DE1463618B2 - Anordnung zur Regelung der Spannung oder der Blindleistung einer Synchronmaschine - Google Patents

Description

sen. Auf diese Weise ist es möglich, die Trägheiten gliedes9 festgelegten Polradwinkels kann eine weitere

des Felderregerkreises in dem unterlagerten Erre- Verkleinerung des Ausgangssignals des Spannungs-

gungsregelkreis getrennt zu kompensieren, was zu reglers 3 keine weitere Verminderung der Erregung

einer weiteren Verbesserung der dynamischen Ver- mehr bewirken, denn dann würde der Istwert β des

hältnisse beiträgt. Die Erfindung ist nachstehend an 5 Polradwinkels den Sollwert immer mehr überwiegen,

Hand der Zeichnungen im einzelnen beschrieben. was so lange ein sich ständig vergrößerndes, unbe-

In F i g. 1 ist mit 1,1' eine zu regelnde Synchron- hindert von der Diode 12 auf den Erregungsregler 5 maschine bezeichnet, welche mit einem nicht darge- zur Wirkung gelangendes Eingangssignal zur Folge stellten Antriebsaggregat mechanisch gekuppelt ist. hätte, bis der Istwert des Polradwinkels wieder auf Die Erregerwicklung 2' einer Erregermaschine 2 be- ίο den oberen Begrenzungssollwert zurückgeführt ist. stimmt primär ein Spannungsregler 3, dem ein Pol- Dadurch verhindert der Polradwinkelregler 4 ein radwinkelregler 4 sowie ein Erregungsregler 5 unter- Außertrittfallen der Synchronmaschine,
lagert ist, und zwar nach Maßgabe des Unterschiedes Wenn im Bereich kleiner Polradwinkel, also im zwischen einem ihm eingangsseitig zugeführten Soll- Leerlauf bzw. bei Lastabwurf das Ausgangssignal des wert U und einem Spannungsistwert U. Letzterer χ 5 Polradwinkelreglers 9 auf seinem unteren Grenzwert kann wie dargestellt einem Statikgerät 6 entnommen angelangt ist, würde eine weitere Vergrößerung der werden, welches in an sich bekannter Weise aus der Erregung eine Verkleinerung des Polradwinkels β beNetzspannung U_n sowie dem Maschinenstrom / über wirken. Damit würde aber im Eingang des Polradentsprechende Wandler 7 und 8 die blindlastmodifi- winkelreglers 4 der Sollwert ß* den Istwert β ständig zierte Spannung U liefert. Der Ausgang des Span- 20 überwiegen, wodurch die Ausgangs-Spannung Φ*₂ nungsreglers 3 ist "einerseits direkt mit einem Eingang des Polradwinkelreglers 4 negativ würde. Sie vermag des Erregungsreglers 5, zum anderen mit dem Ein- deshalb nicht über das Ventil 12 zur Wirkung auf gang eines Begrenzungsgliedes 9 verbunden, welches den Erregungsregler 5 zu gelangen. Der unterladen Sollwert ß* für den Polradwinkelregler 4 be- gertePolradwinkelregelkreis ist damit praktisch außer stimmt. Sein Istwert/? ergibt sich aus dem in einem 25 Betrieb gesetzt; die weitere Regelung erfolgt aus-Polradwinkelmeßgerät 10 stattfindenden Vergleich schließlich unter dem Einfluß des Spannungsreglers 3. der Phasenlage zwischen der Polradspannung bzw. Im Bereich zwischen dem oberen und dem unteren der Spannung einer an die Generatorwelle angekup- Grenzwert des Polradwinkels kann durch· entsprepelten Wechselspannungstachodynamo 11 und der chende Auslegung der Glieder 4 und 9 dafür gesorgt Spannung des Netzes. Die Ausgangs-Spannung des 30 werden, daß im wesentlichen der Einfluß der Span-Polradwinkelreglers 4, welche mit Φ*₂ bezeichnet ist, nung Φ*_ο, welche genauso wie der der Spannung Φ*_ί wirkt über ein Ventil 12 auf einen zweiten Eingang im spannungshaltenden Sinne wirkt, überwiegt, so des Erregungsreglers 5. Die mit Φ*_χ und Φ*₂ be- daß praktisch nur der Polradwinkelregler 4 im Einzeichneten Signale wirken additiv als Sollwerte für griff ist.

den Erregungsregler 5, während das aus dem Erreger- 35 In Fig. 2 ist eine zweckmäßige Ausbildung des

strom der Erregermaschine 2 abgeleitete Signal Φ als Begrenzungsgliedes 9 gezeigt, welches einen rück-

Feldistwert am Eingang des Erregungsreglers wirk- gekoppelten Proportionalverstärker 13 mit 2 Eingän-

sam wird. gen enthält. An dem einen Eingang liegt über einen

Der Zusammenhang zwischen Eingangs- und Aus- Widerstand 14 eine negative Gleichspannung — U₁, gangsgröße des Begrenzungsgliedes 9 ist in dem ent- 4° während der andere Eingang über Widerstände 15 sprechenden Blocksymbol angedeutet. Bei kleinen mit der Spannung Φ*₁ des Spannungsreglers 3 beaufnegativen und positiven Werten der Eingangs-Span- schlagt ist, deren Wirkung durch eine mit der posinung Φ*_χ behält die Ausgangsgröße einen konstanten tiven Spannung U₂ vorgespannte Diode 16 begrenzt positiven Wert bei, vermindert sich dann mit zuneh- wird. Zur Erklärung der Wirkungsweise des in Fig. 2 mender Vergrößerung der Spannung Φ*₁ und erreicht 45 dargestellten Begrenzungsgliedes wird auf die Fig. 3 dann einen unteren konstanten Begrenzungswert. verwiesen. Bei fehlender Spannung Φ*₁ ist der Pro-Während der obere Begrenzungswert dem Polrad- portionalverstärker 13 durch die Wirkung der Spanwinkel entspricht, der den stabilen Arbeitsbereich nung U₁ auf eine bestimmt positive Größe ausgevom unstabilen trennt, und der durch das Arbeiten steuert. Zur Schaffung definierter Verhältnisse wird des Polradwinkelreglers 4 nicht überschritten wird, 5° man diese Aussteuerung so wählen, daß sie an einer entspricht der untere Begrenzungswert für ß* einem festen Aussteuerungsgrenze des Verstärkers 13 liegt. Winkelwert, bei dem der Polradwinkelregler 4 durch Dies ist in F i g. 3 mit α bezeichnet. Eine positive die Wirkung des Ventils 12 außer Tätigkeit gesetzt Eingangs-Spannung Φ*₁ muß nun zunächst den von werden soll und dann die weitere Regelung aus- der negativen Gleichspannung -U₁ herrührenden schließlich dem Spannungsregler 3 überläßt. Dies sei 55 Strom zu kompensieren versuchen, ehe eine weitere im folgenden näher beschrieben. Vergrößerung der Spannung Φ*_χ ein Absinken des

Arbeitet die Synchronmaschine parallel mit ande- Ausgangssignals β bewirken kann. Bei weiterer Verren Spannungserzeugern übererregt unter Abgabe größerung der Spannung Φ*₁ sinkt die Ausgangsvon Wirklast auf ein mehr oder weniger starres spannung des Proportionalverstärkers 13 so lange, Netz, so wird die Spannung Φ*₂ des Polradwinkel- 60 bis der durch die positive Spannung U₂ bestimmte reglers im wesentlichen den Sollwert für den Erre- Grenzwert für den Sollwert erreicht ist. Dieser entgungsregler5 bestimmen und den im Vergleich zu spricht der Größe b in Fig. 3. Eine weitere Verder unmittelbar vom Spannungsregler 3 kommenden größerung der Spannung Φ*₁ vermag keine weitere Spannung Φ*₁ überwiegen. Mit zunehmender Unter- Änderung der Ausgangsgröße des Proportionalvererregung wächst der Polradwinkel und nähert sich 65 stärkers 13 zu bewirken. In der F i g. 3 entspricht dem Wert von 90°, wodurch die Maschine in die dem Wert α der Polradwinkel, welchen der Polrad-Nähe ihrer Stabilitätsgrenze gelangt. Nach Erreichen winkelregier bei Untererregung unter allen Umständes durch den oberen Grenzwert des Begrenzungs- den einzuhalten bestrebt ist, während dem Winkel-

wert b ein Polradwinkel entspricht, bei dem der Polradwinkelregler 4 außer Tätigkeit gesetzt ist. Da der Polradwinkel mit steigender Erregung kleiner wird, ergibt sich im Bereich I in F i g. 3 ein den Sollwert ß* übersteigender Polradwinkelistwert ß; am Ausgang des Polradwinkelreglers 4 entsteht daher eine negative Spannung, welche wegen der entsprechend gepolten Diode 12 nicht den Erregungsregler 5 beaufschlagen kann. Umgekehrt würde in dem Bereich II der Polradwinkelistwert β den Solwert ß* überwiegen; es entsteht dann am Ausgang des Polradwinkelreglers 4 eine positive Spannung, so daß der Polradwinkelregler 4 in der Lage ist, einer weiteren Verminderung der Erregung entgegenzuwirken und den Polradwinkel auf den durch die Größe α bestimmten Grenzwert festzuhalten.

Eine einfache Möglichkeit, um den maximal zulässigen Polradwinkel zu verändern, zeigt die gestrichelt eingezeichnete Variante in Fig. 2. Danach wird der Ausgang des Proportionalverstärkers 13 mittels einer mit einer regelbaren Vorspannung CZ₃ vorgespannten Diode 17 begrenzt. Den Einfluß dieser Maßnahme zeigt F i g. 3, wo durch eine entsprechende Verände-

o rung von U₃ der obere Begrenzungswert c verändert werden kann. Damit kann ein und derselbe Reglertyp an die jeweils zu regelnde Maschine und/oder an die geforderten Betriebsverhältnisse auf einfache Weise angepaßt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

1 2 werden die Stabilitätsverhältnisse z. B. dann, wenn die Maschinen in Schwachlastzeiten zur Spannungs- Fatentanspruche: haltung verkabelter Stadtnetze herangezogen werden. Bei einer nach der deutschen Auslegeschrift

1. Anordnung zur Regelung der Spannung 5 1144 377 bekannten Einrichtung zur Regelung der oder der Blindleistung einer Synchronmaschine Spannung von Synchronmaschinen wird dem Spannut einem die Erregung der Synchronmaschine nungsregler ein Polradwinkelregler unterlagert, wobei oder deren Erregermaschine beeinflussenden, letzterer unmittelbar mit der Erregung verbunden ist. einem Spannungsregler unterlagerten Polradwin- Der Sollwert des Winkelreglers wird in spannungskelregler, dessen Sollwert nach oben begrenzt ist, io haltendem Sinn geführt, und der Polradwinkelregler dadurch gekennzeichnet, daß der ist dabei dauernd im Eingriff. Durch eine obere BeSpannungsregler (3) zusätzlich an die Erreger- grenzung des Winkelsollwertes kann dann dafür gewicklung (1', 2') angeschlossen ist und daß dem sorgt werden, daß ein kritischer Winkel von z. B. 90° Sollwert des Polradwinkelreglers (4) auch ein nicht überschritten wird. Auf diese Weise ist es mögnach unten wirksames Begrenzungsglied (9) zu- 15 lieh, die Maschine im untererregten Bereich bis an geordnet ist, derart, daß die Ausgangsspannung die durch den Polradwinkel von 90° gegebene Stabides Polradwinkelreglers (4) nach Unterschreiten litätsgrenze oder über sie hinaus zu führen.

der unteren Sollwertgrenze die Erregung nicht Während diese bekannten Anordnungen im Be-

mehr beeinflußt. reich nennenswerter Polradwinkelwerte zufriedenstel-

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch ge- 20 lend arbeiten, können sich jedoch Schwierigkeiten kennzeichnet;"daß der Polradwinkelregler über einstellen, wenn der Generator entlastet wird oder einen Richtleiter (12) an die Erregerwicklung (1'; vom Netz getrennt leerläuft. Für diesen Betriebsfall 2') angeschlossen ist. praktisch verschwindender Wirkleistung nimmt der*

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, da- Polradwinkel kleine Werte in der Nähe von Null an, durch gekennzeichnet, daß für die Erregung ein 25 unabhängig von dem Ausgang des Spannungsreglers, dem Polradwinkelregler (4) und dem Spannungs- Es ist hier zu erwarten, daß dann der Polradwinkelregler (3) gemeinsam unterlagerter Erregungs- regler die Dynamik der Spannungsregelung störend regler (5) vorgesehen ist. beeinflussen kann, insbesondere zu Schwingungen

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 Anlaß gibt.

bis 3, gekennzeichnet durch eine Begrenzerschal- 30 Die Erfindung bezieht sich nun ebenfalls auf eine tung, welche aus einem gegengekoppelten Pro- Anordnung zur Regelung der Spannung oder der portionalverstärker (13) besteht, der eingangs- Blindleistung einer Synchronmaschine mit einem die seitig an einer konstanten Spannung und an einer Erregung der Synchronmaschine oder deren Erregervon der Ausgangsspannung des Spannungsreglers maschine beeinflussenden, einem Spannungsregler (3) abgeleiteten Spannung liegt, wobei letztere 35 unterlagerten Polradwinkelregler, dessen Sollwert mittels einer Diode (16) begrenzt ist. nach oben begrenzt ist. Sie beruht auf der Aufgabe,

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch ge- diese bekannte Anordnung in dynamischer Hinsicht kennzeichnet, daß parallel zum Ausgang des Pro- zu verbessern. Dabei wird von der Erkenntnis ausportionalverstärkers (13) eine in Durchlaßrich- gegangen, daß im Bereich kleiner Polradwinkel eine tung vorgespannte Begrenzerdiode (17) liegt. 4° Polradwinkelregelung ungünstig ist bzw. keine Vorteile bringt und deshalb für diesen Betriebsfall eine selbsttätige Abschaltung derselben wünschenswert wäre.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß da-

45 durch, daß der Spannungsregler zusätzlich an die Erregerwicklung angeschlossen ist und daß dem Sollwert des Polradwinkelreglers auch ein nach unten

Bei der Regelung der Spannung oder der Blind- wirksames Begrenzungsglied zugeordnet ist derart, leistung einer Synchronmaschine setzt sich in zuneh- daß die Ausgangsspannung des Polradwinkelreglers mendem Maße die Verwendung einer den Polrad- 5° nach Unterschreiten der unteren Sollwertgrenze die winkel überwachenden Einrichtung zusätzlich zu der Erregung nicht mehr beeinflußt, normalen Spannungsregelung durch. Man erhält so Durch die Erfindung wird sichergestellt, daß der

die Möglichkeit, den stabilen Arbeitsbereich einer Polradwinkelregler bei Erreichen eines bestimmten Synchronmaschine zu erweitern. So ist es zu diesem unteren Grenzwertes des Polradwinkels nicht mehr Zweck nach der deutschen Patentschrift 968 942 be- 55 zum DurchgrifE auf das die Erregung der Synchronkannt, bei einer Synchronmaschine zwei Erreger- maschine beeinflussende Stellglied gelangt, sondern wicklungen vorzusehen, wobei die eine von einem statt dessen die Ausgangsgröße des Spannungsreglers Spannungsregler beaufschlagt wird und die andere über einen den Polradwinkelregler umgehenden Parvon einem Regler, der ihr bis zu einem Lastwinkel allelpfad die Regelung der Maschine ausschließlich von 180° einen diesen proportional zunehmenden 60 bestimmt. Die Regelungsanordnung nach dem erfin-Strom vorschreibt. In Frage kommen solche Maß- dungsgemäßen Vorschlag arbeitet daher sowohl im nahmen vor allem bei Grenzleistungsturbogenerato- Leerlauf als auch im Parallelbetrieb mit dem Netz ren, welche einen großen Wert der Synchronreaktanz dynamisch einwandfrei.

aufweisen, was bedeutet, daß sich schon im Normal- Es kann sich als vorteilhaft erweisen, die Ausbetrieb große Polradwinkelwerte einstellen können, 65 gänge des Polradwinkelreglers bzw. des Spannungsso daß diese Maschinen von Natur aus bezüglich reglers nicht direkt auf die Erregung der Synchronihrer Stabilität gefährdeter sind als Synchronmaschi- maschine einwirken zu lassen, sondern den Sollwert nen mit kleiner Synchronreaktanz. Besonders kritisch eines besonderen Erregungsreglers bestimmen zu las-