DE934181C - Anordnung zur Stosserregung von Synchronmaschinen - Google Patents

Anordnung zur Stosserregung von Synchronmaschinen

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DE934181C
DE934181C DES4392D DES0004392D DE934181C DE 934181 C DE934181 C DE 934181C DE S4392 D DES4392 D DE S4392D DE S0004392 D DES0004392 D DE S0004392D DE 934181 C DE934181 C DE 934181C
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DE
Germany
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current
excitation
voltage
circuit
rectifier
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Expired
Application number
DES4392D
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English (en)
Inventor
Hermann Dipl-Ing Dr-Ing Harz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
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Application granted granted Critical
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Expired legal-status Critical Current

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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

Landscapes

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

Description

  • Anordnung zur Stoßerregung von Synchronmaschinen Es sind neuerdings verschiedene Anordnungen zur Erregung von Synchronmaschinen mittels Gleichrichter bekanntgeworden, die z. T. eine Schnell- und Stoßerregung ermöglichen. Bei einer dieser Anordnungen wird die Maschinenspannung auf einfache Weise durch einen von der gleichen Spannung gespeisten gittergesteuerten Gleichrichter geregelt. Der Nachteil dieser Anordnung liegt darin, daß die Erregung bei großen Spannungsabsenkungen versagt, weil sie von der Klemmenspannung abhängig ist. Eine andere Anordnung speist den Gleichrichter in Stromschaltung mit einem der Klemmenspannung und dem Laststrom verhältnisgleichen Summenstrom. Diese Anordnung sichert auch bei Spannungszusammenbrüchen durch Laststöße Schnellerregung mit großem Erregerstrom und angenähert genaue Ausregelung der Spannung, dagegen läßt sich eine genaue Ausregelung der Spannung nicht so einfach durchführen wie bei der erstgenannten Anordnung.
  • Die Erfindung vereinigt nun die Vorteile beider Anordnungen bei Vermeidung ihrer Nachteile und ermöglicht eine leichte Regelung durch Gittersteuerung in der Nähe der Nennspannung und große Überschußerregung bei Spannungszusammenbrüchen infolge von Stoßlasten und Kurzschlüssen.
  • Die Erfindung bezieht sich auf die Stoßerregung von Synchronmaschinen beim Eintreten von überlast mittels- gittergesteuerter Gleichrichter und in Abhängigkeit vom Belastungsstrom der Synchronmaschine mittels eines vom Belastungsstrom erregten Stromtransformators, wobei unterhalb der Überlast die Erregung in eine spannungsabhängige Schaltung mit genauer Ausregelung der Spannung durch die Gittersteuerung übergeführt ist. Der Erfindungsgedanke besteht nun darin, daß für die Erregung der Synchronmaschine der Strom des vom Belastungsstrom der Synchronmaschine erregten Stromtransformators in Stromüberlagerung mit dem Strom eines an die Netzspannung angeschlossenen Scheinwiderstandes (zweckmäßig eine Drosselspule) einen Transformator zugeführt ist, der über den gittergesteuerten Gleichrichter die Erregung der Synchronmaschine speist und an dem der dem Belastungsstrom der Synchronmaschine proportionale Teil des Erregerflusses ein- und ausschaltbar ist. Dabei sind also zwei Schaltungen für die Erregung der Synchronmaschine vorgesehen, nämlich eine spannungsabhängige Schaltung mit genauer Ausregelung der Spannung durch Gittersteuerung und eine stromabhängige Erregungsschaltung. In der Nähe der Nennspannung bei ruhigem Betrieb wird die Spannung in der ersten Schaltung durch die Gittersteuerung geregelt. Durch einfaches Betätigen eines Schalters wird auf die zweite Schaltung, die Stromschaltung, übergegangen, die infolge ihrer spannungs- und stromabhängigen Erregung den Sollwert der, -Spannung schnellstens wieder herstellt. Nach Erreichen der Sollspannung entsteht durch entgegengesetztes Betätigen des Schalters wieder die Spannungsschaltung mit Gittersteuerung. Der Übergang von der Spannungsschaltung zur -Stromschaltung kann auf zweierlei Weise erfolgen. Die Stromschaltung kann in ihrer Wirkung dadurch aufgehoben werden, daß der Gleichrichterumspanner, dessen Spannung bei Stromschaltung völlig- frei ist, an eine bestimmte Spannung, z. B. die Klemmenspannung, angeschlossen wird. Dadurch wird der Strom zur freien Größe; beim Abschalten dieser Spannung wird alsdann die Stromschaltung sofort -wieder wirksam, die den Strom zur vorgeschriebenen Größe. macht. Der Übergang kann auch in der Weise erfolgen, daß -die Stromschaltung in Reihe zur Spannung liegt. Die Eigenschaften einer Stromschaltung bleiben dadurch gewahrt, es wird lediglich diese von Spannung entlastet. Durch Kurzschließen der Stromschaltung wird dagegen eine reine Spannungsschaltung hergestellt, die nach Aufheben des Kurzschlusses wieder in die Stromschaltung übergeht. Durch die von der Stromschaltung zur Verfügung gestellten Überschußspannungen wird der Erregerstrom . schnellstens seinem Sollwert zugeführt. Durch geeignete Wähl. der Übersetzüngsverhältnisse der Stromschaltung, die bei deren Weiterbestehen eine viel zu große Endspannung bewirken würden, kann die Erregungsgeschwindigkeit weiter gesteigert werden. Das Aufheben und Herstellen des Kurzschlusses bei der zweiten Möglichkeit kann auch durch. einen zweiten Gleichrichter erfolgen,- der mit dem ersten. zu einem Gefäß vereinigt sein kann.' Da bei der Stromschaltung der Strom erzwungen wird, vermag ihn die einfache Gittersteuerung nicht ohne weiteres zu regeln. Sie wird daher mit dem Schaltvorgang, der die Spannungsschaltung in die Stromschaltung überführt, abgeschaltet bzw. im umgekehrten Fall zugeschaltet.
  • Die neue Schaltung ermöglicht die Verwendung normalen Gleichrichter, deren sämtliche Anoden sowohl bei der Spannungsschaltung als auch bei der Stromschaltung voll ausgenutzt sind. Sie vereinigt die leichte Regelbarkeit der Spannungsschaltung mit der Sicherheit und Schnelligkeit der Erregung durch Stromschaltung.
  • Einige Ausführungsbeispiele sollen den Erfindungsgedanken besser erkennen lassen. In Fig.i bedeutet i eine Synchronmaschine, die durch den Gleichrichter 2 und den Gleichrichterumspanner 3 über den Stromtransformator 4 und die Drosselspule 5 mit einem lastunabhängigen und über den Stromtransformator 6 mit einem lastabhängigen Strom in Stromschaltung in bekannter Weise gespeist wird.- Ferner ist erfindungsgemäß der Schalter 7 vorgesehen, der den Gleichrichterumspanner -3 wahlweise an die Netzspannung legen und wieder abschalten kann. Bei geöffnetem Schalter 7 unterscheidet sich die Schaltung in nichts von der bekannten Stromschaltung mit ihrem raschen Erregerstromänstieg bei Belastung. Ist der Schalter 7.. dagegen eingelegt, so ist auch die Spannung am Gleichrichterumspanner 3 durch die Netzspannung vorgeschrieben, und die Erregerspannung kann nunmehr durch die Gittersteuerung 8 geregelt werden. Über den Schalter 7 fließen dabei nur kleine Differenzströme, weil - der Hauptteil des Stromes bereits durch die Umspanner 4 und 6 geliefert wird, die nach wie vor im Erregerkreis verbleiben. Beginnt nun die Spannung unter dem Einfluß einer Stoßbelastung abzusinken, so wird der Schalter 7 geöffnet und. die Gittersteuerung aufgehoben.
  • Die Stromschaltung wird nun wieder wirksam und hebt die Spannung, bis beim Sollwert wieder die Spannungsschaltung hergestellt wird. Wenn man mit der Spannungsschaltung auch bei stark verminderter Netzspannung große Überschußspannungen erzielen will, wäre dies nur mit einer schlechten Teilaussteuerung des Gleichrichters bei normalem Betrieb erreichbar. Das verursacht schlechte Ausnutzung des Gleichrichterumspanners und des Gleichrichters. Bei der Anordnung nach der Erfindung ist dagegen sowohl bei der Spannungschaltung als auch bei der Stromschaltung eine gute Ausnutzung von Gleichrichter und Umspanner gewährleistet. Auch die nur kurzzeitig benötigten Überschußspannungen können-vdn der Stromschaltung -infolge ihrer natürlichen Spannungsreserve viel leichter zur Verfügung gestellt werden als von der Spannungsschaltung, die diese Spannungen um so weniger liefern kann, j e niedriger die Netzspannung wird. Das Betätigen des Schalters 7 kann durch die Netzspannung selbst geschehen, die beim. Unterschreiten eines bestimmten Wertes den Schalter öffnet und beim Überschreiten wieder schließt. Fig. i stellt ein Beispiel für die erste Art des Überganges von der Spannungsschaltung auf die Stromschaltung dar, bei der beide parallel geschaltet sind und die Spannungsschaltung abwechselnd zu- und abgeschaltet wird.
  • Im Gegensatz dazu stellt Fig. 2 ein Beispiel für die zweite Art des Überganges von der Spannungsschaltung auf die Stromschaltung dar, bei der beide in Reihe liegen und die Stromschaltung abwechselnd kurzgeschlossen wird. Da es sich um die gleichen Geräte wie, in Fig. i, nur in anderer Schaltung, handelt, sind auch die gleichen Bezugszeichen gewählt. Die Zweitwicklungen der Umspanner 4 und 6 sind jedoch, beide in Parallelschaltung, mit der Erstwicklung des Gleichrichterumspanners 3 in Reihe ans Netz geschaltet. Mit dem Schalter 7 kann für die drei Wicklungen ein Sternpunkt gebildet werden. Dadurch wird die Stromschaltung kurzgeschlossen und die Spannungsschaltung allein wirksam. Bei geöffnetem Schalter 7 bestimmt dagegen der Summenstrom von 4 und 6 die Stromaufnahme des Umspanners 3. Die noch in Reihe liegende Netzspannung entlastet bei richtiger Schaltung nur die Stromtransformatoren 4 und 6 von Spannung. Auf die Größe des Stromes hat diese Spannung keinen Einfluß. Er wird wie bei jeder Stromwandlerschaltung nur durch die Stromtransformatoren 4 und 6, d. h. durch deren große Scheinwiderstände 5 und i bestimmt. Auch hier wird bei ruhigem Betrieb im Bereich - der Nennspannung mit geschlossenem Schalter 7 in Spannungsschaltung mit Gittersteuerung gefahren. Bei Stoßlasten und Spannungsabsenkung wird dagegen durch Öffnen des Schalters 7 auf die Stromschaltung ohne Gittersteuerung übergegangen.
  • Fig. 3 zeigt eine Abart dieser Schaltung, bei der der Schalter 7 durch einen zweiten Gleichrichter bzw. durch einen zweiten Anodensatz im Gleichrichter 2 ersetzt ist, der natürlich durch Gitter gesteuert werden muß. Der Sternpunkt eines der Transformatoren der Stromschaltung ist an die Kathode des Gleichrichters 2 mit angeschlossen. Bei Freigabe der Gittersteuerung des zweiten Anodensatzes wird die Stromschaltung kurzgeschlossen, ebenso wie in Fig. 2 durch den Schalter 7, und die Spannungsschaltung mit Gittersteuerung durch den ersten Anodensatz wird wirksam. Man kann auf diese Weise den Übergang von der Spannungsschaltung auf die Stromschaltung in kürzester Zeit bewirken.
  • Die gebrachten Beispiele enthalten in der Stromschaltung jeweils den lastunabhängigen und den lastabhängigen Erregerstromanteil. Man kann auch auf den lastungsunabhängigenAnteil und damit auf Drosselspule 5 und Umspanner 4 verzichten und die Stromschaltung nur mit dem lastabhängigen Anteil über den Umspanner 6 betreiben, der entsprechend größer zu wählen ist. Dies ist ohne weiteres möglich, weil ja die Stromschaltung nur die Aufgabe hat, die Spannung möglichst rasch wieder auf Nennwert zu bringen, wo alsdann die Spannungsschaltung die genaue Ausregelung übernimmt. Die Stromschaltung braucht daher nicht auf große Spannungsgenauigkeit eingestellt zu werden, es genügt angenäherte Anpassung. Die Schaltung wird dadurch vereinfacht. Auch die beiden Umspanner 4 und 6 können in der vollständigen Stromschaltung zu einem vereinigt werden. Beim Abschalten von Last und eintretender Spannungserhöhung kann mit Hilfe der Gittersteuerung in Spannungsschaltung die Entregung beschleunigt werden, indem die Gittersteuerung soweit zurückgenommen wird, daß sich die Gleichspannung umkehrt. Die Anoden sind dann in den Zeiten gesperrt, in denen sie vorher Strom geführt haben und stromführend in den Zeiten, in denen sie vorher stromlos waren. Die Feldenergie wird auf diese Weise dem Läufer entzogen und ins Netz zurückgeliefert. Dies ist so lange möglich, bis der Strom zu Null geworden ist, so daß nur noch das Restfeld bestehen bleibt. Dies ist in den meisten Fällen für die Auferregung aus dem spannungslosen Zustand erwünscht, die durch einen auf Resonanz mit der Drosselspule abgestimmten kleinen Kondensator noch erleichtert wird. Durch Vertauschen der Schleifringanschlüsse beim Nullwerden des Erregerstromes kann. die verbleibende Restspannung, wenn diese noch zu hoch ist, nach Freigabe der Gittersteuerung dazu verwendet werden, um einen Strom in entgegengesetzter Richtung durch die Erregerwicklung zu schicken, der mit Abklingen der Restspannung zu Null wird. Durch rechtzeitige Unterbrechung des Gegenerregerstromes kann die Restspannung leicht auf einen für die Auferregung noch ausreichenden Wert begrenzt werden.

Claims (7)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Anordnung zur Stoßerregung von Synchronmaschinen beim Eintreten von Überlast mittels gittergesteuerter Gleichrichter und in Abhängigkeit vom Belastungsstrom der Synchronmaschine mittels eines vom Belastungsstrom erregten Stromtransformators, wobei unterhalb der Überlast die Erregung in eine spannungsabhängige Schaltung mit genauer Ausregelung der Spannung durch die Gittersteuerung übergeführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß für die Erregung der Synchronmaschine der Strom des vom Belastungsstrom der Synchronmaschine erregten Stromtransformators in Stromüberlagerung mit dem Strom eines an die Netzspannung angeschlossenen Scheinwiderstandes (zweckmäßig eine Drosselspule) einem Transformator zugeführt ist, der über den gittergesteuerten Gleichrichter die Erregung der Synchronmaschine speist und an dem der dem Belastungsstrom der Synchronmaschine proportionale Teil des Erregerflusses ein- und ausschaltbar ist.
  2. 2. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß für das Unwirksammachen der dem Belastungsstrom proportionalen Erregerkomponente der Gleich,richtertransformator mit seiner Erstwicklung in Parallelschaltung mit der Stromüberlagerungserregung an die Netzspannung anschließbar ist.
  3. 3. Anordnung nach Anspruch r, dadurch gekennzeichnet, daß für- die Ausschaltung der dem Belastungsstrom proportionalen Erregerkomponente der diese Komponente liefernde Stromtransformator sekundär kurzgeschlossen wird. q..
  4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Erstwicklung des Gleichrichterumspanners in Reihe von der Netzspannung und von der Stromüberlagerungserregung gespeist wird und für die reine Spannungserregung der vom Belastungsstrom der Synchronmaschine gespeiste Stromtransformator kurzgeschlossen wird.
  5. 5. Anordnung nach Anspruch 3 oder q., dadurch gekennzeichnet, daß das Kurzschließen durch Gittersteuerung eines zweiten Gleichrichters oder eines zweiten Anodensatzes. des Erregergleichrichters erfolgt.
  6. 6. Anordnung nach den Ansprüchen r bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Übergang von der Spannungsschaltung auf die Stromschaltung und umgekehrt durch von der Netzspannung gesteuerte Relais bewirkt wird.
  7. 7. Anordnung nach den Ansprüchen r bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in der Spannungsschaltung beim Abschalten von Last oder zur Entregung die Erregerspannung durch Gittersteuerung umgekehrt und dem Läufer die freiwerdende Feldenergie entzogen wird. B. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vernichtung des Restfeldes nach Abklingen des Erregerstromes auf Null die Anschlüsse zur Erregerwicklung vertauscht werden und die Gittersteuerung freigegeben wird. Angezogene Druckschriften: Österreichische Patentschrift Nr. 134 191; deutsche Patentschrift Nr. 648 30a.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1171073B (de) * 1958-02-28 1964-05-27 Hansa Motorenfabrik Gustav Alt Schaltungsanordnung zum Konstanthalten der Spannung eines Synchrongenerators
DE1228708B (de) * 1955-07-14 1966-11-17 Siemens Ag Verfahren und Anordnung zur schnellen Entregung von Wechselstromgeneratoren fuer Schweissmaschinen

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AT134191B (de) * 1928-07-12 1933-07-10 Aeg Union Elek Wien Anordnung zur Regelung von Betriebsgrößen einer elektrischen Maschine mittels gittergesteuerter Dampf- oder Gasentladungsgefäße.
DE648302C (de) * 1933-05-07 1937-07-28 Siemens Schuckertwerke Akt Ges Anordnung zur Spannungsregelung von Synchronmaschinen

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