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Schaltanordnung für eine selbstregelnde Synchronmaschine in Strom
-Transformatorschaltung Die Erfindung betrifft eine Schaltanordnung für selbstregelndes
Synchronmaschinen in Strom-Transformatorschaltung. Bei einer für diesen Zweck bekanntgewordenen
Schaltung (nach Harz) wird ein konstanter Strom mit einem veränderlichen Laststrom
mit Hilfe von zwei Transformatoren verglichen und dadurch das Regelgesetz nachgeahmt.
Bei Änderung des Ständerstroms und Leistungsfaktors soll die Synchronmaschine durch
eine Laststrombeeinflussung den Erregerstrom so einstellen, daß die Klemmenspannung
konstant bleibt. Der konstante Strom 'soll sowohl seine Größe als auch Phasenlage
beibehalten. Erreicht wird dies durch eine Luftspaltdrossel. Hierbei ist aber nachteilig,
da.ß die Ausregelung nicht sehr genau ist und da:ß bei Belastung eine gegenseitige
Beeinflussung der zwei verwendeten Transformatoren auftritt, die einen Abfall des
Leerlaufstromes und eine Verzerrung der Regelung bewirkt. An sich könnte man diesen
Nachteil dadurch beheben, daß man die Drossel genügend groß baut. Damit ergäbe sich
aber ein Mehraufwand und eine größere Vorbelastung der Maschine mit Blindleistung
und auch eine weitere Vergrößerung der Erregung.
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Aufgabe der Erfindung ist es, für selbstregelnde Synchronmaschinen
in Strom-Transformatorschaltung eine Schaltanordnung anzugeben, mit der die vorgenannten
Nachteile vermieden werden können. Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht,
daß
ein im Verbraucherkreis der Synchronmaschine liegender Stromtransformator und ein
Netztransformator vorgesehen werden, die sich gegenseitig magnetisch nicht beeinflussen.
Zu diesem Zweck sind die Sekundärwicklungen dieser beiden Tran.sformato-ren je in
zwei Hälften mit gleichen Windungszahlen aufgeteilt, und j e eine Halbwicklung der
beiden Transformatoren ist miteinander verbunden, wobei die Verbindung in einem
der dabei erhaltenen Stromkreise elektrisch aasgekreuzt ist, so daß die Magn.etisierungswirkung
der Ströme vom anderen Transformator sich in den Halbwicklungen aufhebt, weil im
einen Stromkreis nunmehr die geometrische Summe der Ströme und im anderem die geometrische
Differenz der Ströme sich einstellt. Dadurch wird eine gegenseitige Bez einflussung
der beiden Transformatoren wirksam verhindert. Die gleiche Erscheinung tritt auch
bei einer Schaltung auf, bei der die sekundären Halbwicklungen des Netztransformators
superponiert sind, so daß nur eine einteilige Sekundärwicklung erhalten wird.
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Eins solche Schaltung ist dynamisch günstiger, wenn, man nur einen
Kreis zur Regelung heranzieht, da der veränderliche Strom den Netztransformator
nicht berührt. Da bei dem vorgenannten Schaltungen lediglich der im aasgekreuzten
Stromkreis fließende Strom dem gewünschten Regelgesetz folgt, müßte der im nicht
aasgekreuzten Stromkreis der beiden Transformatoren fließende Strom vernichtet werden,
z. B. in einem Widerstand. Dies ergibt aber bei cos 99 = i eine Verlustleistung,
die gleich groß ist wie die Erregerleistung. Um diese Leistung nicht vernichten
zu müssen, wird gemäß der weiteren Erfindung vorgeschlagen, sie nutzbringend auszunutzen,
indem der an sich zu vernichtende Strom so umgeformt wird, daß er gleichfalls der
Erregerwicklung zugeführt werden kann. Dies erreicht man dadurch, daß man mit Hilfe
von zusätzlichen Transformatoren dem an sich zu vernichtenden Strom einen solchen
Strom hinzufügt, daß beide Ströme in den Regelzweigen gleich groß werden. Der eine
dieser zusätzlichen Transformatoren erhält zu diesem Zweck drei Wicklungen, wobei
in einer Wicklung der umzuformende Strom fließt, während in der zweiten Wicklung
der hinzugefügte Laststrom und resultierend in der dritten Wicklung der dem Regelstrom
gleich große Strom fließt. Um die sich hierbei ergebende Rückwirkung auf den Netztransformator
und die dadurch bedingte Verstimmung der Schaltung auszuschalten, wird gemäß der
Erfindung noch ein Sperrglied in Form eines Stromtransformators vorgesehen, mit
dessen Hilfe die beiden Erregerkreise verglichen werden und Gleichgewicht hergestellt
wird, wenn einer der beiden Ströme in diesem Transformator verschieden ist, indem
der Amperewindungsüberschuß auf den Transformator magnetisierend wirkt, d. h. die
Spannung im Transformator sich ändert, bis wieder Gleichgewicht herrscht.
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An Hand der Zeichnung, die in den Fig. i bis 5 verschiedene Ausführungsbeispiele
von Schaltanordnungen und Schaubildern zeigt, soll dir Erftidung näher erläutert
werden.
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In Fig. i ist eine Schaltung wiedergegeben, iti welcher i die sich
selbstregelnde Synchronmaschine darstellt, die von dem Antrieb z angetrieben wird.
Mit 3, 4 sind die Schleifringe der Synchronmaschine angedeutet. Diese sind über
die Leitungen 5, 6 an eine Gleichrichteranordnung 7 angeschlossen, deren andere
Anschlußpunkte im Stromkreis eines aus dem ans Netz angeschlossenen Netztransformator
8 und dem den Laststrom führendem Stromtransformator 9 bestehenden Transformatorsatzes
angeschlossen sind. Die Sekundärwicklungen der beidem Transformatoren sind je in
zwei halbe, gegensinnig gewickelte., gleich große Windungszahlen aufweisende Wicklungen
8o, 81 bzw. 9o, 91 aufgeteilt. Die Wicklungen 8o und 9o liegen in einem einen Widerstand
R enthaltenden Stromkreis a. Die Wicklungen 81, 9i sind gekreuzt miteinander verbunden
und liegen in dem an die Gleichrichteranordnung angeschlossenen Stromkreis b. Durch
die beiden Sekundärwicklungen 8o-go, 8i-gi beider Transformatoren 8 und 9 fließen
zwar die gleichen Ströme, eine gegenseitige Beeinflussung der beiden Transformatoren
ist jedoch nicht gegeben, da die magnetisierende Wirkung der Ströme vom anderen
Transformator sich in darr Halbwicklungen aufhebt, wie dies durch gestrichelte und
ausgezogene Pfeile in den beiden Stromkreisen d und b angedeutet ist. Es ist also
dafür gesorgt, daß im einen Stromkreis die geometrische Summe und im anderen Stromkreis
die geometrische Differenz der Ströme sich einstellt, wie dies aus Fig. z ersichtlich
ist. In der Schaltung nach Fig. i kann nur der dem Regelgesetz folgende, im Stromkreis
b fließende Strom Jb des zusammengeschalteten Strom- und Netztransformators
zur Ein-,virkilng auf den Erregerkreis der Synchronmaschine über die Gleichrichtersehaltung
7 ausgenutzt werden, während der im anderen Stromzweig a fließende Strom
Ja in einem in diesem eingeschalteten Widerstand R, der gleich groß wie der
Widerstand des Regelkreises ist, vernichtet wird.
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Die Schaltanordnung nach der Fig.3 ist hinsichtlich der Wirkungsweise
der Anordnung nach Fig. 1 gleichwertig, doch stellt sie dieser gegenüber eine gewisse
Vereinfachung dar, da der Netztransformator 8 nunmehr nur eine Sekundärwicklung
8oo besitzt, die einerseits mit der Mitte und andererseits mit dem einen Ende der
Sekundärwicklung des Stromtransformators über Widerstand R und mit dein anderen
Ende über die Erregerwicklung verbünden ist. Die Schaltung nach Fig. 3 ist entstanden
durch Superponierem der sekundären Halbwicklungen 8o, 81 des Netztransformators
8 nach Fig. i. Sie ist dynamisch günstiger als die Schaltung nach Fig. i, da der
veränderliche Strom J1 (s. Fig. 3) sowohl über die Erregerwicklung der Maschine
als auch über den Widerstand R fließt und den Netztransformator 8 nicht berührt.
Die Fig. 4 zeigt eine Schaltanordnung, gemäß der die beiden Stromzweige (Brückenzweige
a, b) der zusammengeschaltet
en Strom- und Netztransfolrmatoren
für die Erregung der Synchronmaschine über eine Gleichrichterschaltung herangezogen
werden können. Gleiche Teile sind in dieser Figur in Übereinstimmung mit Fig. 3
mit gleichen Bezugszeichen versehen. In dem zweiten Stromkreis (Brückenzweig) a,
ist hier zusätzlich ein Transformator io mit drei Wicklungen ioo, ioi, io2 eingeschaltet.
In diesem Transformator findet eine Zergliederung des im Stromkreis a flließenden
Stromes Ja statt, und zwar wird dieser Strom in einen Strom Tb umgeformt,
um diesen gleichfalls der Erregerwicklung der Synchronmaschine zuführen zu können.
Dies erreicht man dadurch, daß man dem Strom Ja = J2-11 einen Strom +:2 Il
hinzufügt, wodurch, wie Fig.5 erkennen läßt, wiederum der Strom lb erhalten wird.
Der Strom -t- 2 J1 wird in dem Dreiwicklungstransformator io erhalten., dessen im
Stromkreis d liegende Wicklung ioo den Strom J2 - 1l = Ja führt und dessen
zweite Wicklung ioi, die in einem zweiten Erregerstromkreis 2o liegt, den Strom
J2 + J1 führt, während die dritte Wicklung io2, die im Laststromkreis liegt, den
Strom (Amp:erewindungen) -f- 2 J1 führt. Der hieraus resultierende Strom ist Jb,
der jetzt, da er denn gleichem, Regelgesetz folgt wie der im Stromkreis b fließende
Strom, nunmehr zur Regelung heranziehbar ist.
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Betreibt man die Schaltanordnung wie vorbeschrieben, dann ergibt sich
noch eine Rückwirkung des Transformators io auf den Transformator B. Um dies zu
verhindern; ist ein weiterer Stromtransformator i i als Sperrglied vorgesehen, der
einerseits im Wechselstromkreis des Stromkreises b und andererseits im Wechselstromkreis
des weiteren Erregerstromkreises 2o, in dem auch die Wicklung ioi des Transformators
io und eine Gleichrichte:rschaltung 70 liegt. Der Stromtransformator i i
ist in Gegenschaltung- geschaltet, wodurch sich die Amperewindungen in beiden Wicklungen
aufheben. Er stellt also ein Sperrglied dar, wodurch die Rückwirkung des Transformators
io auf den Transformator 8 verhindert wird. Mit Hilfe des Transformators io wird
also ständig ein Gleichgewicht hergestellt, weil mit ihm die beiden Erregerkreise
a und b verglichen werden können und bei Auftreten von verschiedenen Strömen der
Amperewindungsüberschuß auf den- Transformator magnetisierend wirkt, bis wieder
Gleichgewicht eingetreten ist. Die angegebenen Schaltungen können selbstverständlich
einphasig und mehrphasig ausgeführt werden.
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Das durch die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung verwirklichte Regelgesetz
kann dem tatsächlichen Regelgesetz möglichst genau dadurch angeglichen werden, daß
man die Wahl der Spannung am Transformator 8 richtig trifft. Dabei kann man die
richtige Phasenlage durch Zickzackschailtung am Transformator 8 erhalten und indem
man die beiden Windungszahlen der sekundären -Zickzackwicklung. verschiedien groß
ausführt. Bei einphasiger Anordnung läßt sich das gleiche durch eine Kunstschaltung
erreichen. Die erfindungsgemäßen Schaltanordnungen ermöglichen ohne weiteres auch
einen Parallellauf mehrerer Maschinen miteinander, ganz gleichgültig, ob diese gleich
groß oder verschieden groß sind. Um den Parallellauf überwachen zu können., braucht
lediglich im zweiten Erregerkreis 2o ein Stromtransformator, z. B. 12, in den wechselstromseitigen
Teil des Erregerkreises eingeschaltet zu werden. Dieser sorgt dafür, ähnlich wie
der Transformator i i, daß in beiden Erregerkreisen der parallel geschalteten Maschinen
der Erregerstrom so beeinflußt wird, daß sich die Last im gewünschten Verhältnis
aufteilt. Durch Wahl der Windungszahl des Transformators 12 hat man es in der Hand,
jede Maschine mit bestimmter Leistung parallel laufen zu lassen. Der Transformator
12 ist an den Wechselstromkreis der Erregung der zweiten Synr chronmaschine angeschlossen.
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Vorteilhaft bei der erfindungsgemäßen Schaltanordnung ist ferner noch,
daß sieg organisch mit jeder Synchronmaschine zusammenbaubar ist und daß sie ebenso
einfach auch, nachträglich an diese anbaubar ist. Besonders hervorzuheben ist noch,
daß für die Anordnung keinerlei umlaufende Regelfeile benötigt werden.