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Einrichtung zur Konstanthaltung der Spannung von Wechselstrommaschinen
Die Erfindung bezieht sich auf die Regelung von Wechselstrommaschinen mit Erregermaschine,
insbesondere von Drehfeldinduktionsgeneratoren mit Erregung durch eine Mehrphasenreihenschlußkommutatormaschine.
.Es ist bereits bekannt, bei einer Asynchronmaschine mit Komrnutatorhintermaschine
in dem Erregerkreis der Hintermaschine einen regelbaren Widerstand anzuordnen. Außerdem
ist die Anwendung von Widerständen, die zur Erregerwicklung-parallel geschaltet
sind, zur Unterdrückung der Selbsterregung der Maschinen mit unerwünschten Frequenzen
sowie auch die Anwendung eines hierzu in Reihe geschalteten Widerstandes zur Erreichung
einer eindeutig bestimmten Phasenlage zwischen Erreger-und Ankerfeld bekannt.
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Nach der Erfindung kann die Spannung von Wechselstrommaschinen, wie
Drehfeldinduktionsgeneratoren mit Erregermaschinen, dadurch in einfacher Weise konstant
gehalten werden, daß der Erregerwicklung der Erregermaschine je ein induktiver Widerstand
parallel und den derart aus Erregerwicklung und Parallelwiderstand gebildeten Gruppen,
je ein weiterer Ohmscher Widerstand parallel oder in Reihe geschaltet wird; von
denen Teile bei der Regelung dazu- oder abgeschaltet werden.
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In den Abbildungen ist die Regelung gemäß der Erfindung in zwei Ausführungsbeispielen
veranschaulicht. In Abb. z ist z ein Drehfeldinduktionsgenerator mit einer dreiphasigen
Feldwicklung 2 und einer ebenfalls dreiphasigen Ankerwicklung 3, die auf das Netz
q:, 5, 6 arbeitet. Als Erreger dient die Drehstromreihenschlußkommutatormaschine
7, deren Ankerwicklung 8 über drei Bürstensätze und die drei Feldwicklungen 9 der
Kommutatormaschine an die dreiphasige Feldwicklung :2 des Induktionsgenerators angeschlossen
ist. Zu jeder der Feldwicklungen 9 des Erregers ist eine aus einer Drosselspule
z z und einem Ohmschen Widerstand z2 gebildete Widerstandsgruppe parallel geschaltet.
Ein Spannungsregler 13, z. B. ein Tirrilregler, mit Haupt- und Dämpfungsmagneten
1q. und r 5 ist über einen Spannungswandler 16 an das Netz q., 5, 6 angeschlossen.
Dieser Regler steuert in bekannter Weise die für gewöhnlich geschlossenen Relais
17, 18 und r9 und beeinflußt dadurch den Wert der verschiedenen,
zu
den Feldphasenwicklungen der Erregermaschine parallel geschalteten Ohmscheu Widerstände
12.
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Bei einer Änderung der Belastung in dem Netz ändert sich der Strom
in der Ankerwicklung 3 und damit der mit Feldwicklung ?-
verkettete Magnetfluß
und somit deren Impedanz. Bei gleichbleibender Erregerspannung würde also der Erregerstrom
sich ändern. Bei einem ReihMschlußerreger ändert sich bei einer Änderung des Stromes
im Feld des Induktionsgenerators auch die Stärke des die Feldwicklung 9 des Erregers
7 durchfließenden Stromes. Diese Änderung des Stromes in der Feldwicklung 9 verursacht
eine Änderung der von dem Erreger 7 gelieferten Spannung. Diese geänderte Spannung
wirkt auf die Feldwicklung :z des Induktionsgenerators und erzeugt eine Änderung
des Erregerstromes in dieser Wicklung; die proportional der ursprünglichen durch
die Laständerung verursachten Änderung des Stromes ist. Der Regler 13 wirkt nun
in solcher Weise auf die Ohmschen Widerstände 12 ein, -daß die Spannung des Induktionsgenerators
konstant gehalten wird.
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Bei einem I@eihenschlußgenerator kann man ' es so einrichten, daß
in weiten Grenzen die erzeugte EMK im wesentlichen proportional deiri abgegebenen
Strom ist. Die Feldwicklung 2 des Induktionsgenerators hat eine veränderliche Impedanz,
die unter anderem durch die von der Ankerrückwirkung herrührenden Änderungen des
Feldstromes bestimmt ist. Wenn die Belastung des Induktionsgenerators wächst, so
wird hierdurch, wie oben gezeigt, eine der Belastungszunahme im wesentlichen proportionale
Änderung des Feldstromes hervorgerufen und damit eine Änderung der Impedanz der
Feldwicklung in gleichem Maße.
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Eine Stromzunahme in der Feldwicklung des Induktionsgenerators erhöht
die Feldstärke des Reihenschlußerregers, so daß dieser eine entsprechend lhöhere
EMK erzeugt. Der Reihenschlußerreger verhält sich demnach wie eine negative Impedanz
und erzeugt eine Spannung, die direkt proportional dem Belastungsstrom ist und die
eine bestimmte zeitliche Verschiebung gegenüber den Stromschwankungen in dem Kreise
besitzt, in dem sie sich befindet.
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Da die Erregerwicklung des Induktionsgenerators aus mehreren räumlich
gegeneinander verschobenen Phasenwicklungen besteht, die mit den verschiedenen Phasen
des Mehrphasenerregers in Reihe geschaltet sind, ist die räumliche Lage des Feldflusses
veränderl;ich und abhängig von dem Magnetfiuß des Ankers. Die in den verschiedenen
Phasen fließenden Ströme werden nicht notwendiger-` weise untereinander gleich sein,
und da die Richtung oder der Winkel des Feldflusses sich. ändert, wird das Verhältnis
der Stromstärke in den verschiedenen Phasen sich ändern. Die räumliche Lage des
Feldstromes ist bestimmt durch die Verhältnisse der Stromstärke in den verschiedenen
Phasen, und diese Stromstärken hängen ab von der Richtung des Magnetflusses im Anker
des Induktionsgenerators. Bei geänderter Belastung des Generators ändert sich auch
der Winkel der Ankerrückwirkung infolge der entmagnetisierenden Wirkung des Ankerflusses
auf das Generatorfeld, wobei sich der Winkel des Arbeitsfeldes ändert. Es werden
also der Anker und der Feldfluß .im wesentlichen in Phase miteinander gehalten,
so daß die Gefahr des Außertrittfallens sehr verringert wird.
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Wenn die Erregerspannung die Neigung hat zu steigen oder zu fallen,
so nimmt die Drosselspule z z einen Energiebetrag auf, der proportional dem durch
die Feldwicklung g aufgenommenen Betrage ist, und sie wirkt daher einer zu großen
Änderung des Stromes im Erregerkreise entgegen. Aus diesem Grunde wird man zweckmäßig
die Wirk- und die Blindkomponente der aus der Drosselspule zz und dem Widerstande
12 gebildeten Widerstandsgruppe proportional den entsprechenden Komponenten der
Feldwicklung 9 machen, der sie zugeordnet ist. Dann wird das Verhältnis des Stromes
in der Widerstandsgruppe zu dem des Stromes in der Feldwicklung in jedem Augenblick
das gleiche sein.
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Wenn die Umdrehungszahl des Induktionsgenerators. der Frequenz oder
der Netzfrequenz entspricht, so muß der von dem Er- 1 reger gelieferte Strom ein
Gleichstrom sein. Die von dem Induktionsgenerator gelieferte Frequenz verändert
sich aber nicht, wenn seine Drehzahl infolge der Belastungszunahme sinkt, da das
Feld des Induktionsgenerators nicht räumlich feststeht, sondern sich mit dem Ankerfluß
verschiebt. Eine Abweichung von dem synchronen Lauf des Induktionsgenerators wird
also dazu führen, daß in dem Erregerkreis ein Strom von der Schlupffrequenz fließt.
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In Abb. 2 ist der Erregerkreis eines Induktionsgenerators mit sechsphasiger
Feldwicklung, die aus einem sechsphasigen Reihenschlußerreger gespeist wird, dargestellt.
Die Anzahl der Phasen der Erregerwicklung ist beliebig; es muß jedoch eine mehrphasige
Wicklung sein, damit der Feldfluß selbsttätig seine Richtung ändern kann.
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Die Ohmschen' Widerstände 12 können such, wie in Abb. 2 dargestellt,
in Reihe .mit 3er Feldwicklung 9 des Erregers liegen, zu
der die
entsprechenden Drosselspulen i i parallel geschaltet sind. In diesem Fall wird man
zweckmäßig die Zeitkonstante jeder Drosselspule i i so groß machen wie die der zugehörigen
Feldwicklung g. Der Wert der Ohmschen Widerstände i?, wird durch einen Spannungsregler
wie in dem ersten Ausführungsbeispiel geregelt.