Selbsterregter Synchrongenerator mit stabiler Spannungsregelung. Die vorliegende Erfindung bezweckt, die Spannung von selbsterregten Synchrongene ratoren, deren Erregerstrom über Elemente mit eindeutiger Stromdurchlassrichtung dem Hauptstromkreis entnommen wird, stabil zu regeln. Derart erregte Synchrongeneratoren arbeiten bei niedriger Spannung bezw. schwa cher Felderregung nicht stabil, weil in dem ungesättigten Teil der Magnetisierung die Generatorspannung sich verhältnisgleich mit dem Erregerstrom ändert.
Gemäss der Erfindung wird die Stabili sierung dadurch erreicht, dass die Erregung des Generators über Entladungsstrecken in Gleichrichterschaltung in Abhängigkeit von der Generatörspannung selbsttätig derart ge steuert wird, dass die Änderung des Erreger stromes mit zunehmender Generatorspannung abnimmt.
Die Erfindung ist in der Zeichnung bei spielsweise veranschaulicht. In Fig. 1 bedeutet 1 den selbsterregten Synchrongenerator; der beispielsweise über das Stromrichtgefäss 2 und die Schleifringe erregt wird. Die Maschine 1 dient in diesem Fall als Erregermaschine für den synchronen Hauptgenerator d, mit dem sie, wie bei gro ssen Generatorsätzen üblich, unmittelbar ge kuppelt ist.
Zur Auferregung ist eine fremde Hilfsstromquelle oder, wie in dem Ausfüh rungsbeispiel, ein Kondensator 4 vorgesehen, der normalerweise die Gleichstromerregung des Feldes unterstützt. 5 deutet eine Frei laufanode an, um dem Erregerstrom bei plötz licher Entladung oder Unterbrechung, freien, unter Umständen noch durch den Widerstand 6 gedämpften Auslauf zu gewähren und un zulässige Spannungserhöhungen zu vermei den.
Die Auferregung des Generators 1 wird durch den Kondensator 4 eingeleitet. Mit dem Einsetzen der Klemmenspannung erfolgt die weitere Erregung über Elemente mit ein- deutiger Stromdurchlassrichtung, beispiels weise Entladungsstrecken 2 in Gleichrichter- schaltung, durch die Feldwicklung des Ge- nerators mittels Gleichstrom.
Zur Stabilisie rung, das heisst zur Störung der Verhältnis gleichheit von Spannung und Erregerstrom, dient die vormagnetisierbare Eisendrossel 7, deren V ormagnetisierung durch die Spulen 8 über Elemente mit eindeutiger Stromdurch- lassrichtung, beispielsweise Entladungsstrek- ken 10 in Gleichrichterschaltung, und den Regelwiderstand 11 mit der Maschinenspan nung mittelbar oder, wie in dem Ausfüh rungsbeispiel, unmittelbar gekuppelt ist.
Die V ormagnetisierungsspule 8 ist mit der Drossel 7 auf einem gemeinsamen gern angeordnet. Bei steigender Spannung des Generators wird die Vormagnetisierung und somit die Blindstromaufnahme der Drossel 7 erhöht. Dies bedeutet eine relative Schwä chung der wirksamen Erregung der Maschine 1 und einen entsprechenden Spannungsrück gang und somit ein stabiles Einschwingen einer festen Spannung.
Letztere ist selbst wieder durch Änderung der Vormagnetisie- rung oder von Widerständen im Erregerkreis oder durch Steuerung der Elemente für den Erregerstrom, für die Vormagnetisierung usw. regelbar.
Ausser der Vormagnetisierungsspule 8 ist eine weitere Spule 9 vorgesehen, die von dem Stromwandler 12 der Hauptmaschine 3 über das Element 13 und den Regelwiderstand 14 vormagnetisiert wird, und zwar umgekehrt wie die Spule 8, so dass die gemeinsame Vor magnetisierung der beiden Spulen 8 und 9 bei steigendem Hauptstrom zurückgeht und infolgedessen die Erregung verstärkt wird. Die Anordnung bewirkt also eine von der Belastung abhängige selbsttätige Spannungs regelung des Hauptgenerators 3.
Die Stabili tät der Erregermaschine 1 bleibt dabei er halten, solange die Drosselspule 7 bezw. das ganze llagnetisierungssystem einschliesslich des Generators 1 im gesättigten Teil der ge krümmten Kennlinie arbeitet. Durch geeig nete Bemessung, insbesondere der Vormagne- tisierungsspulen, kann diese Bedingung er füllt werden.
Die Anordnung nach Fig. 1 ermöglicht es, bei jeder Spannung des Generators die verhältnisgleiche Abhängigkeit zwischen der Spannung und dem Erregerstrom in beliebi gem Grade zu stören, und zwar vorzugsweise derart, dass der Wert
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bei steigender Spannung abnimmt und um gekehrt, wobei e die Wechselstromspannung des Generators und i den Strom in der Feld wicklung bedeuten.
Die Anordnung nach Fig. 1 ist einphasig dargestellt. Selbstverständlich gelten die obi gen tberlegungen sinngemäss auch für jede beliebige mehrphasige Anordnung. Zweck- m 'issig wird man auch statt der einfachen Drosselspule 7 eine Doppeldrossel mit Kom pensationsschaltung verwenden, bei welcher die durch die Vormagnetisierung bewirkte LTnsymmetrie in den beiden Halbwellen und gleichzeitig auch die \@'echselstromriickwir- kung auf die Vormagnetisierungsspulen praktisch beseitigt werden.
Fig. 2 zeigt ein weiteres Ausführungs beispiel, das sich von demjenigen nach Fig. 1 durch die Mittel zur Erzielung der Stabilität des Synchrongenerators unterscheidet. Diese Mittel bestehen lediglich in der Steuerung des Elementes 2. Um einen stabilen Regel bereich zu erzielen, der grösser ist als bei spielsweise der Regelbereich bei Widerstands regelung und voll ausgesteuertem Stroml icht- gefäss, sind beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 gleichfalls zusätzliche Stabilisierungs mittel erforderlich.
Die Stabilisierung wird nun gemäss dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 zweckmässig dadurch bewirkt, dass die Steuerung mit der Maschinenspannung ge kuppelt wird, und zwar derart, da.ss die Span nung an der Erregerwicklung nicht verhält nisgleich mit der Maschinenspannung an steigt, sondern weniger oder gar nicht oder sogar zurück geht, während für sinkende Ma schinenspannung das umgekehrte Abhängig keitsverhältnis besteht. Als Steuermittel für das Element 2 sind Gitter vorgesehen. 15 ist der Steuertransfor mator für die Gitter; auf dem gern ist die Spule 8 angeordnet, die von dem Transfor mator<B>16</B> über das Stromrichtgefäss 17 mit Gleichstrom gespeist wird und den Kern des Transformators 15 vormagnetisiert.
Die Pri märwicklung des Transformators 15 ist nicht unmittelbar, sondern über feste oder regel bare Widerstände 18, 19 (Blind-, Wirk- oder Scheinwiderstände) an die Wechselspannung des Generators angeschlossen.
Durch Vormagnetisieren wird unter sonst gleichen Lastverhältnissen der Wechselstrom widerstand des Transformators 15 verklei nert. Da der Vormagnetisierungsstrom mit der Generatorspannung gekuppelt, also ihr auch verhältnisgleich ist, kann erreicht wer den, dass die Klemmenspannung des Trans formators 15 nicht verhältnisgleich mit der Generatorspannung ansteigt.
Durch entspre chende Bemessung lässt sich sogar erreichen, dass unter sonst gleichen Verhältnissen die Spannung des Transformators 15 und dem nach auch die Gitterspannung bei steigender Generatorspannung zurückgeht.
Die Steuerung lässt sich in an sich be kannter Weise so einrichten, dass die von. dem Element 2 gelieferte Gleichspannung mit sinkender Gitterspannung selbst zurück geht. Diese Anordnung ermöglicht also die Stabilisierung, indem unter sonst gleichen Verhältnissen bei steigender Generatorspan- nung die Erregung des Generators -und damit auch die Spannung selbsttätig zurückgeholt wird. Der umgekehrte Fall tritt bei einem plötzlichen Spannungsrückgang auf.
Die Anordnung zeigt gleichzeitig noch andere Merkmale, die in dem gleichen Sinne wirken und demnach die Stabilisierung ver stärken. Durch die Vormagnetisierung und die dadurch bewirkte Widerstandsänderung des Transformators 15 wird nicht nur die Gitterspannung verkleinert, sondern gleich zeitig lässt sich dadurch in an sich bekannter Weise die Phasenlage der Transformator- bezw. Gitterspannung in einem gewollten Sinne verdrehen, wenn man Art und Grösse der in Reihe liegenden Widerstände entspre chend wählt.
Diese Verdrehung der Gitter- spannung in Abhängigkeit von der Vormag- netisierung bezw. von der Generatorspan- nung, mit der die Vormagnetisierung gekup pelt ist, bietet demnach ein weiteres Mittel, die Beziehung zwischen Erregerstrom und Maschinenspannung so zu steuern, dass ihre Verhältnisgleichheit gestört und somit die Regelung stabilisiert wird.
Im gleichen Sinne wirkt auch der Wider stand 20 zwischen der Kathode 21 und der Abzweigung 22 zum Mittelpunkt der Sekun därwicklung des Transformators 15. Die Klemmenspannung zwischen den Leitungs punkten 21 und 22 ergibt die Vorspannung der Gitter gegenüber der Kathode, und zwar in der gezeichneten Anordnung eine negative Vorspannung. Steigt die Maschinenspannung, so sinkt die Vorspannung und bewirkt unter sonst gleichen Verhältnissen eine Spannungs erniedrigung im Gleichstromkreis der Er regung.
Auch hierbei lässt sich erreichen, dass der Spannungsrückgang im Erregerkreis in folge Erniedrigung der Vorspannung grösser ist als die Spannungszunahme infolge des Anstieges an den Generatorklemmen, so dass auch hierdurch eine stabilisierende Wirkung erzielt wird. Unter Umständen wird es zweckmässig sein., mehrere der angegebenen Mittel gleichzeitig zu verwenden, um eine möglichst grosse Stabilität zu erzielen.
Durch Regelung der Widerstände 18, 19, 20, 23 oder der Steuerung der vorgesehenen Elemente oder durch andere an sich bekannte Mittel kann die Grösse der Spannung der Maschine 1 und somit auch diejenige der Hauptmaschine 3 beliebig geregelt werden, und zwar von Hand oder selbsttätig mit Hilfe einer der an sich bekannten Anordnun gen, die für diesen Zweck ausgebildet sind.
Die vorliegende Erfindung bietet noch einen weiteren Vorteil, der aus Fig. 1 zu er sehen ist. Anstatt der Hauptmaschine und der Erregerstrommäschine den Erregerstrom getrennt zuzuführen, wozu mindestens drei Schleifringe benötigt werden, kann man ihn gemeinsam zuführen, wobei man mit zwei Schleifringen auskommt, indem man die bei den Feldwicklungen parallel oder in Reihe schaltet, wie dies in Fig. 1 angedeutet ist.
Dies ist zulässig, da beide Felder gleichsin nig geregelt werden. D1an erhält somit eine Erregermaschine, die keine zusätzlichen be weglichen Kontakte erfordert, ohne Strom- wender arbeitet und deshalb eine besonders grosse Betriebssicherheit besitzt.