DE902524C

DE902524C - Einrichtung zur Schnellsteuerung von Gleichstromkreisen, insbesondere von vormagnetisierten Drosselspulen zur Netzstabilisierung

Info

Publication number: DE902524C
Application number: DEA9289D
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Habil Werner Kraemer
Original assignee: AEG AG
Current assignee: AEG AG
Priority date: 1942-04-22
Filing date: 1942-04-22
Publication date: 1954-01-25

Description

Einrichtung zur Schnellsteuerung von Gleichstromkreisen, insbesondere von vormagnetisierten Drosselspulen zur Netzstabilisierung Zur Spannungs- oder Stromkonstanthaltung in Netzen sind Einrichtungen bekanntgeworden, die mit Hilfe von mehr oder weniger empfindlichen Relaisanordnungen, Kontaktvorrichtungen und Regelwiderständen u. dgl. Gleichstromkreise steuern, die eine Strom- oder Spannungsänderung im Netz bewirken, z. B. durch eine Beeinflussung der Vormagnetisierung von Drosseln oder des Erregerstromes von Generatoren. Alle diese Anordnungen .sind bei hoher Empfindlichkeit nur zur Regelung einer kleinen Gleichstromleistung befähigt und enthalten zahlreiche bewegliche Teile. Hierdurch werden Regelgeschwindigkeit und Lebensdauer begrenzt.
Diese Nachteile werden nach der Erfindung dadurch vermieden, daß eine geringeÄnderung der überwachten Wechselstromspannung oder des überwachten Wechselstromes zum Anlaß einer mehr oder weniger großen Phasenverschiebung oder Amplitudenänderung einer Hilfsspannung gemacht wird, die wiederum das Gitter eines Gleichrichters steuert. Der Gleichrichter als solcher ist aber zur Abgabe einer beliebig großen Regelleistung befähigt.
Schaltungen, die eine Spannungs- oder Stromschwankung in eine starke Größen- oder Phasenänderung des Steuerstromes überführen, sind an sich bekannt. Hierzu gehören beispielsweise die mit Kontakten arbeitenden Schnellregler (Tirrillregler), die zur Regelung der Spannung von Synchrongeneratoren verwendet werden. Auch wurde bereits vorgeschlagen, den Erregerstrom vormagnetisierter Drosseln unmittelbar spannungsabhängigen Schaltungen zu entnehmen und gleichgerichtet der Gleichstromwicklung der Drosselspule zuzuführen. Gegenüber diesen bekannten Schaltungen besteht das Neue darin, mit dem Schnellrelais oder dem spannungs- oder stromabhängigen Widerstandsgebilde das Gitter eines gittergesteuerten Gleichrichters zu steuern, der seinerseits den Erregergleichstrom liefert. Schon diese Anordnung bietet gewisse Vorteile, da jetzt z. B. der Schnellregler nur die geringe Gittersteuerleistung zu schalten hat. Am vorteilhaftesten ist aber die Steuerung des Gitters durch ein völlig relaisloses Steuerorgan.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Ausführungsbeispiele der Zeichnung noch näher erläutert. Abb. z a zeigt zunächst eine solche relaislose Anordnung bekannter Art, wie sie zur Spannungskonstanthaltung bei Regeltransformatoren verwendet ,wird. Parallel zum Kondensator C liegt die gesättigte Eisendrossel L und in Reihe mit .der Parallelschaltung der Kondensator K, der zur Regelung der Empfindlichkeit dient. In Reihe liegt ferner die Nutzbürde M, die im allgemeinen durch den Regelmotor gebildet wird. Bei Nennspannung U ist . Es fließt nur der Dämpfungsstrom JR über den Sperrkreis. Bei kleinen Änderungen von U ändert sich L entsprechend seiner Sättigungscharakteristik in weiten Grenzen und wird hierbei durch den Kondensator K unterstützt. Dabei läßt der Sperrkreis je nach dem Überwiegen von c) L oder einen nacheilenden oder voreilenden Blindstrom durch. Abb. r b zeigt den resultierenden Strom in seiner Größe und Phasenlage. Diese Schaltung kann bereits für den erfindungsgemäßen Zweck verwendet werden.
Will man die Spannung eines gittergesteuerten Gleichrichters über ihren ganzen Bereich regeln, so muß sich die Phase der Gitterspannung bei einphasiger Gleichrichtung über 18o° ändern, bei drei-und sechsphasigen Gleichrichtern und induktiver Belastung der Gleichstromseite wenigstens über go° e1. Aus diesem Grunde ist es zweckmäßig, diese bekannte Anordnung wie folgt abzuwandeln.
Der in Abb. x b dargestellte Verlauf der Vektoränderung des Steuerstromes kann, wenn es für den Regelvorgang erwünscht ist, in weiten Grenzen beeinflußt werden. Will man ihn möglichst kontinuierlich verlaufen lassen, so sind bei ausreichender Winkeländerung die Schwankungen der Amplitude des Steuerstromes klein zu halten. Das erreicht man, allerdings bei Verkleinerung des Winkelbereiches, am einfachsten durch konstante Vergrößerung der Ohmschen Komponenten JR' des Regelstromes J (Abb. 2 a und 2b). hfan kann aber auch die Wirkkomponente JR durch den Strom des Sperrkreises Jy., JN steuern lassen, derart, daß sie mit zunehmender Amplitude von Jy, Jy kleiner oder sogar negativ wird. Das erreicht man beispielsweise nach Abb. 3 a, 3 b durch einen weiteren Zusatzstrom JR", den eine vormagnetisierte Drossel D regelt, die ihrerseits wieder von dem gleichgerichteten Strom Jy, JN gesteuert wird. Auch die Zeitkonstante der Anordnung mit vormagnetisierter Hilfsdrossel kann bei reichlicher Auslegung des Sperrkreises noch befriedigend klein gehalten werden. Zur Erzielung der richtigen Phasenlage von In" wird der Hilfskreis von der Spannung U' gespeist, die gegen U um go° phasenverschoben ist.
Ergibt die Schaltung nicht unmittelbar eine zur Steuerung geeignete Spannung, sondern wie die in Abb. z bis 3 besprochene Anordnung einen von der zu regelnden Größe abhängigen Strom, so ist zur besseren Ausnutzung der Schaltung an Stelle eines einfachen Shunts eine der bekannten bzw. bereits vorgeschlagenen Schaltungen zur Stromspannungstransformation nach Boucherot zu benutzen. In Abb, q. ist eine derartige Gesamtanordnung nach der Erfindung dargestellt. Mit S ist dabei die Einrichtung zur Stromspannungstransformation und mit D z. B. eine gleichstromvormagnetisierte Drossel zur Stabilisierung bezeichnet.
Oberwellen in der Steuerspannung sind bei richtiger Phasenlage grundsätzlich nicht unerwünscht. Sind störende Oberwellen in der Schaltung vorhanden, so können sie durch bekannte Mittel Z, beispielsweise Resonanzkreise, Kondensatoren usw., beseitigt werden.
Bei einer 3- oder ia - 3-phasigen Gittersteuerung fällt die dritte Harmonische im Steuerstrom heraus. Die 5. und 7. Harmonische kann durch eine Stern-Dreieck-Kombination der Eiseninduktivitäten in bekannter Weise beseitigt werden. Der Anschluß der Gitter erfolgt über einen Phasenregler (Abb. 6).
Wesentlich für die Schnellreglung ist, daß geringe Spannungsänderungen proportional viel größere Änderungen des Erregerstromes bewirken als zur Beseitigung der Spannungsänderung erforderlich ist. Um auch bei großen Spannungsänderungen über einen genügend großen Änderungsbereich des Erregerstromes zu verfügen, ist es zweckmäßig, den Höchstwert der Gleichspannung des Gleichrichters größer als den zur maximalen Dauererregung erforderlichen Wert zu wählen.
Will man den zu regelnden Gleichstrom (Vormagnetisierungsstrom, Erregerstrom usw.) nicht kontinuierlich ändern, sondern stoßweise und periodisch, so ist dies nach der Erfindung ebenfalls möglich. Man muß in diesem Falle weniger den Phasenwinkel als die Amplitude der Steuerspannung von der zu regelnden Größe abhängig machen. Abb. 5 a zeigt eine derartige Schaltung. Da jetzt die Gleichspannung eg des Gleichrichters nur zwischen dem Wert o und ihrem Höchstwert schwanken kann, stellt sich unter Einfluß von Dämpfungskreisen eine resultierende Wellenmagnetisierung ein, deren Mittelwert dem zur Erzielung der Nennspannung U, erforderlichen AW-Betrag entspricht (Abb. 5b, 5c).
Schließlich kann man den spannungsabhängigen Steuerstrom zusammen mit einer konstanten negativen Gittervorspannung auf das Gitter einwirken lassen, indem man gleichzeitig seinen Oberwellengehalt zur Ausbildung einer Zündspitze ausnutzt.
Da die neue Schaltung praktisch beliebig empfindlich gemacht werden kann, so daß der Gleichrichter auf kleine Änderungen des überwachten Stromes oder der überwachten Spannung mit großen Änderungen der gesteuerten Gleichspannung reagiert, kann trotz hoher Zeitkonstante des geregelten Kreises eine Schnellregelung erzielt werden. Das ist, wie bereits erwähnt, z. B. für Synchronmaschinen wichtig. Daneben aber für vormagnetisierte Drosseln, die allein oder in Kombination mit Kondensatoren beispielsweise durch wechselnde Blindleistungsaufnahme die Netzspannung konstant halten.
Abb. 7 stellt eine Schnellsteuerung von magnetisierten Drosseln dar, die zur Kompensation ihrer eigenen Oberwellen zu einer der bekannten 3o°-Schaltungen der Teilkerne vereinigt sind. Sind keine Dreieckwicklungen auf den Teilkernen vorhanden, so ist die Gleichstromwicklung zum Schutz gegen Überspannungen und Oberwellen durch geeignete Schutzeinrichtung Z (Kondensatoren, Widerstände, spannungsabhängige Widerstände usw.) zu überbrücken.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Einrichtung zur Schnellsteuerung von Gleichstromkreisen, die der Regelung von Wechselströmen und Wechselspannungen dienen, dadurch gekennzeichnet, daß eine geringe Änderung der überwachten Wechselstromgrößen sich über eine geeignete Schaltung als größere Phasen- oder Amplitudenänderung der Gittervorspannung eines die erforderliche regelbare Gleichspannung liefernden gittergesteuerten Gleichrichters auswirkt.
2. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß als Grundelement der Steuerschaltung eine gesättigte Drossel dient, deren Spannungs- oder Stromabhängigkeit in bekannter Weise durch Kombination mit Kondensatoren und Ohmschen Widerständen beeinflußt wird, derart, daß kleine Änderungen der Ausgangsspannung oder des Ausgangsstromes große Änderungen der Phase und Amplitude des Steuerstromes hervorrufen.
3. Einrichtung nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Gittersteuerung durch Phasenverschiebung der Gitterspannung Mittel vorgesehen sind, die Amplitude des Steuerstromes bei möglichst kontinuierlicher Phasenänderung möglichst konstant zu halten.
4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Steuerstrom über konstante oder gesteuerte Widerstände eine Wirkkomponente zugeführt wird (Abb.2a und 2b).
5. Einrichtung nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerstrom über einen Nebenschlußwiderstand eine Spannung erzeugt, die zur Gittersteuerung verwendet wird.
6. Einrichtung nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerstrom die Gitterspannung mittels einer bekannten Schaltung zur Stromspannungstransformation erzeugt.
7. Einrichtung nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Steuerschaltung Mittel zur Oberwellenkompensation vorgesehen sind. B.
Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei mehrphasigen Schaltungen die gesättigten Drosseln der Steuerschaltung zu einer der bekannten oberwellenfreien Schaltungen vereinigt werden (Abb. 7). g.
Einrichtung nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in Schaltungen mit Amplitudensteuerung und zusätzlicher Gittervorspannung bestimmte Oberwellen der Gitterspannung zur Erzielung von Zündspitzen begünstigt werden. io.
Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erhöhung der Regelgeschwindigkeit der Höchstwert der Gleichspannung des Gleichrichters größer ist als der zur maximalen Dauerregelung erforderliche Höchstwert. ii.
Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß beim Fehlen von Dämpferwicklungen auf der Gleichstromseite Mittel zur Beherrschung von Schaltüberspannungen vorgesehen sind.
12. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung zur Feldregelung der Erregermaschinen von Synchronmaschinen verwendet wird.
13. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung unmittelbar auf dem Erregerkreis der Synchronmaschine einwirkt.
14- Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung zur Regelung von vormagnetisierten Drosseln dient, um eine Wechselspannung oder einen Wechselstrom konstant zu halten.
15. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung zur Regelung von vormagnetisierten Drosseln zur Blindstromkompensation dient.
16. Einrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die geregelten Drosseln zur Oberwellenkompensation in bekannter Weise gruppenweise vereinigt werden.