-
Selbsterregter Synchrongenerator Für Synchrongeneratoren sind verschiedene
Mögr lichkeiten, ihre Klemmenspannung zu regeln, bekanntgeworden. So ist es z. B.
bekannt, das Polrad aus einer Erregermaschine zu speisen, deren Feld durch besondere
Regler in Abhängigkeit von der abgegebenen Klemmenspannung des Generators ver:-ändert
wird. Weiterhin ist es bekannt, mit Transduktoren oder Transistoren bestückte Regler
für die Regelung der Klemmenspannung einzusetzen. Diese Regler ermöglichen zwar
eine ausreichende Genauigkeit der Spannungshaltung, die auch bei Temperaturschwankungen
innerhalb der üblichen Grenzen eingehalten wird, haben aber den Nachteil, daß die
Spannungshöhe beim Hersteller fest eingestellt und nur geringfügig durch handbetätigte
Geräte verändert werden kann und daß der Aufwand für diese Geräte groß ist.
-
Weiterhin ist aus der deutschen Patentschrift 678 248 ein selbsterregter
Wechselstromgenerator bekanntgeworden, bei dem der Erregerstrom über eine mit der
Statorwicklung verbundene Drosselspule entnommen, in einem Gleichrichter gleichgerichtet
und dem Polrad zugeführt wird. Dabei wird nach einem Ausführungsbeispiel die Drosselspule
nicht direkt mit der Statorwicklung verbunden, sondern mit einer gegenüber der Statorwicklung
um 90' verschobenen Erregerwicklung. Erregerwicklung und Statorwicklung sind
dabei nicht galvanisch miteinander verbunden.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für einen selbsterregten
Synchrongenerator mit einer Statorwickluno, und einer im Stator angeordneten Erregerwicklung
und mit einem Polrad, das über Gleichrichter mit der Erregerwicklung verbunden ist,
eine einfache Steuerung zu schaffen, die bei ausreichender Genauigkeit, mit der
die Klemmenspannung gesteuert wird, mit wenigen zusätzlichen Hilfsmitteln arbeitet
und somit sehr einfach ini Aufbau ist. hn Vergleich zu dem bekannten Wechselstromgenerator
nach der deutschen Patentschrift 678 248 soll die Steuerung verbessert werden.
-
Gemäß der Erfindung wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, daß
Erregerwicklung und Statorwicklung galvanisch miteinander verbunden und in denselben
Nuten angeordnet sind und daß zur Bildung einer belastungsstromabhängigen Erregerstromkomponente
mit den den Generatorklemmen entgegengesetzten Enden der Statorwicklung
je ein Widerstand verbunden ist. Bei dieser Ausbildung des Synchrongenerators
ergeben sich folgende Vorteile: Im Leerlauf fließt in den Widerständen nur die entsprechende
Komponente des Stromes in der Erregerwicklung und ruft an den Widerständen einen
bestimmten Spannungsabfaff hervor. Bei Belastung des Generators wird der Spannungsabfall
in den Widerständen verkleinert, Bei entsprechender Dimensionierung der Widerstände
und der Spannung an der Erregerwicklung kann der Spannungsabfall in den Widerständen
bei einer bestimmten Belastung praktisch auf Null gebracht werden. Dadurch ergibt
sich eine automatische Spannungserhöhung an der Erregerwicklung, die ausreicht,
um über die Gleichrichter und das Polrad die Erregung so weit zu verstärken, daß
die an den Klemmen vorhandene Spannung konstant bleibt. Durch die Anordnung von
Erregerwicklung und Statorwicklung in denselben Nuten wird eine ausgezeichnete Symmetrie
der Maschine erreicht, die galvanische Verbindung macht es möglich, den elektrischen
Winkelm zwischen den Zeigern der Erregerspannung und der Generatorklemmenspannung
wählbar zu machen. Zu letzterem ist darauf hinzuweisen, daß die Drehung des Zeigers
des lastabhängigen Erregerstromanteiles gegenüber jenem des lastunabhängigen Erregerstromanteiles
um etwa 901 aus den deutschen Patentschriften 1000 503
und
1038 175 bekannt ist.
-
Bei dem Generator nach der Erfindung ist es ohne weiteres möglich,
zwischen Gleichrichter und Polrad ein handbetätiggtes Polglied zu schalten. Mit
Hilfe dieses SteRgliedes kann der Nennwert für die Generatorklemmenspannung verändert
werden. Dies ist z. B. dann notwendig, wenn bei einem weiter entfernt liegenden
Verbraucher mit einem bestimmten Spannungsabfall in den Zuleitungen gerechnet werden
muß, so daß die beim Verbraucher ankommende Spannung unter dem gewünschten Nennwert
liegt. Mit Hilfe des Stellgliedes ist es außerdem möglich, die durch Änderung der
Eigenwiderstände des Generators bei extrem weit auseinanderliegenden Betriebstemperaturen
auftretenden
Spannungsänderungen auszugleichen. Das erfindungsgemäß vorgesehene Stellglied gibt
also die Möglichkeit, die Steuerung an die jeweils herrschenden Betriebsbedingungen
anzupassen.
-
Die Erfindung ist sowohl bei Drehstrom- als auch bei Einphasengeneratoren
verwendbar.
-
Einzelheiten der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung
von Ausführungsbeispielen hervor, die in den beigefügten Zeichnungen schematisch
dargestellt sind. Es zeigt F i g. la einen Drehstromgenerator, die Statorwicklung
des Generators und die Erregerwicklung sind um 90' el gegeneinander versetzt,
wie aus dem in F i g. 1 b angegebenen Zeigerdiagramm hervorgeht, Fig. 2a
einen Drehstromgenerator mit Anzapfungen an den Statorwicklungen, mit Hilfe dieser
Statorwicklungen ist der elektrische Winkel zwischen Statorwicklung und Erregerwicklung
auf größere oder kleinere Werte als 90' el einstellbar, wie aus dem zugehörigen
Zeigerdiagramm in F i g. 2 b hervorgeht, F i g. 3 einen Drehstromgenerator,
dem wahlweise zwei verschiedene Klemmenspannungen entnommen werden können, F i
g. 4 einen Einphasengenerator.
-
Das Prinzip der Steuerung wird an Hand der F i g. 1 a beschrieben.
In den Nuten des Statorpaketes eines Drehstrom-Synchrongenerators sind die Statorwicklungen
11 für die drei Phasen des Drehstromes untergebracht. Die Wicklungsenden
sind in üblicher Weise mit UYW und XYZ bezeichnet. In den gleichen Nuten
ist eine dreisphasige Erregerwicklung 12 untergebracht. Diese Erregerwicklung ist
so gewickelt oder geschaltet, daß ihre Wicklungsachsen um einen bestimmten Winkel,
vorzugsweise um 901 el, gegenüber den Wicklungsachsen der zugehörigen Statorwicklung
verschoben sind. Damit sind auch die Zeiger der Spannungen der Statorwicklung
11 und Erregerwicklung 12 verschoben. Die Lage der Zeiger ist in F i
g. 1 b mit einem Winkel von 901 dargestellt. Mit Uli ist dabei
die Spannung der Statorwicklung in dem Strang V bezeichnet, mit Ul. die Spannung
in der Erregerwicklung 12, die mit dem Ende Y der Statorwicklung des Stranges V
verbunden ist.
-
Die Enden XYZ der Statorwicklung 11 sind zusammen mit den Anfängen
der Erregerwicklung 12 an je einen Widerstand 13 angeschlossen, die
ihrerseits in Sternschaltung verbunden sind.
-
Durch die remanente Spannung aus der Erregerwicklung 12 erregt sich
der Generator über die Drehstrom-Brückenschaltung der Gleichrichter 14, das nachgeschaltete
Stellglied 15 und das Polrad 16 mit den Klemmen I, K in dem
Drehstromgenerator.
-
Bei Leerlauf des Generators fließt in den Widerständen 13 nur
die entsprechende Komponente des Stromes in der Erregerwicklung 12 und ruft an den
Widerständen 13 einen bestimmten Spannungsabfall hervor. Bei Belastung des
Generators an den Klemmen UVW wird durch vektorielle Subtraktion der Stromkomponenten
des durch die Statorwicklung fließenden Stromes der Spannungsabfall in den Widerständen
13 verkleinert. Bei entsprechender Wahl der Größe der Widerstände
13 und der Spannung der Wicklung 12 kann der Spannungsabfall in den Widerständen
durch die vektorielle Subtraktion der Stromkomponenten bei einer bestimmten Belastung
praktisch auf Null gebracht werden. Dadurch ergibt sich eine automatische Spannungserhöhung
an der Erregerwicklung 12, die ausreicht, um über die Gleichrichter 14 und das Polrad
16 die Erregung so weit zu verstärken, daß die an den Klemmen UVW vorhandene
Spannung, d. h. der Nennwert der Generatorklemmenspannung, konstant bleibt.
Dabei ist der Spannungsverlust im Stellglied 15, der bei Belastung infolge
des erhöhten Erregerstromes ebenfalls größer geworden ist, in die Auslegung der
Größe der Widerstände 13 und der Spannung der Erregerwicklung 12 einbezogen.
Durch Veränderung des Stellgliedes 15 kann der Erregerstrom und damit die
abgegebene Spannung an den Klemmen UVW gesteuert werden.
-
Statt der Reihenschaltung von Stellglied 15 und Polrad
16 kann das Stellglied auch parallel zu dem Polrad angeordnet sein. Diese
Möglichkeit ist durch die gestrichelte Darstellung des Stellgliedes 15' in
der Fig. la angedeutet.
-
F i g. 2 a zeigt eine weitere Möglichkeit, die Feldverstärkung
bei Belastung des Generators zu beeinflussen. Diese Möglichkeit besteht darin, daß
die Statorwicklung 21 an ihren Enden XYZ Anzapfungen besitzt, an die die Erregerwicklung
22 angeschlossen werden kann. Durch die Wahl der verschiedenen Anzapfungen können
verschiedene Winkel zwischen den Zeigern der Spannung von Statorwicklung und Erregerwicklung
gewählt werden. Die im Ausführungsbeispiel gewählte Einstellung ist im Zeigerdiagramm
in F i g. 2 b dargestellt, in dem U21 die Spannung in dem Strang
V der Statorwicklung, die Spannung U2, die Spannung in der zugehörigen Erregerwicklung
darstellen. Der Winkel zwischen den Zeigern der Spannungen in der Statorwicklung
und in der Erregerwicklung ist größer als 90, el.
-
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung für einen Generator, dem wahlweise
zwei Spannungen entnommen werden können, zeigt F i g. 3: In die gleichen
Nuten, die die Statorwicklung 31a aufnehmen, ist eine Zusatzstatorwicklung
31 b und außerdem die Erregerwicklung 32 eingebracht. Die algebraische
oder vektorielle Addition der Teilspannungen ergibt den gewünschten Nennwert der
Spannung. Dabei können die Teilspannungen an den Wicklungen 31
a
und 31 b in einem beliebig wählbaren Verhältnis Anteil an
der Gesamtspannung haben. Die Wahl der geteilten Wicklungsstränge im Stator des
Generators hat auch eine andere Wahl der Widerstände, mit denen die Statorwicklung
verbunden ist, zur Folge. Vorzugsweise werden auch die Widerstände geteilt in einen
Widerstand 33 a, der mit der Wicklung 31 a
zusammen eingeschaltet
ist, und einen Widerstand 33 b, der zusammen mit Widerstand 33 a eingeschaltet
ist, wenn beide Statorwicklungen eingeschaltet sind.
-
Auf einfache Weise ist die Umschaltung von der einen Spannung auf
die andere möglich, wenn ein Verriegelungsschalter 37, der gleichzeitig die
Statorwicklungen und die Widerstände umschaltet, vorgesehen ist. Bei der dargestellten
Stellung des Schalters37 sind beide Wicklungen31a und 31b und beide Widerstände33a
und 33b eingeschaltet, zwischen beiden liegt die Erregerwicklung
32. Wird der Schalter 37 in die linke Stellung gebracht, ist nur noch
die Wicklung31a mit dem Widerstand33a eingeschaltet. Auch in diesem Fall liegt zwischen
Widerstand und Wicklung die Erregerwicklung32.
Die Arbeitsweise
bei jeder der beiden Schaltstellungen ist die, wie sie an Hand der F i
g. 1 a beschrieben wurde.
-
Die Erfindung ist auch bei einem Einphasengenerator verwendbar, wie
es in F i g. 4 dargestellt ist. Bei dieser Anordnung ist analog zu den Drehstromgeneratoren
die Statorwicklung 41 in Reihe mit dem Widerstand 43 geschaltet, im Sternpunkt ist
die Erregerwicklung 42 angeschlossen. Das andere Ende der Erregerwicklung 42 ist
mit einer Gleichrichterbrücke 44 verbunden, an deren Gleichstromausgang der Generator
unter Zwischenschaltung eines Stellgliedes angeschlossen ist. Der andere Wechselstromausgang
der Gleichrichterbrücke führt über das zweite Ende des Widerstandes 43 auf den Nfittelpunktsleiter.