DE727726C

DE727726C - Arrangement for compounding synchronous machines

Info

Publication number: DE727726C
Application number: DES133049D
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Wilhelm Leukert
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1938-07-17
Filing date: 1938-07-17
Publication date: 1942-11-10

Description

Anordnung zur Kompoundierung von Synchronmaschinen Es ist bereits vorgeschlagen worden, zum Kompoundieren von Synchronmaschinen den Kompoundierungswechselstrom, der über Stromtransformatoren den Zuleitungen der Maschine entnommen wird, über Ventile ihrer Erregermaschine zuzuführen, wobei die Sekundärwicklungen der Stromtransformatoren und die Ventile entweder in den Selbsterregerkreis oder in einen zusätzlichen Erregerkreis dieser selbsterregten Erregermaschine eingeschaltet werden. Eine solche Anordnung hat aber verschiedene Nachteile. Sie ergibt nicht nur große Abmessungen der Stromtransformatoren und der Ventile, sondern auch eine unzulässige Belastung der Ventile durch den Strom des Erregerkreises oder mindestens eine unerwünschte Dämpfung und Verzögerung des Kompoundierungsvorganges. - Eine solche Dämpfung entsteht beispielsweise in allen Fällen, in denen der zur Kompoundierung dienende Fremderregerstromkreis mit einem zweiten Erregerstromkreis derselben Maschine magnetisch gekuppelt ist. Dieser zweite Erregerstromkreis ist nämlich über seine Stromquelle, z. B. über den eigenen Anker der Maschine, in sich geschlossen, und es entstehen in ihm durch Transformatorwirkung bei jeder Änderung des Kompoundierungsstromes entgegenwirkende Ausgleichsströme, die plötzliche Feldänderungen verhindern und daher den Kompoundierungsvorgang dämpfen. Die Synchronmaschine kann daher in allen angeführten Fällen den Vorteil der Ventile bzw. der an sich tr ägheitslosen Kompoundierung nicht ausnützen. Entweder sind die Ventile untragbarer Dauerbelastung ausgesetzt, oder es muß die Anordnung einschließlich der Synchronmaschine wegen ihrer Trägheit reichlicher bemessen werden, als bei vollkommener und genügend rasch ansprechender Kompoundierung notwendig wäre. Der Nachteil trägen Arbeitens besteht auch bei gleichfalls bekannten Anordnungen, bei denen Synchronmaschinen zwar statt an ihrer Erreger= maschine mittels einer zusätzlichen Hilfserregermaschine, aber nicht durch--krägheitslose Ventile, sondern mittels temperaturabhängiger Widerstände im Erregerkreis der Hilfserregermasehine kompoundiert werden. Diese Widerstände arbeiten wesentlich träger als Ventile, und es führt daher die Heranziehung der Hilfserregermaschine zur Kompoundierung hier zu keiner sparsameren Bemessung der Synchronmaschine.Arrangement for compounding synchronous machines It is already it has been proposed to compound synchronous machines using the compounding alternating current, which is taken from the supply lines of the machine via current transformers, via Supply valves to their exciter, with the secondary windings of the current transformers and the valves either in the self-excitation circuit or in an additional excitation circuit of this self-excited exciter. Such an arrangement but has several disadvantages. It not only results in large dimensions of the current transformers and the valves, but also an impermissible load on the valves from the current of the excitation circuit or at least an undesirable damping and delay of the Compounding process. - Such attenuation occurs in all of them, for example Cases in which the external excitation circuit used for compounding is connected to a second excitation circuit of the same machine is magnetically coupled. This second one The excitation circuit is namely via its power source, e.g. B. over your own anchor the machine, self-contained, and it is created in it by the effect of a transformer counteracting compensating currents for every change in the compounding current, which prevent sudden field changes and therefore dampen the compounding process. The synchronous machine can therefore take advantage of the valves in all of the cases mentioned or not take advantage of the inertia-free compounding. Either they are Valves exposed to unsustainable stress, or the arrangement must be inclusive the synchronous machine due to its inertia must be dimensioned more abundantly than with a perfect one and compounding that responds sufficiently quickly would be necessary. The downside sluggish There is also work in arrangements which are also known in which synchronous machines Instead of using your exciter machine by means of an additional auxiliary exciter machine, but not by inertia-free valves, but by means of temperature-dependent resistors be compounded in the excitation circuit of the auxiliary excitation machinery. These resistances work much more slowly than valves, and it therefore leads to the attraction of the Auxiliary exciter for compounding here to no more economical dimensioning of the Synchronous machine.

Die Erfindung macht gleichfalls von einer Hilfserregermaschine zur Kompoundierung Gebrauch. Die Nachteile der bekannten Anordnungen sind aber hierbei erfindungsgemäß dadurch behoben, daß die Hilfserregermaschine nur durch den mittels Ventilen gleichgerichteten Kompoundierungsstrom erregt. wird. Die Spannung der Hilfserregermäschine entspricht also zwangsläufig und unverzögert dem Kompoundierungsstrom. Der Ventilstromkreis führt nur diesen Strom und ist mit keinem .dämpfenden anderen Erregerstromkreis gekoppelt. Als Ventile werden vorteilhaft Trockengleichrichter verwendet. Erst die ausschließliche Erregung der Hilfserregermaschine durch den von den Ventilen praktisch trägheitslos gelieferten Kompoundierungsstrom ergibt eine genügend betriebssichere und trägheitslose Kompoundierung, die eine sparsamere Bemessung aller Teile, insbesondere der Synchronmaschine, ermöglicht.The invention also makes of an auxiliary exciter to Compounding use. The disadvantages of the known arrangements are here solved according to the invention in that the auxiliary exciter only by the means Valves energized rectified compounding current. will. The voltage of the auxiliary exciter machine therefore corresponds inevitably and without delay to the compounding stream. The valve circuit only carries this current and is not connected to any other excitation circuit coupled. Dry rectifiers are advantageously used as valves. First the exclusive excitation of the auxiliary exciter by the valve practically Compounding current supplied without inertia results in a sufficiently reliable and inertialess compounding, which allows more economical sizing of all parts, in particular the synchronous machine.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. z der Zeichnung wiedergegeben. Diese zeigt eine Synchronmaschine s, die aus einem dreiphasigen Netz ;t. gespeist und von einer Erregermaschine e erregt wird. Die Erregermaschine erregt sich selbst; außerdem ist eine Hilfserregermaschine lt. vorgesehen, die ebenfalls auf die Erregung der Erregermaschine e wirkt und hier. beispielsweise in dein Selbsterregerkreis der Haupterregermaschine liegt. Die Hilf serregerinaschine h wird von dem in den Zuleitungen der Synchronmaschine s liegenden Stromtransformator t über Gleichrichter g erregt.An embodiment of the invention is shown in Fig. Z of the drawing. This shows a synchronous machine s, which consists of a three-phase network; t. fed and excited by an exciter e. The exciter machine excites itself; In addition, a pilot exciter lt. provided which also acts on the excitation of the exciter e and here. for example is in your self-exciter circuit of the main exciter. The auxiliary serregerinaschine h is excited by the current transformer t lying in the supply lines of the synchronous machine s via rectifier g.

Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet der Erfindung sind turbo- oder dieselelektrische Schiffsantriebe. Bei solchen speist meistens ein Generator einen Propellermotor, d. h. Generator- und Motorleistung sind gleich groß. Wenn- aber beispielsweise der Synchronpropellermotor für die zweifache Überlastungsfiä higkeit bei Betrieb in einem Netz mit konstanter Spannung bemessen ist, so geht seine L'berlastungsfähigkeit etwa auf das z ,3fache zurück, Renn er an einen Generator gleicher Größe angeschlossen wird, der auch für zweifache Überlastungsfähigkeit ausgelegt ist. Da im Schiffsbetrieb durch schwere See oder Ruderlegen Überlastungen von etwa 3o °% über der normalen Belastung auftreten-können, müßen Generator und Propellermotor für sehr hohe Überlastungsfähigkeiten bemessen «-erden, um in Zusammenschaltung die geforderte Kippfähigkeit zu besitzen. Das würde Maschinen mit großem Kurzschlußverhältnis erfordern. Solche Maschinen werden schwer und sind deshalb für den Schiffsbetrieb nicht geeignet. Von mechanischen Keglern, wie sie bei stationären Anlagen üblich sind und die die Generatorspannung konstant halten, kann man im Schiffsbetrieb nicht ohne weiteres Gebrauch machen. Dagegen könnte eine starke Überlastungsfähigkeit dadurch gesichert werden, daß die elektrischen Maschinen in Abhängigkeit von der Belastung kompoundiert werden, d. h., daß mit Erhöhung der Belastung entweder sowohl die Generator- als auch die Motorerregung oder auch nur eine der beiden Erregungen verstärkt wird. Die Kompoundierung erfüllt aber nur dann ihre Aufgabe, wenn sie den überaus raschen Schwankungen des Lastinomentes an der Propellerwelle möglichst unverzögert folgen kann. Diese Forderung wird erstmalig durch die Kompoundierung nach der Erfindung in ausreichendem -Mäße erfüllt. Bei Antrieben mit rasch laufendem Generator (Turbogenerator) ist dessen Kompoundierung weniger wirksam als die Kompoundierung des Propellermotors, weil sie sich wegen der großen magnetischen Trägheit bei einem Turbogenerator nicht so rasch auswirken kann wie bei den vielpoligen Propellermotoren, die verhältnismäßig geringe Feldträgheit haben. Die Erfindung ist also auf derartige Schiffsantriebe vorzugsweise so anzuwenden, daß der Propellermotor oder sowohl dieser als auch der ihn speisende Generator eine über elektrische Ventile nur vom Kornpoundierungsstrom erregte Hilfserregermaschine erhalten.A preferred field of application of the invention are turbo-electric or diesel-electric Marine propulsion. In such cases, a generator usually feeds a propeller motor, d. H. Generator and motor power are the same. If- but for example the Synchronous propeller motor for twice the overload capacity when operating in a network with constant voltage is dimensioned, its overload capacity goes about z, 3-fold back, he runs connected to a generator of the same size which is also designed for double overload capacity. Since in ship operation due to heavy seas or oar laying, overloads of about 30% above normal Load can occur, the generator and propeller motor must for very high overload capacities dimensioned «-ground in order to have the required tilting ability when interconnected. That would require machines with a large short circuit ratio. Such machines become heavy and are therefore not suitable for ship operation. From mechanical Bowlers, as they are common in stationary systems and which control the generator voltage can not be easily made use of in ship operations. On the other hand, a strong overload capacity could be ensured that the electrical machines are compounded depending on the load, d. that is, as the load increases, either generator or motor excitation or just one of the two excitations is amplified. The compounding met but only their job if they are able to cope with the extremely rapid fluctuations in the load moment on the propeller shaft can follow as immediately as possible. This requirement is the first time fulfilled by the compounding according to the invention to a sufficient extent. at Drives with a fast-running generator (turbo generator) is its compounding less effective than compounding the propeller motor because they are due to due to the large magnetic inertia of a turbo generator can, as with the multi-pole propeller motors, the relatively low field inertia to have. The invention is therefore preferably to be applied to such ship propulsion systems in such a way that that the propeller motor or both this and the generator feeding it a Auxiliary excitation machine excited only by the compounding current via electrical valves obtain.

Die Anwendung der Erfindung bei Synchronmotoren ist nicht nur bei Schiffsantrieben, sondern auch überall dort von Vorteil, wo zwischen der Überlastungsfähigkeit des -Motors und des ihn speisenden Netzes ein wesentlicher Unterschied besteht, also in Anlagen mit Synchronmotoren großer Cberlastungsfähigkeit, die von einem Netz kleiner Leistungsfähigkeit gespeist werden, oder Anlagen, in denen Synchronmotoren geringer Überlastungsfähigkeit an ein Netz großer Leistungsfähigkeit und konstanter Spannung angeschlossen sind.The application of the invention to synchronous motors is not limited to Ship propulsion, but also an advantage wherever between the overload capacity there is an essential difference between the motor and the power supply system, So in systems with synchronous motors with a large overload capacity, which are operated by a Networks with low capacity are fed, or systems in which synchronous motors low overload capacity on a network of great capacity and constant Voltage are connected.

Bei Anwendung der Erfindung auf Generatoren mit großem Kegelbereich im normalen Kraftwerksbetrieb kann die beschriebene Kompoundierung mit mechanischer Spannungsregelung verbunden werden, indem etwa der in der Grunderregung des Ausführungsbeispiels an" edeutete Regelwiderstand « r durch einen selbsttätigen mechanischen Regler, beispielsweise einen Wälzregler oder einen Kohledruckregler, ersetzt wird. Man erhält dann den Vorteil, daß der selbsttätige mechanische Regler weitgehend durch die Kompoundierung entlastet wird, so daß er nur noch geringfügige Abweichungen vom Sollwert ausregeln muß. Fig.2 zeigt beispielsweise die Wirkung der Kompoundierung auf die Generatorspannung; während ohne Verwendung der Kompoundierung ein verhältnismäßig großer Spannungsanstieg bei Entlastungen vorhanden ist und ein großer Spannungsabfall bei Belastung, wird die Spannungsänderung bei Verwendung der Kompoundierung verhältnismäßig gering; es findet praktisch überhaupt kein Spannungsanstieg mehr statt, und der Regler hat verhältnismäßig wenig auszuregeln. Diese Wirkung tritt aber nur darin ein, wenn die Kompoundierung schneller arbeitet als der Regler, also genügend trägheitslos ist. Aus Fig.2 geht auch deutlich die Erhöhung der Kippfestigkeit durch Einführung der Kompoundierung hervor. Bei Betrieb mit mechanischen Spannungsreglern muß die Belastungsänderung erst eine Spannungsänderung hervorbringen, bevor der Regler eingreifen kann, während bei der Kompoundierung die Erregungsänderung sofort mit der Belastungsänderung, die sich in einer Stromänderung ausdrückt, eintritt. Der Spannungsregler kann deshalb nicht auf Leistungsänderungen ansprechen, die keine Spannungsänderungen zur Folge haben, so daß die Stabilität von Synchronmaschinen bei Reglerbetrieb nicht vergrößert wird, wenn es sich um Wirkstrombelastungen handelt, bei denen z. B. keine Spannungsänderungen auftreten.When applying the invention to generators with a large cone area In normal power plant operation, the compounding described can be combined with mechanical Voltage regulation can be connected by about the one in the basic excitation of the embodiment to "interpreted rheostat" r by an automatic mechanical Regulator, for example a rolling regulator or a coal pressure regulator, is replaced. One then has the advantage that the automatic mechanical controller is largely is relieved by the compounding, so that there are only minor deviations must adjust from the setpoint. For example, Figure 2 shows the effect of compounding on the generator voltage; while without using compounding a proportionate there is a large increase in voltage on unloading and a large voltage drop under load, the change in stress using compounding becomes proportionate small amount; there is practically no increase in voltage at all, and the The regulator has relatively little to regulate. But this effect only occurs in it on if the compounding works faster than the controller, i.e. sufficiently inertia is. From Figure 2, the increase in the anti-tilting strength by introduction is also clear the compounding. When operating with mechanical voltage regulators, the Change in load first produce a change in voltage before the regulator intervenes can, while with compounding the change of excitation immediately with the change of load, which is expressed in a change in current occurs. The voltage regulator can therefore do not respond to changes in performance that do not result in voltage changes so that the stability of synchronous machines is not increased during controller operation is when it comes to active current loads, in which z. B. no voltage changes appear.

Die Kompoundierung wird also auch überall dort von Vorteil sein, wo bei großen Maschinen der Regelbereich des selbsttätigen mechanischen Reglers nicht ausreicht oder wo die Regelgenauigkeit- bei Maschinen mit solchen Reglern erhöht werden soll. In Anlagen, in denen mehrere Kraftwerksgeneratonen parallel arbeiten, kann die Kompoundierung nach der Erfindung zur Entlastung oder Verbesserung der vorhandenen selbsttätigen Regelung auch in der Weise verwendet werden, daß die selbsttätigen mechanischen Regler und die Kompoundierung an verschiedenen Maschinen angebracht sind. Es werden beispielsweise nur einer oder wenige Generatoren zur Spannungshaltung mit selbsttätigen Spannungsreglern betrieben, während die Mehrzahl der Generatoren keine solchen Spannungsregeler hat, sondern nur mittels elektrischer Ventile und Hilfserregermaschinen kompoundiert ist. Diese arbeiten mit statischer Spannungscharakteristik.Compounding will also be beneficial wherever The control range of the automatic mechanical controller does not apply to large machines sufficient or where the control accuracy is increased in machines with such controllers shall be. In systems in which several power plant generations work in parallel, can the compounding according to the invention to relieve or improve existing automatic control can also be used in such a way that the automatic mechanical regulator and compounding attached to different machines are. For example, only one or a few generators are used for voltage maintenance operated with automatic voltage regulators, while the majority of the generators has no such voltage regulator, but only by means of electrical valves and Auxiliary exciter is compounded. These work with static voltage characteristics.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Arrangement for compounding synchronous machines with auxiliary exciter, characterized in that the auxiliary exciter only through the rectified by means of electrical valves, advantageously dry rectifiers Compounding current is excited. Arrangement according to claim i for ship propulsion systems, characterized in that the propeller motor or both this and him supplying electricity generators one via electric valves only from the compounding current own excited auxiliary exciter. 3. Arrangement according to claim i for synchronous machines with automatic mechanical voltage regulator, especially for stationary systems, characterized in that the synchronous machine to relieve the voltage regulator is compounded independently of this. , 4 .. Electrical system with several in parallel operated synchronous generators, characterized in that only one or a few Generators for voltage maintenance are operated with automatic voltage regulators and the majority of the generators do not have such voltage regulators, only is compounded according to claim i.