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Schaltungsanordnung zum Ausregeln von blindleistungsbedingten
Netzspannungsschwankungen
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Handelt es sich bei der Synchronmaschine um einen Syncbronphasenschieber, so kann er so bemes- sen werden, dass die höchsten vorkommenden Blindlaststösse ein Mehrfaches der zulässigen Dauerleistung betragen. Bei derart hohen Belastungen treten erhebliche Eigenverluste (Kupfer und Eisenverluste) in der Maschine auf, die für diese eine mechanische Belastung bedeuten und entsprechend eine merkliche Ver- drehung des Polrades gegenüber seiner Einstellung bei fehlender Wirklast bedingen. Das Polrad wird dadurch als schwingungsfähiges Gebilde zu Pendelungen angeregt, die normalerweise sehr bald abklingen.
Treten aber zufällig mehrere starke Blindlaststösse nacheinander, u. zw. im Rhytmus der Polradpendelungen auf. so können sich diese Pendelungen soweit aufschaukeln, dass auch jetzt die Maschine in Gefahr gerät, ausser Tritt zu fallen.
Aus der deutschenPatentschrift Nr. 817771 ist eineKompoundierungseinrichtung bekanntgeworden,bei der entweder eine vom Polradwinkel abhängige Zusatzspannung in den Spannungsregler derart eingeführt wird, dass die Erregerspannung zur Vermeidung des Aussertrittfallens gewisse Werte nicht unterschreiten kann, oder der Rotorstrom mit dem Statorstrom verglichen wird, wobei in Abhängigkeit von der Stromdif- ferenz die Eingangsgrösse des Spannungsreglers geändert wird, um eine unzulässige Unterschreitung der Erregerspannung zu vermeiden.
Der Sinn der vorliegenden Erfindung ist es, Synchronmaschinen zur Ausregelung von Spannungsschwankungen zu verwenden, die durch benachbarte Verbraucher mit rasch wechselnder Last erzeugt wurden. Dabei kann von der Synchronmaschine kurzzeitig die Abgabe einer grossen Blindleistung verlangt werden, die z. B. auch ein Mehrfaches ihrer Typenleistung betragen kann.
Die Bedingungen, unter denen die Synchronmaschine erfindungsgemäss zum Ausgleich von Spannungsschwankungen herangezogen werden kann, lassen sich noch leicht übersehen, wenn sie eine konstante Wirkleistung an ihrer Welle abzugeben oder aufzunehmen hat. In diesem Falle darf die Erregerspannung nur so weit für längere Zeit erniedrigt werden, dass das an der Welle der Synchronmaschine abgegebene Moment gerade dem Kippmoment der Synchronmaschine entspricht, wobei sich ein Polradwinkel von etwa 900 im stationären Zustand einstellt. Wenn man also dafür sorgt, dass die Spannung oder der Strom an den Schleifringen der Synchronmaschine, d. h. die Erregerspannung oder der Erregerstrom, einen dieser Momentenkurve entsprechenden Wert nicht dauernd unterschreitet, kann die Synchronmaschine nicht ausser Tritt fallen.
Schwieriger ist es zu übersehen, ob eine Synchronmaschine in Tritt bleibt, die sowohl erfindungsge- mäss mit einer geregelten Erregung zum Ausgleich von Spannungsschwankungen ausgerüstet ist, deren Welle aber auch starke Momentenstösse erfährt. Es zeigt sich jedoch, dass bei einem plötzlichen Anstieg des von der Welle geforderten Momentes das schritthaltende (synchronisierende) Moment der Synchronmaschine im ersten Augenblick erheblich grösser ist als im stationären Zustand, Hieraus folgt, dass es genügt, eine minimale dauernde Schleifringspannung oder -strom solcher Grösse zu verlangen, dass auch im stationären Zustand ein Kippmoment abgegeben werden kann, das über dem augenblicklich an der
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zur Schleifringspannung ist, ist man z.
B. berechtigt, die Schleifringspannung proportional zur momen- tanen Wirkleistung der Synchronmaschine zu begrenzen. Zur Regelung kommen verschiedene Verfahren inFrage. Am einfachsten wäre es, die Klemmenspannung der Synchronmaschine als Regelgrösse zu verwenden. Dieses Verfahren hat jedoch den Nachteil, dass bei Schwankungen der eingangs im Punkt 1 konstant
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Synchronmaschine und zu ihrer Abschaltung führen.
Spannungsänderungen im fernenNetzpunkt 1 werden in erster Linie durch Schalthandlungen od. ähnl. ausgelöst. dauern verhältnismässig lang an und treten selten auf. Spannungsschwankungen, die durch den Verbraucher mit rasch wechselnder Last im Punkt 2 verursacht werden, gehen dagegen in kurzer Zeit wieder zurück. Lässt man daher erfindungsgemäss den Sollwert der Spannungsregelung in etwas länge- rer Zeit mit einer merklichen Zeitkonstanten (z. B. Imin) dem arithmetischen oder quadratischen Mit- telwert des Istwertes folgen, so werden nur die rasch pulsierenden, vom Verbraucher R verursachten Spannungsschwankungen ausgeregelt, nicht aber die von einer Schalthandlung im fernen Netzpunkt 1 ausgelö- sten.
Es ist nun bekannt, dass man die Änderungsgeschwindigkeit des Magnetfeldes einer Synchronmaschine beträchtlich erhöhen kann, wenn man den Erregerstrom mit Hilfe von Stromrichtern erzeugt und über einen-elektronischen Regler und einen elektronischen Gittersteuersatz regelt. Da anderseits Versuche er-
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dasszielen, die der Änderungsgeschwindigkeit des Blindleistungsverbrauches der genannten Stromabnehmer durchaus vergleichbar ist.
Dementsprechend bezieht sich die Erfindung auf eine Schaltungsanordnung zum Ausregeln von blindleistungsbedingten Netzspannungsschwankungen, wie sie beispielsweise durch Verbraucher mit rasch wechselnden Blindleistungsbedarf hervorgerufen werden, mittels einer Synchronmaschine mit selbsttätig re-
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nend ist die Verwendung eines in Abhängigkeit vom Blindleistungsbedarf der die Netzspannungsschwan- kungen hervorrufenden Verbraucher arbeitenden Reglers, der über einen Gittersteuersatz die Aussteuerung der den Erregerstrom liefernden Stromrichter bestimmt, wobei die Regelung beim Unterschreiten einer das Aussertrittfallen der Maschine gerade noch verhindernden unteren Grenze der Erregerspannung oder des Erregerstromes unwirksam wird.
Die erfindungsgemässe Schaltungsanordnung hat den Vorteil, dass die synchronisierende Kraft der Maschine bis zum äussersten ausgenützt werden kann, während in den bekannten Anordnungen bereits vor Erreichen dieser Grenze eine Abschwächung der Blindleistungsausregelung stattfindet,
Vorzugsweise ist bei konstant an der Welle der Synchronmaschine abgegebener oder aufgenommener Wirklast die Regelung der Erregung so getroffen, dass das statische Kippmoment der Synchronmaschine grösser als das an der Welle aufzunehmende oder abzugebende Moment ist.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Regelanordnung zum blindleistungsbedingten Ausgleich von Netzspannungsschwankungen schematisch wiedergegeben.
An eine Sammelschiene A ist der Verbraucher R angeschlossen, der eine stark wechselnde Blindleistung dem Netz B entnimmt. Diese Blindleistung wird im Blindleistungsmessgerät QR gemessen. An dieselbe Sammelschiene A ist auch eine Synchronmaschine S angeschlossen, deren Blindleistung im Mess- gerät Os und deren Wirkleistung im Messgerät Pg gemessen wird. Das letztere formt gleichzeitig den Messwert in eine proportionale Spannung um. Die Synchronmaschine kann ein Generator, Phasenschieber oder Motor sein. Das Polrad der Synchronmaschine S wird über ein Stromrichterventil V und einen Stromrichtertransformator D erregt. Die Erregerspannung wird in einem Messgerät U, der Erregerstrom in einem Messgerät I gelf1essen.
Das Stromrichterventil V wird über einen Gittersteuersatz G gesteuert, der seine Befehle von einem elektronischen Regler C erhält. Im Normalbetrieb, beispielsweise bei einer Blindleistungsregelung ist der Messwert QR der Sollwert, derMesswertQs der Istwert des Reglers C. Dabei liegt der Schalter Sa im Sollwertkreis in der eingezeichneten Stellung. Unterschreitet nun die Erregerspannung U den für die derzeit fliessende Wirkleistung Ps erforderlichen Wert, so spricht das Vergleichsrelais E an und schaltet den Sollwertkreis auf einen besonderen Sollwertgeber F. Bei passender Bemessung dieses Sollwertes ist verhindert, dass bei zu kleiner Erregerspannung U die Synchronmaschine S ausser Tritt fallen kann.
Bei einem andern, in der Zeichnung durch Strichlinierung angedeuteten Ausführungsbeispiel wird eine der Wirkleistung proportionale Spannung am Wirkleistungsmesser Ps abgenommen und einem dem ReglerC nachgeschaltetenBegrenzer Pin zugeleitet. Der untere Grenzwert, den die Erregung der Synchronmaschine zwecks Verhinderung eines Aussertrittfallens nicht unterschreiten darf, wird damit, wie es beim ersten Ausführungsbeispiel durch das Vergleichsrelais E geschieht, selbsttätig dem jeweiligen Wirkleistungswert der Maschine angepasst. Der Sollwertgeber F, der Schalter Sa und das Vergleichsrelais E fallen bei diesem Ausführungsbeispiel fort.
Es ist schliesslich noch ein dem Messwert des Erregerstromes proportionaler Strom einem thermischen Abbild T des Rotors über die Messeinrichtung I zugeführt. Fliesst über längere Zeit ein zu grosser Strom I, so betätigt das thermische Abbild T den Begrenzer Qm. Dieser drückt den grösstmöglichen Sollwert auf einen Wert herunter, der eine Überlastung des Polrades ausschliesst.
Es sei hier noch hinzugefügt, dass man in manchen Fällen auch die Blindleistungssumme der Synchronmaschine und des Verbrauchers bei rasch schwankender Last durch die Regelung konstant halten kann.
Ferner ist es auch möglich, den Spannungsabfall auf der Verbindungsleitung mit der Impedanz z 12 nachzubilden und als Regelgrösse zu verwenden.
Schliesslich kann man den Stabilitätsbereich der untererregten Synchronmaschine durch bekannte Massnahmen erweitern, etwa durch eine polradwinkelabhängige oder eine polradwinkel-und schlupf- abhängige Regelung.
Bei Schenkelpolgeneratoren kommt auch eine Erregung mit negativem Polradstrom innerhalb der Stabilitätsgrenze in Betracht.