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Anordnung zur Stoßerregung von Synchronmaschinen Es sind neuerdings
verschiedene Anordnungen zur Erregung von Synchronmaschinen mittels Gleichrichter
bekanntgeworden, die z. T. eine Schnell- und Stoßerregung ermöglichen. Bei einer
dieser Anordnungen wird die Maschinenspannung auf einfache Weise durch einen von
der gleichen Spannung gespeisten gittergesteuerten Gleichrichter geregelt. Der Nachteil
dieser Anordnung liegt darin, daß die Erregung bei großen Spannungsabsenkungen versagt,
weil sie von der Klemmenspannung abhängig ist. Eine andere Anordnung speist den
Gleichrichter in Stromschaltung mit einem der Klemmenspannung und dem Laststrom
verhältnisgleichen Summenstrom. Diese Anordnung sichert auch bei Spannungszusammenbrüchen
durch Laststöße Schnellerregung mit großem Erregerstrom und angenähert genaue Ausregelung
der Spannung, dagegen läßt sich eine genaue Ausregelung der Spannung nicht so einfach
durchführen wie bei der erstgenannten Anordnung.
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Die Erfindung vereinigt nun die Vorteile beider Anordnungen bei Vermeidung
ihrer Nachteile und ermöglicht eine leichte Regelung durch Gittersteuerung in der
Nähe der Nennspannung und große Überschußerregung bei Spannungszusammenbrüchen infolge
von Stoßlasten und Kurzschlüssen.
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Die Erfindung bezieht sich auf die Stoßerregung von Synchronmaschinen
beim Eintreten von überlast
mittels- gittergesteuerter Gleichrichter
und in Abhängigkeit vom Belastungsstrom der Synchronmaschine mittels eines vom Belastungsstrom
erregten Stromtransformators, wobei unterhalb der Überlast die Erregung in eine
spannungsabhängige Schaltung mit genauer Ausregelung der Spannung durch die Gittersteuerung
übergeführt ist. Der Erfindungsgedanke besteht nun darin, daß für die Erregung der
Synchronmaschine der Strom des vom Belastungsstrom der Synchronmaschine erregten
Stromtransformators in Stromüberlagerung mit dem Strom eines an die Netzspannung
angeschlossenen Scheinwiderstandes (zweckmäßig eine Drosselspule) einen Transformator
zugeführt ist, der über den gittergesteuerten Gleichrichter die Erregung der Synchronmaschine
speist und an dem der dem Belastungsstrom der Synchronmaschine proportionale Teil
des Erregerflusses ein- und ausschaltbar ist. Dabei sind also zwei Schaltungen für
die Erregung der Synchronmaschine vorgesehen, nämlich eine spannungsabhängige Schaltung
mit genauer Ausregelung der Spannung durch Gittersteuerung und eine stromabhängige
Erregungsschaltung. In der Nähe der Nennspannung bei ruhigem Betrieb wird die Spannung
in der ersten Schaltung durch die Gittersteuerung geregelt. Durch einfaches Betätigen
eines Schalters wird auf die zweite Schaltung, die Stromschaltung, übergegangen,
die infolge ihrer spannungs- und stromabhängigen Erregung den Sollwert der, -Spannung
schnellstens wieder herstellt. Nach Erreichen der Sollspannung entsteht durch entgegengesetztes
Betätigen des Schalters wieder die Spannungsschaltung mit Gittersteuerung. Der Übergang
von der Spannungsschaltung zur -Stromschaltung kann auf zweierlei Weise erfolgen.
Die Stromschaltung kann in ihrer Wirkung dadurch aufgehoben werden, daß der Gleichrichterumspanner,
dessen Spannung bei Stromschaltung völlig- frei ist, an eine bestimmte Spannung,
z. B. die Klemmenspannung, angeschlossen wird. Dadurch wird der Strom zur freien
Größe; beim Abschalten dieser Spannung wird alsdann die Stromschaltung sofort -wieder
wirksam, die den Strom zur vorgeschriebenen Größe. macht. Der Übergang kann auch
in der Weise erfolgen, daß -die Stromschaltung in Reihe zur Spannung liegt. Die
Eigenschaften einer Stromschaltung bleiben dadurch gewahrt, es wird lediglich diese
von Spannung entlastet. Durch Kurzschließen der Stromschaltung wird dagegen eine
reine Spannungsschaltung hergestellt, die nach Aufheben des Kurzschlusses wieder
in die Stromschaltung übergeht. Durch die von der Stromschaltung zur Verfügung gestellten
Überschußspannungen wird der Erregerstrom . schnellstens seinem Sollwert zugeführt.
Durch geeignete Wähl. der Übersetzüngsverhältnisse der Stromschaltung, die bei deren
Weiterbestehen eine viel zu große Endspannung bewirken würden, kann die Erregungsgeschwindigkeit
weiter gesteigert werden. Das Aufheben und Herstellen des Kurzschlusses bei der
zweiten Möglichkeit kann auch durch. einen zweiten Gleichrichter erfolgen,- der
mit dem ersten. zu einem Gefäß vereinigt sein kann.' Da bei der Stromschaltung der
Strom erzwungen wird, vermag ihn die einfache Gittersteuerung nicht ohne weiteres
zu regeln. Sie wird daher mit dem Schaltvorgang, der die Spannungsschaltung in die
Stromschaltung überführt, abgeschaltet bzw. im umgekehrten Fall zugeschaltet.
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Die neue Schaltung ermöglicht die Verwendung normalen Gleichrichter,
deren sämtliche Anoden sowohl bei der Spannungsschaltung als auch bei der Stromschaltung
voll ausgenutzt sind. Sie vereinigt die leichte Regelbarkeit der Spannungsschaltung
mit der Sicherheit und Schnelligkeit der Erregung durch Stromschaltung.
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Einige Ausführungsbeispiele sollen den Erfindungsgedanken besser erkennen
lassen. In Fig.i bedeutet i eine Synchronmaschine, die durch den Gleichrichter 2
und den Gleichrichterumspanner 3 über den Stromtransformator 4 und die Drosselspule
5 mit einem lastunabhängigen und über den Stromtransformator 6 mit einem lastabhängigen
Strom in Stromschaltung in bekannter Weise gespeist wird.- Ferner ist erfindungsgemäß
der Schalter 7 vorgesehen, der den Gleichrichterumspanner -3 wahlweise an die Netzspannung
legen und wieder abschalten kann. Bei geöffnetem Schalter 7 unterscheidet sich die
Schaltung in nichts von der bekannten Stromschaltung mit ihrem raschen Erregerstromänstieg
bei Belastung. Ist der Schalter 7.. dagegen eingelegt, so ist auch die Spannung
am Gleichrichterumspanner 3 durch die Netzspannung vorgeschrieben, und die Erregerspannung
kann nunmehr durch die Gittersteuerung 8 geregelt werden. Über den Schalter 7 fließen
dabei nur kleine Differenzströme, weil - der Hauptteil des Stromes bereits durch
die Umspanner 4 und 6 geliefert wird, die nach wie vor im Erregerkreis verbleiben.
Beginnt nun die Spannung unter dem Einfluß einer Stoßbelastung abzusinken, so wird
der Schalter 7 geöffnet und. die Gittersteuerung aufgehoben.
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Die Stromschaltung wird nun wieder wirksam und hebt die Spannung,
bis beim Sollwert wieder die Spannungsschaltung hergestellt wird. Wenn man mit der
Spannungsschaltung auch bei stark verminderter Netzspannung große Überschußspannungen
erzielen will, wäre dies nur mit einer schlechten Teilaussteuerung des Gleichrichters
bei normalem Betrieb erreichbar. Das verursacht schlechte Ausnutzung des Gleichrichterumspanners
und des Gleichrichters. Bei der Anordnung nach der Erfindung ist dagegen sowohl
bei der Spannungschaltung als auch bei der Stromschaltung eine gute Ausnutzung von
Gleichrichter und Umspanner gewährleistet. Auch die nur kurzzeitig benötigten Überschußspannungen
können-vdn der Stromschaltung -infolge ihrer natürlichen Spannungsreserve viel leichter
zur Verfügung gestellt werden als von der Spannungsschaltung, die diese Spannungen
um so weniger liefern kann, j e niedriger die Netzspannung wird. Das Betätigen des
Schalters 7 kann durch die Netzspannung selbst geschehen, die beim. Unterschreiten
eines bestimmten Wertes den Schalter
öffnet und beim Überschreiten
wieder schließt. Fig. i stellt ein Beispiel für die erste Art des Überganges von
der Spannungsschaltung auf die Stromschaltung dar, bei der beide parallel geschaltet
sind und die Spannungsschaltung abwechselnd zu- und abgeschaltet wird.
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Im Gegensatz dazu stellt Fig. 2 ein Beispiel für die zweite Art des
Überganges von der Spannungsschaltung auf die Stromschaltung dar, bei der beide
in Reihe liegen und die Stromschaltung abwechselnd kurzgeschlossen wird. Da es sich
um die gleichen Geräte wie, in Fig. i, nur in anderer Schaltung, handelt, sind auch
die gleichen Bezugszeichen gewählt. Die Zweitwicklungen der Umspanner 4 und 6 sind
jedoch, beide in Parallelschaltung, mit der Erstwicklung des Gleichrichterumspanners
3 in Reihe ans Netz geschaltet. Mit dem Schalter 7 kann für die drei Wicklungen
ein Sternpunkt gebildet werden. Dadurch wird die Stromschaltung kurzgeschlossen
und die Spannungsschaltung allein wirksam. Bei geöffnetem Schalter 7 bestimmt dagegen
der Summenstrom von 4 und 6 die Stromaufnahme des Umspanners 3. Die noch in Reihe
liegende Netzspannung entlastet bei richtiger Schaltung nur die Stromtransformatoren
4 und 6 von Spannung. Auf die Größe des Stromes hat diese Spannung keinen Einfluß.
Er wird wie bei jeder Stromwandlerschaltung nur durch die Stromtransformatoren 4
und 6, d. h. durch deren große Scheinwiderstände 5 und i bestimmt. Auch hier wird
bei ruhigem Betrieb im Bereich - der Nennspannung mit geschlossenem Schalter 7 in
Spannungsschaltung mit Gittersteuerung gefahren. Bei Stoßlasten und Spannungsabsenkung
wird dagegen durch Öffnen des Schalters 7 auf die Stromschaltung ohne Gittersteuerung
übergegangen.
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Fig. 3 zeigt eine Abart dieser Schaltung, bei der der Schalter 7 durch
einen zweiten Gleichrichter bzw. durch einen zweiten Anodensatz im Gleichrichter
2 ersetzt ist, der natürlich durch Gitter gesteuert werden muß. Der Sternpunkt eines
der Transformatoren der Stromschaltung ist an die Kathode des Gleichrichters 2 mit
angeschlossen. Bei Freigabe der Gittersteuerung des zweiten Anodensatzes wird die
Stromschaltung kurzgeschlossen, ebenso wie in Fig. 2 durch den Schalter 7, und die
Spannungsschaltung mit Gittersteuerung durch den ersten Anodensatz wird wirksam.
Man kann auf diese Weise den Übergang von der Spannungsschaltung auf die Stromschaltung
in kürzester Zeit bewirken.
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Die gebrachten Beispiele enthalten in der Stromschaltung jeweils den
lastunabhängigen und den lastabhängigen Erregerstromanteil. Man kann auch auf den
lastungsunabhängigenAnteil und damit auf Drosselspule 5 und Umspanner 4 verzichten
und die Stromschaltung nur mit dem lastabhängigen Anteil über den Umspanner 6 betreiben,
der entsprechend größer zu wählen ist. Dies ist ohne weiteres möglich, weil ja die
Stromschaltung nur die Aufgabe hat, die Spannung möglichst rasch wieder auf Nennwert
zu bringen, wo alsdann die Spannungsschaltung die genaue Ausregelung übernimmt.
Die Stromschaltung braucht daher nicht auf große Spannungsgenauigkeit eingestellt
zu werden, es genügt angenäherte Anpassung. Die Schaltung wird dadurch vereinfacht.
Auch die beiden Umspanner 4 und 6 können in der vollständigen Stromschaltung zu
einem vereinigt werden. Beim Abschalten von Last und eintretender Spannungserhöhung
kann mit Hilfe der Gittersteuerung in Spannungsschaltung die Entregung beschleunigt
werden, indem die Gittersteuerung soweit zurückgenommen wird, daß sich die Gleichspannung
umkehrt. Die Anoden sind dann in den Zeiten gesperrt, in denen sie vorher Strom
geführt haben und stromführend in den Zeiten, in denen sie vorher stromlos waren.
Die Feldenergie wird auf diese Weise dem Läufer entzogen und ins Netz zurückgeliefert.
Dies ist so lange möglich, bis der Strom zu Null geworden ist, so daß nur noch das
Restfeld bestehen bleibt. Dies ist in den meisten Fällen für die Auferregung aus
dem spannungslosen Zustand erwünscht, die durch einen auf Resonanz mit der Drosselspule
abgestimmten kleinen Kondensator noch erleichtert wird. Durch Vertauschen der Schleifringanschlüsse
beim Nullwerden des Erregerstromes kann. die verbleibende Restspannung, wenn diese
noch zu hoch ist, nach Freigabe der Gittersteuerung dazu verwendet werden, um einen
Strom in entgegengesetzter Richtung durch die Erregerwicklung zu schicken, der mit
Abklingen der Restspannung zu Null wird. Durch rechtzeitige Unterbrechung des Gegenerregerstromes
kann die Restspannung leicht auf einen für die Auferregung noch ausreichenden Wert
begrenzt werden.