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Einrichtung zur Regelung der Spannung bzw. Blindleistung von Synchronmaschinen
Synchronmaschinen werden zusätzlich zu einem Drehzahlregler üblicherweise nur mit einem Spannungregler ausgerüstet. Durch Einfügung einer Winkelregelung, bei der die Erregung der Synchronmaschinen in Abhängigkeit von dem Polradwinkel beeinflusst wird, kann man den stabilen Arbeitsbereich der Synchronmaschine erweitern.
Bei einer bekannten Ausführung zum Stabilisieren des Betriebes von Synchronmaschinen, bei denen der Vektor der EMK der Erregung einen grossen Winkel mit dem Vektor einer Spannung des Netzes einschliesst, ist zusätzlich zur normalen Erregung eine veränderliche Erregung vorgesehen, die bei Überschreiten der natürlichen Stabilitätsgrenze mit zunehmender Verschiebung des Winkels der Polradachse zum Spannungsvektor des Netzes vergrössert wird. Auf diese Weise ist es möglich, die Stabilität der Synchronmaschine auf einen grösseren Verschiebungswinkel der Polradachse als mit nur einer Erregung zu sichern. Hiebei ergibt sich jedoch beim Betrieb innerhalb der natürlichen Stabilitätsgrenze einestarke Verminderung der synchronisierenden Leistung.
Um dies zu vermeiden, hat man Mittel vorgesehen, die den Einfluss der zusätzlichen Erregung steuern, so lange die natürliche Stabilitätsgrenze nicht überschritten wird. Dadurch dass die Regelsignale auf zwei voneinander getrennte Erregerwicklungen gegeben werden, sind jedoch Signale mit grosser Leistung gegeneinander geschaltet. Man hat daher bei der Stabilisierung des Betriebes von Synchronkompensatoren schon einen auf die Erregung geschalteten Spannungsregler verwendet, der in Abhängigkeit von der beim Unstabilwerden eines Synchronkompensators auftretenden Änderung des Winkels zwischen Polrad und Statordrehfeld derart beeinflusst wird, dass die Erregung des Kompensators verändert und seine Stabilisierung selbsttätig herbeigeführt wird. Auf diese Weise kommt man mit nur einer Erregerwicklung aus.
Dadurch dass der Spannungsregler in Abhängigkeit von dem Überschreiten der natürlichen Stabilitätsgrenze von einem
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Pendelungen Anlass geben. Darüber hinaus ist bei allen diesen Regeleinrichtungen zur Stabilisierung von Synchronmaschinen die Spannungshaltung nicht gewährleistet.
Die Erfindung bringt eine vorteilhafte Verbesserung an einer Einrichtung zur Regelung der Spannung oder Blindleistung von Synchronmaschinen mit einem Polradwinkelregler. Gemäss der Erfindung ist bei Verwendung nur einer Erregung der Polradwinkelregler unmittelbar, d. h. ohne Zwischenschaltung eines weiteren Reglers mit der Erregung der Synchronmaschine verbunden und es sind Mittel vorgesehen, die den Sollwert des Winkelreglers im spannungs-bzw. blindleistungshaltenden Sinn führen. Auf diese Weise wird die Synchronmaschine durchgehend, also auch in einem Bereich, in welchem sie ohnehin stabil läuft, mit Winkelregelung betrieben und eine Spannungskonstanthaltung sekundär dadurch bewirkt, dass der von dem Winkelregler eingestellte Polradwinkel verändert wird.
Da die Winkelregelung als Primärregelung dauernd im Eingriff ist, ergibt sich ein kontinuierlicher Signalverlauf beim Überschreiten der natürlichen Stabilitätsgrenze. Pendelungen werden daher vermieden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen : Fig. 1 eine Anordnung zur Regelung der Spannung einer Synchronmaschine in schematischer Darstellung und Fig. 2 einen Sollwertgeber für die in Fig. l dargestellte Regeleinrichtung.
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Mit 1 ist eine Synchronmaschine bezeichnet, die mit einer Erregermaschine 2 ausgerüstet ist. Die Synchronmaschine 1 ist über einen Transformator 3 mit dem Netz 4 gekuppelt. Zur Regelung der Synchron- maschine dient ein Polradwinkelregler 16. Gemäss der Erfindung ist der Polradwinkelregler 16 unmittelbar, d. h. ohne Zwischenschaltung eines weiteren Verstärkers, mit der Erregung der Synchronmaschine verbunden und es sind Mittel vorgesehen, die den Sollwert des Winkelreglers im spannungshaltenden Sinn führen. Der
Polradwinkel der Synchronmaschine wird durch das Messglied 5 erfasst, das ein entsprechendes Signal an den Sollwertvergleicher 6 abgibt.
Die Winkelabweichung wird durch denRegelverstärker 7 verstärkt und bewirkt über die Erregermaschine 2 eine Erregungsänderung, die den Polradwinkel der Synchronmaschine auf den vorgegebenen Sollwert zurückführt. Wird der Polradwinkel durch Winkelregelung auf einen vor- gegebenen Wert eingestellt, so kann man eine Spannungsregelung dadurch erzielen, dass man bei stei- gender Klemmenspannung den vorgegebenen Sollwert vergrössert.
Zur Verbesserung der Regelgüte kann man das Messglied 5 und den Regelverstärker 7 mit Integrier- und Differenziergliedern versehen. Eine Verbesserung der Regelgüte ist in vorteilhafter Weise auch dadurch zu erzielen, dass die Verstärkung des Winkelregelkreises von dem jeweils eingeregelten Polradwinkel ab- nängig gemacht wird, z. B. dadurch, dass zwischen das Messglied 5 und den Sollwertvergleicher 6 ein nicht- lineares Glied geschaltet wird.
Der Sollwert des Polradwinkelreglers wird bei der in Fig. l dargestellten Anordnung an einem Soll- wertpotentiometer 8 gebildet, dessen Schleifer mit einem Servomotor 9 gekuppelt ist.
Zur Verstellung des Potentiometers 8 kann, wie die Fig. 2 zeigt, der Servomotor 9 über den Kontakt 17 an einen Regler 10 angeschlossen sein. Der Regler 10 ist an die Klemmen der Synchronmaschine angeschlossen und vergleicht die Klemmspannung U mit einem beispielsweise in Form einer Federspannung F vorgegebenen Sollwert. (Bei Blindleistungsregelungwird dem Regler 10 an Stelle der Spannung U ein Mess- wert zugeführt, der dem Blindstrom oder der Blindleistung proportional ist.) Weicht die Klemmenspannung U von dem als Federspannung F vorgegebenen Sollwert ab, so verändert der Regler 10 über die Leitung 12 mit dem normalerweise geschlossenen Kontakt 17 und dem Servomotor 9 so lange den am Sollwertpotentio- meter 8 gebildeten Sollwert des Winkelreglers, bis sich die Klemmenspannung U der Synchronmaschine wieder auf ihrem Sollwert befindet.
Um zu vermeiden, dass der Sollwert des Winkelreglers und damit der Polradwinkel über einen bestimmten Wert (der z. B. durch die transienteStabilitätsgrenze gegeben ist) hinausgeführt wird, sind zweckmässigerweise Begrenzungsmittel vorgesehen, die eine Verstellung des Sollwertgebers des Polradwinkelreglers nach oben begrenzen. Eine Begrenzung ist bei der in Fig. 2 dargestellten Anordnung dadurch erreicht, dass die Wicklung 18 eines polarisierten Relais 13 an die Ausgangsspannung des Sollwertpotentiometers 8 angeschlossen ist. Hiebei ist das Relais 13 so eingestellt, dass es erst bei Überschreiten einer bestimmten Sollwertspannung anspricht. Sobald das Relais anspricht, wird die Leitung 12 zum Servomotor unterbrochen und es wird verhindert, dass der Winkelregler Sollwert über einen gewissen Wert hinaus ge- führt wird.
Durch eine entsprechend gepolteHilfswiclung 15 des Relais 13 kann man erreichen, dass die Unterbrechung der Leitung 12 aufgehoben wird, sobald der Regler 10 den Sollwert des Winkelreglers wieder auf kleinere Werte hinzuführen versucht.
Zweckmässig sind die Begrenzungsmittel in Abhängigkeit vom Wirkstrom, von der Wirkleistung oder von dem Drehmoment der Synchronmaschine gesteuert. Auf diese Weise kann der maximale Wert des Polradwinkels von einer dieser Grössen abhängig gemacht werden. Bei einer Anordnung nach Fig. 2 dient ein Messglied 11 zur Messung der vom Generator abgegebenen Wirkleistung oder des Wirkstromes. Der Ausgang des Messgliedes 11 ist an einen Widerstand 14 angeschlossen, der im Stromkreis der Wicklung 18 des Relais 13 liegt. Der im Ausgangskreis des Messgliedes 11 fliessende Strom ruft im Widerstand 14 einen Spannungsabfall hervor, der sich zuder ander Relaiswicklung 18 anliegenden Sollwertspannung des Winkelreglers addiert.
Der Spannungsabfall ist so gerichtet, dass bei kleinem Wirkstrom oder kleiner Wirkleistung der Synchronmaschine das Relais 13 noch nicht anspricht und auf diese Weise die Blockierung des Sollwertgebers des Winkelreglers erst bei höheren Sollwerten als bei grosser Wirkleistung erfolgt.
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ist, um eine bessere Anpassung an die transiente Stabilisierungsgrenze der Synchronmaschine zu erzielen. Zu diesem Zweck kann der Widerstand 14 des in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiels ein nichtlinearer Widerstand mit entsprechender Kennlinie sein.