DE970692C - Einrichtung zur selbsttaetigen Regelung der Erregung von Synchronmaschinen - Google Patents

Einrichtung zur selbsttaetigen Regelung der Erregung von Synchronmaschinen

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DE970692C
DE970692C DES25911A DES0025911A DE970692C DE 970692 C DE970692 C DE 970692C DE S25911 A DES25911 A DE S25911A DE S0025911 A DES0025911 A DE S0025911A DE 970692 C DE970692 C DE 970692C
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DE
Germany
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control
amplifier
voltage
vector sum
synchronous machine
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Expired
Application number
DES25911A
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English (en)
Inventor
Dr-Ing Erich Gruenwald
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
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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
    • H02P9/26Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output by variation of field using discharge tubes or semiconductor devices

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

Description

  • Einrichtung zur selbsttätigen Regelung der Erregung von Synchronmaschinen Es ist bekannt, die Erregung einer Synchronmaschine mit der Vektorsumme aus einer vom Belastungsstrom J und einer von der Spannung U der Synchronmaschine gebildeten, auch als Stromschaltungsvektor bekanntgewordenen Größe kiJ + jk2Ja zu erzwingen. Dabei sind k1 und k2 konstante reelle Proportionalitätsfaktoren und j die imaginäre Zahl jii. Die Addition der beiden Summanden der Vektorsumme erfolgt in einem Transformator, dessen Sekundärwicklung über ein Ventil zur Erzeugung von Gleichstrom direkt mit der Erregerwicklung der Synchronmaschine verbunden ist.
  • Es ist ferner bekannt, die Erregung von Synchronmaschinen in Abhängigkeit von verschiedenen Betriebsgrößen der Synchronmaschine oder eines angeschlossenen Netzes zu regeln, z. B. vom Belastungsstrom oder vom Leistungsfaktor, indem über einen steuerbaren Verstärker, z. B. ein Gas- oder Dampfentladungsgefäß, die Erregung gesteuert wird.
  • Die Erfindung bezieht sich ebenfalls auf die Erregung von Synchronmaschinen und betrifft eine Einrichtung zur selbsttätigen Regelung der Erregung von Synchronmaschinen mittels eines steuerbaren Verstärkers in Form .eines Gas- oder Dampfentladungsgefäßes und ist gekennzeichnet durch die Verwendung einer von der Vektorsumme aus Strom J und Spannung U der Synchronmaschine nach der Formel k1 ' j,+ jk2Ja abhängigen Größe oder einer ähnlichen gleichwertigen Größe als mindestens eine Steuergröße für den steuerbaren Verstärker. Die Verwendung der Vektorsumme erfolgt im Gegensatz zu bekannten Schaltungen erfindungsgemäß auf eine neue Art, die es ermöglicht, eine oder mehrere in verschiedener Weise von der Vektorsumme abhängige Größen - in ihrem Betrag frei einstellbar - für die Erregungsregelung wirksam zu machen. Es lassen sich vor allem vorteilhafte Kombinationen aus den von der Vektorsumme abhängigen Größen untereinander und in Verbindung mit anderen, an sich bekannten oder bereits vorgeschlagenen Regeleinflüssen bilden, die eine sehr vollkommene Betriebsweise einer Synchronmaschine gestatten, so daß bei allen erdenklichen Belastungszuständen und Belastungsänderungen eine schnelle und sichere Wirkung gewährleistet ist.
  • Die bei der Einrichtung nach der Erfindung verwendeten Steuergrößen können in verschiedener Weise von der Vektorsumme aus Generatorström und Generatorspannung abhängen, z. B. indem sie dem Betrag der Vektorsumme verhältig sind oder der ersten oder zweiten Ableitung oder dem Integral der Vektorsumme über die Zeit. Besonders vorteilhaft ist es, als Steuergröße den Unterschied zwischen der Vektorsumme vor und nach einer Laständerung der Synchronmaschine zu verwenden, d. h. also vorübergehende zeitliche Abweichungen der Vektorsumme und damit des Betriebszustandes erfassende Steuergröße. Dies trifft zu für die erste und zweite Ableitung, das Zeitintegral oder eine Kombination von diesen. Als zusätzliche Steuereinflüsse kommen vor allem die Spannung der Synchronmaschinen in Betracht, ferner der Polradwinkel, das ist der Winkel zwischen der Lage des Polrades der Synchronmaschine und ihrem Netzspannungsvektor, sowie die erste und zweite zeitliche Ableitung des Polradwinkels. Auch die durch Laständerung bedingte Änderung des Erregerstromes, der sogenannte Erregungssprung, kann zusätzlich verwendet werden.
  • Ein Hauptvorteil der Einrichtung nach der Erfindung ist darin zu erblicken, daß sie zur Regelung aller Arten von Synchronmaschinen gleich gut geeignet ist. Eine nach der Erfindung selbsttätig geregelte Synchronmaschine kann daher für verschiedene Zwecke benutzt werden, ohne daß ein Versagen der Regelung oder gar eine schlechtere Regelung bei einem Verwendungszweck zu befürchten ist. Es ist gleichgültig, ob es sich um eine Verwendung als wirk- und blindleistungsbeaufschlagte Maschine oder als reiner Phasenschieber handelt und ob die Maschine allein öder parallel mit anderen Maschinen auf ein Netz arbeitet.
  • In Fig. i der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Einrichtung nach der Erfindung schematisch dargestellt. Die Synchronmaschine i ist an ein Drehstromnetz R, S, T angeschlossen und wird über einen Verstärker 2, ein gittergesteuertes Dampfentladungsgefäß erregt. Den Erregerstrom liefert ein Hilfsstrom= netz y, s, t über einen 3/6-Phasen-Gleichrichtertransformator 3. Entsprechend der sechsphasigen Ausführung des Verstärkers 2 ist ein sechsphasiger Steuersatz 4 vorgesehen, der Spannungsspitzen zur Phasenausschnittssteuerung des Verstärkers 2 erzeugt. Mit I und II sind zwei Steuerwicklungsgruppen des Steuersatzes 4 bezeichnet. Die an den sechs Steuergittern des Verstärkers 2 angeschlossene Sekundärwicklungsgruppe 5 erhält über die Ventilanordnung 6 beständig ein negatives Potential, so daß der Verstärker 2 sperrt. Der Steuersatz 4 erzeugt infolge eines gesättigten Eisenkernes je nach dessen Vormagnetisierung, beeinflußt durch die Steuerwicklungsgruppen I und II, positive Spannungsspitzen, die mittels eines sinusförmigen Stromes gebildet werden, welche durch die Wicklungen 7 bis 9 in den Steuersatz eingespeist und über den Phasenschieber io in gewünschter Phasenlage von einem Transformator ii aus dem Hilfsnetz y, s, t entnommen werden. Die positiven Spannungsspitzen heben das negative Potential an den Steuergittern des Verstärkers 2 kurzzeitig auf und bewirken zu einem bestimmten Zeitpunkt ein Öffnen des Verstärkers. Die Erregung der Synchronmaschine i wird damit in Abhängigkeit vom Einsatz der Spannungsspitzen, also vom Grad der Vormagnetisierung des Steuersatzes 4, gesteuert.
  • Die zur Einführung der Steuergrößen in den Steuersatz des Verstärkers 2 dienende Steuerwicklungsgruppe I, die ebenso wie die Steuerwicklungsgruppe II aus sechs - entsprechend der Phasenzahl des Verstärkers 2 - in Reihe geschalteten Teilwicklungen besteht, ist über einen Diagonalwiderstand i2 einer Ventilbrücke 13 mit mehreren den einzelnen Steuergrößen zugeordneten Widerständen 14 bis 18 in Reihe geschaltet. Die, Steuergrößen werden als Gleichspannungsfälle in diesen Widerständen erzeugt, addieren sich und erzeugen einen entsprechenden Steuerstrom in der Steuerw-icklungsgruppe I. Durch Wahl der Größe der Widerstände, die sowohl ohmisch als auch gegebenenfalls induktiv sein können, kann die Einwirkung der einzelnen Steuergrößen festgelegt werden. Ein mit i9 bezeichneter Verstärker kann bei Bedarf zur Verstärkung der Steuergrößen vorgesehen werden.
  • Im rechten und unteren Teil der Fig. i ist die Bildung der verschiedenen Steuergrößen dargestellt. Der Transformator 2i bildet die den Generatorstrom J und die Generatorspannung U aufweisende Vektorsumme durch Überlagerung eines dem Generatorstrom J der Synchronmaschine entsprechenden Stromes in den Wicklungen 22 mit einem der Synchronmaschinenspannung U entsprechenden Strom JU in den Wicklungen 23. Der Generatorstrom wird den Wicklungen 22 über einen im Sternpunkt der Synchronmaschine angeschlossenen Stromwandler 24 zugeführt, während der der Spannung entsprechende Strom JU über Drosselspulen 25 und einen Stromwandler 26 der Wicklung 23 zugeführt wird. Die Wicklungen 22 und 23 sind veränderbar und gestatten die Größe der beiden Summanden der Vektorsumme kJ + 9ks1u, also die konstanten Proportionalitätsfaktoren k1 und 4 und das Verhältnis der Summanden zueinander zu verändern. Die Drosseln 25 erzeugen eine Drehung des zweiten Summanden der Vektorsumme um 9o°, was also der imaginären Zahl j entspricht.
  • Als ähnliche gleichwertige Vektorsumme, die bei der Einrichtung nach der Erfindung ebenfalls verwendet werden kann, ist z. B. eine Vektorsumme von der Form -jk1J + k2JU anzusehen. Sie ergibt sich durch Multiplikation der Vektorsumme mit -j. Die Bildung der Vektorsumme im einzelnen und mit welchen Hilfsmitteln sie erfolgt, ist für die Erfindung belanglos.
  • Der Transformator 21 hat zwei Abnahmen für die der Vektorsumme verhältige Größe: eine Abnahme über die Wicklungen 27, die zur Einführung einer dem Betrag der Vektorsumme verhältigen Steuergröße mittels des Widerstandes 15 dient, und eine Abnahme über die Wicklungen 28 zur vorübergehenden Einführung einer Steuergröße, die zeitlichen Abweichungen der Vektorsumme verhältig ist, mittels des Widerstandes 16 in den Steuerkreis des Verstärkers 2. Die Zuführung der Steuergrößen erfolgt jeweils nach einer Gleichrichtung in einer Ventilanordnung 29 bzw. 30. Die Widerstände 40 und 41 sorgen für ein festbleibendes Verhältnis der von den Wicklungen 27 und 28 abgegebenen Ströme. Die vorübergehende Bildung der zeitliche Abweichungen der Vektorsumme erfassenden Steuergröße bewirkt der Kondensator 31. An seiner Stelle kann auch eine sogenannte Kondensatormaschine 31', das ist eine konstant fremderregte Gleichstrommaschine, verwendet werden, die mit ihrer Ankerwicklung in den Stromkreis des Widerstandes 16 eingeschaltet wird. Der Ventilanordnung 30 liegt ein Belastungswiderstand 32 parallel, der dafür sorgt, daß die Steuergröße jederzeit, insbesondere bei kleiner werdender Vektorsumme, der Spannung an der Ventilanordnung, also der Vektorsumme entspricht.
  • Der Widerstand 14 ist für den Fall vorgesehen, daß die Synchronmaschine i am Netz R, S, T mit anderen Maschinen parallel arbeitet, und gestattet je nach Einstellung des Potentiometers 33, die bei einer abzugebenden Wirklast geforderte Blindlast zu erreichen. Das Potentiometer 33, das von Hand oder abhängig vom Netzblindlastbedarf verstellt werden kann, gestattet eine positive, eine negative oder keine Spannung aus dem Sammler 34 zu entnehmen und dem Widerstand 14 zuzuführen.
  • Als weitere Regelgröße in dem Beispiel nach Fig. i dient die Spannung der Synchronmaschine i. Die Spannung kann wie hier von dem spannungsverhältigen Strom JU mittels eines Stromwandlers 35 abgenommen werden oder auf andere beliebige Weise, z. B. über einen Spannungswandler, und wird nach einer Gleichrichtung in der Ventilanordnung 36 mit einer Mindestsollspannung, die an den Klemmen 37 und 38 zugeführt wird, durch Entgegenschalten verglichen. Wird die Mindestsollspannung von der Spannung der Synchronmaschine unterschritten, so fließt über das Ventil 39 ein der Differenz der beiden Spannungen entsprechender Strom, der einen Spannungsabfall an den Widerstand 17 als Steuergröße im Steuerkreis des Verstärkers 2 hervorruft. Im umgekehrten Fall, wenn also die Maschinenspannung die Mindestsollspannung überschreitet, wird keine Steuergröße erzeugt, da dann das Ventil 39 sperrt. Die zusätzliche Regelung über den Widerstand 17 dient zur Sicherung und greift nur dann ein, wenn die Spannung der Synchronmaschine i zusammenbricht. Die Widerstände 42 vor der Ventilanordnung 36 verhindern ebenso wie die Widerstände 40 und 41 vor den Ventilanordnungen 29 bzw. 30 Rückwirkungen und sichern die Unabhängigkeit der Steuergrößen voneinander. Im Beispiel nach Fig. i ist schließlich noch ein Widerstand 18 vorgesehen, über den zusätzlich eine weitere von der Vektorsumme abhängige Steuergröße, z. B. die zweite zeitliche Ableitung oder das Zeitintegral der Vektorsumme in den Steuerkreis des Verstärkers 2 eingeführt werden kann. Es können jedoch auch andere beliebige Steuergrößen zusätzlich gewählt werden, z. B. die oben bereits genannten, die auf einen Einfluß des Polradwinkels oder auf den Erregungssprung im Erregerstrom der Synchronmaschine zurückgehen.
  • Für die Wirkungsweise einer zeitliche Abweichungen der Vektorsumme erfassenden Steuergröße, z. B. über den Widerstand 16 (Fig. i) zugeführten Steuergröße, ist noch folgendes wichtig: Bei einer langsamen Änderung des elektrischen und mechanischen Betriebszustandes der Synchronmaschine entsteht keine Steuergröße, da der Kondensator 31 bzw. die an seiner Stelle verwendbare Kondensatormaschine 31' der durch die langsame Änderung der Vektorsumme erzeugten Spannungsänderung ohne merklichen Strom über den Widerstand 16 folgen kann. Bei einer plötzlichen Störung des Betriebszustandes der Synchronmaschine und der davon abhängigen plötzlichen Änderung der Vektorsumme wird die ursprünglich alte Vektorsumme festgehalten, und es tritt eine der vollen Differenz zwischen der alten und der neuen Vektorsumme verhältige Steuergröße auf. Die Steuergröße ist daher dem Unterschied der Vektorsumme vor und nach einer Laständerung der Synchronmaschine verhältig.
  • Die Einwirkung einer von einer zeitlichen Ableitung der Vektorsumme oder von deren Zeitintegral abhängigen Steuergröße kann erfindungsgemäß in verschiedener Weise erfolgen. Wird - der in Fig. i dargestellte Schalter 43 auf das Ventil 44 umgeschaltet, so kann nur in einer Richtung ein Stromfluß über den Widerstand 16 fließen. Dies bedeutet, daß nur Änderungen der Vektorsumme in einer Richtung und damit also entweder nur Be- oder Entlastungsstöße in die Erregung eingehen. In Fig. 2 sind der Widerstand 16 und einige zugehörige Schaltteile der Fig. i zur Erzeugung seiner Steuergröße noch einmal dargestellt. An dem Widerstand 18 wird eine dieselben zeitlichen Abweichungen erfassende Steuergröße, wie sie über den Widerstand 16 bereits zugeführt wird, ein zweites Mal, jedoch von einem besonderen, nicht dargestellten Ausgang des Transformators 21 (Fig. i) über Widerstände 41', eine Ventilanordnung 30', einen Widerstand 32', ein Kondensator 31' und ein Ventil 44' ein zweites Mal abgenommen. Das Ventil 44' hat jedoch eine entgegengesetzte Durchlaßrichtung wie das Ventil 44. Wird angenommen, daß über das Ventil 44 bei Belastung der Synchronmaschine auf den Steuerkreis der Verstärkereinrichtung eingewirkt wird, so erfolgt über das Ventil 44' ein Eingreifen bei Entlastung. Es wird so ermöglicht, bei Be- oder Entlastung, je nach Verhältigkeit der Steuergröße in bezug auf die Größe der Laständerung, in verschiedener Weise die Erregung der Synchronmaschine zu beeinflussen. Die Verhältigkeit der Steuergrößen kann durch Änderung der Widerstände 16 und 18 verändert werden. Die gleichzeitige mehrfache Zuführung einer dieselben zeitlichen Abweichungen erfassende Steuergröße ist noch in anderer Hinsicht für die Regelung der Synchronmaschine von Bedeutung. Es lassen sich damit nämlich auf einfacher Weise durch plötzliche Be- oder Entlastungsstöße verursachte Pendelungen der Synchronmaschine beeinflussen. Wird berücksichtigt, daß bei Pendelungen der Synchronmaschinen die Vektorsumme praktisch ohne Verzögerung mitpendelt, und wird die Einwirkung der Vektorsumme von ihren Änderungen und von den Richtungen dieser Änderungen abhängig gemacht, so sindBeeinflussungen von Pendelbewegungen in verschiedenster Weise mit entsprechenden Kombinationsschaltungen möglich.
  • In Fig. 3 zeigt die Kurve Po den möglichen Verlauf der Pendelung des Polradwinkels -9 einer Synchronmaschine bei einem plötzlichen Laststoß L in Abhängigkeit von der Zeit t, wie er sich ergeben würde im Falle, daß die Erregung unbeeinflußt bleibt. Wird nun die Schaltung nach Fig. i, wenn der Schalter 43 in der gezeichneten Stellung steht, verwendet, so ergibt sich bei dem gleichen Laststoß eine Pendelung, die der stärker gedämpften Kurve P1 entspricht. Die Synchronmaschine wird bei ansteigendem Polradwinkel jeweils stärker erregt, wodurch jeweils größere synchronisierende Momente auf die Synchronmaschine ausgeübt werden. Nach Erreichen der Maximalstellen der Kurve P1, wenn also die Pendelbewegung ihre Richtung umkehrt, wird die Erregung wieder geschwächt.
  • Mit der in Fig. 2 dargestellten Schaltung wird bei einer Pendelung der Vektorsumme während der positiven Richtung der Pendelbewegung eine Erregungsverstärkung z. B. besonders stark, während einer negativen Richtung der Pendelbewegung jedoch eine mittels des Widerstandes 18 einstellbare Erregungsschwächung hervorgerufen. Soll während einer negativen Richtung jedoch ebenfalls eine Erregungsverstärkung bewirkt werden, so können die Anschlüsse des Widerstandes 18 zu dem Ventil 44' und dem Kondensator 31' vertauscht werden. Es wird dann sowohl bei Vergrößerungen als auch bei Verkleinerungen des Belastungszustandes der Synchronmaschine erregungsverstärkend auf die Synchronmaschine eingewirkt. Dies ist vorteilhaft, wenn es darauf ankommt, die Synchronmaschine ständig möglichst starr zu machen. Die Pendelamplituden und die Pendelzeit werden dabei beträchtlich verkleinert, und die Pendelfrequenz wird vergrößert, wie dies die Kurve P2 in Fig. 4 zeigt.
  • In der gleichen Weise wie die erste zeitliche Ableitung der Vektorsumme für die selbsttätige Regelung benutzt werden kann, ist auch die zweite zeitliche Ableitung anwendbar. Eine Schaltung zur Verwendung der zweiten Ableitung zeigt Fig. 5. Durch den Kondensator 45 und mittels des Widerstandes 46 wird die zweite zeitliche Ableitung gebildet. Die übrigen Teile der Fig. 5 mit ihren Bezugszeichen entsprechen denen der Fig. i.
  • Die Wirksammachung einer zeitliche Abweichungen der Vektorsumme, also insbesondere plötzliche Änderungen des Betriebszustandes erfassende Steuergröße kann auch in der Weise geschehen, daß der entstehende höchste Betrag einer Steuergröße zunächst gespeichert wird und dann im Verlauf seiner Einwirkung gemäß einer einstellbaren Dämpfung abklingend einwirkt. Hierzu zeigt Fig. 6 eine Schaltung. Die Speicherung des höchsten Betrages wird durch den Kondensator 45 erzielt. Das Abklingen dieses Betrages bestimmt der Widerstand 48, der zweckmäßig als veränderbarer Widerstand ausgeführt wird. Das Ventil 47 läßt Steuergrößen nur bei bestimmter Richtung derselben wirksam werden. Die übrigen Teile dieser Figur entsprechen mit ihren Bezugszeichen ebenfalls denen der Fig. x.
  • Die verschiedenen Arten des Einwirkens der von der Vektorsumme gebildeten Steuergrößen sind mit den beschriebenen Beispielen nicht erschöpft. Außer der zweiten zeitlichen Ableitung der Vektorsumme kann auch deren Zeitintegral zur Erzeugung verschieden wirksamer Steuergrößen benutzt werden. Ferner ist die Art der Kombination der Steuergrößen untereinander sowie mit anderen nicht von der Vektorsumme abhängigen Regelgrößen in verschiedener Weise möglich. Dies richtet sich danach, in welcher Weise regelnd auf die Synchronmaschine eingewirkt werden soll, ferner nach der Art der Synchronmaschine sowie nach ihrem Verwendungszweck und den von ihr zu erfüllenden Aufgaben.
  • Die Einrichtung nach Fig. i weist noch weitere erfindungsgemäße Kennzeichen auf. Ein auch bei anderen selbsttätigen Regelungen vorteilhaft anwendbares Merkmal ist, daß die Steuergröße bzw. die Summe mehrerer Steuergrößen je nach deren Betrag drei verschiedene Regeleinwirkungen auslöst a) Eine Regeleinwirkung, die der Abweichung vom Sollwert der Regelung linearverhältig ist und für eine normale Regelung bei langsamen Belastungsänderungen der Synchronmaschine i wirkt (in der Schaltung nach Fig. i, beispielsweise erzeugt durch die über den Widerstand 15 einwirkende Steuergröße); b) eine stärker als hnearverhältige Einwirkung für Schnellregelung (in der Schaltung nach Fig. i, beispielsweise erzeugt von der über den Widerstand 16 eingeführten und zeitliche Abweichungen erfassenden Steuergröße) ; c) eine fest eingestellte, besonders hohe, unverhältige Einwirkung für Stoßregelung.
  • In der Schaltung nach Fig. i wird die zuletzt genannte Regeleinwirkung durch die zweite Steuerwicklungsgruppe II bewirkt, während die erste Steuerwicklungsgruppe I für die linearverhältige und die stärker als linearverhältige Einwirkung dient.
  • Das Eingreifen der einzelnen Regeleinwirkungen kann von der Erreichung bestimmter Beträge einer oder der Summe mehrerer Steuergrößen abhängig gemacht werden. Es ist vorteilhaft, hierzu vergleichsweise den am Ausgang des Verstärkers 2 (Fig. i) j eweils vorhandenen verstärkten Steuerwert heranzuziehen und eine Differenz der von diesem Steuerwert abhängigen Größe und der Regelgröße oder der Summe mehrerer Regelgrößen zu bilden. Der Betrag eines so erhaltenen Differenzwertes bestimmt dann, welche Regeleinwirkung erfolgen soll. In Fig. i ist für diesen Zweck eine dem Erregerstrom der Synchronmaschine i verhältige Spannung an einem Widerstand 49 im Erregerkreis derVerstärkereinrichtung 2 abgenommen, die mit der Spannung der in Reihe geschalteten Widerstände =q. bis 18 verglichen wird. Die Differenz der beiden Spannungen ist über den Schalter 5o den beiden Ansprechwicklungen 51 oder 52 einer Schalteinrichtung 53 zugeführt, die zwei äußere Schaltstellungen und eine mittlere Ruhestellung aufweist. Die Schalteinrichtung kann z. B. nach Art eines polarisierten Relais ausgebildet sein. Sie hat ihre Ruhestellung auf einem mittleren Kontakt 54 und kann abhängig von der Richtung und der Größe des Stromes in den Ansprechwicklungen 51 und 52 auf einen der äußeren Kontakte 55 oder 56 umgeschaltet werden. Ist die Differenz der beiden obengenannten Spannungen z. B. positiv, so kann nur Strom über die Ansprechwicklung 51 fließen; ist sie negativ, so fließt nur Strom durch die Wicklung 52. Die Zuordnung der Ströme verschiedener Richtung zu den Ansprechwicklungen wird durch die Ventile 57 und 58 erreicht. Die Schalteinrichtung 53 ist im übrigen so ausgeführt, daß ihre Auslöseströme erst bei bestimmten wählbaren Ansprechwerten ein Umschalten in die äußeren Schaltstellungen bewirkt.
  • Das Auslösen der Schalteinrichtung 53 kann auch vom Erreichen eines bestimmten Betrages einer oder mehrerer Steuergrößen unmittelbar abhängig gemacht werden. Es braucht also nicht unbedingt eine Vergleichsspannung benutzt zu werden. Wird der Schalter 50 geöffnet, so können der Schalteinrichtung über die Schalter 59 und 6o beliebige Steuergrößen von einem oder mehreren der Widerstände =q. bis 18 zugeführt werden. Über den Schalter 59 kann z. B. die Spannung an dem Widerstand 15, gleichzeitig über den Schalter 6o die Summe der Spannungen an den Widerständen 15 und 16 zugeführt werden. Es läßt sich auf diese Weise in der verschiedensten Art die Erregung der Synchronmaschine i beeinflussen, je nachdem welche Steuergrößen und in welcher Weise die Steuergrößen auf die Schalteinrichtung einwirken.
  • Das selbsttätige Auslösen der verschiedenen Regeleinwirkungen im Ausführungsbeispiel nach Fig. i geschieht wie folgt: Wird der Ansprechwert der Schalteinrichtung 53 nicht erreicht, so liegt über dem mittleren Kontakt 54 die Spannung eines Sammlers 61 an der Steuerwicklungsgruppe 1I. Diese Spannung ist so gewählt, daß durch sie der gewünschte Arbeitspunkt des Steuersatzes q. festliegt. Es wird also eine Ausgangsvormagnetisierung bestimmter Größe mittels der Steuerwicklungsgruppe II erzeugt, von der aus gesehen die Steuerung des Verstärkers 2 und damit die Erregung der Synchronmaschine i über die Steuerwicklungsgruppe I geregelt wird. Wird durch einen Steuerwert der Ansprechwert der Schalteinrichtung 53 erreicht oder überschritten, so wird diese in eine ihrer äußeren Schaltstellungen umgeschaltet.
  • Je nachdem, in welche der äußeren Schaltstellung geschaltet wird, wird entweder eine große positive oder eine große negative Spannung aus einem der Sammler 62 oder 63 an die Steuerwicklungsgruppe II gelegt. Dies bewirkt eine stoßartige Aussteuerung des Verstärkers 2, so daß mit äußerster Geschwindigkeit entweder eine Erregungsverstärkung oder eine Erregungsschwächung auftritt. Soll die Stoßregelung der Synchronmaschine in einer Erregungsverstärkung bestehen, so wird der Verstärker 2 auf höchsten Strom in Gleichrichterbetrieb gesteuert. Soll dagegen eine Erregungsschwächung einwirken, so wird der Verstärker 2 auf höchsten Strom in Wechselrichterbetrieb umgesteuert. Die im Erregungsfeld der Synchronmaschine:[ gespeicherte Energie wird dann schnellstens abgeführt und in das Hilfsnetz y, s, t Zurückgeliefert.
  • Der Steuersatz q. in Fig. i kann beispielsweise so bemessen sein, daß bei einer kleinsten Grenzvormagnetisierung (z. B. entsprechend einem Zündwinkel von - 75° des Verstärkers 2) schnellste Rücklieferung der in der Erregerwicklung der Synchronmaschine i gespeicherten magnetischen Energie in das Hilfsnetz y, s, t erfolgt, indem der Verstärker 2 in stärksten Wechselrichterbetrieb gesteuert .wird, bei einer Ausgangsvormagnetisierung (z. B. entsprechend einem Zündwinkel von - i5°) mit Nullaussteuerung arbeitet, bei einer Nennvormagnetisierung (z. B. entsprechend einem Zündwinkel von -f- 2o°) Nennaussteuerung von etwa 40"/o vorliegt und bei einer größten Grenzvormagnetisierung (z, B. entsprechend einem Zündwinkel von -E- 75°) Stoßaussteuerung des Verstärkers 2 im Gleichrichterbetrieb eintritt. Der Gleichrichtertransformator 3 und der Verstärker 2 müssen für die Stoßregelungsenergie entsprechend überdimensioniert sein.
  • Die Stoßregelung bei der Einrichtung nach Fig. i wirkt nur so lange, wie die Synchronmaschine i den geforderten neuen Betriebszustand noch nicht erreicht hat. Ist ein entsprechender Wert erreicht, so wird wieder auf die normale und Schnellregelung mittels Steuerwicklungsgruppe I übergegangen. Die Steuerwicklungsgruppe I ist zudem noch während eines zur Stoßregelung dienenden Eingreifens der Steuerwicklungsgruppe II unwirksam gemacht. Hierzu sind die aus vier Ventilen bestehende Ventilbrücke 13 und der Diagonalwiderstand 12 vorgesehen, der über ein weiteres Ventil 64 im Stromkreis der Steuerwicklungsgruppe I des Steuersatzes q. liegt. Von den nicht von dem Diagonalwiderstand 12 berührten Eckpunkten der Ventilbrücke 13 liegt der eine an der Steuerwicklungsgruppe II und dem in Fig. i mit + bezeichneten Pol des Sammlers 61, während der andere über die Sammler 62 und 63 mit den äußeren Kontakten 55 bzw. 56 der Schalteinrichtung verbunden ist. Die Durchlaßrichtung der vier Ventile der Ventilbrücke 13 und die des weiteren Ventils 64 ist derart gewählt, daß die Sperrung der Steuerwicklungsgruppe I jeweils durch Aufbau einer Gegenspannung an dem Diagonalwiderstand 12 eintritt, wodurch ein Stromfluß in der Steuerwicklungsgruppe I verhindert wird.
  • Wie schon oben erwähnt, ist die Anwendung der in dreifacher Weise verschieden auslösbaren Regeleinwirkung nicht auf Einrichtungen zur selbsttätigen Regelung der Erregung von Synchronmaschinen beschränkt - für die Erregungsregelung von Synchronmaschinen ist sie jedoch besonders günstig - und kann daher über diesen Rahmen hinaus auch bei anderen beliebigen elektrischen Regelungen benutzt werden; wenn drei verschiedene Regeleinwirkungen von Vorteil sind,. z. B. bei der Temperaturregelung von Öfen. Es ist auch gleichgültig, ob die oder ähnliche wie die oben beschriebenen Schaltteile, z. B. die Schalteinrichtung 53 oder die Ventilbrücke 13, verwendet werden.

Claims (3)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. -Einrichtung zur selbsttätigen Regelung der Erregung von Synchronmaschinen mittels eines steuerbaren Verstärkers in Form eines Gas- oder Dampfentladüngsgefäßes; -gekennzeichnet durch die Verwendung einer von der Vektorsümme aus Strom J und Spannung U der Synchronmaschine nach der Formel k1 - J +-jka Ja abhängigen Größe oder einer ähnlichen gleichwertigen Größe als mindestens eine Steuergröße für den steuerbaren Verstärker.
  2. 2. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Steuergröße vorhanden ist, die dem Betrag der Vektorsumme verhältig ist.
  3. 3. Einrichtung nach' Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Steuergröße vorhanden ist, die der ersten zeitlichen Ableitung der Vektorsumme verhältig ist. q.: Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Steuergröße vorhanden ist, die der zweiten zeitlichen Ableitung der Vektorsumme verhältig ist. 5. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Steuergröße vorhanden ist, die dem Integral der Vektorsumme über die Zeit verhältig ist. 6. Einrichtung nach Anspruch i oder einem der folgenden Ansprüche mit mehreren Steuergrößen, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Steuergrößen dem Betrag der Generatorspannung verhältig ist. - 7. Einrichtung nach Anspruch rund einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Steuergrößen dem Unterschied der Vektorsumme vor und nach einer Laständerung der Synchronmaschine derart verhältig ist, daß vorübergehende zeitliche Abweichungen der Vektorsumme und damit des Betriebszustandes erfaßt werden. " B. Einrichtung nach Anspruch i oder einem der folgenden Ansprüche mit mehreren Steuergrößen, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Steuergrößen der durch Laständerung der Synchronmaschine bedingten Änderung des Erregerstromes (Erregungssprung) verhältig ist. g. Einrichtung nach Anspruch i oder einem der folgenden Ansprüche mit mehreren Steuergrößen, dadurch gekennzeichnet, - daß eine der Steuergrößen dem Polradwinkel der Synchronmaschine oder einer seiner zeitlichen Ableitungen verhältig ist. =o. Einrichtung nach Anspruch i oder einem der folgenden Ansprüche mit mehreren Steuergrößen, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuergrößen als elektrische, in Reihe geschaltete Spannungen, vorzugsweise Gleichspannungen, z. B. als Spannungsfälle an verschiedenen in Reihe geschaltetenWiderständen, dem Steuerkreis des Verstärkers zugeführt werden. im. Einrichtung nach Anspruch 3 oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine als zeitliche Ableitung oder Zeitintegral der Vektorsumme erzeugte Steuerspannung über ein Ventil, insbesondere einen Trockengleichrichter, dem Steuerkreis des Verstärkers als Steuergräße zugeführt wird, so daß deren Einwirkung von der Richtung dieser Steuergröße abhängt und nur in einer Änderungsrichtung des Betriebszustandes der Synchronmaschine möglich ist. 12. Einrichtung nach Anspruch =i, dadurch gekennzeichnet, daß die der zeitlichen Ableitung oder dem Zeitintegral der Vektorsumme verhältige Steuerspannung dem Steuerkreis des Verstärkers gleichzeitig über ein anderes Ventil mit vorzugsweise entgegengesetzter Durchlaßrichtung zugeführt wird. 13. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß dieVerhältigkeit der dem Steuerkreis des Verstärkers über die beiden Ventile zugeführten Steuerspannungen unterschiedlich ist. =q.. Einrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die über das zweite Ventil zugeführte Steuerspannung auf den Steuerkreis der Verstärkereinrichtung in entgegengesetztem Sinn einwirkt, so daß bei einem - durch Pendeln des Generatorbetriebszustandes infolge von plötzlichen Laständerungen bedingten -Pendeln der Vektorsumme Vergrößerungen derselben erregungsverstärkend und Verkleinerungen vorzugsweise erregungsschwächend auf die Synchronmaschine einwirken. 15. Einrichtung nach Anspruch 13 und =q., gekennzeichnet durch eine derartige Wahl der Verhältigkeit, daß bei plötzlichen Belastungen der Synchronmaschine Vergrößerungen der Vektorsumme stärker, vorzugsweise vielfach stärker, erregungsverstärkend einwirken, als Verkleinerungen vorzugsweise erregungsschwächend einwirken. 16. Einrichtung nach Anspruch =i oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der bei einer plötzlichen Änderung des Betriebszustandes der Synchronmaschine erzeugte höchste Betrag der Steuergröße gespeichert wird und danach gemäß einer einstellbaren Dämpfung abklingend einwirkt. 17. Einrichtung zur selbsttätigen elektrischen Regelung, insbesondere nach Anspruch i oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuergröße bzw. die Summe mehrerer Steuergrößen je nach ihrem Betrag drei verschiedene Regeleinwirkungen auslöst: a) Eine der Abweichung vom Sollwert der Regelung linearverhältige Einwirkung für Normalregelung, b) eine stärker als linearverhältige Einwirkung für Schnellregelung, c) eine festeingestellte besonders hohe, unverhältige Einwirkung für Stoßregelung. 18. Einrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß ein steuerbarer Verstärker in Form eines steuerbaren Gas- oder Dampfentladungsgefäßes mit einem auf Vormagnetisierung ansprechenden Steuersatz vorgesehen ist mit zwei Gruppen von Steuerwicklungen zur Einführung der durch die Steuergrößen erzeugten Regeleinwirkungen, von denen eine erste Steuerwicklungsgruppe (I) gegebenenfalls über einen Verstärker mit den Steuergrößen zugeordneten Widerständen in Reihe liegt und bei normaler sowie bei Schnellregelung einwirkt, während eine zweite Steuerwicklungsgruppe (II) bei Stoßregelung einwirkt. i9. Einrichtung nach Anspruch 17 und 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Eingreifen der verschiedenen Regeleinwirkungen durch Vergleich des am Ausgang des Verstärkers vorhandenen, mit dem durch die Summe der Steuergrößen bestimmten Regelwertes am Eingang des Verstärkers bedingt ist. 2o. Einrichtung nach Anspruch 17 bis i9, gekennzeichnet durch eine zum Auslösen der Stoßregelung vorgesehene Schalteinrichtung mit zwei äußeren Schaltstellungen und einer mittleren Ruhestellung, z. B. nach Art eines polarisierten Relais, bei der in der einen Schaltstellung eine Stoßregelung in der einen und in der anderen Schaltstellung eine Stoßregelung in der anderen Richtung erfolgt. 21. Einrichtung nach Anspruch i9 und 2o, dadurch gekennzeichnet, daß das Umschalten der Schalteinrichtung in die äußeren Schaltstellungen 'von der Differenz zwischen einer der Summe der Steuergrößen verhältigen Spannung am Eingang des Verstärkers und einer Spannung bewirkt ist, die der jeweiligen verstärkten Steuergröße am Ausgang des Verstärkers verhältig ist, indem diese Differenzspannung den Auslösewicklungen der Schalteinrichtung über je ein Ventil entgegengesetzter Durchlaßrichtung zugeführt wird und die Schalteinrichtung nach Überschreiten eines vorzugsweise einstellbaren Ansprechwertes betätigt. 22. Einrichtung nach Anspruch i8 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Steuerwicklungsgruppe (II) den Arbeitspunkt des Steuer-Satzes festlegt, wenn die Schalteinrichtung in Ruhestellung ist. 23. Einrichtung nach Anspruch 18 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Steuerwicklungsgruppe (I) während eines durch Auslösen der Schalteinrichtung bedingten Eingriffs der zweiten Steuerwicklungsgruppe (II) unwirksam gemacht ist. 24. Einrichtung nach Anspruch 17 bis 23 mit einem durch Vormagnetisierung steuerbaren Steuersatz, dadurch gekennzeichnet, daß zum selbsttätigen Umsteuern von einer Regeleinwirkung auf eine andere eine Ventilbrücke mit einem Diagonalwiderstand vorgesehen ist, derart, daß dieser Widerstand über ein weiteres Ventil im Stromkreis der ersten Steuerwicklungsgruppe (I) des Steuersatzes liegt, während die zweite Steuerwicklungsgruppe (II) einerseits an dem einen nicht von dem Diagonalwiderstand berührten Eckpunkt der Ventilbrücke liegt und andererseits in den äußeren Schaltstellungen der Schalteinrichtung jeweils über eine Stromquelle mit verschiedener Stromrichtung an den anderen freien Eckpunkt der Ventilbrücke anschaltbar ist, und daß das weitere Ventil und die Ventile der Brücke in solcher Durchlaßrichtung geschaltet sind, daß die Sperrung der ersten Steuerwicklungsgruppe (I) jeweils durch Aufbau einer Gegenspannung an dem Diagonalwiderstand eintritt. 25. Einrichtung nach Anspruch 6 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß die der Spannung der Synchronmaschine verhältige Steuergröße dem Steuerkreis des Verstärkers als Differenzgleichspannung mit einer Mindestsolispannung über ein Ventil zugeführt wird, so daß die Steuergröße nur bei Unterschreitung einer Mindestgeneratorspannung einwirkt. In Betracht gezogene Druckschriften: USA.-Patentschrift Nr. 2 493 094; deutsche Patentschriften Nr. 563 462, 668 io8, 72o oft; schweizerische Patentschrift Nr. 204 0523; deutsche Patentschrift Nr. 902 403 (am 1i. 6. 48 veröffentlichte Unterlagen in den FIAT-Berichten, Bd.4).
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Citations (6)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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DE668108C (de) * 1931-04-17 1938-11-26 Aeg Regeleinrichtung fuer Synchronmaschinen, deren Erregerenergie ueber gittergesteuerte Dampf- oder Gasentladungsstrecken aus dem Wechselstromnetz entnommen wird
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