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Anordnung zur Kompoundierung von Synchronmaschinen Es ist bereits
vorgeschlagen worden, zum Kompoundieren von Synchronmaschinen den Kompoundierungswechselstrom,
der über Stromtransformatoren den Zuleitungen der Maschine entnommen wird, über
Ventile ihrer Erregermaschine zuzuführen, wobei die Sekundärwicklungen der Stromtransformatoren
und die Ventile entweder in den Selbsterregerkreis oder in einen zusätzlichen Erregerkreis
dieser selbsterregten Erregermaschine eingeschaltet werden. Eine solche Anordnung
hat aber verschiedene Nachteile. Sie ergibt nicht nur große Abmessungen der Stromtransformatoren
und der Ventile, sondern auch eine unzulässige Belastung der Ventile durch den Strom
des Erregerkreises oder mindestens eine unerwünschte Dämpfung und Verzögerung des
Kompoundierungsvorganges. - Eine solche Dämpfung entsteht beispielsweise in allen
Fällen, in denen der zur Kompoundierung dienende Fremderregerstromkreis mit einem
zweiten Erregerstromkreis derselben Maschine magnetisch gekuppelt ist. Dieser zweite
Erregerstromkreis ist nämlich über seine Stromquelle, z. B. über den eigenen Anker
der Maschine, in sich geschlossen, und es entstehen in ihm durch Transformatorwirkung
bei jeder Änderung des Kompoundierungsstromes entgegenwirkende Ausgleichsströme,
die plötzliche Feldänderungen verhindern und daher den Kompoundierungsvorgang dämpfen.
Die Synchronmaschine kann daher in allen angeführten Fällen den Vorteil der Ventile
bzw. der an sich tr ägheitslosen Kompoundierung nicht ausnützen. Entweder sind die
Ventile untragbarer Dauerbelastung ausgesetzt, oder es muß die Anordnung einschließlich
der Synchronmaschine wegen ihrer Trägheit reichlicher bemessen werden, als bei vollkommener
und genügend rasch ansprechender Kompoundierung notwendig wäre. Der Nachteil trägen
Arbeitens besteht auch bei gleichfalls bekannten Anordnungen, bei denen Synchronmaschinen
zwar statt an ihrer Erreger= maschine mittels einer zusätzlichen Hilfserregermaschine,
aber
nicht durch--krägheitslose Ventile, sondern mittels temperaturabhängiger Widerstände
im Erregerkreis der Hilfserregermasehine kompoundiert werden. Diese Widerstände
arbeiten wesentlich träger als Ventile, und es führt daher die Heranziehung der
Hilfserregermaschine zur Kompoundierung hier zu keiner sparsameren Bemessung der
Synchronmaschine.
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Die Erfindung macht gleichfalls von einer Hilfserregermaschine zur
Kompoundierung Gebrauch. Die Nachteile der bekannten Anordnungen sind aber hierbei
erfindungsgemäß dadurch behoben, daß die Hilfserregermaschine nur durch den mittels
Ventilen gleichgerichteten Kompoundierungsstrom erregt. wird. Die Spannung der Hilfserregermäschine
entspricht also zwangsläufig und unverzögert dem Kompoundierungsstrom. Der Ventilstromkreis
führt nur diesen Strom und ist mit keinem .dämpfenden anderen Erregerstromkreis
gekoppelt. Als Ventile werden vorteilhaft Trockengleichrichter verwendet. Erst die
ausschließliche Erregung der Hilfserregermaschine durch den von den Ventilen praktisch
trägheitslos gelieferten Kompoundierungsstrom ergibt eine genügend betriebssichere
und trägheitslose Kompoundierung, die eine sparsamere Bemessung aller Teile, insbesondere
der Synchronmaschine, ermöglicht.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. z der Zeichnung
wiedergegeben. Diese zeigt eine Synchronmaschine s, die aus einem dreiphasigen Netz
;t. gespeist und von einer Erregermaschine e erregt wird. Die Erregermaschine erregt
sich selbst; außerdem ist eine Hilfserregermaschine lt. vorgesehen, die ebenfalls
auf die Erregung der Erregermaschine e wirkt und hier. beispielsweise in dein Selbsterregerkreis
der Haupterregermaschine liegt. Die Hilf serregerinaschine h wird von dem in den
Zuleitungen der Synchronmaschine s liegenden Stromtransformator t über Gleichrichter
g erregt.
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Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet der Erfindung sind turbo- oder dieselelektrische
Schiffsantriebe. Bei solchen speist meistens ein Generator einen Propellermotor,
d. h. Generator- und Motorleistung sind gleich groß. Wenn- aber beispielsweise der
Synchronpropellermotor für die zweifache Überlastungsfiä higkeit bei Betrieb in
einem Netz mit konstanter Spannung bemessen ist, so geht seine L'berlastungsfähigkeit
etwa auf das z ,3fache zurück, Renn er an einen Generator gleicher Größe angeschlossen
wird, der auch für zweifache Überlastungsfähigkeit ausgelegt ist. Da im Schiffsbetrieb
durch schwere See oder Ruderlegen Überlastungen von etwa 3o °% über der normalen
Belastung auftreten-können, müßen Generator und Propellermotor für sehr hohe Überlastungsfähigkeiten
bemessen «-erden, um in Zusammenschaltung die geforderte Kippfähigkeit zu besitzen.
Das würde Maschinen mit großem Kurzschlußverhältnis erfordern. Solche Maschinen
werden schwer und sind deshalb für den Schiffsbetrieb nicht geeignet. Von mechanischen
Keglern, wie sie bei stationären Anlagen üblich sind und die die Generatorspannung
konstant halten, kann man im Schiffsbetrieb nicht ohne weiteres Gebrauch machen.
Dagegen könnte eine starke Überlastungsfähigkeit dadurch gesichert werden, daß die
elektrischen Maschinen in Abhängigkeit von der Belastung kompoundiert werden, d.
h., daß mit Erhöhung der Belastung entweder sowohl die Generator- als auch die Motorerregung
oder auch nur eine der beiden Erregungen verstärkt wird. Die Kompoundierung erfüllt
aber nur dann ihre Aufgabe, wenn sie den überaus raschen Schwankungen des Lastinomentes
an der Propellerwelle möglichst unverzögert folgen kann. Diese Forderung wird erstmalig
durch die Kompoundierung nach der Erfindung in ausreichendem -Mäße erfüllt. Bei
Antrieben mit rasch laufendem Generator (Turbogenerator) ist dessen Kompoundierung
weniger wirksam als die Kompoundierung des Propellermotors, weil sie sich wegen
der großen magnetischen Trägheit bei einem Turbogenerator nicht so rasch auswirken
kann wie bei den vielpoligen Propellermotoren, die verhältnismäßig geringe Feldträgheit
haben. Die Erfindung ist also auf derartige Schiffsantriebe vorzugsweise so anzuwenden,
daß der Propellermotor oder sowohl dieser als auch der ihn speisende Generator eine
über elektrische Ventile nur vom Kornpoundierungsstrom erregte Hilfserregermaschine
erhalten.
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Die Anwendung der Erfindung bei Synchronmotoren ist nicht nur bei
Schiffsantrieben, sondern auch überall dort von Vorteil, wo zwischen der Überlastungsfähigkeit
des -Motors und des ihn speisenden Netzes ein wesentlicher Unterschied besteht,
also in Anlagen mit Synchronmotoren großer Cberlastungsfähigkeit, die von einem
Netz kleiner Leistungsfähigkeit gespeist werden, oder Anlagen, in denen Synchronmotoren
geringer Überlastungsfähigkeit an ein Netz großer Leistungsfähigkeit und konstanter
Spannung angeschlossen sind.
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Bei Anwendung der Erfindung auf Generatoren mit großem Kegelbereich
im normalen Kraftwerksbetrieb kann die beschriebene Kompoundierung mit mechanischer
Spannungsregelung verbunden werden, indem etwa der in der Grunderregung des Ausführungsbeispiels
an" edeutete Regelwiderstand « r
durch einen selbsttätigen mechanischen
Regler, beispielsweise einen Wälzregler oder einen Kohledruckregler, ersetzt wird.
Man erhält dann den Vorteil, daß der selbsttätige mechanische Regler weitgehend
durch die Kompoundierung entlastet wird, so daß er nur noch geringfügige Abweichungen
vom Sollwert ausregeln muß. Fig.2 zeigt beispielsweise die Wirkung der Kompoundierung
auf die Generatorspannung; während ohne Verwendung der Kompoundierung ein verhältnismäßig
großer Spannungsanstieg bei Entlastungen vorhanden ist und ein großer Spannungsabfall
bei Belastung, wird die Spannungsänderung bei Verwendung der Kompoundierung verhältnismäßig
gering; es findet praktisch überhaupt kein Spannungsanstieg mehr statt, und der
Regler hat verhältnismäßig wenig auszuregeln. Diese Wirkung tritt aber nur darin
ein, wenn die Kompoundierung schneller arbeitet als der Regler, also genügend trägheitslos
ist. Aus Fig.2 geht auch deutlich die Erhöhung der Kippfestigkeit durch Einführung
der Kompoundierung hervor. Bei Betrieb mit mechanischen Spannungsreglern muß die
Belastungsänderung erst eine Spannungsänderung hervorbringen, bevor der Regler eingreifen
kann, während bei der Kompoundierung die Erregungsänderung sofort mit der Belastungsänderung,
die sich in einer Stromänderung ausdrückt, eintritt. Der Spannungsregler kann deshalb
nicht auf Leistungsänderungen ansprechen, die keine Spannungsänderungen zur Folge
haben, so daß die Stabilität von Synchronmaschinen bei Reglerbetrieb nicht vergrößert
wird, wenn es sich um Wirkstrombelastungen handelt, bei denen z. B. keine Spannungsänderungen
auftreten.
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Die Kompoundierung wird also auch überall dort von Vorteil sein, wo
bei großen Maschinen der Regelbereich des selbsttätigen mechanischen Reglers nicht
ausreicht oder wo die Regelgenauigkeit- bei Maschinen mit solchen Reglern erhöht
werden soll. In Anlagen, in denen mehrere Kraftwerksgeneratonen parallel arbeiten,
kann die Kompoundierung nach der Erfindung zur Entlastung oder Verbesserung der
vorhandenen selbsttätigen Regelung auch in der Weise verwendet werden, daß die selbsttätigen
mechanischen Regler und die Kompoundierung an verschiedenen Maschinen angebracht
sind. Es werden beispielsweise nur einer oder wenige Generatoren zur Spannungshaltung
mit selbsttätigen Spannungsreglern betrieben, während die Mehrzahl der Generatoren
keine solchen Spannungsregeler hat, sondern nur mittels elektrischer Ventile und
Hilfserregermaschinen kompoundiert ist. Diese arbeiten mit statischer Spannungscharakteristik.