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Einrichtung zur Messung elektrischer Größen des Erregerstromkreises
von elektrischen Maschinen Zur Vermeidung von Schleifringen sind Erregerschaltungen
für umlaufende Maschinen mit Gleichstromerregung, wie z B. Synchronmaschinen, mit
einem umlaufenden Magnetsystem bekanntgeworden, bei denen den Feldwicklungen der
Erregerstrom von der ebenfalls umlaufenden Ankerwicklung einer Erregermaschine zugeführt
ist, deren Anker mit dem umlaufenden Feldsystem der zu erregenden Maschine verbunden
oder gekuppelt ist. Hierbei wird der von der Erregermaschine erzeugte Wechselstrom
unter Verwendung von ebenfalls rotierenden Gleichrichtern umgeformt, welche in dem
Anker der Erregermaschine oder dem Läufersystem der zu erregenden Maschine angeordnet
sind. Das Magnetsystem der Erregermaschine ist hierbei stationär angeordnet. Bei
einem derartigen Erregersystem, das vorzugsweise für Synchrongeneratoren mit umlaufendem
Magnetsystem in Betracht kommt, ergibt sich nun die Schwierigkeit, daß es nicht
mehr in der bei Maschinen mit Erregung über Schleifringe üblichen Weise möglich
ist, die Erregerspannung und den Erregerstrom stationär zu messen, zu kontrollieren
oder für Regelzwecke oder Zwecke des Generatorschutzes heranzuziehen.
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Die Erfindung bezieht sich auf die Aufgabe, auch bei Maschinen mit
einem umlaufenden Magnetsystem, das über rotierende Gleichrichter von dem ebenfalls
rotierenden Anker einer Erregermaschine erregt wird, in verhältnismäßig einfacher
Weise eine Messung von Erregerspannung, Erregerstrom sowie die Regelung und etwaige
Schutzschaltungen in Abhängigkeit von der an der Feldwicklung liegenden Erregerspannung
bzw. dem diese durchfließenden Strom möglich zu machen. Gemäß der Erfindung wird
diese Aufgabe dadurch gelöst, daß im umlaufenden Teil des Maschinensatzes ein in
Abhängigkeit von elektrischen Größen des Erregerstromkreises (Erregerstrom, Erregerspannung
oder beiden Größen) erregtes Feldsystem vorhanden ist, das in feststehenden Ständerwicklungen
den elektrischen Größen des Erregerstromkreises bzw. von den Gleichrichtern gespeisten
Stromkreises proportionale Spannungen erzeugt. Besondere Vorteile kann es bieten,
gegenüber dem erwähnten umlaufenden Feldsystem eine verteilte Mehrphasenwicklung
anzuordnen und an diese Wicklung über eine Gleichrichtergrupp e die Meßinstrumente,
Regeleinrichtungen oder Schutzeinrichtungen anzuschließen.
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Im folgenden soll die Erfindung näher an Hand von zwei Ausführungsbeispielen
erläutert werden, für welche in den Fig. 1 und 2 der Zeichnung das Schaltschema
wiedergegeben ist. Dabei ist in Fig. 1 eine Schaltung wiedergegeben, bei der einem
Meßkreis sowie einem Regelkreis eine der Spannung an der Erregerwicklung proportionale
Hilfsspannung zugeführt wird;
Fig. 2 zeigt demgegenüber ein etwas abgeändertes Ausführungsbeispiel
zur Mess,ung des Erregerstromes sowie Ermöglichung einer Regelung in Abhängigkeit
vom Erregerstrom.
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Fig. 1 bezieht sich, wie angedeutet, auf ein Erregersystem für Synchronmaschinen
ohne Schleifringe. Die in der Zeichnung wiedergegebene Schaltung umfaßt zunächst
eine Wechselstromsynchronmaschine 1 mit einer dreiphasigen, in Stern geschalteten
Wicklung 2, die auf dem ortsfesten Ständer 3 angeordnet ist. Die Feldwioklung 4
der Maschine liegt im Läufer 5 und ist für Gleichstromerregung ausgebildet.
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Die Erregung für die Synchronmaschine 1 wird von einer Wechselstromerregermaschine
6 geliefert. Die dreiphasige Ankerwicklung 7 dieser Erregermaschine ist umlaufend,
während die Erregerwicklung 8 stationär angeordnet ist. Die umlaufende Erregerwicklung
7 ist einem besonderen Läuferteil 5 zugeordnet, der mit dem die Gleichstromerregerwicklung
4 tragenden Läufer der Synchronmaschine 1 verbunden oder vereinigt ist. Der der
Wicklung 4 zugeführte Erregerstrom fließt über eine in Vollwellenschaltung angeordnete
Gruppe 10 von rotierenden Gleichrichtern, die elektrisch zwischen den Wicklungen
4 und 7 eingeschaltet sind und innerhalb des Läuferkörpers 5 für die umlaufende
Ankerwicklung 7 der Erregermaschine liegen. Man erkennt, daß bei dieser Schaltung
der Erregerstrom für die FeLdwicklung 4 der Synchronmaschine
nur
innerhalb der umlaufenden Maschinenteile verläuft und daß Schleifringe sowie Bürsten
vollständig vermieden sind.
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Die bereits erwähnte Erregerwicklung8 der Erregermaschine, welche
feststehend angeordnet ist, wird bei der dargestellten Schaltung von den Gleichstromsammelschienen
11 erregt, die in beliebiger Weise an eine Gleichstromquelle angeschlossen sein
können. Die Erregung der Feldwicklung 8 wird von einem Spannungsregler 12 beeinflußt,
der wiederum in Abhängigkeit von der 5 ekundärspannung bzw. elektrischen Größen
der Wechsdstromsynchronmaschine 1 arbeitet.
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Die Regelspannung wird hierbei über einen Stromtransformator 13 oder
einen Spannungstransformator sowie die Gleichrichter 14 übertragen.
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Um bei einer derartigen Anordnung mit Erregung des Läufers der Synchronmaschine
über ebenfalls umlaufende Gleichrichter Erregerspannung, Erregerstrom oder beide
Größen für Meß-, Steuer- oder Regelzwecke erfassen zu können, ist erfindungsgemäß
ein umlaufendes Hilfsfeldsystem 15 vorgesehen, das auf dem Umlaufkörper 5 ür den
Erregermaschinenanker vorhanden ist. Das Feldsystem 15 umfaßt im wesentlichen eine
Anzahl -von Magnetpolen, die von dem umlaufenden Läuferkörper getragen werden. Jeder
Pol trägt eine Feldspule, und die einzelnen Feldspulen sind in geeigneter Weise
zusammengeschaltet, daß sie eine Hilfserregerwicklung 16 bilden. Diese ist zu den
Klemmen der umlaufendenWFeldwicklung 4 der Synchronmaschine bzw. den Sekundärklemmen
der Gleichrichtergruppe 10 parallel geschaltet. Infolgessen wird das Magnetsystem
15 über die Feldwicklung 16 in Abhängigkeit von der Erregerspannung der Wicklung
4 erregt. Zur Begrenzung des Stromes in der Hilfswicklung 16 oder zur Erzielung
der erforderlichen Zeitkonstante kann noch ein Vorschaltwiderstand 17 in den Erregerstromkreis
der Hilfswicklung 16 eingeschaltet sein. Gegenüber der umlaufenden Hilfswicklung
15 ist eine feststehende Hilfsankerwicklung 18 vorhanden, die in dem Maschinengehäuse
in geeigneter Weise angeordnet und magnetisch mit dem Feld der rotierenden Hilfswicklung
16 verkettet ist. Die stationäre Hilfsankerwicklung 18 ist als in Stern geschaltete
Drehstromwicklung angedeutet Jedoch kann auch eine andere Wicklungsausbildung und
Schaltung vorgesehen werden.
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Durch das umlaufende Magnetfeld der rotierenden Hilfsfeldwicklung
16 wird eine Wechselspannung in der stationären Wicklung 18 induziert. Ihre Größe
kann ohne Schwierigkeiten direkt proportional der Sekundärspannung Ex der Gleichrichtergruppe
10 bzw. der Erregerspannung der Feldwicklung 4 gehalten werden. Hierbei ist es erforderlich,
den magnetischen Kreis so auszubilden, daß er über den ganzen Arbeitsbereich ungesättigt
ist und infolgedessen Verzerrungen oder Krümmungen in der magnetischen Kennlinie
vermieden sind. An der Sekundärwicklung 18 könnte unmittelbar eine Messung der Spannung
erfolgen, welche der Erregerspannung Ex proportional ist. Im allgemeinen ist es
jedoch vorteilhafter, die Klemmen der Wicklung 18 an eine in Vollwellenschaltung
angeordnete dreiphasige Gleichrichtergruppe 19 anzuschließen und die Meßgeräte oder
etwaige Steuer- bzw.
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Regelkreise an die Sekundärklemmen der Gleichrichtergruppe zu legen.
20 bedeutet in der Figur einen Spannungsmesser, der sekundärseitig an die Gleichrichtergruppe
19 angeschlossen ist.
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Mit 21 ist in dieser Figur noch ein weiterer Hilfstransformator bezeichnet,
der primärseitig an die Ausgangsspannung der Gleichrichtergruppe 19 angeschlos-
sen
ist und sekundärseitig in den von der Spannung bzw. dem Strom des Generators 1 abhängigen
Regelkreis eingeschaltet ist. Durch diesen Hilfstransformator 21 wird in den Regelkreis
eine Spannung e übertragen, welche Änderungen des Erregerstromes in Abhängigkeit
von der Zeit proportional ist.
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Durch die Spannung e wird eine Rückkoppelungswirkung in dem Spannungsregler
12 hervorgerufen, wodurch ein Überregeln weitgehend vermieden und eine Stabilisierung
der Belastung des Wechselstromgenerators 1 erreicht wird.
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Fig. 2 der Zeichnung gibt ein anderes Ausführungsbeispiel wieder,
bei dem die Erregung des Magnetsystems 15 durch den Erregerstrom der Wicklung 4
selbst erfolgt, so daß bei dieser Schaltung praktisch die Messung des Erregerstromes
sowie eine stromabhängige Beeinflussung der Regelung möglich ist. Zu diesem Zweck
sind Stromwicklungen 22 auf dem Magnetsystem 15 mit der Feldwicklung 4 in Reihe
geschaltet. Da im übrigen die Schaltung gemäß Fig. 2 vollkommen mit der Schaltung
gemäß Fig. 1 übereinstimmt. wird von einer ausführlichen Erläuterung der Fig. 2
abgesehen.
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Einzelheiten der heschriebenen Einrichtung können selbstverständlich
abgeändert werden. So ist es möglich, Meßeinrichtungen in der beschriebenen Art
für die Messung des Stromes und der Spannung nebeneinander anzuwenden. Unter Umständen
kann es auch Vorteile bieten, die Meßspannung zur Beeinflussung der Steuerwicklung
von Magnetverstärkern zu verwenden, um die auftretenden Spannung- oder Stromabweichungen
zu verstärken und unter Umständen direkt, mittels davon gespeister Hilfswicklungen
eine Regelung zu erzielen.
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PATENTANSPROCHE: 1. Einrichtung zur Messung elektrischer Größen des
Erregerstromkreises von elektrischen Maschinen, insbesondere Synchronmaschinen,
bei denen eine Gleichstromerregerwicklung über umlaufende Gleichrichter von dem
ebenfalls umlaufenden Anker einer Wechselstromerregermascbine erregt wird, dadurch
gekennzeichnet, daß in dem umlaufenden Teil des Maschinensatzes ein in Abhängigkeit
von elektrischen Größen des Erregerstromkreises (Erregerstrom, Erregerspannung oder
beiden Größen) erregtes Feldsystem vorhanden ist, das in feststehenden Ständerwicklungen
den elektrischen Größen des Erregerstromkreises bzw. von den Gleichrichtern gespeisten
Stromkreises proportionale Spannungen erzeugt.