CH461609A - Einrichtung zur Erfassung des Schlupfes und der Winkelbeschleunigung einer Synchronmaschine - Google Patents

Description

  
 



  Einrichtung zur Erfassung des Schlupfes und der Winkelbesehleunigung einer Synchronmaschine
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Erfassung des Schlupfes und der Winkelbeschleunigung des Polrades einer elektrischen Synchronmaschine bei plötzlichen Belastungsänderungen.



   Solche Schlupfmessungen sind neben der Messung anderer Grössen wie die Klemmenspannung erforderlich, um bei plötzlichen Belastungsänderungen auftretende Polradschwingungen mit Hilfe der Erregereinrichtung ausgleichen zu können. Bisher ist man bei der Messung des Schlupfes vom Polradwinkel ausgegangen.



  Man hat   durch Differentiation    einer dem Polradwinkel proportionalen elektrischen Grösse den Schlupf und die Winkelbeschleunigung des Polrades zu ermitteln versucht. Diese Spannung ergibt aber kein genaues Ergebnis, da die infolge der zur Differenzierung erforderlichen Glieder ZSeitkonstanten besitzen (Widerstandskondensator- oder Widerstandsinduktivitätsglieder). Hierdurch werden die Phasen der elektrischen Grössen verschoben und   eie    Kurvenform verzerrt.



   Zur Vermeidung dieser Nachteile wird erfindungsgemäss vorgeschlagen, dass eine Messeinrichtung, wel  die    die Ableitung des   Schlupfes    nach der Zeit gemäss der   Gleichung    ds ¯ 1    dt - TA (Pa-PE)    misst und ein Integrationsglied vorgesehen ist, welches aus der Ableitung des Schlupfes den Schlupf selbst bestimmt und dass am Ausgang des Integrationsgliedes eine Mess- und Regeleinrichtung angeschlossen ist.



   Dieser   Erfindung    liegen   folgende    Gedankengänge zugrunde:
Im   FaXe    einer plötzlichen Belastungsänderung wird   die    elektrische Leistung praktisch unverzögert geändert.



     Dagegen    bleibt die Drehzahl und das Antriebsmoment des Generators   praktisch    noch unverändert. Dies be  deutet,    dass das der elektrischen Leistung proportionale   Drehmoment      gegenüber    dem mechanischen Drehmoment vorübergehend voneinander abweichen muss. Dadurch entsteht einee Polradverschiebung und eine Änderung des Winkels zwischen dem Vektor der Polradspannung und der Kleemmenspannung. Diese Änderung des Polradwinkels bedeutet einen Schlupf der Maschine. Man    ds kann nun nachweisen, dass die Schlupfänderung dt    (Winkelbeschleunigung)   an, genähert    proportional der Differenz zwischen dem mechanischen und elektrischen Moment ist.

   Da   diese    Momente proportional den Leistungen sind, ist die Schlupfänderung auch proportional der Differenz der mechanischen (PA) und elektrischen    (PE) Leistung. Setzt man die Leistungen in Einheitswerten ein, so ist die Proportionalitätskonstante umgekehrt    proportional der   mechanischen    Zeitkonstante TA. Daraus ergibt   sidh    für die Schlupfänderung die Gleichung ds ¯ 1 dt =   TA    (PA-PE) (1) Diese   Gleichung    zeigt, dass man die   Schlupfänderung      ohne Zuhilfenahme    elektrischer   Differenzierglieder    durch   einfache    Leistungsmessung und   Leistungsvergleich    er  halten    kann.

   Der Schlupf   selbst    ergibt sich dann durch Integrieren der so erhaltenen Werte in einem Integra  tionsglied.   



   Zweckmässig ist hierbei,   die, so    erhaltenen Werte in Gleichspannungen umzusetzen und diese dann einem Messgerät oder cincr Regeleinrichtung zuzuführen. Die Ausregelung des Schlupfes bei plötzlichen Belastungs änderungen ist hierbei auf einfache und sichere Weise möglich. Irgendwelche Verzerrungen oder Phasenverschiebungen treten dann nicht auf. Die so erhaltenen Werte lässt man dann auf die Spannungsregelung wirken, wobei sie die normale Spannungsregelung beeinflussen können.



   Ein Ausführungsbeispiel zeigt die Figur. Der Generator 1 speist das Drehstromnetz. RST. Mit 2 sind die Stromwandler, mit 3 die Spannungswandler angedeutet,  welche die   Regeleinrichtung    speisen. Die übrigen zur Schaltanlage gehörenden Teile sind weggelassen. 4 ist ein Leistungsmesser, der die tatsächlich auftretende elektrische Leistung   pE    misst und diese in eine der Leistung proportionale Gleichspannung am Ausgang umformt.



  Hierzu können   Hrall-Genleratoren    in bekannter Weise verwendet werden, mit denen die Drehstromleistung gemessen wird. Die am Ausgang auftretende Gleichspannung wird nun einmal über den Widerstand 5 unmittelbar, einmal über die Verzögerungseinrichtung 6 und den Widerstand 7 dem Summierglied 8 zugeführt. Das Ver  zögerungsglied    6 ist als Verstärker gebaut,   dessen    Rückkopplung aus einem Kondensator 9 und einem   Wider    stand 10   besteht.    Hierdurch wird das Ausgangssignal gegenüber dem Eingangssignal verzögert ausgegeben.



     Ändert sich also die Leistung g po sehr rasch, so bleibt zu-    nächst am Ausgang des   Verzogerungsgliedes      die    ursprüngliche Leistung erhalten. Diese Leistung entspricht dann der noch vorhandenen mechanischen Leistung PA Das Summierglied erhält dann die elektrische Leistung    Pn unmittelbar und aus dem Verzögerungsglied 6 noch die vorher vorhanden gewesene Leistung PA, die also der    mechanischen   Lein, tun    entspricht. Die Zeitkonstante des   Verzögerungsgliedes    kann der mechanischen Zeitkonstante des Generators entsprechen, sie kann aber, wenn es die Stabilitätsverhältnisse erfordern, auch kleiner oder sogar grösser sein.

   Durch die Verstärkerschaltung im Verzögerungsglied 6 wird das Vorzeichen umgedreht, so dass das Summierglied tatsächlich die Differenz der beiden Leistungen bildet. Die Konstanten des Verstärkers 8 sind so gewählt, dass sie im reziproken Wert der Zeitkonstante TA nach der Gleichung (1) entspricht.



   Am Ausgang des   Summiergliedes    erscheint nun eine Gleichspannung, die entsprechend Gleichung (1) der Schlupfänderung proportional ist. Diese kann an dieser Stelle selbst gemessen oder einer Regeleinrichtung zugeführt werden. Dies kann beispielsweise über den Regel  widerstand    11 geschehen. Um nun den Schlupf selbst zu erhalten wird diese Spannung einem Integrierglied zugeführt, das mit Hilfe des die Rückkopplung bildenden Kondensators 13 die   Schiupfänderungsspaunung    integriert und so als Ausgangsspannung eine dem Schlupf selbst proportionale Spannung erzeugt.

   Diese Spannung kann durch das Instrument   14 gemefssen    werden und für ein Potentiometer 15 einer Regeleinrichtung, beispielsweise der Spannungsregelung im   Errgerkreis    16 der Maschine 1 zugeführt werden. Die Erregerspannung im Erregerkreis 16 wird mit Hilfe einer gesteuerten Gleichrichteranordnung 17 durchgeführt, wobei die Regelspannung auf die Steuerung (den Zündwinkel) der Gleichrichter einwirkt. Diese   Einrichtungen    sind bekannt und daher nicht näher beschrieben. Zwischen der Gleichrichteranordnung 17 und dem Potentiometer  widerstand    15 liegt noch   das      Sunmiierglied    18.



  Dies hat den Zweck, sämtliche für   eine    Ausregelung eines plötzlich eintretenden Schlupfes erforderliche Grössen zusammenzufassen und der Regeleinrichtung zuzuführen. Es sind hier drei solche Grössen zu erkenneu, nämlich der Schlupf selbst (Potentiometer 15), {die Schlupfänderung (Potentiometer 11) und die Spannung aus dem Spannungsregler 19, die   normalerweise    allein   die    Steuerung der gesteuerten Gleichrichter 17 beeinflusst.



   Alle drei Grössen werden über die Widerstände 21, 22 und 23 dem Summierglied 18 zugeführt. Die Spannung für die   Spannungsregelung    wird ebenfalls aus den   Spannungswandlern    3 gewonnen. Dem   Spannungs-    regler wird ausserdem durch die Leitung 20 eine dem Sollwert der Spanung entsprechende Gleichspannung zugeführt. Der   Spannungsregier    19   unterscheidet    sich nicht von bekannten Anordnungen und wird daher ebenfalls nicht genauer beschrieben.



   Die Wirkungsweise ist nun folgende:
Normalerweise ist kein Schlupf vorhanden, es sind also die mechanische Leistung PA und die elektrische Leistung   PE    gleich gross. Dadurch ist die Differenz beider Spannungen am Ausgang des   Summationsgldedes    8 null. Es entsteht daher auch keine Spannung an den Potentiometern 11 und 15. In diesem Falle ist allein die Spannungsregelung über den Spannungsregler 19 wirksam und regelt in bekannter Weise die Spannung des Generators über den   Erregerkreis    16 und die Regeleinrichtung 17.



   Ändert sich nun aber plötzlich die Leistung   PE,    so folgt dieser plötzlichen Änderung   die    mechanische Lei  stung    nicht sofort nach. Die   Drehzahl    und das mechanische Drehmoment bleiben dann im ersten Augenblick noch wie vorher. Dadurch   bleibt    auch   Idie    Spannung am Ausgang des   Verzögerungslgliedes    6, das die gleiche Zeitkonstante hat, wie der mechanische Teil des Generators weiterhin bestehen, während aber die Spannung, die der Leistung   Pn    entspricht, sich unverzögert ändert.



  Das Summationsglied erzeugt daher eine der Differenz beider Leistungen entsprechende Spannung am Ausgang.



  Diese entspricht der Schlupfänderung nach Gleichung   (1).    Diese Spannung wird über das Potentiometer 11 und den   Summiewiderstand    22, das Summationsglied 18 nunmehr zusätzlich der Regeleinrichtung 17 zugeführt. Ferner wird die Schlupfänderungsspannung dem Integrierglied zugeführt, an dessen Ausgang nunmehr eine dem Schlupf, selbst proportionale Spannung entsteht. Auch diese wird über das Potentiometer 15, den Summierwiderstand 21, das   Summationsglied    18 an die Regeleinrichtung 17 gebracht. Die Spannung des Generators wird nun also nicht mehr allein durch die Spannung selbst geregelt, sondern durch die geeignete Summe von   Spannung,    Schlupf und Schlupfänderung.



  Das Verhältnis   dieser    Spannungen kann durch Ändern der Potentiometereinstellungen 11 und 15 geändert werden.



     Man erhält    auf diese Weise eine   Schlupfausgleichs-    regelung ohne besondere Differenzierglieder mit den er  wähnten    Nachteilen.   

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Einrichtung zur Erfassung des Schlupfes und der Winkelbeschleunigung des Polrades einer elektrischen Synchronmaschine bei plötzlichen Belastungsänderungen, dadurch gekennzeichnet, dass eine Messeinrichtung (4, 6, 8), weiche die Ableitung des Schlupfes nach der Zeit nach der Formel ds 1 dt = TA (PA-PE) misst und ein Integrierglied (12) vorgesehen ist, das die Schlupfänderung integriert und dass am Ausgang des Intetiergliedes eine Mess- (14) oder eine Regeleinfich- tung (17) angeschlossen ist.

   UNTERANSPRUCHE 1. Einrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, adass ein Leistungsmesser (4) vorgesehen ist, der die abgegebene elektrische Leistung misst und eine ihr proportionale Gleichspannung erzeugt und ein Verzögerungsglied (6) vorgesehen ist, dem diese Lei strang zugeführt wird, dass ein Summationsglied (8) vorgesehen list, dem eine negative Ausgangsspannung des Verzögerungsgliedes und die Ausgangsspannung des Leistungsmessers (4) zugeführt ist, und dass dem Integrationsglied (12) die Ausgangsspannung des Summationsgliedes und dessen Ausgangsspannung der Mess (14) oder Regeleinrichtung (17) zugeführt ist.

   2. einrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass als Leistungsmesser (4) Hal-Genera- toren dienen.

   3. Einrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Verzögerungsglied (6) ein Gleich spannungsverstärker mit Widerstandskondens atorglied (9, 10) als Rückkopplung ist, dessen Zeitkonstante der mechanischen Zeitkonstante der Synchronm aschine ent- spricht.

   4. Einrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass als Regeleinrichtung die an der Maschine vorgesehene Spannungsregeleinrichtung (17) dient.