DE419298C - Method for automatic rapid regulation of the voltage of alternators with intermittently changing loads - Google Patents

Description

Verfahren zur selbsttätigen Schnellregelung der Spannung von Wechselstromgeneratoren mit stoßweise sich ändernder Belastung. Zur Schnell- oder Eilregelung von Wechselstromgeneratoren wird in der Regel das Feld des Generators in Nebenschlußschaltung erregt und die Spannung bei Belastungsänderung dadurch konstant gehalten, daß ein Widerstand im Erregerkreis der Wechselstrommaschine oder im Nebenschlußkreis der Gleichstromerregermaschine selbsttätig verstellt wird. Diese Regelungseinrichtung reicht für langsame Änderungen der Belastung aus. Bei sehr schnellen Belastungsänderungen folgt sie jedoch nur mit einer sehr erheblichen Verzögerung, so daß bei Generatoren mit starleer natürlicher Spannungsänderung die erforderliche Einstellung erst nach Verlauf mehrerer Sekunden erfolgt, während derselben die Spannung den Sollbetrag mehrfach über- und unterschreitet und erst unter Schwingungserscheinungen den Endwert erreicht.Method for the automatic high-speed regulation of the voltage of alternators with intermittently changing loads. For rapid or rapid regulation of alternators is usually excited the field of the generator in shunt circuit and the Voltage kept constant when the load changes by creating a resistance in the Excitation circuit of the AC machine or in the shunt circuit of the DC excitation machine is adjusted automatically. This control device is sufficient for slow changes the load off. In the case of very rapid changes in load, however, it only follows with a very considerable delay, so that with generators with rigid natural Voltage change the required setting only after several seconds takes place during the same the voltage exceeds and falls below the target amount several times and only reaches the final value under vibration phenomena.

Eine genauere Untersuchung der Vorgänge zeigt, daß bei plötzlicher Belastungsänderung einer Wechselstrommaschine der Erregerstrom nicht, wie man bisher angenommen hat, konstant bleibt und erst durch besondere Mittel auf einen der höheren bzw. niedrigeren Belastung entsprechenden Wert eingestellt werden muß, sondern daß gleichzeitig mit dem Anwachsen oder Abnehmen des Belastungsstromes durch die elektromagnetische Rückwirkung auch der Erregerstrom zunimmt oder abnimmt, und zwar um ein Maß, das die natürliche Spannungsänderung des Generators im stationären Zustand zum größten Teil aufhebt. Dieser verstärkte oder geschwächte Erregergleichstrom, dessen elektromotorische Kraft in der Wechselstrommaschine zu suchen ist, klingt bei den bekannten Erregungsanordnungen nach kurzer Zeit auf den Wert ab, der vor dem Belastungsstoß bestand. Der Erfindung gemäß wird nun die Regelung dieser Maschinen erheblich dadurch beschleunigt, daß der Erregerstrom des Generators so beeinflußt wird, daß sein infolge der Belastungsänderung von selbst sich einstellender Wert ganz oder nahezu aufrechterhalten bleibt. Es wird also das Abklingen des Erregerstromes verhindert, indem gleichzeitig mit dem Belastungsstoß die elektromotorische Kraft der Erregermaschine auf ein solches Maß geändert wird, wie es für den durch den Belastungsstrom verstärkten oder geschwächten Erregerstrom zum dauernden Durchfluß erforderlich ist.A closer examination of the processes shows that with sudden The excitation current does not change the load on an alternating current machine, as previously assumed, remains constant and only through special means to one of the higher or lower load corresponding value must be set, but that at the same time as the increase or decrease in the load current through the electromagnetic Reaction also the excitation current increases or decreases, namely by an amount that the natural voltage change of the generator in the steady state is greatest Part picks up. This increased or weakened excitation direct current, its electromotive Force is to be sought in the alternating current machine, sounds with the known excitation arrangements after a short time it drops to the value that existed before the load surge. The invention according to the control of these machines is now significantly accelerated by the fact that the excitation current of the generator is influenced so that its due to the change in load self-adjusting value is completely or nearly maintained. It So the decay of the excitation current is prevented by simultaneously with the Load shock increases the electromotive force of the exciter to such a level is changed as it is for the amplified or weakened by the load current Excitation current is required for continuous flow.

In Abb. z ist der Verlauf der Ströme und Spannungen abhängig von der Zeit t dargestellt. Durch Abschalten von Belastung soll beispielsweise der Strom des Wechselstromgenerators J plötzlich vermindert werden; dann vermindert sich auch, wie oben auseinandergesetzt, der Erregerstrom i um ein entsprechendes Maß. Läßt man nun den Erregerstrom des Generators unbeeinflußt, so wird er entsprechend der Zeitkonstante des Wechselstromgenerators nach der gestrichelten Kurve allmählich wieder auf den ursprünglichen Wert ansteigen, während das Feld der Wechselstrommaschine und damit die elektromotorische Kraft im ersten Augenblick nach dem Schalten konstant bleibt. Die Klemmenspannung E erhöht sich zunächst nur um einen geringen Betrag, entsprechend dem Wegfall eines Teiles der Streuspannung. In dem Maße, wie nun der Jrregerstrom seinem ursprünglichen Wert sich nähert, wächst sie dann aber weiter an, wie es die gestrichelte Kurve zeigt, um schließlich ihren stationären Wert zu erreichen.In Fig. Z, the course of the currents and voltages depends on the Time t shown. By switching off the load, for example, the current of the alternator J are suddenly decreased; then also decreases As explained above, the excitation current i by a corresponding amount. Leaves one now unaffected the excitation current of the generator, it is according to the Time constant of the alternator gradually following the dashed curve rise again to the original value while the field of the alternator and thus the electromotive force is constant for the first moment after switching remain. The terminal voltage E initially only increases by a small amount, corresponding to the loss of part of the stray voltage. To the extent that now the Excitation current approaches its original value, but it then continues to grow as the dashed curve shows, to finally reach its steady-state value reach.

Wird nun nach der Erfindung die elektromotorische Kraft der Erregermaschine unmittelbar nach dein Schaltvorgang auf den Wert gebracht, der dem infolge der elektromagnetischen Rückwirkung von selbst sich einstellenden Erregerstrom entspricht, so hat der Erregerstrom keinen Anlaß, im Sinne der gestrichelten Kurve anzusteigen. Der Strom i bleibt vielmehr konstant, wie es die ausgezogene Kurve zeigt, und dementsprechend bleibt auch das Feld im Wechselstromgenerator völlig ungeändert, während die Klemmenspannung E sich nur um einen kleinen Betrag, entsprechend dem Wegfall eines Teiles der Streuspannung, veränder, und dann weiterhin konstant bleibt, wie es die ausgezogene Kurve der Abb. r zeigt.If now, according to the invention, the electromotive force of the exciter right away after your switching process brought to the value that the self-adjusting excitation current as a result of the electromagnetic reaction corresponds, the excitation current has no cause, in the sense of the dashed curve to rise. Rather, the current i remains constant, as is the case with the solid curve shows, and accordingly the field in the alternator remains complete unchanged, while the terminal voltage E changes only by a small amount, accordingly the loss of part of the stray voltage, change, and then continue to be constant remains, as the solid curve in Fig. r shows.

Zur Ausführung des Verfahrens gemäß der Erfindung verwendet man eine Reihenschlußerregermaschine, die im indifferenten Spannungsgleichgewicht arbeitet. Abb. 2 zeigt das Schaltbild dieser Anordnung. Das Netz a wird vom Generator b mit der Erregerwicklung c gespeist. p ist die Erregermaschine mit der Serienwicklung q. Die Reihenschlußmaschine ist so ausgeführt und wird mit einer solchen Drehzahl angetrieben, daß ihre Widerstandslinie sich mit dem geradlinigen oder nahezu geradlinigen Teil ihrer Charakteristik (Abb. 3) deckt und daß sie in diesem Gebiete arbeitet. jede durch plötzliche De- oder Entlastung des Wechselstromgenerators entstehende Änderung des Erregerstromes bewirkt dann eine proportionale Änderung der Erregerspannung, so daß sich ohne weiteres die Verhältnisse ergeben, wie sie in Abb. r dargestellt sind, Um auf einem möglichst großen Arbeitsgebiet eine Übereinstimmung des geradlinigen Teiles der magnetischen Charakteristik mit der Widerstandslinie zu erzielen, wird man der Erregermaschine zweckmäßig große Hysteresis geben, so daß ihre Charakteristik entsprechend der Abb. 3 durch einen breiten Flächenstreifen dargestellt wird, innerhalb dessen die geradlinige Widerstandslinie des Stromkreises verläuft. Die Erregermaschine erhält ein Blechjoch und wird in ihrem ganzen magnetischen Kreise mit geringer Sättigung ausgeführt, so daß sich eine schwach gekrümmte Charakteristik ergibt.To carry out the method according to the invention one uses a Series circuit exciter that works in an indifferent voltage equilibrium. Fig. 2 shows the circuit diagram of this arrangement. The network a is from the generator b with the excitation winding c fed. p is the exciter with series winding q. The series machine is designed and operated at such a speed driven that their line of resistance coincides with the rectilinear or nearly rectilinear Part of her characteristic (Fig. 3) covers and that she works in this field. any resulting from sudden de-loading or unloading of the alternator A change in the excitation current then causes a proportional change in the excitation voltage, so that the conditions as shown in Fig. r arise without further ado are, In order to match the rectilinear in as large a field of work as possible Part of the magnetic characteristic to be achieved with the resistance line you give the excitation machine expediently large hysteresis, so that its characteristics is represented in accordance with Fig. 3 by a wide area strip, within whose straight line resistance of the circuit runs. The exciter receives a sheet metal yoke and is low in saturation throughout its magnetic circuit carried out so that there is a slightly curved characteristic.

Um nun die auf dem geradlinigen Teil ihrer Charakteristik arbeitende, im indifferenten Spannungsgleichgewicht befindliche Erregerinaschine zu stabilisieren, können verschiedenartige Mittel verwendet werden. Bei der Anordnung nach Abb. 4. wird zur Erregerwicklung der Erregermaschine ein Widerstand r parallel geschaltet, dessen Größe in Abhängigkeit von der Erregerspannung oder auch von der Spannung des Wechselstromnetzes geändert wird. Beispielsweise kann durch Vermittlung eines Relais s, das in Abhängigkeit von der Netzspannung eine Drehspule t o. dgl. beeinflußt, der Stellhebel des Regelwiderstandes r gedreht werden, der der Erregerwicklung q parallel geschaltet ist. Auf diese Weise kann man noch den letzten Rest der Spannungsänderung, die in den Kurven (Abb. r) auftritt, ausgleichen. Bei höherer Klemmenspannung E braucht nur das Erregermaschinenfeld allmählich geschwächt zu werden. Dementsprechend ergeben sich Ströme und Spannungen, wie sie in Abb. r strichpunktiert dargestellt sind. Der Nebenschlußwiderstand r der Anordnung nach Abb. ¢ wird zweckmäßig induktiv ausgebildet.In order to now work on the straight-line part of its characteristic, to stabilize the exciter machine in the indifferent voltage equilibrium, various means can be used. With the arrangement according to Fig. 4. a resistor r is connected in parallel to the excitation winding of the excitation machine, its size depending on the excitation voltage or the voltage of the AC network is changed. For example, by arranging a Relay s, which, depending on the mains voltage, influences a moving coil t or the like, the adjusting lever of the rheostat r, that of the field winding q is connected in parallel. In this way you can still see the last remainder of the voltage change, that occurs in the curves (Fig. r). With a higher terminal voltage E only the exciter field needs to be weakened gradually. Accordingly the result is currents and voltages as shown in Fig. r in dash-dotted lines are. The shunt resistance r of the arrangement according to Fig. ¢ is expediently inductive educated.

An Stelle der Stabilisierung der Erregermaschine mit Hilfe eines Widerstandes kann auch eine Stabilisierung mit einer Hilfserregung vorgenommen werden. Eine Anordnung dieser Art zeigt Abb. 5. Die Erregermaschine p, die wiederum als selbsterregte Reihenschließmaschine ausgeführt ist und in ihrem indifferenten Spannungsgleichgewicht arbeitet, wird mit einer Regulierwicklung o und mit einer einstellbaren Grunderregung r versehen, die aus einem Netz konstanter Spannung gespeist wird und der Wicklung o entgegenwirkt, so daß sich bei normaler Spannung die von o und r erzeugten Felder gegenseitig aufheben. Die Wicklung o wird von den Schwankungen des Wechselstromnetzes beeinflußt, indem sie aus einem Gleichrichter g gespeist wird, der an der Spannung des Wechselstromnetzes über dein Transformator d hängt. Ändert sich die Spannung im Netze, so ändert sich auch das Feld der Erregermaschine. Diese wird gezwungen, den Strom, den sie an die Erregerwicklung des Generators liefert, so lange zu ändern, bis der Sollwert der Netzspannung, der durch die Einstellwicklung r vorgeschrieben wird, erreicht ist und die Erregermaschine sich wieder im Gleichgewicht befindet. Die Anordnung, bei der an Stelle der üblichen Relais eine Vakuumröhre, im besonderen ein Gleichrichter, verwendet wird, weist den Vorteil auf, daß Änderungen im Wechselstroinnetze sehr schnell auf die Erregerrnaschine einwirken, weil der Gleichrichter wie jede andere Vakuumröhre der magnetischen Trägheit entbehrt. Die im indifferenten Gleichgewicht befindliche selbsterrete Reihenschlußerregermaschine ist ebenfalls' sehr empfindlich, so daß sich durch die beschriebenen Anordnungen bereits Regulier-@eschwindigkeiten erreichen lassen, die wesentlich höher sind als die mit den üblichen Schnell- oder Eilerregungsanordnungen erreichbaren Geschwindigkeiten.Instead of stabilizing the exciter with the help of a resistor Stabilization can also be carried out with an auxiliary excitation. An arrangement of this type is shown in Fig. 5. The excitation machine p, which in turn is a self-excited series closing machine is executed and works in its indifferent tension equilibrium provided with a regulating winding o and with an adjustable basic excitation r, which is fed from a network of constant voltage and counteracts the winding o, so that at normal voltage the fields generated by o and r cancel each other out. The winding o is influenced by the fluctuations in the AC network by it is fed from a rectifier g connected to the voltage of the alternating current network hangs over your transformer d. If the voltage in the network changes, it changes also the field of the exciter. This will be forced to use the electricity it sends to the The generator's excitation winding supplies to change until the setpoint of the Mains voltage, which is prescribed by the setting winding r, has been reached and the exciter is back in equilibrium. The arrangement at which instead of the usual relay a vacuum tube, in particular a rectifier, is used, has the advantage that changes in the AC network very act quickly on the exciter machine because the rectifier is like any other Vacuum tube lacks magnetic inertia. Those in indifferent equilibrium the self-contained in-line exciter located there is also 'very sensitive, so that regulating speeds can be achieved that are significantly higher than those with the usual fast or Rapid excitation arrangements achievable speeds.

Die Reguliergeschwindigkeit kann indessen noch weiter gesteigert werden, wenn man zwisehenWechselstromnetz und Erregermaschine eine Verstärkereinrichtung beliebiger Art schaltet, beispielsweise eine solche, wie sie iii der Patentschrift 329128 beschrieben ist. Ein Schaltbild dieser Anordnung zeigt Abb. 6. In dieser Abbildung ist das Netz wiederum mit a bezeichnet, b ist der Generator mit -der Erregerwicklung c, d ist die Primärwicklung des Verstärkertransformators, dessen Sekundärwicklung aus zwei in Reihe geschalteten Dreieckwicklungen e, f besteht. Der Anfang der einen Dreieck-,vicklung ist an die eine Anode h des Gleichrichters g. angeschlossen, das Ende der zweiten Dreieckwicklung an- die Anode i. Von dem Verbindungspunkt k der beiden Dreieckwicklungen ist die eine (negative) Gleichstromleitung l abgeführt, während die andere (positive), m; an die -Kathode n des Gleichrichters angeschlossen ist. Der Gleichstromkreis speist wiederum, wie in dem Beispiel- der Abb. 5, die Regulierwicklung o der selbsteregten Erregerinsachine p. Jedoch werden die Netzschwankungen infolge der Eigenart der Verstärkereinrichtung in erheblich verstärktem Maße in dem Gleichstromkreis wiedergegeben, und zwar kann für eine Änderung im Wechselstromkreis ein beliebiges Vielfaches an Änderungen im Gleichstromkreis erzielt werden. Als Verstärker können auch mit Nutzen Elektronenröhren an sich bekannter Art verwandt werden, sowohl mit als ohne Gasfüllung, einzeln oder in Kaskade.The regulating speed can, however, be increased even further if an amplifier device of any type is connected between the alternating current network and the exciter, for example one as described in patent specification 329128. A circuit diagram of this arrangement is shown in Fig. 6. In this figure, the network is again labeled a, b is the generator with -the excitation winding c, d is the primary winding of the amplifier transformer, the secondary winding of which consists of two series-connected triangular windings e, f . The beginning of one triangular winding is connected to one anode h of the rectifier g. connected, the end of the second triangular winding to the anode i. From the connection point k of the two triangular windings, one (negative) direct current line 1 is led away, while the other (positive), m; connected to the cathode n of the rectifier. The direct current circuit in turn feeds, as in the example in Fig. 5, the regulating winding o of the self-excited excitation machine p. However, due to the nature of the amplifier device, the mains fluctuations are reproduced to a considerably greater extent in the direct current circuit, and any number of changes in the direct current circuit can be achieved for a change in the alternating current circuit. Electron tubes of a known type can also be used as amplifiers, both with and without gas filling, individually or in cascade.

Das neue Verfahren zur Schnellregelung der Spannung von Wechselstromgeneratoren kann mit den bekannten Schnellregelungs-oder Eilregelungsverfahren verbunden werden, indem man beispielsweise die oben beschriebenen Verfahren und Einrichtungen dazu verwendet, zunächst die Spannung grob annähernd auf den Sollbetrag einzustellen und alsdann mit den bekannten Methoden zur Schnell- oder Eilerregung fein auf den Sollbetrag regelt. So kann man beispielsweise die Anordnung derart wählen, daß Netzschwankungen in einem größeren Betrage von -f- 2 Prozent durch das die Erfindung bildende Verfahren geregelt werden, während die Feineinstellung innerhalb dieser Grenzen durch die bekannten Schnell- oder Eilregelungseinrichtungen erfolgt.The new method of quickly regulating the voltage of alternators can be combined with the well-known quick regulation or express regulation methods, for example, by using the methods and facilities described above used to first adjust the voltage roughly to the target amount and then fine-tune the with the known methods of rapid or hurry excitation Target amount regulates. For example, the arrangement can be chosen in such a way that network fluctuations in a greater amount of -f- 2 percent by the process of the invention can be regulated while fine adjustment within these limits by the known rapid or rapid control devices takes place.

Claims (9)

PATENT-ANSPRÜCHE: i. Verfahren zur selbsttätigen Schnellregelung der Spannung von Wechselstromgeneratoren mit stoßweise sich ändernder Belastung, dadurch gekennzeichnet, daß der infolge elektromagnetischer Rückwirkung der Laständerung von selbst sich einstellende Wert des Erregerstromes ganz oder nahezu aufrechterhalten wird. PATENT CLAIMS: i. Procedure for automatic quick regulation of the Voltage of alternators with intermittently changing loads, thereby characterized in that the result of the electromagnetic reaction of the load change maintain the self-adjusting value of the excitation current completely or almost completely will. 2. Einrichtung- zur Ausführung des. Verfahrens nach Anspruch i, gekennzeichnet durch eine im indifferenten Spannungsgleichgewicht arbeitende Reihenschlußerregermaschine des Wechselstromgenerators und Mittel, sie nach Beendigung des Regelvorganges zu stabilisieren. 2. Device for carrying out the. The method according to claim i, characterized by a series circuit exciter working in an indifferent voltage equilibrium of the alternator and means to close it after the control process has ended stabilize. 3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Stabilisierung zur Reihenschlußwicklung ein Regelwiderstand parallel geschaltet ist, der mittels Relais in Abhängigkeit von der Netzspannung verstellt wird. 3. Device according to claim 2, characterized in that for the purpose A regulating resistor connected in parallel to the series winding stabilization which is adjusted by means of a relay depending on the mains voltage. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregerinaschine außer der Reihenschlußwicklung eine von den Netzschwankungen abhängige Erregung und eine einstellbare konstante Grunderregung erhält. Facility according to claim 2, characterized in that the excitation machine apart from the series winding an excitation dependent on the mains fluctuations and an adjustable constant one Basic excitation receives. 5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Relais zur Beeinflussung des von der Netzspannung abhängigen Zusatzfeldes der Erregung eine Vakuumröhre dient. 5. Device according to claim 4, characterized in that as a relay for influencing the additional field of the A vacuum tube is used for excitation. 6. Einrichtung nach Anspruch 3 bis 5, gekennzeichnet durch-einen vor das Relais geschalteten Transformator mit gesättigtem Eisenkern nach Patent 329128, durch welchen die Empfindlichkeit des Relais gegenüber den Netzschwankungen gesteigert wird. 6. Device according to claim 3 to 5, characterized through a transformer with a saturated iron core connected upstream of the relay according to patent 329128, by which the sensitivity of the relay to mains fluctuations is increased. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärwicklung des- Transformators aus zwei an einem und demselben Eck aufgeschnittenen und in Reihe geschalteten Dreieckwicklungen besteht, deren freie Enden an die Anoden der Vakuumröhre und deren Verbindungspunkt an den negativen Leiter des Gleichstromkreises angeschlossen sind. B. Device according to Claim 6, characterized in that the secondary winding des transformer made of two cut open at one and the same corner and in Series connected triangular windings, the free ends of which to the anodes of the Vacuum tube and its connection point to the negative conductor of the direct current circuit are connected. B. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsschwankungen des Netzes durch Elektronenröhren verstärkt auf den Erregerkreis übertragen werden. Device according to claim 4, characterized in that the voltage fluctuations of the network by electron tubes intensified on the excitation circuit be transmitted. 9. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die auf solche Weise grob geregelte Spannung mittels eines der bekannten Schnell- oder Eilerregungsverfahren fein auf den Sollwert der Netzspannung eingestellt wird.9. The method according to claim i, characterized in that the in such a way roughly regulated voltage by means of one of the known rapid or The rapid excitation process is fine-tuned to the nominal value of the mains voltage.