DE2701495C2 - Elektronische Spannungs-Regeleinrichtung für Drehstrom-Generatoren - Google Patents

Description

dadurch gekennzeichnet, daß

— die Spannungsmeßeinrichtung aus einer den Mittelwert aus den Phasenspannungen bildenden ersten Spannungsi.ießeinheit (34) und einer den Höchstwert aus den Phasenspannungen bildenden zweiten Spannungsmeßeinheit (40) besteht,

— der Vergleich des Istwertes der ersten Spannungsmeßeinheit (34) mit einem ersten Sollwert ein erstes Spannungsfehlersignal liefert,

— der Vergleich des Istwertes der zweiten Spannungsmeßeinheit (40) mit einem zweiten, die Grenzspannung vorgebenden Sollwert ein zweites Spannungsfehlersignal liefert,

— die Strommeßeinrichtung (42) einen Vergleicher (148) aufweist, der aus der Differenz des Strommeßsignals und der Grenzstromstärke ein Grenzstromfehlersignal erzeugt, wobei die Grenzstromstärke vom Sollwertgeber (36) vorgegeben ist und den Höehsiwert aus den Phasenströmen bildet,

— der Addierer (46) aus einem Operationsverstärker (92) besteht, an dessen invertierendem Eingang das erste. Spannungsfehlersignal und an dessen nicht invertierendem Eingang das Grenzstroinfehlersignal und das zweite Spannungsfehlersignal liegen,

— dem Addierer (46) ein Integrierer (56) nachgeschaltet ist und

— daß dem Ausgang des Integrierers (56) das vom Erregerstrom abgeleitete Signal aufgeschaltet ist.

2. Spannungs-Regeleinrichtung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Integrierer (56) und der Stelleinrichtung ein Verstärker (60) geschaltet ist

3. Spannungs-Regeleinrichtung nach Anspruch 1 5 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergleicher (148) in der Strommeßeinrichtung einen Operationsverstärker aufweist, dessen Ausgang mit dem nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers (92) verbunden ist

ίο 4. Spannungs-Regeleinrichtung nach einem der

Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet daß die zweite Spannungsmeßeinheit (40) einen Operationsverstärker (118) aufweist, dessen Ausgang mit dem nicht invertierenden Eingang des Operationsvers stärkers (92) verbunden ist

5. Spannungs-Regeleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Spannu.»gsmeßeinheit (34) ein Dioden-Widerstands-Glied (74, 76, 78), das mit jeder Phase des Generator-Ausgangs verbunden ist, und einen Sollwertgeber (36, 82, 84) für den Mittelwert der Phasenspannungen aufweist daß die zweite Spannungsmeßeinheit (40) ein Diodenglied (98, 100, 102), das mit jeder Phase des Generator-Ausgangs verbunden ist und einen Sollwertgeber (36, 114, 116) für den Höchstwert der Phasenspannungen aufweist wobei das Diodenglied und der Sollwertgeber mit dem Operationsverstärker (118) verbunden ist daß die Strommeßeinheit ein Diodenglied (132, 134, 136), das mit jeder Phase des Generator-Ausganges verbunden ist und einen Sollwertgeber (36,114,146) für den Höchstwert der Phasenströme aufweist wobei das Diodenglied und der Sollwertgeber mit dem Operationsverstärker (148) verbunden sind.

6. Spannungs-Regeleinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Sollwertgeber (36) für den Mittelwert und den Höchstwert de»· Phasenspannungen, sowie für den Höchstwert der Phasenströme je eine Bezugs-Spannungsquelle (86, 88, 90) und je einen Stellwiderstand (82, 114, 144) zur Einstellung der Sollwerte aufweisen.

Die Erfindung betrifft eine elektronische Spannungs-Regeleinrichtung für Drehstrom-Generatoren, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bei zahlreichen praktischen Anwendungen, einschließlich Flugzeug-Generatoren, wird eine im wesentlichen regelabweichungsfreie stationäre Spannungs-Regelung angestrebt während gleichzeitig Fehlerströme begrenzt werden sollen, wenn die Generator-Ausgangsspannung sehr niedrig und der Generator-Ausgangsstrom für eine kurze Zeitdauer sehr groß wird, bis der Fehler behoben ist oder das Generator-Regel-Relais abfällt. Zusätzlich sollte ein Spannungsregler während der Last-An- und Abschaltung mit einem möglichst kleinem Leistungsverlust auch eine kritische Dämpfung von Spannungs-Stößen bewirken.

Aus dem Siemenssonderdruck »Bürstenlose Drehstromgeneratoren für den Schiffbau« 1970, Nr. E 47/ 1148-220« ist ein auf dem PID-Prinzip funktionierender Transistorspannungsregler für bürstenlose Drehstromgeneratoren bekannt. Die bürstenlosen Generatoren werden in zwei Grundausführungen dargestellt. Maschinen bis etwa 500 kVa enthalten einen Stiitztsiromtransformator, größere Generatoren eine Hilfserreger-

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maschine. Im letzteren Fall wird die Stromversorgung gen nicht aus.

des Reglers von der Klemmenspannung des Hauptge- Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die gat-

nerators unabhängig. tungsgemäße Regeleinrichtung derart weiterzubilden,

Im ersteren Fall ist die Feldwicklung der Erregerma- daß die Generatorausgangsspannung ohne unzulässige

schine geteilt Ein Teil der Wicklung wird über den 5 Spannungserhöhung auch bei dynamischen Vorgängen

Transistorspannungsregler gespeist und ein anderer mit hoher stationärer Genauigkeit geregelt wird.

Teil der Wicklung über eine aus einem Stromtransfor- Die gestellte Aufgabe wird mit den kennzeichnenden

mator und einem Gleichrichter bestehende Stützerre- Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst

gerschaltung. Die Unteransprüche 2—6 beschreiben vorteilhafte

Der Traasistorspannungsregler wird über eine An- io Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes,
zapfung der Generatorständerwicklung mit Strom ver- Durch die spezielle Spannungsfehler- und Stromfehsorgt Für einen zufriedenstellenden Parallelbetrieb lersignaleeingangsbeschaltung des Addierers, einen wird eine anteilig richtige Aufteilung der Blindlast durch dem Addierer nachgeschalteten Integrierer und der Ereine Statisierung der Regelkennlinien erreicht Dadurch regerstromrückführung und dadurch, daß bei der erfinwird jedem Generator die gleiche prozentuale Span- 15 ducgsgemäßen Spannungsregeleinrichtung die Generanungsdifferenz im gesamten Blindlastbereich zugeord- torausgangsspannungen über eine Haibperiode gemitnet Im Regler wird die von der Statikeinrichtung beein- telt werden, ergibt sich eine ausgezeichnete stationäre flußte Istwertspannung gleichgerichtet, geglättet und Regelgenauigkeit

mit einer Referenzspannung verglichen. Die Differenz- Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichspannung steuert einen PI-Regler an, der über einen 20 nung näher erläuterL Es zeigt

PD-Taktgeber auf die im Schaltbetrieb arbeitende F i g. 1 ein Blockschaltbild eines an eine Last und eine

Transistorendstufe einwirkt Spannungs-Regeleinrichtung angeschlossenen Dreh-

Bei Leerlauf-Nennlast-Lastwechseln bewegt sich die strom-Generators,

Generatorausgangsspannung Ui des bekannten Dreh- F i g. 2 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels

Stromgenerators zwischen 0,83 Ui und 1,14 Ui, wobei U₁ 25 der Spannungs-Regeleinrichtung gemäß der Erfindung,

die Nennspannung angibt Eine Rückführung eines vom F i g. 3 ein Schaltbild eines Ausführungsbeispiels einer

Erregerstrom abgeleiteten Signals zum Spannungsreg- Mittelwert-Spannungsmeßeinheit,

ler um dem durch den Spannungsregler erzeugten Erre- Fig. 4 ein Schaltbild einer Überspannungsmeßein-

gerstrom besonders konstantzuhalten, ist aus der ge- heit,

nannten Druckschrift nicht bekannt 30 F i g. 5 ein Schaltbild einer Strommeßeinrichtung,

In dem Artikel »Transistor-Spannungsregler für Gt- F i g. 6 ein Schaltbild einer Strommeßeinrichtung ei-

neratoren« von R. Dirr und B. Röthlein in der Siemens- nes Integrierers und eines Operationsverstärkers,

zeitschrift. Heft4, S.238—240, 1962 ist eine elektroni- Fig.7 ein Schaltbild einer Strommeßeinrichtung ei-

sche Spannungs-Regeleinrichiung für ielderregte Dreh- nes Vergleichers,

strom-Generatoren gemäß dem Oberbegriff des An- 35 F i g. 8 Signale zur Erläuterung des Betriebs des Ver-

spruchs 1 offenbart gleichers der F i g. 6, und

Diese elektronische Spannungsreglereinrichtung F i g. 9 ein Schaltbild eines Ausgangsverstärkers und

weist eine Spannungsmeßeinrichtung, die über Dioden einer Erregerfeldwicklung.

die Generatorausgangsspannung erfaßt und einen Ein für Flugzeuge geeigneter Generator ist im Blockgleichgerichteten Spannungsmeßwert erzeugt, 40 schaltbild der F i g. 1 dargestellt. Ein Drehstrom-Geneeine Strommeßeinrichtung, die über Dioden den Gene- rator 10 (Fig. 1) ist entsprechend der jeweiligen Anratorausgangsstrom erfaßt und ein gleichgerichtetes wendung z. B. als Flugzeug-Stromversorgungsgenera-Strommeßsignal erzeugt, tor aufgebaut

einen Sollwertgeber, der mittels eines einstellbaren Wi- Bekanntlich hat ein Synchrongenerator mit Dreipha-

derstandes eine Sollspannung vorgibt, die von einer 45 sen-Ausgang:

durch eine Zenerdiode stabilisierte Spannungsquelle ab- Drei oder 3 η (n = positiv, gamzzahlig) Ständer-An-

geleitetist, ker-Wicklungen 12,

einen Vergleicher in der Spannungsmeßeinrichtung, der eine Hauptfeldwicklung 14 auf dem Läufer, und
aus der Differenz des gleichgerichteten Spannungsmeß- eine Gleichrichtereinheit aus Dioden 16, die ihrerseits werts und der Sollspannung ein Spannungsfehlersignal 50 mit einer Gruppe von Erreger-Anker-Wicklungen 18 erzeugt, ebenfalls auf dem Läufer verbunden sind,
einen Addierer, der dem Spannungsfehlersignal das Zusätzlich hat der Drehstrom-Synchrongenerator 10 Strommeßsignal aufschaltet, das einen einer Grenz- gewöhnlich eine Erregerfeldwicldung 20. Die Erregerstromstärke entsprechenden strombegrenzten Einfluß Feldwicklung 20 wird durch eine Spannungs-Regeleinauf das Ausgangssignal des Addierers hat, 55 richtung 26 gesteuert. Die Spannungs-Regeleinrichtung eine nachgeschaltete Stelleinrichtung, die den Erreger- 26 wird mit Spannung Vef von einer Spannungsquelle strom so steuert, daß der Drehstromgenerator die Soll- versorgt die jede geeignete Gleichspannungsquelle sein spannung und die Grenzstromstärke anhäU und kann, wie z. B. ein an der Läuferwelle des Generators 10 eine Rückführung eines vom Erregerstrom abgeleiteten befestigter Dauermagnet-Generator.
Signalsauf. 60 Die Ständer-Anker-Wicklungen 12 sind gewöhnlich

Diese Regeleinrichtung arbeitet mit einem Minimum elektrisch mit einer elektrischen Last 24 verbunden. Die

an Geräten und Bauelementen, wodurch ein hohes Maß in der Ständer-Anker-Wicklung 12 erzeugten Spannun-

an Betriebssicherheit erzielt werden soll. gen sind durch Va, Vb und Vcangegeben.

Bei der Regelung der Generatorausgangsspannung Um die Spannung zu regeln und den Ausgangsstrom

können jedoch unzulässig hohe Spannungserhöhungen 65 des Generators 10 zu begrenzen, ist bei der Anordnung

auftreten. Außerdem reicht die stationäre Genauigkeit der F i g. 1 eine elektronische Spiannungs-Regeleinrich-

der mit dieser Einrichtung erzielten Regelung der Aus- tung 26 vorgesehen. Die Spannungs-Regeleinrichtung

gangsspannung für bestimmte praktische Anwendun- 26 spricht auf die Spannungen Va, Vb und Vc zusammen

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mit den Eingangssignalen U, Ib und Ic an, die den Ausgangsstrom des Generators 10 darstellen. Bekanntlich kann der Strom in den Ausgangsleitungen vom Generator 10 mittels Stromwandlern gemessen werden, wie z. B. den Strom wandlern 28 in Fig. 1. Die Spannungs-Regeleiniichtung 26 regelt die Spannung und begrenzt den Ausgangsstrom des Generators 10, indem die Größe des Stromes in der Erregerfeldwicklung 20 geregelt wird. Signale zur Durchführung dieser Regelung werden von der Spannungs-Regeleinrichtung 26 zur Erregerfeldwicklung 20 mittels einer Leitung 30 übertragen.

Die Spannungs-Regeleinrichtung 26 regelt die Generator-Ausgangsspannung Va, Vb und Vc innerhalb bestimmter Grenzen für bestimmte Lasten. Zum Beispiel soll bei einem Generator mit einer Soll-Ausgar.gsspsnnung von 115 V von Netz zu Erde für zahlreiche Anwendungen die Ausgangsspannung innerhalb ± 1 V bei Betrieb mit Nennwertgehalten werden. Ebenso soll die Ausgangsspannung innerhalb ± 1 und 1,5 V bei Betrieb mit 150% Nennwert bzw. 200% Nennwert gehalten werden. Zusätzlich sollten diese Betriebseigenschaften innerhalb bestimmter Zeitgrenzen nach Anlegen oder Entfernen der elektrischen Last 24 vom Generator erzielt werden. Zum Beispiel soll für Luftfahrt-Anwendungen die Generator-Ausgangsspannung innerhalb der gewünschten Grenzen in ungefähr 0,02 s bei Anlegen einer Last sein. Eine andere Funktion der Spannungs-Regeleinrichtung 26 liegt im Begrenzen des Ausgangsstromes jeder Phase auf einen vorbestimmten Maximalwert. Zum Beispiel sollte der Nennwert je Phasen-Ausgangsstrom Ia, h und /cungefähr das 2,0fache des Nennwertes je Phasen-Ausgangsstrom nicht überschreiten, wenn der Generator 10 bei gewöhnlicher Ausgangsspannung betrieben wird, und er sollte ähnlich das 3,2fache des Nennwertes je Phasen-Ausgangsstrom nicht überschreiten, wenn die Ausgangsspannung des Generators sehr niedrig ist. Um diese Betriebseigenschaften und ein transientes Ansprechen zu erzielen, wurde die Spannungs-Regeleinrichtung 26 entwickelt

Ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels der Spannungs-Regeleinrichtung 26 ist in Fig. 2 dargestellt Eine den Mittelwert aus den Phasenspannungen bildende erste Spannungs-Meßeinheit 34 spricht auf die Eingangsspannungen V_A, Vb und Vc an, indem ein Strom erzeugt wird, der proportional zur Mittelwert-Ausgangsspannung der drei Phasen des Generators 10 ist Eine solche, den Mittelwert der Phasenspannungen erfassende Spar.nungsmeßeinheit ist aus der DE-AS 24 33 936 bekannt. Ein Bezugsstrom wird in der ersten Spannungsmeßeinrichtung 34 erzeugt, der die Soll- Mittelwert-Ausgangsspannung aller drei Phasen des Generators darstellt Dieser Bezugsstrom wird durch eine Schaltung ermöglicht, die auf eine Bezugsspannung anspricht, die über eine Leitung 38 durch einen Bezugsspannungsquelle 36 erzeugt wird.

Die Spannungs-Regeleinrichtung 26 mißt auch die Spannung der höchsten Phase der Generator-Ausgangsspannung mittels einer den Höchstwert aus den Phasenspannungen bildenden zweiten Spannungsmeßeinheit 40. Die zweite Spannungsmeßeinheit 40 spricht auf die Generator-Ausgangsspannungen Va, Vb und Vc an, indem ein Strom erzeugt wird, der der Grenzspannung der höchsten Phasenspannung entspricht die ihrerseits mit einem Bezugsstrom verglichen wird, der durch die Bezugs-Spannungsquelle 36 erzeugt wird. Auf ähnliche Weise wird der Höchstwert des Ausgangsstroms durch einen den Höchstwert aus den Phasenströmen bildende Strommeßeinheit 42 gemessen, die auf die Eingangsströme Ia, Ib und Ic anspricht Der den Grenzstrom darstellende Strom wird in der Strommeßeinheit 42 mit einem Bezugsstrom verglichen, der den Sollwert des Grenzstromes darstellt, der durch die Bezugsspannungsquelle 36 erzeugt ist.

Signale, die anzeigen, daß die Mittelwert-Ausgangsspannung des Generators den Soll-Wert überschreitet, oder daß die Überspannung oder der Ausgangsstrom des Generators die vorbestimmten Grenzwerte überschreiten, werden zu einem Addierer und einem Summierverstärker 44 und 46 mittels Leitungen 48,50 bzw. 52 übertragen. Der Summierverstärker 46 erzeugt ein Spannungsfehlersignal das den Unterschied der Generator-Ausgangssignale von den Sollwerten darstellt.

Dieses durch Summierverstärker 46 erzeugte Spannungsfehlersignal ist das Eingangssignal eines Addierers 54 und anschließend eines Integrierers 56. Der Integrierer 56 integriert das Spannungsfehlersignal über der Zeit, was zur Einspeisung einer Spannung in einen Addierer 58 führt die das über der Zeit integrierte Spannungsfehlersignal darstellt Ein Verstärker 60 empfängt das Signal vom Addierer 58 und kompensiert das integrierte Spannungsfehlersignal. Auf das Ausgangssignal des Verstärkers 60 spricht ein Vergleicher 62 an, der ein PDM-Signal erzeugt, bei dem die Pulsdauer das Integral der Abweichung im Generator-Ausgangssignal darstellt Das durch den Verstärker 60 geänderte integrierte Spannungsfehlersignal wird an den einen Eingang des Vergleichers 62 abgegeben, und ein Sägezahnsignal-Generator 64 versorgt den anderen Eingang des Vergleichers 62. Durch Vergleich des integrierten Spannungsfehlersignals mit dem durch den Generator 64 erzeugten Sägezahnsigna! bildet der Vergleicher das PDM-Signal, das als Eingangssignal zu einem Erregerfeldwicklungs-Verstärker 66 verwendet wird. Der Erregerfeldwicklungs-Verstärker 66 spricht auf das PDM-Signal vom Vergleicher 62 an und bewirkt daß ein elektronisches Schaltelement, wie z. B. ein Strom-Schalttransistor, Strom von der Spannungsquelle Vef durch die Erregerfeidwicklung 20 fließen läßt Eine Erregerfeidwicklungs-Strom-Gegenkopplungsschleife ist durch einen Erregerfeldwicklungs-Stromfühler 68 vorgesehen, der zwischen dem Erregerfeldwicklungs-Verstärker 66 und dem Addierer 58 mittels der Leitung 32 liegt Zusätzlich wird eine Blindlast-Verteilung mit anderen Generatoren durch Leitungen 70 und 72 erleichtert, die Eingangssignale zu den Addierern 54 bzw. 58 speisen, um Änderungen in der Ausgangsspannung des Generators 10 zu bewirken, so daß die Blindlast an den verschiedenen Generatoren ausgeglichen wird.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird zusammen mit den verschiedenen Funktionen der Einheiten der F i g. 2 näher erläutert Zum Beispiel ist die erste Spannungsmeßeinheit 34 der F i g. 2 teilweise schematisch in F i g. 3 dargestellt Drei parallele Dioden-Widerstand-Einheiten 74, 76 und 78 erzeugen Ströme, die proportional zu den Phasen-Ausgangsspannungen Va, Vb und Vc des Generators 10 sind. Die drei durch die Dioden-Widerstand-Einheiten 74, 76 und 78 erzeugten

ω Ströme werden in einem Punkt 80 zu einem Strom /i addiert, der den Mittelwert der Ausgangsspannung des Generators 10 darstellt Die Bezugsspannungsquelle 36 erzeugt zusammen mit einem Stellwiderstand 82 und einem Widerstand 84 einen Bezugsstrom /si der den Sollwert des Mittelwerts der Generatorausgangsspannung darstellt Der in F i g. 3 dargestellte Sollwertgebers hat eine Z-Diode 86 und einen Widerstand 88, die zwischen Erde und einer negativen Spannungsquelle liegen,

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die an den Anschluß 90 angeschlossen ist. Die Z-Diode 86 erzeugt eine stabile negative Bezugsspannung. Mit dem Ausgang der ersten Spannungseinheit 34 ist der Summierverstärker 46 verbunden. Dessen aktives Bauelement ist ein Operationsverstärker 92. Wenn die Mittelwert-Ausgangsspannung des Generators 10 vom Soll-Wert abweicht und die Werte der Ströme I₁ und Ir \ so ungleich sind, fließt Strom durch einen Rückkopplungswiderstand 94 des Operationsverstärkers 92, der an die negative Klemme des Operationsverstärkers 92 angeschlossen ist und bewirkt, daß der Operationsverstärker 92 eine Spannung E\ an seiner Ausgangsklemme erzeugt, die die Größe des Mittelwerts der Generatorausgangsfehlerspannung darstellt Die positive Klemme des Oⁿerationsverstärkers 92 ist mi! Erde über einen Widerstand % verbunden. Als Ergebnis erzeugt der Operationsverstärker 92 ein Spannungssignal £Ί, das die Abweichung vom Soll-Wert der Mittelwert-Ausgangsspannung des Generators 10 darstellt Es sei darauf hingewiesen, daß die Schaltung im wesentlichen weniger auf Änderungen der Generator-Signale empfindlich ist als Spitzenwert-Erfassungsschaltungen, da die Generator-Ausgangsspannungen Va, Vb und Vc über eine Halbperiode gemittelt sind. Dies bewirkt eine ausgezeichnete stationäre Genauigkeit

Ein Schaltbild der zweiten Spannungsmeßeinheit 40 der F i g. 2 ist in F i g. 4 dargestellt Die Generator-Ausgangsspannungen werden durch Dioden 98,100 und 102 gleichgerichtet und laden einen Kondensator 104 über einen Widerstand 106 auf einen Wert, der die Spitzen-Ausgangsspannung der Höchstphasen-Spannung darstellt. Eine Widerstandsschaltung aus Widerständen 108, 110 und 112 erzeugt zusammen mit dem Kondensator 104 einen Strom I₂, der die höchste Phasenspannung darstellt Ein durch den Sollwertgeber 36 zusammen mit einem Stell widerstand 114 erzeugter Bezugsstrom Ir 2 wird zum Strom h am Addier-Punkt oder an der negativen Klemme eines Operationsverstärkers 118 addiert Die positive Klemme des Operationsverstärkers 118 ist so eingestellt, daß der Bezugsstrom Ir 2 gleich dem Strom /2 ist, wenn die überspannung einen bestimmten Wert hat Zum Beispiel kann dieser Wert 120 \_cn betragen, wenn der Soll-Wert der Ausgangsspannung der beiden Phasen aufgrund eines Fehlers 0 V_e/r beträgt. In einer Rückkopplungsschaltung zwischen dem Ausgang des Operationsverstärkers 118 und dem negativen Eingang ist eine Diode 122 vorgesehen. Die Diode 122 schneidet die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 118 auf Null ab, wenn der Strom h kleiner als der Bezugsstrom Ir 2 ist Wenn der Strom h den Strom /»? überschreitet, was anzeigt, daß eine bestimmte Phasenspannung den maximalen Soll-Wert überschritten hat wird die Ausgangsspannung £2 des Operationsverstärkers 118 negativ angesteuert Ein negativer Wert von £2 bewirkt, daß Strom durch einen Anschluß des Operationsverstärkers 92 des Summierverstärkers 46 (F i g. 3) fließt Ein negativer Wert von E₂ bewirkt, daß das relative Potential des positiven Anschlusses des Verstärkers 92 verringert wird, wodurch ein verringerter positiver oder negativer Wert von E, erzeugt wird. Daher sei darauf hingewiesen, daß ein Wert einer der Phasenspannungen, der den Bezugswert überschreitet, bewirkt, daß die Ausgangsspannung des Summierverstärkers 46 im Betrag proportional zur überschüssigen Phasenspannung abnimmt Es sei an dieser Stelle betont daß, da das Überspannungsfehlersignal in der Spannungs-Regeleinrichtung vor dem Integrierer 56 addiert wird, die Regeleinrichtung 26 im statinären Zustand mit Null-Abweichung arbeitet. Die Schaltung der F i g. 4 hat auch einen Kondensator 128 und einen Widerstand 130 in der Rückkopplung des Operationsverstärkers 118, die die Wirkung eines Tiefpaßfilters aufweisen, um den Einfluß der Spannungswelligkeit auf die Fehlerspannung E\ zu verringern.

Der Betrieb der Strommeßeinrichtung 42 ist ähnlich dem Betrieb der zweiten Spannungsmeßeinrichtung 40. In der Strommeßeinrichtung 42 (F i g. 5) werden die Eingangssignale an Dioden 132,134 und 136 abgegeben, die die Generator-Ausgangsströme Ia, Ib und Ic darstellen. Ein Kondensator 138 wird über einen Widerstand 140 auf einen Wert aufgeladen, der den Spitzenwert der positiven Halbwellenspannung darstellt die den Generator-Ausgan.gsstrom bildet. Ein Widerstand !42 erzeugt zusammen mit dem Kondensator 138 einen Strom /3, der seinerseits den Spitzenwert-Phasen-Strom darstellt. Wie bei der Schaltung der F i g. 4 erzeugt die Bezugs-Spannungsquelle 36 zusammen mit einem Stellwiderstand 144 und einem Widerstand 146 einen Bezugsstrom Ir 3, der einen erlaubten Spitzenwert-Phasen-Strom darstellt Zum Beispiel kann dieser erlaubte Spitzenwert-Strom auf ungefähr das 2,1 fache des Nenn-Phasen-Stromes bei der Nenn-Generator-Spannung eingestellt werden. Die Ströme /3 und /«3 werden zusammen am negativen Anschluß eines Operationsverstärkers 148 addiert. Der positive Anschluß des Operationsverstärkers 148 ist mit Erde über einen Widerstand 150 verbunden. Eine Diode 152 liegt zwischen dem Ausgang und dem negativen Anschluß des Operationsverstärkers 148, um das Ausgangssignal des Operationsverstärkers abzuschneiden, wenn /3 kleiner ist als Ir 3. Ein Widerstand 154 und ein Kondensator 156 sind ebenfalls in der Rückkopplung des Operationsverstärkers 148 vorgesehen, um ein Tiefpaßfilter zu bilden, so daß der Einfluß der Spannungswelligkeit auf das Abweichungssignal verringert wird. Wenn der Strom /3 den Strom /«3 überschreitet, was anzeigt, daß der Spitzenwert-Strom die Sollwerte überschritten hat, wird, wie bei der Schaltung der F i g. 4, die Ausgangsspannung £3 des Operationsverstärkers 148 negativ, was bewirkt, daß Strom durch eine Diode 158 und einen Widerstand 160 einer Leitung 52 fließen. Dies bewirkt wieder, daß die Fehlerspannung £1 des Operationsverstärkers 92 abhängig von der Phasen-Strom-Abweichung weniger positiv oder negativ wird. Auf diese Weise bewirkt die Strommeßeinrichtung, daß die Spannungs-Regeleinrichtung wirkungsvoll den maximalen Generator-Phasen-Strom begrenzt, abhängig von der Generator-Ausgangsspannung, und daher die maximale Wellenleistung, die für symmetrische und unsymmetrische Fehler für den Generator erforderlich ist

Wenn der Betrieb des aktiven Verstärkungsfaktor-Gliedes 46 zusammengefaßt wird, folgt aus den obigen Erläuterungen der Schaltungen der F i g. 3,4 und 5, daß eine oben gemittelte Ausgangsspannung, eine Ausgangsspannung oder ein Phasen-Strom, der Nenn- oder Soll-Werte überschreitet, bewirken, daß der Ausgang des Operationsverstärkers 92 eine negative Spannung E_x erzeugt Mit dem Ausgang des aktiven Verstärkungsfaktor-Gliedes 46 ist der Integrierer 56 verbunden, der schematisch in F i g. 6 dargestellt ist Das Primär-Bauelement des Integrierers 56 ist ein Differenzverstärker 162, der eine Rückkopplung aus einem Widerstand 164 und einem Kondensator 166 aufweist, der zur Integration des über einen Widerstand 168 empfangenen Spannungsfehlersignal £1 dient Der positive Anschluß des Operationsverstärkers 162 ist über einen Widerstand

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ίο

170 mit Erde verbunden. Eine Blindlast-Verteilungsleitung 70 ist mit dem negativen Anschluß des Operationsverstärkers 162 zusammen mit der Rückkopplung verbunden, um den Addierer 54 der F i g. 2 zu bilden. Die Werte der Widerstände 168 und 164 und des Kondensators 166 können so gewählt werden, um die gewünschte Zeitkonstante zu erzeugen, durch die das Fehlerspannungssignal E\ integriert wird, und die Werte des Kondensators 166 und des Widerstandes 164 bilden die Zeitkonstante des Voreilsignales.

Im normalen Betrieb bewirkt ein positives Spannungsfehlersignal Ei, daß die Ausgangsspannung £» des Integrierers in negativer Richtung ansteigt, und ebenso steigt die Ausgangsspannung E₄ in positiver Richtung an, wenn die Fehlerspannung Ei negativ ist. Für Regelabweichung muß die Fehlerspannung E\ Null sein. Das integrierte Spannungsfehlersignal £4 wird dann an den Verstärker 60 abgegeben. Das zentrale Bauelement im Verstärker 60 der F i g. 6 ist ein OperaMonsverstärker 172. Der Addierer 58 der F i g. 2 wird durch die Verbindung des negativen Anschlusses des Operationsverstärkers 172 durch die Leitung 72, die ein Blindlast-Verteilungs-Eingang ist, und die Leitung 32 gebildet, die die Gegenkopplung für den Erregerstrom darstellt Die Rückkopplung für den Operationsverstärker 172 besteht aus einem Kondensator 174 und einem Widerstand 176, die zur Einstellung des Verstärkungsfaktors des Verstärkers 172 dienen und Tiefpaßfilter-Eigenschaften erzeugen. Ein Widerstand 178 verbindet den positiven Anschluß des Operationsverstärkers 172 mit Erde. Betriebsmäßig erzeugen der Integrierer 56 und der Verstärker 60 zusammen eine Voreil- und Nacheil-Kompensation der Anordnung und einen bestimmten Verstärkungsfaktor zum Eingangssignal Ea.

In F i g. 7 ist schematisch der Vergleicher 62 dargestellt. Im Vergleicher der F i g. 7 empfängt ein Operationsverstärker 180 das Ausgangssignal £5 vom Verstärker 60 über einen Widerstand 182 an seinem negativen Anschluß. Das Ausgangssignal vom Sägezahngenerator 64 wird über einen Widerstand 184 am positiven Anschluß des Verstärkers 180 abgegeben. Der Betrieb des Vergleichers 62 ist im Signal-Diagramm der F i g. 8 erläutert. Das Ausgangssignal des Sägezahngenerators 64 ist durch ein Sägezahn-Signal 186 im oberen Teil der F i g. 8 dargestellt Ein vorzugsweises Ausgangssignal £5 des Verstärkers 60 ist durch ein Signal 188 in der Mitte der F i g. 8 dargestellt Wenn das Sägezahn-Signal 186 eine größere Spannung als das Signal £5 aufweist, wird, wie in F i g. 8 dargestellt das durch ein Signal 190 am unteren Teil der F i g. 8 dargestellte Ausgangssignal am Ausgang £* des Verstärkers 180 erzeugt Das Ausgangssignal Ei des Vergleichers 62 ist ein PDM-Signai, bei dem die Pulsdauer die Änderung des Generator-Ausgangssignales von den Nenn- oder Soll-Werten darstellt Wenn im Normalbetrieb das Spannungsfehlersignal £5 ansteigt oder stufenweise wächst, nehmen die positiven Pulsdauern ab; wenn das Spannungsfehlersignal £5 abnimmt nehmen auf ähnliche Weise die positiven Pulsdauern zu.

In F i g. 9 ist schematisch ein Schaltbild des Erregerfeldwicklungs-Verstärkers 66 und der Erregerfeldwicklung 20 dargestellt. Im Erregerfeldwicklungs-Verstärker 66 steuert das PDM-Signal vom Vergleicher 62 einen Transistor 192 über einen Widerstand 194 und eine Diode 1% an. Strom von einer Spannungsquelle durch einen Widerstand 198, der durch den Transistor 192 gesteuert ist steuert einen Optokoppler 200 an. Der Optokoppler 200 isoliert den Erregerfeld-Verstärker 66 vom Rest der Spannungs-Regeleinrichtung, so daß geeignete Spannungen und Erdungen möglich sind Eine Niederspannungs-Strom-Schalt-Transistoreinheit aus Transistoren 202 und 204 zusammen mit Widerständen 205, 206,208,210 und 212 spricht auf einen Transistor 214 im Optokoppler 200 an, um mittels einer Leitung 30 den Endstrom-Schalt-Transistor 216 zu steuern. Beim bevorzugten Ausführungsbeispiel liegt eine relativ hohe negative Spannung V_Ef von z. B. der Größenordnung —105 V an der Erregerfeldwicklung 20 und am Erregerfeldwicklungs-Verstärker 66. Wenn im Normalbetrieb der Strom-Schalt-Transistor 216 eingeschaltet wird, fließt Strom von Erde durch die Erregerfeldwicklung 20, wobei der Widerstand der Wicklung 20 durch einen Widerstand 218 zur negativen Spannungsquelle VfF dargestellt ist Einspeisen von Strom in die Erregerfeidwicklung 20 bewirkt, daß der Generator 10 Spannung abgibt. Die Erregerfeldwicklung 20 erzeugt auch einen anderen Stromweg aus den Widerständen 200 und 222 zusammen mit der Diode 224, so daß, wenn der Strom-Schalt-Transistor 216 ausgeschaltet ist keine unannehmbar hohen Spannungen erzeugt werden, die durch die natürliche Induktivität der Erregerfeldwicklung gebildet werden. Die Diode 224 verhindert, daß Strom durch den anderen Weg fließt wenn der Strom-Schalt-Transistor 216 leitet Wenn der Transistor 192 des Erregerfeldwicklungs-Verstärkers 66 auf die positiven Impulse vom PDM-Signal E₆ durch Einschalten antwortet schaltet gewöhnlich der Transistor 214 im Optokoppler ebenfalls ein. Wenn der Transistor 216 leitet wird der Transistor 202 wie der Transistor 204 ausgeschaltet. Wenn der Transistor 204 nicht leitet schaltet der Strom-Schalt-Transistor 216 aus, wodurch die Spannung Vef von der Erregerfeldwickiung 20 genommen wird. Der tatsächliche Einfluß der Schaltung im Erregerfeldwicklungs-Verstärker 66 besteht darin, daß der Mittelwert-Strom durch die Erregerfeldwicklung 20 ungefähr proportional dem PDM-Signal E₆ gemacht wird. Da der Optokoppler 200 das PDM-Signal E₆ invertiert ist der Mittelwert-Strom durch die Erregerfeldwicklung umso größer, je kleiner die Pulsdauer ist Wenn so z. B. eine zu große Phasen-Spannung oder ein zu großer Phasen-Strom erfaßt wird, bewirkt das Spannungsfehlersignal £5 des Verstärkers 60, daß der Vergleicher 62 ein PDM- Signal E₆ mit Impulsen größerer Dauer erzeugt wo durch der Mittelwert-Strom durch die Erregerfeldwicklung verringert wird, was zu einer Herabsetzung des Ausgangsstromes und/oder der Ausgangsspannung des Generators führt Beim Erregerfeldwicklungs-Verstär ker 66 der Fig.9 erzeugt der Widerstand 220 eine Spannung, die den Erregerfeldwicklungs-Strom darstellt und er ist daher gleichwertig dem Erregerfeidwicklungs-Strom-Fühler 68 der F i g. 2.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

27 Ol 495 Patentansprüche:

1. Elektronische Spannungs-Regeleinrichtung für einen felderregten Drehstromgenerator mit

— einer Spannungsmeßeinrichtung, die über Dioden die Generatorausgangsspannung erfaßt und einen gleichgerichteten Spannungsmeßwert erzeugt,

— einer Strommeßeinrichtung, die über Dioden den Generatorausgangsstrom erfaßt und ein gleichgerichtetes Strommeßsignal erzeugt,

— einem Sollwertgeber, der mittels eines einstellbaren Widerstandes eine Sollspannung vorgibt, die von einer durch eine Zenerdiode stabilisierte* Bezugsspannungsquelle abgeleitet ist,

— einem Vergleicher in der Spannungsmeßeinrichtung, der aus der Differenz des gleichgerichteten Spannungsmeßwertes und der Sollspannung ein Spannungsfehlersignal erzeugt,

— einem Addierer, der dem Spannungsfehlersignal das Strommeßsignal aufschaltet, das einen einer Grenzstromstärke entsprechenden strombegrenzenden Einfluß auf das Ausgangssignal des Addierers hat,

— einer nachgeschalteten Stelleinrichtung, die den Erregerstrom so steuert, daß der Drehstromgenerator die Sollspannung und die Grenzstromstärke anhält und

— einer Rückführung eines vom Erregerstrom abgeleiteten Signals