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Einrichtung zum Konstanthalten der Spannung von Wechselstromgeneratoren
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Konstanthalten der Spannung
von Wechselstromgeneratoren. Es sind Einrichtungen dieser Art bekannt, bei denen
in dem Erregerkreis der zu regelnden Maschine bzw. in dem Erregerkreis der zugehörigen
Erregermaschine gittergesteuerteEntladungsstrecken vorgesehen sind, auf deren Steuerung
die für die Regelung maßgebende Größe einwirkt. - Bei diesen Anordnungen fließt
im allgemeinen durch die Entladungsstrecken ein nicht unbeträchtlicher Strom. Eine
wesentlich kleinere Bemessung der Entladungsstrekken erlaubt eine andere bekannte
Regeleinrichtung, bei der in den Regelkreis der zu regelnden Maschine die Arbeitswicklung
einer Drosselspule geschaltet ist, derenVormagnetisierung über diegittergesteuertenEntladungsstrecken
gesteuert wird. In diesem Fall muß die Erregerleistung einer Wechselstromquelle
entnommen werden und hinter der Regeldrossel durch einen besonderen Gleichrichter
in Gleichstrom verwandelt werden. Bei den bekannten Regeleinrichtungen der genannten
Art werden die im Vormagnetisierungskreis der Regeldrossel liegenden Entladun:gsstrekken
von der für die Regelung maßgebenden Größe kontinuierlich, d. h. in der Weise gesteuert,
daß auch ihre Durchlässigkeit stetig mit den Änderungen der Regelspannung zü-bzw.
abnimmt.
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Die Erfindung betrifft ebenfalls eine Einrichtung zum Konstanthalten
der Spannung von Wechselstromgeneratoren, bei .der in dem aus einer Wechselstromquelle
über Gleichrichter gespeisten Erregerstromkreis wechselstromseiti:g Drosselspulen
geschaltet sind, deren Induktivität durch einen über gittergesteuerte Entladungsstrecken
zugeführten, abhängig von der zu regelnden Spannung veränderlichen Vormagnetisierungsgleichstrom
gesteuert wird. Gemäß der Erfindung werden die Entladungsstrecken durch eine von
der zu regelnden Spannung abhängige Gitterwechselspannung derart gesteuert, daß
siebeimUnterschreiten einer bestimmten Grenze der Generatorspannung sprunghaft leitend
werden bzw. zünden und beim Überschreiten dieserGrenze wieder sperren. Die Erfindung
benutzt also das an sich bekannte Tirrillprinzip, um mit
Hilfe vonEntladungsstrecken
die Induktivität der Regeldrossel zu steuern. Eine stetige Steuerung der Entladungsstrecken
findetnicht mehr statt; vielmehr soll diese je nach der Größe der Regelspannung
nur zwischen dem Zustand völliger Sperrung und einem be-' stimmten Aussteuerungsgrad
hin und her pendeln; auf diese Weise hängt die Größe des Vormagnetisierungsstromes
und damit auch des Erregerstromes der Wechselstrommaschine nur noch von dem Verhältnis
der Sperrzeiten zu den Stromführungszeiten der Entladungsstrecken ab. Das hat zur
Folge, daß Änderungen in der Steuercharakteristik der Röhren, wie sie beispielsweise
infolge von Alterungserscheinungen fast immer auftreten, ohne Einfluß auf die Regelgenauigkeit
bleiben. Wenn aus irgendeinem Grunde die Leitfähigkeit der Entladungsstrecken während
der Brennzeit allmählich geringer werden sollte, so gleicht sich das selbsttätig
dadurch aus, daß die Brennzeiten im Verhältnis zu den Sperrzeiten entsprechend verlängert
werden. Periodische Pendelungen des- Erregerstromes sind trotz des intermittierenden
Arbeitens der Röhren nicht zu befürchten, da die Regeldrosseln in Verbindung mit
der Induktivität der Erregerwicklung der Maschine weitestgehend glättend wirken.
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Es ist bekannt, auf eine im Erregerkreis einer Maschine liegende gleichstromvormagnetisierte
Regeldrossel die Differenz zweier Größen einwirken zu lassen, die in verschiedenem
Maße von der Regelgröße abhängig sind. Von dieser Maßnahme wird zweckmäßig auch
bei der praktischen Durchführung der Erfindung in der Weise Gebrauch gemacht, daß
eine solche Differenzgröße die Gittersteuerung der Entladungsstrecken übernimmt.
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Die Einzelheiten der Erfindung sollen an Hand von Ausführungsbeispielen
erläutert werden, die in der Zeichnung dargestellt sind.
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In der Fig. i der Zeichnung ist mit 2 ein Wechselstromgenerator bezeichnet,
der mit einer Ankerwicklung 3 und einer Feldwicklung 4 versehen ist. Die Ankerwicklung
ist an ein Wechselstromnetz angeschlossen, dessen Phasenleiter mit 5, 6, 7 bezeichnet
sind. Die Feldwicklung des Generators wird mit gleichgerichtetem Strom gespeist,
der von den Phasenleitern 6, 7 durch eine Gleichrichtergruppe 8 entnommen wind.
Es können für die Gleichrichtung des Stromes Gleichrichter beliebiger Art verwendet
werden. Besonders geeignet für den vorliegenden Zweck sind die bekannten Kupferoxy
dgleichrichter.
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Vor die Gleichrichter ist auf der Wechselstromseite eine Drosselpule
g eingeschaltet, durch die der Erregerstrom in der Feldwicklung 4 geregelt werden
kann. Die Drosselspule g besitzt einen dreischenkligen Eisenkern. Auf den äußeren
Schenkeln des Kernes i i ist gleichmäßig verteilt die in den Erregerstromkreis des
Generators eingeschaltete .Wicklung i2 angeordnet. Auf dem mittleren Schenkel des
Kernes i i liegt eine zweite Wicklung 13. Diese Wicklung wird mit Gleichstrom gespeist,
der ebenfalls den Phasenleitern 6, 7, des Drehstromnetzes über gittergesteuerte
thermionische Gleichrichterröhren 21, 22 entnommen wird. Entsprechend der Änderung
der Generatorspannung wird durch Beeinflussung der Steuerspannung an den Gittern
der Röhren der Strom in der Wicklung 13 und damit die Sättigung des Kernes i i der
Drosselspule g geändert. Infolgedessen wird auch die Selbstinduktion der Drosselspule
und der Erregerstrom des Generators verändert: Die Drosselspule g ist so bemessen,
daß die Gener atorspannung etwas über den Normalwert ansteigt, wenn die Wicklung
13 der Drosselspule 9 unerregt und der Generator 2 nicht -belastet ist.
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Als Gleichrichterröhren 21, 22 werden normale Glühkathodenröhren verwendet.
Die Röhren 21, 22 besitzen je eine Glühkathode 27, 3-i, die durch eine Sammlerbatterie
35 beheizt wird, je eine Anode 28, 32 sowie je ein Steuergitter 29, 33. Die Anoden
28, 32 der Geichrichterröhren sind an die Wicklungshälften 48, 49 der Sekundärwicklung
47 eines Transformators 45 angeschlossen. Der Mittelpunkt der Transformatorwicklung
47 ist mit der Wicklung 13 auf dem mittleren Schenkel der Drosselspule 9 verbunden,
die mit der 'Wicklung 52 einer zweiten, ebenfalls mit einem Eisenkern versehenen
Drosselspule 53 in Reihe geschaltet und an den zu den Kathoden 27, 31 der beiden
Gleichrichter führenden Leiter 36 angeschlossen ist. Die Primärwicklung 46 des Transformators
45 ist an die Phasenleiter 6, 7 des Wechselstromnetzes angeschlossen. Die Schaltung
der Gleichrichter, .die unter dem Namen Vollwellenschaltung bekannt ist, ermöglicht
es, daß jede Halbwelle des Wechselstromes in Gleichstrom umgewandelt wird.
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Da derVerlauf des dieVormagnetisierungswicklung 13 durchfließenden
Stromes ohne weiteres aus der Zeichnung entnommen werden kann, erübrigt sich eine
Beschreibung des Stromkreises.
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Die Gleichrichter werden mit Hilfe der erwähnten Steuergitter 29,
33 derart gesteuert, daß ein Gleichstrom durch die Vormagnetisierungswicklung nur
dann fließen kann, wenn die Generatorspannung von ihrem vorgestimmten Wert abweicht.
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Die beiden Gitter 29, 33 sind an die Enden der beiden Teile 59, 58
der Sekundärwicklung 57 eines Gittertransformators 23 angeschlossen.
Die
mittlere Anzapfung dieses Transformators ist über Leiter 6o, 94, die Wicklungen
13, 52 der beiden Drosselspulen 9 und 53 und den Leiter 36 mit den beiden Kathoden
27, 31 der Elektronenröhren 21, 22 verbunden.
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In den Erregerstromkreis der Primärwicklung 56 des Transformators
23 werden in an sich bekannter Weise.zwei Spannungen eingeführt, die entgegen-gerichtet
und nur dann gleich sind, wenn die Generatorspannung ihren Normalwert besitzt. Die
. eine dieser Spannungen wird an einem Widerstand 25 abgegriffen, die andere von
der Sekundärwicklung eines Stromtransformators 62 geliefert. Die Primärwicklung
dieses Stromtransformators ist in den Stromkreis einer Eisendrosselspule 24 eingeschaltet,
die von der Wicklungshälfte 49 der Sekundärwicklung des Transformators 45 gespeist
wird. Der Strom, der durch diese Drosselspule verläuft, hängt von der Spannung der
Transformatorwicklung 49 und somit von der Spannung des Generators 2 ab. Die Spule
24 ist so bemessen, daß sie hoch gesättigt ist. Infolgedessen ändert sich bei Spannungsschwankungen
der Strom in 'der Drosselspule 24 in erheblich stärkerem Maße als die Spannung.
Der Verlauf des Stromes in der Drosselspule 24 in Abhängigkeit von der Spannung
wird durch die Kurve A in der Fig. 2 angedeutet.
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DerWiderstand25 ist ebenfalls überTransformatoren an die Spannung
zwischen den Leitern 6, 7 angeschlossen. Die Kurve B in Fig. 2 gibt den Verlauf
des Stromes im Widerstand 25 in Abhängigkeit von der angelegten Spannung an. Der
Widerstand ist so eingestellt, daß bei Normalspannung des Generators die an ihm
abgegriffene Spannung gleich der in der Wicklung des Stromtransformators 62 induzierten
Spannung ist. Schwankt die Spannung des Generators, so wird auch die am Widerstand
25 abgegriffene Spannung proportional der Spannungsänderung ihren Wert ändern. In
Fig. 3 sind in Abhängigkeit von der Generatorspannung die am Widerstand 25 abgegriffene
Spannung (Kurve D) und die in der Sekundärwicklung des Stromtransformators 62 induzierte
Spannung (Kurve C) aufgetragen. Bei Normalspannung des Generators sind die Spannungenam
Widerstand und in der Sekundärwicklung des Stromtransformators gleich. Sobald, wie
aus Fi:g. 3 ersichtlich ist, bei Änderungen der Generatorspannung die Spannungen
an dem Widerstand 25 und in ,der Sekundärwicklung des Stromwandlers 62 sich in verschiedenem
Maße ändern, wird die' Primärwicklung 56 des Gittertransformators 23 an Spannung
gelegt und von einem Erregerstrom durchflossen. Infolgedessen wird auch in der Sekundärwicklung
57 des Transformators 23 eine Spannung induziert, so daß an die Steuer= Bitter 29,
33 der Gleichrichterröhren 21, 22 Steuerspannungen angelegt werden. Sobald die Steuergitter
der Gleichrichterröhren positiv sind, kann ein Gleichstrom durch die Vormagnetisierung
13 fließen.
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Um für die in den Erregerstromkreis des Gittertransformators 23 eingeführten
Spannungen möglichst Phasengleichheit zu erreichen, ist der Widerstand 25 an eine
Spannung angeschlossen, die gegenüber der an die Drosselspule 24 angelegten Spannung
in der Phase verschoben ist. Zu diesem Zweck ist der eine der äußeren Kontakte des
Widerstandes 25 an den Endpunkt der Wicklungshälfte49 der Sekundärwicklung47 des
Transformators 45 angeschlossen. Der andere Endpunkt.des Widerstandes 25 ist über
einen beweglichen Kontakt an einen Spannungsteilerwiderstand 77 angelegt. Dieser
Spannungsteilerwiderstand ist einerseits über dieLeitung 51 mit der mittleren Anzapfung
der Sekundärwicklung 47 des Transformators 45, andererseits mit dem einen Ende .der
Sekundärwicklung 76 eines Transformators 74 verbunden, deren anderes Ende mit der
Wicklungshälfte 49 .in Verbindung steht. Die Primärwicklung des Transformators 74
ist zwischen den Phasenleitern 5, 6 des Drehstromgenerators angeschlossen. Durch
die erwähnte Schaltung kann bei geeigneter Einstellung der Widerstände 25, 77 leicht
erzielt werden, daß die am Widerstand 25 zwischen Punkt 61 und der Leitung 66 auftretende
Spannung in Gegenphase ist zu der in der Sekundärwicklung des Stromtransformators
62 induzierten Spannung.
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Die Wirkungsweise der nach der Erfindung ausgebildeten Regeleinrichtung,
wie sie in der Fig. i dargestellt ist, ist, soweit bisher beschrieben, nun folgende:
In der Wicklung des Generators 2 wird beim Anlaufen infolge des remanenten Feldes
eine geringe Spannung erzeugt. Infolgedessen fließt über .die Phasenleiter 6, 7
durch die Gleichrichter 8 und die Drosselspule 9 ein schwacher Strom. Die Erregerwicklung
4 des Generators wird daher mit Gleichstrom gespeist. Der Erregerstrom verläuft
dabei von dem Phasenleiter 6 über den Leiter 87, die in Graetzschaltung angeordnete
Gleichrichtergruppe 8, Leitung 88, Erregerwicklung 4 des Generators ä, Leitung 89,
Gleichrichtergruppe 8, Leitung 86, Wicklung 12 der Drosselspule 9, Leitung 85 zum
Phasenleiter 7.
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Bei Umkehr der Spannung an der Wechselstrommaschine kehrt der Strom
in den Leitungen 85, 87 seine Richtung um. Durch die Erregerwicklung 4 fließt jedoch
.der Erregerstrom infolge der besonderen Schaltung der
Gleichrichtergruppe
in der gleichen Richtung weiter. ' Die Erregung der Feldwicklung verursacht ein
weiteres Ansteigen der Generatorklemmenspannung, und ein immer größer werden-, der
Gleichstrom wird der Feldwicklung q. geliefert. Der Generator erregt sich. soweit
selbst, bis er eine normale Spannung besitzt.
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Wird der Generator belastet, dann fällt die Generatorspännung wieder
unter den vorbestimmten Wert ab. Infolgedessen fließt mehr Strom durch den Widerstand
25: als- durch die Drosselspule 24., wie leicht den in Fig. 3 dargestellten Kurven
entnommen werden kann. Infolgedessen wird die in der Sekundärwicklung des Stromtransformators
62 induzierte Spannung kleiner als die Spannung zwischen dem Punkt 61 des Widerstandes
25 und dem Leiter 66. Daher wird- der Wicklung 56 des -Transformators * 23. :eine
Spannung aufgedrückt, die einen vom Punkt 6.1 des Widerstandes 25 über die Wicklung
56 des- Transformators 23 und die Sekundärwicklung des Stromtransformators 62 verlaufenden
Strom hervorruft. Dieser Strom erregt den Transformator 23 und ruft in der Sekundärwicklüng
57 eine Spannung hervor. .Diese Spannung: -liegt zwischen den Gittern 29,. 33 und
den Kathoden 2,7, 31 der Röhrengleichrichter 2i, 22, so daß bei positiver Gitterspannung
Und - entsprechender Anodenspannung ein Anodenstrom in den Röhren- auftreten kann.
Dieser-Anodenstromkreis schließt sich über die- Wicklung 13 der Drosselspüle
9 und veranlaßt eine Sättigung des Eisenkernes.i i. Durch die Sättigung des Kernes
i i wird der Wechselstromwi.derstand der Drosselspule g verringert, so daß ein erhöhter
Erregerstrom durch die Erregerwicklung des Generators verläuft. - Infolgedessen
steigt die Generatorspännung an. -Sobald die Spannung des Generators ihren vorbestimmten
Wert wieder erreicht hat, ist auch die Spannung zwischen .den beiden Enden der Primärwicklung
56 des Transforinators 23 wieder Null geworden. Infolged-ssen wird auch in" der
Sekundärivickiung .des Gittertransformators keine Spannung mehr induziert, so daß
der Anodenstrom durch die -Gleichrichterröhien unterbrochen ,wird. Die Erregerwicklung
13 ist infolgedessen nicht mehr vom Strom durchflössen. Der Wechselstromwiderstand
der Drosselspule 12: nimmt nunmehr wieder so zu, daß der Erregerstrom der Feldwicklung
q. wieder verringert wird: Sobald die Generatorspannung nunmehr von neuem infolge
der Belastung absinkt, werden die Röhren 2i; 22 von neuem unter dem Einfluß einer
entstehenden Spannung am Steuergitter leitend, worauf wiederum der Erregerstrom
des Generators verstärkt wird. Die Gleichrichterröhren werden in der beschriebenen
Weise mit hoher Geschwindigkeit dauernd umgesteuert, so daß eine im wesentlichen
konstante Spannung des Generators erzielt wird. Die Erregung der Feldwicklung wird
- schnell zwischen vorbestimmten Minimal- und Maximalwerten verändert. Der durchschnittliche
Wert der Erregung des Erregerstromes ist proportional dem Verhältnis der Zeit, in
der die Röhren 21, 22 leitend sind, zu der Zeit, in der sie nicht leitend sind.
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Da die Generätorfelderregung abhängig ist von der Länge der Zeit,
in der die Gleichrichterröhren leitend sind, ist die -Regelung. des Generators unabhängig
von der Charakteristik der Röhren. Sollte sich der innere Widerstand aus irgendeinem
Grunde ändern, so werden die Röhren doch immer -noch bei der Spannungsregelung dadurch
wirksam sein, daß sie für längere oder kürzere Zeit als gefordert leitend bleiben,
um die Generatorspannung auf den verlangten Wert ansteigen zu lassen.
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Es zeigt sich nun, daß bei der bisher beschriebenen Einrichtung bisweilen
unter dem Einfluß der Selbstinduktion der Feldwicklung des Generators die in dem
Generator induzierte Spannung über den verlangten Normalwert ansteigt. Dies beruht
darauf, daß die Generatorspannung infolge der Selbstinduktion der Erregerwicklung
sich erheblich langsamer ändert als die an die Erregerwicklung des Generators angelegte
Spannung und daß die Verstärkung der Generatorerregung erst unterbrochen wird, wenn
die Generatorspannung den Normalwert erreicht hat. Um nun diese Nachteile zu vermeiden,
ist die Drosselspule 53 vorgesehen, deren Wechselstromwicklung 63 mit der Wicklung
der DrosselsPule 24 in -Reihe geschaltet ist. Auch die Drosselspule 53 ist mit einem
dritten Schenkel versehen, auf dem eine Gleichstromerregerwicklung 52 angeordnet
ist, die mit der Gleichstromerregerwicklung der Drosselspüle 9 in Reihe geschaltet
ist. Sobald beim Absinken der Generatorspannung die Selbstinduktion -der Drosselspule
9 durch Gleichstromvormagnetisierungverringertwird,wird auch die Selbstinduktion
der Drosselspule 53 durch Sättigung des Kernes durch Vormagnetisierung verringert.
Hierdurch wird erzielt, daß der Strom in der Drosselspule 24 bereits wieder ansteigt,
bevor die Generatorspannung ihren Normalwert erreicht hat. Durch geeignete Bemessung
der Drossel= spule .53 kann erreicht werden, daß die Generatorspannung auf ihren
Normalwert nach dem Unterbrechen .der Gleichstromvormagnetisierung der Drosselspule
9 ansteigt, ohne diesen zu fiberschreiten. In Fig. 3 gibt die
gestrichelte
Kurve E die Spannung an der Sekundärwicklung des Stromtransformators 62 in Abhängigkeit
von der Generatorspannung wieder, wenn die Drossel 53 berücksichtigt ist.
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Die Einrichtung kann in verschiedener Weise abgeändert werden. Wie
in Fi.g. 4 dargestellt ist, kann für die Speisung der Vormagnetisierungswicklungen
13 und 52 der beiden Drosselspulen 9 und 53 ein besonderer Generator io4 vorgesehen
werden, dessen Anker io5 an zwei Leitungen rot, 103 angeschlossen ist. Der Gleichstrom
für die Vormagnetisierung wird diesen beiden Leitungen über den Transformator
107 entnommen, der in gleicher Weise wie bei dem in Fig. i beschriebenen
Ausführungsbeispiel so geschaltet ist, daß .die Gleichrichter jede Halbwelle des
Wechselstromes in Gleichstrom umwandeln. Zur Speisung der Drosselspule 24 sowie
des Widerstandes 25 sind bei der in Fi.g. 4 .dargestellten Schaltung besondere Transformatoren
112, 113 erforderlich. In allen übrigen Einzelheiten gleicht die Schaltung nach
Fig. 4 der vorher beschriebenen Schaltung nach Fig. i. Auch in der Wirkungsweise
unterscheidet sie sich nicht von der vorher beschriebenen Anordnung.