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Einrichtung zur selbsttätigen Regelung der Erregung von Synchronmaschinen
Es ist bekannt, die Erregung einer Synchronmaschine mit der Vektorsumme aus einer
vom Belastungsstrom J und einer von der Spannung U der Synchronmaschine
gebildeten, auch als Stromschaltungsvektor bekanntgewordenen Größe kiJ
+ jk2Ja zu erzwingen. Dabei sind k1 und k2 konstante reelle Proportionalitätsfaktoren
und j die imaginäre Zahl jii. Die Addition der beiden Summanden der Vektorsumme
erfolgt in einem Transformator, dessen Sekundärwicklung über ein Ventil zur Erzeugung
von Gleichstrom direkt mit der Erregerwicklung der Synchronmaschine verbunden ist.
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Es ist ferner bekannt, die Erregung von Synchronmaschinen in Abhängigkeit
von verschiedenen Betriebsgrößen der Synchronmaschine oder eines angeschlossenen
Netzes zu regeln, z. B. vom Belastungsstrom oder vom Leistungsfaktor, indem über
einen steuerbaren Verstärker, z. B. ein Gas- oder Dampfentladungsgefäß, die Erregung
gesteuert wird.
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Die Erfindung bezieht sich ebenfalls auf die Erregung von Synchronmaschinen
und betrifft eine Einrichtung zur selbsttätigen Regelung der Erregung von Synchronmaschinen
mittels eines steuerbaren Verstärkers in Form .eines Gas- oder Dampfentladungsgefäßes
und ist gekennzeichnet durch die Verwendung einer von der Vektorsumme aus Strom
J und Spannung U der Synchronmaschine nach der Formel k1 ' j,+ jk2Ja abhängigen
Größe oder einer ähnlichen gleichwertigen Größe als mindestens eine Steuergröße
für den steuerbaren Verstärker.
Die Verwendung der Vektorsumme erfolgt
im Gegensatz zu bekannten Schaltungen erfindungsgemäß auf eine neue Art, die es
ermöglicht, eine oder mehrere in verschiedener Weise von der Vektorsumme abhängige
Größen - in ihrem Betrag frei einstellbar - für die Erregungsregelung wirksam zu
machen. Es lassen sich vor allem vorteilhafte Kombinationen aus den von der Vektorsumme
abhängigen Größen untereinander und in Verbindung mit anderen, an sich bekannten
oder bereits vorgeschlagenen Regeleinflüssen bilden, die eine sehr vollkommene Betriebsweise
einer Synchronmaschine gestatten, so daß bei allen erdenklichen Belastungszuständen
und Belastungsänderungen eine schnelle und sichere Wirkung gewährleistet ist.
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Die bei der Einrichtung nach der Erfindung verwendeten Steuergrößen
können in verschiedener Weise von der Vektorsumme aus Generatorström und Generatorspannung
abhängen, z. B. indem sie dem Betrag der Vektorsumme verhältig sind oder der ersten
oder zweiten Ableitung oder dem Integral der Vektorsumme über die Zeit. Besonders
vorteilhaft ist es, als Steuergröße den Unterschied zwischen der Vektorsumme vor
und nach einer Laständerung der Synchronmaschine zu verwenden, d. h. also vorübergehende
zeitliche Abweichungen der Vektorsumme und damit des Betriebszustandes erfassende
Steuergröße. Dies trifft zu für die erste und zweite Ableitung, das Zeitintegral
oder eine Kombination von diesen. Als zusätzliche Steuereinflüsse kommen vor allem
die Spannung der Synchronmaschinen in Betracht, ferner der Polradwinkel, das ist
der Winkel zwischen der Lage des Polrades der Synchronmaschine und ihrem Netzspannungsvektor,
sowie die erste und zweite zeitliche Ableitung des Polradwinkels. Auch die durch
Laständerung bedingte Änderung des Erregerstromes, der sogenannte Erregungssprung,
kann zusätzlich verwendet werden.
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Ein Hauptvorteil der Einrichtung nach der Erfindung ist darin zu erblicken,
daß sie zur Regelung aller Arten von Synchronmaschinen gleich gut geeignet ist.
Eine nach der Erfindung selbsttätig geregelte Synchronmaschine kann daher für verschiedene
Zwecke benutzt werden, ohne daß ein Versagen der Regelung oder gar eine schlechtere
Regelung bei einem Verwendungszweck zu befürchten ist. Es ist gleichgültig, ob es
sich um eine Verwendung als wirk- und blindleistungsbeaufschlagte Maschine oder
als reiner Phasenschieber handelt und ob die Maschine allein öder parallel mit anderen
Maschinen auf ein Netz arbeitet.
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In Fig. i der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Einrichtung
nach der Erfindung schematisch dargestellt. Die Synchronmaschine i ist an ein Drehstromnetz
R, S, T angeschlossen und wird über einen Verstärker 2, ein gittergesteuertes Dampfentladungsgefäß
erregt. Den Erregerstrom liefert ein Hilfsstrom= netz y, s, t über einen 3/6-Phasen-Gleichrichtertransformator
3. Entsprechend der sechsphasigen Ausführung des Verstärkers 2 ist ein sechsphasiger
Steuersatz 4 vorgesehen, der Spannungsspitzen zur Phasenausschnittssteuerung des
Verstärkers 2 erzeugt. Mit I und II sind zwei Steuerwicklungsgruppen des Steuersatzes
4 bezeichnet. Die an den sechs Steuergittern des Verstärkers 2 angeschlossene Sekundärwicklungsgruppe
5 erhält über die Ventilanordnung 6 beständig ein negatives Potential, so daß der
Verstärker 2 sperrt. Der Steuersatz 4 erzeugt infolge eines gesättigten Eisenkernes
je nach dessen Vormagnetisierung, beeinflußt durch die Steuerwicklungsgruppen I
und II, positive Spannungsspitzen, die mittels eines sinusförmigen Stromes gebildet
werden, welche durch die Wicklungen 7 bis 9 in den Steuersatz eingespeist und über
den Phasenschieber io in gewünschter Phasenlage von einem Transformator ii aus dem
Hilfsnetz y, s, t entnommen werden. Die positiven Spannungsspitzen heben das negative
Potential an den Steuergittern des Verstärkers 2 kurzzeitig auf und bewirken zu
einem bestimmten Zeitpunkt ein Öffnen des Verstärkers. Die Erregung der Synchronmaschine
i wird damit in Abhängigkeit vom Einsatz der Spannungsspitzen, also vom Grad der
Vormagnetisierung des Steuersatzes 4, gesteuert.
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Die zur Einführung der Steuergrößen in den Steuersatz des Verstärkers
2 dienende Steuerwicklungsgruppe I, die ebenso wie die Steuerwicklungsgruppe II
aus sechs - entsprechend der Phasenzahl des Verstärkers 2 - in Reihe geschalteten
Teilwicklungen besteht, ist über einen Diagonalwiderstand i2 einer Ventilbrücke
13 mit mehreren den einzelnen Steuergrößen zugeordneten Widerständen 14 bis 18 in
Reihe geschaltet. Die, Steuergrößen werden als Gleichspannungsfälle in diesen Widerständen
erzeugt, addieren sich und erzeugen einen entsprechenden Steuerstrom in der Steuerw-icklungsgruppe
I. Durch Wahl der Größe der Widerstände, die sowohl ohmisch als auch gegebenenfalls
induktiv sein können, kann die Einwirkung der einzelnen Steuergrößen festgelegt
werden. Ein mit i9 bezeichneter Verstärker kann bei Bedarf zur Verstärkung der Steuergrößen
vorgesehen werden.
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Im rechten und unteren Teil der Fig. i ist die Bildung der verschiedenen
Steuergrößen dargestellt. Der Transformator 2i bildet die den Generatorstrom J und
die Generatorspannung U aufweisende Vektorsumme durch Überlagerung eines dem Generatorstrom
J der Synchronmaschine entsprechenden Stromes in den Wicklungen 22 mit einem der
Synchronmaschinenspannung U entsprechenden Strom JU in den Wicklungen 23.
Der Generatorstrom wird den Wicklungen 22 über einen im Sternpunkt der Synchronmaschine
angeschlossenen Stromwandler 24 zugeführt, während der der Spannung entsprechende
Strom JU über Drosselspulen 25 und einen Stromwandler 26 der Wicklung 23
zugeführt wird. Die Wicklungen 22 und 23 sind veränderbar und gestatten die Größe
der beiden Summanden der Vektorsumme kJ + 9ks1u, also die konstanten
Proportionalitätsfaktoren k1 und 4 und das Verhältnis der Summanden zueinander
zu verändern. Die Drosseln 25 erzeugen eine Drehung des zweiten Summanden der Vektorsumme
um 9o°, was also der imaginären Zahl j entspricht.
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Als ähnliche gleichwertige Vektorsumme, die bei der Einrichtung nach
der Erfindung ebenfalls verwendet werden kann, ist z. B. eine Vektorsumme von der
Form -jk1J + k2JU anzusehen. Sie ergibt sich durch Multiplikation der Vektorsumme
mit -j. Die
Bildung der Vektorsumme im einzelnen und mit welchen
Hilfsmitteln sie erfolgt, ist für die Erfindung belanglos.
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Der Transformator 21 hat zwei Abnahmen für die der Vektorsumme verhältige
Größe: eine Abnahme über die Wicklungen 27, die zur Einführung einer dem Betrag
der Vektorsumme verhältigen Steuergröße mittels des Widerstandes 15 dient, und eine
Abnahme über die Wicklungen 28 zur vorübergehenden Einführung einer Steuergröße,
die zeitlichen Abweichungen der Vektorsumme verhältig ist, mittels des Widerstandes
16 in den Steuerkreis des Verstärkers 2. Die Zuführung der Steuergrößen erfolgt
jeweils nach einer Gleichrichtung in einer Ventilanordnung 29 bzw. 30. Die Widerstände
40 und 41 sorgen für ein festbleibendes Verhältnis der von den Wicklungen 27 und
28 abgegebenen Ströme. Die vorübergehende Bildung der zeitliche Abweichungen der
Vektorsumme erfassenden Steuergröße bewirkt der Kondensator 31. An seiner Stelle
kann auch eine sogenannte Kondensatormaschine 31', das ist eine konstant fremderregte
Gleichstrommaschine, verwendet werden, die mit ihrer Ankerwicklung in den Stromkreis
des Widerstandes 16 eingeschaltet wird. Der Ventilanordnung 30 liegt ein Belastungswiderstand
32 parallel, der dafür sorgt, daß die Steuergröße jederzeit, insbesondere bei kleiner
werdender Vektorsumme, der Spannung an der Ventilanordnung, also der Vektorsumme
entspricht.
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Der Widerstand 14 ist für den Fall vorgesehen, daß die Synchronmaschine
i am Netz R, S, T mit anderen Maschinen parallel arbeitet, und gestattet je nach
Einstellung des Potentiometers 33, die bei einer abzugebenden Wirklast geforderte
Blindlast zu erreichen. Das Potentiometer 33, das von Hand oder abhängig vom Netzblindlastbedarf
verstellt werden kann, gestattet eine positive, eine negative oder keine Spannung
aus dem Sammler 34 zu entnehmen und dem Widerstand 14 zuzuführen.
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Als weitere Regelgröße in dem Beispiel nach Fig. i dient die Spannung
der Synchronmaschine i. Die Spannung kann wie hier von dem spannungsverhältigen
Strom JU mittels eines Stromwandlers 35 abgenommen werden oder auf
andere beliebige Weise, z. B. über einen Spannungswandler, und wird nach einer Gleichrichtung
in der Ventilanordnung 36 mit einer Mindestsollspannung, die an den Klemmen 37 und
38 zugeführt wird, durch Entgegenschalten verglichen. Wird die Mindestsollspannung
von der Spannung der Synchronmaschine unterschritten, so fließt über das Ventil
39
ein der Differenz der beiden Spannungen entsprechender Strom, der einen
Spannungsabfall an den Widerstand 17 als Steuergröße im Steuerkreis des Verstärkers
2 hervorruft. Im umgekehrten Fall, wenn also die Maschinenspannung die Mindestsollspannung
überschreitet, wird keine Steuergröße erzeugt, da dann das Ventil 39 sperrt.
Die zusätzliche Regelung über den Widerstand 17 dient zur Sicherung und greift nur
dann ein, wenn die Spannung der Synchronmaschine i zusammenbricht. Die Widerstände
42 vor der Ventilanordnung 36 verhindern ebenso wie die Widerstände 40 und 41 vor
den Ventilanordnungen 29 bzw. 30 Rückwirkungen und sichern die Unabhängigkeit
der Steuergrößen voneinander. Im Beispiel nach Fig. i ist schließlich noch ein Widerstand
18 vorgesehen, über den zusätzlich eine weitere von der Vektorsumme abhängige Steuergröße,
z. B. die zweite zeitliche Ableitung oder das Zeitintegral der Vektorsumme in den
Steuerkreis des Verstärkers 2 eingeführt werden kann. Es können jedoch auch andere
beliebige Steuergrößen zusätzlich gewählt werden, z. B. die oben bereits genannten,
die auf einen Einfluß des Polradwinkels oder auf den Erregungssprung im Erregerstrom
der Synchronmaschine zurückgehen.
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Für die Wirkungsweise einer zeitliche Abweichungen der Vektorsumme
erfassenden Steuergröße, z. B. über den Widerstand 16 (Fig. i) zugeführten Steuergröße,
ist noch folgendes wichtig: Bei einer langsamen Änderung des elektrischen und mechanischen
Betriebszustandes der Synchronmaschine entsteht keine Steuergröße, da der Kondensator
31 bzw. die an seiner Stelle verwendbare Kondensatormaschine 31' der durch die langsame
Änderung der Vektorsumme erzeugten Spannungsänderung ohne merklichen Strom über
den Widerstand 16 folgen kann. Bei einer plötzlichen Störung des Betriebszustandes
der Synchronmaschine und der davon abhängigen plötzlichen Änderung der Vektorsumme
wird die ursprünglich alte Vektorsumme festgehalten, und es tritt eine der vollen
Differenz zwischen der alten und der neuen Vektorsumme verhältige Steuergröße auf.
Die Steuergröße ist daher dem Unterschied der Vektorsumme vor und nach einer Laständerung
der Synchronmaschine verhältig.
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Die Einwirkung einer von einer zeitlichen Ableitung der Vektorsumme
oder von deren Zeitintegral abhängigen Steuergröße kann erfindungsgemäß in verschiedener
Weise erfolgen. Wird - der in Fig. i dargestellte Schalter 43 auf das Ventil 44
umgeschaltet, so kann nur in einer Richtung ein Stromfluß über den Widerstand 16
fließen. Dies bedeutet, daß nur Änderungen der Vektorsumme in einer Richtung und
damit also entweder nur Be- oder Entlastungsstöße in die Erregung eingehen. In Fig.
2 sind der Widerstand 16 und einige zugehörige Schaltteile der Fig. i zur Erzeugung
seiner Steuergröße noch einmal dargestellt. An dem Widerstand 18 wird eine dieselben
zeitlichen Abweichungen erfassende Steuergröße, wie sie über den Widerstand 16 bereits
zugeführt wird, ein zweites Mal, jedoch von einem besonderen, nicht dargestellten
Ausgang des Transformators 21 (Fig. i) über Widerstände 41', eine Ventilanordnung
30', einen Widerstand 32', ein Kondensator 31' und ein Ventil 44' ein zweites Mal
abgenommen. Das Ventil 44' hat jedoch eine entgegengesetzte Durchlaßrichtung wie
das Ventil 44. Wird angenommen, daß über das Ventil 44 bei Belastung der Synchronmaschine
auf den Steuerkreis der Verstärkereinrichtung eingewirkt wird, so erfolgt über das
Ventil 44' ein Eingreifen bei Entlastung. Es wird so ermöglicht, bei Be- oder Entlastung,
je nach Verhältigkeit der Steuergröße in bezug auf die Größe der Laständerung, in
verschiedener Weise die Erregung der Synchronmaschine zu beeinflussen. Die Verhältigkeit
der Steuergrößen kann durch Änderung der Widerstände 16 und 18 verändert werden.
Die
gleichzeitige mehrfache Zuführung einer dieselben zeitlichen Abweichungen erfassende
Steuergröße ist noch in anderer Hinsicht für die Regelung der Synchronmaschine von
Bedeutung. Es lassen sich damit nämlich auf einfacher Weise durch plötzliche Be-
oder Entlastungsstöße verursachte Pendelungen der Synchronmaschine beeinflussen.
Wird berücksichtigt, daß bei Pendelungen der Synchronmaschinen die Vektorsumme praktisch
ohne Verzögerung mitpendelt, und wird die Einwirkung der Vektorsumme von ihren Änderungen
und von den Richtungen dieser Änderungen abhängig gemacht, so sindBeeinflussungen
von Pendelbewegungen in verschiedenster Weise mit entsprechenden Kombinationsschaltungen
möglich.
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In Fig. 3 zeigt die Kurve Po den möglichen Verlauf der Pendelung des
Polradwinkels -9 einer Synchronmaschine bei einem plötzlichen Laststoß L in Abhängigkeit
von der Zeit t, wie er sich ergeben würde im Falle, daß die Erregung unbeeinflußt
bleibt. Wird nun die Schaltung nach Fig. i, wenn der Schalter 43 in der gezeichneten
Stellung steht, verwendet, so ergibt sich bei dem gleichen Laststoß eine Pendelung,
die der stärker gedämpften Kurve P1 entspricht. Die Synchronmaschine wird bei ansteigendem
Polradwinkel jeweils stärker erregt, wodurch jeweils größere synchronisierende Momente
auf die Synchronmaschine ausgeübt werden. Nach Erreichen der Maximalstellen der
Kurve P1, wenn also die Pendelbewegung ihre Richtung umkehrt, wird die Erregung
wieder geschwächt.
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Mit der in Fig. 2 dargestellten Schaltung wird bei einer Pendelung
der Vektorsumme während der positiven Richtung der Pendelbewegung eine Erregungsverstärkung
z. B. besonders stark, während einer negativen Richtung der Pendelbewegung jedoch
eine mittels des Widerstandes 18 einstellbare Erregungsschwächung hervorgerufen.
Soll während einer negativen Richtung jedoch ebenfalls eine Erregungsverstärkung
bewirkt werden, so können die Anschlüsse des Widerstandes 18 zu dem Ventil 44' und
dem Kondensator 31' vertauscht werden. Es wird dann sowohl bei Vergrößerungen als
auch bei Verkleinerungen des Belastungszustandes der Synchronmaschine erregungsverstärkend
auf die Synchronmaschine eingewirkt. Dies ist vorteilhaft, wenn es darauf ankommt,
die Synchronmaschine ständig möglichst starr zu machen. Die Pendelamplituden und
die Pendelzeit werden dabei beträchtlich verkleinert, und die Pendelfrequenz wird
vergrößert, wie dies die Kurve P2 in Fig. 4 zeigt.
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In der gleichen Weise wie die erste zeitliche Ableitung der Vektorsumme
für die selbsttätige Regelung benutzt werden kann, ist auch die zweite zeitliche
Ableitung anwendbar. Eine Schaltung zur Verwendung der zweiten Ableitung zeigt Fig.
5. Durch den Kondensator 45 und mittels des Widerstandes 46 wird die zweite zeitliche
Ableitung gebildet. Die übrigen Teile der Fig. 5 mit ihren Bezugszeichen entsprechen
denen der Fig. i.
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Die Wirksammachung einer zeitliche Abweichungen der Vektorsumme, also
insbesondere plötzliche Änderungen des Betriebszustandes erfassende Steuergröße
kann auch in der Weise geschehen, daß der entstehende höchste Betrag einer Steuergröße
zunächst gespeichert wird und dann im Verlauf seiner Einwirkung gemäß einer einstellbaren
Dämpfung abklingend einwirkt. Hierzu zeigt Fig. 6 eine Schaltung. Die Speicherung
des höchsten Betrages wird durch den Kondensator 45 erzielt. Das Abklingen dieses
Betrages bestimmt der Widerstand 48, der zweckmäßig als veränderbarer Widerstand
ausgeführt wird. Das Ventil 47 läßt Steuergrößen nur bei bestimmter Richtung derselben
wirksam werden. Die übrigen Teile dieser Figur entsprechen mit ihren Bezugszeichen
ebenfalls denen der Fig. x.
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Die verschiedenen Arten des Einwirkens der von der Vektorsumme gebildeten
Steuergrößen sind mit den beschriebenen Beispielen nicht erschöpft. Außer der zweiten
zeitlichen Ableitung der Vektorsumme kann auch deren Zeitintegral zur Erzeugung
verschieden wirksamer Steuergrößen benutzt werden. Ferner ist die Art der Kombination
der Steuergrößen untereinander sowie mit anderen nicht von der Vektorsumme abhängigen
Regelgrößen in verschiedener Weise möglich. Dies richtet sich danach, in welcher
Weise regelnd auf die Synchronmaschine eingewirkt werden soll, ferner nach der Art
der Synchronmaschine sowie nach ihrem Verwendungszweck und den von ihr zu erfüllenden
Aufgaben.
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Die Einrichtung nach Fig. i weist noch weitere erfindungsgemäße Kennzeichen
auf. Ein auch bei anderen selbsttätigen Regelungen vorteilhaft anwendbares Merkmal
ist, daß die Steuergröße bzw. die Summe mehrerer Steuergrößen je nach deren Betrag
drei verschiedene Regeleinwirkungen auslöst a) Eine Regeleinwirkung, die der Abweichung
vom Sollwert der Regelung linearverhältig ist und für eine normale Regelung bei
langsamen Belastungsänderungen der Synchronmaschine i wirkt (in der Schaltung nach
Fig. i, beispielsweise erzeugt durch die über den Widerstand 15 einwirkende Steuergröße);
b) eine stärker als hnearverhältige Einwirkung für Schnellregelung (in der Schaltung
nach Fig. i, beispielsweise erzeugt von der über den Widerstand 16 eingeführten
und zeitliche Abweichungen erfassenden Steuergröße) ; c) eine fest eingestellte,
besonders hohe, unverhältige Einwirkung für Stoßregelung.
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In der Schaltung nach Fig. i wird die zuletzt genannte Regeleinwirkung
durch die zweite Steuerwicklungsgruppe II bewirkt, während die erste Steuerwicklungsgruppe
I für die linearverhältige und die stärker als linearverhältige Einwirkung dient.
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Das Eingreifen der einzelnen Regeleinwirkungen kann von der Erreichung
bestimmter Beträge einer oder der Summe mehrerer Steuergrößen abhängig gemacht werden.
Es ist vorteilhaft, hierzu vergleichsweise den am Ausgang des Verstärkers 2 (Fig.
i) j eweils vorhandenen verstärkten Steuerwert heranzuziehen und eine Differenz
der von diesem Steuerwert abhängigen Größe und der Regelgröße oder der Summe mehrerer
Regelgrößen zu bilden. Der Betrag eines so erhaltenen Differenzwertes bestimmt dann,
welche Regeleinwirkung erfolgen soll. In Fig. i ist für diesen Zweck eine dem Erregerstrom
der Synchronmaschine i
verhältige Spannung an einem Widerstand 49
im Erregerkreis derVerstärkereinrichtung 2 abgenommen, die mit der Spannung der
in Reihe geschalteten Widerstände =q. bis 18 verglichen wird. Die Differenz der
beiden Spannungen ist über den Schalter 5o den beiden Ansprechwicklungen 51 oder
52 einer Schalteinrichtung 53 zugeführt, die zwei äußere Schaltstellungen und eine
mittlere Ruhestellung aufweist. Die Schalteinrichtung kann z. B. nach Art eines
polarisierten Relais ausgebildet sein. Sie hat ihre Ruhestellung auf einem mittleren
Kontakt 54 und kann abhängig von der Richtung und der Größe des Stromes in den Ansprechwicklungen
51 und 52 auf einen der äußeren Kontakte 55 oder 56 umgeschaltet werden. Ist die
Differenz der beiden obengenannten Spannungen z. B. positiv, so kann nur Strom über
die Ansprechwicklung 51 fließen; ist sie negativ, so fließt nur Strom durch die
Wicklung 52. Die Zuordnung der Ströme verschiedener Richtung zu den Ansprechwicklungen
wird durch die Ventile 57 und 58 erreicht. Die Schalteinrichtung 53 ist im übrigen
so ausgeführt, daß ihre Auslöseströme erst bei bestimmten wählbaren Ansprechwerten
ein Umschalten in die äußeren Schaltstellungen bewirkt.
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Das Auslösen der Schalteinrichtung 53 kann auch vom Erreichen eines
bestimmten Betrages einer oder mehrerer Steuergrößen unmittelbar abhängig gemacht
werden. Es braucht also nicht unbedingt eine Vergleichsspannung benutzt zu werden.
Wird der Schalter 50 geöffnet, so können der Schalteinrichtung über die Schalter
59 und 6o beliebige Steuergrößen von einem oder mehreren der Widerstände =q. bis
18 zugeführt werden. Über den Schalter 59 kann z. B. die Spannung an dem Widerstand
15, gleichzeitig über den Schalter 6o die Summe der Spannungen an den Widerständen
15 und 16 zugeführt werden. Es läßt sich auf diese Weise in der verschiedensten
Art die Erregung der Synchronmaschine i beeinflussen, je nachdem welche Steuergrößen
und in welcher Weise die Steuergrößen auf die Schalteinrichtung einwirken.
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Das selbsttätige Auslösen der verschiedenen Regeleinwirkungen im Ausführungsbeispiel
nach Fig. i geschieht wie folgt: Wird der Ansprechwert der Schalteinrichtung 53
nicht erreicht, so liegt über dem mittleren Kontakt 54 die Spannung eines Sammlers
61 an der Steuerwicklungsgruppe 1I. Diese Spannung ist so gewählt, daß durch sie
der gewünschte Arbeitspunkt des Steuersatzes q. festliegt. Es wird also eine Ausgangsvormagnetisierung
bestimmter Größe mittels der Steuerwicklungsgruppe II erzeugt, von der aus gesehen
die Steuerung des Verstärkers 2 und damit die Erregung der Synchronmaschine i über
die Steuerwicklungsgruppe I geregelt wird. Wird durch einen Steuerwert der Ansprechwert
der Schalteinrichtung 53 erreicht oder überschritten, so wird diese in eine ihrer
äußeren Schaltstellungen umgeschaltet.
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Je nachdem, in welche der äußeren Schaltstellung geschaltet wird,
wird entweder eine große positive oder eine große negative Spannung aus einem der
Sammler 62 oder 63 an die Steuerwicklungsgruppe II gelegt. Dies bewirkt eine stoßartige
Aussteuerung des Verstärkers 2, so daß mit äußerster Geschwindigkeit entweder eine
Erregungsverstärkung oder eine Erregungsschwächung auftritt. Soll die Stoßregelung
der Synchronmaschine in einer Erregungsverstärkung bestehen, so wird der Verstärker
2 auf höchsten Strom in Gleichrichterbetrieb gesteuert. Soll dagegen eine Erregungsschwächung
einwirken, so wird der Verstärker 2 auf höchsten Strom in Wechselrichterbetrieb
umgesteuert. Die im Erregungsfeld der Synchronmaschine:[ gespeicherte Energie wird
dann schnellstens abgeführt und in das Hilfsnetz y, s, t Zurückgeliefert.
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Der Steuersatz q. in Fig. i kann beispielsweise so bemessen sein,
daß bei einer kleinsten Grenzvormagnetisierung (z. B. entsprechend einem Zündwinkel
von - 75° des Verstärkers 2) schnellste Rücklieferung der in der Erregerwicklung
der Synchronmaschine i gespeicherten magnetischen Energie in das Hilfsnetz y, s,
t erfolgt, indem der Verstärker 2 in stärksten Wechselrichterbetrieb gesteuert .wird,
bei einer Ausgangsvormagnetisierung (z. B. entsprechend einem Zündwinkel von - i5°)
mit Nullaussteuerung arbeitet, bei einer Nennvormagnetisierung (z. B. entsprechend
einem Zündwinkel von -f- 2o°) Nennaussteuerung von etwa 40"/o vorliegt und bei einer
größten Grenzvormagnetisierung (z, B. entsprechend einem Zündwinkel von -E- 75°)
Stoßaussteuerung des Verstärkers 2 im Gleichrichterbetrieb eintritt. Der Gleichrichtertransformator
3 und der Verstärker 2 müssen für die Stoßregelungsenergie entsprechend überdimensioniert
sein.
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Die Stoßregelung bei der Einrichtung nach Fig. i wirkt nur so lange,
wie die Synchronmaschine i den geforderten neuen Betriebszustand noch nicht erreicht
hat. Ist ein entsprechender Wert erreicht, so wird wieder auf die normale und Schnellregelung
mittels Steuerwicklungsgruppe I übergegangen. Die Steuerwicklungsgruppe I ist zudem
noch während eines zur Stoßregelung dienenden Eingreifens der Steuerwicklungsgruppe
II unwirksam gemacht. Hierzu sind die aus vier Ventilen bestehende Ventilbrücke
13 und der Diagonalwiderstand 12 vorgesehen, der über ein weiteres Ventil 64 im
Stromkreis der Steuerwicklungsgruppe I des Steuersatzes q. liegt. Von den nicht
von dem Diagonalwiderstand 12 berührten Eckpunkten der Ventilbrücke 13 liegt der
eine an der Steuerwicklungsgruppe II und dem in Fig. i mit + bezeichneten Pol des
Sammlers 61, während der andere über die Sammler 62 und 63 mit den äußeren Kontakten
55 bzw. 56 der Schalteinrichtung verbunden ist. Die Durchlaßrichtung der vier Ventile
der Ventilbrücke 13 und die des weiteren Ventils 64 ist derart gewählt, daß
die Sperrung der Steuerwicklungsgruppe I jeweils durch Aufbau einer Gegenspannung
an dem Diagonalwiderstand 12 eintritt, wodurch ein Stromfluß in der Steuerwicklungsgruppe
I verhindert wird.
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Wie schon oben erwähnt, ist die Anwendung der in dreifacher Weise
verschieden auslösbaren Regeleinwirkung nicht auf Einrichtungen zur selbsttätigen
Regelung der Erregung von Synchronmaschinen beschränkt - für die Erregungsregelung
von Synchronmaschinen ist sie jedoch besonders günstig - und kann daher über diesen
Rahmen hinaus auch bei anderen beliebigen elektrischen Regelungen benutzt
werden;
wenn drei verschiedene Regeleinwirkungen von Vorteil sind,. z. B. bei der Temperaturregelung
von Öfen. Es ist auch gleichgültig, ob die oder ähnliche wie die oben beschriebenen
Schaltteile, z. B. die Schalteinrichtung 53 oder die Ventilbrücke 13, verwendet
werden.