DE1800040A1 - Anordnung fuer die Erregung eines Synchron-Generators - Google Patents

Description

• Anordnung für die Erregung eines Synchrongenerators Die Erfindung eine Anordnung für die Erregung eines Synchrongenerators mit von den Generatorwicklungen gespeisten Gleicurichtaranordhungen.
• Derartige Anordnungen werden benutzt, um insbesondere bei Synchrongeneratoren kleinerer bzw. mittlerer Leistungen gesonderte Erregermaschinen einzusparen und sowonl den Raumbedarf als auch Kosten- und Wartungsaufwand senken zu können.
• Beim Aufbau einer Anordnung zur Erregung eines Synchrongenerators ist dafür Sorge zu tragen, daß diese anordnung in der Lage sein muß, dessen Klemmenspannung unabhängig von Anderungen der belastung und damit der Ankerrückwirkung, der Streuinduktivität, dessen Drenzahl und Temperatur bis zum Erreichen der Nennlast konstant zu halten. Da viele nachgeordnete Netze mit einem selektiv gestaffelten Leistungsschaltersystem ausgestattet sind, muß bei der Auslegung der Anordnung zur Erregung darauf Rücksicht genommen werden: auch im Falie von Klemmenkurzschlüssen muD der Synchrongenerator ein Vielfaches des Nennstromes als Dauerkurzschlußstrom aufbringen, bis der entsprechende Leistungsschalter ausgelöst hat. Soll der Generator parallel zu einem Netz oder anderen Generatoren getrieben werden, so ist eine als Blindstromstatik bezeichnete Charakteristik erforderlich, welche mit steigender Blindleistungsabgabe des Generators fallende Klemmenspannungen zeigt.
• Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, eine Anordnung zur Erregung von Synchrongeneratoren durch den Generatorwicklungen entnommenen strom zu schaffen, die sicn Qilne erheiblichen Aufwand und Raumbedarf erstellen läßt und zuverlässig sowie moglchst wartunssfrei den stellenden Anforderungen, insbesondere den oben aufgeführten, zu genügen vermag. Gelöst wird diese A@fgabe, indem die Klemmenspannungen der Phasen der Generatorwicklung einem Ladekondensator jeweils uber Gleichrichter zugeführt werden und ein im wechselstromgespeisten Indukterkreis angeordneter Thyristor in Abhängigkeit von der am Ladekondensator anstenenden Gleichspannung vorgespannt wird. Hierdurch ist es möglich, bei Anderungen der Klemmenspannungen durch gegenläufige Anderungen des Arbeitssunktes des Thyristor die Ausgangsspannung innerhalb der @ennbelastung praktisch auf konstante Werte einzuregeln. Bewährt hat es sich, den Induktor des Synchrongenerators über den Thyristor sowie einen Gleichrichter durch eine der Phasen des Drenstromgenerators zu speisen.
• Um in Falle starker Belastungen die Regelwirkung zu verstärken und auch im Kurzschlußfa la noch eine Erregun des Induktors bewirken zu können, sind die Phasenleitungen des Drehstromgenerators über Stromtransformatoren geführt, deren Sekundärwicklungen über leichrichteranordnungen den Induktorkreis ggf. zusätzlich speisen. Gewährt es sich, diese zusmitzlicne Speisung parallel zu dem über den Thyristor geregelten Erregerkreis zu bewirken.
• Insbesondere zur schnellen Auferregung bei der Inbetriebnahme hat es sich bewährt, den Thyristor durch einen @unekontakt eines in Abhängigkeit von Phasenspannungen erregten Schaltschützes zu überbrücken.
• Es wurde erkannt, dab die Empfindlichekeit der Spannungsregelung erhöht werden kann, indem die am Ladekondensator anstenende Gleichspannung über eine Ze@nerdiode einem Widerstand zugeführt wird, dessen Spannungsabfall, mittels eines Regelverstärkers verstärkt, den Thyristor vorspannt. Als nschahnenswert wurde gefunden, diesen Widerstand einstellbar auszubilden und den zu verstärkenden Spannungsabfall an einen Teilwiderstand abzugreifen, dessen Fußpunkt mit dem Massepotential verbunden ist.
• Als nachahmenswert wurde gefunden, den Verstärkungsfaktor des Regelverstärkers einstellbar zu halten, um die Neigung der Belastungsxennlinie des Generators bestimmen zu können.
• Im einzelnen ist die Erfindung an Hand der Beschreibung eines Ausführungsbeispieles in Verbindung mit einer diese, darstellenden Zeichnung erläutert, die symbolisch die Wicklungen des Generators in Verbindung mit einem Schaltbild der Erregeranordnung zeigt.
• In der Fig. sind die im Stern geschalteten Phasenticklungen 1 sowie die Induktorwicklung 2 eines Synchrongenerators gezeigt, und die Wicklungsenden sowie der Sternpunktleiter sind mit den für sie gebräuchlichen Buchstaben bezeichnet.
• Die Enden der Phasenwicklungen sind über Primärwicklungen 3 eines Drehstromwandlers 4 mit zum Anschluß der Verbrau-.
• cher vorgesehenen Ausgangsklemmen 5 verbunden. Die im Stern geschalteten Sekundärwicklungen 6 des Drehstromwandlers 4 speisen über eine Drehstrom-Gleichrichterbrücke 7 die zu den Klemmen JK der Induktorwicklung 2 führenden Leitungen 8 und 9, die durch den Schutzwiderstand 10 überbrückt sind.
• Der Schaltkreis eines weiteren, die Induktorvioklung 2 speisenden Erregerkreises führt vom Sternielter 11 über den Thyristor 12 zur Leitung 9 und von der Leitung 8 über die Diode 13 zur Phasenleitung R. Der Thyristor 12 ist durch den Ruhekontakt 14 eines Schaltschützes 15 überbrückt, das ebenfalls von der Phasenleitung.R gespeist und dessen Wicklung zwischen dem Sternleiter 11 und dieser Phasenleitung angeordnet ist.
• Die Steuerung der Zündelektrode 16 des Thyristors 12 wird über einen Regelverstärker 17 bewirkt, dessen Stromversorgung im Halbwellenbetrieb von der Phasenleitung R aus über die Diode 13 bewirkt und mittels des Vorwiderstandes 18 und der Zenerdiode 19 stabilisiert ist Die drei Phasenspannungen werden dem Regelverstärker 17 über die Spannungstransformatoren 20 vorgageben, mittels der Drehstrom-Gleichrichterbrücke 21 gleichgerichtet und zum Aufbau eindr Gleichspannung am Ladekondensator 22 benutzt. Diese Gleispannung ensspricht, solange die Spaniingszuführung mit geringerem Widerstand als die Stromentnahme erfolgt, im wesentlichen der jeweils höchsten aer drei Phasenspannungen. fler Lauekondensator 22 ist durch einen Stromkreis belastet, der vom spannungsführenden ol des Kondensators über die Zenerdiode 23, den Vorwiderstand 24, den Hegelwiderstand 25 und den Widerstand 26 zur bcisis führt, die das Potential des Stern leiters 11 führt, Die am Widerstand 26 anstehende Spannung wird der basis der Transistor-Verstärkerstufe 27 zugeführt und beaufschlagt nach ntspreai ender Verstärkung in aen angeschlossenen Stufen bie Zünaelektrode 16. Basis und Wollektor des Transistors der Verstärkerstufe 27 sind durch einen weiteren Regelwiderstand 28 mit einstellbarem Widerstand überbrückbar.
• Wird bei der Inbetriebstezung des f;enerators dieser auf seine Nechndrenzahl gebracht, so wird in den Phasenwicklungen 1 durch den remanenten magnetismus des Induktors eine Remanenspannung Dr induziert, die etwa 1 bis 2% der Nennspannung Un entspricht. Diese Spannung reicht nicht aus, das Schaltschütz 15 zu erregen, so daß dessen Ruhesontakt 14 den Thyristor 12 kurzschließt und damit den Widerstand des Erregerstromkreises herabsetzt. Die Remanenzspannung Ur bewirkt, mittels der Diode 13 gleichgerichtet, einen Gleichstromfluß durch die Induktorwicklung 2, deren verstärkter Magnetismus wiederum die Phasenspannungen erhöht, so daß die Maschine auferregt wird. Wird nierbei die Ansprechspannung des Schaltschütz 15 überschritten, so öffnet der Ruhenkontakt 14, so daß nuhmer der durch den Regelverstärker 17 gesteuerte Thyristor 12 im Errege@stromkreis wirksam wird. Die Erregung wächst, bis im Bereich der Nennspannung die Steuerung des Thyristors einsetzt und den Erregungsstrom begrenzt.
• Erreicht wird die Spannungsregelung, indem die drei Phasenspannungen über die Gleichstrom-Gleichrichterbrücke 21, wie bereits ausgeführt, am Ladekondensator 22 eine Gleichspannung aufbauen, die im wesentlichen der jeweils höchsten der Phasen spannungen proportional ist. er üueü die Zenerdiode gj entnommene Strom ist bereits um einen praktisch fosten, deren Spannungsregelwert entsprechenden Betrag nerabgesetzt, so daß am Vorwiderstand 24. dem Regelwiderstand 25 sowie dem Widerstand 26 nur die verbleibende Restspannung anliegt.
• Durch Verstellen des Regelwiderstandes 25 werden der in diesem Strokreis fließende Entladestrom und damit der Arbeitspunkt des Regelverstärkers sowie die einzuregelnde span nung bestimmt. Durch die gewählte Einstellung des Regelwider standes 28 wird der Verstärkungsfaktor des Regelverstärkers 17 beeinflußt, so daß innerhalb des Bereiches der Nennbelastund im Einzelbetrieb eine praktisch horizontale Belastungsskennlinie des Generators erzielbar ist, während für den Parallel betrieb zu einem Netz oder weiteren Maschinen die Belastungskennlinie der gewünschten Leistungsverteilung entsprecnend geneigt werden kann.
• Verbessert werden die Regeleigenschaften bereits im Bereich normaler Belastungen durch die zusätzlich aber den Drenstromwandler 4 übertragene Erregerleistung. Im Bereich niedriger Auslastung des Drenstromgenerators sind die die Primärwicklungen 3 durchfließenden Ströme entsprechend niedrig, so daß auch die in den Sekundärwicklungen 6 induzierten Spannungen niedriger bleiben als das zwiscnen den Leitungen 8 und 9 herrschende potential, so daß die Drehstrom-Gleichrichterbrücke 7 den Stromfluß sperrt. kit steigender Belastung wächst auch die in den Sekundärwicklunten 6 induzierte Spannung, die nunmehr einen Stromfluß über die Drehstrom-Gleichrichterbrücke 7 zu bewirken und damit sich der aufbringung der Erregerleistung zu beteiligen vermag. Bei stärkerer, insbesondere bei Lennbelastung tritt der anteil, welchen der die Generatorspannung einregelnde Thyristor 12 zum Gesamterregerstrom beiträgt, stark hinter dem zurück, den.der Drenstromwandler 4 bewirkt; im Ausführungsbeispiel nat der Thyristor 12 zum Gesamterregerstrom je nach Belastungsart nur mit 5 bis 28% beizutragen.
• Bei über die ilennlast ninaus gesteigerte Belastung beginnt die Klemmenspannung abzusinken. Der Thyristorstromkreis vermag zur Erregung nicht mehr weseiitlich beizutragen und fällt völig aus, wenn im Kurzschluß die Klemmenspannung auf den Wert 0 absinkt. Die nunmehr dem Induktor zugeführte Erregerleistung wird allein durch den Drenstromwandler 4 aufgebracht una ist derart begrenzt, aaL bei klemmenkurzschluß bspw. der 2,5 bis 3,5-facne Nennstrom fließt.
• Dieser kann über eine solche Zeit, bspw. eine minute aufrechterhalten werden, daß selektiv gestaffelte Leistungsschalter anzusprechen und die vom kurzschluß betroffenen Leitun steile abzuschalten vermögen.
• Bei Belastunb aes Generators mit inawtivem Blincstrom wird der den Thyristor 12 aufweisende Speisekreis am stärksten beansprucht und bei Nennstrom im Ausführungsbeispiel über ein Viertel der Erregerleistung aufzubringen.
• Diesem stärksten Belastungsfall ist die maximale statische Kreisverstärkung des Regelkreises und damit der Versatz kungsfaktor des Regelverstärkers 17 anzupassen. Durch Verstellen des Regelwiderstandes 28 kann der Verstärkungsfaktor herabgesetzt werden, so daß insbesondere bei Blindstromabgabe sich ein vorgegebenes Abfallen der Belastungskennlinie des Generators einstellen läßt. Beim Einzelbetrieb kann auf einen solchen Regelwiderstand 28 verzichtet werden.
• Ebenso ist es möglich, den Regelwiderstand 25 fortzulassen und durch eine Schaltbrücke oder einen Festwiderstand zu ersetzen, so daß der einzuregelnde Spannungswert fest vorgegeben ist und ein besonderer Sollwert-Regelwiderstand 25 nicht bedient zu werden braucht.
• Im Ausführungsbeispiel ist durch die auslegung des Regelverstärkers 17 und seine Speisung mit Halbsellenstrom erreicht, daß die Vorspannung des Thyristors 12 keine in ihrem Betrage geregelte GleiQhspannungs-Vorslçnnung ist, sondern durch in ihrer Lage zur speisenden Phase R geregelte Impulse bewirkt wird, so daß durch spontanen Einsatz des Stromflusses eine verlust@@@stungsarme, wirkungsvolle Regelung erreicht ist.
• Die erfindungsgemß aufgebaute Anordnung weist einen nur geringen Raumbedarf auf und gestattet eine weitgehende 21-passung des jeweils aufzubringenden Erregerstromes an die Belastungsverhältnisse des Generators. Da im wesentlichen Transformatoren und halbleiterbausteine verwendet werden, sind Raumbedarf, Wartung und Anordnung nicht kritisch, so da£.auch die Unterbringung den jeweiligen Raumverhältnissen entsprechend vorgenommen werden kann.

Claims (8)

Patentansprüche

1. Anordnung ür die erregung eines Synchrongenerators mit von den Generatorwicklungen gespeisten Gleichrichteranordnungen, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmenspannungen der Phasenwicklungen (1) einem Ladekondensator (22) jeweils über Gleichrichter zugeführt werden, und damit in Abhängigkeit von der gewonnenen Gleichsparmung ein im durch Weckselstrom gespeisten Kreis der Induktorwicklung (2) angeordneter Thyristor (12) vorgespannt,ist.

2. Anordnung nach anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktorwicklung (2) über den Thyristor (12) und einen Gleichrichter (Diode 13) durch eine der Phasenwicklungen (1) des Drehstromgenerators gespeist ist.

3. Anordnung nach Anspräch 1 und 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Phasenleitungen des Drenstromgenerators über einen Drehstromwandler (4) geführt sind, dessen Sekundärwicklungen (6) über Gleichrichteranordnungen (Drenstrom-Gleichrichterbrücke 7) den Stromkreis (Leitungen 8,9) der Induktorwicklung (2) speisen.

4. Anordnung nach Ansprüchen 1 bis 3, d a d u r c h g e K e n n z e i c h n e t daß der mittels des Thyristors (12) geregelte Speisekreis und der vom Drehstromwandler (4) beautschlagte Speisekreis einander parallelgeschaltet auf die Induktorwicklung (2) wirken.

5. Anordnung nach Ansprüchen 1 bis 4, d a d u r c ii g e K e n n rj e i c n n n n e t , daß der thyristor (12) durch deii Ruhekontakt (14) eines in Abhängigkeit von Phasenspannungen erregten Schaltschützes (15) überbrückt ist.

6. Anordnung nacn ansprüchen 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die am Ledekondensator (22) anstehende Gleichspannung über eine Zenerdiode (23) einem Widerstand (26 zugeführt wird, dessen Spannungsabfall nach Verstärkung (Transistor -Verstärkerstufe 27) den Thyristor (12) vorspannt.

7. Anordnung nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Winde stand einstellbar ausgebildet ist (Regelwiderstand 25) und der verstärkte Spannungsabfall an einem mit dem Massepotential verbundenen Teilwiderstand (Widerstand 26) abgegriffen wird.

8. Anordnung nach Ansprüchen 1 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t dau der Verstärkungsfaktor des Hegelverstärsers (17) einstellbar ist.

L e e r s e i t e