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Selbsterregter Synchrongenerator Die Erfindung bezweckt, die Spannung
von selbsterregten Synchrongeneratoren, deren Erregerstrom über Elemente mit eindeutiger
Stromdurchlaßrichtung dem Hauptstromkreis entnommen wird, stabil zu regeln. Derart
erregte Synchrongeneratoren arbeiten bei niedriger Spannung bzw. schwacher Felderregung
nicht stabil, weil in dem ungesättigten Teil der Magnetisierung die Generatorspannung
sich verhältnisgleich mit dem Erregerstrom ändert.
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Die Schwierigkeiten lassen sich bei einem selbsterregten Synchrongenerator,
bei dem zur Spannungsstabilisierung der von der Generatorspannung über wenigstens
einen. Zweiw:eggleichriohter gespeisteErregerstromkreis mit einer vormagnetisierbaren
Drosselspule verbunden ist, nach der Erfindung dadurch vermeiden, daß die Drosselspule
parallel zu den wechselstromseitigen Eingängen des Gleichrichters geschaltet ist
und von der Generatorspannung und von dem Laststrom in entgegengesetztem Sinn derart.
vormagnetisiert wird, daß ein Ansteigen der Generatorspannung eine Erhöhung ihres
Blindstromes und damit eine Verminderung des Erregerstromes und ein Ansteigen des
Laststromes eine Verminderung ihres Blindstromes und damit eine Erhöhung des Erregerstromes
bewirken.
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Die Auferregung kann entweder durch eine fremde Hilfsstromquelle oder
durch Kondensatoren eingeleitet werden. Mit dem Einsetzen der Klemmenspannung erfolgt
die weitere Erregung über Elemente mit eindeutiger Stromdurchlaßrichtung, beispielsweise
Entladungsstrecken in Gleichrichterschaltung
durch die Feldwicklung
mittels Gleichstrom. Mit der Spannung steigt die Vormagnetisierung und damit in
verstärktem Maße die Blindstromaufnahme der Drosselspule. Das bedeutet eine relative
Schwächung der Erregung und damit stabiles Einschwingen einer festen Spannung. Letztere
ist selbst wieder durch Änderung der Vormagnetisierung oder Widerstände im Erregerkreis
oder durch Steuerung der Elemente für den Erregerstrom, Vorinagnetisierung usw.
regelbar.
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In einer anderen Anordnung sind erfindungsgemäß beispielsweise durch
Gitter steuerbare Elemente zum Gleichrichten des Erregerstromes vorgesehen. Die
übliche Steuerung durch einfaches Regeln der Spannung verläuft ebenso wenig stabil
wie die Widerstandsregelung bei voll ausgesteuertem Stromrichtergefäß. Die Stabilisierung
wird erfindungsgemäß dadurch bewirkt, daß die Steuerung mit -der Maschinenspannung
gekuppelt wird, und zwar in einer Weise, daß die hinter dem Element verfügbare Gleichspannung
nicht verhältnisgleich mit der Maschinenspannung ansteigt, sondern weniger oder
gar nicht oder sogar zurückgeht, während für sinkende Maschinenspannung das umgekehrte
Abhängigkeitsverhältnis besteht.
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Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise veranschaulicht.
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In Abb. i bedeutet i den selbsterregten Synchrongenerator, der beispielsweise
über das Stromrichtergefäß 2 und die Schleifringe erregt wird. Die Maschine i dient
in diesem Fall als Erregermaschine für den synchronen Hauptgenerator 3, mit dem
sie, wie bei großen Sätzen üblich, unmittelbar gekuppelt ist. Der Kondensator q.
dient zur Auferregung und unterstützt normalerweise die Gleichstromerregung des
Feldes. 5 bedeutet eine Freilaufanode, um dem Erregerstrom bei plötzlicher Entlastung
oder Unterbrechung freien, unter Umständen noch durch den Widerstand 6 gedämpften
Auslauf zu gewähren und unzulässige Spannungserhöhungen zu vermeiden.
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7 stellt die Stabilisierungsdrossel dar mit den beiden Vormagnetisierungsspulen
8 und 9, die mit der Drossel auf einem gemeinsamen Kern untergebracht sind. 8 wird
über das Element io und den Regelwiderstand i i unmittelbar mit der Maschinenspannung
gekuppelt. Bei steigender Spannung wird die Vormagnetisierung und damit die Blindstromaufnahme
der Drossel 7 erhöht. Dies ist mit einer Schwächung der wirksamen Erregung der Maschine
i und einem entsprechenden Spannungsrückgang gleichbedeutend und wirkt infolgedessen
stabilisierend.
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Die Spule 9 wird von dem Stromwandler 12 der Hauptmaschine über das
Element 13 und den Regelwiderstand 14 vormagnetisiert, und zwar umgekehrt wie die
Spule 8, so daß die gemeinsame Vormagnetisierung der beiden Spulen 8 und 9 bei steigendem
Hauptstrom zurückgeht und infolgedessen die Erregung verstärkt wird. Die Anordnung
bewirkt also eine von der Belastung abhängige selbsttätige Spannungsregelung des
Hauptgenerators. Die Stabilität der Erregermaschine bleibt dabei erhalten, solange
die Drosselspule bzw. das ganze Magnetisierungssystem einschließlich des Generators
im gesättigten Teil der gekrümmten Kennlinie arbeitet. Durch Bemessung, insbesondere
der Vormagnetisierungsspulen, kann diese Bedingung erfüllt werden.
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Die Anordnung ist einphasig dargestellt, selbstverständlich gelten
die obigen Überlegungen sinngemäß auch für jede beliebige Mehrphasenspannung. Zweckmäßig
wird man auch statt der einfachen Drosselspule 7 eine Doppeldrossel mit Kompensationsschaltung
verwenden, bei welcher die durch die Vormagnetisierung bewirkte Unsymmetrie in den
beiden Halbwellen und gleichzeitig auch die Wechselstromrückwirkung auf die Vormagnetisierungsspulen
praktisch beseitigt werden.
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Ab. 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung. Diese Anordnung
entspricht derjenigen der Abb. i, wobei lediglich das Kennzeichnende dieses Ausführungsbeispieles,
nämlich die Steuerung des Elementes 2, herausgezeichnet ist. Als Steuermittel sind
Gitter vorgesehen; 15 ist der Steuertransformator für die Gitter; auf dem Kern ist
die Spule 8 angebracht, die von dem Transformator 16 über das Strom.richtgefäß 17
mit Gleichstrom gespeist wird und den Kern des Transforma:tors 15 vormagnetisiert.
Die Primärwicklung des Transformators 15 ist nicht unmittelbar, sondern über feste
oder regelbare Widerstände 18, i9 (Blind-, Wirk- oder Scheinwiderstände) an die
Wechselspannung des Generators angeschlossen.
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Durch Vormagnetisieren wird unter sonst gl.eichenLastverhältnissen
der Wechselstromwiderstand des Transformators 15 verkleinert. Da der Vorinagnetisierungsstrom
mit der Generatorspannung gekuppelt, also ihr auch verhältnisgleich ist, so folgt
daraus, daß die Klemmenspannung des Transformators 15 nicht verhältnisgleich mit
der Generatorspannung ansteigt. Durch entsprechende Bemessung läßt sich sogar erreichen,
daß unter sonst gleichen Verhältnissen die Spannung des Transformators 15 und demnach
auch die Gitterspannung bei steigender Generatorspannung zurückgeht.
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Die Steuerung läßt sich in an sich bekannter Weise so einrichten,
daß die von dem Element 2 gelieferte Gleichspannung mit sinkender Gitterspannung
selbst zurückgeht. Diese Anordnung ermöglicht also die Stabilisierung, indem unter
sonst gleichen Verhältnissen bei steigender Generatorspannung die- Erregung des
Generators und damit auch die Spanung selbsttätig zurückgeholt wird. Der umgekehrte
Fall tritt bei einem plötzlichen Spannungsrückgang auf.
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Die Anordnung zeigt gleichzeitig noch andere Merkmale, die in dem
gleichen Sinne wirken und demnach die Stabilisierung verstärken. Durch die Vormagnetisierung
und die dadurch bewirkte Widerstandsänderung des Transformators 15 wird nicht nur
die Gitterspannung verkleinert, sondern gleichzeitig läßt sich dadurch in an sich
bekannter Weise die Phasenlage der Transformator- bzw. Gitterspannung in einem gewollten
Sinne verdrehen, wenn man Art und Größe der in Reihe
liegenden Widerstände
entsprechend wählt. Diese Verdrehung der Gitterspannung in Abhängigkeit von der
Vormagnetisierung bzw. von der Generatorspa,nnun.g, mit der die Vormagnetisie-runggekuppelt
ist, bietet demnach ein weiteres Mittel, die Beziehung zwischen Erregerstrom und
Maschinenspannung so zu steuern, daß ihre Verhältnisgleichheit gestört und damit
die Regelung stabilisiert wird.
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Im gleichen Sinne wirkt auch der Widerstand 20 zwischen der Kathode
21 und dem Abzweig 22 zum Mittelpunkt der Sekundärwicklung des Transformators 15.
Die Klemmenspannung zwischen 21 und 22 ergibt die Vorspannung der Gitter gegenüber
der Kathode, und zwar in der gezeichneten Anordnung eine negative Vorspannung. Steigt
die Maschinenspannung, so sinkt damit die Vorspannung und bewirkt unter sonst gleichen
Verhältnissen eine Spannungserniedrigung im Gleichstromkreis der Erregung. Auch
hierbei läßt sich erreichen, daß der Spannungsrückgang im Errgerkreis infolge Erniedrigung
der Vorspannung größer ist als die Spannungszunahme infolge des Anstiegs an den
Generatorklemmen, so daß auch hierdurch eine stabilisierende Wirkung erzielt wird.
Unter Umständen wird es zweckmäßig sein, mehrere der angegebenen Mittel gleichzeitig
zu verwenden, um eine möglichst große Stabilität zu erzielen.
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Durch Regelung der Widerstände 18, 19, 20, 23 oder Steuerung
der vorgesehenen Elemente oder durch andere bekannte Mittel kann die Größe der Spannung
der Maschine i und damit auch diejenige der Hauptmaschine 3 beliebig geregelt werden,
sei es von Hand oder selbsttätig mit Hilfe einer der bekannten Anordnungen, die
für diesen Zweck ausgebildet sind.
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Die Erfindung bietet noch einen weiteren Vorteil, der aus Abb. i zu
ersehen ist. Anstatt der Hauptmaschine und der Erregermaschine den Erregerstrom
getrennt zuzuführen, wozu mindestens drei Schleifringe benötigt werden, kommt man
mit zwei Schleifringen aus, indem man die beiden Feldwicklungen parallel oder in
Reihe schaltet, wie in Abb. i angedeutet. Dies ist zulässig, da beide Felder gleichsinnig
geregelt werden. Man erhöht damit eine Erregermaschine, die keine zusätzlichen beweglichen
Kontakte erfordert, ohne Stromwender arbeitet und deshalb eine besonders große Betriebssicherheit
besitzt.