Einrichtung zur Verminderung der Übertragung von Winkelschwingungen des Polrades eines Wechselstromgenerators auf den Regler einer Kraftmaschine. Bei elektrischen Energieerzeugungsan- lagen mittels rotierender Generatoren treten oft Schwierigkeiten auf, wenn z. B. für die Regrriierurrb der Kraftmaschine Drehzahl- lrerrdelregler mit Beschleunigungszusatz ver wendet werden.
Diese Schwierigkeiten sind durch die hohe Empfindlichkeit des Dreh zahlreglers namentlich des Besehleunigunbs- organes bedingt. Wenn das Polrad des Gene rators aus irgendeinem Grunde, z. B. in folge geringer Erregung oder zufolge beson- dcr,crVerlrältrrise in dertbertra.gunbsleitung, zu Winkelschwingungen angefacht wird, so werden diese nicht gedämpft, falls der Reg ler mechanisch mit einem Riemen oder elek- t.risch mittels eines sobenannten Pendelmo tors angetrieben wird.
Die Schwingungen bleiben bestehen und machen einen Betrieb unmöglich. Die Ursache ist im ersten Fall in der elastischen Kupplung zwischen Tur bine und dem mittels Riemen angetriebenen Regler zu. suchen. Ähnlich verhält es sich 4i elektrischem Reblerantrieb mittels eines Pendelgenerators, der mit. der Kraftmaschi- ncnw-elle gekuppelt ist und den Pendelmotor elektrisch antreibt.
Das einfachste Mittel zur Behebung .der Schwingungen bestände im _A.rrsebluss des Pendelmotors. an die Stator- @panrrung des Hauptgenerators. Dies hat. aper den Nachteil, dass bei Spa.nnungizusammen- brucli am Generator der Pendelmotor ausser Tritt gerät. und demzufolge besondere zusätz- liehe Schutzmassnahmen vorzusehen sind, was natürlich unerwünscht ist.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Ein richtung an einem von einer Kraftmaschine angetriebenen Wechselstrom-Hauptgenerator, mit welchem ein Pendelgenerator zur Spei sung des Pendelmotors des Kraftmaschinen pendelreglers gekuppelt ist. Die Erfindung besteht darin, .dass in die Statorleitungen des Wechselstromgenerators die Stromspulen von Stromspannungswandlern und in die Verbin- dungsleitungen vom Pendelgenerator zum Pendelmotor deesen Spannungsspulen ein geschaltet sind,
über welche den Statorströ- men proportionale, um wenigstens angenähert <B>9,0'</B> phasenverschobene Zusatzspannungen dem Pendelmotor zugeführt werden, so dass .die Speisespannung des Pendelmotors eine gegenüber den Winkelschwingungen des Polrades des Wechselstromgenerators gerin gere Phasenschwankung aufweist und sich eine Verringerung der auf den Regler über tragenen Wirikelschwingunben .ergibt.
Dem entsprechend verringern sich auch die am Kraftmaschinenregler auftretenden Winkel- Schwingungen gegenüber jenen des Polrades des Wechselstromgenerators. Es kann sich dabei um Maschinen handeln, deren Stator- wicklungen einphasig oder mehrphasig aus geführt sind. Von besonderem Interesse ist .die Dreiphasensehaltung, auf die ,sich die nachfolgende Beschreibung bezieht.
Die dem Pendelmotor zugeführte Zusatz- spannung kann auch so gewählt werden, dass die den Pendelmotor speisende Span nung eine von der Winkelschwingung des Pendelgenerators unabhängige Phasenlage aufweist. Die Speisespannung des Pendel motors hat dann, in Bezug auf die Spannung des Netzes, auf welches der Wechselstrom generator arbeitet, eine konstante Phasen lage. Winkelschwingungen des Generator Polrades beeinflussen .dann die Phasenlage der -Speisespannung und damit die Umdre hung des Pendelmotors nicht mehr, so dass der Regler auf die Winkelschwingungen nicht reagiert. Der Regler ist nur noch vom Verhalten der mittleren Winkelgeschwindig keit des Generators, also von der Netzfre quenz abhängig.
Die Unabhängigkeit von den Winkel schwingungen des Polrades bringt besondere Vorteile dann, wenn .der Kraftmaschinen regler einen Beschleunigungsregelzusatz auf weist. Solche Regler vermögen die Winkel schwingungen der Generatorgruppe nicht zu dämpfen. Die erfindungsgemässe Schaltung gestattet ferner, eine Überkompensation der Winkelschwingungen zu erreichen, was z. B. für Regulierzwecke ausgenützt werden kann.
An Hand der Fig.1-4 wird dieErfindung an einem: Beispiel näher erläutert.
Fig. 1 zeigt die Schaltung einer erfin dungsgemässen Einrichtung.
Fig. 2 zeigt das Spannungsdiagramm am Hauptgenerator.
Fig. ss zeigt das Spannungsdiagramm der Pen,delgenerator-Pendelmotorzusammensehal- tung.
Fig. 4 zeigt das Diagramm der Kompen- sationsspannung.
Mit der Kraftmaschine T, z. B. einer Was serturbine, ist das Polrad Pg des Hauptgene rators<I>HG</I> sowie das Polrad P,, des Pendel- generators PG direkt gekuppelt. Der Haupt generator HG weist die .dreiphasige Stator- wicklung Wg, .der Pendelgenerator PG die dreiphasige Statorwicklüng WP auf.
Die Sta- torwicklung Wir des Hauptgenerators ist über die Verbindunge.leitungen u <I>v w</I> mit dem Verbrauchernetz verbunden. In der Re- gel handelt es sich dabei um ein grösseres Verbrauchernetz oder eine Sammelschiene an einem solchen Netz, an welches noch weitere Generatorgruppen Energie abgeben. Das. Netz kann deshalb in Be zug auf Spannung und Frequenz wenig stens angenähert als starr angesehen werden.
Erregungsänderungen am Generator oder Verstellungen am Turbinenregler haben so mit nur geringen Einfluss -auf die Netzspan nung bzw. die Netzfrequenz. Gerät aus irgend einem Grunde das Polrad des Hauptgenera- tors in Winkelschwingungen a, Fig. 2, in Bezug auf seine mittlere Drehbewegung, so pendelt auch der Spannungsvektor U" .der ENK der induzierten Statorspannung eben falls um den Winkel ( a)
in Bezug auf den praktisch starren Netzspannungsvektor Ui'. Die Folgen davon sind bekanntlich zusätz liche Ausgleichströme J @ a bzw.<I>J _</I> a, die sich dem normalen Generatorstrom über lagern, desgleichen entstehen zusätzliche in duktive 'Spannungsabfälle U 5(+a), Us(_a). Nur .diese zusätzlichen Ströme und Spannun gen und Winkel brauchen in der Folge be trachtet zu werden, da sich diese wenigstens angenähert den stationären mittleren Strö men und Spannungen überlagern.
In den Verbindungsleitungen u <I>v</I> zu des Stators zum Netz sind die Stromwicklungen der Stromspannungswandler W", Wv, TV-," eingeschaltet.
Die Statorwicklung WP des Pendelgenerators. PG ist über die Verbin dungsleitungen r s t unter Zwischenschaltung der Spannungswicklungen der Wandler W", TTTv, Wz" mit der Statorwicklung W@z des Pendelmotors verbunden. Die Stromspan- nungswan:dler sind Drosselspulen, welche Se kundärwicklungen aufweisen, die nur sehr gering belastet sind.
Der Pendelmotor P;,3 treibt den Drehzahlregler R der Antriebs turbine<I>T</I> an. Über die Wandler <I>W",</I> W, und W@v werden dem Pendelmotor ausser der Pen.delgeneratorspannung UP noch zusätzliche 'Spannungen UI@ zugeführt, die den zusätz lichen Ausgleichströmen J im Stator -des Hauptgenerators entsprechen, aber um 90 in der Phase verschoben sind.
Ausser diesen von den Winkelschwingungen abhängigen Strömen und Spannungen sind natürlich, wie bereits gesagt, die stationären Netzströme mit unier entsprechenden stationären Zusatzspan nung wirksam, die aber vernachlässigt wer- ([en können, da, sie mit dem Pendelvorgang nichts zu tun haben. Sie erzeugen eine kon- 4.ante Zusatzspannung, der sich die Zusatz- spannungen Ui;, hervorgerufen durch die Winkelschwingungen, überlagern.
Die wirk- samen Spannungen infolge der Winkel schwingungen sind- im Vektordiagramm 1i-. 3 für eine Phasenspannung dargestellt. Der Vektor UP ist die EMK .des Pendel generators PG, der in Phase mit dessen Pol rad auch in Phase mit dem direkt gekuppel- ten Polrad des Hauptgenerators <I>HG</I> und da mit .auch in Phase mit dem Vektor der Gene- rator-E3IK <B>(TO</B> ist.
Die EMK des Pendel- generators führt also die gleichen Winkel- schwingungen (-!- u) aus wie .der Hauptgene rator. Die zusätzliche Wandler-Sekundär- sPannung Uh setzt sich mit der Generator- spa.nnung UP gemäss der F'ig. 3 zusammen und ergeben zusammen die am Pendelmotor wirksame Spannung Um.
Die Spannung Ui; ist: um 9G gegenüber den zusätzlichen Sta- torströmen J verschoben gemäss der Fig. :I. Die Motorspannung UM weist bereits: einen kleineren Schwingungswinkel (l auf. Infolge dessen wird auch der Pendelmotor und da mit .der Turbinenregler bereits kleinere Win- l;elschwingungen ausführen als das Polrad des Hauptgenerators.
Im Sinne der Erfin dung ist es auch möglich, die Spannung 1ü durch entsprechende Wahl des Übersetzungs verhältnisses und des magnetischen Wider standes der Wandlerkerne so einzustellen, dass der Winkel fl zu Null wird. In diesem Falle bleibt die Phasenlage der am Motor Phi wirksamen Spannung Um unabhängig von der Lage des Pendelmotors, sie ist unabhängig von Winkelschwingungen des Hauptgene rators. Der Vektor der Motorspannung stimmt dauernd mit dem Vektor der Netz spannung überein, infolgedessen folgt die Umdrehung des Pendelmotors auch nur der Phase und Frequenz der Netzspannung.
Diese Tatsache ist für den vorgesehenen Regler antrieb von besonderer Bedeutung.
Selbstverständlich könnte auch eine Über kompensation -der Winkelschwingungen er reicht werden durch Vergrösserung der Kom pensationsspannung UK, was, z. B. für spe zielle Re,,-ulierzwecke wertvoll sein kann. Durch die Überkompensation ist es z. B. möglich, den zusätzlichen Einfluss der Rea.k- tanz eventuell langer Zuleitungen auf .den Pendelvorgang ebenfalls zu kompensieren. Es ist somit möglich, .die auf einem im In nern :des Netzes liegenden Punkte vorhan dene Netzspannung pendelfrei mit. dem Reg ler starr zu koppeln.
Der erfindungsgemäss kompensierte Reg lerantrieb hat .seine besondere Bedeutung bei Turbinendrehzahlreglern, welche einen Beschleunigungszusatz aufweisen. Bei sül- chen Reglern sind Winkelschwingungen der Turbine und des Generators besonders unan genehm, da die .damit verbundenen per-iodi- schen Beschleunigungen und Verzögerungen den Beschleunigungszusatz zum Ansprechen ''bringen, als ob entsprechende Schwankun gen in der Netzbelastung vorhanden wären, was natürlich normalerweise nicht der Fall ist.
Der Regler ist somit nicht in der Lage, die Winkelschwingungen zu .dämpfen. Erst die Verwendung der erfindungsgemässen Kompensationsschaltung ermöglicht .die Be seitigung des Einflusses der Winke'ischwin- gungen auf den Regler, so dass dieser nur auf das Verhalten der Netzfrequenz selber, näm lich hinsichtlich Frequenzhöhe und F'requenz- änderungen anspricht.
Bei dem Regler kann es sich um einen Regler für eine Wasserturbine, eine Dampf turbine oder irgendeine Verbrennungskraft- ma.schine handeln. Als Pendelmotor kann ein Synehrondrehstrommotor verwendet werden. Es lässt sich aber auch in bekannter Weise ein Asynchronmotor verwenden, der in bezug auf den mechanischen Leistungsverbrauch des Reglers überdimensioniert ist, so dass der Schlupf vernaehlässigbar ist.
Device for reducing the transmission of angular vibrations of the pole wheel of an alternating current generator to the controller of an engine. In the case of electrical power generation systems using rotating generators, difficulties often arise when z. B. for the Regrriierurrb of the engine speed lrerrdel regulator with acceleration additive are used ver.
These difficulties are due to the high sensitivity of the speed controller, namely the accelerator organ. If the pole wheel of the generator for some reason, z. If the controller is driven mechanically with a belt or electrically by means of a pendulum motor mentioned above, if the controller is driven mechanically with a belt or electrically by means of a pendulum motor, if it is fanned into angular vibrations, e.g. as a result of low excitation or a special, crVerlrältrrise in the transmission .
The vibrations persist and make operation impossible. In the first case, the cause is the elastic coupling between the turbine and the belt-driven controller. search. It behaves similarly to the 4i electric rebel drive by means of a pendulum generator, which with. the engine shaft is coupled and electrically drives the pendulum motor.
The simplest means of eliminating the vibrations would be to use the shock flow of the pendulum motor. to the stator clamping of the main generator. This has. apart from the disadvantage that in the event of a breakdown in the generator, the pendulum motor gets out of step. and consequently special additional protective measures are to be provided, which of course is undesirable.
The invention relates to a device on an alternating current main generator driven by an engine, with which a pendulum generator for Spei solution of the pendulum motor of the engine sway controller is coupled. The invention consists in .that the current coils of current voltage converters are connected in the stator lines of the alternator and the voltage coils are connected in the connection lines from the pendulum generator to the pendulum motor,
Via which the stator currents proportional, at least approximately <B> 9.0 '</B> phase-shifted additional voltages are fed to the pendulum motor, so that .the supply voltage of the pendulum motor has a phase fluctuation that is lower than the angular vibrations of the pole wheel of the alternator and is a reduction in the Wirikelschwingunben transmitted to the controller.
Correspondingly, the angular vibrations occurring on the engine controller are also reduced compared to those of the pole wheel of the alternator. This can be machines whose stator windings are single-phase or multi-phase. Of particular interest is the three-phase attitude to which the following description refers.
The additional voltage fed to the pendulum motor can also be selected so that the voltage feeding the pendulum motor has a phase position that is independent of the angular oscillation of the pendulum generator. The supply voltage of the pendulum motor then has a constant phase position in relation to the voltage of the network on which the alternating current generator works. Angular oscillations of the generator pole wheel then no longer influence the phase position of the supply voltage and thus the rotation of the pendulum motor, so that the controller does not react to the angular oscillations. The controller is only dependent on the behavior of the generator's mean angular speed, i.e. on the mains frequency.
The independence of the angular vibrations of the pole wheel brings particular advantages if .the engine controller has an acceleration control additive. Such regulators are not able to dampen the angular vibrations of the generator group. The inventive circuit also allows to achieve an overcompensation of the angular vibrations, which z. B. can be used for regulating purposes.
The invention is explained in more detail using an example with reference to FIGS.
Fig. 1 shows the circuit of a device according to the invention.
Fig. 2 shows the voltage diagram on the main generator.
Fig. Ss shows the voltage diagram of the pendulum generator-pendulum motor composition.
4 shows the diagram of the compensation voltage.
With the prime mover T, e.g. B. a water turbine, the pole wheel Pg of the main generator <I> HG </I> and the pole wheel P ,, of the pendulum generator PG are directly coupled. The main generator HG has the three-phase stator winding Wg, the pendulum generator PG the three-phase stator winding WP.
The stator winding Wir of the main generator is connected to the consumer network via the connection lines u <I> v w </I>. As a rule, this is a larger consumer network or a busbar on such a network to which other generator groups also deliver energy. The. The network can therefore be viewed at least approximately as rigid in terms of voltage and frequency.
Changes in excitation on the generator or adjustments on the turbine controller thus have only a minor influence on the mains voltage or the mains frequency. If, for whatever reason, the pole wheel of the main generator oscillates angularly a, Fig. 2, in relation to its mean rotational movement, then the voltage vector U ". Der ENK of the induced stator voltage also oscillates by the angle (a)
with respect to the practically rigid mains voltage vector Ui '. As is known, the consequences of this are additional equalizing currents J @ a or <I> J _ </I> a, which are superimposed on the normal generator current, and there are also additional inductive voltage drops U 5 (+ a), Us (_a) . Only .These additional currents and voltages and angles need to be considered in the sequence, since these superimpose at least approximately the steady-state mean currents and voltages.
In the connection lines u <I> v </I> to the stator to the network, the current windings of the current voltage converters W ", Wv, TV-" are switched on.
The stator winding WP of the pendulum generator. PG is connected to the stator winding W @ z of the pendulum motor via the connecting lines r s t with the interposition of the voltage windings of the converters W ", TTTv, Wz". The voltage converters are choke coils, which have secondary windings that are only very lightly loaded.
The pendulum motor P;, 3 drives the speed controller R of the drive turbine <I> T </I>. Via the converters <I> W ", </I> W, and W @ v, the pendulum motor is supplied with additional voltages UI @ in addition to the Pen.delgeneratorsvoltage UP, which, however, correspond to the additional equalizing currents J in the stator of the main generator are shifted by 90 in phase.
In addition to these currents and voltages, which are dependent on the angular oscillations, the stationary mains currents with a corresponding stationary additional voltage are of course effective, as already mentioned, but these can be neglected because they have nothing to do with the pendulum process a constant additional voltage on which the additional voltages Ui; caused by the angular oscillations are superimposed.
The effective stresses due to the angular vibrations are shown in the vector diagram 1i-. 3 shown for a phase voltage. The vector UP is the emf of the pendulum generator PG, which is in phase with its pole wheel also in phase with the directly coupled pole wheel of the main generator <I> HG </I> and therewith. Also in phase with the vector of the Generator E3IK <B> (TO </B> is.
The emf of the pendulum generator therefore carries out the same angular oscillations (-! - u) as the main generator. The additional converter secondary voltage Uh is set with the generator voltage UP according to the FIGS. 3 together and together result in the effective voltage Um at the pendulum motor.
The voltage Ui; is: shifted by 9G compared to the additional stator currents J according to FIG.: I. The motor voltage UM already has: a smaller oscillation angle (l. As a result of this, the pendulum motor, and therefore the turbine controller, will also perform smaller angular oscillations than the pole wheel of the main generator.
For the purposes of the inven tion, it is also possible to set the voltage 1ü by selecting the appropriate gear ratio and the magnetic resistance of the converter cores so that the angle fl becomes zero. In this case the phase position of the voltage Um effective at the motor Phi remains independent of the position of the pendulum motor and is independent of the angular oscillations of the main generator. The vector of the motor voltage is always the same as the vector of the mains voltage, so the rotation of the pendulum motor only follows the phase and frequency of the mains voltage.
This fact is of particular importance for the intended controller drive.
Of course, an over-compensation of the angular vibrations could be achieved by increasing the compensation voltage UK, which, for. B. for special re ,, - can be valuable. Due to the overcompensation it is z. B. possible to also compensate for the additional influence of the reactance of possibly long supply lines on the oscillation process. It is thus possible to use the mains voltage present at one of the points inside the network without swinging. to be rigidly coupled to the controller.
The regulator drive compensated according to the invention has a special meaning in turbine speed regulators which have an acceleration additive. With such regulators, angular vibrations of the turbine and the generator are particularly unpleasant, since the "associated periodic accelerations and decelerations" cause the acceleration additive to respond, as if there were corresponding fluctuations in the network load, which of course usually not the case.
The controller is therefore not able to .damp the angular oscillations. Only the use of the compensation circuit according to the invention enables the elimination of the influence of the angular oscillations on the controller, so that the controller only responds to the behavior of the network frequency itself, namely with regard to the frequency level and frequency changes.
The controller can be a controller for a water turbine, a steam turbine or any internal combustion engine. A synchronous three-phase motor can be used as a pendulum motor. However, an asynchronous motor can also be used in a known manner, which is overdimensioned with regard to the mechanical power consumption of the controller, so that the slip is negligible.