DE1588579A1

DE1588579A1 - Einrichtung zur Regelung der Ausgangsspannung eines selbsterregten Wechselstromgenerators

Info

Publication number: DE1588579A1
Application number: DE19671588579
Authority: DE
Inventors: Yoshiaki Kitani; Akira Yamanaka
Original assignee: NEGISHI SEISA KUSHO Ltd
Current assignee: NEGISHI SEISA KUSHO Ltd
Priority date: 1966-06-20
Filing date: 1967-06-09
Publication date: 1970-09-10
Also published as: US3490029A

Description

Patentanwalt Dipl.-Phys. GERHARD LItDL · ö Muncnen ll, breinsaorrsrraDe

Telefon MM Fernschreiber 0622208

B 3256

NEGISHI SEISAKUSHO LTD. No. 34, Nishi Nakajimacho 4-chorae, Higashi Yodogawa-ku, Osaka-shi Osaka-fu, JAPAN

Einrichtung zur Regelung der Ausgangsspannung eines selbsterregten Wechselstromgenerators

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Konstanthaltung der Ausgangsspannung innerhalb eines bestimmten Bereiches an einem selbsterregten Wechselstromgenerator, die bei auftretenden Last- und Leistungsfaktoränderungen eine Komponente des Feldstromes in einen mit dem Erreger-

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kreis des Generators verbundenen und am Eingang eines Gleichrichtkreises angeschlossenen Nebenschluß leitet.

Insbesondere betrifft die Erfindung eine Einrichtung zum Regeln der Ausgangsspannung eines selbsterregten Wechselstromgenerators, die die Ausgangsspannung innerhalb eines bestimmten Bereiches dadurch aufrechterhält, daß ein Teil des Feldstromes in einem mit dem Erregerkreis des Generators verbundenen Nebenschluß während einer bestimmten Zeitdauer fließt, ohne daß der restliche Anteil des Feldstromes in der Feldwicklung weiter fließt.

Es wurden bereits Versuche unternommen, die Ausgangsspannung eines selbsterregten Wechselstromgenerators auf einen konstanten Wert einzuregeln. Zu diesem Zweck wurde mit der Eingangsseite eines Gleichrichters, der im Erregerkreis des Wechselstromgenerators geschaltet war, ein Nebenschlußkreis vorgesehen und eine Komponente des Feldstromes bei einer Laständerung oder bei einer Änderung des Leistungsfaktors des Generators durch den Nebenschluß geleitet. Um ein wirkungsvolles Shunten des Feldstromes zu erzielen, ist bei einer derartigen Anordnung eine Vielzahl von Steuer- und Regelelementen erforderlich.

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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Regelung der Ausgangsspannung eines selbsterregten Wechselstromgeneratore vorzuschlagen, die Un Gegensatz zu den bekannten Einrichtungen äußerst einfach aufgebaut ist.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß ein einzelnes Element zur Phasen-Steuerung an den Gleichrichterkreis im Erregerkreis des Generators angeschlossen ist, um die Phasenlage der Spannungshalbzyklen der Wechselstromkomponente, die dem Gleichrichterkreis Überlagert wird, zu steuern.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird also ein Nebenschluß mit einem einzigen Phasensteuerungselement parallel zum Erregerkreis geschaltet, um die Phase der Wechselstromkompdnente des einemGleichrichter zugeführten Stromes lediglich während deren Halbzyklus zu steuern. Dieser Gleichrichter ist ebenfalls im Erregerkreis des Generators geschaltet. Bei dem selbsterregten Generator wird die Ausgangsspannung innerhalb eines bestimmten Bereiches dadurch konstant gehalten, daß eine Komponente des Feldstromes in den mit dem Erregerkreis verbundenen Nebenschluß und für eine bestimmte Zeitdauer nicht im Feldkreis selbst fließt.

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ORiGfNAL fNSPECTED

Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird anhand der beiliegenden Zeichnungen nachfolgend näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 bis 4 Schaltbilder von Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Einrichtung und

Fig. 5 die Wellenformen der Phasensteuerung in den Ausführungs-

formen gemäß den Fig. 1 bis 4.

Ein selbsterregter Wechselstromgenerator 1 besitzt in seinem Ausgangskreis eine Statorwicklung 2 sowie eine Feldwicklung 3. Ein Erreger 4 mit einer Spule 4a und einem Transformator 4b steht mit dem Generator in Verbindung. Ein der Klemmenspannung des Generators 1 proportionaler Strom wird von der Spule 4a abgenommen, während ein dem Laststrom des Generators 1 proportionaler Strom durch den Transformator 4b erbalten wird. Beide Ströme werden vektoriell überlagert und dem Eingang einer Gleichrichtergruppe 5 zugeführt, die im Erregerkreis der Feldwindung 3 geschaltet ist. Ein Nebenschlußkreis 6 mit einem Thyristor 6a ist in Durchlaßrichtung mit einem der Gleichrichter parallel

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geschaltet, wie in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist. Der Nebenschluß kann auch entgegen der Durchlaßrichtung gegenüber einem der Gleichrichter gemäß der Darstellung in den Fig. 3 und 4 geschaltet sein. Ein Generator zur Erzeugung eines Triggersignales ist mit der T rigger elektrode des Thyristors 6a verbunden. Mit dem Ausgang des Generators 1 steht ein Transformator 8 in Verbindung, der heruntertransformiert, während ein Detektor 9 wiederum an den Ausgang des Transformators 8 angeschlossen ist, um die herabtransformierte Klemmenspannung des Generators festzustellen, nachdem die Spannung in eine Gleichspannung gerichtet worden ist. Ein Verstärker 10 steht mit dem Detektor 9 in Verbindung, um die abgegriffene Spannung aufzunehmen und sie mit einer Bezugsspannung, die darin erzeugt wird, zu vergleichen. Eine Konstantspannungsquelle 11 liefert dem Triggersignalgenerator 7 und dem Verstärker 10 eine Spannung konstanter Höhe. Ein Synchronisierkreis 12 ist über den Thyristor 6a angeschlossen und erzeugt einen Synchronisierimpuls aus dem Thyristor, der dem Triggerimpulsgenerator 7 zugeleitet wird, um ihn zu synchronisieren. Die Phasensteuerung des Generators wird durch die kombinierte Wirkungsweise des Trigger Signalgenerators 7 und des Synchronisierkreises bewirkt. Demzufolge kann ein Triggerimpuls, der den Thyristor 6a triggert, vollständig mit dem positiven Potential des Thyristors öasynchronisiert werden. Ein Dämpfungskreis 13 ist über die Feldwicklung 3 mit dem Verstär-

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ORIGINAL INSPECTED

ker 10 verbunden, um dem Verstärker eine negative Rückkopplung entsprechend der Änderung der Feldspannung zu liefern.

Der Triggersignalgenerator 7, der Transformator 8, der Detektor 9, der Verstärker 10, die Konstantspannungsquelle 11, der Synchronisierkreis 12 und der Dämpfungskreis 13 sind für sich bekannte Schaltelemente und deshalb in Fig. 1 lediglich schematisch dargestellt und in den Fig. 2 bis 4 ausgelassen worden.

Die Wirkungsweise der Vorrichtung gemäß Fig. 1 ist folgende:

Wenn an dem Thyristor 6a in Durchlaßrichtung ein Potential anliegt, d. h. die positive Seite des Potentials an der Anode des Thyristors, die negative Seite des Potentials dagegen an seiner Kathode liegt, und wenn ein Triggerimpuls mit dem Winkel θ * gemäß Fig. 5a über dem Gitter und der Kathode des Thyristors auf trifft, dann zündet der Thyristor und bewirkt einen Shuntstrom I„ entsprechend der voll ausgezogenen Linie der Sinuswelle in Fig. 5b. Das charakteristische Merkmal des Nebenschlußkreises 6 gemäß der vorliegenden Erfindung beruht darauf, daß der Shuntstrom I_ß bei Erreichen der Winkel π , 3π , 5π die jeweils das 0, 5-, 1, 5-, 3, 5- usw. -fache eines Vollzyklus des Erregerstromes be-

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stimmen, nicht auf Null abnimmt. Dies ist eine Übergangserscheinung aufgrund der Reaktanz des Erregers 4 und der Arbeitsweise des Thyristors 6a. Bei der vorliegenden Erfindung wird diese Erscheinung dazu verwendet, d!ea Shuntstrom zu erhöhen und den Bereich zur Steuerung der Ausgangsspannung zu verbreitern. Der Grund, der zu einer Verbreiterung des Regelbereiches führt, ist folgender:

Normalerweise wird der Erregerstrom des Erregers 4 der Feldwicklung 3 über die Gleichrichter 5 zugeführt. Wenn der Thyristor 6a bei einem Winkel θ « zündet, wird der Erregerstrom rückgespeist an die Ausgangsklemme des Generators 1, wie in den Fig. 1 und 3 dargestellt ist oder an den Erreger 4 entsprechend den Fig. 2 und 4, da die Punkte a und b in den Gleichrichtern kurzgeschlossen sind. Der rückgespeiste Strom Ip ist in Fig. 5c dargestellt.

Da der Nebenschlußkreis 6 so ausgelegt ist, daß er lediglich eine Halbwelle des Erregerstromes shuntet, wird der so erhaltene Erreger strom durch eine Gleichstromkomponente Δ I über der ursprünglichen Schwingungsform des Erregerstromes gemäß der Fig. 5d überlagert, entsprechend der genannten Übergangserscheinung. Auf diese Weise kann die symmetrische Arbeitsweise des ursprünglichen Erregerstromes in positiver und negativer Richtung nicht aufrechterhalten werden und den Shuntstrom vergrößern.

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OfttGINAL JNSPECTED

Die Übergangserscheinung wird folgendermaßen erklärt:

Der Shuntstrom I_R läßt sich angenähert durch die folgende Gleichung aus drücken:

¹S

(1+cose

wobei I den Erregerstrom und ft den Zündwinkel bezeichnet.

Da während der Tätigkeit des Nebenschlußkreises 6 zwischen den Winkeln θ « und θ 2 der Eingang der Gleichrichter über die Anschlüsse a und b kurzgeschlossen ist, läßt sich der zur Feldwicklung 3 rückgeführte Strom Lj, angenähert durch die folgende Gleichung ausdrücken:

τ-τ τ- 4-f2(l +cose )

Ύ " ¹S B ~ 1 ¹S"

Wenn der Nebenschlußkreis 6 öffnet, d.h. wenn θ = 180° wird, dann wird der Differenz strom Δ I in Fig. 5d Null, so daß der Strom I_ gleich

dem Strom I wird. Die Werte der Ströme L, und I_R bei den Winkeln β = 60 , θ =0 usw. sind der nachfolgenden Tabelle zu entnehmen.

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I	Zündwinkel θ° 180	Feldstrom ¹F ¹S	Shuntstrom ¹B O
π	90	0,65 Ig	0, 35 Ig
ΠΙ	60	0,47 1g	0, 53 Ig
IV	30	0,34 1g	0, 66 Ig
V	0	0,3 I	0,7 Ig.

Die Klemmenspannung des Generators wird über den Transformator 8 an den Detektor 9 angelegt und durch diesen abgetastet. Der Ausgang des Detektors 9 wird dem Verstärker 10 zugeführt. Der Ausgang der Konstantspannungsquelle 11 wird dem T rigger Signalgenerator 7 und dem Verstärker 10 angeschlossen. Der Triggersignalgenerator 7 erzeugt Triggersignale, die dem Ausgangssignal des Verstärkers 10 entsprechen. Insbesondere erzeugt der Triggersignalgenerator 7 Triggerimpulse proportional der Abweichung von der Bezugsspannung, die im Verstärker 10 von der durch den Detektor 9 abgetasteten Spannung auftreten. Die vom Synchronisierkreis 12 kommenden Synchronisierimpulse werden dem Triggersignalgenerator 7 zugeführt, um das Triggersignal mit der Bezugsspannung zu synchronisieren. Auf diese Weise läßt sich der Betrag der Phasenverschiebung steuern und der Shuntstrom I_R, der durch den Zünd-

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winkel gesteuert wird, fließt in den Nebenschlußkreis 6 und regelt den Feldstrom I_,, so daß auf diese Weise die Klemmenspannung des Generators in Abhängigkeit von der Laständerung und dem Leistungsfaktor des Generators innerhalb eines bestimmten Bereiches gehalten wird.

Die vorstehenden Darlegungen zeigen, daß bei der vorliegenden Erfindung eine Reihe von Übergangserscheinungen auftreten, die bei jedem Zyklus vollständig zum Abschluß kommen und bei den Zyklen des Shunt stromes erneut auftreten und die zur Regelung und Konstanthaltung der Ausgangsspannung innerhalb eines bestimmten Bereiches verwendet werden. Der Bereich läßt sich genau und vorteilhaft erweitern, wie in der Tabelle anhand der Ströme I„ und I_ zu erkennen ist, dadurch, daß man einen einfachen Nebenschlußkreis mit einem Steuerelement zur Steuerung des Shuntstromes verwendet. Dieses Steuerelement ist im vorliegenden Fall ein Thyristor. Bei Anwendung der Ausführungsformen gemäß den Fig. 1, 3 und 4 läßt sich der Feldstrom auf den in der Tabelle mit V bezeichneten Wert shunten. Durch Anwendung der Ausführungsform gemäß der Fig. 2 wird ein Shuntgrad entsprechend dem Wert m in der Tabelle erzielt. Dieses Shuntvermögen ergibt den größten durch ein einzelnes Steuerelement zur Steuerung des Shuntstromes erzielbaren Bereich.

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Claims

Patentanwalt Dipl.-Phys. GERHARD LIEDL · 8 München 22,

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Patentansprüche 1 b 8 8 5 7

/l.> Vorrichtung zur Konstanthaltung der Ausgangsspannung innerhalb eines bestimmten Bereiches an einem selbsterregten Wechselstromgenerator, die bei auftretenden Last- und Leistungsfaktoränderungen eine Komponente des Feldstromes in einen mit dem Erregerkreis des Generators verbundenen und am Eingang eines Gleichrichtkreises angeschlossenen Nebenschluß leitet, dadurch gekennzeichnet, daß ein einzelnes Element zur Phasensteuerung an den Gleichrichterkreis im Erregerkreis des Generators angeschlossen ist, um die Phasenlage der Spannungshalbzyklen der Wechselstromkomponente, die dem Gleichrichterkreis überlagert wird, zu steuern.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das einzelne Phaseneteuerungselement mit dem Eingang des Gleichrichterkreises verbunden ist.

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3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das einzelne Phasensteuerungselement mit einem Gleichrichter des Gleichrichterkreises entgegen der Durchlaßrichtung angeschlossen ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das einzelne Phasensteuerungselement ein Thyristor ist.

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