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Steuereinrichtung für Mehrphasensynchrongeneratoren Diese Erfindung
bezieht sich auf eine Steuereinrichtung für Mehrphasengeneratoren mit einer Schaltungsanordnung,
durch die der Erregerwicklung des Generators unter Einsatz von steuerbaren Verstärkereinheiten
eine Spannung zugeführt wird, die sich als abgeleitete Resultierende aus Generatorstrom
und Netzspannung ergibt, unter Verwendung einer aus dem Netz gespeisten Spannungsvergleichsschaltung,
die bei Abweichungen der Netzspannung von ihrer eingestellten Sollspannung eine
entsprechende Nachsteuerung des Verstärkers und damit der Erregerspannung der Generatoren
bewirkt.
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Bei gewissen Typen von Erregersystemen für dynamoelektrische Maschinen,
wie z. B. mehrphasige Synchrongeneratoren, muß den Maschinen bei bestimmten anomalen
Betriebsverhältnissen ein Schutz gegeben werden. Ist die Welle des Synchrongenerators
mechanisch mit der zugehörigen Antriebsmaschine gekuppelt und tritt z. B. ein dreiphasiger
Fehler oder ein Kurzschluß an den Ausgangsklemmen des Generators auf, so wird das
dem Generator zugeordnete Regelsystem versuchen, die Ausgangsspannung des Generators
auf einem vorgegebenen Wert zu halten. Es wird deshalb einen unzulässigen Erregerstrom
zur Erregerwicklung des Generators schicken. Da das von der zugehörigen Antriebsmaschine
auf die Welle des Synchrongenerators gegebene Drehmoment sich mit dem Erregerstrom
ändert, kann das der Welle des Generators von der zugehörigen Antriebsmaschine zugeführte
Drehmoment ausreichend sein, um die mechanische Kupplung zwischen Antriebsmaschine
und der Welle des Synchrongenerators zu beschädigen oder abzuscheren. Es ist deshalb
erwünscht, ein Erregersystem zu haben, durch das bei normalen Betriebsverhältnissen
eine ausreichende Erregung geliefert wird und bei dem eine unzulässig hohe Erregung
bei bestimmten Betriebsverhältnissen verhindert oder begrenzt wird.
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Der Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde, eine Regeleinrichtung
zum Steuern des Erregerstromes anzugeben, bei der die bei bestimmten anomalen Betriebsverhältnissen
gelieferte maximale Erregung begrenzt ist.
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An Hand der Zeichnung wird die Erfindung beschrieben und die Wirkungsweise
erläutert.
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Fig. 1 ist ein schematischer Schaltplan einer Regeleinrichtung und
erläutert die Erkenntnisse der Erfindung; Fig. 2 ist ein Teil eines schematischen
Schaltplanes, der eine zweite Ausführungsform der Erfindung erläutert; Fig.3 stellt
eine Reihe Kurven dar, welche die Wirkungsweise der in Fig. 1 beschriebenen Regeleinrichtung
erläutern.
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In Fig. 1 bedeutet 10 einen bürstenlosen Synchrongenerator, der eine
Erregerfeldwicklung 12 und Ausgangsklemmen 13, 15 und 17 hat. In diesem Beispiel
ist der Generator 10 so angeordnet, daß er elektrische Leistung über die Ausgangsklemmen
13,15 und 17 zu einer nicht dargestellten Last liefert, die an die Leitungen 14,
16 und 18 als Teil eines dreiphasigen elektrischen Netzes angeschlossen ist. Um
an der Feldwicklung 12 eine Erregerspannung von relativ großer Höhe zu erhalten,
ist ein Erreger 20 vom Wechselstromtyp vorgesehen. Der Erreger 20 besteht
aus einem Anker 28 mit den Wechselstromklemmen 23, 25 und 27, welche Erregerstrom
für die Feldwicklung 1.2 des Generators 10 über einen dreiphasigen Vollweggleichrichter
25 und eine getrennte Erregerfeldwicklung 22 liefern. Der Generator 10 und der Erreger
20 werden beide von einer geeigneten Antriebsmaschine 24 über die Welle 31 angetrieben.
Das Moment des Antriebes ändert sich mit dem der Erregerfeldwicklung 12 des Generators
10 zugeführten Erregerstrom, insbesondere bei bestimmten, anomalen Betriebsbedingungen,
wie sie im einzelnen anschließend erklärt werden.
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Der Erregerstrom, welcher der Feldwicklung 22 des Erregers 20 geliefert
wird, rührt von einem ersten Transformatorensatz 70 her, der auf die Ausgangsspannung
des Generators 10 anspricht, und einem
zweiten Transformatorensatz,
welcher die Stromwandler 102,104 und 106 umfaßt und der auf den Ausgangsstrom des
Generators 10 anspricht. Um die Ausgangsspannung des Synchrongenerators 10 auf einem
im wesentlichen vorgegebenen Regelwert zu halten, ist eine Regeleinrichtung 30 zwischen
besagte Transformatorensätze und die Erregerfeldwicklung 22 des Erregers 20 geschaltet.
Um die von der Regeleinrichtung 30 gesteuerten Transformatorensätze daran zu hindern,
unzulässig hohe Erregung auf den Generator 10 bei Kurzschluß unter fehlerhaften
Bedingungen oder während anderer Betriebsverhältnisse zu geben, ist eine Begrenzungsanordnung
80 vorgesehen.
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Die Regeleinrichtung 30 umfaßt eine Anordnung 40 zur Erzeugung eines
Gleichstromfehlersignals, das sich als Abweichung der Ausgangsklemmenspannung des
Synchrongenerators 10 von einer Bezugsspannung ergibt, und einen Magnetverstärker
60 zur Steuerung des Erregerstromes, der sich mit dem Fehlersignal des Kreises 40
ändert und der auf die Erregerfeldwicklung 22 des Erregers 20 gegeben wird. Die
Regeleinrichtung 30 liefert bei normalen Betriebsverhältnissen Erregerstrom für
die Feldwicklung 12 des Generators 10 aus den ersten und zweiten Transformatorensätzen.
Der Erregerstrom ändert sich dabei in übereinstimmung mit der Ausgangsspannung des
Generators 10, um so die Ausgangsspannung auf einem vorgegebenen Sollwert zu halten.
Bei bestimmten anomalen Betriebsverhältnissen sorgt die Begrenzungsanordnung 80
dafür, daß der von der Regeleinrichtung 30 auf die Feldwicklung 12 gegebene Erregerstrom
und damit das zugehörige, vom Antriebsmotor 24 auf die Welle 31 des Generators 10
gegebene Drehmoment begrenzt ist.
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In diesem Ausführungsbeispiel besteht die Anordnung 40 zur Erfassung
eines Fehlers aus dem wohlbekannten Brückenkreis 50, einem veränderlichen Widerstand
44 und einem dreiphasigen Vollweggleichrichter 42. Der Eingang des Vollweggleichrichters
42 ist auf die Ausgangsklemmenspannung des Generators 10 an den Leitungen 14, 16
und 18 angeschlossen. Es ist selbstverständlich, daß zwischen den Eingang des Gleichrichters
42 und die Leitungen 14, 16 und 18 auch ein Spannungswandler eingeschaltet werden
kann. Der Ausgang des Vollweggleichrichters 42 ist über den veränderlichen Widerstand
44 an die Eingangsklemmen der Brückenschaltung 50 angeschlossen. Die Brückenschaltung
50 umfaßt zwei parallele Zweige, einen ersten Zweig, bestehend aus dem Widerstand
56, der in Reihe mit der Spannungsregehöhre 58 geschaltet ist, und einen zweiten
Zweig, der die Spannungsregelröhre 52 und den dazu in Reihe geschalteten Widerstand
54 umfaßt. Die Spannungsregelröhren 52 und 58 können vom Gasentladungstyp sein.
Selbstverständlich können aber auch Halbleiterdioden, vorzugsweise solche vom Typ
der bekannten Zenerdioden an Stelle der besagten Röhren verwendet werden. Die Ausgangsspannung
oder das Ausgangssignal der den Fehler erfassenden Anordnung 40 erscheint an den
Ausgangsklemmen 46 und 48 der Brückenschaltung 50.
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Beim Betrieb der Anordnung 40 ist die Ausgangsgleichspannung des Vollweggleichrichters
42 ein. Maß für die Ausgangsklemmenspannung des Generators 10. Der veränderliche
Widerstand 44 ist dazu vorgesehen, um die auf die Eingangsklemmen der Brückenschaltung
50 gegebene Ausgangsspannung des Vollweggleichrichters 42 ändern zu können. Im Betrieb
bleibt die Ausgangsgleichspannung an den Spannungsregelröhren 52 und 58 im wesentlichen
konstant, da die Spannung, die auf die Röhren 52 und 58 gegeben wird, immer größer
ist als die Durchbruchspannung von jeder der besagten Röhren. Wird auf die Eingangsklemmen
der Brückenschaltung 50 eine Gleichspannung gegeben, welche im wesentlichen doppelt
so groß ist wie der Spannungsabfall an jeder der Röhren 52 und 58, so tritt an den
Ausgangsklemmen 46 und 48 des Kreises 40 keine Spannungsdifferenz auf. Wenn jedoch
die Spannung an den Eingangsklemmen der Brückenschaltung 50 entweder über oder unter
der Bezugsspannung der Brückenschaltung 50 liegt, welche doppelt so groß ist wie
der Spannungsabfall an jeder der Röhren 52 und 58, dann tritt an den Ausgangsklemmen
46 und 48 des Fehleranzeigekreises 40 eine Spannungsdifferenz auf. Die Polarität
der Ausgangsspannung oder des Ausgangssignals des Kreises 40 an den Klemmen 46 und
48 wird davon abhängen, ob die Eingangsspannung über oder unter der Bezugsspannung
der Brückenschaltung 50 liegt. Im normalen Betriebsbereich der Regeleinrichtung
30 kann sich, wie erläutert, die Polarität der Ausgangsspannung, die vom Fehleranzeigekreis
40 auf den Magnetverstärker 60 gegeben wird, unter besonderen Bedingungen umkehren.
Der veränderliche Widerstand 44 wird von Anfang an so eingestellt, daß man die gewünschte
Größe und Polarität der Ausgangsfehlerspannung des Fehleranzeigekreises 40 erhält.
Die Einstellung des veränderlichen Widerstandes 44 wird auch geändert, um den Regelwert
der Spannung einzustellen, auf dem die Regeleinrichtung 30 die Ausgangsklemmenspannung
des Generators 10 bei normalen Betriebsbedingungen hält.
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Wie bereits erwähnt, spricht der dreiphasige Magnetverstärker 60 bei
normalen Betriebsbedingungen auf das Ausgangssignal des Fehleranzeigekreises 40
an und steuert damit den Erregerstrom, der für die Erregerfeldwicklung 22 des Erregers
20 von dem ersten Transformatorensatz 70 und dem zweiten Transformatorensatz, der
die Stromwandler 102,104 und 106 umfaßt, geliefert wird. Der Magnetverstärker 60
besteht aus den Eisenkernen 120, 122, 124, 126, 128 und 130, die induktiv mit den
Lastwicklungen 132, 134, 136,138, 136,140 und 142 gekoppelt sind.
In diesem Beispiel sind die Lastwicklungen 132 bis 142 mit den Selbstsättigungsgleichrichtern
202, 204, 206, 208, 210 und 212 in Reihe geschaltet, um sicherzustellen, daß der
Strom nur in einer Richtung durch die entsprechenden Lastwicklungen fließt. Wie
erläutert, sind die Lastwicklungen 132,136 und 140 so mit einer Leitung 222 und
die Lastwicklungen 134, 138 und 142 mit einer Leitung 224 verbunden, daß der Ausgangsstrom
des Magnetverstärkers 60 nur in einer Richtung durch die Feldwicklung 22 des Erregers
20 fließt. Aus Gründen, die später besprochen werden, ist ein Widerstand 27, der
ein Teil der Begrenzungsschaltung 80 ist, zwischen die Leitung 224 und das rechte
Ende der Feldwicklung 22 des Erregers 20 geschaltet.
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Um eine dreiphasige Spannung auf die Lastwicklungen 132 bis 142 des
Magnetverstärkers 60 geben zu können, sind der dreiphasige Spannungswandler 70 und
die Stromwandler 102,104 und 106 so miteinander verbunden, daß eine kombinierte
dreiphasige Ausgangsspannung an den Leitungen 220,
230 und 240 auftritt.
Im einzelnen sind die primären Phasenwicklungen 74, 76 und 78 des Transformators
70 an den Leitungen 14, 16 und 18 in Stern geschaltet. Der Transformator 70 schließt
auch drei sekundäre Phasenwicklungen 94, 96 und 98 ein, wobei jeweils ein Ende der
besagten sekundären Phasenwicklung über einen der zugehörigen, den Generatorausgangsstrom
fahrenden Stromwandler 102, 104 oder 106 mit der Stempunktklemme 65 verbunden ist.
Die anderen Enden der sekundären Phasenwicklungen 94, 96 und 98 sind mit den entsprechenden
abgehenden Leitungen 220, 230 und 240 verbunden. Die dreiphasige Ausgangsspannung
an den Leitungen 220, 230 und 240 wird, wie ersichtlich, auf die Lastwicklungen
des Magnetverstärkers 60 gegeben.
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Um den Magnetverstärker 60 bis zu einer bestimmten Höhe vormagnetisieren
zu können, sind auf den Eisenkernen 120 bis 130 die Vormagnetisierungswicklungen
182 bis 192 in induktiver Kopplung angeordnet. Wie erläutert, sind
die Vormagnetisierungswicklungen 182 bis 192 über einen Widerstand 92 miteinander
in. Reihe geschaltet und liegen an den Ausgangsklemmen eines Vollweggleichrichters
90, dessen Eingangsklemmen mit den Sammelschienen 1.4 und 16 über die Leitungen
34 und 36 galvanisch verbunden sind. Die Vormagnetisierungswicklungen 182 bis 192
sind auf den entsprechenden Eisenkernen so angeordnet, daß der durch sie fließende
Strom einen magnetischen Fluß erzeugt, der dem vom Strom in den zugehörigen Lastwicklungen
132 bis 142 erzeugten magnetischen Fluß entgegengesetzt ist.
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Zum Zwecke der Sättigung der Eisenkerne 120 bis 130 in Übereinstimmung
mit dem Ausgangssignal des Fehleranzeigekreises 40 sind die Steuerwicklungen 170
bis 180 auf den Eisenkernen 120 bis 130 induktiv verkettet und so angeordnet, daß
der durch sie fließende Strom einen magnetischen Fluß erzeugt, der dem vom Stromfluß
durch die zugehörigen Vormagnetisierungswicklungen 182 bis 192 erzeugten magnetischen
Fluß entgegenwirkt oder ihn unterstützt. Der Stromfluß hängt von der Größe des Fehler-Ausgangssignals
und der Vormagnetisierung durch die Vormagnetisieru.ngswicklungen ab. Im Beispiel
sind die Steuerwicklungen 170 bis 180 in Serie geschaltet. Die Serienschaltung ist
über die Ausgangsklemmen 46 48 an den Fehleranzeigekreis 40 angeschlossen.
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Für einen Verwendungszweck, der jetzt besprochen werden soll, sind
auf den Eisenkernen 120 bis 130 die Begrenzungswicklungen 150 bis 160 miteinander
in Reihe geschaltet und die Reihenschaltung mit der Begrenzungseinrichtung oder
dem Kreis 80 an den Leitungen 232 und 236 verbunden. Die Begrenzungswicklungen 150
bis 160 sind auf ihren zugehörigen Eisenkernen so angeordnet, daß der durch sie
fließende Strom einen magnetischen Fluß erzeugt, der dem vom Stromfluß durch die
zugehörigen Lastwicklungen 132 bis 142 erzeugten magnetischen Fluß entgegengesetzt
gerichtet ist.
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Die Art und Weise, in der die Lastwicklungen 132 bis 142 des Magnetverstärkers
60 von dem Spannungswandler 70 Leistung beziehen, der die sekundären Phasenwicklungen
94, 96 und 98 einschließt, und von den Stromwandlern 102, 104 und 106, kann besser
verstanden werden, wenn man den S-tromfluß durch diese Lastwicklungen während verschiedener
Phasen der Ausgangsspannung des Transformators 70 verfolgt. Unter der Annahme, daß
das rechte Ende der sekundären Phasenwicklung 94 des Transformators 70 eine positive
Polarität aufweist gegenüber dem linken Ende der Wicklung 94, fließt der Strom vom
rechten Ende der Wicklung 94 über die Leitung 57, den Stromwandler 102, den Stromwandler
104, die Leitung 55, die sekundäre Phasenwicklung 96, die Leitung 230, die Lastwicklung
136 und einen Selbstsättigungsgleichrichter 206 zur Leitung 222, über die Feldwicklung
22 des Erregers 20, den Widerstand 27, die Leitung 224, den Selbstsättigungsgleichrichter
204, die Lastwicklung 134 und zurück zum linken Ende der sekundären Phasenwicklung
94 über die Leitung 220. Außerdem fließt der Strom gleichzeitig auch vom rechten
Ende der Wicklung 94 über die Leitung 57, den Stromwandler 102, den Stromwandler
106, die Leitung 53, die sekundäre Phasenwicklung 98, die Leitung 240, die Lastwicklung
140, den Selbstsättigungsgleichrichter 210 in die Leitung 222.
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Während der nächsten Phase der Ausgangsspannung des Transformators
70, in der das rechte Ende der sekundären Phasenwicklung 96 eine positive Polarität
gegenüber dem linken Ende der Wicklung 96 aufweist, fließt der Strom vom rechten
Ende der Wicklung 96 über die Leitung 55, den Stromwandler 104, den Stromwandler
102, die Leitung 57, die sekundäre Phasenwicklung 94, die Leitung 220, die Lastwicklung
132, den Selbstsättigungsgleichrichter 202, die Leitung 222, die Feldwicklung 22
des Erregers 20, den Widerstand 27, die Leitung 224, den Selbstsättigungsgleichrichter
208, die Lastwicklung 138 und zurück zum linken Ende der Phasenwicklung 96 über
die Leitung 230. Gleichzeitig fließt der Strom vom rechten Ende besagter Wicklung
über die Leitung 55, den Stromwandler 104, den Stromwandler 106, die Leitung 53,
die sekundäre Phasenwicklung 98, die Leitung 240, die Lastwicklung 140, den Selbstsättigungsgleichrichter
210 in die Leitung 222.
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Während der nächsten Phase der Ausgangsspannung des Transformators
70, in der das rechte Ende der sekundären Phasenwicklung 98 eine positive Polarität
gegenüber dem linken Ende der Wicklung 98 hat, ergeben sich entsprechende Stromkreise.
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Die Wirkung der Regeleinrichtung 30 bei normalen Betriebsbedingungen,
wenn die Begrenzungseinrichtung 80 nicht vorhanden ist, ergibt sich wie folgt.
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Der veränderliche Widerstand 44 des Fehleranzeigekreises 40
wird anfangs so eingestellt, daß eine der Spannungsabweichung des Generators 10
proportionale Spannung an den Ausgangsklemmen 46 und 48 erscheint, welche an der
Klemme 48 gegenüber der Spannung an der Klemme 46 positiv ist. Außerdem dient dieser
Widerstand zur Einstellung des Proportionalitätsfaktors. Nachdem der veränderliche
Widerstand 44 auf den gewünschten Regelwert der Spannung an den Ausgangsklemmen
des Generators 10 eingestellt worden ist, führt jede Änderung der Ausgangsklemmenspannung
des Generators 10 zu einer entsprechenden Änderung der Ausgangsfehlerspannung des
Fehleranzeigekreises 40. Die entsprechende Spannung erscheint dann an den Klemmen
46 und 48. Wenn z. B. die Ausgangsklemmenspannung des Generators 10 beginnen sollte,
unter den eingestellten Wert zu fallen, wird sich die Ausgangsfehlerspannung des
Fehleranzeigekreises 40 an den Klemmen 46 und 48 in dem Maße ändern, wie die Ausgangsklemmenspannung
des Generators 10 abfällt. Die Wirkung einer sich ändernden Spannung an den Ausgangsklemmen
46 und 48 des Fehleranzeigekreises 40 ändert die Größe oder die
Richtung
des Stromflusses durch die Steuerwicklungen 170 bis 180 des Magnetverstärkers 60.
Die Änderung in Größe oder Richtung des Stromflusses durch die Steuerwicklungen
170 bis 180 ändert die Größe oder Richtung der hierdurch in den Eisenkernen 120
bis 130 bewirkten magnetischen Flüsse des Magnetverstärkers 60. Sind die
in den Eisenkernen vom Stromfluß durch die Lastwicklungen 132 bis
142
erzeugten Flüsse den magnetischen Flüssen der Steuerwicklungen gleichgerichtet,
so wird der Ausgangsstrom des Magnetverstärkers 60 erhöht. Mit einer Erhöhung des
Ausgangsstromes des Magnetverstärkers 60 erhöht sich auch die Größe des Stromflusses
durch die Feldwicklung 22 des Erregers 20, wobei sich die Spannung an der Feldwicklung
12 des Generators 10 erhöht und damit auch die Ausgangsspannung des Generators
10 im wesentlichen auf ihren vorgegebenen Wert gebracht wird.
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Wenn sich andererseits die Ausgangsklemmenspannung des Generators
10 über den gewünschten Regelwert erhöht, dann ändert sich die Ausgangsspannung
des Fehleranzeigekreises 40 entsprechend, und die Größe des Stromflusses durch die
Steuerwicklungen 170 bis 180 des Magnetverstärkers 60 ändert
sich ebenfalls, oder die Richtung des besagten Stromes kehrt sich um. Eine Änderung
der Größe des Stromflusses durch die Steuerwicklungen 170 bis 180
oder ein Wechsel in der Richtung besagten Stromflusses ändert die Größe oder die
Richtung der hierbei in den Kernen 120 bis 130 erzeugten magnetischen
Flüsse. Sind die in den Eisenkernen vom Stromfluß durch die Lastwicklungen 132 bis
142 verursachten Flüsse den Flüssen in den Steuerwicklungen entgegengesetzt gerichtet,
so wird der Ausgangsstrom des Magnetverstärkers 60 verringert. Eine Verringerung
des Ausgangsstromes des Magnetverstärkers 60 verkleinert die Größe des Stromflusses
durch die Feldwicklung 22 des Erregers 20 und damit auch den Erregerstrom, der der
Feldwicklung 12 des Generators 10 geliefert wird, wodurch besagte Ausgangsspannung
des Generators 10 auf ihren vorher eingestellten Wert reduziert wird.
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Die Art, in der der Spannungswandler 70 und die Stromwandler
102, 104 und 106 mit dem Magnetverstärker 60 verbunden sind, führt
zu mehreren wichtigen Ergebnissen. Da der Spannungswandler 70 auf die Ausgangsspannung
des Generators 10 anspricht, die Stromwandler 102, 104 und 106 direkt auf den Ausgangslaststrom
des Generators 10 ansprechen und besagte Transformatoren so miteinander verbunden
sind, daß sie eine kombinierte Ausgangsspannung erzeugen, welche auf die Lastwicklungen
des Magnetverstärkers 60 gegeben wird, so kann der Ausgangsstrom des Magnetverstärkers
60, der auf die Feldwicklung 22 des Erregers 20 gegeben wird, ohne eine entsprechende
Änderung des Ausgangssignals oder der Ausgangsspannung des Fehleranzeigekreises
40 erhöht werden. Die Betriebsbereitschaft der Regeleinrichtung 30 wird dadurch
verbessert. Da ferner weniger Verstärkung im Magnetverstärker 60 erforderlich ist,
ist auch eine Verbesserung der Stabilität der Regeleinrichtung 30 erzielt.
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Eine weitere wichtige Eigenschaft der beschriebenen Anordnung ist
folgende. Selbst wenn die Sammelschienen 14, 16 und 18 oder der Laststromkreis,
der hier angeschlossen ist, kurzgeschlossen würden oder anomale Betriebsbedingungen
aufweisen sollten, wodurch die Ausgangsspannung des Transformators 70
auf
einen vernachlässigbar kleinen Wert absinkt, würde über die Stromwandler 102, 104
und 106 ein zusätzlicher Erregerstrom für die Lastwicklungen 132 bis 142 des Magnetverstärkers
60 fließen, wodurch die Felderregung des Generators 10 sichergestellt ist. Mit anderen
Worten: Ausreichende Erregung für den Generator 1.0 wird bei Kurzschluß oder falschen
Betriebsbedingungen sichergestellt, so daß der Ausgangsstrom des Generators 10 groß
genug isst, die zugehörigen Schutzeinrichtungen wirksam werden zu lassen. Beim Fehlen
der Begrenzungseinrichtung 80 jedoch kann die Erregung, die der Feldwicklung 12
des Generators 10 von den Stromwandlern 102, 104 und 106 über den Magnetverstärker
60 geliefert wird, bei Kurzschlüssen oder fehlerhaften Betriebsbedingungen dann
zu groß werden, wenn die Regeleinrichtung 30 die Ausgangsspannung des besagten Generators
auf einem im wesentlichen vorgegebenen Wert zu halten versucht. Das zugehörige Drehmoment,
das dann von der Antriebsmaschine 24 auf die Welle des Generators 10 gegeben wird,
würde ausreichen, um die mechanische Kupplung zwischen der Antriebsmaschine und
dem Generator zu beschädigen oder abzuscheren.
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Die Begrenzungseinrichtung 80 sorgt dafür, daß bei bestimmten anomalen
Betriebsbedingungen keine unzulässig hohe Erregung auf den Generator 10 gegeben
wird. Dies gilt besonders bei Kurzschluß oder fehlerhaften Betriebsbedingungen auf
den Sammelschienen 14, 16 und 18. Durch die Begrenzung der dem Generator 10 bei
solchen anomalen Betriebsverhältnissen gelieferten Erregung bewirkt die. Begrenzungseinrichtung
80 auch eine Begrenzung des Drehmomentes, die von der Antriebsmaschine 24 auf die
Welle des Generators 10 gegeben wird, und verhindert eine mögliche Beschädigung
der mechanischen Kupplung zwischen der Antriebsmaschine und der Welle 31 des Generators.
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Im einzelnen besteht die Begrenzungseinrichtung 80 aus einem Widerstand
27, der in Serie mit der Feldwicklung 22 des Erregers 20 geschaltet ist,
wobei sich die Spannung am Widerstand mit dem Erregerstrom ändert, welcher der Erregerfeldwicklung
22 vom Magnetverstärker 60 geliefert wird. Um eine vorgegebene Begrenzungswirkung
bei Kurzschluß oder fehlerhaften Betriebsverhältnissen zu erhalten, umfaßt die Begrenzungseinrichtung
80 auch eine. Halbleiterdiode 88, vorzugsweise von der als Zenerdiode bekannten
Art. Die Halbleiterdiode 88 ist in Serie mit den Begrenzungswicklungen 150 bis 160
des Magnetverstärkers 60 geschaltet. Die Serienschaltung wird über die Leitungen
232, 234 und 236 mit der in Sperrichtung in den Stromkreis geschalteten Diode 88
an den Widerstand 27 angeschlossen. Die Diode 88 ist eine gebräuchliche Type, die
in Sperrrichtung durchläßt, wenn die an die Diode gelegte Spannung einen vorgegebenen
Wert überschreitet. Mit anderen Worten: So lange die Spannung am Widerstand 27,
die sich mit dem Erregerstromfluß durch besagten Widerstand ändert, unterhalb einer
kritischen Durchbruchspannung bleibt, bleibt der Strom durch die Diode und die Begrenzungswicklungen
150 bis 160 des Magnetverstärkers 60 auf einem vernachlässigbar kleinen Wert. Wenn
jedoch der Erregerstromfluß durch den Widerstand 27 und die entsprechende Spannung
am Widerstancl27 einen vorgegebenen Wert überschreitet, überschreitet die Spannung
an der Diode 88 einen kritischen Wert, und der
Strom fließt durch
die Begrenzungswicklungen 150 bis 160 des Magnetverstärkers 60.
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Die Wirkung der Begrenzungseinrichtung 80 und der Einfluß besagter
Wirkung auf die Wirkung der Regeleinrichtung 30 wird jetzt betrachtet. Bei normalen
Betriebsbedingungen des Generators 10 und der Regeleinrichtung 30 hat die Begrenzungseinrichtung
80 keinen Einfluß auf die Wirkungsweise der Regeleinrichtung 30. Das rührt daher,
daß die Diode 88 in Sperrichtung in den Stromkreis geschaltet ist und keinen Stromfluß
in den Begrenzungswicklungen 150 bis 160 des Magnetverstärkers 60 zuläßt, solange
die Spannung am Widerstand 27 unter der kritischen zur Diode 88 gehörigen Durchbruchsspannung
bleibt. Wenn jedoch Kurzschlüsse oder fehlerhafte Betriebsbedingungen auf den Sammelschienen
14, 16 und 18 vorliegen und die Regeleinrichtung 30 versucht, die Ausgangsspannung
des Generators 10 auf einem im wesentlichen vorgegebenen Wert zu halten, erhöht
sich der Erregerstromfluß durch den Widerstand 27, den der Magnetverstärker 60 liefert,
und die entsprechende Spannung am Widerstand 27 steigt an, bis sie die kritische
Durchbruchsspannung der Diode 88 überschreitet. Bei solchen anomalen Betriebsverhältnissen
fließt der Strom vom oberen Ende des Widerstandes 27 über die Diode 88 und durch
die Begrenzungswicklungen 150 bis 160 des Magnetverstärkers 60. Der magnetische
Fluß, der von dem letzteren Stromfluß durch die Begrenzungswicklungen 150 bis 160
in den Eisenkernen 120 bis 130 hervorgerufen wird, ist, dem vom Stromfluß in den
zugehörigen Lastwicklungen 132 bis 142 erzeugten magnetischen Fluß entgegengerichtet
und verhindert so jeden weiteren Anstieg des Ausgangsstromes des Magnetverstärkers
60 und damit des Erregerstromes. Der Einfluß der Begrenzungseinrichtung 80 begrenzt
also den von der Regeleinrichtung 30 der Feldwicklung 12 des Generators 10 gelieferten
Erregerstrom auf einen im wesentlichen vorgegebenen Wert.
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Der Einfluß der Wirkungsweise der Begrenzungseinrichtung 80 auf die
Wirkungsweise der Regeleinrichtung 30 läßt sich besser verstehen, wenn man sich
auf die Kurven 410 und 420 der Fig. 3 bezieht. Die Kurve 410 stellt den Erregerstrom
dar, welcher der Feldwicklung 12 des Generators 10 durch die Regeleinrichtung 30
geliefert wird als Funktion des Ausgangsstromes des Generators 10 bei bestimmten
anomalen Betriebsbedingungen, wenn die Begrenzungseinrichtung 80 nicht vorhanden
ist. Es ist zu beachten, daß beim Fehlen der Begrenzungseinrichtung 80 die
Regeleinrichtung 30 einen unzulässig hohen Erregerstrom für die Feldwicklung
12 des Generators 10 liefert, da der Ausgangsstrom des besagten Generators sich
bei bestimmten anomalen Betriebszuständen erhöht. Die Kurve 420 zeigt den Erregerstrom,
welcher der Feldwicklung 12 des Generators 10 bei denselben anomalen Betriebsverhältnissen
geliefert wird, wenn eine Begrenzung durch das Arbeiten der Begrenzungseinrichtung
80 vorhanden ist. Vergleicht man die Kurven 410 und 420, so sieht man, daß der Einfluß
der Wirkungsweise der Begrenzungseinrichtung 80 auf die Wirkungsweise der Regeleinrichtung
30 darin besteht, den der Feldwicklung 12 des Generators 10 gelieferten Erregerstrom
bei bestimmten anomalen Betriebsverhältnissen auf einen viel geringeren Wert zu
begrenzen. Da das Drehmoment, das auf die Welle 31 des Generators 10 gegeben wird,
sich gleichfalls als eine Funktion des Erregerstromes oder mit dem Erregerstrom,
welcher der Feldwicklung 12 des Generators 10 bei gewissen anomalen Betriebsbedingungen
geliefert wird, ändert, besteht der Einfluß der Wirkungsweise der Begrenzungseinrichtung
80 darin, das Drehmoment, das der Welle des Generators 10 von der Antriebsmaschine
24 zugeführt wird, auf einen vorbestimmten Wert zu begrenzen. Die Kurve 310 stellt
als Funktion des Ausgangsstromes des Generators das Drehmoment dar., das der Welle
31 des Generators 10 durch die Antriebsmaschine 24 bei gewissen anomalen Betriebsverhältnissen
beim Fehlen der Begrenzungseinrichtung 80 zugeführt wird. Dagegen zeigt die Kurve
320 das Drehmoment, das der Welle des Generators, 10
von der Antriebsmaschine
24 zugeführt wird in Funktion des Ausgangsstromes besagten Generators bei denselben
anomalen Betriebsverhältnissen und bei Begrenzung durch die Begrenzungseinrichtung
80. Vergleicht man die Kurven 310 und 320, so sieht man, daß dem Einfluß der Begrenzungseinrichtung
80 darin besteht, das Drehmoment, das der Welle des Generators 10 von der Antriebsmaschine
24 bei bestimmten anomalen Betriebsverhältnissen zugeführt wird, auf einen viel
kleineren vorgegebenen Wert zu begrenzen, um so eine Beschädigung oder ein Abscheren
der mechanischen Kupplung zwischen der Antriebsmaschine 24 und der Welle 31 des
Generators 10 zu verhindern.
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Die Fig. 2 zeigt eine abgeänderte Ausführung der Erfindung. Im allgemeinen
ist die in Fig. 2 gezeigte Ausführung ähnlich der in Fig. 1 gezeigten. Lediglich
die Regeleinrichtung 30' einschließlich der Begrenzungseinrichtung 80' ist geändert.
Die Begrenzungseinrichtung 80' unterscheidet sich von der Begrenzungseinrichtung
80 nur in bezug auf die Art des verwendeten Begrenzungssignals. Das Begrenzungssignal
in der Begrenzungseinrichtung 80' ändert sich mit der Spannung an der Erregerfeldwicklung
22 des Erregers 20 und nicht mit dem Erregerstrom durch besagte Feldwicklung wie
in der Begrenzungseinrichtung 80. Der Widerstand 27 ist also weggelassen, wofür
die Leitung 232 an die eine Seite der Feldwicklung 22 und die Leitung 234 an die
andere Seite der Feldwicklung 22 geführt ist. Der Abgleich der Regeleinrichtung
30' ist derselbe wie bei der vorher beschriebenen Regeleinrichtung 30.
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Im großen und ganzen ist die Wirkungsweise der Regeleinrichtung 30'
ähnlich der der Regeleinrichtung 30 mit der Ausnahme, daß die begrenzende Wirkung
der Begrenzungseinrichtung 80' einsetzt, wenn die Spannung der Erregerfeldwicklung
22 des Erregers 20 einen vorgegebenen Wert überschreitet, wodurch der Stromfluß
durch die zugehörigem Begrenzungswicklungen 150 bis 160 des Magnetverstärkers 60
in der Regeleinrichtung 30' eingeleitet wird. Die in Fig. 1 gezeigte Ausführung
der Erfindung wird vorgezogen, da die begrenzende Wirkung der Begrenzungseinrichtung
80' in der Regeleinrichtung 30' auf den für die Feldwicklung 12 des Generators 10
gelieferten Erregerstrom und das zugehörige Drehmoment, das auf die Welle 31 des
Generators 10 durch die Antriebsmaschine 24 ausgeübt wird, leicht variieren würden
mit Änderungen im Widerstand der Erregerfeldwicklung 22 des Erregers 20 und mit
Änderungen der Umgebungstemperatur, in der das Gerät verwendet wird.
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Die Erkenntnisse der Erfindung sind auch für Erregersysteme zu verwenden,
die keinen getrennten
rotierenden Erreger haben, wie etwa den in
Fig. 1 und 2 der Zeichnungen gezeigten Erreger 20, sondern bei denen der
Erregerstrom direkt auf die Feldwicklung 12 des Generators 10 gegeben werden kann.
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Es ist selbstverständlich, daß die Erkenntnisse der Erfindung bei
ähnlichen Arten von Erregereinrichtungen verwendet werden können, bei denen man
die Erregung aus Mitteln erhält, die sowohl auf den Ausgangsstrom als auch auf die
Ausgangsspannung einer dynamoelektrischen Maschine, wie etwa eines Synchrongenerators,
ansprechen. Anstatt z. B., wie es geschehen ist, eine Regeleinrichtung von der Art
eines Magnetverstärkers zu verwenden, kann die Erregung auch von Regeleinrichtungen
gesteuert werden, die Elektronenröhren oder Halbleiteranordnungen verwenden, wie
etwa Transistoren, und die offenbarten Begrenzungseinrichtungen können dazu verwendet
werden, um die bei bestimmten Betriebsverhältnissen gelieferte Erregung zu begrenzen.
Es ist auch selbstverständlich, d'aß andere Typen von Halbleitergeräten, die eine
kritische Durchbruchspannung bei Betrieb in Sperrichtung in ihren Volt-Ampere-Kennlinien
haben, wie etwa Doppelbasisdioden, ähnlich an Stelle der Halbleiterdiode 88 verwendet
werden können. Es können auch eine oder mehrere herkömmliche Dioden an Stelle der
Halbleiterdiode 88 in einer besonderen Anordnung verwendet werden, bei der besagte
Dioden in Durchlaßrichtung geschaltet werden und bei denen die Schwellspannung besagter
Dioden dazu dient, einen Stromfluß in den zugehörigen Begrenzungswicklungen 150
bis 160 des Magnetverstärkers 60 zu verhindern, bis das auf besagte Dioden gegebene
Begrenzungssignal einen vorgegebenen Wert überschreitet.
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Die Einrichtung gemäß der Erfindung hat die Vorteile, daß der Erregerstrom,
der von einer Erregereinrichtung und ihrer zugehörigen Regeleinrichtung geliefert
wird, bei normalen Betriebsbedingungen nicht begrenzt oder beeinflußt wird. Bei
gewissen anomalen Betriebsverhältnissen wird jedoch durch die Begrenzungsmittel
der Erregerstrom der dynamoelektrischen Maschine, ebenso wie das Drehmoment, das
auf die Welle der Maschine durch die zugehörige Antriebsmaschine gegeben wird, auf
im wesentlichen vorgegebene Werte begrenzt und so eine Beschädigung der mechanischen
Kupplung zwischen besagter Antriebsmaschine und der Welle besagten Generators verhindert.