DE719192C

DE719192C - Arrangement for voltage regulation of synchronous machines with the help of a rectifier

Info

Publication number: DE719192C
Application number: DES123790D
Authority: DE
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1936-08-11
Filing date: 1936-08-11
Publication date: 1942-04-01

Description

Anordnung zur Spannungsregelung von Synchronmaschinen mit Hilfe eines Gleichrichters Das Hauptpotent 648 302 betrifft eine Anordnung zur Spann:ungsa#egelung von Synchronmaschinen mit Hilfe eines Gleichrichters, der die. Erregerwicklung der Synchronmaschine aus dem Wechselstromnetz speist. Der Transformator des Gleichrichters ist dabei mit einem von des Belastung der Synchroxunaschine unabhängigen. Scheinwiderstand in Reihe geschaltet, dessen Leistung ein Vielfaches der über ihn an den Gleichrichtertransfommvator gelieferten Leistüag ist. Dieser Scheinwiderstand kann eine auf das Netz der Hauptmaschine geschaltete Blindleistungsmaschine synchroner oder asynchroner Bauart sein-Man . erzielt dabei den Vorteil, daß die Blindleistungsmaschine bei. Spannungsabsenkung im Netz selbsttätig ihren Stroms vergrößert, dadurch verstärkend auf die 12rregang- der Hauptmaschine einwirkt. Bei Spannungserhöhung im Netz tritt der umgekehrte Vorgang ein.Arrangement for voltage regulation of synchronous machines with the help of a Rectifier The main potential 648 302 relates to an arrangement for voltage regulation of synchronous machines with the help of a rectifier, which the. Excitation development of the Synchronous machine feeds from the AC network. The transformer of the rectifier is independent of the load on the synchroxu machine. Impedance connected in series, the power of which is a multiple of that via it to the rectifier transformer delivered service is. This impedance can affect the network of the main machine switched reactive power machine of synchronous or asynchronous design sein-man. achieves the advantage that the reactive power machine at. Voltage drop automatically increases their current in the network, thereby increasing the 12rregang- the main engine acts. The reverse process occurs when the voltage increases in the network a.

Zu dieser Blindfeistungsmaschine kann ge-,, mäß der Anordnung des Hauptpatents noch eine vom Netz gespeiste Drosselspule parallel geschaltet sein., so da.ß der Transformator des Gleichrichters ahnt zwei parallel geschalteten, vom. der Belastung der Synchronmaschine unabhängigen Scheinwiderständen W Reihe geschaltet isst, deren Leistung ein VieNaches der über die Scheinwiderstände än den Gleich- richtertransforrnator gelieferten Leistung ist und deren Ströme am Gleichrichtertransfor- mator einander entgegengerichtet sind. Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ver- besserung und Abänderung dieser letzteren Anordnung des Hauptpatents, die den. ge- schilderten Vorteil. der als Scheinwiderstand wirkenden Blindleistungsmaschme beibehält, jedoch die Nachbeile einer solchen unilaufen- den Maschine vermeidet. Erfindungsgemäß. sind ruhende, mindestens eine Drosselspule enthaltende Scheinwiderstände vorgesehen, von denen mindestens der eine infolge Eisen - sätti@gvüg "eine nichtlineare Stromspannnngs- charakterlstik "aufweist, derart, daß bei simken- -deT--Netzsp7arnnvmg der Synchronmaschine von den beiden Scheinwiderständen ein steigender Erregerstrom aufgedrückt wird. Die beiden. Scheinwiderstände bestehen also,zweckmäßig aus der Parallelschaltung eines Kondensators mit einer gesättigten Drosselspule oder aus der .Parallelschaltung von zwei Drosselspulen verschiedener Charakteristik, wobei aber da- für gesorgt ist, daß die Strömte der beiden Drosselspulen am Gleichrichtertransformator einander entgegengerichtet sind. Die Erfindung ist im folgenden an. Hand zweier Ausführungsbeispiele näher erläutert. In Abb. i ist i die Synchronmaschine, dciieaa Spannung bei stoßweiser Änderung der Be- lastung gehalten werden soll. Die Erregerwicklung der Synchronmaschine wird über den Gleichrichter 2 und über den Gleichrichtertransformator 3 von den Stromtransformatoren 4 und 5 gespeist. Die Primärwicklung .des Stromtransformators 4. liegt dabei mit der Ständerwicklung der Maschine i in Reihe; .die Primärwicklung des Stromtransformators 5 liegt in Reihe mit einer vom Netz gespeisten 'Parallelschaltung eines Kondensators 6 und einer eisengesättigten Drosselspule 7. Da sowohl die Leistung der Maschine r als auch die Leistung der Parallelschaltung von 6 und 7 ein Mehrfaches der am Gleichrichter 3 auftretenden Leistung ist, so drücken die Stromtransformatoren 4 und 5 über den Gleichrichtertransformator 3 und den Gleichrichter 2 der Erregerwicklung in Parallelschaltung Gleichströme auf, dit proportional den in den Primärwicklungen 4 und 5 fließenden Strömein sind. Zur Erläuterung der Wirkungsweise der Parallelschaltung des Kondensators 6 und der Drosselsprlle 7 zeigt Abb. 2 in der Geraden 8 die lineare Abhängigkeit des Stromes des Kondensators 6 von der am Kondensator liegenden Spannung und in der Kurve 9 die Abhängigkeit des Stromes l der Drosselspule 7 von ihrer Spannung E. Infolge der steigt der Strom an der Drossel-=spule bei steigender Spanntulg mehr als proportional an. Da der Strom des Kondensators und der Strom der Drosselspule- eine Phasenverschiebung von i 8o' aufweisen, so tritt in der Primärwicklung des Stromtransformators 5 nur die Differenz zwischen diesen beiden strömen aiuf, die in Abb.2 durch vertikale Schraffierung angedeutet ist. Sind nun Kondeaisatoir 6 und Drosselspule 7 so bemessen, daß im normalen Betriebszustand die Parallelschaltung von 6 und 7 noch etwas unterhalb des Schnittpunktes der Kurven 8 und 9 arbeitet, so sieht man, daß bei einem Rückgang ,der Spannung E in Abb. 2 bzw. hei einem Sinkender Netzspannung in Abb. i der Differenzstrom von Drosselspule und Kondensator ansteigt. Dieser Strom wird also über die Transformatoren 5 und 3 eine Verstärkung des Erregerstromes an der Maschine i herbeiführen.According to the arrangement of the main patent, a choke coil fed by the mains can also be connected in parallel with this reactive power machine, so that the transformer of the rectifier senses two parallel connected chokes. the load of the synchronous machine independent impedance W is connected in series, the power of which is a lot like that of the impedance changes via the rectifier transformer is the power supplied and their currents at the rectifier transformer mator are opposite to each other. The present invention relates to a improvement and modification of the latter Arrangement of the main patent, which the. ge described advantage. as an impedance active reactive power machine maintains, however, the after- the machine avoids. According to the invention. are resting, at least one choke coil Containing apparent resistances provided, at least one of which is due to iron - sätti @ gvüg "a non-linear current voltage characteristics "in such a way that with simken- -deT - Netzsp7arnnvmg of the synchronous machine from the two apparent resistances an increasing one Excitation current is applied. The two. So there are apparent resistances, expediently from the parallel connection of a capacitor with a saturated inductor or off the .Parallel connection of two inductors different characteristics, but there- it is taken care that the flow of the two Choke coils on the rectifier transformer are opposed to each other. The invention is as follows. hand two embodiments explained in more detail. In Fig. I, i is the synchronous machine, dciieaa Voltage with intermittent change in load load should be kept. The field winding of the synchronous machine is fed via the rectifier 2 and via the rectifier transformer 3 from the current transformers 4 and 5. The primary winding of the current transformer 4. is in series with the stator winding of the machine i; .the primary winding of the current transformer 5 is in series with a mains fed 'parallel connection of a capacitor 6 and an iron-saturated choke coil 7. Since both the power of the machine r and the power of the parallel connection of 6 and 7 are a multiple of the power occurring at the rectifier 3 is, then press the current transformers 4 and 5 via the rectifier transformer 3 and the rectifier 2 of the excitation winding in parallel direct currents, which are proportional to the currents flowing in the primary windings 4 and 5. To explain the mode of operation of the parallel connection of the capacitor 6 and the choke coil 7, Fig. 2 shows in the straight line 8 the linear dependence of the current of the capacitor 6 on the voltage across the capacitor and in the curve 9 the dependence of the current I of the choke coil 7 on it Voltage E. As a result, the current at the choke coil rises more than proportionally as the voltage rises. Since the current of the capacitor and the current of the choke coil have a phase shift of i 80 ', only the difference between these two currents occurs in the primary winding of the current transformer 5, which is indicated in Fig. 2 by vertical hatching. If the condenser 6 and the choke coil 7 are dimensioned in such a way that in the normal operating state the parallel connection of 6 and 7 still works a little below the intersection of curves 8 and 9, it can be seen that when the voltage E in Fig. 2 or When the line voltage in Fig. i drops, the differential current between the inductor and the capacitor increases. This current will therefore lead to an amplification of the excitation current at the machine i via the transformers 5 and 3.

Die gesättigte Drosselspule 7 wird man zweckmäßig mit Oberwellenkoanpemsation ausführen, vorteilhaft also aus zwei gleichartigen Drosseln, von denen die eine Stern-, die andere - Dreieck- oder Zickzackschaltung aufweist, zusammensetzen. Man kann auch zwei gleichartige Drosseln um je 15° drehen, indem man Ziekzack"vicklung in , entgegengesetzter Schaltung verwendet.The saturated choke coil 7 is expediently with harmonics coanpemsation run, so advantageously from two similar throttles, one of which Star, the other - triangle or zigzag circuit, put together. Man can also turn two similar throttles by 15 ° each by turning ziekzag "winding used in, opposite circuit.

Beider Anordnung der Abb. i ist der Kondensator 6 verhältnismäßig teuer: Da es aber lediglich darauf --ankommt, eine Differenzbildung zwischen einem steil zunehmenden (Kurve 9) und einem wenig zunehmenden (Gerade 8) Strom zu erzielen, so kann man für den Zweck der Erfindung offensichtlich auch eine Parallelschaltung einer gesättigten Drosselspule mit einer ungesättigten oder noch besser mit einer durch Gleichstrom vormagnetisierten Drosselspule verwenden und dabei den gleichen Effekt erzielen. 1..s muß nur dafür gesorgt werden, daß die Sträme dieser Parallelschaltung mit i 8o' Phasenverschiebung die Primärwicklung des vorgeschalteten Stramtran:sform.ators durchfließen.In the arrangement of Fig. I, the capacitor 6 is proportionate expensive: Since it only matters, a difference between one to achieve a steeply increasing (curve 9) and a slightly increasing (straight line 8) current, a parallel connection can obviously also be used for the purpose of the invention a saturated choke coil with an unsaturated one, or even better with one use a direct current biased choke coil while doing the same Achieve effect. 1..s only has to be ensured that the currents of this parallel connection with i 8o 'phase shift the primary winding of the upstream Stramtran: sform.ator flow through.

Abb.3 der Zeichnung zeigt eine derartige Anordnung. Die Primärwicklung des Gleichrichtertransformators 3 wird in Parallelschaltung vorn Stromtransformator 4 und von den sekundär parallel geschalteten Stromtransformatoren io und i i gespeist. Mit dem StromtransforanatoT ro ist dabei primär die vom Netz gesättigte Drosselspule 12 in Reihe geschaltet, mit der Primärwicklung des Stromtransformators r i ebenso die ungesättigte, jedoch mit Gleichstromvormagnetisierung arbeitende Drosselspule 13. Damit die Ströme der beiden Transformatoren ro und i i am Gleichrichtertransformator eine Phasen vcrschiebung von i8o° aufweisen, sind die Sekundärwicklungen von i o und r i mit cntgegenge-setztem Wicklungssinn der einen Sekundärwicklung des Stromtransformators .1 parallel geschaltet. Der dem Erregergleichrichter 2 zugeführte Strom setzt sich zusammen aus der Summe des Stromes der Maschine i zuzüglich dein Strom der ungesättigten bzw. mit Gleichstrom vormagnetisierten Drosselspule 13, . vermindert um den Strom der gesättigten Drosselspule r2. Auch bei dieser Anordnung «rircd der gleiche Effekt erzielt, wie an Hand der Abb. 2 geschildert ist; der dem Gleichrichter zugeführte Stram nimmt mit wachsender Spannung ebenfalls ab. Dieser Effekt kommt noch schärfer zur Geltung, wenn man an der Drosselspule 13, wie dargestellt, Gleichstromvormagnetisierung vornimmt. In Abb. 3 speist zu diesem Zweck ein vom Netz über einen Transformator 15 erregter Hilfsgleichrichter 14 eine Gleichstromwicklung an .der Drosselspule 13. Das Diagramm der Abb.4 zeigt in Abhängjgkeit von denn Magnetisier4ingsstrom !- die an den paraUel geschalteten Drosselspulen auftretenden Spannungen E. Die Spannungskurve 16 der gesättigten Drosselspule 12 weist eine entgegengesetzte Krümmung auf als. die an der mit Gleichstromvormagnetisierung arbeitenden Drosselspule 13 auftretenden Spannungskurven 17, 18 und i9. Unterhalb des Schnittp nktos der Kurve 16 mit einer der, Kurven 17, 18 und i 9 tritt daher ein noch rascheres Anwachsen des Differenzstromes zwischen- den . beide Drosselspulen ein als bei einer Anordnung, die gemäß dem Diagramm der Abb.2 arbeitet.Fig.3 of the drawing shows such an arrangement. The primary winding the rectifier transformer 3 is connected in parallel in front of the current transformer 4 and fed by the secondary current transformers io and i i connected in parallel. With the StromtransforanatoT ro it is primarily the choke coil that is saturated by the mains 12 connected in series, with the primary winding of the current transformer r i as well the unsaturated, but working with direct current bias inductor 13. So that the currents of the two transformers ro and i i at the rectifier transformer have a phase shift of 80 °, the secondary windings are of 10 ° and r i with opposite winding sense of one secondary winding of the current transformer .1 connected in parallel. The current supplied to the exciter rectifier 2 settles together from the sum of the current of the machine i plus your current of the unsaturated or with direct current pre-magnetized choke coil 13,. less electricity the saturated choke coil r2. This arrangement also has the same effect achieved, as shown on the basis of Fig. 2; that fed to the rectifier Stram also decreases with increasing tension. This effect is even more pronounced comes into effect when the direct current bias is applied to the choke coil 13, as shown undertakes. In Fig. 3, a feed from the network via a transformer is used for this purpose 15 energized auxiliary rectifier 14 a DC winding on .der choke coil 13. The diagram in Fig.4 shows the magnetizing current as a function of the ! - the voltages occurring at the parallel connected choke coils E. The Voltage curve 16 of saturated choke coil 12 has an opposite curvature on as. those on the choke coil 13 working with direct current bias occurring voltage curves 17, 18 and i9. Below the intersection of the curve 16 with one of the curves 17, 18 and i 9 therefore increases even more rapidly of the differential current between the. both Reactors a as in an arrangement that works according to the diagram of Figure 2.

Die Anordnung der Abb. 3 hat- den weiteren Vorteil, daß man den Grad der Vormagnetisierung an der Droisselspule 13 einstellen kann. Man kann daher den Arbeitspunkt der Anordnung der Abb. 3 so legen, daß beim Sinken der Spannung ein besonders starkes Anwachsen des Erregerstromes an der Maschine i eintritt.The arrangement of Fig. 3 has the further advantage that the degree the bias at the Droissel coil 13 can be set. One can therefore use the Set the operating point of the arrangement in Fig. 3 so that when the voltage drops there is a particularly strong increase in the excitation current at machine i.

Die Verwendung einer gesättigten Drosselspule 12 ist bei der Anwendung von mit Gleichstrom vormagnetisierten Drosselspülen nicht unbedingt erforderlich. Man könnte üi diesem Falle statt der gesättigten auch eine ungesättigte Drosselspule vorsehen, deren Magnetisierungsstrom etwa gemäß der Geraden 2Q in Abb. q. verläuft. Auch in diesem Falle haben die Kurven 17, 18 und 19 mit der Geraden 2o Schnittpunkte, und bei passender Wahl des Arbeitspunktes steigt beim Sinken der Spannung der Differenzstrom zwischen den beiden Drosseln stark an. Wesentlich für .die Erfindung ist nur, daß zwei Drosselspulen mit verschiedenartiger Stromspannungscharakteristik vorgesehen sind, denen Ströme am Gleicbrichtertramsf-armatvT entgegengerichtet sind. Technisch wird sich allerdings aus der Zusammensetzung einer gesättigten und einer vormagnetisierten Drossel der wirkungsvollste Effekt herausholen lassen.The use of a saturated choke coil 12 is not absolutely necessary when using choke coils which are premagnetized with direct current. In this case, instead of the saturated one, one could also provide an unsaturated choke coil, the magnetizing current of which corresponds approximately to the straight line 2Q in Fig. Q. runs. In this case, too, curves 1 7, 18 and 19 intersect with the straight line 2o, and if the operating point is selected appropriately, the differential current between the two chokes increases sharply when the voltage drops. It is only essential for the invention that two choke coils with different current voltage characteristics are provided, which currents on the Gleicbrichtertramsf-armatvT are directed opposite. Technically, however, the most effective effect can be obtained from the combination of a saturated and a premagnetized choke.

Die Verwendung einer vormagnetisierten Drosselspüle bringt noch den Vorteil der bequeanen Möglichkeit einer zusätzlichen Spannungsregelung, die man vorteilhaft, wie in Abb.3 angedeutet, mit Hilfe eines kleinen gittergesteuerten Hilfsgleichrichters 14 vornehmen kann. Das Gitter dieses Hilfsgleichrichters kann zur Erzielung einer besonders steilen Steuercharakteristik in Abhängigkeit voll der Netzspannung beeinflußt werden.The use of a pre-magnetized choke coil still brings that Advantage of the convenient possibility of an additional voltage regulation, which one advantageous, as indicated in Fig.3, with the help of a small grid-controlled Auxiliary rectifier 14 can make. The grid of this auxiliary rectifier can to achieve a particularly steep control characteristic as a function of full the mains voltage can be influenced.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Anordnung zur Spannungsregelung ven Synchronmaschinen mit Hilfe eines Gleichrichters, der die Erregerwicklung der Synchronmaschine aus dem Wechselstromnetz speist, wobei der Transformator .des Gleichrichters mit zwei von der Belastung. der Synchronmaschine unabhängigen Scheinwiderständen in Reihe geschaltet ist, deren Leistung ein Vielfaches ,der über die Scheinwiderstände an den Gleichrichtertransformator gelieferten Leistung ist und deren Ströme am Gleichrichtertransformator einander entgegengerichtet sind, nach dem Patent 6483o2, gekennzeichnet durch ruhende, mindestens eine Drosselspule enthaltende Scheinwiderstände, von denen mindestens der eine infolge Eisensättigung eine nichtlineare Stromspannimgscbarakteristikaufweist, derart, daß bei: sinkender Netzspannung der Synchronmaschine von den beidag Sclleinwiderständen ein steigender Erregerstrom aufgedrückt wind. PATENT CLAIMS: i. Arrangement for voltage regulation ven synchronous machines with the help of a rectifier that turns the field winding of the synchronous machine the AC mains, the transformer .des rectifier with two from the burden. the synchronous machine independent impedances in series is switched, the power of which is a multiple of that via the apparent resistances the power supplied to the rectifier transformer and its currents at the rectifier transformer are opposite to each other, according to the patent 6483o2, characterized by dormant, at least one inductor containing apparent resistances, of which at least which has a non-linear current voltage characteristic due to iron saturation, in such a way that when the mains voltage of the synchronous machine falls, the two-day isolating resistances an increasing excitation current is forced on the wind.

2. Anordnung nach Anspruch i, gekeainzeichnet durch -die Verwendung einer Parallelschaltung eines Kondensators mit einer gesättigten Drosselspule als Scheinwiderstände 3. 2. Arrangement according to claim i, marked by using a parallel connection of a capacitor with a saturated one Choke coil as apparent resistance 3.

Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, d,aß die Scheinwiderstände aus zwei Drosselspulen' zeit verschiedener, z. B. einer linearen und einer nichtliniearen Stromspannungscharakteristik bestehen, deren Ströme unter Versetzung des einen Stromes gegenüber dein anderen um igo° .dem Gleichrichtertransformator zugeführt werden. q. Arrangement according to claim i, characterized in that d, ate the apparent resistances from two reactors' time different, z. B. one linear and a non-linear voltage characteristic exist, their currents offsetting one current to the other by igo ° .the rectifier transformer are fed. q.

Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Drosselspulen am Stromtransformator in Reihe geschaltet sind, deren Sekundärwicklungen unter Vertauschung der Anschlüsse der einen Sekundärwicklung in Parallelschaltung den Gleichrichtertransformator speisen. Arrangement according to claim 3, characterized in that the two choke coils on the current transformer are connected in series, their secondary windings while interchanging the connections of one secondary winding in parallel feed the rectifier transformer.

5. Anordnung nach Anspruch,3, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Drosselspule mit Gleichstrom vormagnetisiert ist, während die zweite Drosselspule entweder mit linearer Stromspannungschaxakteristik arbeitet oder infolge der Eisensättigung mit einer nach der entgegengesetzten Richtung gekrümmten Stromspannungscharakteristik als die zeit Gleichstromvormagnetisierung arbeitende Drosselspule. 5. Arrangement according to claim 3, characterized in that that one choke coil is biased with direct current, while the second Choke coil either works with linear voltage characteristic or as a result the iron saturation with a voltage characteristic curved in the opposite direction working as the time direct current bias inductor.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, ,daß die Gleichstromvormagnetisierung der einen Drosselspule von einem vom Netz gespeisten Gleichrichter geliefert -,vird, der zweckmäßig in Abhängigkeit von der Netzspannung regelbare Gittersteuerung aufweist.6. Arrangement according to claim 5, characterized in that the direct current bias of the a choke coil supplied by a mains powered rectifier -, vird, which expediently has a grid control that can be regulated as a function of the mains voltage.