DE2943883C2 - Einrichtung zur Erzeugung einer Synchronisierspannung für einen Stromrichter im Erregerkreis einer Synchronmaschine - Google Patents

Description

daß ein zweiter Meßtransformator (7), der an die Primärseite und ein dritter Meßtransformator (6), der an die Sekundärseite des Spannungstransformators (4) angeschlossen ist. vorgesehen sind,

daß die Sekundärseiten der Meßtransformatoren jeweils Ober Regelwiderstände (8, 9) mit einer Summierschaltung verbunden sind, und

daß die Polarität der Meßtransformator-Sekundärwicklungen und die Einstellung der Regelwiderstände so gewählt ist, daß die Summe der Ausgangssignale des zweiten und dritten Meßtransformators ein grundwellenfreies Korrektursignal ergibt, das die Kommutierungseinsattelungen im Ausgangssignal des ersten Meßtransformators möglichst genau kompensiert.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Erzeugung einer Synchronisierspannung der im Oberbegriff des Patentanspruchs beschriebenen, aus der DE-OS 20 11 671 bekannten Art.

Viele bekannte Erregersysteme von Synchronmaschinen enthalten einen thyristorisierten Stromrichter, dessen Ausgang an die Erregerwicklung der Synchronmaschine und dessen Eingang über einen spannungserhöhenden Stromtransformator an die Sekundärwicklung eines zur Anpassung dienenden Spannungstransformators angeschlossen sind.

Beim Betrieb solcher Systeme entsteht infolge der in der EMK des Stromtransformators enthaltenen Stromkomponente, die durch den Strom der Synchronmaschine gebildet wird, eine Phasenverschiebung zwischen den Eingangsspannungen des Spannungstransformators und den Eingangsspannungen des Stromrichters, weshalb die Synchronisierkreise vom Eingang des Stromrichters her gespeist werden. Solch ein Anschluß der Synchronisierkreise bedingt Synchronisierspannungen, die Kommutierungseinsattelungen durch induktive Spannungsabfälle an den Induktivitäten des Spannungstransformators und des Stromtransformators aufweisen. Deshalb müssen die Kommutierungscinsattelungen an den Synchronisierspannungskurven kompensiert werden.

Zur Gewinnung von sinusförmigen Spannungen wer

den Zwischenfilter benutzt, durch die die Speisespannungen geglättet werden (siehe M. W. Olschwang u. a. »Einfluß der Kommutierungsverzerrungen des Netzes auf Einrichtungen zur Phasensteuerung von thyristorisierien Stromrichtern«, Elektrotechnitscheskaja Promyschlenost, »Preobrasowatelnaja technika«, Nr. 6, 1970). Die Verwendung solcher Filter führt zu einer starken Phasenverschiebung (etwa 10° eL) zwischen den Eingangs- und Ausgangsspannungen, was die Zuverlässigkeit der Erregersysteme infolge zusätzlicher Verzerrungen und der Trägheit des Erregersystems herabsetzt und die Ausgangsspannung vermindert

Aus ETZ-A, Band S3 (1974), Heft 1, S. 50 bis 55, insbesondere Kapitel 7.1 auf Seite 54. ist ein phasenrichtiges Glättungsfilter bekannt, das es ermöglicht, Kommutierungseinsattelungen bei veränderlicher Netzfrequenz zu beseitigen. Da hierzu jedoch ein phasenverstellbarer Impulsgenerator, eine Phasendifferenz-Meßeinrichtung und ein Integrator erforderlich sind, ist die Schaltung verhältnismäßig kompliziert und die Betriebssicherheit herabgesetzt. Da die Einrichtung ferner ein Tiefpaß-Glättungsfilter enthält, wird außerdem die bekannte Einrichtung verhältnismäßig träge. Infolgedessen entstehen im Einschwingzustand und im asymmetrischen Zustand Ungenauigkeiten bei der Erzeugung von Impulsen durch den Impulsgenerator, was eine unvollständige Filterung der Synchronisierspannungen zur Folge hat. Ein weiterer Nachteil des bekannten Filters besteht darin, daß für seine optimale Einstellung (gute Filtereigenschaften, geringe Trägheit zur Erzielung der vorgegebenen Einschwingkennlinien, beispielsweise bei Betriebsstörungen im Netz) die Parameter des Netzes bekannt sein müssen, die in der Praxis jedoch nicht immer vollständig berücksichtigt werden können.

Bei der aus der SU-PS 1 40 970 bekannten Einrichtung gestattet es die Benutzung Ständerspannung und Ständerstrom erfassender Meßtransformatoren, die Kommutierungseinsattelungen im Bereich des Leerlaufs zu kompensieren, so daß die Transformatoren entsprechend an die Parameter der Belastung angepaßt und die Übersetzungsverhältnisse in Abhängigkeit vom Typ des verwendeten Stromrichters gewählt werden müssen.
Hierbei kann ein minimaler Kompensationsfehler nur im Bereich des Leerlaufs der Meßtransformatoren erhalten werden. Mit zunehmender Belastung steigt der Kompcnsationsfchier an, was eine volle Kompensation der Kommutierungsverzerrungen an die Synchronisierspannungskurven unmöglich macht und zu Funktionsstörungen am Erregersystem der Synchronmaschine führt.

Bei der gattungsgemäßen, aus der DE-OS 20 11 671 bekannten Einrichtung wird die Synchronisierspannung aus der Netzspannung gewonnen. Unterschreitet die Netzspannung einen vorgebbaren Wert, wird die Synchronierspannung über den ersten Meßtransformator auf die Zündtransformatoren des Stromrichters gegeben. Dabei werden Kommutierungseinsattelungen hingenommen.

so Wie auch bei der aus der SU-PS 1 40 879 bekannten Einrichtung ist gemäß Fig. 2 der DE-OS 20 11 671 vorgesehen, mittels die Ständerspannung und den Ständerstrom erfassender Mcßlransformatoren eine Verbesserung der Kurvenforin der Synchronisierspannung herbei/.uführen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäße Einrichtung zur Erzeugung einer Synchronisierspunnung für einen Stromrichter so weiter zu

entwickeln, daß ohne die Notwendigkeit einer Umschaltung die Kommutierungseinsattelungen in einem weiten Belastiaigsbereich kompensiert werden.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs gelöst

Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung sind Verzerrungen der Synchronisierspannungxkurven weitgehend ausgeschlossen und damit die Zuverlässigkeit der Einrichtung erhöht

Die Erfindung wird im folgenden anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausfuhrungsbeispiels näher erläutert Es zeigt

Fig. 1 das Prinzipschaltbild einer Einrichtung zur Erzeugung einer Synchronisierspannung für einen Stromrichter, und

Fig.2 Spannungskurven an verschiedenen Stellen der Einrichtung.

Die enthält gemäß F i g. 1 einen 3phasigen Thyristor-Stromrichter 1, der an die Erregerwicklung einer Synchronmaschine 2 angeschlossen ist In Reihe mit der Ständerwicklung der Synchronmaschine 2 sind in jeder Phase A, B und C die Primärwicklungen 3' eines spannungserhöhenden Stromtransformators 3 geschaltet Die Sekundärwicklungen 3" des Stromtransformators 3 sind in Reihe mit den Sekundärwicklungen 4" eines zur Anpassung dienenden Spannungstransformators 4 und den Zweigen des Thyristorumformers 1 geschaltet Die Primärwicklungen 4' des Spannungstransformators 4 sind phasenweise an die Ausgangsschienen der Synchronmaschine 2 hinter dem Stromtransformator 3 an geschlossen. Der Stromtransformator 3 dient zur Erzeugung zusätzlicher Energie am Eingang des Stromrichters 1 in Notfällen, beispielsweise bei Kurzschlüssen im Netz, wodurch ein zuverlässiges Arbeiten der Synchronmaschine 2 in allen Betriebszuständen derselben gesichert wird.

Das Erregersystem der Synchronmaschine 2 enthält Meßtransformatoien 5, 6 und 7, wobei die Zahl der Primärwicklungen 5', 6' und T und der Sekundärwicklungen 5", 6", 7" gleich der Zahl der Phasen A, B und C (d. h. drei) des Stromrichters 1 ist. In jeder der Phasen A, B und C sind die Primärwicklungen T und 6' der Meßtransformatoren 7 und 6 jeweils an die Primärwicklung 4' und die Sekundärwicklung 4" des Spannungstransformators 4 in Gegenphase zueinander angeschlossen, wozu die Anfänge der Primärwicklungen 6' des Meßtransformators 6 an den Verbindungspunkt der Sekundärwicklungen 3" und 4" des Stromtransformators 3 und des Spannungstransformators 4 angeschlossen sind, während die Enden der Primärwicklungen T des Meßtransformators 7 an die Primärwicklungen 4' des Spannungstransformators 4 angeschlossen sind.

Die Primärwicklungen 5' des Meßtransformators 5 sind in Gegenphase zu den Primärwicklungen 6' des Meßtransformators 6 geschaltet, wozu die Enden der Primärwicklungen 5' des Meßtransforrnators 5 an die Sekundärwicklungen 3" des Stromtransformators 3 und an die Zweige des Stromrichters ! angeschlossen sind. Die Anfänge der Primärwicklungen 5' und T der Meßtransformatoren 5 und 7 und die Enden der Primärwicklungen 6' des Meßtransformators 6 sind jeweils miteinander verbunden.

Die Sekundärwicklungen 7", 6" und 5" der Meßtransformatoren 7,6 und 5 sind phasengleich zueinander geschaltet. Gegebenenfalls sind die Anfänge der Sekundärwicklungen 5", 6" und 7" sämtlicher Meßtransformatoren 5, 6 und 7 an Regelwiderstände 8, deren bewegliche Kontakte über Maßstabwiderständc 9 und 10 phasenweise mit den Eingängen eines von drei Operationsverstärkern U verbunden sind, angeschlossen. Die Operationsverstärker 11 sind zusammen mit den Maßstabwiderstanden 9 und 10 für die Stimulierung der von den Me3transfonhatören 5,6 und 7 in jeder der Phase A, B und C ankommenden Spannungen bestimmt Da die Phasen A. B und Can verschiedene Punkte eines aus einem Meßtransformator 6,5 oder 7 und drei entsprechenden Widerständen 8 bestehenden Kreisen angelegt

ίο sind, werden die für diese Punkte charakteristischen Wechselspannungen verschiedener Form ausgesondert. Die in jede Phase geschalteten Maßstabwiderstände 9, 10 und Operationsverstärker 11 gestatten die Aussonderung der Kommutierungseinsattelungen an den Synchronisierspannungskurven und deren Summierung mit der Spannung, in deren Form Kommutierungseinsattelungen vorhanden sind, die in Gegenphase zu den ausgesonderten Folgen liegen, wodurch eine Kompensation der Kommutierungseinsattelungen an den Synchronisierspannungskurven gesichert wird.

In F i g. 2 sind die Spannungszeitdiagramme, die für die verschiedenen Punkte jeder der Phasen A, B und C des Systems charakteristisch sind, gezeigt, wobei auf der Abszisse die Zeit f und auf der Ordinate die Spannung U abgetragen sind.

F i g. 2a zeigt die Form der an der Sekundärwicklung 7" des Meßtransformators 7 abgenommenen Spannung, bezogen auf den Ausgang des Operationsverstärkers 11, in der Annahme, daß von den Meßtransformatoren 5 und 6 keine Signale eintreffen.

Bild 2b zeigt die Kurve der an der Sekundärwicklung 6" des Meßtransformators 6 abgenommenen Spannung, bezogen auf den Ausgang des Operationsverstärkers 11 in der Annahme, daß von den Meßtransformatoren 5 und 7 keine Signale eintreffen.

Bild 2c zeigt die Form der Summenspannung, die sich durch Addition der in den Diagrammen 2a und 2b gezeigten Spannungen ergibt, in der Annahme, daß kein Signal vom Meßtransformator eintrifft Diese Summenspannung stellt die eigentliche Verzerrung (Kommutierungseinsattelungen) dar, wobei φ der Kommutierungswinkel ist

Das Diagramm 2d zeigt die Form der an der Sekundärwicklung 5" des Meßtransformators 5 abgenommenen Spannung in der Annahme, daß die Meßtransformatoren 6 und 7 abgeschaltet sind. Hier ist φ die Phasenverschiebung zwischen der Eingangsspannung des Spannungstransformators 4 und der Eingangsspannung des Stromrichters 1.

Das Diagramm 2e zeigt die Summenspannung in dem reellen Erregersystem der Synchronmaschine bei allen eingeschalteten Meßtransformatoren 5,6 und 7.

Zum Abgleichen der Einrichtung entsprechend den Parametern des Erregersystems, d. h. des Stromrichters 1, des Spannungstransformators 4 und des Stromtransformators 3 werden Typenspannungsmeßtransformatoren 5, 6 und 7 mit vorgegebenen Parametern, die auf dem linearen Abschnitt der Magneüsierungskurve arbeiten, angeschlossen. Im Ergebnis ist die Ausgangsspannung dieser Transformatoren S, 6 und 7 proportional der Eingangsspannung und die Form der Ausgangsspannung entspricht der der Eingangsspannung. Im Falle der Anwendung der Hochspannungswicklung des Ständers der Synchronmaschine 2 als Meßtransformator 7 kann ein Typenhochspannungsmeßtransformator benutzt werden.

Die Parameter der Maßstabwiderstände 9, 10, der Regelwiderstände 8 und der Operationsverstärker 11

sind konstant und hängen nicht von den Parametern des Erregersystems ab. Mit Hilfe der Regelwiderstande 8 werden die erforderlichen Übertragungsfaktoren der Operationsverstärker 11 jeder Phase A, B, C eingestellt sowie die Deviation der Übertragungsfaktoren für jede Phase A, B, C, die durch eine etwaige Abweichung der Windungszahl bei den Wicklungen der Meßtransformatoren 5,6,7 bedingt ist, beseitigt. Die beweglichen Kontakte der Regelwiderstände 8, die jeweils in den Kreis der Sekundärwicklungen 6", 7" der Meßtrarisformatoren 6, 7 (zum Beispiel für die Phase A) geschaltet sind, werden in eine Stellung gebracht, bei welcher die Amplituden der Spannungen an diesen Kontakten untereinander gleich sind und dem Sollwert entsprechen (F i g. 2a, b). Hierbei wird am Ausgang des Operationsverstärkers 11 für die Phase A, vorausgesetzt, daß die Spannung des Meßtransformators ausbleibt, die Aussonderung der Kommutierungseinschaltungen mit hinreichender Genauigkeit gesichert (siehe F i g. 2c).

Der bewegliche Kontakt des in den Kreis der Sekundärwicklung 5" des Meßtransformators S geschalteten Regelwiderstandes 8 (Fig. 1) wird in eine Stellung gebracht, bei der die Amplitude der Kommutierungseinsattelungen an der Synchronisierspannungskurvc (F i g. 2d) nahe der Amplitude der ausgesonderten Kommutierungseinsattelungen (F i g. 2c) ist. In diesem Falle wird mit hinreichender Genauigkeit eine Kompensation der Einsattelungen an der Kurve der Synchronisierspannung, die am Ausgang des an die Phase A angeschlossenen Operationsverstärkers 11 abgenommen wird, gesichert.

Auf ähnliche Art und Weise wird das Abgleichen für die anderen Phasen Bund Cwiederholt.

Die Einrichtung zur Kompensation von Kommutierungseinsattelungen an Synchronisierspannungskurven funktioniert wie folgt

Beim Arbeiten der Synchronmaschine 2 wird an der Sekundärwicklung 7" des Meßtransformators 7 eine Spannung abgenommen, die der Spannung an der Primärwicklung 4' des Spannungstransformators 4, dessen Form in F i g. 2a gezeigt ist, proportional ist.

An der Sekundärwicklung 6" des Meßtransformators 6 wird eine Spannung abgenommen, die der Spannung an der Sekundärwicklung 4" des Spannungstransformators 4 proportional ist. Diese Spannung befindet sich in Gegenphase zu der an der Sekundärwicklung 7" des Meßtransformators 7 abgenommenen Spannung und hat die in Fig.2b wiedergegebene Form. Aus Fig.2b folgt, daß auf der Spannungskurve Kommutierungseinsattelungen vorhanden sind, die durch die nur während der Änderung ds~ Strome des Stromrichters 1 entstehenden induktiven Spannungsabfälle an der Induktivität des Spannungstransformators 4 bedingt sind. Die Dauer der Kommutierungseinsattelungen werden durch den Kommutierungswinkel γ des Stromrichters 1 bestimmt

An der Sekundärwicklung 5" des Meßtransformators 5 wird eine der Spannung des Stromrichters 1 proportionale Spannung abgenommen, die in der Phase um einen gewissen Winkel φ zur Eingangsspannung des Meßtransformators 6 verschoben ist.

Die Größe des Verschiebungswinkels φ ist nicht konstant und hängt vom Betriebszustand der Synchronmaschine 2 ab.

Die der Sekundärwicklung 5" entnommene Spannung des Meßtransformators 5 hat Kommutierungseinsattelungen, hervorgerufen durch die Spannungsabfälle an den Induktivitäten des Stormtransformators 3 und des Spannungstransformators 4 (F i g. 2d), während am Ausgang des Operationsverstärkers 11, der die Summierung der in F i g. 2d und 2c gezeigten Spannungen realisiert, eine sinusförmige Synchronisierspannung erscheint(Fig. 2c).

Somit sondert die erfindungsgemäße Hinrichtung in jeder Phase A. B. C die Kommutierungscinsattclungen (Fig.2c) an den Spannungskurven aus, summiert diese Spannungen mit einer Spannung, die Kommutierungseinsattelungen (2d) von gleicher Amplitude haben, die sich aber in Gegenphase zu den ausgesonderten Kommutierungseinsattciungcn befinden, zwecks Kompensation der Kommutierungscinsattclungen an den Kurven der den Ausgängen der Operationsverstärker 11 entnommenen Synchronisierspsnnungen.

Wie schon vorstehend erwähnt wurde, wird die Kommuticrungsgenauigkeit der Kommutierungseinsattelungen an den Synchronisierspannungskurven durch die Genauigkeit der Messung des Spannungsabfalls an den induktiven Widerständen des Stromtransformators 3 und des Spannungstransformators 4 sowie durch den Summierungsfchlci der gemessenen Spannungen bestimmt.
Die Erhöhung der Kompensationsgenauigkeit der Kommutierungseinsattelungen an Synchronisierspannungskurven wird bei der erfindungsgemäßen Einrichtung dadurch erreicht, daß als Meßtransformatoren S, 6 und 7 Spannungstransformatoren, die im linearen Abschnitt der Magnetisierungskurve arbeiten, benutzt werden, so daß die Form der Ausgangsspannung der Form der Eingangsspannung ohne Verzerrung entspricht.

Darüber hinaus werden zur Feineinstellung der Übertragungsfaktoren der Operationsverstärker 11 die Re-

gelwiderständc 8, die eine stufenlose Änderung der Übertragungsfaktoren in einem weiten Bereich ermöglichen, benutzt.

Der Kompensationsfehler wird durch den Summierungsfehler des Operationsverstärkers 11 bestimmt Wie bekannt, wird der Summierungsfehler durch den Verstärkungsfaktor des Operationsverstärkers 11 in offener Schaltung und die Streuung der Parameter der Maßstabwiderstände 9 und 10 bestimmt Je größer der Verstärkungsfaktor des Operationsverstärkers 11 und je kleiner die Steuerung der Parameter der Maßstabwiderstände 9 und 10 ist desto kleiner ist der Fehler bei der Spannungssummierung. Gegenwärtig liefert die Industrie Operationsverstärker in integrierter Ausführung mit großen Verstärkungsfaktoren und kleinen Streuungen der Parameter der Widerstände, so daß die Spannüngssurnrnierung mit geringem Fehler kein konipoliziertes Problem darstellt.

Die Vereinheitlichung wird bei der erfindungsgemäßen Einrichtung durch Anwendung von Typenelementen erreicht Zu diesen gehören die Widerstände 8,9,10, die Operationsverstärker 11, die Meßtransformatoren 5, 6, 7. Besondere Forderungen werden an das Übersetzungsverhältnis der Meßtransformatoren 5, 6 und 7 nicht gestellt da man das entsprechende Übersetzungs-

eo verhältnis in jeder Phase A, B, C mit Hilfe des Regelwiderstandes 8 einstellt

Die Erhöhung der Zuverlässigkeit wird dadurch erreicht daß während der Kompensation der Kommutierungseinsattelungen mit Hilfe der erfindungsgemäßen Einrichtung die Form der Synchronisierspannungskurven praktisch nahe der Sinusform ist Bei Benutzung dieser Spannungen als Bezugsspannungen bei der Erzeugung von Steuerimpulsen für den Stromrichter wer-

den Funktionsstörungen an diesem vermieden und der Regelungswinkeländerungsbereich erhalten, während die Unsymmetrie der Steuerimpulse minimal ist. Dies sichert ein stabiles Arbeiten des Erregersystems in allen Betriebszuständen der Synchronmaschine.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Einrichtung zur Erzeugung einer Synchronisierspannung für einen Stromrichter (1), der die Erregerwicklung einer Synchronmaschine (2) versorgt und dessen Eingang fiber einen Stromtransformator (3) zur Lieferung einer ständerstromproportionalen Spannung an einen Spannungstransformator (4) zur Lieferung einer ständerspannungsproportionalen Spannung angeschlossen ist wobei zur Erzeugung der Synchronisierspannung ohne Kommutierungseinsattelungen vom Ständerstrom und von der Ständerspannung gewonnene Größen verwendet werden, mit einem ersten Meßtransformator (5) der mit dem Eingang des Stromrichters verbunden ist, d a durch gekennzeichnet.