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Spannungsregeleinrichtung mit Störgrößenaufschaltung Zur Spannungsregelung
von Synchronmaschinen, die über Gleichrichter aus dem Wechselstromnetz erregt werden,
verwendet man als Gleichrichterspeisetran,sformatoren Mischstromwandler mit zwei
Primärwicklungen, die von einem dem Generatorstrom proportionalen bzw. von einem
der Generatorspa.nnung proportionalen Teilstrom durchflossen werden. Die Beträge
der beiden Teilströme und ihre gegenseitig;: Phasenlage sind so gewählt, daß der
sekundäre Summenstrom der Mischstromwandler annähernd dem für die verschiedenen
Belastungsfälle der Synchronmaschine zur Spannungskonstanthaltung erforderlichen
Erregerstrom proportional ist. Die durch eine solche Anordnung erzielte Regelgenauigkeit
ist jedoch in vielen Fällen. nicht ausreichend. Es sind daher bereits mehrere! verschiedene
Lösungen vorgeschlagen worden, die alle eine Verbesserung der Spannungsregelgenauigke-it
bezwecken. So ist es beispielsweise bekannt, in. Reihe mit der spannungsabhängig
gespeisten Primärwicklung des Mischwandlers eine Drossel zu schalten, deren Leistung
um ein Vielfaches größer ist als die über sie an den Gleichrichtertransformator
gelieferte Leistung; die Drossel ist in diesem Fall mit einem einstellbaren Luftspalt
oder mit einer Vormagnetisierungswicklung ausgestattet, so daß ihr Scheinwiderstand
verändert werden kann. Mit Hilfe eines mechanischen oder elektrischen Reglers wird
der Luftspalt der Drossel bzw. ihr Vormagnetisierungsstrom in Abhängigkeit von der
Abweichung zwischen Ist- und Sollwert der Maschinenspannung verändert, so daß sich
auch der durch die spannungsabhängig gespeiste Primärwicklung des Mischstromwandlersfließende
Teilstrom betragsmäßig und in bezug auf seine Phasenlage zum Teilstrom der anderen
Primärwicklung verändert; der sekundäre Summenstrom des Mischwandlers wird auf diese
Weise stets auf den zur genauen Konstanthaltung der Maschinenspannung erforderlichen
Erregerstromwert eingeregelt. Bei anderen bekannten Anordnungen ist der Scheinwiderstand
der in Reihe mit der einen Mischstromwa.nd'ler-Primärwicklung geschalteten Drossel
unveränderlich, und ein Regeleingriff wird hier auf der Sekundärseite des Mischwandlers
vorgenommen; als Gleichrichter werden hier Entladungsgefäße verwendet, deren Zündzeitpunkt
in Abhängigkeit von der Klemmenspannung der Maschine gesteuert wird. Es sind hier
aber auch etwas unterschiedliche Lösungen bekannt, wo die Steuerung des Zündzeitpunktes
in Abhängigkeit von der Phasenlage zwischen Klemmenspannung und Strom der Synchronmaschine
erfolgt; die Zündspannung für die Zündanoden der Entladungsgefäße wird in diesem
Fall in einem besonderen primärseitig spannungs- und stromabhängig gespeisten Mischwandler
erzeugt, kann aber auch über eine zweite Sekundärwicklung des den Erregerstrom erzeugenden
Mischwandlers entnommen werden.
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Diese bekannten Lösungen haben den gemeinsamen Nachteil, daß der Sekundärstrom
des Mischwandlers wegen der primärseitigen Vorschaltung von Drosseln stark oherwellenhaltig
ist, was eine genaue Regelung erschwert. Die Lösung, den Erregerstrom selbst durch
steuerbare Gleichrichter feinzuregeln, hat zusätzlich den großen Nachteil, daß an
Stelle der billigen Trockengleichrichter teuere Entladungsgefäße verwendet werden
müssen.
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Schließlich ist noch eine andere bekannte Lösung zu erwähnen, bei
der mit Hilfe eines Mischwandlers in der bekannten Compounderregerschaltung ein
ungeregelter Grunderregerstrom erzeugt wird, der die Erregerwicklung der Synchronmaschine
speist; mit Hilfe eines Spannungstransformators und mit Gleichrichtern wird ein
Gleichstrom erzeugt, der über einen Vorwiderstand eine zusätzliche Erregerwicklung
der Maschine speist; der Vorwiderstand in diesem Zusatzerregerkreis wird periodisch
durch die Kontakte eines tirrilartigen Spannungsreglers überbrückt. Der über die
zusätzliche Erregerwicklung fließende geregelte Strom ergänzt den Grunderregerstrom
so, daß die Maschinenspannung konstant bleibt. Der große Nachteil dieser Anordnung
ist die zusätzliche Erregerwicklung, deren Unterbringung aus räumlichen Gründen
in den meisten Fällen nicht möglich ist; außerdem erfordert diese Wicklung weitere
Schleifringe und Bürsten, so daß der Aufwand beträchtlich vergrößert wird.
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Der Gegenstand der Erfindung bezieht sich auf ein: Spannungsregeleinrichtung
mit Störgrößenaufschaltung für Synchronmaschinen, die über Gleichrichter aus dem
Wechselstromnetz erregt werden, wobei die den Gleichrichtern zugeführte Speisespannung
in der an sich bekannten und oben beschriebenen Weise in
einem primärseitig
spannungs- und stromabhängig gespeisten Mischwandler erzeugt wird. Gemäß der Erfindung
wird bei einer solchen Anordnung das Übersetzungsverhältnis des Mischwandlers durch
einen Vormagnetisierungsgleichstrom in Abhängigkeit von der Maschinenspannung verändert.
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Durch diese Maßnahme werden alle Nachteile der oben beschriebenen
bekannten Anordnungen vermieden. Die Gleichstromvormagnetisierung des Mischwandlers
wird von einem Spannungsregler allgemein bekannter Bauart gesteuert. Die vom Mischwandler
gelieferte Erregung kann sowohl unmittelbar auf den Generator als auch zunächst
auf eine fremderregte Erregermaschine wirken. Die Anordnung ist zweckmäßig so getroffen,
daß die Mischwandlererregung in einer Drehstrombrückenschaltung gleichgerichtet
wird, wobei zur Erhöhung der Regelgeschwindigkeit im Gleichstromkreis dieser Brückenschaltung
Widerstände vorgesehen sein können. Eine schnelle und pendelfreie Regelung kann
auch dadurch erzielt werden, daß der Regler mehrere Dämpfungswicklungen besitzt.
Der Regler kann dabei in bekannter Weise als P-, PI- oder I-Regler betrieben werden.
Zweckmäßigerweise wird man die gesamte Regeleinrichtung mit einer Schaltanordnung
versehen, die die Erregermaschine hei Umschaltung von automatischer Regelung auf
Handsteuerung von Fremderregung auf Selbsterregung umschaltet.
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Die Zeichnung zeigt die Schaltung eines Ausführungsbeispiels nach
der Erfindung.
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Mit R, S, T sind die drei Phasen des Drehstromnetzes bezeichnet, das
von dem Synchrongenerator G gespeist wird. Über die Widerstände R1, R2, R3 fließt
in den Primärwicklungen des Mischwandlers _lIGI ein Strom, der den Netzspannungen
proportional ist. In drei weiteren Primärwicklungen des Mischwandlers MW fließen
Ströme, die von den Sekundärwicklungen der Stromwandler WM, TV, W3 geliefert
werden und den Generatorströmen proportional sind. Im Mischwandler werden daher
jeweils zwei sinusfö rmige Ströme geometrisch addiert. Ein dein Generatorstroni
der Phase R proportionaler Strom wird dabei zu einem Strom addiert, der der Spannung
zwischen den Phasen S und T proportional ist. Die Addition im Mischwandler berücksichtigt
also jeweils den Strom einer Phase und die Spannung zwischen den beiden anderen
Phasen. Die in den drei Sekundärwicklungen des 'Mischwandlers induzierten Summenströme
werden in der Dreiphasen-Gleichrichter-Brückenschaltung DB gleichgerichtet
und der Feldwicklung der Erregermaschine E zugeführt. Der Widerstand R dient zur
Erhöhung der Regelgeschwindigkeit. Da wegen der Generatorsättigung die Addition
im Wandler MW nur Näherungswerte liefert und andere Störgrößen, wie Drehzahländerung
und Temperaturänderung, von der Strom-Störgrößenaufschaltung nicht erfaßt werden,
ist zusätzlich noch ein Spannungsregler vorgesehen. der aus dem magnetischen Verstärker
31l' und dem Soll- und Istwertgeber G1 besteht. Der magnetische Verstärker besitzt
drei Steuerwicklungen, und zwar je eine für Ist- und Sollwert, während die mittlere
Steuerwicklung über einen Kondensator C von den Stromänderungen beaufschlagt wird,
die von der Dreiphasen-Gleichrichter-Brückenschaltung geliefert werden. Die beiden
Arbeitswicklungen des Magnetverstärkers liegen in Reihe mit der Vormagnetisierungswicklung
des Mischwandlers und werden über Glcichrichteranordnungen in bekannter Schaltung
von der Spannung zwischen zwei Phasen gespeist. Der Spannungsregler erhöht die Regelgenauigkeit
dadurch, daß er mit seinen Arbeitswicklungen die Vormagnetisierungswicklung des
Mischwandlers beeinflußt und somit die wirksame Übersetzung des Mischwandlers kontaktlos
ändert. Diese Änderung de l:Thersetzungsverhältnisses wirkt sich wiederum auf den
Erregerstrom der Erregerniascliine E aus. Der Sekundärstrom des Wandlers W3 durchfließt
außer der zugehörigen Primärwicklung des '-Mischwandlers einen einstellbaren Teil
des Widerstandes R4 des Reglermeßkreises, wodurch in diesen `'Widerstand eine dem
Belastungsstrom des Generators proportionale Spannung abfällt. Mit Hilfe des AI>griffes
am Widerstand R4 kann für den Parallelbetrieb ein einstellbarer Proportionalbereich
hergestellt werden. Für den Fall, daß inan die Erregung ummittelbar auf den Generator
wirken läßt, wird man den Generator zweckmäßig mit Dauermagnetpolen versehen, damit
eine für Selbsterregung ausreichende Remanenz vorhanden ist.
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Die beschriebene Schaltung ermöglicht eine große Regelgeschwindigkeit
bei Strom- und Leistungsfaktoränderungen mit Hilfe des Mischwandlers und zugleich
eine hohe Genauigkeit durch den zusätzlichen Regler. Da Strom und Spannung bereits
im 'Mischwandler ungefähr richtig addiert werden, wird für die Beseitigung der restlichen
Regelabweichung nur ein relativ kleiner Regler benötigt. Eine zusätzliche Erhöhung
der Regelgeschwindigkeit wird durch die Verwendung einer fremderregten Erregermaschine
gewährleistet.