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Synchrongenerator
Die Erfindung bezieht sich auf selbsterregte Synchrongeneratoren mit lastabhängiger Spannungsregelung mittels eines Compoundsystems.
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teile vor den Generatoren, die von einem Gleichstromerreger erregt werden. Zu den wichtigsten Vorteilen zählt eine einfache Bedienung und die Möglichkeit, die Regelung der Wechselspannung dieser Syn- chrongeneratoren in einfacher Form durchführen zu können. Die Regelung der Spannung beruht auf einem
Compoundsystem, dessen Eigenschaften den Ansprüchen des Generators angepasst werden können. Diese Form der Regelung ist kontaktlos und sehr rasch, deshalb kam es hier zu einer weiten Verwendung. Ein Nachteil der bisherigen Systeme der oben beschriebenen Regelung sind die Schwierigkeiten während der Anfangserregung.
Der Synchrongenerator wird in diesen Systemen nicht erregt, solange der Erregungsstrom nicht durch einen fremden Eingriff über den kritischen Wert ansteigt. Der kritische Erregungsstrom ist durch den ersten Schnittpunkt der Gleichrichterkennlinie mit der Magnetisierungskennlinie des Synchrongenerators im Leerlauf gegeben. Der notwendige Wert des kritischen Erregungsstromes ist umso kleiner je höher die Remanenzspannung des Generators und je niedriger die Schlussspannung des Gleichrichters ist.
Es entstehen Probleme insbesonders bei der Verwendung von Selengleichrichtern, die eine verhältnismä- ssig hohe Schlussspannung haben.
Die Schwierigkeiten im Zusammenhang mit der Erregung von selbsterregten Synchrongeneratoren werden bisher im Grunde auf dreifache Weise gelöst. Es ist eine Lösung bekannt, bei welcher die Remanenzwechselspannung eines Synchrongenerators mit Hilfe eines speziellen Gleichrichters mit einer kleinen Anzahl von hintereinandergeschalteten Platten gleichgerichtet und den Feldspulen zugeführt wird. Auf diese Weise wird die Schlussspannung des Gleichrichters herabgesetzt und somit auch der kritische Wert des Erregungsstromes vermindert. Die beschriebene Ausführung ist nicht vorteilhaft, weil sie die Verwendung eines kleinen selbständigen Gleichrichters oder eines Teiles des Hauptgleichrichters verlangt und es dabei notwendig ist, einen verlässlichen automatischen Schutz und die Abschaltung dieser Gleichrichter nach der Überschreitung des kritischen Erregungsstromes sicherzustellen.
Bei einem zufälligen Versagen des Spannungsschützes kommt es zu einer Störung, welche zur Folge hat, dass der Generator ausser Betrieb gesetzt ist.
Es ist weiters eine Ausführung eines Synchrongenerators bekannt, welche speziell für Erregung durch Gleichrichter so ausgebildet ist, dass sie eine hohe Remanenzspannung liefert. Der Generator hat gehärtete Stahlunterlagen unter den Polen, eventuell besitzen die Pole Stabilisierungseinschnitte (sog. Isthmen) und verminderte Luftspalte. Diese Lösung ist verhältnismässig kostspielig und stellt einen beträchtlichen Konstruktionseingriff in den Generator dar. Aus den angeführten Gründen eignet sie sich nicht für eine Reihenfertigung, speziell dort nicht, wo diesselben Generatoren einmal mit dem Erreger, das andere Mal als Compoundgeneratoren geliefert werden.
Es ist charakteristisch für weitere Formen der Erregung, dass sie einen derartigen Eingriff in das Compoundregelungssystem bewirken, dass eine vorübergehende Verminderung seiner Gesamtimpedanz verursacht wird. Bei gleichem Wert der Remanenzspannung werden dann in den Erregungskreis vorübergehend höhere Ströme als beim normalen Betrieb geleitet und der Synchrongenerator wird leichter erregt. Im Ganzen handelt es sich immer um einen Kurzschluss von mindestens zwei Phasen des Synchrongenera-
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tors hinter dem Compoundsystem. Durch einen höheren Wert des Wechselstromes wird im Sekundärstromkreis des Systems eine höhere Spannung induziert, welche durch den Gleichrichter den notwendigen kritischen Erregungsstrom durchtreibt. Diese Form ist die einfachste der bisher angeführten Formen, aber sie hat eine Reihe von Nachteilen.
Wenn das Compoundsystem z. B. durch einen Spannungs- und Stromwandler gebildet wird, ist die Zahl der Windungen des Stromwandler mit Rücksicht auf das optimale Resultat bei der Regelung der Spannung ausgelegt. Es kommt vor, dass bei einem zufällig niedrigeren Wert der Remanenzspannung des Generators, oder bei einem zufällig höheren Wert der Schlussspannung des Gleichrichters, der optimal projektierte Stromwandler nicht genügt, um bei einem Kurzschluss den kritischen Erregungsstrom zu liefern. Die beschriebene Form verlangt eine sehr strenge Auswahl bezüglich der Qua- lität bzw. Toleranzen der Transformatoren sowie auch Generate en. Beides ist bei einer Reihenfertigung fraglich und ausserdem ist die notwendige Zuverlässigkeit in der Erregung während einer längeren Betriebszeit infolge Alterung des Gleichrichters nicht gesichert.
Diese Nachteile kann man so vermeiden, dass man für den Stromwandler eine grössere Anzahl von Windungen wählt, als der optimalen Regelung
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strom an.
Es ist zwar auch schon vorgeschlagen worden, die Schwierigkeiten bei der anfänglichen Erregung durch eine besondere Ausgestaltung des Spannungswandlers des Compoundsystems zu überbrücken, wobei eine für die Anfangserregung nötige Zusatzspannung aus einem zusätzlichen Teil der Sekundärwicklung dieses Spannungswandlers gewonnen wird. Diese Massnahme ist jedoch deswegen nachteilig, da die Primärwicklung des Spannungswandlers für die im Betrieb auftretende Klemmenspannung des Generators dimensioniert ist und der Spannungswandler infolge der anfänglich noch niedrigen Klemmenspannung zunächst wenig wirksam ist.
Die beschriebenen Schwierigkeiten bei der Erregung und Nachteile der bekannten Systeme werden durch den Gegenstand der Erfindung-in der Weise beseitigt, dass das Compoundsystem mit einer zusätzlichen primären Hilfswicklung versehen ist, die mit einem Ende an die Hauptstromwicklung des Compoundsystems und mit dem anderen Ende über einen Druckschalter vorübergehend an die Anschlussklemme des Synchrongenerators angeschlossen ist, wodurch die Erregung ermöglicht wird.
Die Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung der Schaltung eines der Einfachheit halber einphasigen Synchrongenerators mit einem Compoundsystem, bei welchem ein Spannungs- und ein Stromwandler verwendet wird. Fig. 2 zeigt eine Ausführung, bei der ein Synchrongenerator mit einer Drosselspule und einem Stromwandler compoundiert wird. Fig. 3 zeigt, wie ein Synchrongenerator mit Hilfe eines Streuwandlers compoundiert wird.
Als erstes Beispiel ist die Erregungsausführung nach der Erfindung für einen einphasigen Synchrongenerator gelöst, dessen Compoundsystem aus einem Spannungswandler 2 und einem Stromwandler 3 besteht. Beide Transformatoren sind an den Wechselstromkreis des Synchrongenerators 1 an den Anschlussklemmen 12, 13 angeschlossen. An die Sekundärklemmen der beiden Transformatoren 2,3 ist ein Halbleiter-Stromrichter 4 angeschlossen, welcher die Erregungswicklung 5 des Synchrongenerators 1 speist.
Wenn in der Primärwicklung 6 des Stromwandler 3 ein Wechselstrom des Generators fliesst, wird in der Sekundärwicklung 7 desselben Transformators eine Spannung induziert. Nach der Erfindung ist eine weitere primäre Hilfswicklung 8 für Erregungszwecke angeschlossen. Die Hilfswicklung 8 ist nur in einem zeitlich begrenzten Abschnitt bei der-Erregung in Funktion, u. zw. in solcher Weise, dass sie in Serie mit. der Stromwicklung 6 z. B. mit einem Druckschalter 9 eingeschaltet wird, wobei sie gleichzeitig den Ausgang des Synchrongenerators 1 mit den Anschlussklemmen 12, 13 kurzschliesst. Dabei steigt die ursprüngliche Gegeninduktivität des Transformators 3 an und es kommt zu einer Erhöhung der Spannung, mit der der Gleichrichter 4 beaufschlagt wird, wodurch die Erregung des Synchrongenerators 1 verbessert wird.
Die Hilfswicklung 8 ist nur für eine kurze Zeit eingeschaltet und kann ohne Beschädigung sehr beansprucht werden, wobei der Verbrauch an Kupfer für die Wicklungsausführung gering ist. Die Hilfswicklung 8 beeinflusst nicht die Betriebscharakteristiken des Synchrongenerators l, weil sie nur bei der Erregung in Funktion ist.
Den Gegenstand der Erfindung kann man auf alle Grundformen der Erregung von Compoundsynchrongeneratoren anwenden.
Bei einer parallelen Erregung von Compoundsynchrongeneratoren mit der Drosselspule 10 und dem Stromwandler 3 gewährleistet die Hilfswicklung 8 die Erregung des Synchrongenerators und ist auf dem Stromwandler 3 aufgewickelt (s. Fig. 2).
Bei der Erregung des Compoundsynchrongenerators mit Hilfe eines Streutransformators 11 ist die Er-
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regung durch die Hilfswicklung 8 sichergestellt, die wieder auf dem Streutransformator 11 aufgewickelt ist (s. Fig. 3).