DE1463618A1 - Anordnung zur Regelung der Spannung bzw. Blindleistung von Synchronmaschinen - Google Patents

Description

• Anordnung zur Regelung der Spannung bzw. Blindleistung von Synchronmaschinen Bei der Regelung der Spannung bzw. Blindleistung von Synchronmaschinen setz't sich in zunehmenden Maße die Verwendung einer den Polradwinkel überwachende Einrichtung zusätzlich zu der normalen Spannungeregelung durch. Man erhält so die Möglichkeit, den stabilen Arbeitsbereich-einer Synchronmaschine zu*erwei-#ern, indem man-mit der Untererregung der Maschine bis an die Grenze des maximal möglichen staoilen Bereiches gehen kann.-Dies i3t besonders interessant bei Grenzleistungsturbogeneratoren, welche einen großen Wert der Synchronreagtanz aufweisen, was bedeutet, daß sich schon im Normalbetrieb-große Polradwinkelwerte einstellen können, so daß'diese Maschinen von Natur aus bezüglich ihrer Stabilität gefährdeter sind als'Synohronmascilinen .mit kleiner SYnchronreaktanz. Besonders-kritioch werden d#e Stäbilitätsverhältnisse z.B. dann, wenn die Maschinen in 'Schwachlastzeiten zur Spannungshaltung verkabelter *Stadtnetze herangezogen werden.
• -ei. einer bekannten Einrichtung zur Regelung der Spannung von Synchronmaschinen wird dem Spannungsregler ein Polradwinkelregler unterlagert,'wobei letzterer unmittelbar mit aer Erregung verbundea ist. Der Sollwert des Winkelreglers wird in spannungshaltendem Sinn geführt und der Polradwinkelregler ist dabei dauernd im Eingriff. Durch eine obere i3egrenzung deslVir.kelsollwertes kann dann dafür gesorgt werden,daß ein kritischer'Winkel von Z.B. 900 nicht überschritten wird. Auf diege Weise ist es möglich, die Maschine im untererregten Bereich bis an die durch den Polradwinkel von 900 gegebene Stabilitätsgrenie oder über ule hinaus zu führen.
• Während die bekannte Anordnung im Bereich.nennenswerter Polrad.-4 winkelwerte zi;friedenstellend arbeitet, können sich jedoch Schwierigkeiten einstellen, wenn der Generator entlastet wird oder vom Netz getrennt leerläuft. Für diesen Betriebsfall prak-

  '.tisch verschwindender Wirkleistun# nii#mt-der ]#o1radwinkel kleine

  Werte in der Nähe von Null-an, unabhängig von der.i,AusWng des

  Spannungsreglers.- Es ist hier-zu erwarten, daß dann der Polrad-'

  winkelrägler die Dynamik der SpannUngsregeIung störend beeinflusben

  kann, insbesondere zu Schwingungen Anlaß gibt..

  Aufgabe dex Erfindung ist es, die bekannte Einrichtung zur Span-

  nungsregelung von Synchronmaschinen in dynamisqher Hinsicht zu

  verbessern. Sie gehtvon der Erkenntnis aus, daß im Bereich kleiner

  Polradwinkel eine Polradwinkelregelung ungünstig ist bzw. kleine

  Vorteile bringt und deshalb für diesen Betriebsfall e.4ne selbst-

  tätige Abschaltung derselben wünschenswert wäre.

  Die Erfindung betrifft daller eine Anordnung Zur liege'14-iing der Span-

  nung oder Blindleistung von S:-,nehron".-.aucIlinen mit e-tien mit der

  zrregurig der S,!nchron:."#a#,3cii-,ne oder deren Erre.germasChine verbunde-

  nen, eIneri Spannunt..sregIer unterlügerten iloli-adwinkelreü.,ller. ih.,

  i,eyir.ze.-'Lchen besteht darin, da.`J d-Le Ausgani,-oc!-"innunC deB'Sran-

  #iu-ngsreglers zuurt,-1#;'ch auf dfe- i#r.-eguil#, einwirkt,

  der Soll-Nort des Poiradwinkelret7:.ers nach ot-en und unten begreii--4.

  .st und dje des -lur Uel- DOS1-

  t--'ven -ReEe#l#,zitwo, chiiiit-l-e."i des Polra-d,#,#, -i -'s 1 stvie rt gr,-ißer *als

  ) a- # rire gunü, tee-#ziflii3t.

  So-'- I#;ert -e' E

  Durci dIe E i, f n d i r# wird siclierges,-ell*, daß der Po-lr#,idwj.nkelreg-

  ler re-- l#Jrreichen eines bestimmten unteren Grenzwertes des Polrad-

  wir.ke'Li nicht mehr --u.-.. Durchgriff aus das die Erregung der Synch-

  ronzic'l#-ciiine beeinflussende ite'.'lg-lied gelangt, sondern statt des-

  #zen die L des über einen den Polrad-

  winkelregler umgehenden Parallelpfad.die Regelung der Maschine ausschließlich bestimmt. Die Regelungsanordnung nach dem erfin-.dungsgemäßen'Vorschlag arbeitet daher sowohl im Leerlauf -als"auch im Parallelbetrieb mit dem Netz dynamisch einwandfrei. Es kannsich als vorteilhaft - erweisen, die Ausgänge des Polradwinkelreglers bzw. de? Spannungsreglers nicht direkt auf die Erregung der Synchronmaschine einwirken zu lassen, sondern den Sollwert eines-besonderen B-rregungsreglers bestimmen zu lassen. Auf diece ist es möglich, die Trägheiten.des' Felde-r#regenkreises in dem unterlagerten Erregungsregelkreis; getrennt zu kompensieren, was zu.einer weiteren Verbesserung,der dirnami-schen Verhältnisse» beiträgt. Diese und andere Ausg'estaltungen bzw. Weiterbildungen « der Erfindung sollen nachstehend, anhand der Zeichnungen im einzelnen beschrieben werden.
• In Figur 1 ist mit 1 die zu regelnde Synchronmaschine bezeichnet" welche mit einem nicht weiter.dargestellten Antrilebsaggregat. mechanisch gekuppelt ist. Die Erregung der Erregermaschine 2 bestimmt primär ein Spannungsregler 3, dem.ein Polradwinkelregler 4 .sowie ein Erregungsregler 5 unterlagert.ist und --war nach Maßgabe des Unterschiedes zwisell'en -einem ihm Eingafigseitig. zugef Uhrten Sollwert U und einem Spannungsistwert U. Letzterer kann wie dargestellt einem Statikgerät 6 entnommen werden, welches in an sich bekannter Weise aus-der Netzspannung UN sowie dem-Maschinenstrom J über entsprechende Wandler 7 und-8 die blindlastmodifizierte Spannung U liefert4 Der-Ausgang des Spannungsreglers 3 ist einerseits direkt mit einem Eingang des Erregungsreglers 5, zum anderen mit dem Eingang eines Begrenzungsgliedes 19 verbunden,

  welches d en Sollwert/9 * für den Polradwinkelregler.4 bestimmt*.

  Sein lJtwart ß^ergibt sich aus dem in einem Polradwinkelmeßgerät 10 stattfindenden Vergleich-der Phasenlagezwischen der Polradspannung bzw. der>Spannung.einer an die Generatorwelle angekuppelten Weohselspannungstachodynamo 11 und der Spannung des Netzes.
• Die Ausgangzapannung des Pplradwi nkelreglers 4, welche mit

  0*' bezeichnet ist, wirkt Uber ei : n Ventil 1,2 auf einen zweit'

  2 en

  'Eingang des'Erregungsreglers 5. Die mit und 02 «4 bezeichneten

  Signale wirken additiv als Sollyverte für den Erregungsregler 5,-wa 2*hrend das aus dem Erregerstrom der Erregermaschine 2,abgeleitete Signal als Feldistwert.am Eingang des Erregungsreglers wirksam wird.,', 2 Der Zusammenhang zwischen Eingangs- und Ausgangsgröße des Begrenzungsgliedes 9 ist in dem entsprechenddh Blocksymbol angedeutet.

  Bei kleinen negativen und positiven Werten der Eingangsgröße Pi e-

  behält die Ausgangsgröße einen konstanten positiven Wert bei, vermindert sich dann mit zunehmender Vergrößerung der Eingangsgröße

  91 und erreicht dann einen unteren konstanten Begrenzungswert.

  Während der olwere Begrenzungswert dem Polradwinkel entspricht, der den stabilen Arbeitsbereich vom unstabilen trennt, und der durch das Arbeiten des Polradwinkelreglers 4 nicht überschritten

  wird, entspricht der untere Begrenzungswert für ß4, einem Winkel-

  wert, bei dem der Polradwinkelregler 4 durch die Wirkung des Ventiles 12 außer Tätigkeit gesetzt werden soll, und dann die weitere Regelung aueschließlich.dem Spannungsregler 3 überläßt. -Dies sei im folgenden näher beschriebens Arbeitet die Synchromaochine-parallel mit ande' nun ser-;en Span 9 #reU&eraüberetiiq;t -"unter &bgabq von Wir41aet auf ein mehr.odor

  .weniger starres Netz, so wird 'd:#e Äu'agangegrölao- des PO1rad-

  winkelr eglers im wesentlichen den Sollwert für den Erregungsregler 5 bestimmen und den im Vergleich zu dem unmittelbar vom

  Spannungsregler 3 kommenden Wert .01 t überwi:egen. Mit zunehmende* r

  Untererregung wächst der.Polradwinkel-und nähert sich dem-Wert von 900, wodurch die Maschine in die Nähe ihrer S-täbilitäts.-gränze -gelangt.Naeh Erreichen des durch den oberen GrenZwert des Gliedes 9 festge.legten.Pc:Iradwinkels kann-eihe weitere Verkleinerun . g des Ausgangssignals des Spannungsreglers 3 keine' weitere Vei#minderung der Erregung mehr bewirken, denn dann .würde der Istwert ß des Polradwinkels den Sollwert immer mehr überwiegen, was solange ein sich ständig vergrößerndes, unbezur Wirkung hindert von der Dibde 12 auf den Erregungsregler gelangendes Eingangssignal zur Folge hätte, bis der Istwert des Polradwinkels wieder auf den oberen Begrenzungssollwert zurückgeführt ist. Dadurch verhindert der Polradwinkelregler 4 ein Außertrit-11-fallen der Synchronmaschine.
• Wenn im Bereich kleiner Polradiqinkel, also im L'eerlauf bzw. bei Lastabwurf das Ausgangssignal des Polradwinkelreglers 9 auf seinem unteren Grenzwert angelangtist, würge eine weitere Vergrö.3erung. der Erregung eine Verkleinerung - des Alradwinkels 3 bewirken.
• Damit würde aber im Eingang des -.-olradwinkelreglers 4 der Gollviert

  ß den Istwert ß sti#ndig überwiegen, wodurch die Ausgangsspannung

  #2'ß des Polradwinkelreglers 4 negativ würde. Sie vermag deshalb

  nicht Uber das Ventil 12 zur Wirkung auf den Erregungsregler 5 zu .gelangen, der unterla.-.erte Polradwinkelregelk-reis ist damit .Praktisch ausßer Betrieb gesetzt; die weitere Regelung erfolgt ausachließlich unter dem Einfluß des Spannungsreglers 3. Im Be--reibh Zwisehen dem öberen und dem unteren--Grenz#ert des Polr"ad-.winkele kann-durch entsprechehde Auslegung der Glieder 4 und 9 dafür gesorgt werden, daß im wesentlichen der

  Größt welche genau so wie der der Größe im spannungs-

  haltenden Sinne wirkt, überwiegt, so daß praktisch nur der Polradwinkelregler 4 im:Eingriff ist.
• In Figur Z ist eine zweckiffäßige Ausbildung des Begrenzungs#gli'edles gezeigt, welches einen rückgekoppe-Lte*n Propor"t-.ion#i'Lverst;i-rker mit.. 2 Fin9,äxlLen enthält. An dem einen Einganj, liegt über einem Widerstand.14 eine negative Gleichspannung Ul, während der andere

  Ei.ngang über Widerstände 15 mit der Ausgangsgröße 01' des span-

  nungsreslers 3..beaufschlagt ist, deren Vlirkung durch eine mit der positiven Spannung*U2 vorgespannten Diode 16 begrenzet wird.
• Zur Erklärung der Wirkungsweise des in Figur 2 dargestellten Degrenzungsgliedes wird auf die Figur 3 verwiesen. Bei fehlender Eingangsgröße #j ist der Proportionalverstärker 13 durch die Wirkung der Spannung l#I,auf eine bestimmt positive Größe ausgesteuert. Zur SchaffunC definierter Verhältnisse wird man diese Aussteuerung so wählen, daß sie an einer festen Aussteuerungsgrenze des Ve.-stärkers 13 liegt. Diese ist, in.Ficur 3-mit, a be-

  C

  zeichnet.#'L-'ine'"poo£-tive Eingargsspannung mu-q nun Zun.. hst den

  von der ne gat.iven i:',ingar.t;ssp-zinn"#n:- -17 herr-Uhrenden Strom zu

  kompensieren versuchen, ehe eine weitere Vergrö.'-3e-unt, der GrUße

  Ol# ein Absinken des Ausgang--oi# nals *'.#*' bew':r#.Keii kann. Bei we,;-

  terer Vergrößerung der 9r.-,«.ir.nu.ng 014 sInkt d--e Ausgangsspannung

  des Proportionalverstärkers 13 so lange, bis der du#y,chidie positive Spannung U2 bestimmte Grenzwert f-,A«r den Sollwert ist. Di . eser entspricht derGröße b in Figur 3. Eine weltere Vera

  größe-ruiig der Spannung vermag keine weitere Änderung der

  AU.ggang.sgr - Öße des''P#re-no-rtionalverst,#irkers 13 zu bewiriren. In der

  Figur '3- ent-spricht e#em. *,Y4rt a. der Polradwinkel , welchen der Pol-

  radwinkelregler bei untererregung unter allen Um2tänden-einzu-

  t-2

  -halten bestrebt'ist"während dem Winkeilwert.b ein Polradwinkei

  entspricht, bei dem der Polradwinkelregler 4 außer Tätigkeit-

  Y

  gesetzt ist. Da der Polradwinkel mIt steigender Erregung kleiner

  wird,-ergibi hch im Bereich IL in Figur 3 ein den Sollwert ß*

  übersteigender Polradw#nkelistwert ß; am.Aulgäng des Polradwinke.-

  reglers 4 entsteht daher eine negative bpantiung" welche wegen dei

  ent#prechend.gepoiten Diode 12 nicht den erregungsret-,-le-r 5 beauf-

  schlagen kann. Umgekehrt würde in'dem nereich II det Polrgdwinkei

  istwert-ß den Sollwert ßAüb.erwiegen; es entsteh ann am Ausgang

  des Polradwinkelregl-ers 4 eine pasitive Spannung, so-daß der Pol-

  radwinkelregler 4 in der Lage ist, einer wei teren Verminderung

  der Erregung entgegenzuwirken und den Polradwinkel auf den durch

  die Größe a bestimmten Grenzwert festzuhalten.

  Eine einfache Möglichkeit, um den maximal zulässigen Polradwinkel

  zu verändern, zeigt die gestrichelt_eingezeichnete Variante in

  Figur 2. Danach*wird der Ausgang des PrGporti.onalverst'-'ilrl##ers.13

  mittels.e#iner mit e'ner regelbaren Vorspannung U3 vorgespannten

  Diode 17 begrenzt. Den Einfluß dieser U-a':3r.ahme zeigt F-#4.gur 3, >#

  wo durch eine ent#p'rechende*Ve - ränderung vorrOU-3 der obere 'Be-.

  grenzungswert c verändert werden kann. Dan:it. kann ein und- der-

  selbe Regiert"rp an die je.weils zu regelnde Maschine bzw. an die

  geforderten Betriebsverhältnisseauff' e-L----#'ache Weise angepaßt wer-

  den.-

Claims (1)

1. Patentanerrüche -,r4"-'Anordnung zur Regelung der Spannung oder Blindleistung vom Synahronmaschinen mIt einem die-Er-regu#g. der Synchr-.onmaschihe oder deren Erregermaschine beeinflueenden, einem Sphn4ungsregler unterlanerten Polradwihkelreglert-dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangss pannungdes Spannungsreglers zusätzlich- unmittel- bar auf die Erregung einwirkt-, da3..der Sallwert des Palradwinker- reglers nägh oben und nach unten begrenzt ist% und daß. die:Aus- gangaspannung das Polradwinkelreglers nui# bei positiven'R.egelab- Weichungen des Polradwinke13 (Iutwert gräßer als Sollwert) die -Erregung beeinflußt. 2. Anordnung nach Anspruch dadurch gekennzeichnet." daß die Ausgangs.spannung des Polradwinkelregle-rs, übe'r einen Richtleiter die Erregung beeinflußt. .3.-knordnung nach Anspruch 1- oder 2 dadurch gekennzeichnet-, daß für die Err'egung ein dem Polrad*inkelregler (4)-!und* dem SpannunE# regler (3) gemeinsam unterlnäerter-Erregungäregler (5) vorgesehen ist. 4e Anordnung nach Anspruch 1- bis.3" gekennzeichnet durch eine .Begrenzersetialtutig-" welc-flig aus einem, gegengekoppelten Propor- tionalverstärker (13>.besteht, der eigangss,eitig von einer kon- stanten Spannung und von einer vender AusgangS3pannung das spannungsregiers (3) abgeleiteten Spannung bea-Ufbehlag-t wird, wobei letztere mittels einer, DIode (16) beg:renzt ist. 5. Anordnung nach Anspruch 4.. dadurch gekennzeichnet" dail#das 4usgan-gasignal des Prapartionalverstärk-ers; clurch eine in Durchlaßrichtung vor espannte Diode (1#71 hegrenzt wird'-,..