-
Anordnung zur Regelung der Spannung einer elektrischen Maschine Die
Erfindung betrifft eine Anordnung zur Regelung der Spannung einer elektrischen Maschine,
und zwar eine Anordnung, bei der die Erregermaschine über eine gleichstromvormagnetisierte
Drossel und Gleichrichter aus der Spannung der elektrischen Maschine erregt wird.
Eine solche Anordnung hat den Vorteil, daß sie unabhängig von jeder äußeren Spannungsquelle
arbeiten kann. Sie eignet sich daher für kleinere, selbständig arbeitende Anlagen,
zumal sie mangels rotierender Maschinen einfach und billig in der Herstellung ist.
Sie hat aber ziemlich mäßige Regeleigenschaften, wie z. B. daß sie nur langsam regelt
oder nicht in der Lage ist, die Spannung bei starken Belastungsstößen aufrechtzuerhalten.
Für derartige Anlagen ist es auch bekannt, auf die Erregerwicklung die Erregerspannung
der Erregermaschine und eine zweite Spannungskomponente einwirken zu lassen, die
von der Änderung der Maschinenspannung abhängig ist, beispielsweise in der Form,
daß die Maschinenspannung über Gleichrichter und eine gleichstromvormagnetisierte
Drossel zugeführt und diese von der Differenz zweier Größen beeinflußt wird, die
einander sich schneidenden Funktionen der zu regelnden Spannung folgen. Auch für
diese Anordnung gelten die zuvor genannten Eigenschaften.
-
Die Erfindung bezweckt, die statischen und dynamischen Eigenschaften
derartiger Regelanordnungen zu verbessern, d. h. die bisher nachteilige Trägheit
der gleichstromvormagnetisierten Drosseln auszuschalten und diesen Regelanordnungen
die Eigenschaft zu geben, daß sie schnell regeln und auch bei starken Belastungsstößen
die Spannung aufrechterhalten können.
-
Erfindungsgemäß ist die Anordnung zur Regelung der Spannung einer
elektrischen Maschine mit
Hilfe einer Erregermaschine, deren Erregerstromkreis
durch eine gleichstromvormagnetisierte Drossel beeinflußt wird, so ausgebildet,
daß der Erregerstromkreis sowohl von einem aus der Erregerspannung oder aus einer
unabhängigen Spannung hergeleiteten, in Erregerstromrichtung wirkenden Anteil und
einem diesem im Regelgleichgewicht stets entgegenwirkenden, aus der Spannung der
Hauptmaschine hergeleiteten Anteil beeinflußt wird, letzterer aus wenigstens einer
durch eine gleichstromvormagnetisierte Drossel gesteuerten Komponente gebildet wird,
und auf die Gleichstromvormagnetisierung der Drossel in an sich bekannter Weise
die Differenz zweier Größen einwirkt, von denen jede einer von zwei sich schneidenden
Funktionen der zu regelnden Spannung folgt. _ Die Anordnung der Erfindung hat einmal
die zuvor erwähnten Vorteile, die mit der Verwendung einer gleichstromvormagnetisierten
Drossel verbunden sind. Durch die Einführung der Spannungsänderung der Spannung
der Hauptmaschine als entgegenwirkende Erregerkomponente erreicht man den wesentlichen
Vorteil, daß die unvermeidliche Trägheit der gleichstromvormagnetisierten Drossel
bei einem Regelvorgang in günstiger Richtung wirkt. Die Wirkung der magnetischen
Trägheit der Drossel kann nämlich beispielsweise derart aufgefaßt werden, daß der
Spannungsabfall in ihr bei einer Umstellung der resultierenden Gleichstromamperewindungen
nicht augenblicklich geändert werden kann, da zuvor eine gewisse magnetische Energie
zu- oder abgeführt werden muß. Falls beispielsweise die Spannung der Hauptmaschine
bei einem Belastungsstoß stark abfällt, wird dieDrossel im ersten Augenblick einen
verhältnismäßig größeren Teil der Spannung als vorher, gegebenenfalls praktisch
die ganze Spannung, verbrauchen, so daß die von ihr gesteuerte Gegenerregung kräftig,
gegebenenfalls bis auf Null, vermindert wird. Die auf die Gesamterregung wirkende
Spannung steigt deshalb augenblicklich an, obwohl die Drossel eine meßbare Zeit
braucht, sich auf den neuen Stromwert einzustellen, der für die Aufrechterhaltung
der Spannung im Dauerzustand erforderlich ist. Ähnlich liegen die Verhältnisse bei
einer plötzlichen Entlastung mit daraus folgendem Spannungsanstieg, der im ersten
Augenblick ungeteilt auf die Gegenerregung wirkt und die Spannungssenkung einleitet.
-
Bei einer in der beschriebenen Weise hergeleiteten Gegenerregung kann
es zweckmäßig sein, auch eine aus der Spannung der Hauptmaschine hergeleitete, mitwirkende
Erregung auf den Erreger zum Zweck der Stabilisierung einzuführen. Dies gilt besonders
dann, wenn die Gegenerregung durch dieselbe Wicklung wie die Eigenerregung wirkt.
Eine in dieser Weise ausgebildete Ausführungsform der Erfindung ist in Abb. i schematisch
dargestellt, während Abb. 2 ein Diagramm ihrer Wirkungsweise darstellt.
-
i bezeichnet zwei Saznmelschienen, die von der nicht dargestellten,
von der Erregermaschine 2 gespeisten elektrischen Maschine, z. B. von einem Wechselstrom-
oder Drehstromerzeuger, gespeist werden. Im allgemeinen handelt es sich um einen
Drehstromerzeuger, obwohl nur die Sammelschienen für zwei Phasen dargestellt sind.
Der Erreger :2 hat eine Erregerwicklung 3, die von seinen eigenen Bürsten in Reihe
mit zwei Gleichrichtern d., 5 gespeist wird, zu denen vorzugsweise Widerstände 6,
7 parallelgeschaltet sind. Der Gleichrichter q. mit dem Parallelwiderstand 6 ist
an den Sammelschienen i über einen Transformator 8 angeschlossen und derart geschaltet,
daß er im Erregerkreis eine Spannung einführt, die sich zu der Spannung vom Anker
des Erregers -9 addiert. Gegebenenfalls kann in die Verbindung zwischen dem Gleichrichter
q. und den Sammelschienen i ein Gerät eingeschaltet werden, das eine Einstellung
der vom Gleichrichter gelieferten Zusatzspannung zuläßt, z. B. eine gleichstromvormagnetisierte
Drosselspule. Der Gleichrichter 5 mit dem Parallelwiderstand 7 ist derart geschaltet.
daß er der Erregung entgegenwirkt. Er wird von den Sammelschienen i über eine Vergleichsdrossel
9 gespeist, d. h. eine gleichstromvormagnetisierte Drossel, deren Gleichstromvormagnetisierung
vom Unterschied zwischen einer aus der zu regelnden Spannung, d. h. der Spannung
an den Sammelschienen, hergeleiteten Größe und einer im wesentlichen konstanten
Vergleichsgröße abhängt. Gegebenenfalls können die beiden miteinander zu vergleichenden
Größen aus der zu regelnden Größe über Stromkreise verschiedenen Charakters hergeleitet
werden, z. B. die eine unmittelbar und die andere über ein Konstantstromgerät. Jedenfalls
soll die Art der Stromkreise derart sein, daß die beiden miteinander zu vergleichenden
Größen sich nur bei einem gewissen Wert der Spannung im Gleichgewicht halten. Die
Zeichnung zeigt zwei entgegenwirkende Gleichstromwicklungen io, ii der Drossel 9,
deren eine, io, an den Sammelschienen i unmittelbar über einen Gleichrichter 12
und einen ohmschen Widerstand 13 angeschlossen ist, während die andere, i
i, mit den Schienen i über einen Gleichrichter 14 und ein nur schematisch angedeutetes
Konstantstromgerät 15 verbunden ist. Gegebenenfalls kann einekonstante Vergleichsamperewindungszahl
der Drosselspule durch zwei einander entgegenwirkende Wicklungen hauptsächlich in
der in dem Patent 755 023 beschriebenen Weise erzeugt werden. Die Drosselspule
hat schließlich in an sich wohlbekannter Weise eine selbstgespeiste Wicklung 16,
die ihre Wirkung verstärkt.
-
Die Wirkungsweise der beschriebenen Anordnung geht in ihren Hauptzügen
aus Abb. 2 hervor. In dieser Abbildung ist A die Sättigungskurve der Erregermaschine
und B ihre Widerstandsgerade ohne Rücksicht auf die durch die Gleichrichter q.,
5 erzeugten Zusatzspannungen im Erregerkreis. Die Wirkung der genannten Zusatzspannungen
ist verschieden im Gleichgewichtszustand und während der dynamischen Übergangserscheinungen,
da diese beiden Spannungen von der zu regelnden Spannung abhängig sind. Betrachtet
man vorläufig die letzte als konstant, so wird die Summe der Eigenerregung
und
die Zusatzerregung durch den Gleichrichter von der Geraden C in Abb. 2 dargestellt.
Der Höchstwert der durch den Gleichrichter 5 eingeführten Gegenerregung entspricht
dem waagerechten Abstand zwischen den Geraden C und D, weshalb die Gesamterregung
beim Höchstwert der Gegenerregung durch die Gerade D dargestellt werden kann. Der
Mindestwert der Gegenerregung kann Null sein.
-
Während eines Regelvorganges kann die Erregung des Erregers also zwischen
den durch die Linien C und D dargestellten Werten schwingen, und der Abstand zwischen
diesen Linien und der Sättigungskurve A bestimmt die Regelgeschwindigkeit bei der
Aufwärts- bzw. Abwärtsregelung. Es ist vorteilhaft, daß diese Linien so weit von
der Sättigungskurve liegen, daß die Regelgeschwindigkeit in allen Punkten der letzten
etwa dieselbe, unabhängig von der Krümmung der Kurve, wird. Zu dieser Gleichhaltung
tragen die dynamischen Eigenschaften des Reglers gewissermaßen bei. Bei einer Spannungsabsenkung
mit folgender Aufwärtsregelung sind nämlich im erstenAugenblick die mitwirkende
Erregung durch den Gleichrichter 4, was einer Krümmung der Linie C in demselben
Sinne wie die Kurve A entspricht. Bei einer Spannungserhöhung mit nachfolgender
Abwärtsregelung wird dagegen die Gegenerregung durch den Gleichrichter 5 in höherem
Maße als die mitwirkende Erregung durch den Gleichrichter 4. erhöht, was einer Krümmung
der Linie D in demselben Sinne wie die der Kurve A entspricht.
-
Zwischen Vergleichsdrossel 9 und Gleichrichter 5 können selbstverständlich
eine oder mehrere gleichstromvormagnetisierte Drosseln als Verstärker eingeschaltet
werden. Der Regler kann selbstverständlich mit einer Rückführung versehen werden,
beispielsweise in der Form einer Wicklung auf der Vergleichsdrossel oder auf dem
Konstantstromgerät, welche Wicklung durch die Erregerspannung über einen Impulstransformator
oder durch eine Wicklung einer zwischengeschalteten gleichstromvormagnetisierten
Drossel beeinflußt werden kann.