DE592376C - Einrichtung zur Regelung einer Betriebsgroesse eines Mehrphasensystems mittels elektrischer Ventile - Google Patents

Einrichtung zur Regelung einer Betriebsgroesse eines Mehrphasensystems mittels elektrischer Ventile

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DE592376C
DE592376C DEA64255D DEA0064255D DE592376C DE 592376 C DE592376 C DE 592376C DE A64255 D DEA64255 D DE A64255D DE A0064255 D DEA0064255 D DE A0064255D DE 592376 C DE592376 C DE 592376C
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    • H02P9/00Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output
    • H02P9/14Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output by variation of field
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Description

  • Einrichtung zur Regelung einer Betriebsgröße eines Mehrphasensystems mittels elektrischer Ventile Die Erfindung betrifft die Regelung einer Betriebsgröße eines Mehrphasensystems mittels elektrischer Ventile. -Durch diese Ventile wird beispielsweise die Erregung einer elektrischen Maschine derart gesteuert, daß ein bestimmter Sollwert in dem Mehrphasensystem, auf welches die Maschine arbeitet, eingehalten wird.
  • Erfindungsgemäß ist eine in an sich bekannter Weise an sämtliche Phasen des zu regelnden Systems angeschlossene Vorrichtung vorgesehen, welche die Gitterspannung der Ventile derart steuert, daß bei einer bestimmten Unsymmetrie zwischen den Spannungen der einzelnen Phasen des Systems die Leitfähigkeit der in dem Regelstromkreis liegenden Ventile plötzlich auf ihren Maximalwert erhöht wird. Handelt es sich beispielsweise um die Regelung eines Drehstromgenerators, und es tritt infolge eines Kurzschlusses ein starker Spannungsabfall nur in einer Phase auf, so wird die Leitfähigkeit der-im Erregerkreis des Generators liegenden Ventile sofort derart stark gesteigert, daß der Generator, solange die Unsymmetrie besteht, seine maximal mögliche Spannung abgibt.
  • An sich ist es bekannt, bei Änderungen eines stationären Zustandes in verschiedenartiger Weise, auf den Regelvorgang einzuwirken, wozu man zweckmäßig als beeinflussende Größe die zeitliche Änderung einer Betriebsgröße verwenden kann. Man kann dadurch z. B. den Regelvorgang beschleunigen und den Erregerstrom so beeinflussen, daß er annähernd konstant bleibt. In vorliegendem Falle wird bei Spannungsunsymmetrie ein stabiles Arbeiten der Maschine auch dann noch ermöglicht, selbst wenn die Maschine mit der Erregung Null als Blindleistungsmaschine arbeitet.
  • In den Abbildungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung für die Spannungsregelung von Generatoren dargestellt. In Abb. i bedeutet i einen Generator, dessen Spannung konstant gehalten werden soll und der auf das Netz 2 arbeitet. 3 ist die Erregerwicklung des Generators, die ihre Spannung von der Erregermaschine q. erhält. 5 ist die Haupterregerwicklung der Erregermaschine. Eine zweite Erregerwicklung dient zur Gegenerregung durch die Hilfserregermaschine 58. Als Stromquelle für die Erregerwicklung 5 dient die Sekundärwicklung ii des Transformators g. In dem Stromkreis der Feldwicklung 5 liegen die elektrischen Ventile 6, 7 und B. Als Ventile sind gittergesteuerte Entladungsgefäße verwendet, und zwar vorzugsweise Dampf- oder Gasentladungsgefäße, da diese für viel größere Ströme brauchbar sind als Entladungsgefäße mit reiner Elektronenentladung. Bei den Dampf- oder Gasentladungsgefäßen wird durch die Gittersteuerung der Zündmoment des Anodenstromes bestimmt. Fließt der Strom, so kann er durch das Gitter nicht mehr beeinflußt werden. Er erlischt erst wieder, wenn die Anodenspannung durch Null hindurchgeht. Durch Änderung der Größe des Gitterpotentials ist es möglich, diejenigen Zeiten zu bestimmen, während deren ein Anodenstrom für die Erregung der Wicklung 5 fließen kann.
  • Der den Erregerkreis speisende Transformator g ist mit seiner in Dreieck geschalteten Primärwicklung io an das Netz 2 angeschlossen. Seine Sekundärwicklung ii ist zweckmäßig in Zickzackstern geschaltet, um eine Gleichstrommagnetisierung der Transformatorkerne zu verhindern. Die Anoden der Ventile 6, 7 und 8 sind mit den drei freien Klemmen der Sekundärwicklung verbunden. An den Sternpunkt ist die eine Seite der Feldwicklung 5 angeschlossen, deren andere Seite mit den Kathoden der Ventile verbunden ist.
  • Die Kathoden der Ventile erhalten ihre Heizung von dem Transformator i2, der über den einstellbaren Widerstand 13 an das Netz 2 angeschlossen ist. Die Steuerspannung für die Gitter der Ventile ist an dem Widerstand 14 abgenommen. Vor die einzelnen Gitter sind noch die Widerstände 15, 16 und 17 vorgeschaltet. Ein Glättungskondensator 14' liegt parallel zu dem Widerstand 14. Die Steuerung der Ventile geschieht durch Änderung des Gitterpotentials in der Weise, daß die Ventile für eine Periode oder für eine bestimmte Zahl von Perioden Strom durchlassen und während der folgenden Periode oder einer bestimmten Anzahl von Perioden die Zündung verhindern, so daß der Strom gesperrt wird.
  • Die Einrichtung ist so getroffen, daß die an dem Widerstand 14 abgegriffene 4 Spannung sich sowohl in Abhängigkeit von der zu regelnden Spannung als auch in Abhängigkeit von der Spannung der Erregermaschine 4 verändert. Es geschieht dies in folgender Weise: Der Meßkreis für die zu regelnde Spannung ist über den Transformator 2o an eine Phase des Netzes :z angeschlossen. Die Einzelheiten des Meßkreises sind nicht gezeichnet, da sie für die Erfindung nicht von Bedeutung sind. fit Hilfe des Meßkreises wird an dem Widerstand 44 eine Gleichspannung erzeugt, die sich bei Änderungen der Spannung des Netzes :z in umgekehrtem Sinne gleichfalls verändert, aber in weit stärkerem Maße. Die an dem Widerstand 44 herrschende Spannung wird mit der Spannung an der Erregermaschine 4 über die Leitungen 45 und 46 zu einer resultierenden Differenzspannung zusammengesetzt, die sich an dem Widerstand 47 einstellt. Die Spannung an dem Widerstand 47 dient zur Steuerung der Verstärkerröhren 48 und 49. Die Gitter dieser Röhren sind über die Widerstände 50 und 51 mit dem einen Ende des Widerstandes 47 verbunden. Die Kathoden der Verstärkerröhren werden von dem Transformator 34 geheizt. Der Anodenstrom der Röhren fließt über den Widerstand 14, an dem er den zur Steuerung der Ventile erforderlichen Spannungsabfall hervorruft.
  • Die Anodenspannung der 'Verstärkerröhren wird gemäß der Erfindung in der Weise erzeugt, daß die Verstärkerröhren bei Unsymmetrien im Netz, z. B. infolge einphasiger Kurzschlüsse, ihre Arbeitsweise plötzlich sehr stark verändern. Zu diesem Zwecke dient als Anodenspannung eine Spannung, die den höheren Harmonischen des Transformators 52, 53 entspricht. Die Primärwicklung 52 ist in Stern geschaltet und an das Netz 2 angeschlossen. Die Sekundärwicklung 53 ist in offenem Dreieck geschaltet. Der Transformator ist so stark gesättigt, daß in dem Sekundärkreis Ströme im wesentlichen von dreifacher Frequenz entstehen. Die dritten Harmonischen werden der Primärwicklung des Transformators 54 zugeführt, dessen Sekundärwicklung mit den Anoden der beiden Röhren 48 und 49 verbunden ist. Ein Kondensator 55 liegt in Reihe zu dem Sekundärkreis und parallel zu einem einstellbaren Widerstand 56. Durch die Einstellung des Kondensators 55 und des Widerstandes 56 kann man es erreichen, daß die induktive Reaktanz für die dritten Harmonischen kompensiert wird. Es hat dies den doppelten Vorteil, daß die gesamte Impedanz für die dritten Harmonischen klein wird und hoch für den Strom der Grundfrequenz, der sonst bei Unsymmetrie in dem Sekundärkreis fließen kann. Evtl. kann man auch noch einen Sperrkreis für die Grundfrequenz einschalten. Statt als Anodenspannung kann die Spannung des Transformators 54 auch als Gittervorspannung der Röhren 48 und 49 verwendet werden.
  • Bei Symmetrie in den Spannungen des Netzes 2 entstehen in den Sekundärwicklungen 53 in jeder Phase gleiche Spannungen, die untereinander um i2o ° in der Phase verschoben sind. Da jedoch der Transformator wenigstens bei den Maximalwerten des Flusses gesättigt ist, sind diese Spannungen nicht sinusförmig, sondern enthalten ungeradzahlige Harmonische, insbesondere dreifacher Frequenz. Da die Grundwellen um 12o ° verschoben sind, heben sie sich auf. Die dritten Harmonischen sind jedoch alle in Phase und addieren sich zu dem dreifachen Betrag. Da der Stromkreis durch den Kondensator 55 auf die dritten Harmonischen abgestimmt ist, sind die höheren ungeradzahligen Harmonischen vernachlässigbar.
  • Da die Größe jeder Spannung dreifacher Frequenz in den drei Phasen ungefähr proportional der wirklichen Phasenspannung ist, sinkt bei einem Kurzschluß die dritte Harmonische der kranken Phase sehr stark ab, so daß auch die gesamte sekundär abgenommene Spannung dreifacher Frequenz erheblich kleiner wird. Es sinkt infolgedessen die Anodenspannung und damit auch der Anodenstrom der Verstärkerröhren 48 und 49. Der Spannungsabfall an dem Widerstand 14 sinkt in gleicher Weise ab, sodaß die Gitter der Ventile 6, 7 und 8 eine kleine Spannung erhalten, die nicht mehr ausreicht, um den Anodenkreis der Ventile zu sperren. Der Erregerstrom in der Wicklung 5 nimmt infolgedessen seinen Maximalwert an, und die Maschine i gibt ihre maximal mögliche Spannung ab.
  • Bei der Anordnung nach Abb.2 sind die Erregerkreise des Generators i und der Erregermaschine 4 in gleicher Weise ausgebildet wie bei der Anordnung nach Abb. i. Als Ventile sind wieder Gas- oder Dampfentladungsgefäße 6, 7 und 8 verwendet. Die Steuerung dieser Gefäße geschieht jedoch nicht durchÄnderung der Größe der den Gittern zugeführten Spannung, sondern durch Änderung der Phasenlage des Gitterpotentials gegenüber dem Anodenpotential. Auf diese Weise kann ebenfalls der Zündmoment in den Entladungsgefäßen und damit der Erregerstrom der Feld-,vicklung 5 beeinfiußt werden. Die Gitter erhalten eine Wechselspannung von der Sekundärwicklung 61 eines Drehfeldtransformators 59. Die Primärwicklung 6o dieses Transformators ist an die drei Phasen des Netzes 2 angeschlossen. Durch Verdrehung der Primärwicklung gegenüber der Sekundärwicklung oder umgekehrt wird die Phasenlage der den Gittern der Ventile 6, 7 und 8 zugeführten Spannung gegenüber der über den Transformator g erhaltenen Anodenspannung verändert.
  • Die Primärwicklung 6o des Drehtransformators 59 ist beweglich angeordnet, so daß sie von dem Drehrelais 62 bewegt werden kann. Das Drehrelais ist dreiphasig ausgebildet und an sämtliche drei Phasen des Netzes 2 angeschlossen. Es besitzt eine feststehende mehrphasige Primärwicklung 63 zur Erzeugung eines Drehfeldes und einen Rotor mit der Sekundärwicklung 64. Die Wicklung 63 ist über die einstellbaren Widerstände 65 und die festen Widerstände 66 an die drei Phasen des Netzes angeschlossen. Die einstellbaren Widerstände dienen zum Einstellen der konstant zu haltenden Spannung und geben allein oder zusammen mit den festen Widerständen dem Stromkreis eine von der Frequenz des Netzes 2 unabhängige Charakteristik. Der Rotor 64 ist über die Welle 65' mit dem drehbaren Teil des Drehtransformators verbunden. Dem Drehmoment des Drehrelais wirkt die Rückstellkraft der Feder 66' entgegen. Für das Drehrelais ist ein kleiner Induktionsmotor verwendet, dessen Primärwicklung 63 auf dem inneren Umfang des Stators angeordnet ist und dessen Rotor aus einer hohlen Stahl-Blocke besteht. Das Drehrelais ist so ausgebildet, daß eine kleine Änderung in der Netzspannung eine bestimmte Änderung des Drehwinkels des Rotors hervorruft. Der Drehtransformator besitzt eine große Zahl von Polen, so daß einer geringen mechanischen Verdrehung eine große elektrische Phasenverschiebung von beispielsweise go ° entspricht. Da die Ventile 6, 7 und 8 in einem stark induktiven Stromkreis liegen, wird durch eine solche Phasenverschiebung von go ° der Anodenstrom der Ventile praktisch von Null bis zu einem Maximalwert gesteuert.
  • Die Bewegung der Welle 65' wird durch den Dämpfungszylinder 67 und den Kolben 68 gedämpft. Der Kolben 68 ist über eine Feder 69 federnd mit der Welle 65' verbunden, um bei einer plötzlichen Änderung der Netzspannung eine rasche Bewegung des Transformators herbeizuführen. Um ein Überregeln oder ein Pendeln der Regelung zu vermeiden, wirkt auf die Welle 65' noch das Drehmoment des Magnets 7o ein. Die Wicklung 71 des Magnets, dessen Kern an dem Dämpfungszylinder 67 angreift, wird von einer elektrischen Größe des Erregerkreises erregt. In dem Ausführungsbeispiel ist die Wicklung an die Spannung der Erregermaschine 4 angeschlossen. Die Wicklung 72 dient gleichfalls zur Vermeidung von Pendelungen. Sie wird von einer Stromquelle mit im wesentlichen konstanter Spannung gespeist. Eine solche Stromquelle ist die Hilfserregermaschine 58. Mit dieser Anordnung ergibt sich ein stabiles Arbeiten, selbst wenn die Maschine i mit der Erregung Null als Blindleistungsmaschine arbeitet.
  • Bei unsymmetrischen Spannungsverhältnissen im Netz 2 erhalten die Phasen- und die verketteten Spannungen symmetrische positive und negative Phasenfolgekomponenten. Das Drehmoment des Drehrelais ist im wesentlichen proportional der Differenz zwischen den Quadraten der Größe der positiven Phasenfolgekomponenten und der negativen Phasenfolgekomponenten, so daß das resultierende Drehmoment des Drehrelais sich bei Unsymmetrie sofort derart ändert, daß der Rotor 6o sich unter der Vorspannung der Feder 69 in eine Lage bewegt, in welcher die Ventile ihre volle Leitfähigkeit besitzen.

Claims (7)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Einrichtung zur Regelung einer Betriebsgröße eines Mehrphasensystems mittels gittergesteuerter elektrischer Ventile, insbesondere zur Regelung elektrischer Maschinen, dadurch gekennzeichnet, daß eine in an sich bekannter Weise an sämtliche Phasen des zu regelnden Netzes angeschlossene Vorrichtung vorgesehen ist, welche die Gitterspannung der Ventile derart steuert, daß bei einer bestimmten Unsymmetrie zwischen den Spannungen der einzelnen Phasen des Mehrphasensystems die Leitfähigkeit der in dem Regelstromkreis liegenden Ventile plötzlich auf ihren Maximalwert erhöht wird.
  2. 2. Einrichtung nach Anspruch x, dadurch gekennzeichnet, daß die mehrphasige Vorrichtung derart empfindlich ist, daß sie die Regelung schon beeinflußt, wenn auch nur in einer einzigen Phase die zu regelnde Größe unter ihren normalen Wert absinkt.
  3. 3. Einrichtung nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventile (6, 7, 8) von den höheren Harmonischen der in offenem Vieleck geschalteten Sekundärwicklung (53) eines Transformators beeinflußt werden, dessen Primärwicklung (52) in Sternschaltung an das zu regelnde System (2) angeschlossen ist. q..
  4. Einrichtung nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in den Stromkreis der höheren Harmonischen ein Kondensator (55) zur Kompensierung der induktiven Reaktanz für die höheren Harmonischen eingeschaltet ist.
  5. 5. Einrichtung nach Anspruch q., dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu dem Kondensator ein einstellbarer Widerstand (56) liegt.
  6. 6. Einrichtung nach Anspruch i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in den Stromkreis für die höheren Harmonischen ein Sperrkreis für die Grundwelle eingeschaltet ist.
  7. 7. Einrichtung nach Anspruch i bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungen höherer Frequenz als Anodenspannung für Verstärkerröhren (q.8, 49) dienen, deren Gitter von der zu regelnden Größe beeinflußt werden und deren Anodenstrom zur Steuerung der elektrischen Ventile dient. B. Einrichtung nach Anspruch i bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungen höherer Frequenz als Gittervorspannung für die Verstärkerröhren dienen, deren Gitter von der zu regelnden Größe beeinflußt werden und deren Anodenstrom zur Steuerung der elektrischen Ventile dient. g. Einrichtung nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß an das zu regelnde System ein mehrphasiges Drehrelais (62) angeschlossen ist, das in Abhängigkeit von seinem Drehmoment die Primär- und Sekundärwicklung eines die elektrischen Ventile steuernden Drehtransformators (5g) gegeneinander verdreht. io. Einrichtung nach Anspruch g, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdrehung des Drehtransformators außerdem in Abhängigkeit von der Erregerspannung der geregelten Maschine in rückführendem Sinne erfolgt.
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