DE2011671A1

DE2011671A1 - Erregungsanordnung für Synchronmaschinen

Info

Publication number: DE2011671A1
Application number: DE19702011671
Authority: DE
Inventors: Masaomi Dipl.-Ing.; Yokokawa Sumio Dipl.-Ing.; Kawasaki Nagae (Japan)
Original assignee: Fuji Electric Co.Ltd., Kawasaki (Japan)
Priority date: 1969-03-13
Filing date: 1970-03-12
Publication date: 1970-10-01
Also published as: GB1306148A; JPS5017645B1; US3619761A

Description

ErregungsanordnuniBi; für Synchronmaschinen

Bei der Erregung von Synchronmaschinen wird zur 'schnellen Erregungsanpassung "bei Laststößen und zur Vermeidung besonderer Hilf^energiequellen die Erregerwicklung der Synchronmaschine an eine aus der Spannung der Synchronmaschine selbst gewonnene Spannung über Gleichrichter oder Stromrichter angeschlossen. Dabei wird die aus der Spannung der zu erregenden Synchronmaschine .entnommene Spannung aus einer spannungsproportionalen und einer stromproportionalen Größe vektorisch zusammengesetzt. Hierdurch erreicht man, daß die an die Erregerwicklung gegebene gleichgerichtete Spannung weitgehend mit der bei dem Jeweiligen Belastungszustand der Synchronmaschine notwendigen Spannung übereinstimmt. Zur Ausregelung der dabei auftretenden Ungenauigkeiten lassen sich nun gesteuerte Stromrichter zur Gleichrichtung der aus der Maschinenspannung und dem Maschinenstrom . gewonnenen Erregerspeisespannung verwenden.

Die Erfindung bezieht sieh auf eine Erregungsanordnung, für .Synchronmaschinen mit einer über eine Stromrichtersehaltung mit gesteuerten Stromrichtern an die Erregerwicklung angeschlossenen spannungs- und stromproportionalen elektrischen Größe und einem von Ist- und Soll-Größe für die Maschinenspannung abhängigen Regler sowie einem Steuersatz zur Bereitstellung der Steuerimpulse für die Stromrichter.

Zur Erregung von Synchronmaschinen, insbesondere von Synchrongeneratoren werden im Kurzschlußfalle des Netzes je nach der Zeitdauer des Kurzschlusses die entsprechenden Schalter z.B.-durch die Überstromrelais ausgelöst, um den Generator bzw. das störende Hetz abzuschalten·· Hierzu muß.der Generator auch im Kurzachlußfalle nicht sofort entregt werden, sondern zunächst einen Kurzschlußstroffi zum Ansprechen der Schutzrelais erzeugen.

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Es muß daher ein Erregerstrom aufrechterhalten werden, auch um die Synchronisierung der Maschine zum Netz beim Wiederkehren der Netzspannung zu vereinfachen. Da aber der Spannungs- oder Blindleistungsregler und der Steuersatz für die Stromrichter seine Speisespannung vom Netz erhält, fällt im Kurzschlußfalle des Netzes die Speisespannung ganz aus, so daß den Stromrichtern keine Zündimpulse zugeführt werden können. Bei der Erregungsanordnung von selbsterregten Doppelschlußmaschinen in Spannungsadditionsschaltung, wobei die Stromrichter in Lieihe mit der Erregerwicklung der Maschine geschaltet werden, bedeutet die Sperrung der Stromrichter meistens das Unterbrechen des Erregerstromes, so daß auch der Kurzschlußstrom nicht fließen kann. Das Stromrelais kann dann nicht mehr arbeiten, und die Maschine muß beim Wiederkehren der Netzspannung nach der Zunahme des Erregerstromes durch die Selbsterregung wieder von Neuem synchronisiert werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Erregungsarordnung zu schaffen, die auch im Kurzschlußfalle des Netzes in einfacher Weise die Steuerung der Stromrichter für die Erregung ermöglicht, so daß der Erregerstrom aufrecht erhalten wird und die Maschine einen zum Ansprechen der Überstromrelais ausreichenden Kurzschlußstrom führen kann. Sie ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Hilfsspannungseingänge für den Regler und den Steuersatz der Stromrichter an die Sekundärwicklung eines an die ■ Spannung der Synchronmaschine angeschlossenen Transformators angeschlossen sind, daß im Steuerstromkreis für die Stromrichter ein Umschalter liegt, der nur bei ausreichender Spannung an den Klemmen der Synchronmaschine eine Verbindung zwischen den Stromrichtern und dem Ausgang des Reglers bzw. des Steuersatzes herstellt und daß über die bei Unterschreiten eines bestimmten Spannungswertes der Spannung an der Synchronmaschine geschlossenen Kontakte des Umschalters ein weiterer, die Stromrichter voll durchsteuernder Steuersatz in den Steuerkreis der Stromrichter eingeschaltet und mit seinem Hilfsspannungseingang an die Sekundärwicklung eines weiteren Transformators angeschlossen ist, dessen Primärwicklung an einer SpannungsqueLLe mit vom Strom der Synchronmaschine abhängiger Komponente liegt.Ein besondere?r Vorteil ergibt rieh, wenn zur l'peisunr; dea welLcf'en Für den ausiHtsülichfin iVtBiiernati; vorgesehenen

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Transformators ein Stromwandler verwendet wird, der verschieden ist von dem für die stromproportionale· Erregergröße verwendeten Stromwandler,, da die so gewonnene Spannung keine durch die Stromrichter verursachten Oberwellen besitzt und daher "besser zur Gewinnung der Steuerimpulse für die gesteuerten Stromrichter im Erregerkreis verwendet werden kann.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den tJbersichtsschaltbilderh der Fig. 1 und 2 dargestellt* In Fig. 1 ist an ein Netz. 1 eine Synchronmaschine 2, z.B. ein Synchrongenerator angeschlossen. Diese Synchronmaschine besitzt eine Erregerwicklung 6_V die über einen Transformator 3* einen Stromwandler mit luftspalt und eine Brückenschaltung mit gesteuerten Stromrichtern 5 ebenfalls mit dem Netz 1 verbunden ist. Der Transformator 3 dient zur Gewinnung einer der Klemmenspannung der Maschine proportionalen Spannung, während vom Stromwandler 4 eine dem Laststrom der Maschine proportionale Spannung abgenommen wird. Diese Spannungen werden vektorisch zusammengesetzt und die so gebildete Spannung wird über Stromrichter 5 gleichgerichtet und der Erregerwicklung 6 der Synchronmaschine 2 zugeführt. Außerdem ist ein Spannungswandler 7 vorgesehen, der die Klemmenspannung der Maschine erfaßt. Ein Stromwandler 8 dient zur Erfassung des Laststromes der Maschine. Die.Istwerte, die von den beiden Wandlern erfaßt werden,werden am Vergleichsgerät■. 9 mit den jeweiligen Sollwerten verglichen. Dem Vergle,ichsgerät 9 ist ein Regler TO, beispielsweise ein Spannungsregler, nachgeschaltet. Der Steuersatz 11..erhält seine Stellbefehle vom Ragler 10 und gibt Zündimpulse an die Stromrichter ab. Die Hilfsspannungseingänge des Reglers 10 und des Steuersatzes 11 sind an die Sekundärwicklung des Transformators 3 angeschlossen, so daß an diesen Eingängen eine der Klemmenspannung der Synchronmaschine 2 entsprechende Spannung ansteht, die unabhängig von der jeweiligen Belastung der Synchronmaschine im wesentlichen konstant bleibt und einen geringen Oberwellenanteil besitzt. .

Tritt bei dieser Erregeranordnung ein Kurzschluß des Netzes auf, so fällt die Netzspannungganz aus oder soweit ab, daß der Heg!·©!· 10 und der Steuersatz 11 nicht mehr wirken können, so daß den Stromrichtern b keine Zündimpulse gegeben werden. Die

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Sperrung der Stromrichter 5 "bedeutet hierbei ein Unterbrechen des Erregerstromes zur Erregerwicklung 6, denn die Stromrichter 5 sind in der Erregungsanordnung in Spannungsadditionsschaltung in Reihe mit der Erregerwicklung 6 geschaltet. Um hierbei den 'Ausfall der Speisespannung für den Regler 10 und den Steuersatz 11 zu vermeiden, könnte man, wie in Fig. 1 gestrichelt dargestellt - der Maschine 2 einen Permanentmagnetgenerator 13 zuschalten, der auch beim Ausfall der Netzspannung die beiden Teile speisen kann. Dies ist aber sehr aufwendig.

Gemäß der Erfindung ist zusätzlich ein weiterer Transformator vorgesehen, dessen Sekundärwicklung mit einem weiteren Steuersatz 15 \jrbunden ist. Der Steuersatz 15, bestehend aus einem Widerstand 17, einem Kondensator 20, zwei Dioden 18 und 21 sowie einer Zenerdiode 19, kann an seinem Ausgang eine rechteckige Halbwellenspannung liefern. Außerdem ist an der Sekundärseite des Spannungswandlers 7 ein Spannungsrelais 16 angeordnet, das anspricht, wenn die Fetzspannung einen bestimmten Wert unterschreitet und das seinen Kontakt 16a umschalten kann. Dadurch werden die Ausgangssignale des Steuersatzes 15 über eine leitung 15a den Impulstransformatoren 5a der Stromrichter 5 zugeführt, so daß die Stromrichter 5 voll durchgesteuert werden.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist zusätzlich eine Reihenschaltung aus einem Spannungswandler 3a und einem Stromwandler 4a mit Luftspalt vorgesehen, die mit der Primärseite des zusätzlichen Transformators 14 verbunden ist. Die anderen Teile tragen die gleichen Bezugszeichen. Diese Anordnung besitzt den Vorteil, daß die so zusammengesetzte Spannung keine Verzerrung durch Oberwellen aufweist, da der Reihenschaltung keine Gleichrichteranordnung zugehört, so daß sich stets Zündimpulse in der gewünschten Phasenlage ergeben. Für den zusätzlichen Steuersatz 15 ist eine Soll- und Istwerterfassung nicht notwendig, da er nur bei sehr niedriger Spannung an der Synchronmaschine 2 wirksam ist und so allein die Aufgabe hat, die Stromrichter 5 voll durchzusteuern, um an die Erregerwicklung der Synchronmaschine 2 eine möglichst große Erregerspannung zu geben.

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diese Weise werden bei der erfindungsgemäßen Anordnung die Stromrichter auch im Kurzschlußfalle des Netzes, d.h. beim Zusammenbruch der Netzspannung durchgesteuert, so daß der Erregerstrom aufrechterhalten wird und damit der gewünschte Kurzschlußstrom fließen kann. Hierdurch wird sowohl das Ansprechen des Stromrelais "z.B. für selektive Abschaltung als auch die bessere Synchronisierung der Maschine zum Netz beim Wiederkehren der Netzspannung gewährleistet. Durch den einfachen Aufbau des zusätzlichen Steuersatzes läßt sich mit besonders geringem Aufwand die Durchsteuerung der Stromrichter 5 im Kurzschlußfalle verwirklichen.

Im Ausführungebeispiel nach Hg. 1 wird dem zusätzlichen Steuersatz 15 eine aus Strom-*· und Spannung der Synchronmaschine zusammengesetzte Spannungzugeführt, wodurch der Steuersatz 15 Zündimpulse abgeben kann, deren Phasenlage der Speisespannung für die Stromrichter 5 entspricht. Man kann aber auch allein mit der dem Laststrom eier Maschine entsprechenden Spannung den Steuersatz 15 steuern, da sich die Phasenverschiebung durch die dann geringe. Spannung im Hetz f entweder vernachlässigen oder durch phasendrehende Elemente im Steuersatz 15 pauschal berücksichtigen läßt.

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Claims

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Patentansprüche i

Erregungsanordnung für Synchronmaschinen mit einer über eine Stromrichterschaltung mit gesteuerten Stromrichtern an die Erregerwicklung angeschlossenen spannungs- und stromproportionalen elektrischen Größe, einem von Ist- und Soll-Größe für die Maschinenspannung abhängigen Regler sowie einem Steuersatz zur Bereitstellung der Steuerimpulse für die Stromrichter, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsspannungseingänge für den Regler (10) und den Steuersatz (11) der Stromrichter (5) an die Sekundärwicklung eines an die Spannung der Synchronmaschine (2) angeschlossenen Transformators angeschlossen ist, daß im Steuerstromkreis für die Stromrichter (5) ein Umschalter (16a) liegt, der nur bei ausreichender Spannung an den Klemmen der Synchronmaschine (2) eine Verbindung zwiechen den Stromrichtern (5) und dem Ausgang des Reglers (10) bzw. des Steuersatzes (11) herstellt und daß über die bei Unterschreiten eines bestimmten Spännungswertes der Spannung an der Synchronmaschine (2) geschlossenen Kontakte des Umschalters (16a) ein weiterer, die Stromrichter (5) voll durchsteuernder Steuersatz (15) in den Steuerkreis der Stromrichter (5) eingeschaltet und mit seinem Hilfespannungseingang seinerseits an die Sekundärwicklung eines weiteren Transformators (14) angeschlossen ist, dessen Primärwicklung an einer Spannungsquelle mit vom Strom der Synchronmaschine (2) abhängiger Komponente . liegt.
2.) Erregungeanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärwioklung des weiteren Traneformators (14) an die Sekundärwioklung eines Stromwandlers (4a) angeschlossen ist, der zusätzlich zu dem die stromabhängige Komponente eier Erregung liefernden Stromwandler (4) vorgesehen ist.
3.) Erregungeanordmmg nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß asur Speisung der Primärwicklung des weiteren Transformators (14) eine aus der Reihenschaltung eines spannungsabhängigen (Spannungswandler 3a) und eines atromab-

hängigen (Stromwandler 4a) SpannungyS&tslldete Spannungtquelle dient.

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