Einrichtung zur Erregung von Synchronmaschinen. Die Erfindung bezieht sich auf die Er regung von Synchronmaschinen aus einem Drehstromnetz, insbesondere aus dem von der Sf@chronmaschine selbst gespeisten Netz. Es ist bekannt, als Gleichrichter für die Umfor mung des dem Netz entnommenen Wechsel stromes in den Erregergleichstrom Kontakt gleichrichter zu verwenden, die beispielsweise nach Art eines Kommutators ausgebildet und unmittelbar auf der Welle der Syn chronmaschine angeordnet sein können.
Es ist weiterhin bereits vorgeschlagen worden, zur Verbesserung der Kommutierung in sol chen Fällen mit den Kontakten der Gleich richteranordnung sogenannte Schaltdrosseln in Reihe zu schalten, das heisst Drosselspu len, die bereits bei einem Strom, der nur einen geringen Bruchteil des normalen Er regerstromes ausmacht, ihren Sättigungs zustand erreichen und dann, im Gegensatz zu dem entsättigten Zustand, nur noch eine verschwindend kleine Induktivität besitzen. Die Erregung von Synchronmaschinen über Gleichrichter wird im allgemeinen in der Form ausgeführt, dass eine Erregerkompo nente von der Spannung und eine andere von dem Strom des Drehstromnetzes ab hängig ist.
Zu diesem Zweck benutzt man eine von dem Belastungsstrom der Maschine durchflossene Drossel, deren Spannung zu sätzlich zu einer der Spannung des Dreh stromnetzes verhältnisgleichen Wechselspan nung in den Wechselstromkreis des Gleich richters eingeführt wird. Häufig ist es nun erwünscht, den Erregerstrom auf andere Weise durch eine selbsttätige Regeleinrich tung in Abhängigkeit von irgendwelchen Betriebsgrössen zu regeln, wobei diese Re gelung dann auch noch zusätzlich zu der oben beschriebenen Kompounderregung an gewendet werden kann. Ein solcher selbst tätiger Regler kann beispielsweise den Zweck haben, die Spannung der Maschine genau konstant zu halten.
Die vorliegende Erfindung bietet bei Erregung über Schaltgleichrichter mit Schaltdrosseln die Möglichkeit, diese selbst tätige Regelung mit sehr einfachen Mitteln durchzuführen. Gemäss der Erfindung wer den die zur Kommutierungsverbesserung dienenden Schaltdrosseln zu diesem Zweck in Abhängigkeit von den für die Regelung massgebenden Betriebsgrössen, z. B. von der Spannung oder dem Strom der Maschine veränderlich vormagnetisiert.
Da, wie schon erwähnt, die Sättigungsdurchflutung der Schaltdrosseln ausserordentlich niedrig liegt, genügt ein sehr geringer Vormagnetisie- rungsstrom, um erhebliche Änderungen des Erregerstromes der Maschine zu erzielen. Infolgedessen sind auch die Regeleinrichtun gen in dem Vormagnetisierungsstromkreis nur für sehr geringe Stromstärken zu be messen.
Die Möglichkeit der Erregerstromrege- lung durch veränderliche Vormagnetisie- rung der Schaltdrosseln ergibt sich aus fol genden Überlegungen: Die Geschwindigkeit, mit der sich beim Einschalten eines Kon taktes des Kontaktgleichrichters der Strom in diesem Kontakt und dem zunächst noch eingeschalteten Kontakt der vorangehenden Phase ändert, richtet sich nach der gerade vorhandenen Induktivität der Schaltdros seln in diesem Stromkreis.
Im ersten Augen blick des Zuschaltens des Folgekontaktes ist die mit diesem in Reihe geschaltete Schalt drossel noch nicht gesättigt, so dass ihre Induktivität gross und damit die -Ande- rungsgeschwindigkeit des Stromes zunächst sehr klein ist. Es vergeht somit nach dem Zuschaltaugenblick eine gewisse Zeit, bis überhaupt erst einmal in dem zugeschalteten Kontakt der sehr niedrige Sättigungsstrom erreicht ist.
Bis zu diesem Zeitpunkt findet wegen der Kleinheit des Sättigungsstromes eine nennenswerte Verlagerung der Strom führung von dem abzulösenden Kontakt auf den Folgekontakt nicht statt. Erst wenn die Schaltdrossel des Folgekontaktes ihren Sät tigungszustand erreicht hat und ihre Induk- tivität praktisch verliert, geht die eigent- liehe Stromübergabe auf den Folgekontakt vor sich.
Eine Vormagnetisierung der Schalt drosseln hat, nun zur Wirkung, dass der Strom in der Arbeitswicklung, bei dem die Sättigung erreicht wird, einen andern Wert erhält. Folglich ändert sich auch die Zeit dauer, die, vom Einschaltzeitpunkt aus ge rechnet, bis zii (lem eigentlichen Übergang der Stromführung auf den Folgekontakt ver geht.
Man hat also bei gegebenem Ein schaltzeitpunkt di(rch die Vormagnetisierung der Schaltdrossel den Eintritt des Strom überganges weitgehend in der Hand. Je spä ter aber dieser Stromübergang eintritt, um: so kleiner wird der Mittelwert der gleich gerichteten Spannung und damit der Er- regerstrom der Synchronmaschine.
Für die Anordnung der Schaltdrosseln innerhalb der ganzen Gleichrichterschaltung bestehen verschiedene Möglichkeiten. Man kann in dieser Hinsicht zwei Gruppen von -Möglichkeiten unterscheiden. Bei der ersten Gruppe liegen die Schaltdrosseln in solchen Stromzweigen, die bereits von gleichgerich tetem Strom durchflossen werden, während sie im zweiten Fall in wechselnder Richtung Strom führen. In den Fällen, in denen die Schaltdrosseln nur in einer Richtung von Strom durchflossen werden, kann die Vor- magnetisierung durch Gleichstrom erfolgen.
Müssen dagegen die Schaltdrosseln ihre ver zögernde Wirkung bei wechselnder Strom richtung ausüben, so würde bei einer Vor magnetisierung durch Gleichstrom die Sätti gungsgrenze das eine Mal erhöht und bei der andern Stromrichtung erniedrigt werden. In diesem Falle ist es folglich erforderlich, die Vormagnetisierung ebenfalls mit wech selnder Stromrichtung vorzunehmen.
In Fig. 1 ist als Ausführungsbeispiel der Erfindung eine Kompounderregerschaltung einer Synchronmaschine dargestellt, bei der die Schaltdrosseln im Gleichstromkreis liegen und somit mit (')'rleichstrom vormagnetisiert werden können. Der Ständer 2 der Syn chronmaschine 1 speist das Drehstromnetz UVW. Zur Entnahme einer der Spannung des Drehstromnetzes proportionalen Erreger- stromkomponente dient der Spannungstrans formator 5, der primärseitig in Stern ge schaltet ist, dessen Sekundärwicklungen je doch nicht miteinander verkettet sind.
In Reihe mit jeder Sekundärwicklung des Transformators 5 liegt eine Sekundärwick lung der Drossel 4, deren Primärwicklungen mit dem von der Maschine gespeisten Netz in Reihe liegen, so dass an den Sekundär wicklungen Spannungen auftreten, die dem Belastungsstrom der Maschine etwa propor tional sind. Die Summe dieser Spannungen wird nun dem Kontaktgleichrichter 6 zuge führt, der nach Art eines Kommutators aus gebildet ist und entsprechend den sechs freien Wicklungsenden u, <I>v, w</I> bezw. <I>x, y, z</I> des Wechselstromkreises sechs mit den glei chen Bezeichnungen versehene Wechselstrom bürsten besitzt. Die an den gleichen Wick lungsstrang angeschlossenen Bürsten, z. B.
die Bürsten u und<I>x,</I> sind dabei um 180 gegeneinander versetzt angeordnet. Die wei terhin vorhandenen Bürsten a, b und c bezw. n', <I>b'</I> und c' sind an den Gleichstromkreis angeschlossen, wobei in die Zuleitungen zu den Bürsten a, b und c noch je eine der Schaltdrosseln 7 eingeschaltet ist. Die Kon taktstücke auf dem umlaufenden Teil des Kontaktgleichrichters 6 sind so verteilt und miteinander verbunden, dass bei der ange nommenen vierpoligen Ausführung der Ma schine beide Halbwellen des Wechselstromes gleichgerichtet werden.
Die andern Enden der Schaltdrosseln 7 sind an den einen Pol der Erregerwicklung 3 angeschlossen, deren zweiter Pol mit den Bürsten<I>a', b'</I> und c' verbunden ist.
Ausser den Arbeitswicklungen besitzen die Schaltdrosseln 7 noch die Sekundärwick lungen 8, die miteinander in Reihe geschal tet sind und aus der Gleichstromquelle 9 ge speist werden. Um die Grösse des Gleich stromes in den Vormagnetisierungswicklun- gen 8 zu beeinflussen, ist der Kohledruck regler 14 vorgesehen, dessen Erregerspule 15 an einer Phase des Drehstromnetzes liegt.
Der Kohledruckregler umfasst zwei Wider standssäulen 12 und 13, die durch das be- wegliche Regelglied in entgegengesetztem Sinne beeinflusst werden und die zusammen mit den Widerständen 10 und 11 eine Brük- kenschaltung bilden.
Die hintereinander geschalteten Vormagnetisierungswicklungen 8 der Schaltdrosseln sind in diese Brücken schaltung so eingeschaltet, dass je nach der Kraft, die durch die Erregerspule 15 auf den Kohledruckregler ausgeübt wird, der Vormagnetisierungsstrom mit veränderlicher Stärke in der einen oder der andern Rich tung die Wicklungen 8 durchfliesst. Auf diese Weise kann die Sättigungsgrenze der Schaltdrosseln gegenüber ihrer natürlichen Lage sowohl erniedrigt als auch erhöht wer den: Es ergibt sich damit ein sehr weiter Regelbereich für die gleichgerichtete Span nung und damit den Erregerstrom in der Wicklung B.
Im Vormagnetisierungskreis wird zweckmässig noch eine Glättungsdrossel zur Absperrung der Wechselspannungen an geordnet. Die Vormagnetisierung kann auch durch eine ruhende Regelanordnung, z. B. von der Netzspannung über Schaltungen mit gesättigten Drosseln und Gleichrichtern vor genommen werden.
Es wird im allgemeinen anzustreben sein, die Schaltdrosseln so anzuordnen, dass die Vormagnetisierung durch Gleichstrom erfol gen kann, da dies einfacher ist als die Vor magnetisierung durch Wechselstrom. Vor aussetzung hierfür ist, wie oben auseinander gesetzt, dass die Arbeitswicklungen der Schaltdrosseln nur in einer Richtung von Strom durchflossen werden. Sind die, Schalt drosseln, wie in Fig. 1, auf der Gleichstrom seite angeordnet, so ist diese Voraussetzung von vornherein erfüllt. Häufig ist es jedoch notwendig, die Schaltdrosseln auf der Wech- selstromseite anzuordnen.
Auch in diesem Falle lässt es sich erreichen, dass die Schalt drosseln stets nur in derselben Richtung Strom zu führen brauchen, wofür Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel zeigt. Die Erregerspan nungen werden wiederum aus dem Transfor mator 5 und den Drosselspulen 4 entnommen. Hier bilden jedoch die Arbeitswicklungen der Schaltdrosseln 17 zusammen mit den zu- gehörigen Schaltkontakten des Gleichrich ters eine Graetzsche Schaltung, innerhalb deren jeder Schaltkontakt und damit die in Reihe mit ihm liegende Schaltdrossel immer nur die eine Halbwelle der zugehörigen Phase Strom zu führen braucht.
Der Kon taktapparat ist zu diesem Zweck in zwei Ein zelkommutatoren aufgelöst, auf deren einem die Bürsten U bis Z schleifen, während der andere die an die gleichen Wicklungsenden angeschlossenen Bürsten U' bis Z' umfasst. Bei rotierender Anordnung der Erregerwick lung 3 auf einer gemeinsamen Welle mit den beiden Kommutatoren ist diese mit ihren bei den Enden an die umlaufenden Kontakt stücke der beiden Kommutatoren fest ange schlossen, so dass sich hier keine höhere Bür stenzahl ergibt als bei dem Ausführungsbei spiel nach Fig. 1.
Die Verbindungsleitun gen zwischen der Erregerwicklung und den umlaufenden Kontaktstücken können bei spielsweise durch die hohle Welle der Ma schine geführt sein. Die Vormagnetisierungs- wicklungen 18 der Schaltdrosseln, die wie derum aus einer Gleichstromquelle 9 über nicht näher dargestellte Regelanordnungen gespeist werden, sind ebenso wie die Arbeits wicklungen der Schaltdrosseln in zwei Grup pen unterteilt, welche gegensinnig hinterein- andergeschaltet sind, wie es mit Rücksicht auf die Verschiedenheit der Stromrichtungen in den Arbeitswicklungen der beiden Schalt drosselgruppen nötig ist.
Die die beiden Bürsten u und u' bezw. i, und r@' bezw. iv und ua' speisenden Schaltdrosseln können auch zu einer Schaltdrossel mit Mittelanzap- fung vereinigt werden, so dass dann insge samt nur drei Drosselkerne erforderlich sind.
Die gezeigten Ausführungsbeispiele sind natürlich nicht die einzigen Schaltungsmög lichkeiten. Es lassen sich noch eine ganze Reihe anderer Schaltungskombinationen ent werfen, bei denen die Schaltdrosseln ent weder im Wechselstromkreis oder im Gleich stromkreis liegen. Die Anordnung der Schaltdrosseln derart, dass sie von Strom wechselnder Richtung durchflossen werden, hat den Vorteil, dass die Schaltdrosseln bes- ser ausgenutzt werden, aber, wie oben er wähnt, den Nachteil, dass zur Vormagnetisie- rung Wechselstrom verwendet werden muss.
Die Entscheidung über die Schaltung der Schaltdrosseln muss daher von Fall zii Fall unter, gegenseitiger Abwägung dieser Ver hältnisse getroffen werden.
Soll sich die Maschine bei Inbetriebset zung selbst erregen, so ist es zweckmässig, dies Schaltdrosseln zunächst kurzzuschliessen oder bis über die S'#,ittigungsgrenze vorzu magnetisieren. .lnelernfalls würde nämlich die Induktivität der Schaltdrosseln bei den zuerst nur geringen Erregerströmen beträcht lich sein und eine nennenswerte Erregung nicht zustandekommen lassen. Durch das Kurzschliessen wird auch noch die Rest induktivität der Schaltdrosseln beseitigt.
Häufig wird gefordert, dass der Erreger strom bei sonst gleichbleibenden Verhältnis sen von etwaigen Widerstandsschwankungen der Erregerwicklung, beispielsweise infolge von Temperaturänderungen, unabhängig bleibt. Das lässt sich sehr einfach dadurch erreichen, dass man parallel zu der Wechsel stromseite des Kollektorgleichrichters Kapa zitäten 19 schaltet, die mit den induktiven Widerständen des Wechselstromkreises, also beispielsweise den Induktivitäten der Kom- poundsehaltung auf Resonanz abgeglichen sind.
Es ergibt sich dann eine Reihenschal tung von Induktivität und Kapazität, wobei die Erregerwechselspannung an den Kapazi täten abgegriffen wird. Es ist aus der Theo rie der Resonanzkreise bekannt, dass bei einem Reihenresonanzkreis, wie er hier vor liegt, der Strom in einem Parallelkreis zum Kondensator unabhängig von dem Wider stand des Parallelkreises praktisch konstant bleibt. Bei der Verwendung von Schaltdros seln wird hierdurch gleichzeitig noch der Vorteil erreicht, dass die Schaltdrosseln ver- kleiner werden können.
Eine Verkleinerung der Schaltdrosseln ist auch dadurch möglich, dass man bei der Kompoundsehaltung an Stelle der sonst zur Entnahme der strom abhängigen Erregerstromkomponente verwen deten Drosseln Kapazitäten benutzt. Dann wird die bei Sättigung der Schaltdrosseln verbleibende Restinduktivität des Kommu- tierungskreises kleiner, so dass der Strom rascher von einer Phase auf die folgende übergeht.
Hierdurch wird die gesamte Kom- mutierungszeit herabgesetzt, so dass das von den Schaltdrosseln aufzunehmende zeitliche Spannungsintegral ebenfalls verkleinertwird. Bei der Erregung grösserer Maschinen, die sehr starke Erregerströme benötigen, kann man die Kontakte in mehrere parallele Kon taktgruppen aufteilen, wobei jede Kontakt gruppe mit besonderen, nur dieser Gruppe zugeordneten Schaltdrosseln in Reihe ge schaltet ist. Dadurch wird der Gesamtstrom, der noch funkenlos kommutiert werden kann und der für jede Kontaktstelle etwa in der Grösse von 1 Amp. liegt, auf ein Mehrfaches heraufgesetzt.