DE2937648A1

DE2937648A1 - Power supply has IC engine driving generator - reduces voltage when frequency limit is not attained

Info

Publication number: DE2937648A1
Application number: DE19792937648
Authority: DE
Inventors: Ing.(grad.) Günter 6110 Dieburg Weida
Original assignee: KAICK AVK GENERATOREN
Current assignee: KAICK AVK GENERATOREN
Priority date: 1979-09-18
Filing date: 1979-09-18
Publication date: 1981-04-02

Abstract

The power supply has the power of its i.c. engine determined by the output power from the self-excited sync. generator driven by the engine. When the tolerance frequency is not attained, the generator's voltage is reduced in proportion to the frequency drop to a value lying below the rated voltage. The generator's voltage lies in the ratio 1:1 to 2:1 (w.r.t. the magnitude of the frequency drop) below the rated voltage. The frequency of the generator's voltage is measured.

Description

StromaggregatGenerator set

Die Erfindung betrifft ein Stromaggregat aus einem selbsterregten auf eine vorgegebene Klemmenspannung geregelten Synchrongenerator sowie einer den Generator antreibenden Verbrennungsmaschine, deren Leistung in Abhängigkeit von der am Generator abgenommenen elektrischen Leistung geregelt wird. Stromaggregate, beispielsweise Notstromaggregate werden funktionsbedingt derart ausgelegt, daß sie bei Einhaltung einer Frequenztoleranz von # 3% der Nennfrequenz von Leerlaufbetrieb bis Nennlastbetrieb eine konstante Klemmenspannung abgeben, wobei neben diesen Einflüssen der im Aggregatebetrieb üblichen Drehzahltoleranz der Antriebsmaschine, beispielsweise eines Dieselmotors, auch die Widerstandsänderungen infolge von Temperaturänderung in den Wicklungen nach Abklingen dynamischer Vorgänger ausgeregelt werden.The invention relates to a generator set from a self-excited synchronous generator regulated to a predetermined terminal voltage and one of the Generator driving internal combustion engine, the performance of which depends on the electrical power taken from the generator is regulated. Generator sets, For example, emergency power generators are functionally designed in such a way that they if a frequency tolerance of # 3% of the nominal frequency of no-load operation is observed Output a constant terminal voltage up to nominal load operation, whereby in addition to these influences the usual speed tolerance of the drive machine in unit operation, for example of a diesel engine, also the changes in resistance due to temperature changes can be corrected in the windings after dynamic predecessors have decayed.

Bei den bekannten Aggregaten treten erhebliche Schwierigkeiten nach Zuschaltung insbesondere eines im Verhältnis zur Aggregate-Nennleistung relativ großen Verbrauchers auf, von allem in der Anfahrphase nach Zuschaltung eines Asynchronnlotors ittit einer - im Extremfall - der Generatornennleistung entsprechenden Nennleistung. In einem solchen Falle ergibt sich Direkt-Einschaltung des Asynchronmotors ein dem 6-fachen des Nennstromes entsprechenden Einschaltstrom und entsprechend ein bis zum 6-fachen der Nennleistung betragender Scheinleistungsstoß, der einen dynamischen Spannungseinbruch verursacht. Dei Spannungseinbruch wird zwar durch die dem erhöhten Stromfluß entsprechenden Erhohung der Generatorerregung sehr schnell - innerhalb einer etwa 0,3 s währenden Zeit - wieder auf die Klemmenspannung ausgeregelt, infolge des nunmehr der Verbrennungsmaschine abverlangten erhöhten Drehmomente; tritt jedoch eilt Abfall der Motordrehzahl urtd entsprechend der Frequenz ein, dessen Größe vom Wirkleistungsanteil des Belastungsstoßes, von der Größe der Trägheitsmomente der rotierenden Massen und von der Zeit abhängig ist, die die Antriebsmaschine benötigt, bis die geforderte Leistung abgegeben wird. Diese Zeit kann bei Einsatz herkömmlicher Dieselmaschinen mehrere Sekunden betragen, sie verlängert sich bei dem in neuerer Zeit in stärkerem Umfang eingesetzten hochaufgeladenen Dieselmaschinen um die für die Beschleunigung des Turbolader benötigte Zeit. In vielen Fällen können Belastungsstöße, die über eine bestimmte Größe hinausgehen, überhaupt nicht ausgeglichen werden, d.h. es ist ein Wiederbeschleunigen der Antriebsmaschine auf Nenndrehzahl überhaupt nicht mehr möglich.With the known units, considerable difficulties arise Connection in particular one relative to the aggregate nominal power large consumer, especially in the start-up phase after switching on an asynchronous lotor with - in extreme cases - the nominal output of the generator. In such a case, the asynchronous motor is switched on directly 6 times the inrush current corresponding to the rated current and correspondingly one to apparent power surge amounting to 6 times the nominal power, which is a dynamic Voltage drop caused. The voltage drop is admittedly increased by the Current flow corresponding increase in generator excitation very quickly - within a time of about 0.3 s - adjusted to the terminal voltage again, as a result the increased torques now required of the internal combustion engine; occurs however If the motor speed drops urtd according to the frequency, its magnitude is from Active power component of the load surge, on the size of the moments of inertia of the rotating masses and depends on the time required by the prime mover, until the required service is delivered. This time can be used when using conventional Diesel engines take several seconds, it is longer in the newer Time, to a greater extent, the highly charged diesel engines used for the acceleration of the turbocharger took time. In many cases, shock loads, which exceed a certain size are not compensated at all, i.e. it is a re-acceleration of the prime mover to the nominal speed at all not possible anymore.

Zur Vermeidung dieses Nachteiles werden derartige Aggregate bisher mit im Verhältnis zur Dauerleistung sehr stark überdimensionierten Dieselantrieben versehen mit der folge, daß die Antriebsmaschine im Aggregate-Dauerbetrieb in einem sehr weit unterhalb seiner Nennleistung liegenden Teillastbereich arbeitet mit den sich hieraus ergebenden naciiteiligen Auswirkungen, insbesondere eines schlechten Wirkungsgrades, Rußbildung, Ablagerung von Ölkohle und dgl. Auch der anstelle cirlcr grußeit Übcrdi rllcnr;iorlicrurlg der Antricbsmaschine vorgesehene Einsatz großer Zusatzschwungmassen, aus deren kinetischer Energie der bei der plötzlichen Zuschaltung eines großen Verbrauchers an das Aggregat verursachte Belastungsstoß zumindest teilweise ausgeglichen werden kann, führt nicht zu einem befriedigenden Ergebnis, da der Einsatz derartiger Zusatzschwungmassen eine aufwendige Knitetruktion und entsprechend verstärkte Lagerungen erfordern und insbesondere im Dauerbetrieb ständig hohle Reibungsverluste verursachen.To avoid this disadvantage, such units have been used so far with very oversized diesel drives in relation to the continuous output provided with the result that the prime mover is in continuous operation of the aggregate in operates in a partial load range that is very far below its rated output with the resulting beneficial effects, especially a bad one Efficiency, soot formation, deposition of oil carbon and the like. Also the instead of cirlcr greetings overcrdi rllcnr; iorlicrurlg the drive machine intended use large Additional flywheels, from their kinetic energy that of the sudden connection a large load on the unit caused at least some of the load surge can be balanced, does not lead to a satisfactory result, since the use Such additional flywheels require an elaborate knit construction and accordingly reinforced Bearings require constant hollow friction losses, especially in continuous operation cause.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Stromaggrcgates der beschriebenen Art, das einen schnellen Ausgleich des durch plötzliche eJektrische Belastungsstöße bei Zuschaltung großer Verbraucher verursachten Drehzahleinbruches der Antriebsmaschirle gewährleistet und die Erfindung besteht darin, daß die Generator-Klemmenspannung in dem unterhalb der unteren Frequenztoleranzschwelle liegenden Frequenzbereich linear frequenz-proportional auf einen unter der Nennspannung liegenden tilert geregelt ist.The aim of the present invention is to provide a power unit of the kind described, which enables rapid compensation of the sudden electrical Load surges when connecting large consumers caused a drop in speed the drive machine ensures and the invention consists in that the generator terminal voltage in the frequency range below the lower frequency tolerance threshold linearly frequency-proportional regulated to a tilert below the nominal voltage is.

Durch die Erfindung ist ein Stromaggregat geschaffen, das selbstregelnd den ihm von außen abverlangten Belastungsstößen folgt dadurch, daß die Leistungsabgabe über die Regelung der Klemmenspannung dynamisch der Leistung der antreibenden Verbrennungsmaschine angeglichen und damit die Rückwirkung des elektrischen Laststoßes auf die Antriebsmaschine soweit vermindert wird, daß der Antriebsmaschine ein schnelles Wiederbeselileurigen auf Nenndrehzahl ermöglicht wird. Das erfindungsgemäße Aggregat crmüglicht infolgedessen auch den Einsatz von Antriebsmaschinen wesentlich geringerer Nennleistung ohne Einsatz von Zusatzschwungmassen, die - abgesehen von der hierdurch erzielten Verringerung des Investitionsaufwandes - bei Dauerbetrieb in ihrem Nennleistungsbereich oder zumindest in der Nähe ihres Nennleistungsbereiches arbeiten mit entsprechend besserem Wirkungsgrad sowie unter Vermeidung der übrigen, durch das Arbeiten derartiger Maschinen im Teillastbereich begründeten Nachteile.The invention provides a generator that is self-regulating the load surges demanded from the outside follows from the fact that the power output By regulating the terminal voltage dynamically the power of the driving internal combustion engine adjusted and thus the reaction of the electrical load surge on the prime mover is reduced to such an extent that the prime mover is quickly relieved is made possible at the nominal speed. The aggregate according to the invention makes possible as a result also the use of drive machines with significantly lower nominal power without use of additional flywheel masses, which - apart from the resulting reduction the investment costs - with continuous operation in their nominal power range or at least in the vicinity of their nominal power range work with correspondingly better ones Efficiency as well as avoiding the rest of the work of such machines disadvantages justified in the partial load range.

Die Absenkung der Klemmenspannung in dem unter dem Toleranzbereich liegenden Frequenzbereich kann grundsätzlich entsprechend den jeweiligen Anforderungen in einem beliebigen Proportionalverhältmis zum Frequenzabfall stehen. Vorteilhaft und für die wesentlichen praktischen Anwendungsfiille zweckmäßig hat sich eine Regelung der Klemmenspannung auf eine Iljiiie he erwiesen, die linear in einem zwischen 1:1 und 2:1, bezogen auf den Frequenzabfall, liegenden Verhältnis proportional unter der Nennspannung liegt.The lowering of the terminal voltage in the range below the tolerance lying frequency range can basically according to the respective requirements are in any proportional relationship to the frequency drop. Advantageous and useful for essential practical applications Has A regulation of the terminal voltage has been found to be linear in a ratio between 1: 1 and 2: 1, based on the frequency drop is proportionally below the nominal voltage.

Die Erfindung ist nachstehend anhand eirliqer Schaubilder erläutert. Es zeigen Bild 1 das Spannungs-Freguenz-Schauhild eines erfindungsgemäßen Aggregates Bild 2 das Leistungsbedarfsschaubild eines erfindungsgemäßen Aggregates im Vergleich mit einem Aggregat mit spannungskonstant geregeltem Generator Bild 3 das Leistungsschaubild eines Asynchronmotors im Vergleich bei Zuschaltung auf ein erfindungsgemäßes Aggregat und auf ein auf konstante Klemmenspannung geregeltes Aggregat.The invention is explained below with the aid of diagrams. Figure 1 shows the voltage-frequency display of a unit according to the invention Figure 2 shows the power requirement diagram of a unit according to the invention in comparison with a unit with a generator regulated at constant voltage Figure 3 shows the performance diagram an asynchronous motor in comparison when connected to a unit according to the invention and to an aggregate regulated to constant terminal voltage.

In dem in Bild 1 wiedergegebenen Spannungs-Frequenz-Schaubild sind die Kennlinien der in linearer Abhängigkeit vom freguenzabfall geregelten Klemmenspannung dargestclit. Es zeigt, dan in (eilt den Kennlinienabschnitt (l.o) entsprechenden Nennlastbereich des Generatos die Klemmenspannung konstant auf die Neonspannung eingeregelt wird unabhängig von evtl. betriebsbedingt auftretenden Frequenz-Schwankungen. Bci Erreichen bzw. Unterschreiten des unteren Frequenztoleranzwertes - im Schaubild f/fn= 0,97 - etwa infolge plötzlichen Aufschaltens einer großen Last erfolgt lineare Verringerung der Klemmenspannung in proportionaler Abhängigkeit von dem durch den Laststoß verursachten Frequenzabfall, wobei die Regelung grundsätzlich in einer beliebigen, sich aus den praktischen Bedürfnissen ergebenden Proportionalität erfolgen kann.In the voltage-frequency diagram shown in Figure 1 are the characteristic curves of the terminal voltage, which is controlled linearly as a function of the frequency drop shown clit. It shows that in (the characteristic curve section (l.o) corresponding Nominal load range of the generator, the terminal voltage is constant to the neon voltage Adjustments are made regardless of any operationally occurring frequency fluctuations. Bci reaching or falling below the lower frequency tolerance value - in the diagram f / fn = 0.97 - for example, as a result of the sudden application of a large load, it is linear Reduction of the terminal voltage in proportion to the amount caused by the Load surge caused frequency drop, whereby the regulation is basically in a arbitrary proportionality resulting from the practical needs can.

In Bild 1 sind mit (1.1) die Kennlinie der im Verhältnis 1:1 und mit (1.2) die Kennlinie der im Verhältnis 2:1 zum Frequenzabfall erfolgenden Spannungsregelung eingezeichnet, die den für die wesentlichen Anwendungsfälle ausreichenden proportionalen Regelbereich einschließen.In Figure 1, with (1.1) the characteristics are in a ratio of 1: 1 and with (1.2) the characteristic of the voltage regulation, which takes place in a ratio of 2: 1 to the frequency drop which are proportional to the ones that are sufficient for the essential applications Include control range.

In Bild 2 bezeichnet (0) die Kennlinie des dynamischen Frequenzabfalls (-)# f in Abhängigkeit von der Größe einer plötzlich zugeschalteten Last. Sie zeigt, daß der dynamische Frequenzabfall #f am Generator und entsprechend der dynamische Drehzahlabfall der Verbrennungsmaschine nahezu quadratisch mit der Größe der zugeschalteten Last ansteigt. Demgegenüber steht - Kurve (2.0) -bei Regelung des Generator auf einen konstanten Klemmenspannungswert eine konstante Leistungsanforderung an die antreibende Verbrennungsmaschine, die bei der verminderten Dreiizahl von der Verbrennungsmaschine nicht mehr erbracht werden kann. Ein Beschleunigen ist praktisch reicht mehr möglich, da das Drehmoment des Antriebsmotors mit dem Drebzalilabfall ebenfalls stark abnimmt und infolgedessen zur Beschleunigung gegen die vom Generator verlangte Leistung nicht mehr in der Lage ist.In Figure 2, (0) denotes the characteristic curve of the dynamic frequency drop (-) # f as a function of the size of a suddenly switched on load. She shows, that the dynamic frequency drop #f at the generator and accordingly the dynamic The drop in speed of the internal combustion engine is almost the square of the size of the switched on Load increases. On the other hand - curve (2.0) - when regulating the generator a constant terminal voltage value a constant power requirement on the driving internal combustion engine that at the diminished number of three can no longer be provided by the internal combustion engine. An acceleration is practically enough more possible, since the torque of the drive motor with the Drebzalilabfall also decreases sharply and, as a result, to accelerate against the power required by the generator is no longer capable.

Demgegenüber erfolgt bei dem erfindungsgemäßen Aggregat eine Verminderung der Klemmenspannung in proportionaler Abhängigkeit vom Ereguenzabfall entsprechend den in Bild 1 wiedergegebenen Kennlinien, wodurch eine entsprechende Verminderung der Leistungsanforderung des Generators an die Verbrennungsmaschine nach der Kennlinie (2.1) bei Regelung nach Regelkurve (1.1) in Bild 1 bzw. nach Kennlinie (2.2) bei Regelung nach Regelkurve (1.2) in Bild 1 bewirkt wird. Die Schnittpunkte Sl bzw. S2 bezeichnen die unter den jeweiliger Regelbedingungen entstehenden Minimalwerte #P1,2 der Generatorleistung bzw.In contrast, there is a reduction in the unit according to the invention corresponding to the terminal voltage in proportion to the drop in energy the characteristic curves shown in Figure 1, resulting in a corresponding reduction the power requirement of the generator on the internal combustion engine according to the characteristic (2.1) for regulation according to the control curve (1.1) in Figure 1 or according to the characteristic curve (2.2) Regulation according to the control curve (1.2) in Figure 1 is effected. The intersection points Sl or S2 denote the minimum values that arise under the respective control conditions # P1,2 of the generator power or

der Maximalwerte #n1,2 des Drehzahlabfallen der Antriebsmaschine. Der Vergleich der Leistungskurven (2.]) urtd (2.2) zeigt, daß sich mit Erhöhung des proportionalen Verhältnisses der frequenzabhängigen Spannungsregelung entsprechend Bild 1 zwar die vom Generator abgegebene Leistung und entsprechend die für das Anlaufen der Last - etwa eines Asynchronmotors - auf Nennleistung erforderliche Zeit entsprechend den Kurven (3.0) bei Zurverfügungstellung der vollen Generatorleistung einerseits und (3.1) bzw. (3.2) in Bild 3 andererseits verlängert, daß jedoch infolge der quadratisch proportionalen Abhängigkeit des Drehzahlabfalles von der La5t:irtderung (Kurve (0) in Bild 2) eine überproportionale Verringerung des Drehzahlabfalles der Antriebsmaschine eintritt. Die Antriebsmaschine wird damit in einem Drehzahl- und damit Drehmomentenbereich gehalten, der dem Aggregat und dem zugeschalteten Asynchronmotor ein schnelles hochlaufen auf die geforderte Leistung ermöglicht.the maximum values # n1,2 of the drop in speed of the prime mover. The comparison of the performance curves (2.]) urtd (2.2) shows that with an increase the proportional ratio of the frequency-dependent voltage regulation accordingly Figure 1 shows the power delivered by the generator and, accordingly, the power required for start-up the load - such as an asynchronous motor - to the nominal power required time the curves (3.0) when the full generator power is available on the one hand and (3.1) and (3.2) in Figure 3, on the other hand, are extended, but that due to the quadratic proportional dependence of the drop in speed on the La5t: change (curve (0) in Figure 2) a disproportionate reduction in the drop in speed of the prime mover entry. The drive machine is thus in a speed and thus torque range that the unit and the connected asynchronous motor run up quickly to the required performance.

Claims

Claims 1. Generator set from a self-excited synchronous generator as well as an internal combustion engine driving the generator, the performance of which is dependent on is regulated by the electrical power drawn from the generator, characterized in that that the generator terminal voltage is below the nominal frequency tolerance Frequency range linear to a frequency proportional below the nominal voltage Value is regulated.

2. Generator set according to claim 1, characterized in that the Terminal voltage when falling below the frequency tolerance threshold in the ratio between 1: 1 and 2: 1, based on the amount of the frequency undershot, below the nominal voltage lies.

3. Generator set according to claim 1 or 2, characterized in that that the voltage regulator has a transducer that records the frequency of the terminal voltage is connected upstream, with the help of which the voltage regulator switches on from the response value frequency-dependent modulated setpoint is entered.