,., gebildet wird,
die VormagnetisierungsWicklung 25 zur Veränderung des induktiven Widerstandes der
Drosselspule 1¢ im Sinne einer Korrektur des Stromschaltungsvektors benutzt werden.
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Die Einrichtung nach der Erfindung ist nicht auf das dargestellte
Ausführungsbeispiel beschränkt. An Stelle des parallel zu den Ankerklemmen 7 und
8 liegenden Schwingkreises 22 kann der Schwingkreis 22, wie Fig. q. zeigt, auch
in Reihe mit den Ankerklemmen der Maschine, also in dessen Laststromkreis, liegen.
An Stelle eines Schwingkreises kann ein beliebiger anderer steuerbarer kapazitiver
oder auch induktiver Blindwiderstand dienen je nach den Erfordernissen der Regelung.
Die Steuerung kann außer durch unmittelbare elektrische Beeinflussung des Blindwiderstandes,
wie dies bei der vormagnetisierten Drosselspule 18 (Fig. i) der Fall ist, auch durch
eine elektrischmechanische Steuerung bewirkt werden, beispielsweise indem in Abhängigkeit
vom Stromschaltungsvektor die Kapazität eines Kondensators oder die Induktivität
einer Drosselspule durch eine mechanisch arbeitende Anordnung verändert wird.
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Als steuerbare Drosselspule 18 kann außer der dargestellten Prinzipschaltung
für eine derartige Einrichtung jede beliebige andere Schaltung verwendet werden,
beispielsweise die in Fig. 5 dargestellte, bei der die steuerbare Drosselspule aus
zwei einzelnen Teilen 18" und i8b besteht und von denen jede die eine der beiden
verschiedenen Wechselstromhalbwellen führt. Hierzu sind die Ventile ag und
30 vorgesehen. Die Steuerwicklung, die den gleichgerichteten Stromschaltungsvektor
führt, ist mit 31 bezeichnet. Es ist außerdem möglich, sofern eine durch Wechselstrom
vormagnetisierbare Drosselspule als Blindwiderstand im Ankerkreis einer Synchronmaschine
vorgesehen ist, den Stromschaltungsvektor ohne Gleichrichtung zu verwenden. In Fig.
i könnte dann die Ventilanordnung 15 entfallen. Die Erfindung ist anstatt bei einphasigen
Synchronmaschinen vor allem auch bei mehrphasigen anwendbar. Außer zur Spannungsregelung
von Synchrongeneratoren kann die Einrichtung nach der Erfindung zur Regelung beliebiger
anderer Synchronmaschinen verwendet werden, z. B. zur Regelung von Synchronphasenschiebern.