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Einrichtung zur selbsttätigen Schnellregelung der Spannung von Wechselstromgeneratoren
In dem Patent q.ig 298 ist ein Verfahren zur selbsttätigen Schnellregelung
von Wechselstromgeneratoren beschrieben, bei der der Erregerstrom des Generators
so beeinflußt wird, daß sein infolge der Belastungsänderung von selbst sich einstellender
Wert ganz oder nahezu aufrechterhalten bleibt. Damit der Erregerstrom sich möglichst
schnell den Schwankungen der Spannung anpaßt, arbeitet die als Reihenschlußmaschine
ausgebildete Erregermaschine im indifferenten Spannungsgleichgewicht. Zur Anpassung
der Erregung an die zu beeinflussende Netzspannung und zur Stabilisierung dient
eine Hilfserregung, welche je nach Bedarf die Reihenwicklung der Erregermaschine
in ihrer Wirkung verstärkt oder schwächt. Der Hilfserregerstrom wird von der Netzspannung
über einen Transformator und einen Gleichrichter geliefert. Die Eigenart des Gleichrichters
erfordert, daß zur Aufrechterhaltung des Lichtbogens ständig ein Mindeststrom durch
die Hilfswicklung fließt. Um denselben für die Normalspannung des Generators in
seiner Wirkung ganz oder teilweise aufzuheben, dient eine besondere Einstellwicklung,
die aus einer beliebigen konstanten Stromquelle gespeist wird. Die vorliegende Erfindung
betrifft eine wesentliche Vereinfachung dieser Anordnung. Erfindungsgemäß sind die
in Abhängigkeit von den Netzschwankungen gespeiste Erregerwicklung der Reihenschlußerregermaschine
ünd die konstant gespeiste Erregerwicklung zu einer Hälfserregerwicklung vereinigt,
auf die in Differenzschaltung einerseits über einen Gleichrichter die Netzspannung,
andererseits eine konstante und im wesentlichen gleich große Gleichspannung einwirkt.
Zu dem Gleichrichter ist ein Ballaststromverbraucher, z. B. ein Widerstand, parallel
geschaltet, um in der Hilfserregerwicklung eine Strornumkehr zu ermöglichen.
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Eine Ausführungsform der Schaltung nach der Erfindung ist in der Zeichnung
veranschaulicht. In Abb. i ist d ein Generator, welcher das Netz n speist. Er wird
erregt durch eine Erregerdynamo f, die durch eine Reihenschlußwicklung i und eine
Hilfserregerwicklung s erregt wird. Die Hilfserreger-Wicklung steht unter der Wechselwirkung
der in Abhängigkeit vom Netz veränderlichen Spannung des Quecksilberdampfgleichrichters
g, der über den Transformator t aus dem Netz n gespeist wird,- und der konstanten
Spannung
der Batterie e, an deren Stelle auch eine beliebige andere Stromquelle konstanter
Spannung verwendet werden kann. Sind Gleichrichter- und die Batteriespannung einander
gleich, so durchfließt die Spule kein Strom. Überwiegt die veränderliche Spannung
des Gleichrichters g, so sendet er einen Strom durch die Batterie e und die Hilfserregerspule
s. Überwiegt dagegen die Spannung der Batterie e, so schickt diese einen Strom in
entgegengesetzter Richtung durch den Gleichrichter g und die Spule s. Da der Gleichrichter
nun im Gegensatz zu der Batterie den Strom nur in einer Richtung hindurchfließen
läßt, so ist der Erfindung gemäß dem Ventilgleichrichter g ein Ballastwiderstand
r parallel geschaltet; der den Gleichrichter von vornherein mit einem Strom von
solcher Größe belastet, wie er höchstens im Stromkreise der Regelwicklung s auftreten
kann. Die Differenz zwischen Gleichrichter-und Batteriestrom kann dann niemals einen
negativen Wert erreichen. Der Strom durchfließt den Gleichrichter also immer im
gleichen Sinne. Zweckmäßig ist es, den Gleichrichterstrom mittels des Ballastwiderstandes
so zu bemessen, daß er die zur. Aufrechterhaltung des Lichtbogens erforderliche
Mindestgröße nicht unterschreitet. Durch dauernde Zünd- oder Hilfslichtbögen kann
man ferner dafür sorgen, dalä der Lichtbogen niemals abreißt.
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Es sind auch noch andere Schaltungen zur Durchführung des Erfindungsgedankens
möglich. In Abb. 2 z. B. ist eine Anordnung dargestellt, in der nicht nur der Ventilgleichrichter
g, sondern auch die Batterie e einen Ballastwiderstand r, bzw. r2 erhält, die beide
Für Spannungsteilung eingerichtet sind; Diese Schaltung ermöglicht.eine weitgehende
und feinstufige Regelung der Spannung und läßt sich in einfacher Weise herstellen.
Zum Einstellen der Batterie auf die verlangte Spannung der Hauptmaschine kann ein
Zellenschalter oder ähnliche an sich bekannte Einrichtungen benutzt werden. Der
Stromverbrauch der Batterie ist sehr gering, da sie im Gleichgewichtszustand überhaupt
keinen Strom abgibt. Bei Stromschwankungen wird sie im Mittel ebensooft im positiven
wie im negativen Sinne vom Strom durchflossen, also entladen und wieder aufgeladen.
Sie behält daher ihre Spannung lange Zeit, und ihre EMK bleibt im wesentlichen konstant.
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Die Empfindlichkeit der Regelvorrichtung kann gemäß Patent 329 12,8
durch einen Verstärkertransformator gesteigert werden, dessen Sekundärspannung unter
der Wirkung der Eisensättigung stärker als proportional der zu regelnden Spannung
wächst.
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Eine Verstärkerwirkung läßt sich der Erfindung gemäß ferner dadurch
erreichen, daß man Gleichrichter und Gegen-EMK mit einer im Verhältnis zum Spannungsabfall
im Gleichrichter (etwa 15 Volt) niedrigen Spannung arbeiten läßt.
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Wenn man z. B. bei 15 Volt Spannungsabfall im Gleichrichter mit einer
mittleren Wechselstromspannung von 30 Volt arbeitet, so daß man eine konstante
Gegenspannung von 15 Volt benötigt, um den Strom in der Regelspule auf o
zu halten, so erzeugt eine Schwankung der Wechselspannung (3o Volt) um zo Prozent,
also um 3 Volt, eine Änderung der Gleichstromspannung (z5 Volt) um ebenfalls 3 Volt,
also auf die Hilfserregerspannung bezogen von 2o Prozent. Gehft man mit der sekundären
Spannung noch weiter herunter, so wird der Grad der Verstärkung entsprechend größer.
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Die beschriebene Anordnung der Gleichrichter mit Ballastwiderstand
ist nicht nur für die Regelung der Spannung von Wechselstromgeneratoren zweckmäßig,
sondern kann mit Vorteil für alle Reguliereinrichtungen verwendet werden, für die
man Gleichrichter-oder Verstärkerröhren benutzt, die Regulierströme mit wechselndem
Vorzeichen abgeben sollen, jedoch selbst nur Strom in einer einzigen Richtung führen
können, -sei es nun, daß man elektrolytische oder Gasgleichrichter benutzt, sei
es, daß man Hochvakuumgitterröhren, Elektronenentladungen oder irgendeine andere
Art von elektrischen Ventilen oder Relais anwendet.
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Die schnelle Wirkung der Regelung beruht u. a. darauf, daß .diel Erregermaschine
im indifferenten Gleichgewicht arbeitet. Unter dem Einfluß des die Wirkung der Netzspannung
verstärkenden Transformators stellt sie sich daher bei plötzlichen Belastungsänderungen
mit größter Geschwindigkeit auf die Sollspannung ein.
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Es ist nun schwierig, das indifferente Gleichgewicht der Erregermaschine
ganz genau herzustellen und im Betrieb aufrechtzuerhalten. Geringe Abweichungen
von der Windungszahl ergeben leicht eine Über- oder Unterkompoundierung. Ist beispielsweise
die Erregung etwas zu stark, so arbeitet sich die Erregermaschine und mit wachsendem
Erregerstrom auch die Wechselspannung herauf, bis durch die verstärkte Gleichstromspannung
im Regulierkreise eine Gegenwirkung ausgelöst wird, die das Gleichgewicht, in der
Erregermaschine wiederherstellt. Das Umgekehrte ist bei Unterkompoundierung der
Fall.
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Abgesehen von Herstellungsfehlern kann aber auch durch die schwankenden
Betriebsverhältnisse das indifferente Gleichgewicht gestört werden. Zum Beispiel
wird durch die im Betriebe auftretende Erwärmung der Widerstand im Haupterrezerkreise
verändert.
Häufig ändert sich auch in Abhängigkeit von der Belastung
die Drehzahl der Erregermaschine, namentlich wenn sie mit dem Generator direkt gekuppelt
ist.
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Man kann nun die Abweichung vom indifferenten Gleichgewicht z. B.
durch Änderung der Windungszahl der Serienwicklung oder durch ähnliche Mittel ausgleichen.
Einfacher aber ist es, auf einen vollkommen indifferenten Gleichgewichtszustand
der Erregermaschine zu verzichten und die sich aus einer geringen Abweichung ergebenden
Störungen im Regulierkreise der Erfindung gemäß durch eine zusätzliche Regelung
gesondert auszugleichen, indem man z. B. die Einstellspannung im Regulierkreis ändert
oder den Strom der Hilfswicklung durch einen Regel-widerstand einstellt.
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Eine Ausführungsform der Anordnung nach der Erfindung ist in Abb.
3 der Zeichnung veranschaulicht.
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Durch das Spannungsrelais q wird der kleine Hilfsmotor m gesteuert,
.der durch Zuschalten oder Abschalten von Zellen der Einstellbatterie e Abweichungen
vom Sollwert der Spannungen ausgleicht. Die Vorrichtung braucht keineswegs besonders
empfindlich zu sein, da sie nur die allmählich vor sich gehenden Veränderungen im
System auszugleichen braucht. Unbeeinflußt davon bleibt das schnelle Ansprechen
der Schnellregelung, die die starken und plötzlichen Spannungsschwankungen auszugleichen
hat, während die Anordnung, welche den Gegenstand der Erfindung bildet, nur die
restlichen geringen Abweichungen, die infolge der nicht vollkommen zu beseitigenden
Trägheit des Magnetsystems zurückbleiben, zu beseitigen hat.
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Häufig ist es erwünscht, die selbsttätige Regelung zeitweilig vom
Generator abzuschalten und zur Handregelung überzugehen. Zu diesem Zweck wickelt
man am besten eine der Erregerspulen der Erregermaschine für die normale Erregerspannung
des Wechselstromgenerators oder führt sie mit Parallelschaltung aus, so daß sie
durch Serienschaltung hierauf gebracht werden kann. Will man zur Handregelung übergeben,
so wird, wie das Schaltbild nach Abb. 3 .erkennen läßt, die Serienerregerwicklung
durch den Schalter k kurzgeschlossen und die Regulierspule von der selbsttätigen
Regelvorrichtung mittels des Umschalters u auf den Handregler 1i umgeschaltet. An
Stelle eines besonderen Regulierwiderstandes kann man auch einen der zur Schnellregelung
benutzten Ballastwiderstände verwenden.
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Die Anordnung gemäß der Erfindung gestattet die geringen Abweichungen
von der Sollspannung, die davon herrühren, daß sich der Zustand des indifferenten
Gleichgewichts der Erregermaschine nicht genau herstellen oder während des Betriebes
aufrechterhalten läßt, in einfacher Weise mit bekannten Mitteln auszugleichen, so
daß es möglich ist, die Netzspannung unter allen Umständen auf der verlangten Höhe
zu halten.
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Durch die Anordnung der Gegen-EMK und des Ballastwiderstandes erübrigt
sich die Einstellwicklung der älteren Erfindung, wodurch eine wesentliche Vereinfachung
der Magnetwicklung der Erregermaschine erreicht wird.