DE909476C

DE909476C - Arrangement for generating a constant frequency when the speed of the power generator changes

Info

Publication number: DE909476C
Application number: DES4275D
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Dr-Ing Hermann Harz
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1944-09-22
Filing date: 1944-09-22
Publication date: 1954-04-22

Description

Anordnung zur Erzeugung einer gleichbleibenden Frequenz bei veränderlicher Drehzahl der Stromerzeuger Wechselstromerzeugungsanlagen an Bord von Flugzeugen usw. sollen mit konstanter Frequenz und Spannung arbeiten. Dieser Forderung stehen jedoch große Schwierigkeiten entgegen, wenn die Stromerzeuger von den Flugmotoren mit angetrieben werden, deren Drehzahl in weiten Grenzen schwankt, während andererseits aus Platz- und Gewichtsersparnisgründen diese Lösung erstrebenswert ist. Es ist für solche Fälle schon vorgeschlagen worden, die Stromerzeuger als Asynchronmaschinen auszuführen, die über Stromwenderhintermaschinen aus einer gemeinsamen, takthaltenden Stromquelle gespeist werden; doch sind damit die Schwierigkeiten der Lastverteilung bei ungleichen Drehzahlen nicht gelöst. Auch die Spannungshaltung ist hierbei nicht einfach.Arrangement for generating a constant frequency with changing Speed of power generator AC power generation systems on board aircraft etc. should work with constant frequency and voltage. This is a requirement however, great difficulties opposed when the power generator from the aircraft engines are also driven, the speed of which fluctuates within wide limits, while on the other hand this solution is desirable for reasons of space and weight savings. It is for such cases it has already been proposed that the generator be as an asynchronous machine execute the commutator machines from a common, clock-keeping Power source to be fed; but with it are the difficulties of load sharing not solved at unequal speeds. The voltage maintenance is also not here simple.

Gemäß der Erfindung werden diese Schwierigkeiten dadurch beseitigt, daß die Erregung der Drehstromerregermaschine des Asynchrongenerators durch die Differenz zweier Wechselspannungen (oder Wechselströme) erfolgt, von denen die eine von einer Vergleichsspannung konstanter Frequenz und Größe geliefert wird, während die zweite der Spannung des Asynchrongenerators proportional ist. Zweckmäßig sind außerdem der Asynchrongenerator und seine Erregermaschine zu einer einzigen Maschine vereinigt, die den wesentlichen Aufbau eines ständergespeisten Drehstromreihensdhluß - oder Nebenschlußmotors aufweist. Eine derartige Vereinigung ist auch mit Rücksicht auf die kleineren oder mittleren Leistungen, um die es sich bei derartigen Wechselstromerzeugungsanlagen an Bord von Flugzeugen handelt, zweckmäßig. Mit dieser Anordnung kann man die Spannung des Generators bei Belastung halten. Außerdem kann diese Anordnung auch zur gleichzeitigen Frequenz-und Spannungshaltung benutzt werden. Sie läßt sich also auch für den vorliegenden Fall mit Erfolg anwenden, wo die Drehzahlverschiedenheit der antreibenden Kraftmaschinen besonders im Vordergrund steht. Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich, wenn man beim Parallelbetrieb mehrerer derartiger Asynchrongeneratoren jeden Generator noch mit einem Differenzstrom erregt, der aus mindestens zwei Generatorströmen beim Abweichen von ihrem Sollwert entsteht. Bei größerer Phasengleichheit besteht die Erregung der Maschine nur aus der oben geschilderten Differenz zweier Wechselspannungen. Bei Ungleichheit der Maschinenströme wird durch diese die Erregung der zu stark belasteten Maschine geschwächt und die der zu schwach belasteten verstärkt, so daß sich selbsttätig der Ausgleich herstellt.According to the invention, these difficulties are eliminated by that the excitation of the three-phase exciter of the asynchronous generator by the Difference between two alternating voltages (or alternating currents) occurs, one of which is supplied by a reference voltage of constant frequency and magnitude, while the second is proportional to the voltage of the asynchronous generator. Are expedient in addition, the asynchronous generator and its excitation machine become a single machine which combines the essential structure of a stator-fed three-phase current series connection - or shunt motor. Such an association is also considerate on the smaller or medium-sized powers that are involved in such alternating current generation systems acts on board aircraft, expedient. With this arrangement one can reduce the tension of the generator under load. In addition, this arrangement can also be used simultaneously Frequency and voltage stabilization can be used. So it can also be used for the present Use case with success, where the speed difference of the driving engines is particularly in the foreground. Another embodiment of the invention results if you operate several such asynchronous generators in parallel, each Generator still excited with a differential current that is made up of at least two generator currents when deviating from its setpoint. If the phase equality is greater the excitation of the machine only from the difference between two alternating voltages described above. If the machine currents are unequal, the excitation of the will become too strong loaded machine is weakened and that of the too lightly loaded machine is reinforced, so that the compensation establishes itself automatically.

Ein Ausführungsbeispiel soll den Erfindungsgedanken näher erkennen lassen. In der Abbildung bedeuten I und 2 Drehstromstrom wendergeneratoren, die in Parallelschaltung auf das Netz arbeiten und von je einer Kraftmaschine 3 und 4 z. B. den Flugmotoren, angetrieben werden. Ständer und Läufer sind über je einen Zwischenumspanner 5 und 6 in Reihe geschaltet. Das übersetzungsverhältnis der Zwischenumspanner wird zweckmäßig so gewählt und die Bürsten werden so eingestellt, daß sich Ständer- und Läuferstrombelag gegenseitig aufheben. Unter diesen Umständen kann der Belastungsstrom in den. Maschinen keine Feldbildung bewirken. Der Erregerstrom muß vielmehr jeder Maschine getrennt zugeführt werden. Dies erfolgt im wesentlichen durch den Erregerumspanner 7, dessen Erstwicklung von der Differenz aus der Netzspannung und der Spannung einer kleinen Synchronmaschine 8 gespeist wird. Diese Maschine bestimmt durch ihre Drehzahl die Frequenz der beiden Generatoren I und 2, unabhängig von deren Drehzahl, denn der von der Synchronmaschine gelieferte Erregerstrom bestimmt Größe und Frequenz der in den. Generatoren umlaufenden Drehfelder, auch wenn sich der Erregerstrom, wie z. B. bei induktiver Belastung, über den Stromwender schließt, durch den der im Läufer mit Schlupffrequenz fließende Strom stets auf die Ständerfrequenz umgeformt wird. Von der Zweitwicklung des Erregerumspanners 7 wird der Erregerstrom über die als Stromteiler wirkende Zweitwicklung II des Umspanners 9 zugeführt, die ihn z. B. in zwei gleiche Ströme aufteilt, so daß den Erstwidklungen jedes Zwischenumspanners 5 und 6 der gleiche Erregerstrom zugeführt wird. Er möge in jeder Wicklung von oben nach unten fließen. Die Erstwicklung des Umspanners 9 besitzt einen Sternpunkt in der Mitte, und an jede Wicklungshälfte ist eine der Erstwicklungen der Umspanner 5 und 6 angeschlossen. Solange die Lastströme der beiden Maschinen I und 2 größen- und phasengleich sind, kommt in der Erstwicklung von 9 kein wirksamer Strombelag zustande. Dies ist erst der Fall, wenn die beiden Ströme eine Differenz ergehen. Der Strom der Maschine I sei z. B. größer als der von 2, was durch einen Doppelpfeil angedeutet ist. Dadurch entsteht in der Zweitwicklung von 9 ein Zusatzstrom, der in der Maschine I den Grunderregerstrom, vom Umspanner 7 geliefert, schwächt und in der Maschine 2 stärkt. Auf diese Weise werden die Belastungen beider Maschinen einander angeglichen. Dies ist auch der Fall, wenn die eine Maschine eine andere Drehzahl aufweist. Der Ausgleicherregerstrom sorgt dann stets dafür, daß sich die richtige Schlupfspannung an den Stromtvendern einstellen kann. Die takthaltende Synchronmaschine 8 muß durch einen kleinen Motor Io mit konstanter Drehzahl angetrieben werden. Die Leistung des Umspanners 7 bemißt sich nach dem Produkt aus der Erregerleistung der beiden Generatoren bei Nennspannung und Nennfrequenz und aus dem größten Schlupf. Diese Leistung ist daher nicht sehr groß, zumal wenn der Schlupf keine großen Werte annimmt. Die Synchronmaschine ist für ein Mehrfaches dieser Leistung zu bemessen, damit eine gute Differenzwirkung entsteht. Je größer die Differenzanteile, desto genauer ist die Spannungshaltung ohne Nachregelung. Diese kann sich auf eine Art Feinregelung beschränken, wenn sie erforderlich sein sollte. Da die Erregerleistung vorwiegend Blindleistung ist, kann sie zum Teil durch Kondensatoren aufgebracht werden, z. B. parallel zum Umspanner 7. Dadurch kann die Synchronmaschine 8 weiterhin. wesentlich verkleinert werden.An embodiment is intended to recognize the idea of the invention in more detail permit. In the figure I and 2 mean three-phase alternator generators, the work in parallel on the network and each of a power machine 3 and 4 z. B. the aircraft engines are driven. Stand and runner are each over one Intermediate transformer 5 and 6 connected in series. The transmission ratio of the intermediate transformers is expediently chosen and the brushes are adjusted so that the stand and mutually cancel the rotor current coating. Under these circumstances, the load current can in the. Machines do not produce a field. Rather, everyone must have the excitation current Machine are fed separately. This is essentially done by the exciter converter 7, whose initial winding depends on the difference between the mains voltage and the voltage of a small synchronous machine 8 is fed. This machine is determined by its speed the frequency of the two generators I and 2, regardless of their speed, because the excitation current supplied by the synchronous machine determines the size and frequency the in the. Generators rotating fields, even if the excitation current, such as B. with inductive load, closes on the commutator through which the Current flowing in the rotor with slip frequency is always converted to the stator frequency will. From the second winding of the exciter converter 7, the excitation current is via the acting as a current divider second winding II of the transformer 9 supplied, which z. B. divided into two equal streams, so that the Erstwidklungen each Zwischenumspanners 5 and 6 the same excitation current is supplied. May he in every turn from above flow downwards. The first winding of the transformer 9 has a star point in in the middle, and on each half of the winding is one of the first windings of the transformer 5 and 6 connected. As long as the load currents of the two machines I and 2 are and are in phase, there is no effective current coating in the first winding of 9 conditions. This is only the case when there is a difference between the two currents. The current of the machine I is z. B. greater than that of 2, which is indicated by a double arrow is indicated. This creates an additional current in the second winding of 9, the in the machine I the basic excitation current, supplied by the transformer 7, weakens and in machine 2 strengthens. This way, the loads on both machines aligned with each other. This is also the case when one machine is another Having speed. The equalizing excitation current then always ensures that the can set the correct slip voltage on the current vendors. The one that keeps the beat Synchronous machine 8 must be driven by a small motor Io at a constant speed will. The power of the transformer 7 is measured according to the product of the excitation power of the two generators at nominal voltage and nominal frequency and from the greatest slip. This performance is therefore not very great, especially if the slip is not great accepts. The synchronous machine is to be dimensioned for a multiple of this power, so that there is a good difference effect. The greater the difference, the more voltage maintenance without readjustment is more precise. This can be in a way Limit fine-tuning if necessary. Since the excitation power If the power is predominantly reactive, it can be applied in part by capacitors be e.g. B. parallel to the transformer 7. As a result, the synchronous machine 8 can continue. can be significantly reduced in size.

Fällt ein Arbeitsmotor aus, so genügt es, den Umspanner 9 kurzzuschließen und den betreffenden Generator abzuschalten. Es liefert dann ein Generator allein die ganze Leistung. Die Differenzerregung über den Umspanner 7 ist dann nur für einen Generator wirksam, die Differenzerregung der Lastströme ist bei einem Generator nicht nötig. Werden mehr als zwei Generatoren parallel betrieben, so wird jeder Generator außer dem aus den Spannungen gebildeten Differenzerregerstrom ebenfalls mit einem aus mindestens zwei Maschinenlastströmen gebildeten Differenzstrom erregt.If a working motor fails, it is sufficient to short-circuit the transformer 9 and switch off the relevant generator. It is then supplied by a generator alone the whole achievement. The differential excitation via the transformer 7 is then only for a generator is effective, the differential excitation of the load currents is in a generator not necessary. If more than two generators are operated in parallel, each will Generator as well as the differential excitation current formed from the voltages excited with a differential current formed from at least two machine load currents.

Das Ab- und Zuschalten eines Generators auf das Netz vollzieht sich sehr einfach ohne Frequenz-, Spannungs- oder Phasenvergleich. Man muß nur den Generator hochfahren, auf das Netz schalten und den Kurzschlüß des zugehörigen Umspanners für die Differenz der Lastströme aufheben.A generator is switched off and on to the grid very easy without frequency, voltage or phase comparison. You just have to turn on the generator start up, switch to the network and short-circuit the associated transformer cancel for the difference in load currents.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung lassen sich demnach die bei Flugzeugen oder ähnlichen Fällen auftretenden Forderungen, einen Wechselstrom konstanter Frequenz und Spannung mit Hilfe der in der Drehzahl stark schwankenden Propellermotoren zu erzeugen, auf verhältnismäßig einfache Weise erfüllen. Der Erfindungsgedanke läßt sich auch anwenden, wenn die Generatoren nicht von den Propellermotoren, sondern von anderen Kraftmaschinen, z. B. vom Fahrwind betätigten Luftschrauben, angetrieben werden.The arrangement according to the invention can therefore be used in aircraft or similar cases, an alternating current of constant frequency and voltage with the help of the propeller motors, which vary greatly in speed generate, meet in a relatively simple way. The idea of the invention leaves also apply when the generators are not powered by the propeller motors, but from other prime movers, e.g. B. propellers operated by the wind, are driven.

Claims

PATENT CLAIMS: I. Arrangement for generating a constant Frequency with variable speed of the power generator, especially for aircraft, where asynchronous generators with three-phase exciter serve as power generators, characterized in that the excitation of the exciter by the difference two alternating voltages (or alternating currents) occurs, one of which is from. one Voltage of constant frequency and magnitude is supplied while the other of the voltage of the asynchronous generator is proportional.

2. Arrangement according to claim I, characterized characterized in that the voltage of constant frequency is of a constant speed driven exciter is delivered.

3. Arrangement according to claim I, characterized characterized in that the asynchronous generator and its three-phase exciter to a machine with the essential structure of a stator-fed three-phase series circuit or shunt motor are combined.

4. Arrangement according to claim 3, characterized in that that the asynchronous generator is a three-phase series motor with an intermediate transformer has and that the transformation ratio of the intermediate transformer is chosen and the brushes on the commutator are adjusted so that the load current Cancel the resulting current build-up on the stator and on the rotor.

5. Arrangement according to claim 4, characterized in that the excitation field of the generator in the rotor is generated by superimposing an excitation current on the intermediate transformer.

6th Arrangement according to Claim I, characterized in that several Asynchronous generators every asynchronous generator (or its three-phase exciter) is still excited with a differential current that consists of at least two generator currents when deviating from its setpoint.

7. Arrangement according to claim 5 and 6, characterized by a differential transformer, one winding of which is from the Load currents of parallel conducting asynchronous generators in differential circuit is traversed, while the excitation current via a center tap of the other Winding is supplied and from there in parallel from one end to the Intermediate transformer of one asynchronous generator flows in and from the other End of the intermediate transformer of the other asynchronous generator.