DE1051377B

DE1051377B - Arrangement for load-dependent excitation of synchronous machines working in parallel on a common network

Info

Publication number: DE1051377B
Application number: DES51080A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Hermann Harz
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1956-10-31
Filing date: 1956-10-31
Publication date: 1959-02-26

Description

.Anordnung zur lastabhängigen Erregung von auf ein gemeinsames Netz parallel arbeitenden Synchronmaschinen Es ist bekannt, Synchronmaschinen unmittelbar über Gleichrichter in Stromschaltung lastabhängig zu erregen. Derart erregte Synchronmaschinen sind auch bei schweren Stoßbelastungen bis zum zwei- und dreifachen Nennstrom außerordentlich spannungssteif, ohne daß hierfür ein Regler erforderlich ist. überdies könnte ein solcher Regler derartige Stoßbelastungen in der erforderlichen kurzen Zeit nicht ausregeln. Diese in Stromschaltung erregten Synchronmaschinen eignen sich beispielsweise für die Verwendung als Schiffsgeneratoren, da man dann an Bord den einfachen und betriebssicheren Kurzschlußläufermotor trotz seines hohen Anlaufstromes verwenden kann. Es gibt jedoch auch Anwendungsgebiete, bei denen an die Generatoren nicht so scharfe Forderungen gestellt werden. Dieser Fall liegt beispielsweise auf Schiffen ohne rauhen Lade- und Entladebetrieb vor. Solche Schiffe sind beispielsweise große Fischfangschiffe, bei denen die Fischverarbeitung an Bord vorgenommen wird. In diesen Fällen wird auf die unmittelbare Gleichrichtererregung verzichtet; vielmehr werden die Synchronmaschinen in üblicher Weise mittels einer Erregermaschine erregt.. Arrangement for load-dependent excitation of on a common network synchronous machines working in parallel It is known to use synchronous machines directly to be excited depending on the load via rectifier in current circuit. Synchronous machines excited in this way are extraordinary even with heavy shock loads up to two and three times the nominal current stress-resistant without the need for a controller. moreover could a Such a regulator does not have such shock loads in the required short time adjust. These synchronous machines excited in a current circuit are suitable, for example for use as ship generators, since you can then use the simple and Use a reliable squirrel cage motor despite its high starting current can. However, there are also areas of application in which the generators are not so harsh demands are made. This is the case on ships, for example without rough loading and unloading operation. Such ships are large, for example Fishing vessels in which the fish processing is carried out on board. In these Cases, the direct rectifier excitation is dispensed with; rather be the synchronous machines are excited in the usual way by means of an exciter.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, auch in diesen Fällen den Parallelbetrieb von mehreren Synchrongeneratoren auf ein gemeinsames Netz zu ermöglichen. hierzu muß eine gleichmäßige Wirk-und Blindlastvertellung bzw. anteilmäßige Wirk- und Blindlastverteilung eingehalten werden. Die Wirklastverteilung wird durch den Kraftmaschinenregler sichergestellt, indem in an sich bekannter Weise alle Regler die gleiche Statik (Drehzahlabfall zwischen Leerlauf und Vollast) erhalten. Eine gleichmäßige bzw. anteilmäßige Blindlastverteilung der parallel arbeitenden Synchronmaschinen, von denen jede mittels einer Erregermaschine erregt ist, deren Erregerwicklung über Gleichrichter in Stromschaltung mit einem lastunabhängigen und einem lastabhängigen Strom gespeist wird, läßt sich jedoch nur -durch entsprechende Änderung der Erregung erzielen. Gemäß der Erfindung werden hierzu die den Erregermaschinen der parallel arbeitenden Synchronmaschinen zugeordneten Gleichrichter in an sich bekannter Weise auf der Gleichstromseite oder auf der Wechselstromseite durch Ausgleichleitungen parallel geschaltet. Gegebenenfalls können hierzu auch die Gleichrichterumspanner durch Ausgleichleitungen parallel geschaltet werden. Es herrscht dann an allen von den Gleichrichtern gespeisten Erregerwicklungen die gleiche oder verhältnisgleiche Spannung, und die Blindlast verteilt sich gleichmäßig auf alle auf das gemeinsame Netz parallel arbeitenden Synchrongeneratoren.The invention is based on the object, also in these cases parallel operation of several synchronous generators on a common network enable. for this purpose, a uniform active and reactive load distribution or proportional Active and reactive load distribution are observed. The active load distribution is through the engine controller ensured by all controllers in a manner known per se get the same statics (speed drop between idle and full load). One Uniform or proportional reactive load distribution of the synchronous machines working in parallel, each of which is excited by means of an excitation machine, whose excitation winding over Rectifier in current circuit with one load-independent and one load-dependent Current is fed, but can only -by changing the excitation accordingly achieve. According to the invention, the excitation machines are parallel to this working synchronous machines associated rectifier in a known manner on the direct current side or on the alternating current side by compensating lines connected in parallel. If necessary, the rectifier converter can also be used for this purpose can be connected in parallel by compensating lines. It then prevails at all of the excitation windings fed to the rectifiers are the same or have the same ratio Tension, and the reactive load is evenly distributed among all on the common Network synchronous generators working in parallel.

Es ist bereits bekannt, eine Parallelschaltung der die Erregung liefernden Gleichrichter auf der Gleich-bzw. Wechseistromseite bei parallel arbeitenden Generatoren vorzunehmen, die ohne Erregermaschine unmittelbar von diesen Gleichrichtern in Stromschaltung erregt werden; bei parallel arbeitenden Synchronmaschinen mit Erregermaschine hat man aber bisher von dieser Maßnahme abgesehen.It is already known to connect the excitation supplying devices in parallel Rectifier on the rectifier or. Alternating current side with generators working in parallel make that without exciter directly from these rectifiers in power circuit get excited; in the case of synchronous machines working in parallel with an exciter but so far this measure has been disregarded.

In den Fig. 1 und 2 sind Ausführungsbeispiele von Schaltungsanordnungen gemäß der Erfindung dargestellt, denen weitere Einzelheiten der Erfindung entnommen werden können.1 and 2 are exemplary embodiments of circuit arrangements shown according to the invention, which removed further details of the invention can be.

In Fig.1 arbeiten die beiden Synchrongeneratoren 1 a und 1 b parallel auf das Netz RST. Die Synchrongeneratoren werden von den Erregermaschinen 2u bzw. 2b erregt. Die Erregerwicklungen dieser Erregermaschinen werden von den Gleichrichtern 3 a bzw. 3 b gespeist, denen in bekannter Weise über die Gleichrichterumspanner 4a bzw. 4b ein lastunabhängiger und ein lastabhängiger Strom zugeführt wird. Der lastunabhängige Strom wird dabei durch die Drosselspulen 5 a bzw. 5 b bestimmt, die über den Umspanner 6 mit dem Netz RST verbunden, sind. Mit dem Umspanner 6 kann eine Feinregelung der beiden Generatoren 1 a und 1 b vorgenommen werden, da mit Hilfe dieses Umspanners die den Drosselspulen 5 a und 5 b zugeführte Spannung verändert werden kann.In Figure 1, the two synchronous generators 1 a and 1 b work in parallel on the network RST. The synchronous generators are excited by the excitation machines 2u and 2b. The excitation windings of these excitation machines are fed by the rectifiers 3 a and 3 b, to which a load-independent and a load-dependent current is fed in a known manner via the rectifier converter 4a and 4b, respectively. The load-independent current is determined by the choke coils 5 a and 5 b, which are connected to the network RST via the transformer 6. The transformer 6 can be used to fine-tune the two generators 1 a and 1 b, since the voltage supplied to the choke coils 5 a and 5 b can be changed with the aid of this transformer.

Um einen einwandfreien Parallelbetrieb der beiden Synchrongeneratoren 1 a und 1 b zu erzielen, sind. die Gleichrichter 3 a und 3 b auf der Wechselstromseite über die Ausgleichleitungen 7 miteinander verbunden, die an entsprechende Anzapfungen der Gleichrichterumspanner 4a und 4b angeschlossen sind. Die Parallelschaltung gemäß der Erfindung durch die Ausgleichleitungen 7 kann auch auf der Gleichstromseite der Gleichrichter vorgenommen werden. Die nicht dargestellten Regler der ebenfalls nicht dargestellten Antriebsmaschinen der Generatoren 1 ca und 1 b haben gleiche Statik (Drehzahlabfall zwischen Leerlauf und Vollast), damit auch eine gleiche bzw. anteilmäßige Wirklastverteilung der parallel- arbeitenden Generatoren erreicht wird.To ensure perfect parallel operation of the two synchronous generators 1 a and 1 b are to be achieved. the rectifiers 3 a and 3 b on the alternating current side Connected to one another via the equalizing lines 7, which are connected to corresponding taps the rectifier converter 4a and 4b are connected. The parallel connection according to the invention through the equalizing lines 7 can also be used on the direct current side the Rectifiers are made. The regulator, not shown the drive machines, also not shown, of the generators 1 ca and 1 b have the same statics (speed drop between idle and full load), so too an equal or proportional active load distribution of the generators working in parallel is achieved.

Die Inbetriebnahme der in der Fig. 1 dargestellten Synchrongeneratoren 1 a und 1 b erfolgt derart, daß die Erregerwicklungen der Erregermaschinen 2a bzw. 2 b mit Hilfe der Schalter 8 a bzw. 8 b kurzzeitig parallel zum Anker der Erregermaschine geschaltet werden, so daß diese sich selbst erregen. Die Schalter 8a und 8 b sind als Sicherungsautomaten ausgebildet, die nach Erregung der Erregermaschine bei einem bestimmten Strom den Ankerkreis selbsttätig abtrennen, so daß die Nebenschlußerregung nicht stört.The start-up of the synchronous generators shown in FIG. 1 1 a and 1 b takes place in such a way that the excitation windings of the excitation machines 2a and 2 b with the aid of switches 8 a or 8 b briefly parallel to the armature of the exciter switched so that they excite themselves. The switches 8a and 8b are designed as a circuit breaker that after excitation of the exciter at a cut off the armature circuit automatically, so that the shunt excitation not bother.

Es sei jetzt angenommen, daß zunächst nur der Generator 1 a arbeitet. Der vom Gleichrichter 3 ca gelieferte Strom, der die Wicklung der Erregermaschine 2 ca durchfließt, ruft eine -ihm verhältnisgleiche Spannung in der Erregermaschine 2 a hervor. Der -die Erregerwicklung des Generators 1 a durchfließende Erregerstrom ist dieser Spannung der Erregermaschine 2 a verhältnisgleich und wird durch den ohmschen Widerstand der Erregerwicklung des Generators 1 a bestimmt, ist mithin also von der Erwärmung des Generators 1 a abhängig. Wird jetzt der Generator 1 b hinzugeschaltet, so ist dieser- Generator zunächst kälter als der bereits eingeschaltete Generator l a. Dies hat zur Folge, daß der neu zugeschaltete Generator 1 b zunächst eine etwas höhere Blindlast führt, bis sich seine Erwärmung der des Generators 1 a angeglichen hat.It is now assumed that initially only the generator 1 a works. The current supplied by the rectifier 3 ca, which flows through the winding of the exciter 2 ca, causes a voltage in the exciter 2 a that is proportionate to it. The excitation current flowing through the excitation winding of the generator 1 a is proportional to this voltage of the excitation machine 2 a and is determined by the ohmic resistance of the excitation winding of the generator 1 a and is therefore dependent on the heating of the generator 1 a. If the generator 1 b is now switched on, this generator is initially colder than the generator 1 a that has already been switched on. This has the consequence that the newly connected generator 1 b initially carries a somewhat higher reactive load until its heating has equalized that of the generator 1 a.

- -Um die etwa störenden Einwirkungen dieser oder ähnlicher Erwärmungserscheinungen zu unterdrücken, können die Erregermaschinen in Weiterbildung des Erfindungsgedankens mit einer Gegenreihenschlußerregerwicklung ausgerüstet werden. Zweckmäßig werden dabei die vom Gleichrichter gespeiste Erregerwicklung und die Gegenreihenschlußerregerwicklung der Erregermaschinen zu einer einzigen Wicklung vereinigt. In Fig. 2 ist ein Ausführungsbeispiel hierfür wiedergegeben. Soweit die Teile mit denen der Fig. 1 übereinstimmen, sind die gleichen Bezugszeichen verwendet. Die Erregerwicklung der Erregermaschine 2a wird vom Gleichrichter 3a mit dem Strom i, gespeist. Außerdem wird diese Erregerwicklung in entgegengesetzter Richtung von dem den Schleifringen des Synchrongenerators 1 d zugeführten Erregerstrom =e durchflossen, der die durch -den Strom ig bewirkte Erregung teilweise wieder aufhebt. Beispielsweise wird man den Gleichrichterstrom ig etwa zwei- bis dreimal so groß wählen, wie er für die Erregung der Erregermaschine an sich benötigt-wird. Den: ein- bis zweifachen Wert hebt man dann durch den Erregerstrom ie wieder auf. Das gleiche gilt für die Erregung der Erregermaschine 2 b. Unter dem alleinigen Einfluß des Erregerstromes i, würden sich die Erregermaschinen 2a und 2b wie Reihenschlußgeneratoren verhalten; durch Erwärmungseinflüsse hervorgerufene Widerstandsänderungen der Erregerwicklungen -der Synchrongeneratoren 1 a und 1 b bleiben daher so gut wie wirkungslos. Da sich die in der Erregerwicklung der Erregermaschinen 2a bzw. 2 b überlagerten Ströme ig und i, zum Teil wieder aufheben, brauchen diese Wicklungen nur für die Differenz der beiden Ströme, d. h. nur für den tatsächlich benötigten wirksamen Erregerstrom der Erregermaschinen bemessen zu werden, so das normal ausgenutzte Erregermaschinen verwendet werden können. Die Selbsterregung der Erregermaschinen könnte in der Schaltungsanordnung der Fig.2 zwar ebenfalls durch kurzzeitige Nebenschlußschaltung der Erregerwicklungen .zum Ankerkreis der Erregermaschinen eingeleitet werden, hierfür sind aber verhältnismäßig umständliche Umschaltungen erforderlich. Es empfiehlt sich daher, zur Selbsterregung die Kondensatoren 9a bzw. 9 b vorzusehen, die mit den Drosselspulen 5 ca bzw. 5 b bei der gewünschten Drehzahl, beispielsweise bei Nenndrehzahl, auf Resonanz abgestimmt sind.In order to suppress the disturbing effects of this or similar heating phenomena, the excitation machines can be equipped with a series excitation winding in a further development of the concept of the invention. The excitation winding fed by the rectifier and the opposing series excitation winding of the excitation machines are expediently combined into a single winding. An exemplary embodiment for this is shown in FIG. Insofar as the parts correspond to those in FIG. 1, the same reference numerals are used. The excitation winding of the excitation machine 2a is fed with the current i from the rectifier 3a. In addition, this excitation winding is traversed in the opposite direction by the excitation current = e supplied to the slip rings of the synchronous generator 1d, which in part cancels the excitation caused by the current ig. For example, the rectifier current ig will be selected to be about two to three times as large as it is required per se for exciting the exciter machine. The: one to two-fold value is then canceled again by the excitation current ie. The same applies to the excitation of the exciter 2 b. Under the sole influence of the excitation current i, the excitation machines 2a and 2b would behave like series generators; Changes in resistance of the exciter windings caused by the effects of heating - of the synchronous generators 1 a and 1 b therefore remain as good as ineffective. Since the b in the exciter winding of the exciter 2a and 2 superimposed currents ig and i, pick again in part, these coils need only to the difference of the two currents, that is, only to the actually required effective excitation current of the exciting machine to be dimensioned so that normally used excitation machines can be used. The self-excitation of the exciter machines could also be initiated in the circuit arrangement of FIG. It is therefore advisable to provide the capacitors 9a and 9b for self-excitation, which are tuned to resonance with the choke coils 5a and 5b at the desired speed, for example at the nominal speed.

Die Schaltungsanordnung der Fig. 2 ermöglicht eine sehr wirksame Schnellentregung der parallel arbeitenden Synchrongeneratoren; hierzu werden die Gleichrichter 3 a und 3 b zunächst kurzgeschlossen und dann von den Erregerwicklungen 2 a und 2 b abgetrennt. Die Erregerwicklungen -der Erregermaschinen werden dann lediglich vom Strom i, durchflossen, so daß die Feldenergie des Polrades der dann als Reihenschlußmotoren arbeitenden Erregermaschinen auf schnellste Weise verschwindet.The circuit arrangement of FIG. 2 enables very effective rapid de-energization the synchronous generators working in parallel; for this purpose the rectifiers 3 a and 3 b initially short-circuited and then from the excitation windings 2 a and 2 b separated. The excitation windings of the excitation machines are then only the current i flows through it, so that the field energy of the pole wheel then acts as a series-wound motor working exciter disappears in the fastest way.

Die Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung erlaubt die Parallelschaltung von beliebig vielen Synchrongeneratoren, die auf ein gemeinsames Netz arbeiten. Da die Erregermaschinen als Verstärker wirken, werden die Gleichrichter mit ihrem Zubehör sehr klein. Durch entsprechende Wahl der Anzapfungen für die beiden Erregeranteile an den Gleichrichterumspannernn oder auch durch den Anschluß der Ausgleichsleitungen an diese Anzapfungen kann die Aufteilung der Blindleistung auf die parallel arbeitenden Maschinen in beliebiger Weise vorgenommen werden.The circuit arrangement according to the invention allows parallel connection from any number of synchronous generators that work on a common network. Since the excitation machines act as amplifiers, the rectifiers with their Accessories very small. By appropriate selection of the taps for the two pathogen components to the rectifier converters or by connecting the compensating lines The distribution of the reactive power to those working in parallel can be based on these taps Machines can be made in any way.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Arrangement for load-dependent excitation of on a common network of synchronous machines working in parallel, each of which by means of an excitation machine is excited, the excitation winding via rectifier in current circuit is fed with a load-independent and a load-dependent current, thereby characterized in that the excitation machines of the synchronous machines working in parallel associated rectifier in a manner known per se on the direct current side or are connected in parallel on the AC side by compensating lines.

2. Arrangement according to Claim 1, characterized in that the controllers of the synchronous machines associated drive machines have the same statics in a manner known per se.

3. Arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that between the load-independent excitation current component of the excitation machines enforcing choke coils and a controllable transformer is switched on in the network.

4. Arrangement according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the separately excited excitation machine for self-excitation is operated briefly in shunt circuit.

5. Arrangement according to claim 4, characterized by an automatic cancellation of the secondary circuit after Excitation -the exciter machine.

6. Arrangement according to claim 1, 2 or 3, characterized in that that the exciter machine has an opposing series exciter winding.

7. Arrangement according to claim 6, characterized in that the field winding fed by the rectifier and the opposing series excitation Winding of the exciter are combined in a single winding. B.

Arrangement according to claim 5 or 6, characterized characterized in that a capacitor is provided for self-excitation of the excitation machine that is in resonance with the load-independent exciter current component delivering Choke coil is matched.

9. Arrangement according to claim 5 or 6, characterized in that that for self-de-excitation of the exciter, the rectifier short-circuited and if necessary, is disconnected from the excitation winding of the excitation machine. Into consideration Drawn pamphlets: German Patent Nos. 946 641, 908 276.