DE2326474A1

DE2326474A1 - Felderregerschaltung fuer dynamoelektrische maschine

Info

Publication number: DE2326474A1
Application number: DE2326474A
Authority: DE
Inventors: Henry William Kudlacik
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1972-05-30
Filing date: 1973-05-24
Publication date: 1973-12-13
Also published as: JPS4950422A; CH563080A5; US3758842A; JPS555360B2

Description

Felder-reger schaltung für dynamoelektrische Maschine

Die Erfindung bezieht sich auf dynamoelektrische Steuerschaltungen und insbesondere auf Erregersysteme für dynamoelektrische Maschinen mit einer statischen Einspeisung der Erregerleistung.

Statische Erregersysteme für dynamoelektrische Maschine erforderten typischerweise Erregerschaltungen, die die gesamte Ausgangsleistung eines Transformators regeln» Dies führt gewöhnlich zu hohe Nennströme aufweisenden steuerbaren Silizium-

gleichrichter!!, die dem Ausgang eines Err egungs trans format ors parallel geschaltet oder mit der Sekundärwicklung des, Erregungstransformators in Reihe geschaltet sind. Typisch für solche bekannten Steuersehaltungen sind die US-PS 3 388 315, die die HaIbschwingungssteuerung der gesamten Ausgangsgröße eines zwei Wicklungen aufweisenden Transformators durch Reihenschaltung eines steuerbaren Siliziumgleichrichters mit der Sekundärwicklung des Transformators beschreibt, und .die US-PS 3 369 171, die die HaIbschwingungssteuerung der gesamten Ausgangsgröße eines Transformators beschreibt, indem entweder die steuerbaren Siliziumgleichrichter über den Ausgang des Transformators geschaltet oder die steuerbaren Siliziumgleichricht.er. über Teilen einer Gleichrichterbrücke angeordnet werden, die ihrerseits mit dem Ausgang des Transformators verbunden ist.

Die von Natur aus auftretenden Nachteile bei einer Erregerschaltung, die die gesamte Ausgangsgröße eines Transformators regelt, wobei Hochleistungsvorrichtungen verwendet werden, sind durch die vorliegende Erfindung im wesentlichen eliminiert worden, indem eine Erregungssteuerschaltung geschaffen wird, die eine VoIlschwingungssteuerung der Größe der Reaktanz in Reihe mit einer Wicklung eines drei Wicklungen aufweisenden Erregertransformators ergibt.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, eine verbesserte Erregerschaltung während normaler Betriebszustände zu schaffen.

Eine weitere Aufgabe besteht in der Schaffung einer Erregerschaltung, die die Größe des Stromes in einer Wicklung des Erregertransformators herabsetzt.

Weiterhin ist es Aufgabe dieser Erfindung, eine variable Reaktanz in Reihe mit einer Wicklung eines Erregertransformators zu schaffen und dabei Schaltvorrichtungen mit relativ niedrigem Mennstrom zu verwenden. -

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Diese Aufgaben werden, kurz gesagt, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Felderregerschaltung in der Form einer variablen Reaktanz geschaffen wird, die mit jeder Phase von einer der Wicklungen des Erregertransformators in Reihe geschaltet ist. Die variable Reaktanz umfaßt eine Drossel, die mit jeder Phase der einen Wicklung des Erregertransformator und steuerbaren Siliziumgleichrichtern in Reihe geschaltet ist^ die anti-parallel über jede Drossel geschaltet sind.

Die Erfindung wird nun mit weiteren Merkmalen und Vorteilen anhand der folgenden Beschreibung und der Zeichnung eines Ausführungsbeispieles der Erfindung näher erläutert.

Die Zeichnung ist eine vereinfachte schematische" Darstellung öer verbesserten"Gleichstrom-Felderregerschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung, die in Verbindung mit einer dynamoelektrischen Maschine verwendet wird.

In dem folgenden Ausführungsbeispiel ist eine dreiphasige Schaltung gezeigt. Es wird jedoch darauf hingewiesen, daß die Erfindung auch auf einphasige oder andere mehrphasige Schaltungen anwendbar ist. Weiterhin wird bezüglich einer einphasigen Wicklung darauf hingewiesen, daß diese 'auf die anderen Phasenwicklungen anwendbar ist, die in bezug auf die bezeichnete Wicklung phasenverschoben sein können. '

In der Zeichnung ist eine dynamoelektrische Maschine schematise!} dargestellt, die einen elektromagnetischen Stator 11 und einen Rotor 12 aufweist. Auf dem Rotor 12 ist eine rotierende Feldwicklung 13 angeordnet; Die Feldwicklung 13 ist mit dem Gleichstromausgang eines zu einer dreiphasigen Brücke geschalteten Gleichrichtersatzes 15 über eine bekannte Schleifring- und Bürstenanordnung verbunden.

In den Nuten im elektromagnetischen Statorkern 11 ist in üblicher 'Weise eine mehrphasige Haupt ankerwicklung l6 angeordnet_s die die dreiphasigen Wicklungen'l6a, l6b und l6c umfaßt, die hier als Bei-

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spiel verwendet werden. Jede Phasenwicklung, wie beispielsweise die Wicklung l6a, kann tatsächlich parallel geschaltete Wicklungen aufweisen, auch wenn sie hier einfach als eine einzige Wicklung mit einem Anschlußleiter 17a und einem.neutralen oder Mittelleiter l8a gezeigt ist.

Der neutrale Leiter l8a ist mit der eine einzige Windung darstellenden ersten Wicklung 21a eines Erregertransformators 20 verbunden, der durch ein gestricheltes Kästchen schernatisch dargestellt ist. Obwohl der neutrale Leiter l8a einfach einen Durchgang durch einen lameliierten Kern des Erregertransformators 20 macht, um eine Wicklung mit einer Windung zu bilden, ist diese Wicklung symbolisch als mehrphasige erste Wicklung 21 dargestellt. Nachdem die erste Wicklung 21a und ihr Gegenstück für jede der anderen Phasen durch den Kern des Erregertransformators 20 gelaufen ist₃ werden die Leiter 19a, 19b und 19c an einem gemeinsamen neutralen Verbindungspunkt 30 miteinander verbunden, der in bekannter Weise mit einer Erdungs- und Schutzrelaiseinrichtung 22 des Generators verbunden ist.

Der Erregertransformator 20 ist mit einer zweiten mehrphasigen Wicklung 2 3 versehen, von der eine Wicklung 23a als Beispiel für alle ähnlichen Wicklungen dargestellt ist, der Strom durch eine zusätzliche Wicklung·in der Form einer mehrphasigen Zusatzwicklung 24 in dem Statorkern 11 zugeführt wird, wobei die Wicklung 24a wiederum als Beispiel für alle ähnlichen Wicklungen dargestellt ist. Jeder Phasenleiter der zusätzlichen Erregungswicklung 24, wie beispielsweise die Wicklung 24a, ist in der richtigen Nut angeordnet, um die gewünschte Phasenrelation in bezug auf eine Phasenwicklung zu ergeben, wie beispielsweise in bezug auf die Wicklung l6a der Hauptankerwicklung 16.

Jede Phase der mehrphasigen Zusatzwicklung 24, wie beispielsweise der Wicklung 24a, ist an ihrem Ausgang mit einer entsprechenden Wicklung verbunden, wie beispielsweise der Wicklung 23a der zweiten mehrphasigen Wicklung 23· Die zweite mehrphasige Wicklung 23 ist ihrerseits mit einer Drossel 25a in Reihe liegend mit einem

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- 5 geerdeten, neutralen oder gemeinsamen Anschluß 26 verbunden. .

Eine Vorrichtung zum Steuern der Größe des Stromes durch die Drossel 25a wird durch Thyristoren oder anti-parallel geschaltete steuerbare Siliziumgleichrichter 27a und 28a gebildet, die der Drossel 25a parallel geschaltet sind.

Jede Phase der ersten Wicklung 21 und der zweiten Wicklung 23 ist wirkungsmäßig auf einem gemeinsamen Kern in dem Erregertransformator 20 angeordnet, um so in einer entsprechenden Phasenwicklung einer im Dreieck geschalteten mehrphasigen dritten Wicklung 29 eine Spannung .zu erzeugen. Das bedeutet, daß jede entsprechende Phase der ersten Wicklung 21, zweiten Wicklung 23 und dritten Wicklung 29 im Erregertransformator 20 in bekannter Weise magnetisch miteinander gekoppelt sind. 'Die Ausgangs leiter von der dritten Wicklung 29 sind als dreiphasiger Eingang mit dem Gleichrichtersatz 15 verbunden, dessen Ausgang der Feldwicklung 13 Strom zuführt.

Diese Art eines Erregersystems ist mit Ausnahme der Thyristoren, die anti-parallel über die Drosseln 25 geschaltet sind, in der deutschen Offenlegungsschrift P 22 20 918.3 näher beschrieben.

Im Betrieb ist die erste Wicklung 21 des Erregertransformators 20 zwischen der Hauptankerwicklung 16 und Leitern 19 mit der neutralen Verbindung 30 und Erde verbunden.

Die mehrphasige Zusatzwicklung 24 spricht auf den synchronen Fluß oder die virtuelle Spannung an, die durch die rotierende Feldwicklung 13 erzeugt wird. Der Ausgang der Zusatzwicklung 24 ist mit der zweiten Wicklung 23 in Reihe geschaltet, die ihrerseits mit dem Blindwiderstand 25 in Reihe geschaltet ist, um den Schaltkreis zu schließen.

Die erste Wicklung 21 und die zweite Wicklung 23 erzeugen zusammen eine Flußverkettung mit der dritten Wicklung 29. Die dritte Wicklung 29 entwickelt eine Spannung, die im wesentlichen auf den Fluß

anspricht j der durch in der ersten Wicklung 21 und der zweiten Wicklung 23 fließenden Strom entwickelt wird. Die Spannung von der dritten Wicklung 29 wird dem Eingang des Gleichrichtersatzes zugeführt.

Die Funktion des Blindwiderstandes 25, der mit jeder Phase der zweiten Wicklung 23 in Reihe geschaltet ist, besteht in der Stabilisierung des Betriebes des Gesamtsystems über einem extrem weiten Bereich der Generatoranschlußbedingungen, und zwar sowohl bezüglich stationärer als auch transienter Bedingungen, und um einen Hochspannungsschutz für seine dazugehörigen steuerbaren Siliziumgleichrichter 27 und 28 zu bilden. Insbesondere spricht die Kombination aus der Reaktanz 25a und den steuerbaren Silizi.umgleichrichtern 27a und 28a als eine variable Reaktanz an, die mit jeder Phase der zweiten Wicklung 23a in Reihe geschaltet ist, was vom Zündwinkel der steuerbaren Siliziumgleichrichter 27a und 28a abhängt. Eine Veränderung der Reaktanz in Reihe mit der Wicklung 23a bewirkt, daß sich der Stromvektor in der Wicklung 23a ändert,und da bei stationären Bedingungen der Vektor der Amperewindungen in der Wicklung 2 9a gleich der vektoriellen Summe der Amperewindungen in den Wicklungen 21a und 23a .sein muß, wenn der Magnetisierungsstrom vernachlässigt wird, so wird deutlich, daß die Ausgangsgröße der Wicklung 29a gesteuert werden- kann.

Wenn der Blindwiderstand 25 weggelassen wird, sprechen die antiparallel geschalteten steuerbaren Siliziumgleichrichter, wie beispielsweise die Gleichrichter 27a und 28a, als eine variable Reaktanz an j die vom Zündwinkel abhängt, und es kann ein stabiler Betrieb über einem weiten Bereich der Generatorklemmenbedingungen erhalten werden. Jedoch wird die Spitzenspannung über den steuerbaren Siliziumgleichrichtern hoch.

Eine bekannte Triggerschaltung steuert zusammen mit den steuerbaren Siliziumgleichrichtern, sei es einzeln oder in entgegengesetzt orientierten Paaren, die Höhe des Stromes durch ihre zugehörigen Reaktanzen in Abhängigkeit von einer nicht gezeigten Steuerung. Die Steuerung ist charakteristisch für den Betriebszustand der

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zugehörigen dynamoelektrischen Maschine und synchronisiert im allgemeinen den Zündwinkel der Steuermittel 27 und 28 mit vorgegebenen Charakteristiken der Ausgangsgröße der dynamoelektrischen Maschine.

Zusätzlich zu dem Vermögen, die Ausgangsleistung der Wicklung 29 während stationärer Bedingungen auf die für-den Generator erforderliche Leistung zu steuern, vermag diese. Steuerschaltung während abnormer Klemmenbedinguhgen eine höhere Peldkraft über dem gesamten Leistungsfaktorbereich, zu erzeugen. Wenn beispielsweise der synchrone Fluß hoch ist und eine große Leistung von der Wicklung2ⁱi verfügbar ist, wie es beispielsweise der Fall ist, wenn der Generator in dem übererregten Bereich oder bei einem nacheilenden Leistungsfaktor arbeitet, würde eine kleine Reaktanz einen großen Leistungsübergang von der Wicklung 2k auf die Wicklung 29 gestatten.

Wenn als weiteres Beispiel der Generator bei kleinem Synchronfluß, sehr kleiner Klemmenspannung und hohem Klemmenstrom arbeitet, ist von der Wicklung 2k eine sehr kleine oder gar keine Leistung verfügbar,aber von der Wicklung 21 steht eine große Leistung zur Verfügung. In diesem Fall würde eine große Reaktanz einen großen Leistungsübergang von der Wicklung 21 auf die Wicklung 29 gestatten. Deshalb gestattet eine Steuerung der Reaktanzen 25, damit diese als variable Reaktanzen arbeiten, eine maximale Erregung über dem gesamten Bereich vom Leistungsfaktor O₅ übererregt_s bis zum Leistungsfaktor 0, untererregt„

Somit spricht die Ausgangsgröße des Gleichrichtersatzes 15* die der Schleifring- und Bürstenanordnung I^ zugeführt wird, sowohl auf den Generatorstrom als auch die Generatorspannung in einein bekannten Kompoundierungseffekt an_s der derart ausgelegt sein kann, daß eine augenblickliche Erregungskraftwirkung und eine stationäre Selbstregelwirkung erzeugt wird, die die Ansprechzeit des Generators auf ein Minimum herabsetzt und die Steueranforderungen reduziert.

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Claims

Ansprüche

Felderregerschaltung für eine dynamoelektrische Maschine mit einer Feldwicklung,. gekennzeichnet durch einen Transformator (20) mit einer ersten Wicklung (21), einer zweiten Wicklung (23) und einer dritten Wicklung (29), die miteinander gekoppelt sind, wobei die erste Wicklung (21) auf den durch die dynamoelektrische Maschine entwickelten Ankerstrom anspricht, die zweite Wicklung (23) auf den durch die dynamoelektrische Maschine entwickelten synchronen Fluß anspricht und die dritte Wicklung (29) eine Spannung entwickelt, ' die auf die erste und zweite Wicklung anspricht, ferner durch Mittel (15) zum Gleichrichten der Spannung von der dritten Wicklung (29) zur Bildung einer Gleichstrom-Ausgangsgröße, Mittel (1^) zum Verbinden des Gleichstromausganges der Gleichrieht ervorrichtung (15) mit der Feldwicklung (13) und Mittel (25a 27j 28) zur Bildung einer variablen Reaktanz, die mit der zweiten Wicklung (23) in Reihe geschaltet sind, zur Steuerung der Größe des Stromes durch die zweite Wicklung (23).

2. Schaltung nach Anspruch Ij dadurch gekennzeichnet , daß die variable Reaktanz anti-parallel geschaltete steuerbare Siliziumgleichrichter (27_S 28) umfaßt, die einem Blindwiderstand (25) parallel geschaltet sind.

3. Schaltung nach Anspruch l_s dadurch gekennzeichnet , daß die variable Reaktanz anti-parallel geschaltete steuerbare Siliziumgleichrichter umfaßt.

k. Schaltung nach Anspruch 1," dadurch gekennzeichnet , daß die erste, zweite und dritte Wicklung einen Phasensatz einer mehrphasigen Wicklung bilden und mit jeder P.hase der zweiten Wicklung (23) eine Reaktanz in Reihe geschaltet ist.

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5- Schaltung nach Anspruch 4_S dadurch gekennzeichnet , daß der elektromagnetische Statorkern (11) der dynamoelektrischen Maschine eine mehrphasige Hauptankerwicklung (16) mit einem neutralen Leiter (18) und eine mehrphasige Zusatzwicklung (24) mit einem Ausgang aufweist, wobei die erste, zweite und dritte mehrphasige Wicklung (21, 23, 29) miteinander gekoppelt sind und die erste mehrphasige Wicklung (21) auf den Ankerstrom in der mehrphasigen Hauptankerwicklung anspricht _s die zweite mehrphasige Wicklung (23) auf den synchronen Pluß anspricht_s der durch die mehrphasige Zusatzwicklung (24) geliefert wird_s und die dritte mehrphasige Wicklung (29) eine Spannung entwickelt_Ä die im wesentlichen auf die erste und zweite mehrphasige Wicklung anspricht«

6. Schaltung nach Anspruch 5 a dadurch gekennzeichnet ₅ daß die erste mehrphasige Wicklung .(21) die neutralen Leiter (18) der Hauptankerwicklung (16) umfaßt.

7. Schaltung nach Ans_pruch 5j dadu-rch gekennzeichnet _s daß die zweite mehrphasige Wicklung (23) mit dem Ausgang der mehrphasigen Zusatzwicklung (2H) in Reihe* geschaltet ist«.

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