DE570662C

DE570662C - Arrangement for maintaining the synchronism of synchronous machines

Info

Publication number: DE570662C
Application number: DES90968D
Authority: DE
Original assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens AG
Current assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens AG
Priority date: 1928-04-12
Filing date: 1929-04-09
Publication date: 1933-02-18

Description

Anordnung zur Aufrechterhaltung des Synchronismus von Synchronmaschinen Beim Betrieb von Übertragungsleitungen werden üblicherweise Schwankungen des Leitungsfaktors durch eine mit dem Kraftstromkreis verbundene Synchronmaschine ausgeglichen und die Erregung des Synchrongenerators mittels eines an die C'bertragungsleitung angeschlossenen Spannungsreglers gesteuert. Da Spannungssteigerung und -verminderung in der Übertragungsleitung Funktionen des Leistungsfaktors sind, kann der Spannungsregler bei geeigneter Einstellung die Synchronmaschine so steuern, daß diese wieder die Höhe des vor- oder nacheilenden, aus der Leitung entnommenen Stromes entsprechend der erforderlichen Verbesserung des Leistungsfaktors steuert.Arrangement for maintaining the synchronism of synchronous machines When operating transmission lines, there are usually fluctuations in the line factor balanced by a synchronous machine connected to the power circuit and the excitation of the synchronous generator by means of a connected to the transmission line Voltage regulator controlled. There voltage increase and decrease in the transmission line Are functions of the power factor, the voltage regulator can with a suitable setting control the synchronous machine in such a way that it again adjusts to the height of the leading or lagging, taken from the line current according to the required improvement of the power factor controls.

Ein Synchronmotor kann sowohl als Antrieb für eine mechanische Belastung als auch zur Verbesserung des Leistungsfaktors des Stromkreises, durch den der Motor gespeist wird, verwendet werden. Dabei wird die als Synchronkondensator arbeitende Maschine durch Veränderung der Felderregung des Motors geregelt. Für eine derart verwendete Maschine ist es jedoch erwünscht, den Bereich für die Änderung ihrer Felderregung so zu begrenzen, daß sie stets ein für ihre Belastung erforderliches Drehmoment entwickelt.A synchronous motor can be used as a drive for mechanical loads as well as improving the power factor of the circuit through which the motor runs is fed, can be used. It works as a synchronous capacitor Machine regulated by changing the field excitation of the motor. For such a used machine, however, it is desirable to change the area for their To limit field excitation so that it is always a required for their exposure Torque developed.

`'Fenn der Regler infolge der Spannungsverhältnisse des Netzes arbeitet und bei einer gegebenen Belastung das Feld des Motors bis unter einen bestimmten Wert schwächt, wird ein Zustand erreicht, bei dem der Motor kein für seine Belastung genügendes Drehmoment mehr entwickelt. Dann fällt der 3lotor aus dem Synchronismus heraus. Um ein solches Stehenbleiben des Motors zu verhindern, muß die Motorfeldschwächung für eine bestimmte Belastung auf ein Mindestmaß begrenzt werden. Je geringer also die Belastung des Motors ist, um so größer kann die zulässige Kondensatorwirkung oder um so kleiner darf die geringste zulässige Felderregung für Synchronismus sein.'' If the regulator works as a result of the voltage conditions in the network and at a given load the field of the motor to below a certain one If the value weakens, a state is reached in which the engine is not responsible for its load sufficient torque more developed. Then the 3lotor falls out of synchronicity out. In order to prevent the motor from stalling, the motor field weakening must be limited to a minimum for a given load. So the lower the load on the motor, the greater the permissible capacitor effect or the smaller the smallest permissible field excitation for synchronism may be.

Gemäß der Erfindung wird eine Reglereinrichtung verwendet, deren Feldregelung durch einen Spannungsregler erfolgt, dem ein Hilfsregler zugeordnet ist, der das Feld entsprechend der Belastung der Synchronmaschine mindestens auf einem zur Aufrechterhaltung des Synchronismus notwendigen Wert hält.According to the invention, a control device is used whose field control is carried out by a voltage regulator to which an auxiliary regulator is assigned to the Field according to the load on the synchronous machine at least on one to maintain the necessary value of synchronism.

Die Erfindung ist in den Zeichnungen veranschaulicht, und zwar in Abb. i an einem #Frequenzwandlersatz und in Abb. 2 an einem einzelnen Generator.The invention is illustrated in the drawings, namely in Fig. I on a #frequency converter set and in Fig. 2 on a single generator.

In Abb. i der Zeichnung ist i ein Synchronmotor mit einer Ankerwicklung z, die mit den Leitern 3, q. und 5 der Übertragungsleitung verbunden ist. Die Magnetwicklung 6 des Synchronmotors i wird von einer Erregermaschine 7 erregt. Der Motor i ist mechanisch mit einer Wechselstrommaschine 8 gekuppelt. Diese besitzt eine Rotorwicklung g und eine Statorwicklung i i. Sie speist die Leiter i2, 13 und 14.In Fig. I of the drawing, i is a synchronous motor with an armature winding z, which is connected to the conductors 3, q. and 5 is connected to the transmission line. The magnet winding 6 of the synchronous motor i is excited by an exciter 7. The motor i is mechanically coupled to an alternating current machine 8. This has a rotor winding g and a stator winding i i. It feeds conductors i2, 13 and 14.

Ein Regler 15 einer bekannten Unterbrechertype ist mit zwei Elektromagneten 16 und 17 versehen, die mit der Sekundärwicklung eines Spannungstransformators 18 verbunden sind. Die Primärwicklung des Transformators wird jeweils entsprechend der Spannung des den Motor i speisenden Kraftstromkreises gespeist.A regulator 15 of a known type of breaker has two electromagnets 16 and 17, which are connected to the secondary winding of a voltage transformer 18 are connected. The primary winding of the transformer is used accordingly the voltage of the power circuit feeding the motor i.

Durch den Regler 15 werden die Kontakte ig und 2i abwechselnd geschlossen und gelöst. Dadurch werden die Zwischenräume zum Schließen und Öffnen eines Stromkreises, der parallel zu einem Widerstand 33 des Feldwicklungskreises der Erregermaschine liegt, verändert, und dadurch die Erregung der Rotorfeldwicklung geregelt. Der Kontakt 21 befindet sich an einem Hebelarm 22, dessen Drehzapfen 23 in dem unteren Arm eines Winkelhebels 24 sitzt. Der Arm 22 ist durch denElektromagneten 16 beweglich. Der Arm 24 wird durch den Elektromagneten 17 bewegt und durch eine Feder 25 gehalten. Wenn die Reglerkontakte ig und 21 geschlossen sind, wird ein Stromkreis von einer Stromquelle 26 über die Erregerwicklungen der Relais 27, 28, 29 und 31 geschlossen. Durch die Erregung der Spulen der verschiedenen Relais werden deren Anker entgegen der Zugkraft der Feder, die normalerweise die Relaiskontakte freihalten, nach unten gezogen. Das Relais 27 schließt einen mit der Wicklung des Magneten 17 in Reihe liegenden Widerstand 32 kurz, wodurch die Erregung dieses Magneten vergrößert und sein Kern nach oben gezogen wird. Der Arm 24 wird dadurch so bewegt, daß der Zapfen 23 nach rechts geht und die Trennung der. Kontakte ig und 21 bewirkt. Der Elektromagnet 17 verhindert ein Durchgehen des Reglersystems.The contacts ig and 2i are alternately closed by the controller 15 and solved. This creates the gaps for closing and opening a circuit, the parallel to a resistor 33 of the field winding circuit of the exciter is changed, and thereby the excitation of the rotor field winding is regulated. The contact 21 is located on a lever arm 22, the pivot pin 23 in the lower arm of a Angle lever 24 is seated. The arm 22 is movable by the electromagnet 16. Of the Arm 24 is moved by electromagnet 17 and held by a spring 25. When the controller contacts ig and 21 are closed, a circuit is made from one Current source 26 via the excitation windings of relays 27, 28, 29 and 31 is closed. By energizing the coils of the various relays, their armatures are opposed the pulling force of the spring, which normally keep the relay contacts free, down drawn. The relay 27 closes one with the winding of the magnet 17 in series lying resistor 32 short, which increases the excitation of this magnet and its core is pulled upwards. The arm 24 is moved so that the pin 23 goes to the right and separating the. Contacts ig and 21 causes. The electromagnet 17 prevents the regulator system from going through.

Durch das Schließen der Kontakte der Relais 28, 29 und 31 werden Teile des Widerstandes 33, der in Reihe mit der Feldwicklung 34 des Erregergenerators 7 liegt, kurzgeschlossen. Damit wächst die Spannung der Erregermaschine 7 und die Erregung des Synchronmotors i an und stellt die gewünschte Spannung auf den Leitern 3, 4 und 5 des Kraftstromkreises wieder her.By closing the contacts of the relays 28, 29 and 31 parts of the resistor 33, which is in series with the field winding 34 of the exciter generator 7 is short-circuited. This increases the voltage of the exciter 7 and the Excitation of the synchronous motor i and puts the desired voltage on the conductors 3, 4 and 5 of the power circuit.

Ein den Feldstrom begrenzender Regler 35 hat einen beweglichen Arm 36, der mit einem Kontakt 37 versehen ist. Dieser betätigt einen festen Kontakt 38. Der Arm 36 wird durch den entgegengesetzt wirkenden Elektromagneten 39 und einen als Stromregler wirkenden Elektromagneten 41 verstellt. Der Magnet 39 ist mit einander entgegengesetzt wirkenden Wicklungen 43 und 42 versehen, die miteinander und mit der Sekundärwicklung eines Spannungstransformators 44, dessen Primärwicklung entsprechend der Spannung der Leiter 12, 13 und 14 des Kraftstromkreises gespeist wird, in Reihe liegen. Der Elektromagnet 39 ist außerdem mit einer Wicklung 46 versehen, die mit Rücksicht auf die Wicklungen 42 und 43 in die Mitte gelegt und mit einem Stromwandler 45 verbunden ist, der von dem Strom der Leiter 12, 13 und 14 des Kraftstromkreises erregt wird. Der Elektromagnet 39 wird daher entsprechend dem Stromfluß vom Generator 8 aus erregt, und es wird ihm entsprechend dem Anwachsen der Leistung des Generators 8 eine Aufwärtsbewegung erteilt.A controller 35 limiting the field current has a movable arm 36 which is provided with a contact 37. This actuates a fixed contact 38. The arm 36 is adjusted by the oppositely acting electromagnet 39 and an electromagnet 41 acting as a current regulator. The magnet 39 is provided with oppositely acting windings 43 and 42 which are in series with one another and with the secondary winding of a voltage transformer 44, the primary winding of which is fed according to the voltage of the conductors 12, 13 and 14 of the power circuit. The electromagnet 39 is also provided with a winding 46 which is placed in the middle with respect to the windings 42 and 43 and is connected to a current transformer 45 which is excited by the current of the conductors 12, 13 and 14 of the power circuit. The electromagnet 39 is therefore excited in accordance with the flow of current from the generator 8, and it is given an upward movement in accordance with the increase in the power of the generator 8.

Der Elektromagnet 41 besitzt einen Kern und eine Wicklung 47, die den Kern nach oben ziehen soll. Die Wicklung 47 ist über einen Nebenschluß 48 mit der Feldwicklung 6 des Synchronmotors i verbunden. Beim Sinken des Stromes im Stromkreis der Feldwicklung 6 bis zu einem bestimmten Wert wird sich der Kern des Elektromagneten 41 senken. Dadurch werden die Kontakte 37 und 38 miteinander verbunden, und sie schließen einen Stromkreis von der Stromquelle 49 aus über die Spule des Relais 5o. Infolgedessen wird über das Relais ein Teil des Widerstandes 33 kurzgeschlossen und ein Anwachsen der Spannung des Erregergenerators 7 des Synchronmotors i hervorgerufen.The electromagnet 41 has a core and a winding 47 which should pull the core up. The winding 47 is connected via a shunt 48 the field winding 6 of the synchronous motor i connected. When the current in the circuit drops the field winding 6 up to a certain value becomes the core of the electromagnet 41 lower. This connects the contacts 37 and 38 together, and they complete a circuit from the power source 49 through the coil of the relay 5o. As a result, part of the resistor 33 is short-circuited via the relay and an increase in the voltage of the excitation generator 7 of the synchronous motor i caused.

Wenn der Regler zur Regelung der Erregung des Synchronmotors i entsprechend der Spannung der Leiter 3, 4 und 5 betätigt wird und die Spannung des Kraftstromkreises aus irgendeinem Grunde so hoch wird, daß der Spannungsregler die Felderregung des Synchronmotors i so stark vermindert, daß die synchrone Bewegung des Motors gefährdet wird, dann wird der Elektromagnet 41 als Minimum-Feldstromerreger für den Synchronmotor wirken, einen Stromkreis über die Kontakte 37 und 38 schließen und die Feldstromerregung in der oben beschriebenen Art regeln. Wenn der Synchronmotor bei kleiner Last läuft, wird der Elektrorhagnet 41 die Kontakte 37 und 38 allein steuern. Wenn die Last des Generators 8 anwächst und es nötig wird, die Erregung des Motors i zu steigern, um ihn nicht aus dem Synchronismus herausfallen zu lassen, wird das Wattelement oder der Elektromagnet 39 nach oben gezogen. Dadurch wird die Wirkungsweise des Elektromagneten 41 bis zu einem gewissen Grade verhindert, so daß ein größerer Strom in der Wicklung 47 entsprechend einem größeren Strom in der Feldwicklung 6 nötig wird, um den Arm 36 so zu betätigen, daß er die Kontakte 37 und 38 löst. Der Elektromagnet 39 gleicht deshalb die Wirkung des Elektromagneten 41 so aus, daß die Eichung des Reglers 35 sich gemäß der Änderung der Last am Generator 8 und dem Motor i ändert. In Abb.2 ist 51 eine synchrone dynamoelektrische Maschine, die als Generator oder als Motor verwendet werden kann. Sie hat eine Ankerwicklung 52, die mit den Leitern 53, 54 und 55 des Kraftstromkreises verbunden ist, und eine Feldwicklung 56, die durch den Erregergenerator 57 gespeist wird. Der Erregergenerator 57 ist mit einer Ankerwicklung 58 und einer Feldwicklung 59 versehen, deren Erregung durch den Regler 61 gesteuert wird. Dieser wiederum ist in seiner Konstruktion ähnlich dem Regler 15 der Abb. i. Der Regler 61 steuert die Relais 62 und 63, die von den Leitern 64 des Hilfsstromkreises erregt werden. Das Relais 63 schließt einen Stromkreis parallel zu einem Reglerwiderstand 32. Das Relais 62 bildet einen Nebenschlußstromkreis zu dem Widerstand 65, der mit der Erregerwicklung 59 in einem Stromkreis liegt. 66 ist ein Minimum-Feldstromregler, der in seinem Aufbau ähnlich dem Regler 35 der Abb. i ist. Die M'icklung 46 des Elektromagneten 39 ist bei dieser Ausführung der Erfindung mit der Sekundärwicklung des Spannungstransformators IS verbunden, und die Wicklungen 43 und 42 des Elektromagneten sind mit einem Stromwandler 67 verbunden, dessen Strom dem Strom, der zur Maschine 51 fließt, entspricht. Ein Regelwiderstand 68 liegt im Nebenschluß zu den Wicklungen 42 und 43 und soll den Regler bei seiner Tätigkeit unterstützen.If the controller to regulate the excitation of the synchronous motor i is operated according to the voltage of the conductors 3, 4 and 5 and the voltage of the power circuit for some reason becomes so high that the voltage regulator reduces the field excitation of the synchronous motor i so much that the synchronous movement of the motor is endangered, then the electromagnet 41 will act as a minimum field current exciter for the synchronous motor, close a circuit via the contacts 37 and 38 and regulate the field current excitation in the manner described above. When the synchronous motor is running with a small load, the electromagnet 41 will control the contacts 37 and 38 alone. When the load of the generator 8 increases and it becomes necessary to increase the excitation of the motor i in order not to let it fall out of synchronism, the watt element or the electromagnet 39 is pulled up. This prevents the operation of the electromagnet 41 to a certain extent, so that a larger current in the winding 47 corresponding to a larger current in the field winding 6 is necessary in order to actuate the arm 36 so that it releases the contacts 37 and 38 . The electromagnet 39 therefore compensates for the action of the electromagnet 41 so that the calibration of the controller 35 changes in accordance with the change in the load on the generator 8 and the motor i. In Figure 2, 51 is a synchronous dynamo-electric machine that can be used as a generator or as a motor. It has an armature winding 52 which is connected to the conductors 53, 54 and 55 of the power circuit, and a field winding 56 which is fed by the exciter generator 57. The exciter generator 57 is provided with an armature winding 58 and a field winding 59, the excitation of which is controlled by the controller 61. This in turn is similar in its construction to the controller 15 of Fig. I. The controller 61 controls the relays 62 and 63, which are energized by the conductors 64 of the auxiliary circuit. The relay 63 closes a circuit parallel to a regulator resistor 32. The relay 62 forms a shunt circuit to the resistor 65, which is connected to the excitation winding 59 in a circuit. 66 is a minimum field current regulator which is similar in construction to regulator 35 of Figure i. In this embodiment of the invention, the winding 46 of the electromagnet 39 is connected to the secondary winding of the voltage transformer IS, and the windings 43 and 42 of the electromagnet are connected to a current transformer 67 whose current corresponds to the current flowing to the machine 51. A rheostat 68 is shunted to the windings 42 and 43 and is intended to support the controller in its work.

Die Regler 61 und 66, wie sie zur Anwendung der Erfindung gemäß Abb.2 dargestellt sind, arbeiten ähnlich den entsprechenden Reglern 15 und 35 der Abb. i, nur mit dem Unterschied, daß der Elektromagnet 39 des Reglers 66 entsprechend dem Kraftfluß der Synchronmaschine 51 anstatt dem des Generators 8 betätigt wird.The controllers 61 and 66, as they are used for the application of the invention according to Fig.2 are shown work similarly to the corresponding controllers 15 and 35 in Fig. i, only with the difference that the electromagnet 39 of the controller 66 accordingly the power flow of the synchronous machine 51 instead of that of the generator 8 is operated.

Dadurch, daß der Spannungstransformator IS von den Leitern 53 und 55 des Netzes gespeist wird, während der' Stromtransformator 67 in die Verbindung der Maschine 52 mit dem Leiter 54 des Netzes eingeschaltet ist, wird erreicht, daß die Regelvorrichtung 66 die Erregung der Maschine 51 in Abhängigkeit von 45 ihrer induktiven Belastung begrenzt. Soll die Erregung der Maschine 51 bei zu starker Wirkleistung begrenzt werden, was z. B. bei generatorischem Arbeiten der Maschine 51 der Fall sein kann, dann wird der Kreuzwandler 68 in 5o den Stromkreis an Stelle des Stromwandlers 67 eingesetzt.The fact that the voltage transformer IS from the conductors 53 and 55 of the network is fed, while the 'current transformer 67 in the connection the machine 52 is switched on to the conductor 54 of the network, it is achieved that the control device 66 the excitation of the machine 51 depending on 45 of their limited inductive load. Should the excitation of the machine 51 be too strong Active power are limited, which z. B. when the machine is working as a generator 51 may be the case, then the cross converter 68 in 5o will put the circuit in place of the current transformer 67 is used.

Verschiedene Änderungen können in den Stromkreisen und den von ihnen eingeschlossenen Apparaten angeordnet werden, ohne daß 55 man vom Prinzip der Erfindung abzuzweigen braucht.Various changes can be made in the circuits and those of them Enclosed apparatus can be arranged without detracting from the principle of the invention needs to branch off.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Arrangement to maintain synchronism of synchronous machines that are equipped with a regulator powered by the mains voltage by changing the excitation and thus the reactive power of the synchronous machine keeps the voltage of the network constant, characterized by one of the load current the synchronous machine controlled auxiliary regulator, which when a certain Load brings about an increase in the excitation of the synchronous machine.

2. Arrangement according to claim i, characterized in that the auxiliary regulator monitoring the excitation at a certain load of the synchronous machine an auxiliary circuit for one Relay closes, which partially creates a resistance in the field circuit of the exciter or short-circuits completely.

3. Arrangement according to claim i and 2, characterized in that that the auxiliary regulator has two electromagnets, one of which is due to the load the synchronous machine, the other is controlled by its excitation current.