DE1056724B

DE1056724B - Asynchronous generator with additional excitation device

Info

Publication number: DE1056724B
Application number: DES44167A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Wilhelm Peters
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1955-05-31
Filing date: 1955-05-31
Publication date: 1959-05-06

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

PATENTSCHRIFT 1056PATENT DOCUMENT 1056

ANME LDETAG:ANME LDETAG:

BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UND AUSGABE DER
ÄUSLEGES CHRIFT:NOTICE
THE REGISTRATION
AND ISSUE OF
EXTERNAL CHRIFT:

AUSGABE DER
PATENTSCHRIFT:ISSUE OF
PATENT LETTERING:

kl. 21 d ² 6/02kl. 21 d ² 6/02

INTERNAT. KL. H 02 k 31. MAI 195 5INTERNAT. KL. H 02 k 31 MAY 195 5

6. M A I 19 5 9
15.OKTOBER 19596 MAY 19 5 9
OCTOBER 15, 1959

stimmt Oberein mit auslegeschriftagrees with the exposition

1 »56 724 (S 44)167 VIII b / 21 d ^!) 1 »56 724 (S 44) 167 VIII b / 21 d ^! )

Werden. Asynchrongeneratoren nicht an ein Netz angeschlossen., das die zur Magnetisierung notwendige Blindleistung selbst liefert, so sind zusätzliche Einrichtungen für die Lieferung der notwendigen Magnetisierungsblindleistung erforderlich. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die Asynchrongeneratoren mit einer Antriebsmaschine als Notstromaggregat zur Verwendung kommen.Will. Asynchronous generators not connected to a network that has the necessary If the reactive power itself supplies, additional facilities are necessary for the supply of the necessary Magnetizing reactive power required. This is especially the case when the asynchronous generators can be used with a prime mover as an emergency power generator.

Es sind schon Erregungseinrichtungen für Asyrichrongeneratoren bekanntgeworden, bei denen an die Klemmen des Asynchrongenerators in Dreieck geschaltete Erregerkondensatoren und an diese wiederum parallel geschaltete eisengesättigte Drosselspulen angeschlossen· sind. Die Erregerkondensatoren liefern die notwendige Grunderregung für den Asynchrongenerator, während die eisengesättigten Drosselspulen die Verbraucherspannung praktisch konstant halten, unabhängig von der Größe der Wirklast und der induktiven. Lastkoniponente der angeschlossenen Verbraucher. Excitation devices for asyrichron generators have already become known, in which to the Clamping of the asynchronous generator in delta connected excitation capacitors and to these in turn iron-saturated reactors connected in parallel are connected. The excitation capacitors supply the necessary basic excitation for the asynchronous generator, while the iron-saturated reactors keep the load voltage practically constant, regardless of the size of the active load and the inductive load. Load component of the connected consumers.

Die eisengesättigten Drosselspulen sind daher mit Eisenkernen versehen, die so aufgebaut sind und die aus einem solchen Werkstoff bestehen, daß ihre Magnetisierungskennlinien einen annähernd rechtwinkligen Verlauf aufweisen. Sie arbeiten bei Nennlast und bei Nennspannung unterhalb ihres Sättigungsbereiches, d. h. al'so auf dem annähernd senkrechten Teil ihrer Magnetisierungskennlinie, kurz bevor diese in ihren Sättigungsknick übergeht. Dieser Umstand erfordert für jede Nennspannung der Verbraucher und Generatoren besonders bemessene eisengesättigte Drosselspülen und Erregerkondensatoren, was eine reichhaltige Lagerhaltung von Generatortypen verschiedener Nennspannungen wie auch entsprechender Schaltungselemente für die Erregungseinrichtung erfordert. .The iron-saturated reactors are therefore provided with iron cores which are constructed in this way and which consist of such a material that their magnetization characteristics are approximately right-angled Show course. They work at nominal load and at nominal voltage below their saturation range, i. H. al'so on the almost vertical Part of its magnetization characteristic just before it goes into its saturation kink. This condition requires specially dimensioned iron-saturated for each nominal voltage of the consumers and generators Choke flushing and excitation capacitors, which means an abundant inventory of different types of generators Nominal voltages as well as corresponding circuit elements for the excitation device requires. .

Eine Möglichkeit, Verbraucher mit einer Nennspannung, die von der des Asynchrongenerators abweicht, an diese anzupassen, besteht darin, die Verbraucher über Transformatoren mit entsprechendem Übersetzungsverhältniis anzuschließen. Wenn hierdurch auch für verschiedene Spannungen die erforderliche Typenzahl von Asynchrongeneratoren und Schaltungselementen für die Erregungseinrichtung stark verringert wird, so wird doch ein zusätzlicher Transformator benötigt.One possibility to use loads with a nominal voltage that differs from that of the asynchronous generator, to adapt to this consists in the consumers via transformers with appropriate To connect transmission ratio. If by this also for different voltages the required number of asynchronous generators and Circuit elements for the excitation device is greatly reduced, it is an additional one Transformer required.

Die neue Einrichtung beseitigt die vorerwähnten Nachteile, indem sie es ermöglicht, mit nur einer Generatortype und einer zusätzlichen Erregungseinrichtung, für verschiedene Verbraucherspannungen auszukommen. Ihr Wesen besteht darin, daß die Verbraucher — zur Anpassung an die Generatorspannung und zur Aufrechterhaltung der Nennspannung — über einen in seinem Übersetzungsverhältnis einstell-Asynchrongenerator
mit zusätzlicher ErregungseinrichtungThe new device eliminates the aforementioned disadvantages by making it possible to manage with only one type of generator and an additional excitation device for different consumer voltages. Its essence consists in the fact that the consumers - to adapt to the generator voltage and to maintain the nominal voltage - have an asynchronous generator with adjustable transmission ratio
with additional excitation device

Patentiert für:Patented for:

Siemens-SchuckertwerkeSiemens-Schuckertwerke

Aktiengesellschaft,Corporation,

Berlin und ErlangenBerlin and Erlangen

Dipl.-Ing. Wilhelm Peters, Nürnberg,
ist als Erfinder genannt wordenDipl.-Ing. Wilhelm Peters, Nuremberg,
has been named as the inventor

baren Transformator angeschlossen sind, dessen Eisenkern aus einem Werkstoff mit fast rechtwinkliger Magnetisierungskennlinie besteht, also eine hohe Anfangspermeabilität und eine Sättigungspermeabilität annähernd Eins aufweist.are connected to a transformer, the iron core of which is made of a material with an almost right angle There is a magnetization characteristic, i.e. a high initial permeability and a saturation permeability has approximately one.

Es sind zwar schon Transformatoren und Drosselspulen mit Kernwerkstoffen, die einen scharfen Sättigungsknick aufweisen und damit eine Strom-Spannungs-Kennlinie, deren oberer Teil stark abgeflacht ist, bekanntgeworden, jedoch wurden diese Transformatoren lediglich nach Art einer Saugdrossel verwendet, z. B. bei mechanischen Stromrichtern.It is true that transformers and reactors with core materials make a sharp impact Have a saturation kink and thus a current-voltage characteristic, the upper part of which is strongly flattened has become known, but these transformers were only like a suction throttle used e.g. B. in mechanical converters.

Die gleichzeitige Ausnutzung eines derartigen Transformators zur Anpassung der Verbraucherspannung und auch zur Konstanthaltung der Spannung eines Asynchrongenerators geht über diese bekannte Anwendung hinaus. Ferner besteht bei gleichzeitiger Ausnutzung eines derartigen Transformators als Transformator an sich und als Drosselspule bei anderen Anwendungsgebieten meist der Nachteil, daß der Verbraucherstrom des Transformators größer ist als der für die jeweiligen Betriebsbedingungen erforderliche Drosselstrom. Demgegenüber liegen die Verhältnisse beim kondensatorerregten Asynchrongenerator anders. Im Leerlaufbereich des Generators ist der Strom der Drosselspulen groß und der Verbraucherstrom klein, andererseits ist bei Vollast der Verbraucherstrom groß und der Drosselstrom klein. Hieraus ergeben sich besonders kleine und günstige Dimension!erungsdaten für den Transformator' und seine wirtschaftliche Ausnutzung praktisch über den ganzen Betriebsbereich. Auch für die Bereiche zwischen Leerlauf und Vollast, bei denen der Verbraucherstrom und Drosselstrom algebraisch addiertThe simultaneous use of such a transformer to adapt the load voltage and also to keep the voltage constant an asynchronous generator goes beyond this known application. Furthermore, there is at the same time Utilization of such a transformer as a transformer per se and as a choke coil for others Areas of application usually have the disadvantage that the consumer current of the transformer is greater than the inductor current required for the respective operating conditions. In contrast, the situation is This is different with the capacitor-excited asynchronous generator. The generator is idling the current of the choke coils is large and the consumer current is small, on the other hand the consumer current is at full load large and the inductor current small. This results in particularly small and cheap ones Dimension data for the transformer 'and its economic utilization practically over the entire operating range. Also for the areas between idle and full load, where the consumer current and inductor current are added algebraically

909 623/423909 623/423

größer ist als die gleiche Addition im Leerlauf oder bei Vollast, ist keine Erhöhung der Auslegedaten des Transformators erforderlich, da der Drosselstrom praktisch nur eine Blindstromkomponente und der Verbraucherstrom überwiegend eine ohmsche Komponente aufweist, d. h. also, daß für die Dimensionierung des Transformators die gegenüber der algebraischen Summe kleine geometrische Summe aus beiden Strömen maßgebend ist.is greater than the same addition when idling or at full load, there is no increase in the design data of the Transformer required because the inductor current is practically only a reactive current component and the Consumer current predominantly has an ohmic component, d. H. so that for sizing of the transformer is the geometrical sum of the two, which is small compared to the algebraic sum Flow is decisive.

Die Verwendung eines derartigen Transformators bietet also gerade für den Asynchrongenerator besondere Vorteile.The use of a transformer of this type is therefore particularly special for the asynchronous generator Benefits.

Zur weiteren Erläuterung wird auf die Zeichnung Bezug genommen; es zeigtFor further explanation, reference is made to the drawing; it shows

Fig. 1 die Schaltung des Asynchrongenerators' mit einer Erregungseinrichtung, bestehend aus Erreferkondensatoren und Transformatoren.Fig. 1 shows the circuit of the asynchronous generator ' an excitation device consisting of excitation capacitors and transformers.

Fig. 2 die Magnetisierungskennlinie.Fig. 2 shows the magnetization characteristic.

In Fig. 1 ist der Asynchrongenerator 1 über die Hauptleiter R, S und Γ an die dreiphasige Primärwicklung 3, 4 und 5 des Transformators 2 angeschlossen. Die Phasenwicklungen sind unter sich in Dreieck geschaltet. ₁ Parallel zu ihnen liegen die Erregerkondensatoren 6, 7 und 8. Die der Primärwicklung zugeordnete Sekundärwicklung 9, 10 und 11 ist ebenfalls in Dreieck geschaltet. An die Ausgangsklemmen der Sekundärwicklung 9, 10 und 11 ist der Verbraucher 12 angeschlossen. Anzapfungen der Sekundärwicklung 9, 10 und 11 ermöglichen es, den Asynchrongenerator an die Nennspannung der jeweiligen Verbrauchergruppe anzupassen. In Fig. 1, the asynchronous generator 1 is connected to the three-phase primary winding 3, 4 and 5 of the transformer 2 via the main conductors R, S and Γ. The phase windings are connected in a triangle. ₁ The excitation capacitors 6, 7 and 8 are parallel to them. The secondary winding 9, 10 and 11 assigned to the primary winding is also connected in delta. The consumer 12 is connected to the output terminals of the secondary winding 9, 10 and 11. Taps on the secondary winding 9, 10 and 11 make it possible to adapt the asynchronous generator to the nominal voltage of the respective consumer group.

In Fig. 2 ist die Magnetisierungskennlinie des für den Transformatorkern benutzten Werkstoffes dargestellt. Auf der Ordinate des Diagramms ist die Induktion B, auf der Abszisse das erregende Feld H aufgetragen. Wie man sieht, hat die Magnetisierungskennlinie bis kurz nach Erreichen der Nenninduktion B_n einen sehr steilen, annähernd senkrechten Anstieg, während sie bei Werten der Induktion B, die größer sind als die Nenninduktion B_n, in ihren Sättigungsbereich übergeht und somit einen sehr geringen Anstieg hat.In Fig. 2, the magnetization characteristic of the material used for the transformer core is shown. The induction B is plotted on the ordinate of the diagram and the exciting field H is plotted on the abscissa. As you can see, the magnetization curve has a very steep, almost vertical rise until shortly after reaching the nominal induction B _n , while at values of the induction B that are greater than the nominal induction B _n , it goes into its saturation range and thus a very small increase has.

Die Wirkungsweise der neuen Erregungseinrichtung ist folgende: Ist an den Asynchrongenerator ein Verbraucher angeschlossen, der annähernd die Nennleistung des AsynchrongeneratOTS aufnimmt, so arbeitet der Transformator 2 unterhalb des Sättigungsknicks seiner Magnetisierungskennlinie, also auf dem Teil mit sehr steilem Anstieg. Die Induktivität der Primärwicklung des Transformators 2 ist daher sehr groß. Bei Spannungserhöhung des .Asynchrongenerators jedoch, z. B. hervorgerufen durch Entlastung bzw. Anschaltung von Verbrauchern, wird der magnetische Fluß im Eisenkern des Transformators 2 größer. Der Transformator arbeitet nunmehr auf dem annähernd waagerechten Teil seiner Magnetisierungskennlinie, wodurch die Induktivität der Primärwicklung sinkt. Die Erregerkondensatoren geben also einen Teil ihrer Magnetisierungsblindleistung an den Asynchrongenerator und einen durch die Erniedrigung der Induktivität größer gewordenen Teil ihrer kapazitiven Blindleistung an den Transformator ab. Das hat zur Folge, daß die SpannungThe mode of operation of the new excitation device is as follows: If the asynchronous generator is a consumer connected, which takes up approximately the nominal power of the asynchronous generator, so the transformer 2 works below the saturation point of its magnetization characteristic, that is on the part with a very steep ascent. The inductance of the primary winding of the transformer 2 is therefore very large. When increasing the voltage of the .Asynchronous generator, however, z. B. caused by Relief or connection of consumers, the magnetic flux in the iron core of the transformer 2 bigger. The transformer now works on the approximately horizontal part of its magnetization curve, which reduces the inductance of the Primary winding sinks. The excitation capacitors give part of their magnetizing reactive power to the asynchronous generator and one through the lowering of the inductance increased part of its capacitive reactive power to the transformer away. As a result, the tension

ιό des Asynchrongenerators annähernd konstant bleibt, da der Teil der Magnetisierungsblindleistung, der eine Spannungserhöhting bei geringer gewordener Belastung hervorrufen würde, nunmehr von der Primärwicklung des Transformators aufgenommen wird.ιό of the asynchronous generator remains approximately constant, because the part of the magnetization reactive power which increases the voltage when it decreases Load would now be absorbed by the primary winding of the transformer will.

Für den Transformator können verschiedene Schaltungen vorgesehen werden. Besonders günstig ist die Ausführung als Spartransformator,, da hierdurch der Aufwand für den Transformator besonders gering ist.Various circuits can be provided for the transformer. That is particularly cheap Execution as an autotransformer, as this means that the effort for the transformer is particularly low.

ao Weiter ist es möglich, auch die Erregerkondensatoren auf die gleiche Weise wie die Verbraucher über diesen Transformator an die Spannung des Asynchrongenerators anzupassen.ao Next it is possible to also use the excitation capacitors in the same way as the consumer via them Adapt the transformer to the voltage of the asynchronous generator.

Durch geeignete Bemessung des Transformators ist seine gleichmäßige. Stromausnutzung zwischen Leerlauf und Vollast möglich.By properly dimensioning the transformer, its uniform. Current utilization between Idle and full load possible.

Claims

Patent claims:

1. Asynchronous generator with exciter capacitors connected in parallel to its output terminals are, characterized in that the consumer - to adapt to the generator voltage and to maintain the nominal voltage - via an adjustable transmission ratio Transformer are connected, the iron core of which is made of a material with an almost right-angled There is a magnetization characteristic, i.e. a high initial permeability and a saturation permeability has approximately one.

2. Asynchronous generator according to claim 1, characterized in that the transformer as Autotransformer is carried out.

3. Asynchronous generator according to the preceding claims, characterized in that that the exciter capacitors - to adapt to the generator voltage and to upright- ' maintenance of the nominal voltage - connected to the asynchronous generator via the transformer are.

Considered publications:
German Patent No. 922 423;
"Feinwerktechnik" magazine, 1950, issue 4.

1 sheet of drawings