DE881691C - Synchronous generator with load-dependent excitation - Google Patents

Synchronous generator with load-dependent excitation

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DE881691C
DE881691C DES25052A DES0025052A DE881691C DE 881691 C DE881691 C DE 881691C DE S25052 A DES25052 A DE S25052A DE S0025052 A DES0025052 A DE S0025052A DE 881691 C DE881691 C DE 881691C
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DE
Germany
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load
rectifier
synchronous generator
current
excitation
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Expired
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DES25052A
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German (de)
Inventor
Hermann Dipl-Ing Dr-Ing Harz
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Siemens AG
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Siemens AG
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P9/00Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output
    • H02P9/14Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output by variation of field
    • H02P9/38Self-excitation by current derived from rectification of both output voltage and output current of generator

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Eletrric Generators (AREA)

Description

Synchrongenerator mit lastabhängiger Erregung Es ist bekannt, Synchrongeneratoren in sogenannter Stromschaltung über Gleichrichter zu erregen, wobei der dem Gleichrichter zugeführte Wechselstrom aus einem von der Belastung unabhängigen, z. B. durch eine große Drosselspule vorgeschriebenen und einem dem Generatorstrom verhältn.isgleichenStromzusammengesetztwird. Durch einen Kondensator parallel zum Gleichrichterumspanner, der auf Resonanz mit der Drosselspule abgestimmt ist, wird :dabei die Selbsterregung bei irgendeiner gewünschten Drehzahl gesichert.Synchronous generator with load-dependent excitation Synchronous generators are known to be excited in a so-called current circuit via rectifier, the rectifier supplied alternating current from an independent of the load, z. B. by a A large choke coil is prescribed and is composed of a current that is the same as the generator current. Through a capacitor in parallel with the rectifier converter that resonates with the choke coil is tuned: thereby self-excitation at any one desired speed secured.

Die übliche Ausführung .der Synchronmaschine als Innenpolmaschine hat nun zur Folge, daß mit abnehmender Leistung die Unterbringung des Erregerkupfers im Läufer Schwierigkeiten bereitet, weil ja das Erregerkupfer nicht nur einen dem Ständerstrombelag entsprechenden Strom führen muß, sondern auch den für dieErregung desFe:ldes erforderlichen Strom. Auf gleiche Windungszahl und gleichen Wicklungsfaktor bezogen, ist daher im Läufer die 1,8- bis a,2fache Kupfermenge unterzubringen wie im Ständer. Es ist klar, daß die Unterbringung dieses Kupfers gewisse Mindestabmessungen für den Läufer erfordert. Noch schwieriger werden die Verhältnisse, wenn im Läufer eine Dämpferwicklung untergebracht werden muß. Man könnte nun dazu übergehen, sogenannte Außenpoltypen zu bauen, bei denen das Erregerkupfer im feststehenden äußeren Teil untergebracht ist, während der gut ausgenutzte Läufer über Schleifringe am Netz liegt. Doch läßt die Ausnutzung des Ständers auch in diesem Fall, besonders wenn noch eine Dämpferwicklung hinzukommt, zu wünschen übrig. D.ie Erfindung zeigt, wie man hier mit einfachen Mitteln diese Schwierigkeiten vermeiden kann. Er.-findungsgemä:ß 'wird als Generator ein normaler Asynchronmotor mit Schleifringanker verwendet, dessen Läufer über Schleifringe am Drehstromnetz liegt und dessen Ständer über einen Gleichrichter in Stromschaltung mit Gleichstrom erregt wird. Diese Lösung hat den Vorteil, daß keine besondere Neuentwicklung erforderlich ist, vielmehr kann man auf Schleifringläufer aus der laufenden normalen Fertigung zurückgreifen, die nun sowohl als -Motor als auch als iGenerator verwendet werden können. Es ergeben sich daher gün:stigeFertigurngsverhältnisse. Durch Kurzschließen von zwei Ständerklemmen erhält man eine sehr wirksame Querfelddämpfung, ohne daiß dafür eine besondere Dampferwicklung vorgesehen werden muß. Vielmehr werden die gleichen Wicklungen auch von dem über den Gleichrichter- zugeführten Erregerstrom durchflossen. Man erhält demnach für die Dampferwicklungen viel größere Querschnitte als sie normalerweise üblich sind und damit auch eine entsprechend stärkere Dämpfung.The usual design of the synchronous machine as an internal pole machine now has the consequence that with decreasing power, the accommodation of the excitation copper causes difficulties in the runner, because the exciter copper is not just one of the Stator current coating must carry the corresponding current, but also for the excitation desFe: lthe electricity required. The same number of turns and the same winding factor related, the rotor has to accommodate 1.8 to a.2 times the amount of copper as in the stand. It is clear that the accommodation of this copper has certain minimum dimensions required for the runner. The conditions are even more difficult when in the runner a damper winding must be accommodated. One could now move on to so-called Build outer pole types where the excitation copper is in the fixed outer part is housed, while the well-used runner is connected to the network via slip rings lies. But even in this case, the use of the stand, especially if a damper winding is added, much to be desired. The invention shows how one can avoid these difficulties with simple means. According to the invention, a normal asynchronous motor with slip ring armature is used as a generator used, whose rotor is connected to the three-phase network via slip rings and its stator is excited by a rectifier in a current circuit with direct current. This solution has the advantage that no special new development is required, rather it can one can fall back on slip ring rotors from the ongoing normal production, which can now be used both as a motor and as an iGenerator. It surrendered therefore favorable production ratios. By short-circuiting two stand terminals a very effective transverse field damping is obtained without the need for a special steam winding must be provided. Rather, the same windings are also used by the one above the rectifier-supplied excitation current flows through. So you get for the steam windings have much larger cross-sections than they are normally used and thus a correspondingly stronger damping.

Die Verwendung normaler Asynchronmotoren als Synchrongeneratoren scheitert bei konstanter Erregung daran, daß das sogenannte Kurzschlußverhältni,s, d. h. das Verhältnis des für die Feld-bildung erforderlichen Erregerstromes zum Nennlaststrom, beide auf gleiche Windungszahl bezogen, wegen des kleinen Luftspaltes zu klein ist. Solche Generatoren sind daher weich, d. h. sie fallen mit zunehmender Belastung in der Spannung sehr stark ab und vertragen keine Überlastung. Durch die lastabhängige Erregung über Gleichrichter in Stromschaltung erfolgt jedoch mit steigender Belastung selbsttätig eine Zunahme des Erregerstromes, so. daß die erforderliche Überlastbarkeit gesichert ist. Es ergeben sich daher aus der Anwendung der bekannten lastabhängigen Erregung über Gleichrichter in Stromschaltung auf normale Schleifringläufer, die im Ständer erregt und mit dem Läufer auf das Netz geschaltet sind, die denkbar größten Vorteile.The use of normal asynchronous motors as synchronous generators fails with constant excitation because the so-called short-circuit ratio, s, ie the ratio of the excitation current required for field formation to the nominal load current, both related to the same number of turns, is too small due to the small air gap. Such generators are therefore soft, that is to say they drop in voltage very sharply with increasing load and cannot tolerate overloading. Due to the load-dependent excitation via a rectifier in a current circuit, the excitation current increases automatically as the load increases, see above. that the required overload capacity is ensured. The application of the known load-dependent excitation via rectifiers in current connection to normal slip-ring rotors, which are excited in the stator and connected to the mains with the rotor, therefore results in the greatest conceivable advantages.

Ein Ausführungsbeispiel soll den Erfindungsgedanken noch näher erläutern: In Fig. i bezeichnet i eine normale Asynchronmaschine mit Schleifringläufer, die von einer Kraftmaschine 2, z. B. einem Dieselmotor, angetrieben wird. Die Asynchronmaschine wind im Ständer über den Trockengleichrichter 3 erregt, .der auf der Wechselstromseite vom Umspanner 4. gespeist wird. Dieser ist mit zwei Erstwicklungen versehen, idie eine (links) wird vom Generatorstrom durchflossen, die andere (rechts) vom Strom einer Drosselspule 5, die genügend groß ist, um den Strom in ihrem Stromkreis nahezu konstant zu halten, unabhängig von der Größe des Generatorstromes an der anderen Erstwicklung. An den Gleiehrichterumspanner ist noch -der Kondensator 6 angeschlossen, der auf Resonanz mit der Drosselspule 5 abgestimmt ist. Unter dem Einfluß der geringen Remanenz entwickelt sich infolge der Resonanzschaltung am Gleichrichter, solange dessen Schwellwert noch nicht überschritten ist, eine höhere Spannung als dem Remanenzwert entspricht, sö . daß schließlich der Schwellwert überschritten und die Erregung eingeleitet wird. Die @Ständerwicklung ist in der üblichen Weise in Stern oder auch in Dreieck geschaltet, wobei jedoch zwei Klemmen kurzgeschlossen sind, so dakß sich in der Kurzschlußachse das Querfeld ausbilden und eine kräftige Dämpfung bewirken 'kann.An exemplary embodiment is intended to explain the concept of the invention in more detail: In Fig. I i denotes a normal asynchronous machine with slip ring rotor, the from a prime mover 2, e.g. B. a diesel engine. The asynchronous machine wind excited in the stand via the dry rectifier 3, .the one on the alternating current side 4. is fed by the transformer. This is provided with two first windings, iie one (left) is traversed by the generator current, the other (right) by the current a choke coil 5, which is large enough to the current in their circuit almost to keep constant, regardless of the size of the generator current at the other Initial development. The capacitor 6 is still connected to the rectifier transformer, which is tuned to resonance with the choke coil 5. Under the influence of the minor Remanence develops as a result of the resonance circuit on the rectifier as long as whose threshold value has not yet been exceeded, a higher voltage than the remanence value corresponds, sö. that eventually the threshold exceeded and the excitement is initiated. The @ stator winding is in the usual way in star or also connected in delta, but with two terminals short-circuited, so that they are connected develop the transverse field in the short-circuit axis and cause strong damping 'can.

Fig.2 zeigt noch den Verlauf der Spannungskennlinien über den Erregerstrom Je. UL bezeichnet die Generatorspannung bei Leerlauf und KL die Spannung im Erregerkreis, die nahezu allein an der Drosselspule liegt. Beide Kurven ergeben einen stabilen Schnittpunkt. Bei Belastung gelten infolge des Ohmschen und,des induktiven Spannungsabfalls in der Wechselstromwicklung des Generators die Kennlinien Uß und KB. Auch dabei ergeben sich eindeutige Schnittpunkte.Fig. 2 also shows the course of the voltage characteristics over the excitation current Je. UL denotes the generator voltage when idling and KL denotes the voltage in the excitation circuit that is almost solely applied to the choke coil. Both curves result in a stable intersection. Under load, the characteristics Uß and KB apply due to the ohmic and inductive voltage drop in the alternating current winding of the generator. Here, too, there are clear intersections.

Gewisse Änderungen der Spannung um einige Prozente treten auf, wenn sich der Leistungsfaktor der Belastung ändert. Man kann diese Änderungen auf eine der bekannten Weisen beseitigen. Man kann z. B. parallel zum Gleichrichter einen regelbaren Widerstand schalten und damit einen Teil des vom Gleichrichter gelieferten Stromes in diesen Parallelweg leiten. Man kann auch den Gleichrichterumspanner mit Anzapfungen versehen und auf dieseWeise sowohl den-lastabhängigen als auch den lastunabhängigen Strom regeln. Schließlich kann man auch die Drehzahl des Antriebsmotors in kleinen Grenzen ändern und auf diese Weise die Spannung konstant halten. Da die Drehzahländerungen nur einigeProzente betragen in derGrößenordnung des Drehzahlabfalles des Dieselmotors, spielen die damit verbundenen Frequenzänderungen im Alleinbetrieb keine Rolle.Certain voltage changes of a few percent occur when the power factor of the load changes. You can make these changes to a of the known ways. You can z. B. parallel to the rectifier one switch adjustable resistance and thus part of the supplied by the rectifier Pass the current into this parallel path. You can also use the rectifier converter Taps and in this way both the load-dependent and the load-independent Regulate electricity. Finally, you can also adjust the speed of the drive motor in small Change boundaries and in this way keep the tension constant. As the speed changes only a few percent are in the order of magnitude of the drop in speed of the diesel engine, the associated frequency changes do not play a role in stand-alone operation.

Claims (5)

PATENTANSPRÜCHE: i. Synchrongenerator mit lastabhängiger- Erregung über Gleichrichter, dadurch gekennzeichnet, daß ein Asynchronmotor mit Schleifringanker als synchronisierter Asynchrongenerator verwendet wird, der im Ständer erregt wird und dessen Schleifringe an das Netz angeschlossen sind. PATENT CLAIMS: i. Synchronous generator with load-dependent excitation Via rectifier, characterized in that an asynchronous motor with slip ring armature is used as a synchronized asynchronous generator that is excited in the stator and whose slip rings are connected to the network. 2. Synchrongenerator nach Anspruch ti, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregung außer dem lastabhängigen Anteil noch einen von der Belastung unabhängigen Anteil aufweist. g. 2. Synchronous generator after Claim ti, characterized in that the excitation apart from the load-dependent portion still has a proportion that is independent of the load. G. Synchrongenerator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der lastunabhängige Anteil durch den Strom einer von der Netzspannung gespeisten, genügend groß bemessenen Drosselspule und der lastabhängige Anteil durch den Generatorstrom bestimmt wird, die beide im Gleichrichterumspanner vektoriell überlagert und durch den Gleichrichter gemeinsam gleichgerichtet werden. .Synchronous generator according to claim 2, characterized in that the load-independent portion by the Current of a sufficiently large choke coil fed by the mains voltage and the load-dependent component is determined by the generator current, both in the Rectifier converter superimposed vectorially and shared by the rectifier be rectified. . 4. Synchrongenerator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß für die Einleitung der Selbsterregung ein auf Resonanz mit der Drosselspule abgestimmter Kondensator an den Gleichrichterumspanner, z. B. an eine Anzapfung, angeschlossen ist. 4. Synchronous generator according to claim 3, characterized in that that for the initiation of self-excitation one on resonance with the choke coil matched capacitor to the Rectifier converter, e.g. B. at a tap is connected. 5. Synchrongenerator nachAnspruch3 oder .4. dadurch gekennzeichnet, daß für die zusätzliche Regelung des Gleichrichterstromes entweder ein zum Gleichrichter parallelgeschalteter Regelwiderstand oder Anzapfungen am Gleichrichterumspanner oder Einrichtungen für die Regelung der Drehzahl der Antriebsmaschine des Synchrongenerators vorgesehen sind.5. Synchronous generator according to claim 3 or 4. through this characterized that either for the additional regulation of the rectifier current a rheostat connected in parallel to the rectifier or taps on the rectifier converter or devices for regulating the speed of the drive machine of the synchronous generator are provided.
DES25052A 1951-10-02 1951-10-02 Synchronous generator with load-dependent excitation Expired DE881691C (en)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1003845B (en) * 1954-05-25 1957-03-07 Siemens Ag Arrangement for the excitation of synchronous machines
DE972769C (en) * 1953-05-14 1959-10-01 Siemens Ag Arrangement to improve the voltage stability of synchronous machines or synchronized asynchronous machines
DE1072758B (en) * 1960-01-07 Laufenburg Eugen Maier (Bad.) Rotating furnace with directly coupled electric generator

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