DE744701C - Anordnung an selbsterregten, durch selbsttaetige Regler geregelten Generatoren - Google Patents

Description

• Anordnung an selbsterregten, durch selbsttätige Regler geregelten Generatoren Bei selbsterregten elektrischen Generatoren, die durch selbsttätige Regler, z. B. Schützregler,o geregelt werden, besteht ein natürlicher Hang des Reglers zum Pendeln. Eine solche Pendelneigung entsteht bekanntlich dadurch, daß der Fluß im Generator im Verhältnis zur Regelgeschwindigkeit langsamer nachfolgt und der Regler bestrebt ist, überzuregeln. Dieser unerwünschte Vorgang äußert sich besonders störend bei im Nebenschluß erregten Gleichstromerregermaschinen.
• Nach der Erfindung lassen sich die Pendelerscheinungen beim Reguliervorgang derartiger Generatoren durch eine besondere Anordnung vermeiden, die darin besteht, daß dem im Feldkreis des Generators liegenden, selbsttätig geregelten Widerstand eine frei laufende, mit Schwungmasse versehene Gleichstromhilfsmaschine parallel geschaltet ist. Diese Schwungradmaschine hat die Eigenschaft, daß sie durch die in ihr aufgespeicherte kinetische Energie bei Regelungsänderungen des Generators eine zeitlich voreilende und im Vorzeichen entgegengesetzte Pendelneigung hervorruft und durch ihre GEMK jeder Änderung der Erregerspannung dämpfend entgegenwirkt, so daß bei entsprechender Bemessung der Schwungmasse die natürliche Pendelneigung des Reglers fortfällt. .
• Durch die Anordnung der Schwungradhilfsmaschine wird aber nicht nur in allen Spannungsbereichen einÜberregulieren durch den Regler vermieden, gleichgültig, ob der Regler im Sinne einer Spannungserhöhung oder einer Spannungsverminderung verstellt wird; sie hat auch zugleich die Wirkung, daß beim Herunterregeln bis in den labilen Be- reich des selbsterregten Generators die Maschine stabil bleibt. Bekanntlich ist der Strom der Nebenschlußfeldwicklung selbsterregter Gleichstromgeneratoren vom Widerstand seines Kreises und der Generatorspannung,abhängig. Ein stabiler Betriebszustand läßt sich dann ohne zusätzliche Hilfsmittel nur erreichen, wenn das Verhältnis der Generatorspannung zum Erregerstrom gleich dem Widerstand des Nebenschlußfeldkreises ist. Die Spannungskennlinie der meisten Generatoren älterer Type ist jedoch bei kleinen Spannungswerten eine Gerade, die durch den Koordinatenursprung geht, so daß über einen großen Bereich das Verhältnis der Spannung zum Feldstrom im wesentlichen konstant ist, d. h. die Generatorspannung ist dann nicht mehr stabil und kann irgendeinen Wert innerhalb dieses konstanten Verhältnisses annehmen. Sobald jedoch bei Anordnung der Schwungradhilfsinaschine nach der Erfindung die Kleanmenspaiintuig des Generators im unstabilen Spannungsbereich von dem durch die Rcglereinstellung bestimmten Wert wegzuleiten v;rsucht, so wirkt die dann sich i-uljernde Spannung der Hilfsmaschine der Spannungsabweichung des Generators vom Sollweit entgegen und gewährleistet auf jeden Fall einen stabilen Betriebszustand des Generators.
• Die Schwungradhilfsmaschine läßt sich besonders bei Erregermaschinen älterer Ausführung mit Vorteil verwenden, weil diese eine im Gebiet niedriger Spannungen verhältnismäßig wenig gekrümmte Leerlaufkennlinie haben. Bei Erre--ermaschinen neuerer Bauart

  tvird meistens die Anordnung jener Schwung-

  radhilfsmaschine entbehrlich sein, da dort im

  all_g,2meinen in den Polschuhen Sättigungs-

  querschnitte bzw. andere Einrichtungen zur

  Erzeugung einer überall gekrümmten Kenn-

  linie vorgesehen werden. Es hat sich aber

  leerausgestellt, da", es bei älteren Konstruk-

  tionen Erregermaschinen billiger ist, die

  Anordnung der Erfindung zu benutzen,

  als neue Polschuhe einzubauen, da die Hilfs-

  maschine hein,n Antrieb erfordert, ihr

  Energieverbrauch relativ gering ist; eine Last

  nicht angetrieben wird und demzufolge ihre

  Abmessungen klein sind.

  Zur Stabilisierung der Spannung vorhan-

  dener selbst'erregter Gleichstromgeneratoren

  im untren Bereich der Iiell:ilinie ohne Um-

  bau ist es zwar an sich bekannt, in den Er-

  regerkreis eine Fremdspannung einzuführen,

  um eindeutige Schnittpunkte der Neben-

  schluf'',widerstandsgeraden mit der Maschinen-

  kennlitiie zu erzielen. Unter anderem wird

  bei Anordnunge=n dieser Art zur Erzeugung

  jener Fremdspannung ein durch eine beson-

  de e bsinaschine angetriebener Hilfs-

  geieratoi- verwendet. Im Gegensatz zum

  Wesen der Erfiiiclung führt hierbei der Hilfs-

  generator kei:ie Gegenpendelungen aus, son-

  clern erzeugt nur eine dauernd wirkende kon-

  stante #. `orspannung, welche nicht imstande

  ist, die natürliche Pendelneigung des Reglers

  zu kompensieren, während erfindungsgemäß

  di:°- das -Ülai-regulieren im gesamten Arbeits-

  b@r@ich 1e1- Kennlinie und die Unstabilität in

  den v_iederen Spannungsgebieten des Genera-

  tors beseitig,-nde Hilfsspannung jeweils nur

  b: i auftrc',-nden Spannungsänderungen bz«-.

  Regulierung szuständen des Generators in Er-

  scheinung tritt.

  Bei selbsterregten Erregermaschinen sind

  die Regtilierwiderställde zuweilen so groß,

  .daß sie den Generator hindern, auf Spannung zu kommen. Auch dieser Nachteil wird durch die Erfindung beseitigt. Der Ankerwiderstand der Schwungradhilfsmaschine ist immer sehr klein, wenn diese stillsteht, so daß der Regulierwiderstand dann praktisch kurzgeschlossen wird. Folglich wird immer in der Feldwicklung des Generators durch seinen reinanenten 2 ag n etismus ein Strom erzeugt. Erst, sobald die Hilfsmaschine umzulaufen beginnt, wird ihre GEMK den Feldstrom auf einen Wert bringen, der durch die Einstellung am Widerstand bedingt ist.
• Zuweilen wird der Verstellmotor für den Regelwiderstand einer sich selbst erregenden Erregermaschine vom letz aus gespeist. Es kann dann vorkommen, dalr durch einen Leitungsbruch oder durch das Öffnen eines Schalters die Energiezufuhr zum Verstellmotor zu einer Zeit unterbrochen wird, bei welclie4 der Regelwiderstand seinen größten Wert hat. In einem solchen Fall könnte nach Beseitigung der Störung ein Lisher übliches Reguliersystem die Erregermaschine nicht mehr auf Spannung bringen. Bei Anwendung der Erfindung tritt diese Störung nicht mehr auf.
• An Hand der Zeicliung soll die U-irkungsweise der Anordnung bei einem Ausführungsbeispiel erläutert werden.
• Es bezeichnet i einer. svnciiroiien Drehstromgenerator mit der Feld«-iclzlung g, der auf das Netz 2 arbeitet. Er wird durch die Erregermaschine _I erregt, deren Feld durch den Widerstand 5 im Stromkreis der -Nebenschlußwicklung q.' regelbar ist. Der Widerstand 5 wird abhängig z-on der Spannung des Wechselstromgenerators i selbsttätig mit Hilfe des Urnkehrservomotors 6 und eines Kontaktvoltmeters 7 gesteuert. Motor 6 und Regler 7 sind zu diesem Zweck über einen Spannungstransformator g und einen Dreiphasengleichrichter 8 an die Phasen des Netzes angeschlossen. Erfindungsgemäß ist im Feldkreis der Erregermaschine :I eine mit Schwungmasse i2 versehene Gleichstromhilfsmaschine io angeordnet,, die parallel zu dem selbsttätig geregelten Widerstand 5 geschaltet ist. Sie besitzt eine Feldwicklung i i, die an der Spannung der Erregermaschine q liegt. Die Schwungradmaschine io wirkt als Motor und erzeugt eine GEMK im Erregerkreis der Erregermaschine. Sie kann finit einer beliebigen Drehzahl umlaufen und ist weder mit dem Generator i noch mit der Erregermaschine q. gekuppelt.
• Unter der Voraussetzung, daß die Maschinen i und d. mit konstanter Drehzahl angetrieben «-erden, hängt die Spannung der Erregermaschine zunächst von der Einstellung des Widerstandes 5 ab. Die Hilfsmaschine io wird durch die jeweils am Regulierwiderstand 5 herrschende Spannung gespeist und läuft als Motor, der dabei in der Schwungmasse Energie aufspeichert. Fällt nun die Spannung des Generators i, so wirkt der vom Kontaktrelais 7 in Betrieb gesetzte Servomotor 6 im Sinne einer Verkleinerung des Regulierwiderstandes 5, d. h. einer Erhöhung der Spannung der Erregermaschine 4, die aber zur Folge hat, daß auch der Strom in der Feldwicklung i i der Hilfsmaschine io steigt, die aber zunächst durch die kinetische Energie ihrer Schwungmasse bestrebt ist, ihre Drehzahl zu halten. Folglich wird die GEM,K der Hilfsmaschine io ansteigen, die Stromänderung in dei Feldwicklung ¢` dämpfen und dadurch eine Überregulierung verhindern. Nach einer gewissen Zeit erreicht jedoch die Hilfsmaschine io den Betriebszu= stand, der dem neuen Spannungsabfall am Regulierwiderstand urid der höheren Spannung der Erregermaschine 4 eindeutig entspricht.
• Nzird andererseits bei Überschreitung "des Sollwertes der Generatorspannung der Schieber am Widerstand 5 nach links bewegt, d. h. der wirksame Teil des Widerstandes vergrößert und damit der Strom in der Feldwicklung 4' der Erregermaschine 4 verringert, so sinkt die Generatorspannung. Hierdurch wird der Strom in der Feldwicklung i i der Hilfsmaschine und dementsprechend ihre GEMK verringert und die Stromabnahme in der Feldwicklung 4' der Erregermaschine 4. gedämpft. Es wird jedoch bald ein neuer Zustand entsprechend dem neuen Spannungswert der Erregermaschine 4 erreicht. Man erkennt also, daß die Schwungradhilfsinaschine sowohl bei einer Spannungserhöhung als auch bei einer Spannungserniedrigung wie ein elektromechanischer Dämpfer arbeitet, um jede Änderung der Erregerspannung zu verzögern, und daß dadurch die natürliche Pendelerscheinung im Regelvorgang unterdrückt wird. Schaltet sich der Widerstand 5 so weit ein, daß die Regelung in das unstabile Spannungsgebiet der Erregermaschine gelangt, so wird auch die Unstabilität durch die Schwungradhilfsmaschine beseitigt, indem bei einem Spannungsanstieg an der Erregermaschine 4. die GEMK der Hilfsmaschine io infolge der stärkeren Erregung der Feldwicklung i i auch ansteigt und daher ein weiteres Anwachsen des Erregerstromes und der Spannung der Erregermaschine 4 ausschließt. Strebt aber die Spannung an der Erregermaschine 4., von dem Sollwert abzugleiten, so wird das Feld der Hilfsmaschine io sofort geschwächt und dementsprechend ihre GEMK herabgesetzt, so daß der Feldstrom der Erregermaschine 4. und ihre Spannung nicht zum Absinken kommt. Bei dieser Arbeitsweise werden relativ unbedeutende Größenschwankungen der von der Maschine erzeugten GE1.ZK auftreten, wenn der Widerstand 5 einen Wert hat, der normalerweise Unstabilität bedingt. Die Spannung an der Erregermaschine wird jedoch im wesentlichen eindeutig sein und bei verschiedenen Stellungen des Widerstandes einen bestimmten Wert annehmen.
• Das Schwungrad 12 verzögert also die Beschleunigung der Hilfsmaschine io, so daß dadurch die Erregerspannung etwas über den Wert hinausgeht, bis zu dem sie sonst gelangen würde. Da dann die Drehzahl des Motors wieder ansteigt, geht die Spannung der Erregermaschine wieder zurück, so daß eineGegenpendelwirkungauftritt. DieGEMK der Hilfsmaschine io ist dem Produkt ihrer Drehzahl und Feldstromstärke proportional, und das Schwungrad verzögert seine Geschwindigkeitsänderungen. Daher dauert es längere Zeit, bis der stationäre Wert nach jeder Änderung des Regelwiderstandes erreicht ist, und dadurch entsteht eine Stärkung oder eine Voreilung der Felderregung der Erregermaschine 4 mit einem späteren Rückgang der zSpannung auf den beständigen normalen Wert.

Claims (2)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Anordnung an selbsterregten, durch selbsttätige Regler geregelten Generatoren, insbesondere an im Nebenschluß erregten Gleichstromerregermaschinen, zur Vermeidung des Überregelns und gleichzeitig zur Stabilisierung der Spannung im labilen Bereich, dadurch gekennzeichnet, daß dem im Feldkreis des Generators (_I) liegenden, selbsttätig geregelten Widerstand (5) eine frei laufende, finit Schwungmasse (i2) versehene Gleichstromhilfsinaschine (io) parallel geschaltet ist.
2. 2. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Feldwicklung (ii) der Gleichstromhilfsmaschine (io) an die Spannung des selbsterregten Generators (.4) angeschlossen ist. Zur Abgrenzung des Anmeldungsgegenstandes vom Stand der Technik sind im Erteilungsverfahren folgende Druckschriften in Betracht gezogen worden: deutsche Patentschriften .... N r. 475 Bog. 476863.