DE1463536A1 - Anordnung zur Feinregelung von Synchronmaschinen mit lastabhaengiger Gleichrichtererregung - Google Patents

Description

• Anordnung zur Feinregelung von Synchronmaochiner mit lastabhängiger Gleichrichtererregung Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Feinregelung von Synchronmaschinen mit lastabhängiger Gleichrichtererregung bei geometrischer oder algebraischer Überlagerune, von Grund- und lastanteil in Stromadditions- oder Spannungsadditionsschaltung. Eine derartige Anordnung hat die Eigenschaft, daß sie den Erregerstrom selbsttätig der Belastung anpaßt, so daß solche Maschinen ohne Regler betrieben werden können, solange die dabei auftretenden Abweichungen vom Sollwert der Spannung zulässig sind. Es gibt jedoch auch Fälle, wo eine genaue Einhaltung der Spannung erforderlich ist, so daß zusätzliche Regler vorgesehen werdän müssen. Dafür besteht eine Reihe von Möglichkeiten. Die vorliegende Erfindung zeigt eine besonders einfache Lösung, bei der die Feinregelung auch bei Mehrphasenstrom nur durch zwei in Gegenparallelschaltung arbeitende, steuerbare Stromrichterg insbesondere Siliziumstromtore oder auch nur durch einen auf der Wechselstromseite des Erregerkreises durch Ein- oder Ausschalten eines ohmschen Widerstandes. Gemäß der Erfindung sind die steuerbaren Stromrichter mit-zugehörigem, nit ihnen in Reihe geschalt-eteu Widerstand, dessen Wert auch Null sein kann, bei Stromaddition an geeignete Anzäpfungen des Gleichrichterumspanners, bei Spannungeaddition an geeignete Anzapfungen des den Lastlanteil lie-L>ernden Umspanners (mit Luftspalt oder Paralleldrossel) angescnilossen oder liegen auch, ebenfalls bei Spannungsaddition, mit zugehörigeill, zu ihnen paralleal geschaltetem #Jiderstand, dessen -liiert auch unendlich sein kann, in Reihe mit der -vlee--(iselstroinseite des Erregergleichrichters.
• Die Erfindung beruht au-,"' de,: Erkenntnis, daß der Erregerstrom einer lastabhängig erregten Synchlronmaschine schon sehr weitgehend dem Sollwert angepaßt ist." und daß mithin eine zusätzliche'Beeinflussung von etwa 10% des Gesamtwertes für die gewünschte Feinregelung ausreichend ist; 2) daß die Verwendung von Thyristoren es ermöglicht" diese 10% unmittelbar allgebraisch vom Istwert des Erregerstromes abzuziehen; 3) daß-man außerdem wenn man die Thyristoren nicht unmittelbar zur Wechselstromseite des Gleichrichters parallelschaltet, sondern an eine geeignete Anzapfung des Gleichrichterumspanners anschließt,-den weiteren Vorteil erreicht, daß man die Thyristoren unabhängig von den Strom- und' Spannunggswerte der Erregerwicklung für ihre günstigsten Strom- und Spanniin,->swerte bemes'sen kann; und 4) daß für die gewünschte Beeinflussung des Erregerstrom-Istwertes um etwa 10 zwei Thyristoren genügen,-wähjzend sonst drei oder noch mehr Thyristoren erforderlich wären.

  -uie soll anhand der beL'gefügten näller

  ...u- 1 -'bezeichne t 1 ei-ne Syn"2-

  erl,-#zl:.uter-11- werden. In

  maschine, die über den Gleichrichier den.

  -ei- Weise

  die Drossels.)ule 4 und deii --'l"onden-.zitor 5 in bekann#U

  wird. :i --lemmen der Obe

  -)L-Yinuniriswie'-luri-, des ULi#3 -0 a ime r Sin71 zwei ge-,euerte

  Silizium-Zellen (Stl orntore) 6 7 in Gezenparallelschal-iLlung

  liber einen helastu-i..--.s#--iiderstaiid 8 am#,--eschlüssen. OU--rch ein

  e t von der

  -el2e:rät 9 können die "tromtore in Abhän ig

  15 #kei

  Soannum-- zeöffnet oder r-eschlossen werden. lie Ano2#7duung-wii-kt

  f olf--eiidez_maße#u:

  Sol--npe die Silizium-Stroiatore gesperrt sied, arbeitet die

  Anordnung in der bekannten,Xeise, daß sich der Erreg.erstrom

  je nach dem Le,i--'Uun#--"sfakto#" und der Ibelastan,- selbsttätig

  #inpaßt, wobei jedoch- ge:c-in-e Abweicnungen vom Sollwert der

  Spannung auftreten. Die Abstimmung zwischen dem Grundanteil des Erregerstromes und dem Lastanteil wird nun so vorgenommen, daß bei al len Belastungen und Leistungsfaktoren etwas mehr Erregerstrom geliefert wird als für die Einhaltung des Sollwertes der Spannung erforderlich ist. Der Überschuß wird durch die beiden Silizium-Zellen 6 und 7 in den Widerstand 8 geleitet, und die Größe des in diesen Nebenschluß fließenden Stromes hängt ganz von den Zündzeitpunkten der beiden Silizium-Stromtore ab, die durcii die Spannung gesteuert werden.
• Fig. 2 zeigt z.B. den Verlauf der Klemmenspannung U der Syilchronniaseliiii(-, 1 über dem Belastungsstrom J für versdiedene Werte des Leistungsfaktors cos phi-. Die Zuordnungvon Grund- und Lastanteil ist hierbei-so getroffen, daß die Spannung z.B. für cos phi=O,8 nahezu waagrecht verläuft. Mit dieser Einstellung wurde sie dann bei cos phi=0,9 mit der Belastung etwas und bei cos phi= 1 noch etwas mehr #C ansteigen.
• In Fig. 3 ist der zugehörige Verlauf des Erregerstronies J e über dem Belastungsstrom J dargestellt. Es bedeuten die ausgezogenen Kennlinien die Sollwerte des Erregerstromes für gleichbleibende Spannung ui-d die gestrichelten die Istwerte-Pür cos phi=0,8 fallen Soll- und Istwerte zu- saramen, während die Istwerte für cos plii=039 und 190 stets etwas größer als die Sollwerte sind. Leitet man jedoch von den etwas zu großen Istwerten einen kleinen Teil mit Hilfe der Siliziumstromtorc (6. und 7) in einen Parallelweg (8), so werden die Ifitwerte um die durch die Pfeile angedeuteten kleinen Anteile verkleinert, so daß auch für die höheren cos phi-Werte Soll- und Istwe:#-#o übereinstimmen. E#,>-, ist bekannt, daß man zu dem gleichen Zweck auch einen Magnetverstärker lwallel zum Gleichrichterumspanner schaltot, der uogar-init diesem zu einer Einheit vereinigt werden kann, doch sind solche Magnetverstärker verhältnismäßig aufwendig und außerdem sind sie magnetisch träge, so daß die Erregungsges,chuindigkeit bei Laststößen ungünstig beeinflußt wird. Von diesem Nachteil ist dic'erfindungsgemäße Anordnung f-rei und außerdem ist der Aufwand sehr gering..
• da lediglich die beiden Silizium-')'itrom-it;ore und der Farallelwiderstand erforderlich sind. Vlan kann sogar auf den Parallelwiderstand verzich-Gen und nur mit den beiden Silizium-Stronf toren arbeiten, die in diesem Falle zwei Fliasen, des Gleichrichterumspanners über einen mehr oder weniger großen Teil, der Periodendauer kurzschließen und dadurch den, der Erregerwickluzi-g zufließenden Strom in seiner Größe beeinflussen. in dein Ausführungsbeispiel sind für die Feinregelung #Silizium-Strointore verwendet. Man Icaiiii, oliiie an dem Wesen der Erfindung etwas zu ändern, auch ähnlich wirkende Gleichrichter, -7.B. Transistoren, Gefäßgleiebrichter usw. verwendell. L*s ist auch möglich, statt zwei Siliziuni-.,#'-broriltoren auch nur eiiis zu verwenden, wobei dann jeweils nur die eine Halbwelle gesteuert wird. Man erreicht0 aber auch auf -diese Weise eine Beeinflussung des Erregerstromes im gel-Tünschten Sinn-.
• In Fig. 4 iot die Schaltung von Fig. 1 noch einmal in vereinfachter Yorm dargestellt, 'um deii Einfluß des von den Siliziumstromtoren gesteuerten Parallelwiderstandes auf die Größe des Erregerstromes an Hand -einiger Gleichungeil zu zeigen. Der Kondensator 5 ist hierbei der-eiilfacheren Behandlung wegen weggelassen, da er für die grundsätzliche Wirkungsweise der Schaltung nicht erforderlich ist. Es bezeichnen: U die Notzspanntmg, J 1 den Generatorstrom, J e den Erreger-Strom, 11 C den Widerstand der Erregerwicklung, J D den Drosselstrom, x D den Drosselblindwiderstand, R p den infolge der Steuerung durch die Siliziumstromtore veränderlich wirkenden Wert des Widerstandes 8, R den aus der Parallelschaltung aus R e und R p sich ergebenden Gesamtwiderstand, JR den dieser Widerstandsverzweigung -zufließenden Strom,

  K das Übersetzungsverhältilis, mit dem der Generatorstrom

  auf den Erregerkreis übertragen wird. U'q xD' J

  7 D und

  ii, = K.J 1 stellen die auf den Erregerkräs entsprechend

  den Übersetzungsverhältnissen des Umspanners 3 bezogenen

  Größen dar.

  Es gelten dann folgende Gleichungen:

  . i R = j D t + j 1 1 (1)

  JR*R j e . R e

  Damil'-, erhält man für

  Für Rp 0 wird je 0

  Für R wird

  p

  Man erkennt daraus, daß man durch die Steuerung des Parallelwiderstandes 8 bzw. H p eine sehr weitreichende Beeinflussungsmöglichkeit des Erregerstromes Je hat. Der Erfindungsgedanke kann jedoch nicht nur auf Erregerschaltungen mit sogenannter Stromaddition wie im eben gezeigten Fall angewendet werden, sondern auch auf die sogenannte Spannungsaddition.
• Fig. 5 stellt eine solche Schaltung dar. Soweit die gleichen Bezugszeichen verwendet wurden, Gaben sie die gleiche Bedeutung wie in Fig. 1 und 2. Es bedeutet 10 jedoch einen Umspanner, der eine der Netzspannung verhältniEgleiche Spannung U' in Reilic zu der vom Stromwandler 3 gelieferten Spannung an den Erregergleichrichter 2 legt. Damit'beide Spannungen einen verhältnisgleichen Erregerstromanteil ausbilden können, ist die Drosselspule 4 mit dem Blindwiderstand x D parallel zum Stromwandler 3 geschaltet oder es ist der Stromwandler 3, was gleichwertig ist, mit einem entsprechenden Luftspalt versehen. Parallel zum Stromwandler 3 bzw. zwischen zwei Phasen, die zum Umspanner 10 führen, ist mit Hilfe der beiden Stromtore 6 und 7 der Widerstand 8 bzw. R geschaltet. Trägt man auch in diese Schaltung die Ströme J 0 9 JR und J 1 1 ein, so erhält man folgende Gleichung:

  U je.it +jx -'-jl -jl (7)

  e D' (je t

  Außerdem gilt:

  jx D* (JL,+j R-ii JR , R (8)

  Aus diesen beiden Gleichungen erhält man:

  Für R = 0 wird j e = uf/R e

  Für R = wird

  Man kann auf diese Weise den Erregerstrom zviisellen einem Kleinst- und einem Größtwert steuern, während er bei der Anordnung nach Fig. 1 bzw. 2 zwischen Null und dem gleichen Höchstwert gesteuert werden konnte.
• I Schließlich kann man den Erregerstrom, ebenfalls bei einer Spannungsadditionsschaltung, noch in dev in -den Pig. 6 und 7 dargestellten Weise beeinflussen. Die Bezugszeichen haben die gleiche Bedeutung wie in Fig. 5. Der Widerstand 8 mit dem Wert R liegt jedoch nicht parallel zum S-irDmi%Yandler 3, sondern in Reihe zur Wochselstromseite des Gleichrichters 2 und damit auch in Reihe zur Erregerwicklung von 1. Mit

  den eingetragenen Werten für Jl'/Jc/J"/U' und H erhält

  man die Beziehung:

  U' je(R (_I +R) + j x D (i C-ii (10)

  und daraus

  Pür R = 0 wird für R = ci wird je 0 Bei dieser Schaltung kann J 0 nur durch Zunahme von R verkleiner'(-, werden. Das hat zur Folge, daß mit zunehmendem R die Spannung des Stromwandlers 3 zunehmen muß, bis bei R = e-.# bzw. J e = 0 der volle Strom J 1 1 ir/,tie Paralleldrossel x D :fließt. Der Stromwandler 3 wird hierbei magnetisch ungünstiger beansprucht als bei der Anordnung- nach Fig. 1 wo mit abnehmendem Strom J e auch die Spannung am StromvjaIldler 3 abnimmt. Figur 7 zeigt noch eine Abwandlung der Fig. 6, wobei die Zweitwicklung des Stromwandlers 3 offen und der Widerstand R in den Sternpunkt geschaltet ist. Man kann selbstvera stihilich bei allen Schaltungen nach den Fig. 1, 4, 5, 6 und 7 den Widerstand auch weglassen, so daß sich der Widerstand R je nach der SI-feuerung der Stromtore 6 und 7 zwischen Null und unendlich ändert. Bei den bisher behandelten Ausführungsbeispielen handelt es sich um Erregeranordnungen, bei denen Grund- und Lastallteil des Erregerstromes geometrisch überlagert wurden. Igan kann aber den Exfindungsgedanken auch. auf Anordnungen mit algebraischer Überlagerung anwenden. Derartige Anordnungen haben den Vorteil, daß sie sehr leicht geschaltet werden können, weil Grund- und Iiastanteil hinsichtlich Eiasenzuordnung und Phasenfolge völlig unabhängig voneinander sind. Außerdem können sie in gleicher Weise für Generator- als auch für Motorbetrieb verwendet wer#len. Der Nachteil, da13 die Abweichungen zwischen Soll- und Istwert des Erregerstromes etwas größer sind als bei der geometrischen Überlagerunge kann durch die erfindungsgeinäße Anordnung leicht beseitigt werden.

Claims (1)

1. :Patent.-,nsp.ruch Anordnung zur 2einre,#7eluli#-, von SjiiclironLiiasciiinen .#it lastab- --iGer bei -eci#-eti-ischer oael- alge- k, a i sc-Ler G.-erlagerung, von G -und- und Lastantleil in St-romaddi- tions- oder SDannun-,-s#,ddi-tion--sc.;ialL##ing, ylo-oe--i die Feinregelun;- auci. bei iiiehr-Dii-#--sensti-c)rii nur durch zwei in Gee-,en-Parall-elscl.""ltung arbeitende steuerbare-Stromrichter, insbesondere Siliziumstrota- ,#.ore, oder auch nur durci, einen auf de-t- 'Jechselstromseite des Erregerkreises durch Ein- und Ausschalten eines ohmschen #.-.lider- standes vorgenonimen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die steuer- baren Stromrichter init zup-ehörigem, mit ihnen in Reihe geschalteten .Alide-rstc-.',nd, dessen illTert auch Null sein kann, bei B-,l--romadditioli an geeignete Anzapfungen des Gleiclirichterumspannersl, bei Soannun:-sadditio.u an geeiziiete Anzapfungen des dem Lastanteil liefernden Umspanners (init LU.,L,tspal-b oder Pax-alleldrossel) an"e- schlossen sind oder auch, eben'alls bei Spannungsaddition, mit zugehörigem, zu ihnen parallel geschal-t-.etem Widerstand, dessen viert auch unednlich sein kann, in Reihe mit der Wechselstromseite des Erregergleichrichters liegen.