DE908390C

DE908390C - Alternator

Info

Publication number: DE908390C
Application number: DES3812D
Authority: DE
Inventors: Josef Tittel
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1938-08-21
Filing date: 1938-08-21
Publication date: 1954-04-05

Description

Wechselstromgenerator Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Spannungsregelung und Begrenzung von Kurzschlußströmen bei Wechselstromgeneratoren.AC generator The invention relates to a device for Voltage regulation and limitation of short-circuit currents in alternators.

Nach der Erfindung werden in den Nullpunkt des Generators eine Kombination von Kondensatoren und dazu parallel geschalteten, bei ÜberstrÖmen gesättigten Drosseln gelegt.According to the invention, a combination is used in the zero point of the generator of capacitors and chokes connected in parallel and saturated with overcurrents placed.

Bei normaler Belastung der Maschine wird der Streuspannungsabfall in der Maschine durch die erfindungsgemäß vorgesehenen Kondensatoren kompensiert. Durch die Kompensation des Streuspannungsabfalles treten Vorteile für die Dimensionierung der Maschine auf. Die Erregerwicklung fällt kleiner aus, da weniger AW für eine bestimmte Belastung notwendig sind. Eine weitere Verkleinerung der Maschine wird erreicht, weil wegen der Kompensierung des Streuspannungsabfalles eine geringere Spannung induziert zu werden braucht, um eine bestimmte Klemmenspannung zu erhalten. Ein besonderer Vorteil für die Spannungsregelung ist der kleinere Regulierbereich,d.h. der Unterschied zwischen der Leerlauferregung und der maximalen Erregung.With normal load on the machine, the voltage drop will be compensated in the machine by the capacitors provided according to the invention. By compensating for the drop in voltage, there are advantages for the dimensioning the machine on. The excitation winding turns out to be smaller because there is less AW for one certain loads are necessary. Another downsizing of the machine is made achieved, because because of the compensation for the drop in voltage, a lower one Voltage needs to be induced in order to obtain a certain terminal voltage. A particular advantage for voltage regulation is the smaller regulation range, i.e. the difference between idle excitation and maximum excitation.

Diese Vorteile werden nun nach der Erfindung erreicht, ohne daß in anderer Richtung Nachteile entstehen.These advantages are now achieved according to the invention without in other direction disadvantages arise.

Für den Kurzschlußfall muß nämlich eine überschüssige Reaktanz zur Verfügung stehen, die den Kurzschlußstrom begrenzen soll, gleichgültig, ob die Maschine von vornherein eine große oder eine kleine Streureaktanz besitzt. Diese Bedingung würde der Anwendung von die Streureaktanz kompensierenden Kondensatoren widersprechen. Die erfindungsgemäße Drosselkombination überwindet aber diese Schwierigkeit und stellt bei Kurzschluß den erforderlichen induktiven Widerstand im Kurzschlußkreis zur Verfügung.In the event of a short circuit, there must be an excess reactance Are available, which should limit the short-circuit current, regardless of whether the machine has a large or a small leakage reactance from the outset. This condition would contradict the use of capacitors to compensate for leakage reactance. The throttle combination according to the invention overcomes but this difficulty and provides the required inductive resistance in the short circuit in the event of a short circuit to disposal.

Besondere Vorteile bietet es, die Erfindung auf Generatoren niedriger Streuung, z. B. Turbogeneratoren großer Leistungen, für elektrischen Schiffsantrieb anzuwenden.It offers particular advantages to lower the invention on generators Scatter, e.g. B. High power turbo generators for electric ship propulsion apply.

Bei solchen Generatoren ist es nämlich mit Rücksicht auf die hohe Blindstrombelastung beim Reversieren notwendig, die Generatoren mit besonders kleiner Streuung zu bauen. Man ist gezwungen, bis auf die Streuung von etwa 5 bis 6% herabzugehen. Die Kurzschlußkräfte an den Wickelköpfen werden dabei aber so groß, daß man sie selbst bei den besten Versteifungen kaum mehr beherrschen kann, um so mehr, als die Generatoren beim Reversieren noch stoßerregt werden (bis zu etwa 2,5facher Nennlasterregung) und dadurch die Stoßkurzschlußströme noch weiter erhöht werden. Es ist bereits bekanntgeworden, zur Begrenzung der hohen Stoßkurzschlußströme Generatoren und Motoren mit getrennten Phasen zu betreiben oder die Ständerwickelköpfe zu panzern. Der erste Vorschlag bedeutet aber einen Mehraufwand an Kabeln und Schaltern, der zweite ist für die Belüftung der Maschine sehr nachteilig und würde eine schwächere Modellausnutzung nötig machen. Erst nach der Erfindung gelingt es, die Kurzachlußströme wirksam zu begrenzen, ohne die Nachteile der bekannten Einrichtungen in Kauf nehmen zu müssen.With such generators it is with regard to the high Reactive current load necessary when reversing, the generators with particularly smaller ones Build scattering. One is forced to go down to a spread of about 5 to 6%. The short-circuit forces on the winding heads are so great that you can even with the best stiffeners can hardly control any more, all the more so than the generators are still shock-excited when reversing (up to about 2.5 times the nominal load excitation) and thereby the surge short-circuit currents are increased even further. It has already become known to limit the high surge short-circuit currents, generators and motors with separate To operate phases or to armor the stator winding heads. The first suggestion but means an extra effort on cables and switches, the second is for them Ventilation of the machine is very disadvantageous and would result in a weaker utilization of the model make necessary. Only after the invention is it possible to effectively control the short-circuit currents limit without having to accept the disadvantages of the known devices.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. I der Zeichnung veranschaulicht. Diese zeigt einen Drehstromgenerator I, der das Netz 2 speist. In den Sternpunkt des Generators sind Kondensatoren 3 und diesem parallel Drosseln 4 und 5 geschaltet, von denen die Drossel 4 in Stern geschaltet ist und eine zweite kurzgeschlossene Wicklung 6 besitzt, während die Drossel 5 in Dreieck geschaltet ist.An embodiment of the invention is shown in Fig. I of the drawing illustrated. This shows a three-phase generator I that feeds the network 2. In the star point of the generator there are capacitors 3 and chokes in parallel 4 and 5 connected, of which the choke 4 is connected in star and a second has short-circuited winding 6, while the choke 5 is connected in delta is.

Die Wirkung dieser Anordnung ist nun folgende: Die Kondensatoren und gesättigten Drosseln, deren gemischte Stern- und Dreieckschaltung zur Unterdrückung der Oberwellen dient, ergeben zusammen die bekannte Charakteristik, die in Fig.2 dargestellt ist, in der auf der Abszisse das Verhältnis Ständerstrom zu Nennstrom und auf der Ordinate das Verhältnis Spannung zu Nennspannung aufgetragen ist. Bei normalem Betrieb liegt nur ein geringer Spannungsabfall an den Kondensatoren und Drosseln. Die Drosseln sind dann vollkommen ungesättigt, haben also ihren größten induktiven Widerstand, und der Belastungsstrom geht fast vollkommen über die Kondensatoren. Die Kondensatoren werden so bemessen, daß sie fast vollkommen den Streuspannungsabfall des Generators kompensieren. Dies wirkt sich besonders beim Reversieren günstig auf die Größe der erforderlichen Stoßerregung bzw. auf die Größe des Generators aus.The effect of this arrangement is now as follows: The capacitors and saturated chokes, their mixed star and delta connection for suppression serves the harmonics, together result in the known characteristic shown in Fig.2 is shown in which the ratio of stator current to nominal current on the abscissa and the ratio of voltage to nominal voltage is plotted on the ordinate. at during normal operation there is only a slight voltage drop across the capacitors and Chokes. The chokes are then completely unsaturated, so they have their largest inductive resistance, and the load current goes almost entirely through the capacitors. The capacitors are sized so that they almost completely eliminate the leakage voltage drop of the generator. This is particularly beneficial when reversing on the size of the required shock excitation or on the size of the generator the end.

Bei einem plötzlichen Kurzschluß verteilt sich der Spannungsabfall auf die Streureaktanz der Maschine xs und auf die resultierende Reaktanz x2 im Nullpunkt, wie in Fig. I angegeben ist. Die resultierende Charakteristik aus Streureaktanz und Reaktanz am Nullpunkt ist in Fig.3 veranschaulicht. Dabei sind nicht die Reaktanzwerte, sondern die entsprechenden Spannungsabfälle in Abhängigkeit von den Ständerströmen aufgetragen. Die resultierende Charakteristik setzt sich aus der linearen Streuspannungscharakteristik und der kombinierten Kondensator- und Drosselcharakteristik ähnlich Fig. 2 zusammen.In the event of a sudden short circuit, the voltage drop is distributed on the leakage reactance of the machine xs and on the resulting reactance x2 at the zero point, as indicated in FIG. The resulting characteristic from leakage reactance and reactance at zero is illustrated in Figure 3. The reactance values are not but the corresponding voltage drops depending on the stator currents applied. The resulting characteristic is made up of the linear stray voltage characteristic and the combined capacitor and choke characteristics similar to FIG. 2 together.

Aus dieser Charakteristik können unmittelbar die Stoßströme entnommen. werden. Ist die Reaktanz aus Kondensatoren und Drosseln im Nullpunkt nicht vorhanden, dann beträgt bei der eingezeichneten linearen Streuspannungscharakteristik e@ = 5 0/o der Stoßkurzschlußstrom bei Nennspannung das 2ofache des Nennstromes, wobei nur das Wechselstromglied gerechnet ist. Ist die Reaktanz aus Kondensatoren und Drosseln im Nullpunkt eingeschaltet, dann ist der Stoßstrom nur das 7,5fache des Nennstromes. Dabei verbraucht sich die Nennspannung zu 37,5% an der Streureaktanz der Maschine und zu 62,5% an der Reaktanz am Nullpunkt.The surge currents can be taken directly from this characteristic. will. If the reactance from capacitors and chokes does not exist in the zero point, then, for the linear scatter voltage characteristic shown, e @ = 5 0 / o the surge short-circuit current at nominal voltage is twice the nominal current, whereby only the alternating current element is calculated. Is the reactance from capacitors and Chokes switched on at zero point, then the surge current is only 7.5 times that Rated current. 37.5% of the nominal voltage is consumed by the leakage reactance of the machine and 62.5% of the reactance at zero.

Die Charakteristik in Fig.3 ist ohne Berücksichtigung der im Generator möglichen Selbsterregungserscheinungen dargestellt. Nach dem Abklingen des Stoßstromes wird sich ein durch die Generatorcharakteristik und die eingestellte Generatorerregung bedingter Betriebszustand einstellen, denn die Kurzschlußstelle ist jetzt der Nullpunkt des Generators, und der Generator ist auf die Kombination von Kondensatoren und Drosseln geschaltet. Es kann nun der Fall eintreten, daß gerade volle Kompensierung eintritt, was z. B. in Fig. 3 bei 47% Spannung der Fall wäre. Dann klingt der Generator nach dem plötzlichen Kurzschluß nicht auf den Dauerkurzschlußstrom ab, sondern wird, abgesehen von geringen Verlustströmen, stromlos.The characteristic in Fig. 3 does not take into account that in the generator possible self-excitement. After the surge current has subsided is determined by the generator characteristics and the set generator excitation Set the conditional operating state, because the short-circuit point is now the zero point of the generator, and the generator is based on the combination of capacitors and Chokes switched. It can now happen that full compensation occurs what z. B. in Fig. 3 would be the case at 47% voltage. Then the generator sounds after the sudden short circuit does not depend on the continuous short circuit current, but is apart from low leakage currents, no current.

Bei Verwendung der erfindungsgemäßen Anordnung von Kondensatoren und Drosseln im Nullpunkt im normalen Betrieb kann diese zur Spannungserhaltung am Generator herangezogen werden, indem durch Gleichstromvormagnetisierung der Drosseln oder Anzapfungen der Drosseln oder Kondensatoren oder durch Drehdrosseln die Charakteristik verändert und dadurch die Spannungshöhe in der Zentrale den Netzverhältnissen. angepaßt wird.When using the inventive arrangement of capacitors and Throttling at the zero point in normal operation can help maintain voltage on the generator can be used by direct current biasing of the chokes or Taps of the chokes or capacitors or rotary throttles the characteristic changes and thus the voltage level in the control center changes to the network conditions. customized will.

Claims

PATENT CLAIMS: r. Alternator; characterized, that in the zero point of the generator a combination of: capacitors for compensation the voltage drop of the machine and connected in parallel with overcurrents saturated chokes for the known limitation of the short-circuit current.

2. Device according to claim i, characterized in that the chokes and capacitors changeable in their reactance values and by mains voltage and current-dependent controllers can be controlled.

3. Device according to claim I, characterized characterized in that the capacitors are dimensioned so that the leakage voltage drop is fully or almost fully compensated at the nominal load of the generator.

4. Set up after Claim I, characterized in that the chokes to avoid the harmonics are connected in a manner known per se, half in star and half in delta, with the star-connected chokes have a short-circuited secondary winding.