-
Einrichtung zur Schwingungsentregung für Synchronmaschinen Zur Entregung
von Synchronmaschinen ist die sogenannte Schwingungsentregung bekannt, bei der durch
Einschalten eines sogenannten Schwingungswiderstandes die Erregermaschine zunächst
umgepolt wird. Es wird dadurch erreicht, daß die Erregermaschine als Motor läuft
und mechanische Energie an die Maschinenwelle abgibt. Auf diese Weise wird die im
Läufer der Synchronmaschine aufgespeicherte Energie im wesentlichen vernichtet.
In Fig. I ist eine solche bekannte Anordnung gezeigt. i ist die Erregerwicklung
der Synchronmaschine, 2 der Anker der Erregermaschine und 3 deren Erregerwicklung.
4 stellt den Spannungsregler der Synchronmaschine dar, S den Schwingungswiderstand
und 6 den Ersatzwiderstand, der beim Einsetzen der Schwingungsentregung an Stelle
des Spannungsreglers 4 in den Erregerkreis der Erregermaschine eingeschaltet wird,
um von dem vorhergehenden Erregungszustand unabhängige Verhältnisse bei der Erregung
zu erhalten. Die zur Einleitung der Schwingungsentregung notwendigen Maßnahmen erfolgen
durch einen nicht dargestellten Entregungsschalter, dessen Kontakte mit 7a, 7 b
und 7 c bezeichnet sind. Die Stellung der Kontakte entspricht dem Normalbetrieb
der Maschine. Bei Einsetzen der Schwingungsentregung werden die Kontakte
7 cc und 7 b geöffnet und der Kontakt 7 c geschlossen.
-
In Fig. a ist der zeitabhängige Verlauf des Stromes J in der Erregerwicklung
i nach Einsetzen des
Entregungsvorganges dargestellt; er hängt von
der Größe des Verhältnisses von Schwingungs- zu Ersatzwiderstand ab. Ist dieses
Verhältnis klein, so verläuft der Strom T nach der Kurve a, ist es dagegen groß,
so gehorcht der Stromverlauf der Kurve b. Beim Stromverlauf nach der Kurve a klingt
die Spannung der Maschine nur verhältnismäßig langsam ab. Dies wird beim Stromverlauf
nach der Kurve b zwar vermieden, jedoch tritt hierbei ein starkes Überschwingen
ein, das sich öfters wiederholt, wobei wiederum eine hohe Spannung mit anderer Polarität
auftritt, was unerwünscht ist.
-
Beim Gegenstand der Erfindung, der eine Einrichtung zur Schwingungsentregung
für Synchronmaschinen. im wesentlichen bestehend aus einem sogenannten Schwingungswiderstand
und einem Ersatzwiderstand sowie einem dazugehörigen Entregungsschalter, die während
des Entregungsvorganges das Verhältnis beider Widerstände selbsttätig ändert im
Sinne einer Verkürzung der Entregungszeit, betrifft, soll ein möglichst schnelles
Verschwinden des Feldes der Synchronmaschinen und damit der Spannung ohne großes
Überschwingen und weiteres Hin- und Herschwingen erzielt werden. Die Lösung besteht
darin, daß gemäß der Erfindung in einem der Widerstandsstromkreise kontaktlose Mittel
in Form eines Gleichrichters, der in einem der Widerstandsstromkreise parallel zu
einem von mehreren in Reihe geschalteten bzw. in Reihe zu einem von mehreren parallel
geschalteten Widerständen angeordnet ist, und/oder in Form eines induktiven Übertragers,
durch den dem Ersatzwiderstand in Abhängigkeit vom Ankerstrom der Erregermaschine
oder des Haupterregerstromes bzw. deren Änderungen ein zusätzlicher Strom überlagert
wird, zur selbsttätigen zeitrichtigen Veränderung des Widerstandsverhältnisses im
Sinne einer Verkleinerung bzw. Unterdrückung des Stromflusses in umgekehrter Richtung
vorgesehen sind.
-
Gemäß der Erfindung wird also zunächst dein Erregerstrom ein Widerstand
entgegengesetzt, der einen Verlauf des Stromes nach der Kurve b erzwingt, wie dies
an sich üblich ist. Während des weiteren Verlaufes der Entregung werden jedoch durch
die Maßnahme nach der Erfindung die Widerstandsverhältnisse selbsttätig zum richtigen
Zeitpunkt ohne besondere Steuermittel so verändert, daß der Strom in umgekehrter
Richtung sofort Widerstandsverhältnisse vorfindet, die einen Verlauf nach der Kurve
a, und zwar nach dem Teil der Kurve a, der nach dem ersten Nulldurchgang des Stromes
T maßgebend ist, ergibt. Die Kurve, nach der der Stromverlauf durch die Maßnahme
nach der Erfindung erfolgt, ist in Fig. 3 dargestellt. Es wird demnach ein schnelles
Entregen ohne starkes Überschwingen und oftmaliges Hin- und Herschwingen erreicht.
Das beim Nulldurchgang des Erregerstromes im Feld der Sychronmaschine gegebenen
Feld der Erregermaschine weist nämlich eine entsprechende Erregung auf, die bewirkt,
daß durch Umkehr des Stromes im Anker der Erregermaschine: diese wiederum als Generator
wirkt und von neuem die Feldenergie entfacht, jedoch wegen der geänderten Widerstandsverhältnisse
nurmehr in verschwindend geringem Maße.
-
Es ist zwar bekannt, bei der Schwingungsentregung von Synchronmaschinen
den Schwingungswiderstand durch Öffnen eines parallel zum Schwingungswiderstand
liegenden Kontaktes des Entregerschalters zur Wirkung zu bringen und in Reihe mit
dem Schwingungswiderstand einen weiteren Widerstand zu legen, der normalerweise
durch einen Schalter überbrückt ist, wobei der Schalter seinerseits in Auslösebereitschaft
vom Entregungsschalter gebracht ist, derart, daß nach Öffnen des Entregungsschalterkontaktes
der Schalter durch eine vom Strom in diesem Stromkreis durchflossene Magnetspule
ausgelöst werden kann, wenn der Strom unter einen bestimmten Wert gesunken ist;
sobald dies eintritt, kann der Schalter von der Magnetspule nicht mehr gehalten
werden und öffnet, so daß der ihm parallele Widerstand zusätzlich zur Wirkung kommt
und die Erregung nochmals beschleunigt. Somit ist vor der Umkehr des Entregungsstromes
die Summe der beiden Widerstände wirksam. Da diese Widerstände für die Dauer der
Entregung wirksam bleiben, tritt ein starkes Überschwingen und oftmaliges Hin- und
Herschwingen des Stromes ein, was beim Gegenstand der Erfindung ja gerade verhindert
wird.
-
Es ist ferner bekannt, im Erregerkreis von Erregermaschinen für Synchronmaschinen
Gleichrichter anzuordnen, um dadurch einen Stromfluß im Erregerkreis der Erregermaschine
in umgekehrter Richtung überhaupt zu unterbinden oder dafür zu sorgen, daß stets
nur ein Strom in ein und derselben Richtung fließen kann. Eine solche Umkehr des
Stromes im Erregerkreis der Erregermaschine könnte ohne diese Mittel bei plötzlicher
Entlastung der Synchronmaschinen auftreten. Dies hat jedoch mit einer Schwingungsentregung
nichts zu tun. Es ist weiter bekannt, zum schnellen Entregen von Wechselstromerzeugern
mit Gleichstromerregung bei plötzlichem Kurzschluß eine Gegenerregung anzuwenden,
die durch den Spannungsabfall des Erregerstromes -an einem im Erregerstromkreis
des Wechselstromerzeugers, liegenden Widerstand auftritt. Dabei kann der sehr große
Widerstand kurz vor oder nach dem Nulldurchgang des Stromes eingeschaltet werden.
Dies hat jedoch mit einer Schwingungsentregung ebenfalls nichts zu tun, da hier
ebenfalls keine Schwingung des Stromes einsetzt. Bei dieser bekannten Entregungsart
soll vielmehr die Größe des Entregungsstromes in umgekehrter Richtung auf einen
Wert beschränkt werden, der zur Beseitigung der Remanenz ausreicht. Zum Einschalten
des Widerstandes dient dabei ein Nullstromschalter, der ausgelöst wird, sobald der
Erregerstrom durch Null geht. Eine Berührung mit dem Gegenstand der Erfindung besteht
somit nicht, da keine Veränderung eines Widerstandsverhältnisses eintritt.
-
Nachfolgend sind einige Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der
Erfindung an Hand der Fig. 4 bis 7 näher erläutert. In diesen Figuren sind
der
Einfachheit halber die Kontakte des Entregungsschalters sowie der Spannungsregler
weggelassen und die Schaltungen für den Entregungsfall dargestellt.
-
Bei der Anordnung nach Fig. 4 setzt sich der Schwingungswiderstand
aus zwei parallelen Zweigen mit den Teilwiderständen 5 und 5 a zusammen, von denen
der Widerstand 5 a in Reihe mit einem Gleichrichter 12 liegt. I ist wiederum die
Erregerwicklung der Synchronmaschine, 2 der Anker der Erregermaschine, 3 deren Erregerwicklung
und 6 der Ersatzwiderstand. Im Entregungsfall tritt wegen der Schwingungsentregung
eine Umkehr des Stromes im Kreis des Ankers 2 ein. Dieser umgekehrte Strom ist so
eingerichtet, daß er wegen des Gleichrichters I2 nur den Widerstand 5 durchfließen
kann. Da die beiden Widerstände 5 und 5 a zusammen in Parallelschaltung den Wert
des üblichen Schwingungswiderstandes 5 in Fig. I haben, ergibt sich also jetzt bei
Umkehr des Ankerstromes, also nach seinem ersten Nulldurchgang ein wesentlich größerer
wirksamer Schwingungswiderstand. Auf Grund des größeren wirksamen Schwingungswiderstandes
wird, da die Erregermaschine nicht in der Lage ist, in starkem Maße genoratorisch
das Feld der Synchronmaschine erneut anzufachen, ein wesentliches Überschwingen
vermieden und ein schnelleres Abklingen des Erregerstromes der Synchronmaschine
gemäß Fig. 3 erreicht.
-
In Fig. 5 ist eine Abwandlung einer Schaltung mit Gleichrichter als
kontaktloses Schaltmittel gezeigt. Gleiche. Teile sind hierbei mit gleichen. Bezugszeichen
versehen. Als Schwingungswiderstand sind hierbei zwei Widerstände 5 und 14 in Reihe
geschaltet, wobei parallel zum Widerstand 14 ein Gleichrichter 13 liegt. Die Wirkungsweise
ist die gleiche wie im vorgenannten Beispiel. Auch hier erfolgt bei Umkehr der Stromrichtung
selbsttätig eine Änderung des wirksamen Schwingungswiderstandes und damit des Verhältnisses
von Schwingungswiderstand zu Ersatzwiderstand, der in den vorliegenden Fällen konstant
gehalten wurde. Es kann aber ein Gleichrichter auch in den Kreis des Ersatzwiderstandes
6 gelegt werden und dieser Widerstand ebenfalls aus Reihen- und Parallelschaltung
von Teilwiderständen bestehen, so daß der Ersatzwiderstand in verschiedenen Stromrichtungen
verschieden reagiert.
-
Die Fig. 6 und 7 zeigen weitere Beispiele für die Schnellentregung
von Synchronmaschinen, die Vorteile gegenüber den bisher üblichen Anordnungen hinsichtlich
der Schnelligkeit der Entregung und der Vermeidung von Überschwingungen besitzen.
Das Prinzip besteht darin, daß dem Ersatzwiderstand ein Strom überlagert wird, der
vom Erregerstrom der Synchronmaschine bzw. vom Ankerstrom der Erregermaschine abhängig
ist. Die Überlagerung des Stromes wirkt sich so aus, als ob sich der Widerstand
6 während des Entregungsvorganges ändern würde. Er paßt sich hierdurch dem jeweiligen
Augenblickszustand während des Entregungsvorganges so an, daß die Erreichung einer
Kurve nach Fig. 3 gefördert wird. Man kann diese Überlagerung des Stromes für sich
allein benutzen oder zweckmäßigerweise im Zusammenhang mit den Maßnahmen, wie sie
in den vorher beschriebenen Fig. 4. und 5 geschildert sind.
-
In Fig. 6 ist im Stromkreis des Schwingungswiderstandes 5 ein Stromwandler
18 eingeschaltet, dessen Sekundärwicklung parallel zum Ersatzwiderstand 6 liegt.
Tritt zu Beginn der Entregung eine starke Änderung des Stromes in der Primärwicklung
dieses Wandlers auf, dann entsteht in der Sekundärwicklung ein Strom, der der Änderung
des Stromes in der Primärwicklung etwa verhältnisgleich ist, und dieser überlagert
sich dem Strom im Ersatzwiderstand 6. Ist dieser Strom demjenigen entgegengesetzt
gerichtet, der an sich über den Ersatzwiderstand 6 fließen würde, dann wird durch
diesen zusätzlichen Strom der Spannungsabfall im Ersatzwiderstand 6 verkleinert.
Nimmt nun beim Fortschreiten des Entregungsvorganges die Änderungsgeschwindigkeit
des Stromes in der Primärwicklung des Wandlers 18 ab, dann wird die Wirkung auf
den Ersatzwiderstand 6 immer geringer, sie nimmt dann sehr schnell ab, um schließlich
den Ersatzwiderstand 6 in voller Größe wirken zu lassen. Auf diese Weise wird, sobald
sich einmal die Änderungsgeschwindigkeit des Stromes in der Primärwicklung 18 vermindert
hat, eine sehr schnelle Beendigung des ganzen Entregungsvorganges hervorrufen.
-
Die Fig. 7 enthält im wesentlichen die gleiche Anordnung wie Fig.
6. Man sieht jedoch, daß der erwähnte Wandler 18 hier ersetzt ist durch einen Wandler
r9, der im Erregerkreis der Synchronmaschine angeordnet ist. Auch hier wird in ähnlicher
Weise die geschilderte Beeinflussung der Wirkung des Ersatzwiderstandes 6 erzielt.
-
In den Ausführungsbeispielen gemäß Fig.6 und 7 wird der dem Ersatzwiderstand
6 überlagerte Strom mit Hilfe eines Wandlers gewonnen, so daf,i dieser Strom im
wesentlichen von der Änderungsgeschwindigkeit des Primärstromes dieses Wandlers
abhängig ist. Es kann aber auch zweckmäßig sein, den überlagerten Strom proportional
dem Strom im Erregerkreis der Synchronmaschine oder im Ankerkreis der Erregermaschine
oder auch in irgendeiner anderen Abhängigkeit von diesem Strom sich ändern zu lassen.
-
Zur Erreichung einer beliebigen Abhängigkeit kann man eine Messung
des Stromes im Haupterregerkreis oder im Ankerkreis der :Maschine vornehmen, um
in Abhängigkeit von dieser Messung einen Strom über den Ersatzwiderstand 6 zu schicken.
-
Der Steilheit des Stromabklingens in der Erregerwicklung der Synchronmaschine
ist eine Grenze gesetzt durch die größte Spannung, die an den Klemmen der Erregermaschine
auftreten darf. Im günstigsten Falle steht bei einer Entregungseinrichtung wie bisher
üblich für die Umpolung des Feldes der Erregermaschine auch nur diese Spannung zur
Verfügung, nämlich dann, wenn der Ersatzwiderstand 6 mit Null gewählt wird. Da es
nun im Hinblick auf die aufzuwendenden Mittel
verhältnismäßig einfach
ist, die Isolation der Erregerwicklung 3 der Erregermaschine höher zu wählen als
die der Erregerwicklung I der Synchronmaschine, kann es zweckmäßig sein, die Umpolung
der Erregerwicklung 3 in an sich bekannter Weise mit einer höheren Spannung vorzunehmen,
als sie maximal an den Klemmen der Erregerwicklung I der Synchronmaschine auftritt.
-
Wird der in Abhängigkeit des Stromes in der Erregerwicklung I bzw.
im Anker 2 der Erregermaschine über den Ersatzwiderstand 6 geschickte Strom hinsichtlich
Größe und Richtung entsprechend gewählt, so kann man erreichen, daß nicht nur der
Spannungsabfall im Ersatzwiderstand 6 zunächst ausgeglichen wird, sondern daß darüber
hinaus eine Zusatzspannung entsteht, die sich zu der Spannung in der Erregerwicklung
I addiert und eine entsprechend schnelle Umpolung der Erregermaschine mit sich bringt.
-
Es ist wohl klar, daß das in den Ausführungsbeispielen für selbsterregte
Erregermaschinen Gesagte sinngemäß auch auf Erregermaschinen mit Hilfserregermaschinen
oder sonst fremderregte Maschinen anzuwenden ist. Bei diesen fremderregten Erregermaschinen
wird für den Entregungsfall zunächst die Erregermaschine in bekannter Weise auf
Selbsterregung umgeschaltet, und in dieser Schaltung werden dann die angegebenen
Maßnahmen angewendet.