DE1273686B - Measuring transducer for recording the rotor angle of synchronous machines - Google Patents

Description

Meßwertgeber zur Erfassung des Polradwinkels von Synchronmaschinen Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Meßwertgeber zur Bildung einer Ausgangsgröße, abhängig vom Polradwinkel einer Synehronmaschine, unter Verwendung eines Polradwinkel-Meßgerätes, dessen Ausgangsgröße eine Impulsspannung mit konstanter Impulsamplitude und dem Polradwinkel proportionaler Impulsdauer ist.Measuring transducer for recording the rotor angle of synchronous machines The present invention relates to a transducer for forming a Output variable, depending on the rotor angle of a Synehron machine, using of a pole wheel angle measuring device, the output variable of which is a pulse voltage with a constant Pulse amplitude and the rotor angle is proportional to the pulse duration.

Der Mittelwert der Ausgangsgröße des Polradwinkel-Meßgerätes verläuft also mit wachsendem Betrag des Polradwinkels nach einer Dreiecksfunktion, deren Periode mit einem Winkelbereich von 3600 des Polradwinkels übereinstimmt. Dieser Verlauf der Ausgangsgröße des Polradwinkel-Meßgerätes eignet sich insbesondere zur Stabilisierung von Synchronmaschinen, die als Phasenschieber eingesetzt werden. Will man jedoch Synchronmaschinen regeln, die durch Kraftmaschinen angetrieben werden, so wird häufig eine von der Dreiecksfunktion abweichende, gebrochen lineare Funktion mit Schwellwert und gegebenenfalls eine Amplitudenbegrenzung gewünscht. The mean value of the output variable of the rotor angle measuring device runs so with increasing amount of the pole wheel angle according to a triangle function, whose Period coincides with an angular range of 3600 of the rotor angle. This The course of the output variable of the pole wheel angle measuring device is particularly suitable for Stabilization of synchronous machines that are used as phase shifters. However, if you want to control synchronous machines that are driven by prime movers, a broken-linear function that deviates from the triangular function is often used with a threshold value and, if necessary, an amplitude limitation is desired.

Eine derartige Funktion zur Beeinflussung der Erregung einer Synchronmaschine ist in F i g. 1 dargestellt. Auf der Waagerechten sind fortlaufend Werte des Polradwinkels und auf der Senkrechten ist die gewünschte Ausgangsspannung eingetragen. Such a function for influencing the excitation of a synchronous machine is in Fig. 1 shown. The values of the rotor angle are continuously on the horizontal and the desired output voltage is plotted on the vertical.

Es wird nun verlangt, daß das Gerät bei Polradwinkelwerten, die noch innerhalb der Stabilitätsgrenze des Normalbetriebes liegen, kein Eingreifen des Winkelreglers zur Stabilisierung bewirkt. Wie aus der F i g. 1 zu ersehen ist, ist im Bereich von Null bis zu einem PolradwinkelG,, der im allgemeinen kleiner als 900 ist, keine Ausgangsgröße am Meßwertgeber vorhanden, d. h., der Mittelwert der Ausgangsspannung ist Null. Bei Abweichungen des Polradwinkels über den gegebenen Winkelwert dg hinaus steigt die Ausgangsspannung mit größer werdender Abweichung linear bis zu einem Endwert an. Die Erregung des Synchrongenerators wird proportional zu diesem Anstieg verstärkt und erreicht somit beim Winkelwert dg + a ihren Maximalwert. Einen stärkeren Einfluß auf die Erregung als mit dem durch diesen Maximalwert gegebenen Wert kann der Meßwertgeber nicht erzielen. Dies wird gewünscht, um große Blindlaststöße auf das Netz zu vermeiden.It is now required that the device be used for pole wheel angle values that are still lie within the stability limit of normal operation, no intervention by the Angle regulator causes stabilization. As shown in FIG. 1 can be seen is in the range from zero to a pole wheel angle G ,, which is generally smaller than 900 is, there is no output variable on the transducer, i. i.e., the mean of the Output voltage is zero. If the rotor angle deviates from the given In addition to the angular value dg, the output voltage increases as the deviation increases linearly up to a final value. The excitation of the synchronous generator becomes proportional amplified towards this increase and thus reaches its maximum value at the angle value dg + a. A stronger influence on the arousal than that given by this maximum value The transmitter cannot achieve a value. This is desired in order to avoid large surges in reactive loads to avoid the grid.

Die normale Stabilisierungsregelung läuft in dem bisher angegebenen Bereich bei negativen und positiven Abweichungen des Polradwinkels ab. Weicht der Polradwinkel mehr als bisher angegeben ab, so rutscht das Polrad durch, und die Synchronisierung ist erst wieder bei Abweichungen von + 3600 ei. möglich. Mit Hilfe des neuen Meßwertgebers ist es möglich, die geforderte gebrochen lineare Funktion mit Schwellwert und Amplitudenbegrenzung nachzubilden.The normal stabilization control runs in the one specified so far Range for negative and positive deviations in the rotor angle. The Pole wheel angle more than previously indicated, so the pole wheel slips through, and the Synchronization is only effective again when there are deviations of + 3600. possible. With help of the new transmitter it is possible, the required fractional linear function to simulate with threshold value and amplitude limitation.

Die Bildung einer derartigen Funktion nach der Fig. 1 erfolgte bisher auf bekannte Weise durch Diodenbegrenzer. Hierzu mußte die Ausgangsspannung durch RC-Olieder auf ihren Mittelwert geglättet werden. Durch die Glättungseinrichtung wird aber in den Regelkreis eine unter Umständen unerwünschte Zeitkonstante von etwa 100 msec eingeführt. Andererseits weist der Regelkreis schon üblicherweise genügend große Zeitkonstanten auf, die eine Glättung der Impulsspannung übernehmen können. Durch die im folgenden beschriebene neue Lösung wird hier Abhilfe geschaffen. Sie besteht erfindungsgemäß darin, daß der Ausgang des Polradwinkel- Meßgerätes über mindestens drei Übertragungskanäle mittelbar oder unmittelbar an ein Und-Gatter angeschlossen ist, daß zwei Kippstufen mit einstellbarem Zeitverhalten jeweils in einen der Ubertragungskanäle - gegebenenfalls zusätzlich zu weiteren logischen Schaltelementen - eingeschaltet sind und daß die Schaltung so getroffen ist, daß ein Ausgangssignal am Ende des einen Übertragungskanals mit Kippstufe erst nach einer bestimmten Zeit auftritt und am Ende des anderen Übertragungskanals mit Kippstufe nach einer bestimmten Zeit nach Auftreten des Eingangssignals verschwindet, so daß am Ausgang der gesamten Schaltung lediglich im Überlappungsbereich der Ausgangsspannungen der beiden Kippstufenkanäle die dem Polradwinkel proportionale Impulslängenänderung wirksam ist. The formation of such a function according to FIG. 1 has taken place so far in a known way by means of diode limiters. For this the output voltage had to go through RC oil members are smoothed to their mean value. Through the smoothing device however, a possibly undesirable time constant of introduced about 100 msec. On the other hand, the control loop usually already has sufficiently large time constants that smooth the pulse voltage can. The new solution described below provides a remedy here. According to the invention, it consists in that the output of the pole wheel angle measuring device directly or indirectly to an AND gate via at least three transmission channels is connected that two flip-flops with adjustable time behavior each in one of the transmission channels - possibly in addition to further logic switching elements - Are switched on and that the circuit is made so that an output signal at the end of one transmission channel with trigger stage only after a certain time occurs and at the end of the other transmission channel with trigger stage after a certain Time after the occurrence of the input signal disappears, so that at the output of the entire Switching only in the overlap area of the output voltages of the two flip-flop channels the pulse length change proportional to the rotor angle is effective.

Zur näheren Erläuterung wird auf die Ausführungsbeispiele in den Fig 2 und 3 verwiesen; es zeigt Fig. 2 in einem Blockschaltbild die beiden Übertragungskanäle mit den eingeschalteten Kippstufen und zwei Und-Gliedern, F i g. 3 eine Ausführung mit drei Übertragungskanälen und einem Und"Glied mit drei Eingängen. For a more detailed explanation, reference is made to the exemplary embodiments in FIGS 2 and 3 referenced; FIG. 2 shows the two transmission channels in a block diagram with the switched on flip-flops and two AND terms, F i g. 3 shows an embodiment with three transmission channels and an "AND" element with three inputs.

Die Anordnung nach F i g. 2 ist mit der Klemme 1 an den Ausgang des Meßgerätes angeschlossen. Von der Klemme 1 führt ein erster Übertragungskanat direkt zum ersten Eingang 3 a eines Und-Gatters 3, während ein zweiter Übertragungskanal 4 über eine Kippstufe 5 und eine Umkehrstufe 6 mit dem zweiten Eingang 3(3 des Und-Gatters 3 verbunden ist. Die Einstellung des Zeitwertes der Kippstufe 5 kann durch Beschalten seiner beiden Anschlußklemmen 5 a und 5b erfolgen. An den Ausgang des Und-Gatters 3 sind wiederum zwei Übertragungskanäle angeschlossen, von denen der Übertragungskanal 7 direkt mit dem ersten Eingang 8 a des Und-Gafters 8 und der zweite Übertragungskanal 9 über eine Kippstufe 10 mit dem zweiten Eingang 8b des Und-Gatters 8 verbunden ist. Der Zeitwert der Kippstufe 10 kann wiederum durch Beschalten der Anschlußklemmen 10a und 10b eingestellt werden. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Kippstufen 5 und 10 so aufgebaut, daß sie bei Anlegen eines Eingangssignals für eine bestimmte einstellbare Zeit ein Ausgangssignal abgeben. Um zu erreichen, daß am Eingang 3b in Fig. 2 (und am Eingang 12b in Fig. 3) bei Anstehen eines Eingangssignals an der Klemme 1 zunächst für eine bestimmte Zeit kein Signal vorhanden ist, ist der Kippstufe 5 die Umkehrstufe 6 nachgeschaltet. The arrangement according to FIG. 2 is connected to terminal 1 at the output of the Measuring device connected. A first transmission channel leads directly from terminal 1 to the first input 3 a of an AND gate 3, while a second transmission channel 4 via a flip-flop 5 and an inverter 6 with the second input 3 (3 of the AND gate 3 is connected. The setting of the time value of flip-flop 5 can be done by wiring its two terminals 5 a and 5 b. At the exit of the AND gate 3, in turn, two transmission channels are connected, one of which is the transmission channel 7 directly to the first input 8 a of the And-Gafters 8 and the second transmission channel 9 is connected to the second input 8b of the AND gate 8 via a flip-flop 10 is. The time value of the flip-flop 10 can in turn by connecting the terminals 10a and 10b can be set. In the present exemplary embodiment, the flip-flops are 5 and 10 constructed so that when an input signal is applied for a certain emit an output signal at an adjustable time. To achieve that at the entrance 3b in Fig. 2 (and at the input 12b in Fig. 3) when there is an input signal at the Terminal 1 is initially no signal for a certain time, is the flip-flop 5 is followed by the reversing stage 6.

Die Wirkungsweise der Schaltung ist folgende: Am Eingang 1 der Anordnung nach F i g. 2 liegt, herrührend von dem Meßgerät zur Erfassung des Polradwinkels, eine Impulsspannung konstanter Amplitude an, deren Impulsbreite direkt proportional dem Betrag des Polradwinkels ist. Diese Impulsspannung liegt gleichzeitig am Eingang 3 a des Und-Gatters 3 über den Übertragungskanal 2 an. Bei Auftreten eines Impulses wird im ttbertragungskanal 4 die Kippstufe angeregt und verbleibt während einer durch die Beschaltung der Anschlußklemmen 5a, 5b festgelegten Zeit im »Auf«-Zustand, d. h., während dieser Zeit wird ein Signal an die Umkehrstufe 6 gegeben. Die Umkehrstufe 6 ihrerseits gibt somit während dieser Zeit kein Signal an den zweiten Eingang 3b des Und-Gatters 3. Ist die in der Kippstufe vorgegebene Zeit verstrichen und steht gleichzeitig noch ein Signal an der Eingangsklemme 1 an, so sind beide Eingänge 3 a, 3b des Und-Gatters 3 besetzt, und das Und-Gatter 3 gibt für die Restdauer des Eingangsimpulses ein Ausgangssignal ab. Dieses Ausgangssignal wird über den Übertragnngskanal 7 dem Eingang 8a des Und-Gatters 8 zugeführt. Im Übertragungskanal 9 wird gleichzeitig die Kippstufe 10 angeregt und bleibt in ihrer Öffnungsstellung für die Zeit, die durch Beschalten der Anschlußklemmen 10a und 10 b eingestellt wurde, d.h., am Eingang 8b des Und-Gatters 8 steht ebenfalls eine Spannung an. Somit gibt das Und-Gatter8 so lange ein Ausgangssignal ab, bis entweder das Eingangssignal beendet ist oder bis die in der KippstufelO eingestellte Zeit abgelaufen ist. The mode of operation of the circuit is as follows: At input 1 of the arrangement according to FIG. 2, originating from the measuring device for recording the pole wheel angle, a pulse voltage of constant amplitude, the pulse width of which is directly proportional is the amount of the pole wheel angle. This pulse voltage is also applied to the input 3 a of the AND gate 3 via the transmission channel 2. When an impulse occurs the trigger stage is excited in the transmission channel 4 and remains during a by the wiring of the connection terminals 5a, 5b determined time in the "open" state, d. That is, during this time a signal is given to the inverter 6. The reverse stage 6 for its part therefore gives no signal to the second input 3b during this time of the AND gate 3. If the time specified in the flip-flop has elapsed and has stopped At the same time a signal is still applied to input terminal 1, both inputs are 3 a, 3b of the AND gate 3 occupied, and the AND gate 3 gives for the remaining duration of the Input pulse from an output signal. This output signal is transmitted via the transmission channel 7 is fed to the input 8a of the AND gate 8. In the transmission channel 9 is simultaneously the tilting stage 10 excited and remains in its open position for the time that by connecting terminals 10a and 10b, i.e. at the input 8b of the AND gate 8 is also under voltage. So the AND gate gives 8 an output signal until either the input signal has ended or until the time set in the tilting stage has expired.

Die Beziehung zwischen den Winkelwerten 8 nach F i g. 1 und der Zeiteinstellung der Kippstufen 5 und 10 ist durch folgende Zusammenhänge gegeben: Das Polradwinkel-Meßgerät liefert eine Ausgangsspannung mit konstanter Im puls amplitude, bei der eine bestimmte Impulsbreite einem bestimmten Polradwinkel entspricht. Da den Impulsbreiten Winkelwerte zugeordnet sind, entsprechen die in den Kippstufen 5 und 10 eingestellten Zeiten ebenfalls bestimmten Winkelwerten. In der Kippstufe 5 wird eine Zeit eingestellt, die dem Winkelwert dg, und in der Kippstufe 10 wird eine Zeit eingestellt, die dem Winkelwert dw entspricht. Solange die Impulsdauer kleiner ist als die in der Kippstufe 5 eingestellte Zeit, steht am Ausgang 3 c kein Signal an. Am Ausgang 3 c steht während der Impuls dauer am Eingang 1 nur ein Signal an für die Zeit, die größer ist als die in der Kippstufe 5 eingestellte Zeit. Nur während dieser die eingestellte Zeit in der Kippstufe 5 übersteigenden Dauer des Eingangsimpulses wird über den tZbertragungskanal 7 dem Eingang 8 a des Und-Gatters ein Signal zugeführt. Am Eingang 8b steht ein Signal nur für die Impulsdauer am Ausgang des Und-Gatters 3 an, jedoch höchstens für die Zeit, die der in der Kippstufe 10 eingestellten Zeit entspricht. Somit steigt am Ausgang 8c des Und-Gatters 8 die Impulsdauer und damit der Mittelwert der Ausgangsspannung mit steigendem Polradwinkel an, bis zu einem durch die Kippstufe 10 gegebenen Wert, der nicht überschritten wird. Der Mittelwert der Ausgangsspannung entspricht somit einer gebrochen linearen Funktion mit Schwellwert und Amplitudenbegrenzung. The relationship between the angle values θ according to FIG. 1 and the time setting the flip-flops 5 and 10 is given by the following relationships: The pole wheel angle measuring device provides an output voltage with a constant pulse amplitude at which a certain Pulse width corresponds to a certain rotor angle. As the pulse width angle values assigned the times set in toggle levels 5 and 10 also correspond certain angle values. In the flip-flop 5, a time is set that the Angle value dg, and in the flip-flop 10 a time is set that corresponds to the angle value dw corresponds to. As long as the pulse duration is shorter than that set in flip-flop 5 Time, there is no signal at output 3c. The pulse is at output 3c only lasts a signal at input 1 for the time that is greater than that in the Tilt level 5 set time. Only during this the set time in the tilting stage The duration of the input pulse exceeding 5 is transmitted via the transmission channel 7 to the Input 8 a of the AND gate is supplied with a signal. There is a signal at input 8b only for the pulse duration at the output of the AND gate 3, but at most for the Time that corresponds to the time set in flip-flop 10. Thus increases on Output 8c of AND gate 8 is the pulse duration and thus the mean value of the output voltage with increasing rotor angle, up to a value given by the flip-flop 10, which is not exceeded. The mean value of the output voltage thus corresponds to a broken linear function with threshold value and amplitude limitation.

In Fig.3 ist wieder der an das Polradwinkel-Meßgerät angeschlossene Eingang mit 1 bezeichnet. In Fig.3 is again connected to the pole wheel angle measuring device Input labeled 1.

Von diesem Eingang führen drei Übertragungskanäle 2, 4 und 11 zu drei Eingängen 12 a, 12b, 12 d eines Und-Gatters 12. Der Ausgang des Und-Gatters 12 ist mit 12 c bezeichnet. Die Übertragungskanäle 2 und 4 entsprechen den bereits in F i g. 2 beschriebenen. Der Übertragungskanal 11 entspricht dem Obertragungskanal9, mit dem Unterschied, daß in der Kippstufe 10 nunmehr ein Zeitwert eingestellt ist, der der Summe der Winkelwerte dg + dw zugeordnet ist.From this input three transmission channels 2, 4 and 11 lead to three Inputs 12 a, 12b, 12 d of an AND gate 12. The output of the AND gate 12 is labeled 12 c. The transmission channels 2 and 4 correspond to those already in F. i g. 2 described. The transmission channel 11 corresponds to the transmission channel 9, with the difference that a time value is now set in flip-flop 10, which is assigned to the sum of the angle values dg + dw.

Die Wirkungsweise der Anordnung nach F i g. 3 stimmt mit der nach Fig. 2 überein. Es sind lediglich die beiden Und-Gatter 3 und 8 durch ein gemeinsames Und-Gatter 12 mit drei Eingängen ersetzt.The mode of operation of the arrangement according to FIG. 3 agrees with the after Fig. 2 coincides. There are only the two AND gates 3 and 8 through a common one AND gate 12 replaced with three inputs.

Mit Hilfe der Schaltungsalgebra können dem Prinzip nach der Erfindung entsprechende, von den angegebenen Ausführungsbeispielen abweichende Schaltungen mit logischen Bauelementen aufgebaut werden. With the help of the circuit algebra, the principle according to the invention corresponding circuits differing from the specified exemplary embodiments be built with logical components.

Wie aus den vorhergehenden Erläuterungen hervorgeht, stellen die Anordnungen nach F i g. 2 und 3 zu jedem am Eingang 1 anstehenden Winkelwert ohne zusätzliche Zeitverzögerung den entsprechenden Funktionswert nach F i g. 1 ein. As can be seen from the previous explanations, the Arrangements according to FIG. 2 and 3 for each angle value present at input 1 without additional time delay the corresponding function value according to FIG. 1 a.

Claims (3)

Patentansprüche: 1. Meßwertgeber zur Bildung einer Ausgangsgröße, abhängig vom Polradwinkel einer Synchronmaschine unter Verwendung eines Polradwinkel-Meßgerätes, dessen Ausgangsgröße eine Impulsspannung mit konstanter Impuls amplitude und dem Polradwinkel proportionaler Impulsdauer ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Polradwinkel-Meßgerätes (1) über mindestens drei Übertragungskanäle (2, 4, 9, 7 oder 2, 4, 11) mittelbar oder unmittelbar an ein Und-Gatter (8 oder 12) angeschlossen ist, daß zwei Kippstufen (5, 10) mit einstellbarem Zeitverhalten jeweils in einem der Übertragungskanäle (4, 9 oder 4, il)- gegebenenfalls zusätzlich zu weiteren logischen Schaltelementen (Umkehrstufe 6) - eingeschaltet sind und daß die Schaltung so getroffen ist, daß ein Ausgangssignal am Ende des einen Übertragungskanals mit Kippstufe (4) erst nach einer bestimmten Zeit auftritt und am Ende des anderen Übertragungskanals mit Kippstufe (11 oder 9) nach einer bestimmten Zeit nach Auftreten des Eingangssignals verschwindet, so daß am Ausgang der gesamten Schaltung lediglich im Uberlappungsbereich der Ausgangsspannungen der beiden Kippstufenkanäle die dem Polarwirkel proportionale Impulslängenänderung wirksam ist. Claims: 1. Transmitter for generating an output variable, depending on the pole wheel angle of a synchronous machine using a pole wheel angle measuring device, whose output variable is a pulse voltage with constant pulse amplitude and the Pole wheel angle proportional pulse duration is characterized in that the output of the rotor angle measuring device (1) via at least three transmission channels (2, 4, 9, 7 or 2, 4, 11) directly or indirectly connected to an AND gate (8 or 12) is that two flip-flops (5, 10) with adjustable time behavior each in one of the transmission channels (4, 9 or 4, il) - possibly in addition to others logic switching elements (reversing stage 6) - are switched on and that the circuit is made so that an output signal at the end of a transmission channel with Flip-flop (4) only occurs after a certain time and at the end of the other transmission channel with flip-flop (11 or 9) after a certain time after the occurrence of the input signal disappears, so that at the output of the entire circuit only in the overlap area of the output voltages of the two flip-flop channels are proportional to the polar effect Pulse length change is effective. 2. Meßwertgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Kippstufe, die ein Ausgangssignal verzögert abgibt, die Reihenschaltung einer Umkehrstufe (6) mit einer Kippstufe (5) vorgesehen ist, die bei Anlegen eines Eingangssignals für eine einstellbare Zeit ein Ausgangssignal abgibt. 2. Transmitter according to claim 1, characterized in that as Flip-flop, which emits an output signal with a delay, the series connection of an inverter (6) with a tilting step (5) is provided when an input signal is applied emits an output signal for an adjustable time. 3. Meßwertgeber nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an den Ausgang des Polradwinkel-Meßgerätes (1) zwei tlbertragungskanäle (2, 4) angeschlossen sind, von denen einer unmittelbar und der andere über eine verzögert ansprechende Kippstufe (5, 6) an ein Und-Gatter (3) angeschlossen ist, und daß dem Ausgang des Und-Gatters (3) ebenfalls zwei Übertragungskanäle (7, 9) nachgeschaltet und an die Eingänge eines Und-Gatters (8) angeschlossen sind, von denen einer die verzögert abschaltende Kippstufe (10) enthält. 3. Transmitter according to claim 1 or 2, characterized in that two transmission channels (2, 4) are connected to the output of the rotor angle measuring device (1) are one of which is responsive immediately and the other via a delayed response Flip-flop (5, 6) is connected to an AND gate (3), and that the output of the And gates (3) also have two transmission channels (7, 9) connected downstream and to the Inputs of an AND gate (8) are connected, one of which is delayed contains disconnecting trigger stage (10).