Einrichtung zur Regelung einer Maschinenspannung. Zur Regelung der Spannung einer elek trischen Maschine, beispielsweise eines Wech selstrom- oder Drehstromerzeugers, ist es be kannt, eine Erregermaschine zu verwenden, deren Erregung durch eine gleichstromvor- mägnetisierte Drosselspule beeinflusst wird. Die bekannten Anordnungen dieser Art waren jedoch entweder unnötig verwickelt oder hatten ziemlich schwache Regeleigen schaften, wie langsame Regelung oder Un fähigkeit zur Aufrechterhaltung der Span nung bei starken Belastungsstössen.
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Regelung einer Maschinenspannung mit durch eine gleichstromvormagnetisierte Dros sel beeinflusster Erregermaschine, welche einfach im Aufbau ist und gute Regeleigen schaften, das heisst die Fähigkeit einer schnellen Regelung und der Erhaltung der Spannung auch bei starken Belastungs- stössen, besitzt.
Diese Einrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die Spannung für die Erregung der Erregermaschine sowohl einen von einer beliebigen Spannungsquelle, z. B.
vom Anker der Erregermaschine selbst oder von einer unabhängigen Spannungsquelle ge lieferten Anteil, wie einen diesem entgegen wirkenden, von der Spannung der Haupt maschine hergeleiteten Anteil enthält, welch letzterer wenigstens eine Komponente ent hält, die durch die gleichstromvormagneti- sierte Drossel gesteuert wird, deren Gleich stromvormagnetisierung vom Unterschied zwischen einer mit der zu regelnden Span nung sich ändernden Grösse und einer Ver gleichsgrösse abhängt.
Durch die Herleitung der Gegenerregung aus der Spannung der Hauptmaschine erreicht man den Vorteil, dass jede Spannungsänderung der Hauptmaschine im ersten Augenblick eine solche Änderung der Erregung der Erregermaschine hervor ruft, dass sie der Spannungsänderung ent gegenwirkt.
Dadurch, dass die Erregung der Erregermaschine züm Teil vom Anker der Erregermaschine selbst oder von einer un abhängigen Spannungsquelle geliefert wird. erreicht man eine Sicherheit dafür. da.ss die Erregerspannung selbst bei den kräftigsten Belastungsstössen auf die Hauptmaschine nicht zusammenbrechen kann, und dass die Erregermaschine stets eine Spannung auf bauen kann, ohne von der Spannung der Hauptmaschine abhängig zu sein.
Durch die Verwendung einer gleichstrom vormagnetisierten Drossel, deren Gleich ; stromvormagnetisierung vom Unterschied zwischen einer aus der zu regelnden Span nung hergeleiteten Grösse und einer. Ver gleichsgrösse abhängt, wird eine genaue Re gelung bei geringer Leistung der Vergleichs ; grösse ermöglicht, indem man durch die gleichstromvormagnetisierte Drossel eine be deutende Verstärkung einführen kann.
Da. die aus der Vergleichsdrossel her geleitete Erregungskomponente der von der beliebigen Spannungsquelle gelieferten Kom ponente entgegenwirkt. wirkt sich die unver meidliche Trägheit der Vergleichsdrossel, auf dem Regelvorgang günstig aus. Die Wirkung der magnetischen Trägheit der Drossel kann nämlich beispielsweise derart aufgefasst wer den, dass der Spannungsabfall in ihr bei einer Änderung einer die Gleichstromamperewin- dungen erzeugenden Spannung nicht augen blicklich geändert werden kann.
Falls dann die Spannung der Hauptmaschine beispiels weise bei einem Belastungsstoss stark abfällt, wird die Drossel im ersten Augenblick einen verhältnismässig grösseren Teil der Spannung als vorher. gegebenenfalls praktisch die ganze Spannung, verbrauchen, so dass die von ihr gesteuerte Gegenerregung kräftig, gegebenen falls bis auf null. vermindert wird.
Die auf die Gesamterregung wirkende Spannung steigt deshalb augenblicklich an, selbst Renn die Drossel eine messbare Zeit in Anspruch nimmt, um sich auf den neuen Stromwert einzustellen, der für die Aufrechterhaltung der Spannung im Dauerzustand erforderlich ist. Ähnliche Verhältnisse ergeben sich bei einer plötzlichen Entlastung mit daraus ver ursachtem Spannungsanstieg, welch letzterer im ersten Augenblick ungeteilt auf die Ge- generregung wirkt und die Spannungs senkung also einleitet.
Bei einer in der ebengenannten Weise hergeleiteten Gegenerregung kann es zweck mässig sein, auch eine aus der Spannung der Hauptmaschine hergeleitete, mitwirkende Er regung auf die Erregermaschine zum Zweck der Stabilisierung einzuführen. Dies gilt be sonders, falls die Gegenerregung durch die selbe Wicklung wie die Eigenerregung wirkt.
Eine entsprechende Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 1 schematisch dar gestellt, während Fig. 2 ein Diagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise darstellt.
1 bezeichnet zwei Sammelschienen, die von einem Wechselstrom- oder Drehstrom erzeuger gespeist werden können, der nicht dargestellt ist, aber von der Erregermaschine 2 erregt wird. Im allgemeinen handelt es sich um einen Drehstromerzeuger. obwohl nur die Sammelschienen für zwei Pole dargestellt sind.
Die Erregermaschine 2 hat eine Er regerwicklung 3, die von ihrem eigenen Anker in Reihe mit zwei Gleichrichtern 4, 5 zu denen Widerstände 6, 7, vorzugsweise parallel geschaltet sind, gespeist wird. Der Gleichrichter 4 mit dem Parallelwiderstand 6 ist an die Sammelschienen 1 unmittelbar über einen Transformator 8 angeschlossen und derart geschaltet, dass er im Erregerkreis eine Spannung einführt, die sich zur Span nung vom Anker der Erregermaschine 2 addiert.
Gegebenenfalls kann in die Verbin dung zwischen dem Gleichrichter 4 und den Sammelschienen 1 ein Gerät eingeschaltet sein, durch das die vom Gleichrichter gelie ferte Zusatzspannung einstellbar ist, z. B. eine gleichstromvormagnetisierte ' Drossel spule.
Der Gleichrichter 5 mit dem Parallel- ,viderstand 7 ist derart geschaltet, dass er der Erregung entgegenwirkt, und wird von den Sammelschienen 1 über eine Vergleichs drossel 9 gespeist, das heisst eine gleichstrom vormagnetisierte Drossel, deren Gleichstrom- vormagnetisierung vom Unterschied zwischen einer mit der zu regelnden Spannung, das heisst der Spannung an den Sammelschienen sich ändernden Grösse, und einer Vergleichs grösse abhängt.
Gegebenenfalls können beide gegeneinander abzugleichenden Grössen aus der zu regelnden Grösse über Stromkreise ver schiedener Beschaffenheit hergeleitet werden, z. B. die eine unmittelbar und die andere über ein Konstantstromgerät. Jedenfalls sollen die Stromkreise derart beschaffen sein, dass die beiden gegeneinander abzugleichenden Grössen sich nur bei einem gewissen Wert der Span nung in Gleichgewicht halten.
Die Zeichnung zeigt zwei sich einander das Gleichgewicht haltende Gleichstromwicklungen 10, 11 der Drossel 9, deren eine 10 an die Sammelschie nen 1 unmittelbar über einen Gleichrichter 12 und einen Ohmschen Widerstand 13 an geschlossen ist, während die andere 11 an die Schienen 1 über einen Gleichrichter 14 und ein nur schematisch angedeutetes Konstant stromgerät 15 angeschlossen ist. Die Drossel spule hat schliesslich in. an sich wohl bekann ter Weise eine selbstgespeiste Wicklung 16, das beisst eine Wicklung die vom gleich gerichteten Wechselstrom der Drossel oder einem dazu proportionalen Strom durch flossen wird. Eine solche Wicklung verstärkt die Wirkung der Drossel.
Die Wirkungsweise der beschriebenen Anordnung geht in ihren Hauptzügen aus Fig. 2 hervor. In dieser Figur ist A die der Sättigungskurve entsprechende Spannungs- kennlinie der Erregermaschine und B ihre Widerstandsgerade ohne Rücksicht auf die durch die Gleichrichter 4, 5 erzeugten Zu satzspannungen im Erregerkreis.
Die Wirkung der genannten Zusatzspan nungen ist selbstverständlich verschieden im Ruhezustand und während der dynamischen Übergangserscheinungen, da beide Spannun gen von der zu regelnden Spannung ab hängig sind. Betrachtet man vorläufig die letztere als konstant, so kann die Summe der Eigenerregung und der Zusatzerregung durch den Gleichrichter 4 durch die Gerade C in Fig. \? veranschaulicht werden.
Der Höchst wert der durch den Gleichrichter 5 einge führten Gegenerregung ist durch den waag- rechten Abstand zwischen den Geraden C und D gegeben, weshalb die Gesamterregung beim Höchstwert der Gegenerregung von der Geraden D dargestellt werden kann. Der Mindestwert der Gegenerregung kann null sein.
Während eines Regelvorganges kann die Erregung der Erregermaschine also zwischen den von den Linien C und D angegebenen Werten schwingen, und der Abstand zwi schen diesen Linien und der Kurve A be- bestimmt die Regelgeschwindigkeit bei der Aufwärts- bezw. Abwärtsregelung. Es ist vorteilhaft, wenn diese Linien so weit von der Sättigungskurve liegen, dass die Regel- geschwindigkeit in allen Punkten der letz teren etwa dieselbe,
unabhängig von der Krümmung der Kurve, wird. Zu dieser Gleichhaltung tragen die dynamischen Eigen schaften des Reglers bei. Bei einer Span nungsabsenkung der Hauptmaschine mit fol gender Aufwärtsregelung sinkt nämlich im ersten Augenblick die mitwirkende Erregung ' durch den Gleichrichter 4, was einer Krüm- mung der Linie C in demselben Sinne wie die Kurve A entspricht.
Bei einer Spannungs erhöhung mit nachfolgender Abwärtsrege- lung wird dagegen die Gegenerregung durch den Gleichrichter 5 in höherem Masse als die mitwirkende Erregung durch den Gleich richter 4 erhöht, was einer Krümmung der Linie D in demselben Sinne wie die Kurve A entspricht. Zwischen die Vergleichsdrossel 9 und den Gleichrichter 5 können selbstverständlich auch mehrere gleichstromvormagnetisierte Drosseln als Verstärker eingeschaltet werden.
Der Regler kann selbstverständlich mit einer Rückführung versehen werden, beispielsweise in der Form einer Wicklung auf der Ver gleichsdrossel oder auf dem Konstantstrom- gerät welche Wicklung durch die Erreger spannung über einen Impulstransformator (schweiz. Patent Nr. 119314, Unteranspruch 3) oder durch eine Wicklung einer zwi schengeschalteten, gleichstromvormagnetisier ten Drossel beeinflusst werden kann.
Device for regulating a machine voltage. To regulate the voltage of an electrical machine, for example an alternating current or three-phase generator, it is known to use an excitation machine whose excitation is influenced by a direct current pre-magnetized choke coil. However, the known arrangements of this type were either unnecessarily involved or had rather weak control properties, such as slow regulation or inability to maintain the voltage in the event of heavy load surges.
The invention relates to a device for regulating a machine voltage with an exciter machine influenced by a direct current bias throttle, which is simple in structure and has good control properties, that is, the ability to regulate quickly and maintain the voltage even with strong load surges.
This device is characterized in that the voltage for the excitation of the exciter machine can be supplied by any voltage source, e.g. B.
from the armature of the exciter itself or from an independent voltage source, such as a counteracting component derived from the voltage of the main machine, the latter containing at least one component that is controlled by the direct current biased choke, its equal current bias depends on the difference between a variable that changes with the voltage to be controlled and a comparative variable.
By deriving the counter-excitation from the voltage of the main machine, one achieves the advantage that every voltage change in the main machine causes such a change in the excitation of the exciter machine at the first moment that it counteracts the voltage change.
In that the excitation of the exciter is partly supplied by the armature of the exciter itself or from an independent voltage source. one achieves a security for it. that the excitation voltage cannot collapse even with the most powerful load surges on the main machine, and that the excitation machine can always build up a voltage without being dependent on the voltage of the main machine.
By using a direct current biased choke whose equal; current bias of the difference between a variable derived from the voltage to be controlled and a. Depends on the comparison variable, a precise regulation is used in the case of low performance of the comparison; size is made possible by introducing a significant gain through the direct current biased choke.
There. the excitation component derived from the comparison choke counteracts the component supplied by any voltage source. the unavoidable inertia of the comparison throttle has a positive effect on the control process. The effect of the magnetic inertia of the choke can for example be understood in such a way that the voltage drop in it cannot be changed instantaneously in the event of a change in a voltage generating the direct current amperes.
If the voltage of the main machine then drops sharply, for example in the event of a load surge, the throttle will initially be a relatively larger part of the voltage than before. if necessary, practically consume the entire voltage, so that the counter-excitation controlled by it is powerful, possibly down to zero. is decreased.
The voltage acting on the total excitation therefore increases immediately, even if the choke takes a measurable amount of time to adjust to the new current value, which is necessary to maintain the voltage in the steady state. Similar conditions arise in the case of a sudden relief with the resulting increase in voltage, which at the first moment acts undivided on the counter-excitation and thus initiates the decrease in voltage.
In the case of a counter-excitation derived in the above-mentioned manner, it may be useful to introduce an active excitation derived from the voltage of the main machine into the exciter machine for the purpose of stabilization. This is especially true if the counter-excitation acts through the same winding as the self-excitation.
A corresponding embodiment of the invention is shown schematically in FIG. 1, while FIG. 2 is a diagram to explain the mode of operation.
1 denotes two busbars that can be fed by an alternating current or three-phase current generator, which is not shown, but is excited by the exciter 2. In general, it is a three-phase generator. although only the busbars for two poles are shown.
The exciter 2 has a He excitation winding 3, which is fed by its own armature in series with two rectifiers 4, 5 to which resistors 6, 7 are preferably connected in parallel. The rectifier 4 with the parallel resistor 6 is connected to the busbars 1 directly via a transformer 8 and switched in such a way that it introduces a voltage in the excitation circuit that adds to the voltage from the armature of the excitation machine 2.
If necessary, a device can be switched on in the connec tion between the rectifier 4 and the busbars 1, through which the additional voltage supplied by the rectifier is adjustable, eg. B. a direct current biased 'choke coil.
The rectifier 5 with the parallel resistor 7 is connected in such a way that it counteracts the excitation, and is fed from the busbars 1 via a comparison choke 9, that is to say a direct current biased choke whose direct current bias is different from one with the voltage to be regulated, that is, the voltage on the busbars changing size, and a comparison variable depends.
If necessary, both variables to be compared against each other can be derived from the variable to be controlled via circuits of different nature, z. B. one directly and the other via a constant current device. In any case, the circuits should be designed in such a way that the two variables to be compared with one another are only in equilibrium at a certain value of the voltage.
The drawing shows two balanced DC windings 10, 11 of the choke 9, one of which 10 is connected to the busbars 1 directly via a rectifier 12 and an ohmic resistor 13, while the other 11 is connected to the rails 1 via a rectifier 14 and a only schematically indicated constant current device 15 is connected. The choke coil finally has a self-fed winding 16, which is a winding which is flowed through by the rectified alternating current of the choke or a current proportional to it. Such a winding increases the effect of the choke.
The main features of the mode of operation of the arrangement described can be seen in FIG. In this figure, A is the voltage characteristic curve of the exciter machine corresponding to the saturation curve and B is its straight line resistance without taking into account the additional voltages generated by the rectifiers 4, 5 in the exciter circuit.
The effect of the additional voltages mentioned is of course different in the idle state and during the dynamic transition phenomena, since both voltages are dependent on the voltage to be controlled. If the latter is considered to be constant for the time being, then the sum of the self-excitation and the additional excitation by the rectifier 4 can be represented by the straight line C in FIG. illustrated.
The maximum value of the counter-excitation introduced by the rectifier 5 is given by the horizontal distance between the straight lines C and D, which is why the total excitation at the maximum value of the counter-excitation can be represented by the straight line D. The minimum value of the counter excitation can be zero.
During a control process, the excitation of the exciter can oscillate between the values indicated by lines C and D, and the distance between these lines and curve A determines the control speed for the upward or downward direction. Down regulation. It is advantageous if these lines lie so far from the saturation curve that the control speed is about the same in all points of the latter,
regardless of the curvature of the curve, will. The dynamic properties of the controller contribute to this consistency. When the voltage of the main machine is reduced with the following upward regulation, the active excitation by the rectifier 4 drops at the first moment, which corresponds to a curvature of the line C in the same sense as the curve A.
In the event of a voltage increase with subsequent downward regulation, on the other hand, the counter-excitation by the rectifier 5 is increased to a greater extent than the active excitation by the rectifier 4, which corresponds to a curvature of the line D in the same sense as the curve A. Between the comparison choke 9 and the rectifier 5, it is of course also possible to connect several direct-current bias chokes as amplifiers.
The regulator can of course be provided with a feedback, for example in the form of a winding on the comparison choke or on the constant current device, which winding through the excitation voltage via a pulse transformer (Swiss Patent No. 119314, dependent claim 3) or through a winding can be influenced by an interposed, direct current pre-magnetized choke.