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Wechselstromgenerator Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur
Spannungsregelung und Begrenzung von Kurzschlußströmen bei Wechselstromgeneratoren.
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Nach der Erfindung werden in den Nullpunkt des Generators eine Kombination
von Kondensatoren und dazu parallel geschalteten, bei ÜberstrÖmen gesättigten Drosseln
gelegt.
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Bei normaler Belastung der Maschine wird der Streuspannungsabfall
in der Maschine durch die erfindungsgemäß vorgesehenen Kondensatoren kompensiert.
Durch die Kompensation des Streuspannungsabfalles treten Vorteile für die Dimensionierung
der Maschine auf. Die Erregerwicklung fällt kleiner aus, da weniger AW für eine
bestimmte Belastung notwendig sind. Eine weitere Verkleinerung der Maschine wird
erreicht, weil wegen der Kompensierung des Streuspannungsabfalles eine geringere
Spannung induziert zu werden braucht, um eine bestimmte Klemmenspannung zu erhalten.
Ein besonderer Vorteil für die Spannungsregelung ist der kleinere Regulierbereich,d.h.
der Unterschied zwischen der Leerlauferregung und der maximalen Erregung.
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Diese Vorteile werden nun nach der Erfindung erreicht, ohne daß in
anderer Richtung Nachteile entstehen.
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Für den Kurzschlußfall muß nämlich eine überschüssige Reaktanz zur
Verfügung stehen, die den Kurzschlußstrom begrenzen soll, gleichgültig, ob die Maschine
von vornherein eine große oder eine kleine Streureaktanz besitzt. Diese Bedingung
würde der Anwendung von die Streureaktanz kompensierenden Kondensatoren widersprechen.
Die erfindungsgemäße Drosselkombination überwindet
aber diese Schwierigkeit
und stellt bei Kurzschluß den erforderlichen induktiven Widerstand im Kurzschlußkreis
zur Verfügung.
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Besondere Vorteile bietet es, die Erfindung auf Generatoren niedriger
Streuung, z. B. Turbogeneratoren großer Leistungen, für elektrischen Schiffsantrieb
anzuwenden.
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Bei solchen Generatoren ist es nämlich mit Rücksicht auf die hohe
Blindstrombelastung beim Reversieren notwendig, die Generatoren mit besonders kleiner
Streuung zu bauen. Man ist gezwungen, bis auf die Streuung von etwa 5 bis 6% herabzugehen.
Die Kurzschlußkräfte an den Wickelköpfen werden dabei aber so groß, daß man sie
selbst bei den besten Versteifungen kaum mehr beherrschen kann, um so mehr, als
die Generatoren beim Reversieren noch stoßerregt werden (bis zu etwa 2,5facher Nennlasterregung)
und dadurch die Stoßkurzschlußströme noch weiter erhöht werden. Es ist bereits bekanntgeworden,
zur Begrenzung der hohen Stoßkurzschlußströme Generatoren und Motoren mit getrennten
Phasen zu betreiben oder die Ständerwickelköpfe zu panzern. Der erste Vorschlag
bedeutet aber einen Mehraufwand an Kabeln und Schaltern, der zweite ist für die
Belüftung der Maschine sehr nachteilig und würde eine schwächere Modellausnutzung
nötig machen. Erst nach der Erfindung gelingt es, die Kurzachlußströme wirksam zu
begrenzen, ohne die Nachteile der bekannten Einrichtungen in Kauf nehmen zu müssen.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. I der Zeichnung
veranschaulicht. Diese zeigt einen Drehstromgenerator I, der das Netz 2 speist.
In den Sternpunkt des Generators sind Kondensatoren 3 und diesem parallel Drosseln
4 und 5 geschaltet, von denen die Drossel 4 in Stern geschaltet ist und eine zweite
kurzgeschlossene Wicklung 6 besitzt, während die Drossel 5 in Dreieck geschaltet
ist.
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Die Wirkung dieser Anordnung ist nun folgende: Die Kondensatoren und
gesättigten Drosseln, deren gemischte Stern- und Dreieckschaltung zur Unterdrückung
der Oberwellen dient, ergeben zusammen die bekannte Charakteristik, die in Fig.2
dargestellt ist, in der auf der Abszisse das Verhältnis Ständerstrom zu Nennstrom
und auf der Ordinate das Verhältnis Spannung zu Nennspannung aufgetragen ist. Bei
normalem Betrieb liegt nur ein geringer Spannungsabfall an den Kondensatoren und
Drosseln. Die Drosseln sind dann vollkommen ungesättigt, haben also ihren größten
induktiven Widerstand, und der Belastungsstrom geht fast vollkommen über die Kondensatoren.
Die Kondensatoren werden so bemessen, daß sie fast vollkommen den Streuspannungsabfall
des Generators kompensieren. Dies wirkt sich besonders beim Reversieren günstig
auf die Größe der erforderlichen Stoßerregung bzw. auf die Größe des Generators
aus.
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Bei einem plötzlichen Kurzschluß verteilt sich der Spannungsabfall
auf die Streureaktanz der Maschine xs und auf die resultierende Reaktanz x2 im Nullpunkt,
wie in Fig. I angegeben ist. Die resultierende Charakteristik aus Streureaktanz
und Reaktanz am Nullpunkt ist in Fig.3 veranschaulicht. Dabei sind nicht die Reaktanzwerte,
sondern die entsprechenden Spannungsabfälle in Abhängigkeit von den Ständerströmen
aufgetragen. Die resultierende Charakteristik setzt sich aus der linearen Streuspannungscharakteristik
und der kombinierten Kondensator- und Drosselcharakteristik ähnlich Fig. 2 zusammen.
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Aus dieser Charakteristik können unmittelbar die Stoßströme entnommen.
werden. Ist die Reaktanz aus Kondensatoren und Drosseln im Nullpunkt nicht vorhanden,
dann beträgt bei der eingezeichneten linearen Streuspannungscharakteristik e@ =
5 0/o der Stoßkurzschlußstrom bei Nennspannung das 2ofache des Nennstromes, wobei
nur das Wechselstromglied gerechnet ist. Ist die Reaktanz aus Kondensatoren und
Drosseln im Nullpunkt eingeschaltet, dann ist der Stoßstrom nur das 7,5fache des
Nennstromes. Dabei verbraucht sich die Nennspannung zu 37,5% an der Streureaktanz
der Maschine und zu 62,5% an der Reaktanz am Nullpunkt.
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Die Charakteristik in Fig.3 ist ohne Berücksichtigung der im Generator
möglichen Selbsterregungserscheinungen dargestellt. Nach dem Abklingen des Stoßstromes
wird sich ein durch die Generatorcharakteristik und die eingestellte Generatorerregung
bedingter Betriebszustand einstellen, denn die Kurzschlußstelle ist jetzt der Nullpunkt
des Generators, und der Generator ist auf die Kombination von Kondensatoren und
Drosseln geschaltet. Es kann nun der Fall eintreten, daß gerade volle Kompensierung
eintritt, was z. B. in Fig. 3 bei 47% Spannung der Fall wäre. Dann klingt der Generator
nach dem plötzlichen Kurzschluß nicht auf den Dauerkurzschlußstrom ab, sondern wird,
abgesehen von geringen Verlustströmen, stromlos.
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Bei Verwendung der erfindungsgemäßen Anordnung von Kondensatoren und
Drosseln im Nullpunkt im normalen Betrieb kann diese zur Spannungserhaltung am Generator
herangezogen werden, indem durch Gleichstromvormagnetisierung der Drosseln oder
Anzapfungen der Drosseln oder Kondensatoren oder durch Drehdrosseln die Charakteristik
verändert und dadurch die Spannungshöhe in der Zentrale den Netzverhältnissen. angepaßt
wird.