DE644135C - Einrichtung zur Regelung von Betriebsgroessen einer Wechselstrommaschine - Google Patents

Description

Das Hauptpatent betrifft eine Einrichtung zur Regelung von Betriebsgrößen einer Wechselstrommaschine, insbesondere zur Regelungvon deren Spannung, wobei der Erregerkreis oder die Erregermaschine der Wechselstrommaschine aus einem Wechselstromnetz über <ein gleichrichtendes Entladungsgefäß, mit Steuerelektroden gespeist wird. Die Steuerspanniung der die Regelung bewirkenden Entladungsstrecken. ist dabei zusammengesetzt aus !einer vom Netz in bekannter Weise abgeleiteten, in der Phase verschiebbaren Steuerwechselspannung und einer Zusatzspannung, die entweder von einem vom gleichgerichteten Erregerstrom durchfloss eflien Widerstand abgenommen oder einem nicht von gleichgerichtetem Erregerstrom durchflossenen Widerstand in Abhängigkeit von der geregelten Größe, insbesondere deren Änderung, aufgedrückt wird. Der Zweck dieser Einrichtung nach dem Hauptpatent ist die Verhütung von Pendelungen beim Regelvorgang. Die Änderung der geregelten bzw. zu regelnden Größe dient also dazu, dem Regel-Vorgang entgegenzuwirken.

Die Erfindung stellt eine weitere Anwendung und Ausgestaltung des Gegenstandes des Hauptpatents dar und bezweckt eine Anwendung der Lehre des Hauptpatents zur Erhöhung der Regelempfindlichkeit. Erfindungsgemäß ist die Zusatzspannung der zeitlichen Änderung der Abweichung der Betriebsgröße vom Sollwert verhältnisgleich und wird in einem die Regelempfindlichkeit erhöhenden Sinne in die Steuerkreise eingeführt. Die Einfügung der Steuerspannung im Sinne der Erfindung hat also die Wirkung, daß ein einmal eingeleiteter Regel Vorgang beschleunigt wird.

Eine erhöhte Regelempfindlichkeit ist z. B. notwendig, um die Stabilität eines Wechselstromnetzes aufrechtzuerhalten. Besonders schwierig ist es, die Stabilität von Wechselstromnetzen mit längeren Übertragungsleitungen aufrechtzuerhalten, wenn die Belastung starken Schwankungen unterliegt. Die Höchstbelastung, die eine Ho chspannungs übertragungsleitung sicher führen kann, hängt von der Art der zur Aufrechterhaltung der Spannung benutzten Regelungsvorrichtung ab.

Wenn die Regelungsvorrichtung träge wirkt können Belastungsschwankungen leicht eine Unstabilität im Betrieb der mit- dem Stromkreis verbundenen Synchronmaschinen hervor rufen, wenn nicht die Belastung unterhalb eines bestimmten Betrages gehalten wird. Diese Neigung zur Unstabilität setzt der Größe der mit Sicherheit übertragbaren Leistung bei einem Wechselstromerzeuger und ίο einer Übertragungsleitung, bei denen der übliche schwingende Schnellregler vorhanden ist, eine ernstliche Grenze. Durch die Anwendung der Erfindung kann die Neigung zur Unstabilität weitgehend verringert werden und zugleich die mit Sicherheit übertragbare Leistung entsprechend erhöht werden. Da die Zusatzspannung proportional der zeitlichen Änderung der Abweichung ist, wird den Änderungen schon im Entstehen entgegengewirkt. Infolgedessen ermöglicht die Regelungseinrichtung, da sie wegen der gittergesteuerten Entladungsstrecken gegenüber schwingenden Reglern praktisch trägheitslos arbeitet, einen stabilen Betrieb unter Verhältnissen, bei denen er bei den bisher üblichen Regelungseinrichtungen unstabil wäre.

Die Zeichnung zeigt in Abb. 1 und 3 zwei Ausführungsbeispiele und in Abb. 2 ein Diagramm, das zur Erläuterung der Wirkungsweise der Abb. 1 dient.

In der Abb. 1 ist eine Synchronmaschine 1 mit Feldwicklung 2 und Anker 3 an eine Übertragungsleitung 4 angeschlossen. Der Feldwicklung 2 wird Strom von einer Erregermaschine 5 geliefert und von einem mit der Erregermaschine in Reihe geschalteten Entladungsgefäß 6, das an die Leitungen 4 über einen Transformator 7 mit Primärwicklung 8 und Sekundärwicklung 9 angeschlossen ist. Die Erregermaschine 5 besitzt einen Anker 10 und eine Feldwicklung 11, die unter Vorschaltung eines einstellbaren Widerstandes 12 an den Anker angeschlossen ist. Das Entladungsgefäß 6 besitzt Anoden 13, die an die Außenklemmen der Sekundärwicklung 9 angeschlossen sind, und eine Quecksilberkathode 14, die an den Mittelpunkt der Sekundärwicklung 9 angeschlossen ist, und zwar über die Erregermaschine 5 und die Feldwicklung 2. Das Entladungsgefäß ist in üblicher Weise mit einer Erregerelektrode und einer Hilfsstromquelle zur Unterhaltung eines Hilfsbogens versehen. Dasselbe gilt auch für das später zu erwähnende Entladungsgefäß 32.

Das Entladungsgefäß 6 besitzt ferner Gitter 15, welche mit der Kathode 14 durch einen Stromkreis verbunden sind, der einen Widerstand 16, die Sekundärwicklung 17 eines Transformators 18, die Sekundärwicklung 19 eines Transformators 20, eine Drosselspule 21 und einen Kondensator 22 enthält; die beiden letztgenannten dienen dazu, störende Schwankungen im Gitterstromkreis zu glätten. Die Primärwicklung 23 des Transformators 18 wird von der Läuferwicklung 24 eines Phasenschiebers 26 gespeist, dessen Ständerwicklung 25 mehrphasig ist. Zur Regelung der Steuerspannung am Entladungsgefäß 6 ist für jede Phasenverschiebung von Steuer- gegen Anodenspannung eine Wechselspannung von nahezu konstantem Scheitelwert notwendig. Diese Bedingung wird am besten durch ein dreiphasiges, kreisförmiges Drehfeld erzeugt. Ist das Netz 4 mehrphasig, so kann die Speisung der Ständerwicklung unmittelbar erfolgen. Da bei dem Ausführungsbeispiel das Netz 4 nur einphasig ist, ist es zur Bildung· eines Drehfeldes aus drei Phasen notwendig, zwei Hilfsphasen zu erzeugen. Dies kann man beispielsweise erreichen durch drei in Dreieck geschaltete Spulen, die die Primärwicklung 29 eines Mehrphasentransformators 27 sein können, indem man die einphasige Spannung an zwei Ecken des Dreiecks legt und zur Einstellung der richtigen Phasenlage parallel zu einer der beiden anderen Spulen einen passend gewählten Kondensator 30 schaltet. Die Sekundärwicklung 28 des Mehrphasentransformators 27 speist die Ständerwicklung 2 5 des Phasenschiebers 26. Die Phasenverschiebung zwischen der Anodenwechselspannung und der Gitterwechselspannung kann durch Drehen der Läuferwicklung 24 verändert werden.

Die Primärwicklung 31 des Transformators 20 wird über einen Gleichrichter 32 von der Sekundärwicklung eines Transformators 33 gespeist, dessen Primärwicklung eine von der xoo Spannung im Netz 4 und der Spannung eines mit der Hauptmaschine 1 gekuppelten Wechsclspannungshilfsgenerators 34 abhängige Spannung erhält. Es wird in dem Stromkreis mit der Primärwicklung 31 eine gleichgerichtete Spannung bestehen, deren Größe von der dem Transformator 33 zugeführten Spannung abhängig ist. Ändert sich die Spannung im Netz 4, so wird mittels des Transformators 20 den Gitterkreisen des Entladungsgefäßes 6 eine entsprechende Spannungskomponente zugeführt. Die an die itter 15 angelegte Spannung ist somit die Resultierende von Teil spannungen, deren eine durch den Transformator 18 zugeführt wird und deren Phase durch die Lage der Phasenschieberwicklung 24 bestimmt ist und deren andere durch den Transformator 20 zugeführt wird und deren Größe und Phase durch die Phasenbeziehung der Spannungen der Leiung4 und der Hilfsmaschine 34 bestimmt

Die Wirkung, die durch eine Änderung in diesen Teilspannungen hervorgerufen wird, ergibt sich leicht aus der Betrachtung des Diagramms nach Abb. 2. In dieser sind die innere und die - Klemmenspannung der Maschine ι für eine gegebene Belastung durch die Vektoren E_g und Et dargestellt, die Spannung an dem anderen Ende der Übertragungsleitung durch den Vektor E_r, der induktive Spannungsabfall der Maschine 1 durch den Vektor Ix_e und der Spannungsabfall der Übertragungsleitung durch den Vektor/*/. Wenn die Belastung der Maschine wächst, ändern sich die innere und die Klemmenspannung der Maschine, wie durch die Vektoren E/ und E/ ausgedrückt ist. Die Leistung der Maschine wird dargestellt durch das Produkt (Ix_g -j- Ix_t) · F, wobei F der senkrechte Abstand des Vektors Ixt vom Koordinatenursprung O ist. Dies ergibt sich daraus, daß die Summe von Ix_g und Ix( dem Maschinenstrom unmittelbar proportional und die Strecke/⁷ der mit dem Leistungsfaktor multiplizierten Klemmenspannung unmittelbar proportional ist.

Die Stabilität im Betrieb der Maschine wird nur dann aufrechterhalten, wenn ein Anwachsen der Belastung unmittelbar von einem Anwachsen des Produktes (Ix_g-\-Ixi) ·F begleitet ist. Arbeitet die Regielungsvorrichtung träge, dann wird dieses Produkt nicht genügend schnell geändert, und die Maschine läuft Gefahr, unstabil zu werden und außer Tritt zu fallen. - Ist dagegen die Regelungsvorrichtung empfindlich und arbeitet sie sehr schnell, dann wird die Klemmenspannung der Maschine im wesentlichen konstant gehalten infolge des schnellen Anwachsens der Erregung und inneren Spannung ,£f_ff der Maschine. Bei der in Abb. 1 dargestellten Regelungseinrichtung werden die Maschinenerregung und die innere Maschinenspannung Eg selbsttätig in Abhängigkeit von der Phasenänderung der Klemmenspannung Et geregelt.

Zur Erklärung der Wirkungsweise der Einrichtung ist eine kurze Betrachtung über die Arbeitsweise des Entladungsgefäßes 6 erforderlich. Die Größe des Stromes, der der Feldwicklung 2 der Wechselstrommaschine durch das Entladungsgefäß 6 zugeführt wird, ist sowohl von den Gitter- als auch von den Anodenspannungen dieses Gefäßes abhängig. Solange beide Spannungen negativ sind, wird kein Strom durch das Entladungsgefäß, übertragen. Das Entladungsgefäß führt Strom, wenn beide genannten Spannungen positiv sind. Der genaue Zeitpunkt in jeder Halbwelle der Anodenspannung, bei welcher das Entladungsgefäß. 6 leitend wird, ist durch den Wechsel der Polarität der Gitterspannung von einem negativen zu einem positiven Betrag bestimmt. Dieser Punkt kann geändert werden, indem entweder die Phasenbeziehung zwischen den Gitter- und Anodenspannungen geändert wird oder indem ein den Gittern aufgezwungenes Wechselpotential geändert wird. Der durch das Gefäß 6 fließende Strom ist daher Null oder annähernd Null, wenn seine Gitter- und Anodenspannungen i8o° phasenverschoben sind. Der Strom wächst allmählich in dem Maße, wie dia Phase der Gitterspannung im Verhältnis zu derjenigen der Anodenspannung vorrückt, und wird ein Maximum, wenn die Gitter- und Anodenspannungen miteinander in Phase sind. Die gleiche. Wirkung, den Zeitpunkt des Einsetzens des Stromes in jeder Halbwelle vorzu- · rücken, kann man auch durch Ändern einer den Gittern aufgedrückten Gleichstromvor-Spannung erreichen.

Angenommen, daß die Maschinen 3 und 34 durch geeignete Antriebsmaschinen angetrieben werden, daß die Läuferwickkmg 24 des Phasenschiebers 26 in eine geeignete Stellung gebracht ist und daß die Maschinenbelastung konstant ist, dann wird dem" Gitterkreis durch den Transformator 20 keine Spannung zugeführt, und es fließt durch das Entladungs_r gefäß 6 gerade genug Strom, um die Klemmenspannung Et auf ihrem Betriebsnennwert zu erhalten. Wenn die Maschinenbelastung wächst und die Maschine dazu neigt, außer Tritt zu fallen, wird die Phasenbeziehung zwischen den Spannungen der Leitung 4 und der Hilfsmas chine 34 geändert, die resultierende gleichgerichtete Spannung, die der Primärwicklung 31 des Transformators 20 durch den Gleichrichter 3 2 zugeführt wird, ändert sich ebenfalls, und durch den Transformator 20 wird dem Gitterkreis bereits zu. einem früheren Zeitpunkt ein positives Potential aufgezwungen. Derjenige Zeitpunkt in jeder Halbperiode, in welchem die Stromübertragung nach der Feldwicklung 2 in den einzelnen' Entladungsstrecken des Gleichrichters 6 einsetzt, liegt infolgedessen während der Änderung der resultierenden gleichgerichteten Spannung in der Primärwicklung 31 in einigen Halbperioden der Anodenspannung früher, und die Erregung der Maschine 1 wird unmittelbar auf einen Wert gesteigert, welcher einen stabilen Betrieb der Maschine und des Stromkreises gewährleistet.

In ähnlicher Weise ändert sich bei abnehmender Bielastung die Phasenbeziehung zwischen den Spannungen der Leitung 4 und Maschine 34 im umgekehrten Sinne und die resultierende gleichgerichtete Spannung, die der Primärwicklung des Transformators 20 durch den Gleichrichter 32 zugeführt wird. Dem Gitterkreis wird durch den Transfer-

mator eine negative Zusatzspannung zugeführt. Das Einsetzen des Stromes findet in jeder Halbperiode der Anodenspannung in einem späteren Zeitpunkt statt, und die Erregung der Maschine ι sinkt unmittelbar auf einen Wert, der die Spannung auf ihren Betriebsnennwert zurückzuführen bestrebt ist. Der Phasenschieber 26 dient zur Grobeinstellung der Maschinenierregung, und die Maschinenspannung wird durch das veränderliche, mittels des Transformators 20 dem Gitterkreis zugeführte Steuerzusatzpotential sehr empfindlich geregelt. Das veränderliche Zusatzpotential kann auf verschiedene Weise erzeugt werden.

Abb. 3 zeigt eine ,Regelungseinrichtung, bei der die veränderliche Zusatzspannung durch eine mit dem Wechselstromgenerator 1 gekuppelte Gleichstrommaschine 35 erzeugt wird. Versucht der Generatori seine Drehzahl zu ändern, so wird eine Zusatzspannung, die von der Drehzahländerung abhängig ist, den Gitterkreisen des Entladungsgefäßes zugeführt, dessen Anodenströme die zu regelnde Betriebsgröße des Generators 1 beeinflussen. Bei dem Ausführungsbeispiel der Abb. 3 handelt es sich um eine Spannungsregelung. Jedoch kann auch eine Drehzahlregelung des Generators 1 durchgeführt werden, indem die Anodenströme des Entladungsgefäßes die Antriebsmaschine des Generators 1, beispielsweise das Feld eines Gleichstromnebenschlußmotors, beeinflussen. Die Wirkungsweise der in Abb. 3 dargestellten Einrichtung ist ähnlich derjenigen der Abb. 1 und bedarf daher keiner weiteren Erläuterung.

Claims (3)

1. Patentansprüche:

   i. Einrichtung zur Regelung von Betriebsgrößen einer Wechselstrommaschine, insbesondere von deren Spannung, wobei der Erregerkreis oder die Erregermaschine der Wechselstrommaschine aus einem Wechselstromnetz über ein gleichrichtendes Entladungsgefäß mit SteuereleRtroden gespeist und den Steuerkreisen des Entladungsgefäßes außer der vom Netz abgeleiteten, in der Phase verschiebbaren Steuerwechselspannung eine von der geregelten Betriebsgröße abhängige Zusatzspannung aufgedrückt wird, nach Patent 622971, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzspannung der zeitlichen Änderung der Abweichung der Betriebsgröße vom Sollwert verhältnisgleich ist und in einem die Regelempfindlichkeit erhöhenden Sinne in die Steuerkreise eingeführt wird.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzspannung über einen Transformator oder eine Drossel aus der gleichgerichteten resultierenden Wechselspannung zwischen Netzspannung und der Spannung eines unmittelbar gekuppelten Wechselspannungshilfsgenerators gewonnen wird.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzspannung über einen Transformator oder eine Drossel mittels eines mit der zu regelnden Maschine unmittelbar gekuppelten Gleichspannungshilfsgenerators gewonnen wird.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen