CH199283A - Asynchrongenerator mit Selbsterregung. - Google Patents

Description

      Asynchrongener        ator    mit Selbsterregung.    Es ist bekannt, einen     Asynchrongenera-          tor    durch Kondensatoren selbst zu erregen.  Eine stabile Spannungsregelung wird in die  sem Falle durch eine gleichstromvormagneti  sierte Drosselspule bewirkt. Für die folgen  den Betrachtungen sei angenommen, dass das  von dem     Asynchrongenerator    gespeiste Netz  nur Wirkleistung verbraucht oder anderwei  tig in an sich bekannter Weise so kompen  siert ist, dass es als reine Wirklast     (cos        g9=1)     auf den Generator wirkt, ferner, dass der  Generator mit gleichbleibender Drehzahl an  getrieben wird.  



  Die     Vormagnetisierung    der Drosselspule  derartig bekannter     Asynchrongeneratoren     verlegt die     Magnetisierung    der Drossel und  somit auch die     14Zagnetisierung    des gesamten  Stromkreises in den Bereich der Eisensätti  gung, und zwar,     wenn    die Drossel mit der       Vormagnetisierung    entsprechend     bemessen     ist, bei allen Klemmenspannungen praktisch  bis Null herunter. Durch die vormagneti-         sierte    Drosselspule wird erreicht, dass die  stabilisierende Wirkung der Eisensättigung  bei allen Spannungen des Generators wirk  sam ist.  



  Die     stabilisierende    Wirkung der     Sätti-          gung    ist physikalisch dadurch begründet,  dass die     Induktivität    im Sättigungsbereich  spannungsabhängig wird, und zwar mit stei  gender Spannung abnimmt und umgekehrt.  Versucht daher beispielsweise die Klemmen  spannung des Generators zu steigen, so  nimmt die Stromaufnahme der Drossel stär  ker als linear zu, während der     Kondensator-          strom    nur linear ansteigt; infolgedessen ent  spricht dem Spannungsanstieg am Generator  keine entsprechende Zunahme des Erreger  stromes. Die Klemmenspannung wird daher  nicht nur am weiteren Anstieg gehindert.

    sondern ganz oder angenähert auf ihren ur  sprünglichen Wert zurückgedrängt, bis das  Gleichgewicht     zwischen    der Spannung und  dem Erregerstrom wieder hergestellt ist,      Das gleiche gilt für den Fall, dass die Span  nung     ani    Generator unter den gegebenen  Wert zu sinken versucht.

   Diese Überlegung  zeigt. dass die Drossel um so stärker stabili  sierend wirkt, je stärker die Änderung ihrer       Induktivität    von der Klemmenspannung ab  hängt. je grösser also der Differentialquotient  
EMI0002.0003     
    ist,     wobei    1. die spannungsabhängige     Induk-          tivität    der Drossel     (bezw.    einschliesslich der       Induktivität    des Generators) und e die Klem  menspannung der Drossel     bezw.    des     Gene-          rators    bedeuten.  



  Die Veränderlichkeit     g    der     Magnetisie-          rung    wird nun gemäss der Erfindung da  durch vergrössert, dass die     Vormagnetisierung     der Drosselspule über     Gleicbrichter    in Ab  hängigkeit von mindestens einer Betriebs  grösse erfolgt.  



  Die Erfindung ist in der Zeichnung in  mehreren Ausführungsbeispielen veranschau  licht.  



  In     Fig.    1 bedeuten 1 einen einphasigen       Asynchrongenerator,    der beispielsweise mit  einem     Nurzschlusslä    Ufer versehen ist, und  die     Ständerwicklung    des Generators. 3 zeigt  den Erregerkondensator, dem die     vormagne-          tisierbare    Drosselspule 4 parallel geschaltet  ist.

   Die     Vormagnetisierung    erfolgt durch  die auf dein gleichen Kern angeordnete  Hilfswicklung 5, die über den regelbaren  oder fest einstellbaren Widerstand     G    und  über den vorzugsweise gittergesteuerten       Stromrichter    7 an einer Betriebsgrösse des  Belastungsstromkreises des Generators 1,  nämlich an der zu     stabilisierenden    Spannung  liegt. 8 stellt die     Belastung    des     Crenerators     dar.  



  Die zur Lieferung des     Vormagnetisie-          rungsstromes    vorgesehene     Gleic:hrichteranord-          nung    ist in den einzelnen Figuren ans Grün  den der Einfachheit nur schematisch darge  stellt      -orden.    Mit den dargestellten     Gleich-          richteranordnungen    lässt sich natürlich in  folge der Ausnutzung nur einer Halbwelle  der     Weehselspannung    ein gleichmässiger    Gleichstrom ohne     weiteres    nicht erzielen.  Beim Bau der erfindungsgemässen Anord  nung wird man daher zweckmässig geeignete  Einrichtungen vorsehen, um einen möglichst  geglätteten Gleichstrom zu erhalten.

   Bei  spielsweise kann man die Gleichrichter in       Vollweggleichrichterschaltung    oder in     Grätz-          schaltung    anordnen oder besondere     Glät-          tungseinrichtungen    vorsehen.  



  Die     Vormagnetisierung    der Drosselspule  4 kann natürlich auch in Abhängigkeit vor.  andern Betriebsgrössen des Belastungskreises  erfolgen, z. B. in Abhängigkeit von dem  Strom des     Asynchrongenerators    1 oder des  Kondensators 3 oder von einer beliebigen an  dern     Wechselstromquelle,    die von der Klem  menspannung oder dem Strom des     Asy        n-          chrongenerators    oder des Kondensators ab  hängt.  



  Durch die Erfindung wird bei gleicher  Sättigung ein grösserer Stabilitätsgrad, ein  schnelleres Einschwingen auf den Ruhewert  und eine geringere Neigung zu     Schwebun-          gen    erreicht, oder es genügt bei gleicher Sta  bilität eine kleinere     Vormagnetisierung    und  kleinere Drosseln.  



  Die Anordnung gemäss     Fig.    2 unterschei  det sich von derjenigen gemäss     Fig.    1 da  durch, dass statt einer einzigen Drossel zwei  Drosseln 9 und 10 vorgesehen sind, und dass  diese Drosseln, wie durch Pfeile angedeutet  ist, durch die Hilfsspulen 11 gegensinnig  vormagnetisiert werden, wodurch aus dem  Summenstrom der Drosseln 9 und 10 die     LTn-          symmetrie    der beiden Halbwellen beseitigt  wird.  



       Fig.    3 zeigt eine Schaltung wie     Fig.    2.  bei der auf die     Anbringung    einer besonderen  Hilfswicklung für die     Vormagnetisierung     verzichtet ist. Die     Vormagnetisierung    er  folgt unmittelbar durch die Hauptwicklun  gen     ;)    und<B>10</B> der Drossel.

   Dies geschieht  zweckmässig in der Weise, dass man die  Klemmen der Gleichstromquelle an zwei  Punkte     l2,    13 gleichen Potentials der Haupt  wicklungen anschliesst und die durch die       Anschlusspunkte    gebildeten Wicklungsteile  jeder Drossel derart auf die Kerne verteilt,      dass die die Wicklungsteile je einer Teil  wicklung der Drosselspule tragenden Kern  teile vom     Gleichfluss    in gleicher Richtung,  vom     Wechselfluss    dagegen in entgegengesetz  ter Richtung durchströmt werden. Die Teil  wicklungen sind also in bezug auf den     Wech-          selfluss    gegensinnig vormagnetisiert.  



  Durch Verwendung von steuerbaren Ent  ladungsstrecken, beispielsweise gesteuerten  Stromrichtern, besteht die Möglichkeit, die  Spannungsabhängigkeit der     Vormagnetisie-          rung    noch wesentlich zu verstärken, indem  die Steuerung, z. B. das Gitter des Elemen  tes, ebenfalls spannungsabhängig nach einem  der an sich bekannten Verfahren angeschlos  sen wird, so dass bei Spannungsänderungen  gleichzeitig die Anodenspannung und die       t)ffnung    der Entladungsstrecken in gleichem  Sinne geregelt werden.  



  In der Anordnung gemäss     Fig.    4 wird  die     Vormagnetisierung    durch den Strom  wandler 14 gespeist, der in Reihe mit dem  Erregerkondensator 3 liegt. Da der     Konden-          satorstrom    verhältnisgleich ist mit der an  gelegten Spannung, so wird dadurch die Vor  magnetisierung mittelbar verhältnisgleich  mit der Spannung erregt. Diese Anordnung  wirkt verstärkt stabilisierend, da, beispiels  weise bei einer plötzlichen Spannungserhö  hung, die Spannungszunahme im ersten  Augenblick nicht den Kondensator 3 trifft,  sondern von dem Stromwandler 14 aufge  fangen wird. Die Anordnung verhindert  daher sowohl die augenblickliche Zunahme  der Erregerenergie (Kondensator), als auch.

    dass die gesamte Spannungszunahme gleich  zeitig zur     Vormagnetisierung    der Drossel 4,  also zur Schwächung der Erregerenergie ver  ,vandt wird.  



  Ist die Drossel mit keiner     Vormagneti-          sierungswicklung    versehen, sondern führen  die Wicklungen der Drossel auch den Vor  magnetisierungsstrom, so ist meistens ein       Hilfstraneformator    zur     Anpassung    der     Vor-          magnetisierungsspannung    an die festliegen  den Daten der     Wechselstromwicklung    der  Drossel erforderlich. Ein derartiger Hilfs  transformator ist zum Beispiel     in        Fig.    6 zu    sehen.

   Der Gegenstand der Erfindung kann  nun dadurch vereinfacht werden, dass für die       Vormagnetisierung    nicht nur auf eine beson  dere     Vormagnetisierungswicklung,    sondern  auch auf den gegebenenfalls vorgesehenen  Hilfstransformator verzichtet werden kann.  



  Zu diesem Zweck werden zweckmässig  gemäss     Fig.    5 zwischen zwei Punkten 15 und  16 ungleichen Potentials der Drosselspulen  17     bezw.    18 ein oder mehrere Elemente 6  mit eindeutiger     Stromdurchlassrichtung,    bei  spielsweise Entladungsstrecken in Gleich  richterschaltung oder Trockengleichrichter,  und gegebenenfalls ein     Regelwiderstand    7  geschaltet. Wie aus dem durch Pfeile an  gedeuteten Verlauf des Gleichstromes er  sichtlich ist, werden hierbei die     Spulenhälf-          ten    der beiden Drosseln wie     in    der Anord  nung gemäss     Fig.    3 in demselben     Sinne    vor  magnetisiert.  



  Anstatt für die Entnahme des Gleich  stromes eine     Spule    anzuzapfen, kann zweck  mässig die eine Hälfte einer Spule mit eini  gen zusätzlichen Windungen versehen wer  den.- Es genügen hierfür nur wenige Win  dungen, da die Gleichstromspannung für die       Vormagnetisierung    immer nur einen gerin  gen Prozentsatz, meist sogar weniger als 1  der     Wechselstromspannung    der Spule aus  macht.  



  Im allgemeinen wird daher die geringe       Leistungsunsymmetrie    bei der Drossel mit  der angezapften Spule praktisch zu vernach  lässigen sein, gegebenenfalls lässt sich diese       Tlnsymmetrie    bei entsprechender Wahl der       Windungszahlen    der einzelnen     Spulenhälf-          ten    in einfacher Weise kompensieren.  



  Eine weitere Verbilligung des Gegen  standes der Erfindung kann dadurch erreicht  werden, dass an Stelle besonderer Drossel  spulen die in einem Netz bereits vorhandenen  Transformatoren als Drosselspulen benutzt  werden. Hierbei können die Transformatoren       entweder    eine besondere     Sättigungswicklung     erhalten, oder es besteht die Möglichkeit, die       Vormagnetisierung    durch die     Wechselstrom-          wieklung    selbst zu bewirken, wobei auch die           Unsymmetrie    des     Magnetisierungsstromes     kompensiert werden kann.  



  Das Prinzip dieser Schaltung ist in     Fig.    6  und 7 für Einphasen-     bezw.        Dreiphasenstrom     dargestellt.     ITm    die kompensierte     Vormag-          netisierung    mit der     Wechselstromwicklung     für Einphasenstrom zu erreichen, sind ent  weder zwei besondere Transformatoren oder  gemäss     Fig.    6 ein Eisenkern mit drei Schen  keln, von denen der eine für den Rückschluss  dient, vorgesehen. Die Gesamtwicklung ist  in zwei parallel     geschaltete    Wicklungen 19  und 20 unterteilt.

   Je eine Hälfte von den  Spulen 19 und 20 ist auf den Kernen 21  und 22, und zwar gegeneinander vertauscht  untergebracht. Die Spulen 19 und 20 kön  nen über ihre elektrischen Mittelpunkte mit  der Klemmenspannung oder dem Strom der       Transformatoren    gekoppelt werden.     Wech-          selstrommässig    werden die gerne 21 und 22  von sämtlichen Spulen in gleicher Richtung  magnetisiert, so dass der     SummenfluB    über  den Schenkel 23 geschlossen wird.  



  Die in     Fig.    6 dargestellte Einphasen  schaltung kann natürlich für jede beliebige       Mehrphasenanordnung    entsprechend der Pha  senzahl wiederholt und dadurch das gleiche  für jede beliebige     Mehrphasenschaltung    er  reicht werden.  



       Fig.    7 zeigt eine Vereinfachung, die bei  symmetrischen     Mehrphasensystemen,    wie  beispielsweise Drehstrom, möglich ist. Es  genügt in diesem Falle.     zwei    Mehrphasen  transformatoren 24, 25 gleicher Art zu ver  wenden und     zwischen    die neutralen Punkte  96     bezw.    27 der beiden     Mehrphasenwicklun     gen die Gleichstromquelle     einzuschalten.        Es     ist zu erkennen, dass hierbei die Transforma  toren 24 und 25 entgegengesetzt vormagneti  siert sind.

   Da die Wicklungen parallel ge  schaltet sind, wird die Einzelwicklung in  bezug auf ihre     Unsymmetrie    nicht kompen  siert, jedoch wirken beide Wicklungen zu  sammen nach aussen als kompensiert.  



       Fig.    8 zeigt eine Anordnung, in der ein       Asynchrongenerator    als Gleichstromerreger  maschine für Synchrongeneratoren benutzt  wird. Bekanntlich erfordert der Stromwen-    der von normalen angebauten Gleichstrom  erregermaschinen,     insbesondere    bei schnell  laufenden grossen Turbogeneratoren, beson  dere Wartung, die bei Verwendung von       Asynchrongeneratoren    als Erregermaschinen  nicht erforderlich ist.  



  Der Einfachheit halber     ist    die Anord  nung gemäss     Fig.    8 in der Zeichnung ein  phasig dargestellt. Es bedeutet 28 den Syn  chrongenerator, 29 die asynchrone Erreger  maschine, die über den Gleichrichter 30 und  die Schleifringe 31 die Hauptmaschine 28  erregt.

   Anstatt die Stabilisierungsdrosseln  32 und 33 unmittelbar von der Spannung des       Asynchrongenerators    29 vorzumagnetisieren,  erfolgt die     Vormagnetisierung    beispielsweise       mittels    Wicklungen 38 über den Stromrich  ter 34 von der Spannung des     Hauptgenera-          tors    28, dessen     Spannung    bei Leerlauf und  kleiner Belastung derjenigen der Maschine  29 verhältnisgleich ist.  



  Um die Erregerspannung der Maschine  29 bei gleichbleibender Spannung des     Haupt-          generators    28 unter Last zu regeln, ist  gleichzeitig eine stromabhängige     Vormagne-          tisierung    35 auf der Drosselspule vorgesehen,  die über den Stromwandler 36 und beispiels  weise über     Stromrichtergefässe    37 vom  Hauptgenerator erregt wird.

   Da, wie aus       Fig.    8 ersichtlich ist, die stromabhängige       Vormagnetisierung    der     spannungsabhängigen          Vormagnetisierung    infolge Stromumkehr ent  gegenwirkt, so wird die resultierende     Vor-          magnetisierung    bei Laststeigerung ge  schwächt, das heisst die Erregerspannung der  Maschine 29 und somit die Erregung der       Hauptmaschine    28 erhöht.  



  Für die Gleichrichtung der stromabhängi  gen     Vormagnetisierung    der Drosselspulen 32  und 33 ist ein gegensinnig parallel geschal  tetes Doppelgefäss 37 vorgesehen; durch ent  sprechende     Steuerung    der Gitter kann er  reicht werden, dass, je nachdem, ob das eine  oder andere Gefäss freigegeben wird, die  stromabhängige     Vormagnetisierung    35 posi  tiv oder negativ lastabhängig wird. Nega  tive Lastabhängigkeit, also Verringerung der  Erregerspannung, ist     unter    Umständen dann      erforderlich, wenn der Hauptgenerator     kapa-          zitiv    belastet wird, also beispielsweise auf  ein Kabelnetz geschaltet ist.  



  Infolge der Zeitvergrösserung zwischen  der Erregung und der Spannung der Haupt  maschine 28 ist die Stabilisierung der Er  regermaschine 29 bei Anschluss der     Vormag-          netisierungsspule    38 an die Spannung des  Synchrongenerators 28 unter Umständen  nicht ausreichend, um     Pendelungen    zu ver  meiden.

   Man kann daher in solchem Fall  auch die Spule 38 unmittelbar an die Er  regerspannung des     Asynchrongenerators    29  legen; dabei sind dann die     Amp6re-Win-          dungszahlen    der     Vormagnetisierungsspulen     derart aufeinander abzustimmen, dass zum  Beispiel bei Lastanstieg die durch die Spule  35 hervorgerufene stromabhängige     Vormag-          netisierung    nicht nur ausreicht, um die bei  unverändertem Strom in der Spule 38 erfor  derliche Spannungserhöhung der Erreger  maschine 29 zu bewirken, sondern gleichzei  tig auch die Stromerhöhung in der Spule 38,  die mit dem Spannungsanstieg der Maschine       \39    verknüpft ist, zu ersetzen.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH: Asynchrongenerator mit Selbsterregung durch Kondensatoren, bei dem eine stabile Spannungsregelung durch eine gleichstrom vormagnetisierte Drosselspule bewirkt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Vormagne- tisierung der Drosselspule über Gleichrich ter in Abhängigkeit von mindestens einer Betriebsgrösse erfolgt. UNTERANSPRitI-CHE 1. Asynchrongenerator nach Patentan spruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleichrichter Gitter erhalten und die Vormagnetisierung der Drosselspule durch Steuerung der Gitter in Abhängig keit von mindestens einer Betriebsgrösse erfolgt.

   2. Asynchrongenerator nach Patentan spruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Vormagnetisierung der Drosselspule durch Regelung sowohl des Gleichrich- ter-Hauptstromkreises, als auch des Git terkreises in Abhängigkeit von minde stens einer Betriebsgrösse erfolgt. 3. Asynchrongenerator nach Patentan spruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Vormagnetisierung der Drosselspule in Abhängigkeit von der Spannung des Ge- nerators erfolgt.

   4. Asynchrongenerätor nach Patentan spruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselspule zwei Teilwicklungen mit je einer zur Vormagnetisierung dienenden Hilfswicklung aufweist, wobei die Hilfs wicklungen gegensinnig vormagnetisiert werden. 5. Asynchrongenerator nach Patentan spruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselspule zwei Teilwicklungen auf weist, wobei die zur Vormagnetisierung vorgesehene Gleichspannung an zwei Punkte gleichen Potentials der Teilwick lungen gelegt ist.

   6. Asynchrongenerator nach Unteranspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die durch die Anschlusspunkte entstandenen Wick lungsteile jeder Teilwicklung der Dros selspule derart auf zwei Kernen eines dreischenkligen Eisenkernes verteilt und geschaltet sind, dass die Wicklungsteile jeder Teilwicklung zueinander gegensin nig vormagnetisiert werden. .

   7. Asynchrongenerator nach Unteranspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklungsteile jeder Teilwicklung vom Wechselfluss in gleicher Richtung, vom Gleichfluss dagegen in einander ent gegengesetzter Richtung durchströmt werden, und dass die auf demselben gern angeordneten Wicklungsteile der Teil wicklungen sowohl vom Wechselfluss als auch vom Gleichfluss in gleicher Rich tung durchströmt werden.

   B. Asynchrongenerator nach Unteranspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklungsteile jeder Teilwicklung von ihrem Gleichfluss in gleicher Richtung, von ihrem Wechselfluss dagegen in ein ander entgegengesetzter Richtung durch- strömt werden, und dass die auf demsel ben Kern angeordneten Wicklungsteile der Teilwicklungen von ihrem Wechsel fluss in gleicher Richtung, von ihrem Gleichfluss dagegen in entgegengesetzter Richtung durchströmt. werden.

   9. Asynchrongenerator nach Patentan spruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselspule zwei Teilwicklungen auf weist, wobei die Vormagnetisierung durch Anschalten mindestens eines hrleichrichters über einen Widerstand an Punkte verschiedenen Potentials der bei den Teilwicklungen der Drosselspule er halten wird. 10. Asynchrongenerator nach Patentan spruch, dadurch gekennzeichnet, dass als Gleichrichter Entladungsstrecken in Gleichrichterschaltung vorgesehen sind. 11. Asynchrongenerator nach Patentan spruch, dadurch gekennzeichnet, dass als Gleichrichter Trockengleichrichter vor gesehen sind.

   12. Asynchrongenerator nach Unteranspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Vor magnetisierungsstrom durch Abnahme der Spannung von Anzapfungen der Teilwicklungen der Drosselspule geregelt wird. 13. Asynchrongenerator nach Unteranspruch . 9, dadurch gekennzeichnet, dass die durch die Verwendung von angezapften Dros selspulen auftretende geringe Leistungs- unsymmetrie durch Wahl der Win- dungszahlen der einzelnen Teildrossel spulen kompensiert wird.

   14. Asynchrongenerator nach Unteranspruch 9. dadurch gekennzeichnet, dass eine Teildrosselspule mit zusätzlichen Win dungen versehen wird. 15. Asynchrongenerator nach Patentan spruch, dadurch gekennzeichnet, dass die in einem Netz bereits vorhandenen Trans formatoren als Drosselspulen verwendet werden. 16. Asynchrongenerator nach Unteranspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die mit der Klemmenspannung des Transforma- tors gekoppelte Vormagnetisierung durch die Transformatorwicklung erfolgt.

   17. Asynchrongenerator nach Unteranspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die mit der Klemmenspannung des Transforma tors gekoppelte Vormagnetisierung durch eine besondere Sättigungswicklung er folgt. 18. Asynchrongenerator nach Unteranspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Transformatorwicklung in zwei parallel geschaltete Wicklungen unterteilt ist,

   deren Wicklungshälften gegeneinander vertauscht auf zwei Kernen eines drei- schenkligen Eisenkernes angeordnet sind und über ihre elektrischen Mittelpunkte mit der Klemmenspannung der Transfor matoren gekoppelt sind. 19. Asynchrongenerator nach Unteranspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass bei symmetrischem Mehrphasensystem zwei gleiche, parallel geschaltete Xehrphasen- Transformatoren vorgesehen sind, die über ihre neutralen Punkte mit der an den Klemmen der Blindwiderstände vor handenen Spannung gekoppelt sind.

   20. Asy nchrongenerator nach Unteranspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass bei symmetrischem Mehrphasensystem zwei gleiche, parallel geschaltete Mehrphasen- Transformatoren vorgesehen sind, die über ihre neutralen .Punkte mit dem die Blindwiderstände durchfliessenden Strom gekoppelt sind. 21.

   Asynchrongenerator nach Patentan- spruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Asynchrongenerator zur Erregung eines Synchrongenerators dient, wobei die zur Stabilisierung benutzte Drossel mit zwei Vormagnetisierungsspulen versehen ist, von denen die eine mit der Spannung des einen Generators und die andere über Stromwandler mit dem Strom des Syn chrongenerators gekoppelt ist.