Anordnung zur Spannungsregelung von Synchronmaschinen mit Hilfe eines
Gleichrichters In dem Hauptpatent ist eine Anordnung zur Spannungsregelung von Synchronmaschinen
mit Hilfe eines Gleichrichters beschrieben, der die Erregerwicklung der Synchronmaschine
aus dem Wechselstromnetz. unmittelbar oder mittelbar speist. Die Erfindung soll
darin bestehen, daß der Transformator des Gleichrichters mit einem von der Belastung
der Synchronmaschine unabhängigen Scheinwiderstand in Reihe geschaltet ist, dessen
Leistung ein Vielfaches der über. ihn an den Gleichrichtertransformator gelieferten
Leistung ist. Als einfachstes Beispiel ist dort die direkte Speisung der Erregerwicklung
durch den Gleichrichter angegeben, dessen Transformator primär der belastungsunabhängige
und der belastungsabhängige Strom überlagert werden. Der Strom in der Erregerwicklung
muß daher diesen beiden Strömen entsprechen. Es sind jedoch im Hauptpatent auch
Ausführungsbeispiele angegeben, bei denen die Erregerwicklung der Synchronmaschine
über eine besondere Erregermaschine gespeist wird, und erst deren Erregerwicklung
ist an den Gleichrichter angeschlossen. Man kann damit im stationären Zustand, wenn
.sich die Erregerwicklung der Synchronmaschine wie ein Ohmscher Widerstand verhält,
einen Strom in ihr erzeugen, der dem Gleichrichterstrom entspricht. Denn die Ankerspannung
der Erregermaschine ist bei konstanter Drehzahl dem Erregerstrom proportional, und
wenn der Ankerkreis auf einen konstanten Widerstand arbeitet, ist auch der Ankerstrom
dem Erregerstrom proportional. Man will aber gerade im nichtstati@onären Zustand,
wenn sich der induktive Widerstand der Erregerwicklung bemerkbar macht, eine wesentlich
höhere Erregerspannung an der Synchronmaschine haben, um den Erregerstrom möglichst
rasch auf seinen neuen Sollwert zu bringen. Das erfordert aber, daß die Erregung
der Erregermaschine zunächst einen höheren Wert besitzt als dem Sollwert des Erregerstromes
der Synchronmaschine entspricht.Arrangement for voltage regulation of synchronous machines with the help of a
Rectifier In the main patent is an arrangement for voltage regulation of synchronous machines
described with the help of a rectifier, which the field winding of the synchronous machine
from the AC network. feeds directly or indirectly. The invention aims to
consist in that the transformer of the rectifier with one of the load
the synchronous machine independent impedance is connected in series, whose
Performance many times that of over. delivered it to the rectifier transformer
Performance is. The simplest example there is the direct supply of the field winding
specified by the rectifier, whose transformer is primarily the load-independent
and the load-dependent current are superimposed. The current in the excitation winding
must therefore correspond to these two currents. However, there are also in the main patent
Embodiments specified in which the field winding of the synchronous machine
is fed via a special excitation machine, and only its excitation winding
is connected to the rectifier. You can use it in the steady state, if
.the field winding of the synchronous machine behaves like an ohmic resistor,
generate a current in it that corresponds to the rectifier current. Because the anchor voltage
of the exciter is proportional to the exciter current at constant speed, and
when the armature circuit works at a constant resistance, so is the armature current
proportional to the excitation current. But in the non-static state, you want to
if the inductive resistance of the excitation winding is noticeable, a significant one
have higher excitation voltage on the synchronous machine in order to reduce the excitation current as much as possible
to bring it quickly to its new setpoint. But that requires that the excitement
the exciter machine initially has a higher value than the target value of the excitation current
corresponds to the synchronous machine.
Die Erfindung betrifft eine Weiterbildung der Anordnung des Hauptpatentes,
durch die dies erreicht wird. Erfindungsgemäß besitzt die Erregermaschine einerseits
eine Fremderregung, die von dem Gleichrichter gespeist wird, andererseits eine dem
Erregerstrom der Svnchronmaschine verhältnisgleiche und der Fremderregung entgegenwirkende
Erregung. Es wird also der Erregerwicklung der Erregermaschine einerseits der Gleichrichterstrom
zugeführt, anderseits einer zweiten Erregerwicklung in Gegenerregung der Ankerstrom
der
Erregermaschine, so daß als resultierende Erregung nur die Differenz der beiden
wirksam ist. f e kleiner also der Ankerstrom ist, desto größer ist die Irregung
vom Gleichrichter her und je mehr der Ankerstrom nun zunimmt, desto kleiner wird
di° resultierende Erregung. Je höher man nun im nichtstationären Zustand die Ankerspannung
der Erregermaschine ainvachsen lassen will, desto mehr ist man gezwungen, die für
beide Erregungen erforderlichen Ainperewindungen zu vermehren, die sich dann im
stationären Zustand nahezu völlig aufheben. Man erhält auf diese Weise ungünstige
Abmessungen für die Erregerwicklungen. Man kann dies vermeiden, wenn man die eigene
Erregung der Erregermaschine durch eine dritte Wicklung aufbringen läßt, die man
parallel zu den Klemmen der Erregermaschine legt, so daß sich die 'Maschine gerade
noch selbst erregt. Die beiden anderen Wicklungen können dann wesentlich kleiner
sein und dienen lediglich dem eigentlichen Regelvorgang. Ist der Ankerstrom kleiner
als sein Sollwert, dann unterstützt der Gleichrichters trom die Selbsterregung und
treibt die Spannung hoch, geht der Ankerstrom über seiner. Sollwert hinaus, so liebt
er nicht nur den Gleichrichterstrom, sondern auch die Selbsterregung auf. Er muß
sich also wieder auf seinen Sollwert einstellen.The invention relates to a further development of the arrangement of the main patent,
through which this is achieved. According to the invention, the exciter has on the one hand
an external excitation fed by the rectifier, on the other hand a dem
The excitation current of the synchronous machine is proportional and counteracting the external excitation
Excitement. On the one hand, it becomes the rectifier current for the excitation winding of the excitation machine
fed, on the other hand, a second excitation winding in counter-excitation of the armature current
the
Exciter machine, so that the resulting excitation is only the difference between the two
is effective. If the armature current is smaller, the greater the excitation
from the rectifier and the more the armature current increases, the smaller it becomes
di ° resulting excitement. The higher the armature voltage in the non-stationary state
the exciter wants to grow, the more one is forced to work for
to multiply both excitations necessary ainperewindungen, which are then in the
almost completely canceling the steady state. In this way one obtains unfavorable
Dimensions for the excitation windings. You can avoid this by having your own
Excitation of the exciter machine can be applied by a third winding that one
parallel to the terminals of the exciter, so that the 'machine is straight
still excited himself. The other two windings can then be much smaller
and only serve the actual control process. If the armature current is smaller
than its setpoint, then the rectifier supports the self-excitation and current
if the voltage drives up, the armature current goes above his. Setpoint addition, so loves
he not only generates the rectifier current, but also self-excitation. He must
so adjust to its target value again.
Es ist bereits ein Gleichstromverbundgenerator bekannt, der die Erregerwicklung
eines zweiten Gleichstromgenerators speist. In den Stromkreis der fremderregten
Erregerwicklung dieser Verbunderregermaschine ist ein relativ großer Ohmscher Widerstand
eingeschaltet, um die vom Ankerstrom durchflossenen Wicklungen und die fremderregte
Wicklung zu entkoppeln. Außerdem besitzt dieser Erregergenerator eine selbsterregte
Wicklung. Demgegenüber dient die Erregermaschine der Erfindung zur Speisung der
Erregung eines Synchrongenerators gemäß dem Hauptpatent, und es wird dadurch, wie
geschildert, eine besonders zweckmäßige Verbesserung der Anordnung des Hauptpapentes
erzielt. Bei der bekannten Anordnung können die durch die Erfindung beseitigten
Schwierigkeiten von vornherein nicht auftreten, da hier die Erregermaschine einen
Gleichstromgenerator zu erregen hat, an dein Stoflerregungsvorgänge praktisch keine
Rolle spielen.A direct current generator is already known, which has the excitation winding
a second DC generator. In the circuit of the externally excited
The excitation winding of this compound excitation machine is a relatively large ohmic resistance
switched on to the windings through which the armature current flows and the separately excited windings
To decouple winding. In addition, this exciter generator has a self-excited
Winding. In contrast, the excitation machine of the invention is used to feed the
Excitation of a synchronous generator according to the main patent, and it is thereby how
described, a particularly useful improvement of the arrangement of the main paper
achieved. In the known arrangement, the can be eliminated by the invention
Difficulties do not arise from the outset, since the exciter machine causes one here
DC generator has to excite practically none of the stimulation processes
Role-play.
An einigen Ausführungsbeispielen soll der 1?rhndungsgedatike näher
erläutert werden. In Abb. i bezeichnet i die synchrone Hauptmaschine, die durch
die direkt gekuppelte Gleichstrommaschine 2 erregt wird. Diese besitzt im Ständer
eine Kompensationswicklung 3 und drei Erregerwicklungen .1, 5 und 6. Die Wicklung
_l. wird voni -Ankerstrom in Reihe durchflossen, die Selbsterregungswicklung @ liegt
parallel zu den Klemmen der Maschine, und die fremderregte Wicklung 6 wird vom Gleichrichter
7 mit einem belastungsa15hängigen und einem belastungsunabhängigen Strom gespeist,
die in der Priinärwicklung des Gleichrichtertransformators N überlagert und von
demStrorntransformatory sowie von der Blindleistungsmaschine io zugeführt werden.
Die Blindleistungsmaschine stellt dabei den großen Scheinwiderstand dar. Die Selbsterregungswicklung
5 wird so bemessen, daß sich die Maschine unter ihrem Einfluß gerade auf dein geradlinigen
Teil ihrer Charakteristik erregt. In Abb. 2 bezeichnet I die Klemmenspannung der
Maschine als Funktion der erregenden Amperewindungen AWe. Die Gerade Il stellt die
:Ampere@viiidungen dar, die unter dein Einfluß der Klemmenspannung E in der Selbsterregungswicklung
5 'zustande kommen. Sie sind der Klemmenspannung proportional, verlaufen also geradlinig.
Die Wicklung 6 liefert nun die konstanten Aniperewindungen o a., so daß die
resultierende Erregerkurve nun durch die Gerade III dargestellt wird. Unter ihrem
Einfluß würde sich die Maschine bis zum Schnittpunkt b, also bis zur Spannung
o b' erregen. _Unter dein Einfluß der Spannung (Kurve I) würde sich jedoch
in der Erregerwicklung der Synchronmaschine und damit auch in der Reihenschlußwicklung
der Gleichstrommaschine im stationären Zustand ein Strom auszubilden suchen, dessen
Ainperewindungen durch die Gerade IV dargestellt sind. Weil sie entgegengesetzt
erregend wirken sollen, sind sie von der Ordinatenachse nach links aufgetragen.
Die resultierende Erregung erhält inan nun, v: enn man die Abszissen der Kurve IV
(bis zur Ordinatenachse) von der Kurve III nach links aufträgt. Es ergibt sich so
die Gerade V, die mit der Kurve I einen stabilen Schnittpunkt c bildet. Die Spannung
o c' ist gerade die Spannung, bei der der Strom in der Erregerwicklung, dargestellt
durch die Abszissen zwischen der Geraden III und V, den dein Gleicbrichterstroin
entsprechenden Sollwert d c besitzt und die Amperewindungen o a der Wicklung 6 gerade
aufhebt. Bei jedem kleineren Wert würde sich eine höhere Spannung einzustellen suchen,
bei jedem größeren Wert eine kleinere. Hat der Gleichrichterstroni einen anderen
Wert, z. B. den doppelten o a', so verläuft sofort die resultierende Erregerkurve
nach der Geraden Z"', der stabile Schnittpunkt f mit der Kurve I liegt jetzt beim
doppelten Wert o f' der Spannung. Dieser Wert wird auf schnellstem
'tVege erreicht. einmal weil infolge der Selbsterregun;-sschaltung die Spannung
auf dem geradlinigen 'feil
der Charakteristik I hochklettert, zum
anderen weil die Amperewindungen der Wicklung 6 eine starke Zusatzerregung darstellen,
die in ihrer Größe infolge der getroffenen Stromtransformatorschaltung durch Selbstinduktionsspannungen
praktisch nicht beeinflußt und erst beim Sollwert des Ankerstromes durch die Gegenerregung
d' f aufgehoben wird. Bei jeder Abweichung des Ankerstromes, d. h. des Erregerstromes
der Synchroninaschine von seinem durch die Wicklung 6 vorgeschriebenen Sollwert
springt die Kleininenspannung der Erregermaschine 2 schlagartig auf einen Wert,
den man je nach der Form, die man der Charakteristik I gibt, auf ein Vielfaches
des -Normalwertes bringen und nach oben hin durch die Sättigung der Erregermaschine
begrenzen kann. Im Normalbetrieb arbeitet die Erregermaschine dann im ungesättigten
Bereich. Die Anordnung wirkt also genau so, als wenn der Gleichrichterstrom direkt
dem Anker der Synchronmaschine zugeführt würde. Weil jedoch durch die Erregermaschine
eine vielfache Verstärkung stattfindet, kann man den Gleichrichter und die Apparate
der zugehörigen Stromtransformatorschaltung erheblich verkleinern. Man kann diese
Verkleinerung noch weiter treiben, wenn man die Erregermaschine 2 von einer besonderen
Hilfserregermaschine erregt, die ihrerseits Stromvergleicherregung besitzt. Eine
derartige Schaltung zeigtAbb.3. Soweit die gleichen Bezugszeichen verwendet sind,
haben diese die gleiche Bedeutung wie in Abb. i. Die Haupterregermaschine -z besitzt
außer der Kompensationswicklung 3 eine Erregerwicklung ii, die vom Ankerkreis der
Hilfserregermaschine i2 gespeist wird. Die Regelung auf konstantem Strom findet
nun in dieser Maschine 12 statt, die zu diesem Zweck die drei Erregerwicklungen
im Ständer aufweist. 13 bedeutet die fremderregte, 14 die selbsterregte und 15 die
reihenschlußerregte, während 16 die Kompensationswickhing darstellt. Die Erregerwicklung
15 wird jedoch im Gegensatz zur Schaltung nach Abb. i nicht vom eigenen Ankerstrom
der Maschine 12, sondern von dem der Haupterregermaschine durchflossen. Man erreicht
auf diese Weise, daß stabile Verhältnisse nur dann vorliegen, wenn die Amperewindungen
der Wicklung 15 entgegengesetzt größengleich denen der Wicklung i3 sind. In jedem
anderen Fall findet über die Maschine 12 eine Erregung im Sinne der Herstellung
des Sollwertes statt, und zwar um so mehr, je größer die Abweichung vom Sollwert
ist. Versieht man die Haupterregermaschine 2 noch mit einer in der Abb. 3 nicht
dargestellten zweiten Erregerwicklung, die parallel zu den Maschinenklemmen liegt,
so übernimmt diese nahezu die volle Erregung, während die Wicklung i i nur geringe
Zu- oder Gegenerregung zu liefern braucht. Die Hilfserregerniaschine 12 kann dadurch
äußerst klein gehalten werden und damit wiederum auch der Gleichrichter mit Zubehör.The plan is to be explained in more detail on the basis of a few exemplary embodiments. In Fig. I, i denotes the synchronous main machine which is excited by the direct current machine 2 which is directly coupled. This has a compensation winding 3 and three excitation windings in the stator .1, 5 and 6. The winding _l. armature current flows through it in series, the self-excitation winding @ is parallel to the terminals of the machine, and the separately excited winding 6 is fed by the rectifier 7 with a load-dependent and a load-independent current, which is superimposed in the primary winding of the rectifier transformer N and from the power transformer as well as from the reactive power machine io are fed. The reactive power machine represents the great impedance. The self-excitation winding 5 is dimensioned so that the machine is excited under its influence on your straight part of its characteristic. In Fig. 2, I denotes the terminal voltage of the machine as a function of the exciting ampere-turns AWe. The straight line II represents the ampere @ viiidungen that come about under the influence of the terminal voltage E in the self-excitation winding 5 '. They are proportional to the terminal voltage, so they run in a straight line. The winding 6 now supplies the constant Aniperewindungen o a., So that the resulting excitation curve is now represented by the straight line III. Under their influence, the machine would be excited up to the point of intersection b, i.e. up to the voltage o b '. _Under the influence of the voltage (curve I), however, a current would try to develop in the field winding of the synchronous machine and thus also in the series winding of the DC machine in the steady state, the outer windings of which are represented by the straight line IV. Because they are supposed to have opposing excitement, they are plotted from the ordinate axis to the left. The resulting excitation is now obtained if the abscissas of curve IV (up to the ordinate axis) are plotted from curve III to the left. This results in straight line V, which forms a stable intersection point c with curve I. The voltage oc 'is precisely the voltage at which the current in the excitation winding, represented by the abscissa between the straight lines III and V, has the setpoint dc corresponding to your equilibrium current and the ampere turns oa of the winding 6 just cancel. A higher voltage would be sought for each smaller value, a lower one for each larger value. If the rectifier current has a different value, e.g. For example, the double o a ', the resulting excitation curve immediately follows the straight line Z "', the stable intersection f with the curve I is now at twice the value o f 'of the voltage. This value is reached on the fastest' tVege because as a result of the self-excitation circuit, the voltage climbs up on the straight line of characteristic I, and on the other hand because the ampere turns of winding 6 represent a strong additional excitation, the size of which is practically not influenced by self-induction voltages due to the current transformer circuit and only at the setpoint of the Armature current is canceled by the counter-excitation d ' f . With every deviation of the armature current, ie the excitation current of the synchronous machine from its setpoint prescribed by the winding 6, the small voltage of the exciter machine 2 suddenly jumps to a value that depends on the shape that one of the Characteristic I gives, bring it to a multiple of the normal value and nd can limit upwards through the saturation of the exciter. In normal operation, the exciter then works in the unsaturated range. The arrangement works exactly as if the rectifier current were fed directly to the armature of the synchronous machine. However, because the exciter is amplified many times over, the rectifier and the apparatus for the associated current transformer circuit can be considerably reduced in size. This reduction in size can be taken even further if the exciter 2 is excited by a special auxiliary exciter, which in turn has current comparison excitation. Such a circuit is shown in Fig. 3. If the same reference symbols are used, they have the same meaning as in Fig. I. In addition to the compensation winding 3, the main exciter -z has an exciter winding ii which is fed from the armature circuit of the auxiliary exciter i2. The regulation on constant current now takes place in this machine 12, which for this purpose has the three excitation windings in the stator. 13 means the separately excited, 14 the self-excited and 15 the series-excited, while 16 represents the compensation winding. In contrast to the circuit according to FIG. What is achieved in this way is that stable conditions only exist when the ampere turns of winding 15 are opposite in size to those of winding i3. In any other case, an excitation takes place via the machine 12 in the sense of producing the setpoint value, the greater the deviation from the setpoint value, the more so. If the main exciter 2 is also provided with a second excitation winding, not shown in Fig. 3, which is parallel to the machine terminals, this takes over almost the full excitation, while the winding ii only needs to provide a slight supply or counter-excitation. The auxiliary excitation machine 12 can thereby be kept extremely small, and thus in turn the rectifier with accessories.
Ferner kann man die Erregerwicklungen teilweise zusammenlegen, z.
B. kann man die Reihenschlußwicklunng 4. und die fremderregte Wicklung 6 in Abb.
i bzw. 15 und 13 in Abb. 3 zu einer Wicklung vereinigen. Dies ist möglich, weil
der Gleichrichtertransformator sekundär nur den Strom führen kann, der ihm primär
aufgedrückt wird. Wenn man also die Wicklung d. und 6 bzw. 15 und 13 zusammenlegt,
üben beide Ströme in den Maschinen die gleiche magnetische @,#'irlsung aus wie zuvor
in getrennten Wicklungen. Man könnte auch zwischen die Erregerwicklung ii und die
Hilfserregermaschine 12 weitere Hilfserregermaschinen in Kaskade schalten. Es muß
dann wiederum in der Maschine 12 die Regelung auf konstantem Strom stattfinden:
An Stelle der Blindleistungsmaschine io -genügt in manchen Fällen eine Doppelspule.Furthermore, you can partially merge the excitation windings, for.
B. one can see the series winding 4. and the separately excited winding 6 in Fig.
i or 15 and 13 in Fig. 3 combine to form one winding. This is possible because
the secondary rectifier transformer can only carry the current that is primary to it
is pressed. So if you have the winding d. and 6 or 15 and 13 merged,
Both currents in the machines exert the same magnetic @, # 'irlsolution as before
in separate windings. One could also between the excitation winding ii and the
Auxiliary excitation machine Connect 12 additional auxiliary excitation machines in cascade. It must
then again in the machine 12 the control on constant current take place:
Instead of the reactive power machine io, a double coil is sufficient in some cases.