-
Anordnung zur selbsttätigen Spannungsregelung bei Konstantspannungsgeneratoren
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zur selbsttätigen Spannungsregelung
bei Konstantspannungsgeneratoren mit lastabhängiger Gleichrichtererregung, deren
Erregeranordnung einen vorzugsweise als Drosselspule ausgebildeten, vom lastunabhängigen
Anteil des Erregerstromes durchflossenen Scheinwiderstand enthält, mit zusätzlicher
Regelung des Erregerstromes durch einen parallel zu dem Scheinwiderstand liegenden
Magnetverstärker. Eine derartige zusätzliche Regelung des Erregerstromes bei einer
lastabhängigen Gleichrichtererregung ist in der deutschen Auslegeschrift S 33407
VIII b / 21d2 beschrieben, bei der ein Magnetverstärker, der z. B. in Abhängigkeit
von der Netzspannung vormagnetisiert ist, unmittelbar parallel zu Anzapfungen des
vom lastunabhängigen Erregerstromanteils durchflossenen Scheinwiderstandes, nämlich
eine Drosselspule geschaltet ist. Dadurch liegt der Magnetverstärker an einer Spannung,
die der geometrischen Summe oder Differenz zwischen der Generatorspannung und der
Erregerwechselspannung proportional ist. Bei dieser bekannten Anordnung werden jedoch
infolge der Arbeitsweise eines Magnetverstärkers die Wicklungsteile der Drosselspule,
zu denen der Magnetwiderstand parallel geschaltet ist, zeitweilig kurzgeschlossen,
so daß im Erregerkreis Spannungsstöße auftreten, welche die Spannungsstabilisierung
des Generators gefährden. Mit dieser bekannten Schaltung läßt sich also ein befriedigendes
Arbeiten der Regelanordnung nicht erreichen.
-
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannte
Anordnung zu verbessern. Gemäß der Erfindung ist die galvanische Verbindung zwischen
dem Scheinwiderstand und dem die Arbeitswicklung des Magnetverstärkers enthaltenden
Parallelzweig durch einen Isoliertransformator unterbrochen.
-
Dadurch werden zeitweilige Kurzschlüsse des Scheinwiderstandes, nämlich
der Drosselspule, und unerwünschte Spannungsstöße vermieden. Die Regelarbeit des
Magnetverstärkers ist weiterhin dadurch unterstützt, daß infolge der besonderen
Schaltung des Magnetverstärkers sich die an den Arbeitswicklungen liegende Spannung
nur verhältnismäßig wenig mit der Belastung ändert, so daß die für die Anpassung
des Erregerstromes erforderliche Regelarbeit des Magnetverstärkers bei Belastungsstößen
verhältnismäßig gering ist; das dynamische Verhalten des Konstantspannungsgenerators
wird dadurch verbessert.
-
Bei der Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung begünstigt der Magnetverstärker
bereits ohne eine Änderung seines Steuerstromes die Regelung. Insbesondere ist dies
der Fall, wenn in Weiterbildung des Erfindungsgedankens die Spannungen, die in ihrer
geometrischen Summe oder Differenz die die Arbeitswicklungen des Magnetverstärkers
speisenden Wechselspannungen ergeben, gegenüber der Generatorspannung und/oder gegenüber
der Erregerwechselspannung einen Phasenwinkel einschließen.
-
An sich ist eine Synchronmaschine mit einer Erregung durch Kompoundierung
und zusätzliche Regelung bekannt, bei der der Regler einen Strom parallel zu dem
von der Kompoundierungseinrichtung gelieferten Strom in die Erregerwicklung einspeist;
dabei ist der Wechselstromausgang des Reglers, der einen Magnetverstärker aufweist,
durch einen Transformator den Erregerkreisverhältnissen angepaßt. Demgegenüber kommt
es für die Erfindung nicht darauf an, den Wechselstromausgang des Magnetverstärkers
den Erregerkreisverhältnissen anzupassen, vielmehr ist es für die Erfindung wesentlich,
daß durch Einschalten eines Transformators die galvanische Parallelschaltung der
Arbeitswicklungen des Magnetverstärkers mit der Drosselspule vermieden wird, wobei
gegebenenfalls durch diesen Transformator eine der Generatorspannung proportionale
Spannung in den die Arbeitswicklungen des Magnetverstärkers enthaltenden Stromzweig
eingefügt wird.
-
Für die Anordnung gemäß der Erfindung ist es weiterhin vorteilhaft,
daß die im Belastungskreis der Arbeitswicklungen des Magnetverstärkers liegenden
Induktivitäten kompensiert werden. Es ist zweckmäßig, wenn man zur Kompensierung
dieser Induktivitäten die an sich in der Erregeranordnung vorhandenen Kondensatoren
verwendet.
-
Zur Erläuterung der Erfindung sind in den F i g. 1 bis 4 Ausführungsbeispiele
von gemäß der Erfindung ausgebildeten Schaltungsanordnungen wiedergegeben.
-
F i g. 1 zeigt einen als Synchrongenerator ausgebildeten Konstantspannungsgenerator
D, dessen Erregerwicklung
über die Gleichrichteranordnung Gli von
der Sekundärwicklung S des Erregertransformators Tri gespeist wird. Die Primärwicklung
P1 des Erregertransformators Tri wird vom Ankerstrom des Konstantspannungsgenerators
G durchflossen und liefert mithin die lastabhängige Erregerstromkomponente. Für
den lastunabhängigen Erregerstromanteil ist die von der Netzspannung gespeiste,
ungesättigte Drosselspule D vorgesehen, die mit den in Stern oder in Dreieck geschalteten
Kondensatoren C in Resonanz geschaltet und mit der Primärwicklung P2 des Erregertransformators
Tri verbunden ist.
-
Weiterhin liegt parallel zu der Drosselspule D ein Magnetverstärker
M mit den Arbeitswicklungen AI und A2. Der Magnetverstärker M wird mit Hilfe der
Steuerwicklungen St, und St. erregt. Er wird in bekannter Weise in Doublerschaltung
betrieben, d. h. seine Arbeitswicklungen A1 und A2 liegen in Reihe mit den entgegengesetzte
Durchlaßrichtung aufweisenden Gleichrichtern Gl. und Gl3.
-
Die Steuerwicklung St, wird über die kontaktlose Steuereinrichtung
SV,_ von der Spannung des Netzes RST gespeist. Die kontaktlose Steuereinrichtung
SV", die in an sich bekannter Weise z. B. aus gesättigten Drosselspulen oder Zenerdioden
aufgebaut ist, führt also der Steuerwicklung St, einen netzspannungsproportionalen
Strom zu.
-
Wesentlich für die Erfindung ist, daß in den die ArbeitswicklungenAl
undA2 des Magnetverstärkers M enthaltenden Stromzweig die Generatorspannung mit
Hilfe des Transformators Tr2 eingefügt wird. Da die Gleichrichter G12 und GI" an
ihren den Arbeitswicklungen A1 und A2 abgekehrten Enden gemeinsam mit den dem Netz
RST abgekehrten Wicklungsenden der Drosselspule D und mit den offenen Enden der
Primärwicklung P2 des Erregertransformators verbunden sind, liegt an den Arbeitswicklungen
A1 und A2 eine Spannung, die gleich der geometrischen Summe oder Differenz der Generatorspannung
und der Erregerwechselspannung ist. Durch die Einschaltung des Transformators Tr2
wird vermieden, daß durch die Arbeitswicklungen A1 und A2 'ein galvanischer Parallelzweig
zur Drosselspule D gebildet wird.
-
Bei der dargestellten Schaltungsanordnung werden die dynamischen Eigenschaften
des Konstantspannungsgenerators G günstig beeinflußt. So steigt beispielsweise beim
Zuschalten einer induktiven Last die Spannung an der Drosselspule D und an den Arbeitswicklungen
A1 und A2 des Magnetverstärkers stoßartig an. Der Magnetverstärker hat an der angegebenen
Schaltung eine nichtlineare Strom-Spannungs-Charakteristik, so daß der durch ihn
in die Erregeranordnung eingefügte Zusatzstrom stärker als die an ihm anliegende
Spannung ansteigt, wodurch der Grundanteil des Erregerstromes im Stoßaugenblick
vergrößert und mithin der durch das Zuschalten der induktiven Last wirksame Spannungseinbruch
verkleinert wird. Die Nichtlinearität des Magnetverstärkers unterstützt aber auch
im stationären Betrieb die Regelaufgabe.
-
Ferner sind die im Belastungskreis des Magnetverstärkers gegebenenfalls
vorhandenen Induktivitäten kompensiert, und zwar dienen hierzu die an sich in der
Erregeranordnung vorhandenen Kondensatoren C, auf die der Magnetverstärker arbeitet,
so daß ein einwandfreier Betrieb des Magnetverstärkers sichergestellt ist. Sollen
mehrere gemäß der Erfindung erregte Konstantspannungsgeneratoren parallel arbeiten,
so empfiehlt es sich, den Magnetverstärker zusätzlich in Abhängigkeit von der Belastung
des Generators zu steuern. Zu diesem Zweck ist im Ausführungsbeispiel der F i g.
1 die kontaktlose Steuereinrichtung SV, vorgesehen, welche die zusätzliche Steuerwicklung
St2 des Magnetverstärkers speist und die Gleichstromvormagnetisierung des Magnetverstärkers
in Abhängigkeit von der Erregerspannung und damit in Abhängigkeit von der Belastung
regelt.
-
Während bei der Schaltungsanordnung der F i g. 1 für eine dreiphasige
Anordnung sechs Arbeitswicklungen für den Magnetverstärker erforderlich sind, ist
in der F i g. 2 eine gemäß der Erfindung ausgebildete Schaltungsanordnung dargestellt,
bei der lediglich drei Arbeitswicklungen für den Magnetverstärker erforderlich sind.
Dies wird dadurch erreicht, daß die Arbeitswicklungen des Magnetverstärkers in an
sich bekannter Weise in Dreieck geschaltet sind.
-
In gleicher Weise wie bei der Schaltungsanordnung der F i g. 1 wird
mit Hilfe des Transformators Tr. die Generatorspannung in den die Arbeitswicklungen
des Magnetverstärkers M enthaltenden Stromzweig eingefügt, so daß der Magnetverstärker
ebenfalls mit einer Spannung gespeist wird, die proportional der Differenz der Generatorspannung
und der an der Drosselspule D liegenden Spannung ist. Durch die Einfügung der Sekundärwicklung
des Transformators Tr. m den Belastungskreis der Arbeitswicklungen des Magnetverstärkers
M tritt, abgesehen von den Streuinduktivitäten dieses Transformators, keine Erhöhung
der Induktivität dieses Belastungskreises auf. Abweichend von der Anordnung der
F i g. 1 erfolgt die zusätzliche Steuerung des Magnetverstärkers in Abhängigkeit
von einer der Erregerspannung proportionalen Spannung über die kontaktlose Steuereinrichtung
SV2 mit Hilfe des Transformators Tr3, der primärseitig von der Erregerwechselspannung
gespeist wird.
-
In den F i g. 3 und 4 sind weitere Ausführungsbeispiele dargestellt,
bei denen die Reihenfolge der aus der Drosselspule D und den Kondensatoren C bzw.
der Primärwicklung P2 bestehenden Reihenschaltung vertauscht ist. Hierbei kann der
Magnetverstärker, sofern es sich um eine dreiphasige Anordnung wie im vorliegenden
Fall handelt, in Sternschaltung (F i g. 3) betrieben werden. Es ist aber auch möglich,
den Magnetverstärker in Dreieckschaltung zu betreiben, wie es in der F i g. 4 dargestellt
ist. Wesentlich hierbei ist, daß durch die Einschaltung des Transformators Tr. die
Bildung eines galvanischen Parallelzweiges zur Drosselspule durch die Arbeitswicklungen
des Magnetverstärkers M verhindert wird.
-
Abweichend von den Ausführungsbeispielen der F i g. 1 und 2 ist in
den Schaltungsanordnungen der F i g. 3 und 4 die für das Parallelarbeiten von mehreren
Konstantspannungsgeneratoren vorgesehene zusätzliche Steuerung des Magnetverstärkers
über die schaltkontaktlose Steuereinrichtung SV2 in Abhängigkeit vom Ankerstrom
des Generators vorgenommen.