DE1935519A1

DE1935519A1 - Anordnung zur Erregung von Synchronmaschinen ueber eine Thyristoren enthaltende Gleichrichteranordnung

Info

Publication number: DE1935519A1
Application number: DE19691935519
Authority: DE
Inventors: Nagae Dipl-Ing Masaomi; Inoue Dipl-Ing Rakehito; Yololawa Dipl-Ing Sumio
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1968-07-12
Filing date: 1969-07-12
Publication date: 1970-03-26
Also published as: GB1282455A; US3605006A; DE1935519B2

Description

Anordnung zur Erregung von Synchronmaschinen Über eine Thyristoren enthaltende Gleichrichteranordnung

Die Erfindung "bezieht sich auf eine Anordnung zur Erregung von Synchronmaschinen, insbesondere von Doppelschlußmaschinen, die abhängig von der vektorischen Summe aus einer der Klemmen-•spannung der Maschine entsprechenden Spannung und einer von dem Laststrom abhängigen Spannung erregt werden. Zur Erregung wird diese Summenspannung der Wechselstromseite- eines-Thyristoren enthaltenden und gleichstromseitig an die Erregerwicklung angeschlossenen Gleichrichters gegeben.

Bei Erregung von Doppelschlußmaschinen wird im allgemeinen der der Klemmenspannung der Maschine entsprechende Erregungsanteil und der dem Laststrom der Maschine entsprechende Erregungsanteil über eine an die Klemmen angeschlossene Drosselspule bzw. einen Streustromwandler, einen Stromwandler mit Luftspalt oder eine Kombination eines üblichen Y/andlers und einer Drosselspule (Spannungsadditionserregung) entnommen. Die entnommenen Anteile werden vektorisch überlagert und auf die Wechselstromseite des Gleichrichters gegeben. Zur Speisung der Feldwicklung der Maschine mit einem gewünschten Feldstrom wurde bisher eine Induktivität des der Feldwicklung parallelgeschalteten Eebenschlußkreises oder eine Induktivität des in Reihe mit der Feldwicklung geschalteten Gliedes verändert.

Als Induktivität konnten bisher eine Sättigungsdrossel, ein magnetischer Verstärker, ein Leistungstransistor, ein Thyristor

009813/0210

-2-

usw. dienen. Für die erstgenannten drei Glieder findet üblicherweise eine analoge Gleichstromgröße unmittelbar oder versxärkt zur Regelung Verwendung, wobei die Phase der zusammengesetzten Spannung bzw. des zusammengesetzten Stromes unbeachtet bleiben konnte. Die Hegelanordnung ist dabei einfach, besitzt aber Trägheit. Pur die Thyristorrregelung muß dem Thyristor ein der Phase der gesteuerten Spannung oder des gesteuerten Stromes- entsprechender Zündimpuls zugeführt v/erden. Hierzu muß für jede Phase ein Zeitpunkt, in dem der Zündwinkel Null wird, erkannt werden.

Um die Phase des zu steuernden Stromes bzw. der Spannung zu erfassen, kann diese Größe dem entsprechenden Synchronsignalgenerator zugeführt werden. Da aber diese elektrische Größe über einen Gleichrichter oder eine Thyristoren enthaltende Gleichrichteranordnung wenigstens vor der Feldwicklung gleichgerichtet wird, so enthält jeder Phasenstrom eineAnzahl von Oberwellen durch die Gleichrichtungswirkung. Der Strom bzw. die Spannung kann deshalb ohne weiteres als Synchronsignal nicht dienen. Hierzu wurde bisher ein entsprechender Filter, z.3. Kondensator vorgesehen, der diesen Strom bzw. diese Spannung in die Sinuswelle korrigieren kann. Diese Anordnung ist aber wegen der notwendigerweise großen Kapazität des Kondensators aufv/endig.

Aus diesen Gründen hat man die Verwendung von Thyristoren zur Regelung des zusammengesetzten Stromes oder der Spannung für unpraktisch gehalten. Kan könnte auch zur Regelung der Maschine nur die der Klemmenspannung der Maschine entsprechende Spannung über eine Thyristoren enthaltende Gleichrichteranordnung gleichrichten und steuern. Man könnte ferner noch parallel, dazu einen Stromkreis vorsehen, in dem ein von dem Stromwandler abgenommener, von dein Laststrom abhängiger Strom über einen Gleichrichter gleichgerichtet wird. Im ersten Falle müssen die Thyristoren, um ein schnelles Ansprechen zu erreichen, stets mit größerem Zündwinkel betrieben werden, so daß der Feldstrom einen

BAD ORIGINAL

009813/0210 "³

relativ großen Pulsstrom enthält. Zur Glättung nuß dann im · Feldkreis ein Filter vorgesehen werden, der die Ansprechgeschwindigkeit der Erregungsanordnung ungünstig beeinflußt. In zweiten Falle spielt bei Laständerung der lastabhängige Strom eine Hauptrolle, wobei die Thyristoren durch die hohe auftretende Spannung ungünstig beeinflußt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Anordnung zur Erregung von Synchronmaschinen, wobei eine der Klemmenspannung der Maschine entsprechende Spannung und eine dem Laststrom der Maschine entsprechende Spannung vektorisch zusammengesetzt und die so gebildete zusammengesetzte Spannung auf die Wechselstromseite der Gleichrichteranordnung gegeben wird, diese Spannung in einfacher Weise gleichzurichten und zu regeln und dadurch eine Spannungs-, Blindleistungs- oder Leistungsfaktorregelung zu ermöglichen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß als Steuerstromquelle für das Steuergerät der Thyristoren eine in der Phase mit der zusammengesetzten Spannung übereinstimmende Spannung dient.

Zur Gewinnung der der Klemmenspannung der Kaschine entsprechenden Spannung kann ein Transformator oder ein Ließwandler vex·- wendet werden. Die dem Laststrom entsprechende Spannung kann von einem Stromwandler mit Luftspalt, einem Streustromwandler oder einem üblichen Stromwandler mit einer Drosselspule abgenommen werden, wobei in der Sekundärwicklung des Stromwandler ein dem Laststrom entsprechender und demgegenüber um 90 voreilender Strom erzeugt wird.' Es ist vorteilhaft, wenn der Zündimpuls für die Thyristoren, der in der Phase mix der zusammengesetzten Spannung übereinstimmt, gesondert von der Erregungsspannungsquelle unmittelbar vom IFetz abgeleitet wird- Hierzu werden ein weiterer Meßwandler und ein weiterer Strom-Spannungsumformer vorgesehen. Die Thyristoren enthaltende Gleichrichteranoränung

009813/0210

BAD ORIGINAL

kann eine Brücke aus sechs Thyristoren oder aus drei Thyristoren und drei Dioden sein. Die erfindungsgemäße Erregeranordnung"kann nickt nur "bei Synchronmaschinen mit Feldwicklung, sondern auch ' auf Maschinen, die über eine Erregermaschine erregt werden, angewendet werden.

■ Im folgenden wird die Erfindung anhand der in der Zeichnung dargestellten Beispiele näher erläutert. Pig. 1 zeigt eine grundsätzliche Schaltungsanordnung der Erfindung. Die Synchronmaschine 1 mit einer Feldwicklung 1a wird über einen Gleichrichter 2, der aus drei Dioden 2a, drei* Thyristoren 2b und einer Kommutierungsäiode 2c besteht, mit dem gleichgerichteten und gesteuerten Feldstrom If erregt. Jedem Thyristor 2b wird, durch ein Steuer- < gerät 5 eine Reihe von Steuerimpulsen, die in der Phase einander um 120° verschieden und phasengesteuert sind, zugeführt. Dem Steuergerät 3 ist ein Spannungsregler 4 vorgeschaltet,: an dessen Eingang eine dem Vergleichsgerät 5 abgenommene Spannungsabweichung &Y eingeleitet wird, während am Ausgang des Spannungsreglers eine verstärkte Regelabweichung Δν abgenommen wird.

Die Klemmenspannung der Maschine 1 wird von einem Spannungswandler 6 erfaßt, und ein Stromwandler 7 dient zur Kompensierung der eingestellten Spannung durch Blindstrom. Zur Regelung der Erregeranordnung, d.h. zur Zuführung der gewünschten zusammengesetzten Spannung auf die Wechselstromseite des Gleichrichters, sind ein transformator 8- und ein Strom-Spannungswandler 9» z.B. ein Stromwandler mit Luftspalt vorgesehen, deren Sekundärwicklungen miteinander in Reihe geschaltet und einem Punkt A zugeführt sind. Anstatt des Stromwandlers mit Luftspalt oder des Streustromwandlers kann, wie in Fig. 1b dargestellt, die Konw bination eines üblichen Stromwandlers 19 mit der Sekundärwicklung^parallelge&chalteter Drossel 19a verwendet werden. Die Synchronmaschine 1 ist an das Netz B angeschlossen. In der hier dargestellten Anordnung wird die Steuereinrichtung 3 mit dem

009813/0210 ~⁵~

Spannungsregler 4 über die Leitungen 3a bzw. 4a mit der zusammengesetzten Spannung gespeist, wodurch auch bei einem Kurzschluß im Netz B sichergestellt wird, daß eine Steuerspannung . für die Steuereinrichtung 3 und den Spannungsregler 4 vorhanden ist. Hierfür kann auch ein Permanentmagnetgenerator, -der unmittelbar mit der Maschine 1 gekuppelt ist, angev/endet werden.

In F,ig. 2 ist mit Vt eine Spannung, die der dem Wandler 8 entnommenen Klemmenspannung der Maschine. 1 entspricht, bezeichnet. Der Laststromvektor I ist gegenüber der Spannung um den Winkele^ verspätet. Die vom Wandler 9 abgenommene und der Größe des Läststromes I entsprechende Spannung VcT eilt gegenüber dem " Laststrom I um 90 vor. Eine vektorische Spannungssumme ist hierbei mit Vg bezeichnet. Wird diese Spannung an die Wechselstromseite des Gleichrichters 2 angelegt, fließt in der Feldwicklung la ein Strom Ι~, der vom Zündwinkel der Thyristoren 2b und der Impedanz der Feldwicklung'Ta abhängig ist. Da der absolute Wert der zusammengesetzten Spannung Vg einem für den je-.weiligen Lastzustand' erforderlichen Feldstrom annähernd pro-.' portional ist, ist der Steuerwinkel der Thyristoren 2b normal annähernd konstant. Es ist aber vorteilhaft, wenn der Zündwinkel so eingestellt wird, daß auch bei Laständerung die Maschine schnell geregelt werden kann.

Fig. 3 zeigt eine weitere Ausbildung der Anordnung gemäß der Erfindung. Um den Thyristoren 2b Zündimpulse zu geben, die in_ der Phasenlage um 120° gegeneinander versetzt sind und der jeweiligen Regelabweichung entsprechen, sind hier ein weiterer Meßwandler 10, von dem eine der Klemmenspannung der Maschine 1 entsprechende Spannung abgenommen wird, und ein weiterer Strom-Spannung sumfοrmer 11, z.B. ein Stromwandler mit Luftspalt, zur Gewinnung der dem Laststrom entsprechenden Spannung vorgesehen. Gleiche Teile sind mit den gleichen Zeichen wie in Fig. 1 ver-. sehen. . ·

-6-

009813/0210 .

Die Erfindung wurde anhand der Spannungsregelung einer Synchronmaschine "beschrieben, sie kann aber auch zur Regelung der Blindleistung oder des Leistungsfaktors angewendet werden. Sie· kann : ferner nicht nur in Maschinen mit unmittelbarer Speisung der' * Feldwicklung, sondern auch für Maschinen mit vorgeschalteter " Erregermaschine verwendet werden. ■ ?***·-.--

Pig. 4 zeigt eine solche Schaltung. Die Feldwicklungla der Maschine 1 ist an die Gleichstromseite eines Gleichrichters 22 aus sechs Dioden angeschlossen. Auf der Wechselstrosseite des Gleichrichters liegt eine Erregermaschine 21 mit einer PeId- w wicklung 21a, die in gleicher Y/eise wie in S¹Ig. 3 über eine halbgesteuerte Brücke 2 erregt wird. Der Gleichrichter 22 kann eine umlaufende Anordnung sein. Dann entfällt zur Speisung der Maschine ein Schleifring oder eine Bürste. Die übrige Schaltung entspricht derjenigen in Fig. 3. - '

5 Patentansprüche
4 Figuren

009813/0210

-7-

Claims

1935biy -7- PLA 69/8249

Patentansprüche

Anordnung zur Erregung von Synchronmaschinen über eine Thyristoren enthaltende Gleichrichteranordnung, wobei eine der Klemmenspannung der Maschine entsprechende Spannung unä eine dem Laststrom der Maschine entsprechende Spannung vektorisch zusammengesetzt und die so gebildete zusammengesetzte Spannung auf die Wechselstroaseite der GJL ei ohr leiteranordnung gegeben wird, dadurch .gekennzeichnet, daß als Steuerstromquelle für das Steuergerät (3) der Thyristoren (2b) eine in der Phase mit der zusammengesetzten Spannung übereinstimmende Spannung (Spannung von 6, 7, 10, 11, 5) dient.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch.gekennzeichnet, daß als Steuerstromquelle für das Steuergerät (3) eine gesondert entnommene, aus einer der Klemmenspannung der Maschine entsprechenden Spannung (Spannung aus 6) und einer dem Laststrom entsprechenden Spannung (Spannung aus 7) zusammengesetzte Spannung vorgesehen wird.

3· Anordnung nach'Anspruch 1 und 2_S dadurch gekennzeichnet* ä&ß die der Klemmenspannung entsprechende Spannung über einen Transformator (6) entnommen wird.

4. Anordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet» daß . die dem Laststrom entsprechende Spannung über einen Stromwandler (7) mit Luftspalt, einen Streustromwandler oder einen Stromwandler mit einer Drosselspule entnommen wird.

5. Anwendung der Anordnung nach Anspruch 1 und 2 für Synchronmaschinen mit Erregermaschine.

009813/0210

L e e r s e i t e