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Regeleinrichtung für Drehstromgeneratoren Die Erfindung bezieht sich
auf eine Regeleinrichtung für Drehstromgeneratoren mit Wechselstromerregermaschine,
die über einen nachgeschalteten Gleichrichter die Erregerwicklung des Generators
speist und deren eigene Erregung über einen von der Generatorspannung beeinflußten
Magnetverstärker gesteuert wird.
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Derartige Regeleinrichtungen sind bekannt. So wird bei einer diesbezüglichen
Einrichtung die Erregung eines Synchrongenerators von der gleichgerichteten Spannung
eines Asynchrongenerators geliefert, dessen Erregung seinerseits von einem Magnetverstärker
beeinflußt wird. Die Lastwicklungen des Magnetverstärkers sind dabei an die Wechselspannung
des Asynchrongenerators angeschlossen, während seine Steuerwicklungen von der Spannung
des Synchrongenerators beaufschlagt werden.
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Die Ansprechgeschwindigkeit dieser Regeleinrichtung ist in entscheidendem
Maße von der Leitkonstante des dabei verwendeten Magnetverstärkers abhängig. Diese
wiederum ist bekanntlich umgekehrt proportional der Frequenz der seine Arbeitswicklungen
speisenden Wechselspannung. Der der Erfindung zugrunde liegende Gedanke ist nun,
eine übernetzfrequente Speisespannung für die Arbeitswicklungen des Magnetverstärkers
nicht etwa durch Bereitstellung einer besonderen Spannungsquelle zu erhalten, sondern
sie auf einfache Weise bei der bisher beschriebenen Regeleinrichtung zu gewinnen.
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitswicklungen des Magnetverstärkers
von
der Oberwellenspannung des gleichgerichteten Erregerstromes der Wechselstromerregermaschine
gespeist werden.
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Der Oberwellenanteil kann dabei mit Hilfe eines Kondensators oder
auch transformatorisch von dem Gleichanteil getrennt werden. Man wird bestrebt sein,
einen Erregungswechselstrom mit so großer Amplitude zu erhalten, daß er für die
Erregung des Generators ausreicht. Will man eine besonders kleine Zeitkonstante
haben, so wird man versuchen, einen Wechselstromanteil möglichst hoher Frequenz
zu erhalten. Dies kann bei Wechselstrom liefernden Generatoren vorteilhaft erreicht
werden durch eine der Phasenzahl des Generators entsprechende Doppelweggleichrichtung.
Bei einem dreiphasigen Ge= nerator und 5o Hz ergibt sich nach der Doppelweggleichrichtung
ein Wechselstromanteil mit sechsfacher Oberwelle, also 3oo Hz. Je höher die Phasenzahl
des Generators, desto höher wird auch die Grundfrequenz des Oberwellenanteils nach
der Gleichrichtung. Es ist aber zu berücksichtigen, da.ß mit höher werdender Phasenzahl
eines gleichgerichteten Wechselstromes dieAmplituden der Oberwellen kleiner werden.
Es kann daher in manchen Fällen zweckmäßig sein, z. B. bei einem Dreiphasen-Generator
nur eine Einphasen-Gleichrichtung in Doppelwegschaltung vorzunehmen. Der Oberwellenanteil
hat dann zwar nur ioo Hz, dafür aber eine größere Amplitude. Eine Doppelweggleichrichtung
wird man dagegen stets anwenden, weil sie im Vergleich zu einer Einweggleichrichtung
einen viel stärkeren Oberwellenanteil höherer Frequenz ergibt.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen,
daß zur Steuerung des Magnetverstärkers ein Gleichstrom dient, der vom Drehstromnetz
über eine sättigbare Drossel und einen Gleichrichtersatz geliefert wird. Dadurch
ergibt sich eine einfache und robuste Anordnung, um die Spannung des Drehstromgenerators
konstant zu halten.
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Die Zeichnung stellt ein Anwendungsbeispiel für eine Einrichtung nach
der Erfindung dar, und, zwar ist bei dieser Einrichtung ein Drehstromgenerator i
verwendet, der eine große Leistung hat und somit auch eine verhältnismäßig große
Erregungsleistung benötigt. Diese große Erregungsleistung wird durch die Einrichtung
nach der Erfindung aufgebracht; gleichzeitig aber wirkt die Einrichtung nach der
Erfindung bei diesem Anwendungsbeispiel in Verbindung mit der Drossel 3 auch zur
Spannungsregelung des Drehstromgenerators i auf einen konstanten Wert, wie im einzelnen
weiter unten noch erläutert wird. Der Drehstromgenerator i und der als Erregermaschine
wirkende Drehstromgenerator z sind auf gemeinsam angetriebenen Wellen angebracht,
die in der Zeichnung ebenso wie die antreibende Kraftmaschine nicht mit dargestellt
sind. Die Erregerwicklung des Drehstromgenerators i ist mit d. bezeichnet, ihre
Schleifringe mit 5 und 6 und eine Gleichrichteranordnung mit 7.
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DieWirkungsweise der Einrichtung ist wie folgt: Von der erzeugten
Spannung des Drehstromgenerators i wird ein Teil über die Drossel 3 entnommen und
dient nach Gleichrichtung in der Gleichrichteranordnung 7 als erregungsbeeinflussende
Steuergröße für die Verstärkungseinrichtung. Diese besteht aus den Teilen 2, 8 bis
2o. Der Ausgang der Verstärkungseinrichtung speist von den Klemmen. D, E aus die
Erregerwicklung q. des Drehstromgenerators i. Wie oben schon erwähnt, dient die
Drossel 3 zu seiner Regelung auf eine konstante Spannung. Die Drossel 3 hat einen
Wicklungskern aus einem Werkstoff, der eine magnetische Kernlinie mit einem ausgeprägten
Sättigungsknick besitzt. Falls die Spannung des Drehstromgenerators i ihren Sollwert
unterschreitet, ist die Drossel 3 ungesättigt. Sie stellt in diesem Falle einen
großen Widerstand für den in ihr fließenden Wechselstrom dar, so daß die Gleichrichteranordntuig
7 nur eine geringe Spannung an die Gleichstromwicklungen der Drosseln 15 und 16
liefert und diese somit nur wenig vormagnetisiert werden. Die Vormagnetisierungswicklungen
der Drosseln 15 und 16 sind nun so geschaltet, daß sie der Magnetisierung, welche
die Drosseln durch den in ihren anderen Wicklungen fließenden Halbwellen-Wechselstrom
erfahren, entgegenwirken. Dieser Halbwellenstrom weist erfindungsgemäß eine größere
Frequenz auf als die des in den Ständerwicklungen der Drehstromgeneratoren i und
2 fließenden Ströme. Zur Erzeugung einer höheren Frequenz wird eine Frequenzvervielfachung
des von den Ankerwicklungen 8, g und io gelieferten Drehstromes vorgenommen. In
einer dreiphasigen Doppelweggleichrichtung durch die Gleichrichteranordnung i i
wird ein Gleichstrom erzeugt, der einen Oberwellenanteil sechsfacher Frequenz des
Generators 2 enthält. Der Oberwellenanteil wird von dem Gleichanteil des gleichgerichteten
Stromes mit Hilfe eines Kondensators 12 getrennt, dann über die Gleichrichter 13
und 14 auf die gleichstromvormagnetisierten Drosseln 15 und 16 derart verteilt,
daß in einer jeden von ihnen nur eine Halbwelle fließt. Es wird also in diesem Fall
ein starker Erregungswechselstrom auf die Gleichrichteranordnung 17 gegeben, und
der als Erregermaschine dienende Drehstromgenerator 2 wird eine stärkere Erregung
des Drehstromgenerators i hervorrufen. Als Folge davon wird die Spannung des Drehstromgenerators
i ansteigen, und zwar steigt sie so lange, bis ihr einzuregelnder Sollwert erreicht
ist. In diesem Augenblick wird die Drossel 3 gesättigt, d. h., sie stellt praktisch
lediglich noch einen ohmschen Widerstand dar. Eine am Generator i auftretende Überspannung
kann somit über die Drossel 15 und 16 in voller Höhe regelnd eingreifen.
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Die Beeinflussung des Erregungswechselstromes in den. Drosseln 15
und 16 erfolgt in, dem dargestellten Beispiel durch eine Gegenmagnetisierung. Im
Gegensatz dazu wird man bei Benutzung der Verstärkungseinrichtung aus den Teilen
2, 8 bis 2o als reine Verstärkungseinrichtung, d. h. wenn eine Spannungsregelung,
wie sie in dem Ausführungsbeispiel vorgesehen ist, nicht erforderlich ist, eine
derartige
Magnetisierung der Drosseln 15 und 16 vorsehen, daß bei größer werdendem vormagnetisierendem
Gleichstrom, also der zu verstärkenden Steuergröße, der erregungsbeeinflussende
Wechselstrom in den anderen Wicklungen der Drosseln kontinuierlich mit verstärkt
und beeinflußt wird. Die Drossel 3 ist so bemessen, daß sie bei Sollwert der Spannung
des Drehstromgenerators. i gerade im Sättigungsknick ihrer magnetischen Kernlinie
arbeitet.
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Die Einregelung des Drehstromgenerators i auf den Sollwert der Spannung
erfolgt verhältnismäßig trägheitslos, da in den Drosseln 15 und 16 mit Wechselströmen
höherer Frequenz gearbeitet wird und ihre Induktivität infolgedessen klein sein
kann. Der Verstärkungsgrad ist aber sehr groß, da nicht nur eine zweistufige Verstärkung,
sondern auch eine Rückkopplung vorliegt, weil bei Verkleinerung des Spannungsabfalls
an den Drosseln 15 und 16 und Ansteigen des Erregerstromes in der Wicklung 18 das
Ansteigen der Ausgangsspannung an den Klemmen D, E ein weiteres Ansteigen des Erregerstromes
in der Wicklung 18 zur Folge hat. Diese Art der Rückkopplung arbeitet schneller
als eine Rückkopplung durch eine Zusatzwicklung auf den Drosseln 15 und 16.
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Zur Vermeidung von Pendelungen beim Regeln kann eine elastische Rückführung
durch eine weitere Steuerwicklung auf den Drosseln 15 und 16 vorgesehen werden,
die beispielsweise über einen Kondensator an die Klemmen 21 angeschlossen ist. Die
Einrichtung nach der Erfindung wirkt also in diesem Zusammenhang gleichzeitig als
Schnellerregungseinrichtung.
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In manchen Fällen wird es nicht erforderlich sein, die Beeinflussung
der Erregung des Generators in einem sehr großen Bereich vorzunehmen. Man kann dann
den Generator durch eine Hilfserregerwicklung mit einer zusätzlichen Grunderregung
versehen, so daß die Verstärkungseinrichtung nur in dem darüberliegenden Erregungsbereich
zu arbeiten braucht. Eine zusätzliche Hilfserregung kann insbesondere dann vorteilhaft
sein, wenn der von dem Generator entnommene oder abgeleitete Erregungswechselstrom
nicht so stark ist, daß er die Gesamterregung des Generators decken kann.