DE744701C

DE744701C - Arrangement on self-excited generators controlled by automatic controllers

Info

Publication number: DE744701C
Application number: DEA87765D
Authority: DE
Inventors: Louis W Thompson
Original assignee: AEG AG
Current assignee: AEG AG
Priority date: 1938-08-11
Filing date: 1938-08-11
Publication date: 1944-03-31

Description

Anordnung an selbsterregten, durch selbsttätige Regler geregelten Generatoren Bei selbsterregten elektrischen Generatoren, die durch selbsttätige Regler, z. B. Schützregler,o geregelt werden, besteht ein natürlicher Hang des Reglers zum Pendeln. Eine solche Pendelneigung entsteht bekanntlich dadurch, daß der Fluß im Generator im Verhältnis zur Regelgeschwindigkeit langsamer nachfolgt und der Regler bestrebt ist, überzuregeln. Dieser unerwünschte Vorgang äußert sich besonders störend bei im Nebenschluß erregten Gleichstromerregermaschinen.Arrangement on self-excited, regulated by automatic controllers Generators In the case of self-excited electrical generators, which are generated by self-actuating Regulator, e.g. B. Contactor controller, o are controlled, there is a natural slope of the controller for commuting. Such a tendency to pendulum is known to arise from the fact that the river in the generator in relation to the control speed follows more slowly and the Regulator strives to over-regulate. This undesirable process is particularly evident disturbing in shunted DC exciter machines.

Nach der Erfindung lassen sich die Pendelerscheinungen beim Reguliervorgang derartiger Generatoren durch eine besondere Anordnung vermeiden, die darin besteht, daß dem im Feldkreis des Generators liegenden, selbsttätig geregelten Widerstand eine frei laufende, mit Schwungmasse versehene Gleichstromhilfsmaschine parallel geschaltet ist. Diese Schwungradmaschine hat die Eigenschaft, daß sie durch die in ihr aufgespeicherte kinetische Energie bei Regelungsänderungen des Generators eine zeitlich voreilende und im Vorzeichen entgegengesetzte Pendelneigung hervorruft und durch ihre GEMK jeder Änderung der Erregerspannung dämpfend entgegenwirkt, so daß bei entsprechender Bemessung der Schwungmasse die natürliche Pendelneigung des Reglers fortfällt. .According to the invention, the pendulum phenomena during the regulation process avoid such generators by a special arrangement, which consists in that the automatically regulated resistance lying in the field circuit of the generator a free-running DC auxiliary machine equipped with a flywheel in parallel is switched. This flywheel machine has the property that it is by the Kinetic energy stored in it in the event of changes in the control of the generator causes a pendulum tendency that is leading in time and opposite in sign and counteracts any change in the excitation voltage in a damping manner through its GEMK, see above that with an appropriate dimensioning of the flywheel mass the natural tendency to pendulum of the Controller is omitted. .

Durch die Anordnung der Schwungradhilfsmaschine wird aber nicht nur in allen Spannungsbereichen einÜberregulieren durch den Regler vermieden, gleichgültig, ob der Regler im Sinne einer Spannungserhöhung oder einer Spannungsverminderung verstellt wird; sie hat auch zugleich die Wirkung, daß beim Herunterregeln bis in den labilen Be- reich des selbsterregten Generators die Maschine stabil bleibt. Bekanntlich ist der Strom der Nebenschlußfeldwicklung selbsterregter Gleichstromgeneratoren vom Widerstand seines Kreises und der Generatorspannung,abhängig. Ein stabiler Betriebszustand läßt sich dann ohne zusätzliche Hilfsmittel nur erreichen, wenn das Verhältnis der Generatorspannung zum Erregerstrom gleich dem Widerstand des Nebenschlußfeldkreises ist. Die Spannungskennlinie der meisten Generatoren älterer Type ist jedoch bei kleinen Spannungswerten eine Gerade, die durch den Koordinatenursprung geht, so daß über einen großen Bereich das Verhältnis der Spannung zum Feldstrom im wesentlichen konstant ist, d. h. die Generatorspannung ist dann nicht mehr stabil und kann irgendeinen Wert innerhalb dieses konstanten Verhältnisses annehmen. Sobald jedoch bei Anordnung der Schwungradhilfsinaschine nach der Erfindung die Kleanmenspaiintuig des Generators im unstabilen Spannungsbereich von dem durch die Rcglereinstellung bestimmten Wert wegzuleiten v;rsucht, so wirkt die dann sich i-uljernde Spannung der Hilfsmaschine der Spannungsabweichung des Generators vom Sollweit entgegen und gewährleistet auf jeden Fall einen stabilen Betriebszustand des Generators.The arrangement of the flywheel auxiliary machine not only avoids overregulation by the regulator in all voltage ranges, regardless of whether the regulator is adjusted to increase or decrease the voltage; it has the effect at the same time that turns down into the labile loading the self-excited generator reaching the machine remains stable. As is well known, the current of the shunt field winding of self-excited direct current generators is dependent on the resistance of its circuit and the generator voltage. A stable operating state can only be achieved without additional aids if the ratio of the generator voltage to the excitation current is equal to the resistance of the shunt field circuit. The voltage characteristic of most of the older types of generators, however, is a straight line at low voltage values that goes through the origin of the coordinates, so that the ratio of the voltage to the field current is essentially constant over a large area, i.e. the generator voltage is then no longer stable and can have any value assume within this constant relationship. However, as soon as, with the arrangement of the auxiliary flywheel machine according to the invention, the generator tries to move away from the value determined by the regulator setting in the unstable voltage range, then the voltage of the auxiliary machine that then increases counteracts the generator's voltage deviation from the target range and ensures for everyone Case a stable operating condition of the generator.

Die Schwungradhilfsmaschine läßt sich besonders bei Erregermaschinen älterer Ausführung mit Vorteil verwenden, weil diese eine im Gebiet niedriger Spannungen verhältnismäßig wenig gekrümmte Leerlaufkennlinie haben. Bei Erre--ermaschinen neuerer Bauart tvird meistens die Anordnung jener Schwung- radhilfsmaschine entbehrlich sein, da dort im all_g,2meinen in den Polschuhen Sättigungs- querschnitte bzw. andere Einrichtungen zur Erzeugung einer überall gekrümmten Kenn- linie vorgesehen werden. Es hat sich aber leerausgestellt, da", es bei älteren Konstruk- tionen Erregermaschinen billiger ist, die Anordnung der Erfindung zu benutzen, als neue Polschuhe einzubauen, da die Hilfs- maschine hein,n Antrieb erfordert, ihr Energieverbrauch relativ gering ist; eine Last nicht angetrieben wird und demzufolge ihre Abmessungen klein sind. Zur Stabilisierung der Spannung vorhan- dener selbst'erregter Gleichstromgeneratoren im untren Bereich der Iiell:ilinie ohne Um- bau ist es zwar an sich bekannt, in den Er- regerkreis eine Fremdspannung einzuführen, um eindeutige Schnittpunkte der Neben- schluf'',widerstandsgeraden mit der Maschinen- kennlitiie zu erzielen. Unter anderem wird bei Anordnunge=n dieser Art zur Erzeugung jener Fremdspannung ein durch eine beson- de e bsinaschine angetriebener Hilfs- geieratoi- verwendet. Im Gegensatz zum Wesen der Erfiiiclung führt hierbei der Hilfs- generator kei:ie Gegenpendelungen aus, son- clern erzeugt nur eine dauernd wirkende kon- stante #. `orspannung, welche nicht imstande ist, die natürliche Pendelneigung des Reglers zu kompensieren, während erfindungsgemäß di:°- das -Ülai-regulieren im gesamten Arbeits- b@r@ich 1e1- Kennlinie und die Unstabilität in den v_iederen Spannungsgebieten des Genera- tors beseitig,-nde Hilfsspannung jeweils nur b: i auftrc',-nden Spannungsänderungen bz«-. Regulierung szuständen des Generators in Er- scheinung tritt. Bei selbsterregten Erregermaschinen sind die Regtilierwiderställde zuweilen so groß, .daß sie den Generator hindern, auf Spannung zu kommen. Auch dieser Nachteil wird durch die Erfindung beseitigt. Der Ankerwiderstand der Schwungradhilfsmaschine ist immer sehr klein, wenn diese stillsteht, so daß der Regulierwiderstand dann praktisch kurzgeschlossen wird. Folglich wird immer in der Feldwicklung des Generators durch seinen reinanenten 2 ag n etismus ein Strom erzeugt. Erst, sobald die Hilfsmaschine umzulaufen beginnt, wird ihre GEMK den Feldstrom auf einen Wert bringen, der durch die Einstellung am Widerstand bedingt ist.The flywheel auxiliary machine can be used to advantage, particularly in older design exciter machines, because these have a relatively little curved idling characteristic in the area of low voltages. With exciter machines of newer design t is mostly the arrangement of the swing wheel auxiliary machine can be dispensed with, since there in the general, 2 my saturation in the pole pieces cross-sections or other facilities for Generation of a characteristic curve that is curved everywhere line can be provided. But it has blank, because " it is in older construct excitement machines is cheaper that To use the arrangement of the invention, to be installed as new pole shoes, as the auxiliary machine hein, n drive requires, you Energy consumption is relatively low; a burden is not driven and therefore theirs Dimensions are small. To stabilize the tension, of self-excited direct current generators in the lower area of the ilial: line without construction it is known per se, in the introduce an external voltage in the control circuit, clear intersections of the secondary silt '', resistance line with the machine to achieve characteristic. Among other things, will with arrangements = n of this type for generation that external voltage is caused by a de e bsinmaschine driven auxiliary geieratoi- used. In contrast to the The essence of fulfillment is the auxiliary generator kei: he counter-oscillations off, but clern only creates a continuously acting constant #. `excitement, which is incapable is the controller's natural oscillation tendency to compensate while according to the invention di: ° - the -Ülai-regulate in the entire work- b @ r @ ich 1e1 characteristic and the instability in the various areas of tension of the general gate, -nding auxiliary voltage in each case only b: i auftrc ', - nd the voltage changes bz «-. Regulating states of the generator in appearance occurs. With self-excited excitation machines are the regimentation resistance sometimes so large, .that they prevent the generator from being energized. This disadvantage is also eliminated by the invention. The armature resistance of the flywheel auxiliary machine is always very small when it is at a standstill, so that the regulating resistor is then practically short-circuited. Consequently, a current is always generated in the field winding of the generator through its purely permanent 2 ag n etism. Only as soon as the auxiliary machine begins to rotate will its GEMK bring the field current to a value that is determined by the setting on the resistor.

Zuweilen wird der Verstellmotor für den Regelwiderstand einer sich selbst erregenden Erregermaschine vom letz aus gespeist. Es kann dann vorkommen, dalr durch einen Leitungsbruch oder durch das Öffnen eines Schalters die Energiezufuhr zum Verstellmotor zu einer Zeit unterbrochen wird, bei welclie4 der Regelwiderstand seinen größten Wert hat. In einem solchen Fall könnte nach Beseitigung der Störung ein Lisher übliches Reguliersystem die Erregermaschine nicht mehr auf Spannung bringen. Bei Anwendung der Erfindung tritt diese Störung nicht mehr auf.Sometimes the adjusting motor is used for the rheostat self-exciting exciter machine fed from the last. It can then happen because of a line break or the opening of a switch, the energy supply to the adjusting motor is interrupted at a time at which the control resistor has its greatest worth. In such a case, the fault could be eliminated a regulating system common to Lisher no longer energizes the exciter. When using the invention, this disorder no longer occurs.

An Hand der Zeicliung soll die U-irkungsweise der Anordnung bei einem Ausführungsbeispiel erläutert werden.On the basis of the drawing, the U-action of the arrangement in a Embodiment will be explained.

Es bezeichnet i einer. svnciiroiien Drehstromgenerator mit der Feld«-iclzlung g, der auf das Netz 2 arbeitet. Er wird durch die Erregermaschine _I erregt, deren Feld durch den Widerstand 5 im Stromkreis der -Nebenschlußwicklung q.' regelbar ist. Der Widerstand 5 wird abhängig z-on der Spannung des Wechselstromgenerators i selbsttätig mit Hilfe des Urnkehrservomotors 6 und eines Kontaktvoltmeters 7 gesteuert. Motor 6 und Regler 7 sind zu diesem Zweck über einen Spannungstransformator g und einen Dreiphasengleichrichter 8 an die Phasen des Netzes angeschlossen. Erfindungsgemäß ist im Feldkreis der Erregermaschine :I eine mit Schwungmasse i2 versehene Gleichstromhilfsmaschine io angeordnet,, die parallel zu dem selbsttätig geregelten Widerstand 5 geschaltet ist. Sie besitzt eine Feldwicklung i i, die an der Spannung der Erregermaschine q liegt. Die Schwungradmaschine io wirkt als Motor und erzeugt eine GEMK im Erregerkreis der Erregermaschine. Sie kann finit einer beliebigen Drehzahl umlaufen und ist weder mit dem Generator i noch mit der Erregermaschine q. gekuppelt.It denotes one. svnciiroiien three-phase generator with the field "-clzlung g working on network 2. It is excited by the exciter machine _I, whose Field through resistor 5 in the circuit of the -shunt winding q. ' adjustable is. The resistor 5 becomes dependent on the voltage of the alternator i controlled automatically with the aid of the return servo motor 6 and a contact voltmeter 7. Motor 6 and controller 7 are for this purpose via a voltage transformer g and a three-phase rectifier 8 connected to the phases of the network. According to the invention is in the field circuit of the exciter: I a DC auxiliary machine provided with a flywheel i2 io arranged, which are connected in parallel to the automatically regulated resistor 5 is. It has a field winding i i connected to the voltage of the exciter q lies. The flywheel machine io acts as a motor and generates a GEMK in the excitation circuit the exciter. It can revolve finitely at any speed and is neither with the generator i or with the exciter q. coupled.

Unter der Voraussetzung, daß die Maschinen i und d. mit konstanter Drehzahl angetrieben «-erden, hängt die Spannung der Erregermaschine zunächst von der Einstellung des Widerstandes 5 ab. Die Hilfsmaschine io wird durch die jeweils am Regulierwiderstand 5 herrschende Spannung gespeist und läuft als Motor, der dabei in der Schwungmasse Energie aufspeichert. Fällt nun die Spannung des Generators i, so wirkt der vom Kontaktrelais 7 in Betrieb gesetzte Servomotor 6 im Sinne einer Verkleinerung des Regulierwiderstandes 5, d. h. einer Erhöhung der Spannung der Erregermaschine 4, die aber zur Folge hat, daß auch der Strom in der Feldwicklung i i der Hilfsmaschine io steigt, die aber zunächst durch die kinetische Energie ihrer Schwungmasse bestrebt ist, ihre Drehzahl zu halten. Folglich wird die GEM,K der Hilfsmaschine io ansteigen, die Stromänderung in dei Feldwicklung ¢` dämpfen und dadurch eine Überregulierung verhindern. Nach einer gewissen Zeit erreicht jedoch die Hilfsmaschine io den Betriebszu= stand, der dem neuen Spannungsabfall am Regulierwiderstand urid der höheren Spannung der Erregermaschine 4 eindeutig entspricht.Provided that machines i and d. with constant Speed driven «-earth, the voltage of the exciter initially depends on the setting of the resistor 5. The auxiliary machine io will fed by the voltage prevailing at the regulating resistor 5 and runs as a motor that stores energy in the flywheel. The tension is now falling of the generator i, the servomotor set into operation by the contact relay 7 acts 6 in the sense of reducing the regulating resistor 5, d. H. an increase the voltage of the exciter 4, which however has the consequence that the current in the field winding i i of the auxiliary machine io increases, but initially due to the kinetic Energy of their flywheel strives to keep their speed. Consequently will the GEM, K of the auxiliary machine increase io, the change in current in the field winding ¢ `and thus prevent overregulation. After a certain time However, if the auxiliary machine reaches the operating state that corresponds to the new voltage drop clearly at the regulating resistor and the higher voltage of the exciter 4 is equivalent to.

Nzird andererseits bei Überschreitung "des Sollwertes der Generatorspannung der Schieber am Widerstand 5 nach links bewegt, d. h. der wirksame Teil des Widerstandes vergrößert und damit der Strom in der Feldwicklung 4' der Erregermaschine 4 verringert, so sinkt die Generatorspannung. Hierdurch wird der Strom in der Feldwicklung i i der Hilfsmaschine und dementsprechend ihre GEMK verringert und die Stromabnahme in der Feldwicklung 4' der Erregermaschine 4. gedämpft. Es wird jedoch bald ein neuer Zustand entsprechend dem neuen Spannungswert der Erregermaschine 4 erreicht. Man erkennt also, daß die Schwungradhilfsinaschine sowohl bei einer Spannungserhöhung als auch bei einer Spannungserniedrigung wie ein elektromechanischer Dämpfer arbeitet, um jede Änderung der Erregerspannung zu verzögern, und daß dadurch die natürliche Pendelerscheinung im Regelvorgang unterdrückt wird. Schaltet sich der Widerstand 5 so weit ein, daß die Regelung in das unstabile Spannungsgebiet der Erregermaschine gelangt, so wird auch die Unstabilität durch die Schwungradhilfsmaschine beseitigt, indem bei einem Spannungsanstieg an der Erregermaschine 4. die GEMK der Hilfsmaschine io infolge der stärkeren Erregung der Feldwicklung i i auch ansteigt und daher ein weiteres Anwachsen des Erregerstromes und der Spannung der Erregermaschine 4 ausschließt. Strebt aber die Spannung an der Erregermaschine 4., von dem Sollwert abzugleiten, so wird das Feld der Hilfsmaschine io sofort geschwächt und dementsprechend ihre GEMK herabgesetzt, so daß der Feldstrom der Erregermaschine 4. und ihre Spannung nicht zum Absinken kommt. Bei dieser Arbeitsweise werden relativ unbedeutende Größenschwankungen der von der Maschine erzeugten GE1.ZK auftreten, wenn der Widerstand 5 einen Wert hat, der normalerweise Unstabilität bedingt. Die Spannung an der Erregermaschine wird jedoch im wesentlichen eindeutig sein und bei verschiedenen Stellungen des Widerstandes einen bestimmten Wert annehmen.On the other hand, Nzird if the setpoint value of the generator voltage is exceeded the slide on resistor 5 moves to the left, d. H. the effective part of the resistance increases and thus reduces the current in the field winding 4 'of the exciter 4, so the generator voltage drops. This causes the current in the field winding i i the auxiliary machine and, accordingly, their GEMK is reduced and the power consumption damped in the field winding 4 'of the exciter 4. However, it will soon be one new state corresponding to the new voltage value of the exciter 4 is reached. So it can be seen that the flywheel auxiliary machine both when the voltage increases as well as when the voltage drops like an electromechanical damper works, in order to delay any change in the excitation voltage, and that thereby the natural one Pendulum phenomenon is suppressed in the control process. The resistance turns on 5 so far that the control in the unstable voltage area of the exciter arrives, then the instability is eliminated by the flywheel auxiliary machine, by using the GEMK of the auxiliary machine in the event of a voltage increase on the exciter 4. io also rises as a result of the stronger excitation of the field winding i i and therefore a further growth of the excitation current and the voltage of the excitation machine 4 excludes. But if the voltage on the exciter 4. strives to derive from the setpoint, so the field of auxiliary machine io is immediately weakened and, accordingly, hers GEMK reduced, so that the field current of the exciter 4. and its voltage does not come down. In this way of working, there are relatively insignificant fluctuations in size of the GE1.ZK generated by the machine occur when the resistance 5 has a value which usually causes instability. The voltage on the exciter will, however, be essentially unambiguous and at different positions of the Resistance assume a certain value.

Das Schwungrad 12 verzögert also die Beschleunigung der Hilfsmaschine io, so daß dadurch die Erregerspannung etwas über den Wert hinausgeht, bis zu dem sie sonst gelangen würde. Da dann die Drehzahl des Motors wieder ansteigt, geht die Spannung der Erregermaschine wieder zurück, so daß eineGegenpendelwirkungauftritt. DieGEMK der Hilfsmaschine io ist dem Produkt ihrer Drehzahl und Feldstromstärke proportional, und das Schwungrad verzögert seine Geschwindigkeitsänderungen. Daher dauert es längere Zeit, bis der stationäre Wert nach jeder Änderung des Regelwiderstandes erreicht ist, und dadurch entsteht eine Stärkung oder eine Voreilung der Felderregung der Erregermaschine 4 mit einem späteren Rückgang der zSpannung auf den beständigen normalen Wert.The flywheel 12 thus delays the acceleration of the auxiliary machine io, so that the excitation voltage goes slightly above the value, up to the otherwise she would get. Since then the speed of the motor increases again, goes the voltage of the exciter is restored, so that a counter-pendulum effect occurs. The GEMK of the auxiliary machine io is the product of its speed and field current strength proportional, and the flywheel retards its speed changes. Therefore it takes a long time before the steady-state value is reached after each change in the rheostat is reached, and thereby a strengthening or an advance of the field excitation arises of the excitation machine 4 with a later decrease in the zTension to the steady one normal value.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Arrangement on self-excited generators regulated by automatic regulators, in particular on shunt-excited DC exciter machines, to avoid overregulation and at the same time to stabilize the voltage in the unstable range, characterized in that the automatically regulated resistor (5 ) a free-running, finite flywheel (i2) provided direct current auxiliary machine (io) is connected in parallel.

2. Arrangement according to claim i, characterized in that the field winding (ii) of the DC auxiliary machine (io) is connected to the voltage of the self-excited generator (.4). To distinguish the subject of the application from the state of the art, the following publications were taken into account in the granting procedure: German patents .... N o. 475 bog. 476863.