DE701025C

DE701025C - Device for regulating the voltage or other electrical quantities of synchronous machines

Info

Publication number: DE701025C
Application number: DE1938S0131198
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Dr Arnold Einsele; Dipl-Ing Ernst Fischer
Original assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens AG
Current assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens AG
Priority date: 1938-03-11
Filing date: 1938-03-11
Publication date: 1941-01-08

Description

Einrichtung zum Regeln der Spannung oder anderer elektrischer Größen von Synchronmaschinen Wenn die Erregung von Generatoren, z. B. von Synchronmaschinen selbsttätig in besonders weiten Grenzen geregelt werden muß, wie dies beispielsweise zur Spannungshaltung bei großen kapazitiven Belastungen erforderlich ist, reicht man mit einem gewöhnlichen Regler nicht aus. Da das Verhältnis des größten erforderlichen Erregerstromes zum kleinsten außerordentlich groß ist, oder sogar die Richturig des Erregerstromes im Generator umgekehrt werden muß, so werden bei Kontaktreglern außerdem die Kontakte sehr hoch beansprucht, weil wegen der begrenzten Kontaktzahl die Schaltleistung von Stufe zu Stufe erheblich ist. Die Beanspruchung ist naturgemäß besonders groß, wenn sich die Belastung des Generators plötzlich sehr stark ändert. Um einen großen Regelbereich zu erhalten, kann man Umkehrregler oder Spaltpolmaschinen mit Umkehrreglern verwenden. Diese Anordnungen sind aber verwickelt und teuer und ergeben die beschriebene unerwünscht hohe Kontaktbeanspruchung.Device for regulating voltage or other electrical quantities of synchronous machines If the excitation of generators, e.g. B. of synchronous machines must be regulated automatically within particularly wide limits, such as this, for example is required for voltage maintenance with large capacitive loads, is sufficient you can't get off with an ordinary controller. As the ratio of the largest required Excitation current is extremely large to the smallest, or even the right one of the excitation current in the generator must be reversed, so are contact regulators In addition, the contacts are very stressed because of the limited number of contacts the switching capacity from stage to stage is considerable. The stress is natural especially large if the load on the generator suddenly changes very strongly. In order to obtain a large control range, one can use reversing regulators or shaded pole machines use with reversing regulators. However, these arrangements are complicated and expensive and result in the undesirably high contact stress described.

Man kann den Regelbereich auch dadurch vergrößern, daß man im Erregerstromkreis der Maschine oder ihrer Erregermaschine zwei einander entgegenwirkende Erregerwicklungen anordnet. Auf derartige Anordnungen bezieht sich die Erfindung. Bei einer bereits bekannten Regleranordnung dieser Art muß die eine Wicklung zum Zweck der Spannungsreglung reversiert und gesteuert werden. Sie ist also nicht dauernd der anderen Wicklung entgegengeschaltet, vielmehr sind im normalen Falle sogar die beiden Wicklungen im gleichen Sinne beschaltet. Wenn die eine Wicklung in außergewöhnlichen Störungsfällen sehr stark erregt wird, ist die andere reversierbare Wicklung ganz abgeschaltet. Auch diese Anordnung ist ziemlich verwickelt, zumal sie das Ein-, Aus-und -Umschalten einer Wicklung erfordert, was eine sehr starke Beanspruchung des Kontaktmaterials bedeutet.The control range can also be increased by working in the excitation circuit the machine or its exciter has two opposing excitation windings arranges. The invention relates to such arrangements. With one already Known regulator arrangement of this type must have a winding for the purpose of voltage regulation reversed and controlled. So it is not always the other winding switched in the opposite direction, rather in the normal case even the two are Windings wired in the same sense. If the one winding in exceptional cases of failure is very strongly excited, the other reversible winding is completely switched off. Again, this arrangement is quite intricate, especially since it involves switching on, off, and toggling a winding, which puts a very heavy load on the contact material means.

Iin Gegensatz hierzu ist die Einrichtung nach der Erfindung so ausgebildet, daß die beiden Erregerwicklungen dauernd einander entgegenwirken und beide von je einem selbsttätigen Regler in Abhängigkeit von der einzuregelnden oder einer anderen elektrischen Größe der Maschine oder des 'Netzes gesteuert werden. Man erreicht dadurch eine Regelbarkeit des Erregerstromes der elektrischen Maschine in weiten Grenzen, weil auch die Gegenerregerwicklung durch den Regler in ihrem Stromkreis sehr weitgehend zur Regelung herangezogen werden kann. Jedoch wird durch die Anwendung von Reglern in jeder der beiden Erregerwicklungen der Regelbereich des einzelnen Reglers klein und die Schaltleistung jedes Reglers von Stufe zu Stufe sehr gering gehalten.In contrast, the device according to the invention is designed so that the two excitation windings constantly counteract each other and both are controlled by an automatic controller depending on the electrical variable to be regulated or another electrical variable of the machine or the network. In this way, the excitation current of the electrical machine can be regulated within wide limits, because the counter-excitation winding can also be used very largely for regulation by the controller in its circuit. However, by using controllers in each of the two excitation windings, the control range of the individual controller is small and the switching capacity of each controller is kept very low from stage to stage.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, und zwar ist eine Drehstroinsvnchronmaschine gewählt, deren Erregung in sehr weiten Grenzen geregelt werden soll. Die Synchronmaschine ii wird durch die Wicklung 1z erregt, die von der Erregermaschine 13 gespeist wird. Die Erregermaschine hat zwei Erregerwicklungen, eine Haupterregerwicklung 1.4 mit größerer und eine Zusatzeriegerwicklung 17 mit geringerer Amperewindungszahl. Im Stromkreis der Haupterregerwicklung 1.4 ist ein Regler 15 angeordnet, der durch das Steuersystem 16 in Abhängigkeit von der Spannung der Synchronmaschine i i gesteuert wird. Der Strom in der Zusatzerregerwicklung i7 wird vom Regler i8 durch das Steuersystem icg ebenfalls in Abhängigkeit von der Spannung der Maschine i i beeinflußt.In the drawing, an embodiment of the invention is shown, namely, a rotary current synchronous machine is chosen, the excitation of which is very wide Limits should be regulated. The synchronous machine ii is through the winding 1z energized, which is fed by the exciter 13. The exciter machine has two Excitation windings, a main excitation winding 1.4 with a larger and an additional series winding 17 with a lower number of ampere-turns. In the circuit of the main excitation winding 1.4 a controller 15 is arranged, which is controlled by the control system 16 as a function of the voltage of the synchronous machine i i is controlled. The current in the additional field winding i7 is controlled by the controller i8 through the control system icg also depending on the Voltage of the machine i i influenced.

Die Anordnung wirkt in folgender Weise. Die Erregermaschine 13 wird von der Differenz der Amperewindungen der beiden Wicklungen 14. und 17 erregt. Die Zusatzwicklung habe z. B. bei voller Erregung et. - 3, bei kleinster Erregung Amperewindungen. die Hauptwicklung habe bei voller Erregung n - 8, bei kleinster Erregung Amperewindungen, dann ergeben sich als Gesamtamperewindungen maximal n # 8 --- -1- 7,25 n, und minimal n # 2 -- n # 3 - - i n. Es kann also die Erregung auf 1\`u11 verringert und darüber hinaus noch umgekehrt werden, obwohl sich der Erregerstrom in den einzelnen Wicklungen nur in dem Verhältnis i : 4 ändert.The arrangement works in the following way. The exciter 13 is excited by the difference in the ampere turns of the two windings 14 and 17. The additional winding have z. B. at full excitement et. - 3, with the slightest excitement Ampere turns. the main winding has n - 8 with full excitation, with the smallest excitation Ampere turns, the total ampere turns result in a maximum of n # 8 --- -1- 7.25 n, and minimally n # 2 - n # 3 - - i n. The excitation can therefore be reduced to 1 \ `u11 and, moreover, reversed, although the excitation current in the individual windings is only changes in the ratio i: 4.

Es kann also der Regelbereich jedes Reglers verhältnismäßig klein sein, und es wird die Schaltleistung von Kontaktstufe zu Kontaktstufe wesentlich herabgesetzt.The control range of each controller can therefore be relatively small and the switching capacity from contact stage to contact stage becomes essential degraded.

Zweckmäßig wird die Anordnung so gewählt, claß bei kleinen Lastschwankungen im wesentlichen der Regler für die Hauptwicklung 14 im oberen Bereich und der Regler für die Zusatzwicklung 17 im unteren Bereich der Erregung des Generators arbeitet.The arrangement is expediently chosen so that there are small fluctuations in load essentially the regulator for the main winding 14 in the upper area and the regulator works for the additional winding 17 in the lower area of the excitation of the generator.

Dabei ist also die eine Wicklung stark erregt, wenn die andere schwach erregt ist und umgekehrt, was eine besonders günstige thermische Ausnutzung der Wicklungen ergibt. Hierzu kann z. B. der Regler 18 so eingestellt sein, daß er auf einen etwas höheren Sollwert einregelt als der Regler 15. Der Regler 18 greift also dann ein, wenn der Bereich des Reglers 15 nicht mehr ausreicht. Es kann auch zweckmäßig einer der Regler oder auch beide statisch gemacht werden, wobei der Regler an sich mechanisch statisch sein kann, z. B. in Abhängigkeit von dem Reglerweg, oder wobei das statische Verhalten vom Strom - beispielsweise über einen Stromwandler durch Beeinflussung eines in Reihe mit dem Steuersystem i9 liegenden Widerstandes 20 - oder einer anderen elektrischen Größe der elektrischen Maschine abhängig gemacht werden kann. Es kann auch beides kombiniert werden. Die Statisierung wird bei parallel laufenden Generatoren an sich häufig angewendet, hat aber bei der hier vorgesehenen Anordnung der beiden selbsttätigen Regler besondere Vorzüge, da damit leichtein stoßfreies Einsetzen des Zusatzreglers und störungsfreies gleichzeitiges Arbeiten beider Regler erzielt wird. Es kann auch vorteilhaft sein, den einen Regler z. B. von der Generatorspannung, den anderen Regler von einer anderen elektrischen Größe, z: B. dem Erregerstrom in der Haupterregerwicklung 1-. abhängig zu machen.One winding is strongly excited when the other is weak is excited and vice versa, which is a particularly favorable thermal utilization of the Windings results. For this purpose, z. B. the controller 18 be set so that it is on regulates a somewhat higher setpoint value than the controller 15. The controller 18 thus intervenes then on when the range of the controller 15 is no longer sufficient. It can also be expedient one or both of the regulators can be made static, the regulator per se can be mechanically static, e.g. B. depending on the controller path, or where the static behavior of the current - for example via a current transformer Influence of a resistor in series with the control system i9 20 - or made dependent on another electrical variable of the electrical machine can be. Both can also be combined. The statization is in parallel running generators are often used per se, but has been used in the case of the one provided here Arrangement of the two automatic controllers special advantages, as they are easy to use bumpless insertion of the additional controller and trouble-free simultaneous work both controllers is achieved. It can also be advantageous to use a controller such. B. from the generator voltage, the other regulator from a different electrical quantity, e.g. the excitation current in the main excitation winding 1-. to make dependent.

Um die Größe, auf welche die Regler ansprechen sollen, einstellen zu können, wird den Spulen der beiden Regler je ein Regelorgan 21 und 22 zugeordnet. Damit das richtige Zusammenarbeiten gewährleistet ist, werden die beiden Regelorgane 2i und 22 miteinander gekuppelt. 'Man kann auch die beiden Spulen 16 und i i parallel oder' in Reihe schalten und für beide ein gemeinschaftliches Regelorgan anordnen.To set the size to which the controllers should respond To be able to, the coils of the two controllers are each assigned a control element 21 and 22. In order to ensure correct cooperation, the two regulatory bodies 2i and 22 coupled together. 'You can also have the two coils 16 and i i in parallel or 'connect in series and arrange a common regulating body for both.

Die beschriebene Anordnung hat den Vorteil, daß der Regelbereich der üblichen Selbstregler beträchtlich gesteigert, und daß besonders bei Kontaktreglern die Kontakte äußerst geschont werden. Es lassen sich daher besonders Wälzregler, deren Schaltleistung beschränkt ist, gut verwenden.The arrangement described has the advantage that the control range of the usual self-regulators increased considerably, and that particularly with contact regulators, the contacts are extremely spared. It can therefore be special Make good use of rolling regulators whose switching capacity is limited.

Die Vorteile der Erfindung zeigen sich jedoch nicht nur bei Kontaktreglern, sondern auch bei Selbstreglern, besonders bei direkten Reglern aller Art. So ist die neue Anordnung besonders bei Kohledruckreglern wichtig, die j a bekanntlich ihre Ohmzahl nur innerhalb eines ge-,vissen Bereiches ändern können und daher in der üblichen Schaltung für Regelung in sehr weiten Grenzen, besonders bei Fremderregung, wenig geeignet sind.The advantages of the invention are not only evident in contact regulators, but also with self-regulators, especially with direct regulators of all kinds The new arrangement is particularly important for coal pressure regulators, which are well known their ohm number can only change within a certain range and therefore in the usual circuit for regulation within very wide limits, especially with external excitation, are not very suitable.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Device for regulating voltage or other electrical quantities of electrical machines with variable within wide limits Excitation current for those in the excitation circuit of the machine or its exciter two opposing excitation windings are arranged, characterized in that that the two excitation windings constantly counteract each other and both of j e an automatic controller depending on the one to be regulated or a different one electrical variable of the machine or the network can be controlled.

2. Establishment according to claim i, characterized in that in the upper area of the excitation, that is with strong excitation of the machine or its exciter, essentially only the controller (i5, 16) in the circuit of the main excitation winding (i4) is used for control. is, and that in the lower area of the excitation of the controller (i8, ig) in the circuit the counter excitation winding (i7) amplifies the counter excitation.

3. Device according to claim i and z, characterized in that one controller or both controllers are static Controllers are designed, and that, if necessary, their statics as a function of Current generated by the electrical machine or by other electrical quantities or is reinforced. q ..

Device according to Claims i to 3, characterized in that the additional regulator is controlled by an electrical variable that is a measure of the The electrical machine is working in the lower excitation range.

5. Establishment according to claim i; characterized in that the coils of the regulators (i5, 16 and 18, ig) is assigned a control element (2i and 22), by means of which the size is assigned which the controller should respond can be adjusted, and that the control organs are coupled to each other.

6. Device according to claim i, characterized in that that for the coils of the two controllers (i5, 16 and ig, ig) a common Control organ is arranged, by means of which the size to which the controller respond should, can be adjusted.