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Einrichtung zur Regelung der Blindlast, insbesondere zur Einstellung
konstanter Leistungsfaktoren von. selbstregelnden kompoundierten Wechselstromgeneratoren
Es ist bekannt, daß im Parallelbetrieb von kornpoundierten Wechsel- oder Drehstromsynchrongeneratoren
erhebliche Schwierigkeiten auftreten, insbesondere wenn die Generatoren auf ein
unendlich starkes Netz geschaltet werden. Um eine Überlastung des zugeschalteten
Generators mit Blindstrom zu vermeiden, hat man beispielsweise die Spannungskennlinien
des Generators weicher gestaltet, so daß ein stärkerer Spannungsabfall bei ansteigendem
Strom eintritt, wofür Drosselspulen im Hauptstromkreis oder Widerstände im Erregerstromkreis
vorgeschlagen worden sind. Arbeiten mehrere Generatoren miteinander parallel, so
überlasten sich die jeweils härteren Generatoren mit Blindstrom. Zur Beseitigung
dieses Mißstandes ist es bekannt, Elemente des Kompoundierungskreises, z. B. die
Erregerspulen, zueinander parallel oder über Kreuz zu schalten.
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Besonders groß sind die Schwierigkeiten, wenn der Leistungsfaktor
des auf ein Netz arbeitenden Generators unabhängig von der Belastung konstant gehalten
werden, die Blindlast also proportional zum Belastungsstrom anwachsen soll.
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Es wurde gefunden, daß es für selbstregelnde kompoundierte, miteinander
parallel arbeitende Wechsel- und Drehstromgeneratoren sehr einfach möglich ist,
eine genaue, zuverlässige Einrichtung zur Regelung der Blindlast, insbesondere zur
Einstellung konstanter Leistungsfaktoren bei schwankender Belasturig,
zu
schaffen. Nach der Erfindung erhält der Generator in an sich bekannter Weise eine
spannungsabhängige Haupterregung sowie eine hiervon getrennte strom- und leistungsfaktorabhängige
Zusatzerregung, während der Gesamtwiderstand des Zusatzerregerstromkreises proportional
dem Verhältnis
und damit auch genügend genau dem Verhältnis
gehalten wird. Hierbei bezeichnen ip den Phasenverschiebungswinkel zwischen der
elektromotorischen Kraft E und dem Strom J, ß einen festen Winkelwert, rp. den Phasenverschiebungswinkel
zwischen der Klemmenspannung U und dem Strom J des Generators sowie y den
Winkel zwischen der Klemmenspannung U
und der Normalen des Koordinatensystems.
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Für den Erregerstrom i eines Wechselstromgenerators läßt sich nach
Arnols-La Cour die Beziehung aufstellen -A.E+B.J.sin (ip-ß).
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Hierin bezeichnen E, J, y und ß die oben erläuterten Größen, während
<4 und B Konstanten sind. Der Ausdruck A - E m-3ge die Haupterregung, der Ausdruck
B - J - sin (y + ß) die Zusatzerregung darstellen. Wird nun gemäß der Erfindung
der Gesamtwiderstand im Zusatzerregerstromkreis proportional dem Verhältnis
gehalten, zweckmäßig durch Einschaltung von vorteilhaft regelbar ausgebildeten Ohmschen
Widerständen in diesem Zusatzerregerstromkreis, so wird es hierdurch möglich, den
Wert sin (y + ß). und damit praktisch auch sin y unabhängig von dem Belastungsstrom
J derart einzuregeln, daß jedem Wert des Widerstandes des Zusatzerregerstromkreises
ein ganz bestimmter Wert sin (y + ß) und damit auch ein ganz bestimmter Wert sin
y entspricht.
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Es ergibt sich hieraus für den Gesamtwiderstand Rx des Zusatzerregerstromkreises
einschließlich des zweckmäßig nach der Erfindung zuzuschaltenden Widerstandes die
Beziehung
worin G eine Konstante bedeutet.
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Der zuzuschaltende Vorwiderstand ist gewissermaßen zum Blindlasteinsteller
geworden, dessen Stellungen bei konstanter Netzspannung unabhängig von der Belastung
jeweils zu einem eindeutig bestimmten Phasenverschiebungswinkel y gehören. Da ferner
der Phasenverschiebungswinkel zwischen der elektromotorischen Kraft E und der Klemmenspannung
U verhältnismäßig klein ist, kann der Ausdruck (y + ß) mit genügender Genauigkeit
durch den Ausdruck (q^ -I- y) ersetzt werden, da ß = y ist. Es ergibt sich dann
das vereinfachte Diagramm der Fig. i der Zeichnung, das im linken Abschnitt den
Einfluß des Blindlasteinstellers auf die Zusatzerregung JE bei verschiedenen Belastungen,
im rechten Abschnitt den Einfluß eines als Sollwerteinsteller zu bezeichnenden Reglers
im Haupterregerstromkreis HE bei verschiedenen Netzspannungen zeigt; Fig. 2 veranschaulicht
ein Schaltschema für einen gemäß der Erfindung ausgerüsteten Generator.
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Aus dem Diagramm der Fig. i sind die Vektoren für die Klemmenspannung
U und den Strom J des Generators zu ersehen. Konzentrische Viertelkreise
um den Koordinatennullpunkt bedeuten Linien für 25, 50, ;5 und ioo°ja des Stromes
J. Der Winkel zwischen der Klemmenspannung U und dem Strom J ist mit (p bezeichnet,
während der Winkel zwischen der Klemmenspannung U und der Ordinatenachse des Diagramms
die Bezeichnung y hat. Ein um den Koordinatennullpunht geschlagener gestrichelt
gezeichneter Kreisbogen schneidet auf der Abszissenachse rechts den Wert HE (i<,)
für die Haupterregung mit dem Erregerstrom i., = A - E bzw. A - U ab.
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In dem linken Teil des Diagramms sind für cos 9p = i sowie
für cos (p = o,8 die Zusatzerregungswerte JE
eingetragen, wobei der zugehörige
zusätzliche Erregerstrom die Bezeichnung w hat und dem Ausdruck h - J - sin
(rp -E- y) entspricht.
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Zur Verdeutlichung der Spannungs- und Blindlaständerungen sind ferner
für die Netzspannung U schematisch zwei sogenannte Sollwerteinsteller veranschaulicht,
über denen zwei einander entgegengesetzte Pfeile anzeigen, in welcher Richtung die
Netzspannung U fallende und in welcher Richtung sie steigende Werte hat. Entsprechend
sind unter dem linken Teil des Diagramms zwei sogenannte Blindlasteinsteller eingezeichnet;
der eine gibt die Stellung für cos (p = o;8 (konstant), der andere die Stellung
für cos (p = i (konstant) an.
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Bei dem Schaltschema nach Fig. a liegt an dem Drehstromnetz RST über
Anschlußleitüngen i, 2 und 3 der mit zwei getrennten Erregerstromkreisen ausgestattete
Generator 4,_ auf dessen Achse ein Stromwender 5 für die Haupterregung
HE und ein weiterer Stromwender 6 für die Zusatzerregung ZE sitzen. Im Stromkreis
des Stromwenders 5 liegt ein Regler j, der als Sollwerteinsteller dient, während
in dem Stromkreis des Stromwenders 6 ein Regler 8 eingeschaltet ist, vermittels
dessen die Blindlast oder der Leistungsfaktor cos cp eingestellt werden. Durch die
Einstellung des Reglers 8 wird bei konstaner Netzspannung U der Leistungsfaktor
des Generators eindeutig bestimmt.
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Die Einrichtung nach der Erfindung eignet sich insbesondere für Wechselstromgeneratoren,
die an ein unendlich starkes Netz angeschlossen sind. Gegenüber den nicht selbstregelnden
kompoundierten Generatoren besteht der Vorteil, daß empfindliche teure Schnellregler
für die Spannung nicht erforderlich sind. Gegenüber den selbstregelnden kompoundierten
Generatoren,
deren Zusatzerregung proportional dem Belastungsstrom unabhängig vom Leistungsfaktor
wächst und bei denen eine selbsttätige Regelung des Leistungsfaktors nicht möglich
ist, besteht der große Vorteil, daß mit der Einrichtung nach der Erfindung eine
Regelung des Leistungsfaktors für diese Generatoren überhaupt erst möglich ist,
wobei die Regelung sowohl an Hand als auch selbsttätig vorgenommen werden kann.
Dieser bedeutsame Vorteil besteht weiter auch gegenüber solchen selbstregelnden
Wechsel-und Drehstromgeneratoren, die mit kompoundierten Erregermaschinen ausgestattet
sind, bei denen aber nur ein gemeinsamer Erregerstromkreis für die Wechsel- bzw.
Drehstromgeneratoren vorhanden ist.