DE960118C - Anordnung zur Regelung der Erregung von Synchronmaschinen in Abhaengigkeit von ihrer Drehzahl - Google Patents

Anordnung zur Regelung der Erregung von Synchronmaschinen in Abhaengigkeit von ihrer Drehzahl

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DE960118C
DE960118C DES42638A DES0042638A DE960118C DE 960118 C DE960118 C DE 960118C DE S42638 A DES42638 A DE S42638A DE S0042638 A DES0042638 A DE S0042638A DE 960118 C DE960118 C DE 960118C
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DE
Germany
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excitation
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Expired
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DES42638A
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English (en)
Inventor
Dr-Ing Hermann Harz
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P9/00Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output
    • H02P9/14Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output by variation of field
    • H02P9/38Self-excitation by current derived from rectification of both output voltage and output current of generator
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J9/00Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting
    • H02J9/04Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source
    • H02J9/06Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source with automatic change-over, e.g. UPS systems
    • H02J9/08Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source with automatic change-over, e.g. UPS systems requiring starting of a prime-mover

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Business, Economics & Management (AREA)
  • Emergency Management (AREA)
  • Control Of Eletrric Generators (AREA)

Description

  • Anordnung zur Regelung der Erregung von Synchronmaschinen in Abhängigkeit von ihrer Drehzahl Für die Erregung von Synchronmaschinen kann man den Erregerstrom in Stromüberlagerung aus zwei Anteilen aufbauen, von denen der eine dem Strom der Synchronmaschine, der andere deren Spannung verhältnisgleich ist. Zu diesem Zweck wird. ein Erregerumspanner einerseits strom-, andererseits spannungsabhängig gespeist, und dieser Umspanner speist dann über Gleichrichter die Erregerwicklung der Synchronmaschine. Es besteht mitunter der Wunsch, bei derartigen Anlageh den Erregerstrom selbsttätig bei abnehmender Drehzahl zunehmen, und bei steigender Drehzahl abnehmen zu lassen. Mitunter ist es sogar erwünscht, daß der Erregerstrom bei einer gewissen Drehzahl ganz verschwindet; z. B. soll sich ein Wasserkraftgenerator bei einer Entlastung und einer dadurch herbeigeführten Überdrehzahl von einer bestimmten Größe dieser Drehzahl ab entregen, damit er bei weiterer Drehzahlsteigerung nicht durch Überspannungen gefährdet wird.
  • Die Erfindung, betrifft eine Schaltung an derartigen, Synchronmaschinen, mittels der die Steuerung der Erregung in Abhängigkeit von der Drehzahl der Maschine vollständig selbsttätig und mit einfachen Mitteln herbeigeführt werden kann. Erfindungsgemäß ist an den Erregerumspanner in Parallelschaltung ein Reihenresonanzkreis mit einer Indüktivität und einer Kapazität angeschlossen, der innerhalb des Änderungsbereiches der Drehzahl einen veränderlichen kapazitiven Widerstandswert aufweist.
  • Im folgenden ist die Erfindung an Hand der Ausführungsbeispiele der Zeichnung näher erläutert. In Fig. i stellt i einen Synchrongenerator dar, dessen Erregerwicklung über Schleifringe von der mehrphasigen Gleichrichterschaltung2 erregt wird. Zu diesem Zweck ist ein dreiphasiger Erregerumspanner 3 vorgesehen. Die Erstwicklung dieses Umspanners besitzt je Phase eine Mittenanzapfung, die an die Netzspannung der Maschine i angeschlossen ist. An die Enden der Phasen sind einerseits die Drosselspule 4, andererseits der KondensatOr 5 angeschlossen, die bei einer bestimmten Frequenz, z. B. bei Netzfrequenz fo, in Resonanz sind. Es ergibt sich so die bekannte Konstantstromschaltung, bei der der Strom der Drosselspule 4 bei der Frequenz fo gleich dem Strom des Kondensators 5 ist, wobei beide Ströme an der Erstwicklung des Umspanners 3 im wesentlichen in gleichem Sinn fließen, während dem Netz die geometrische Summe (nahezu die algebraische Differenz) der beiden Ströme entnommen wird. In der Zweitwicklung des Umspanners 3 fließt dagegen die geometrische Differenz (nahezu algebraische Summe) von Drossel- und Kondensatorstrom und wird dem Gleichrichter 2 für die Speisung der Erregerwicklung der Syneh ronmaschine zugeführt.
  • An die Zweitwicklung (oder auch an die Erstwicklung) des Erregerumspanners ist nun erfindungsgemäß die Reihenschaltung einer Drosselspule 6 und einer Kapazität 7 angeschlossen, die derart bemessen sind, daß diese Reihenschaltung innerhalb des Änderungsbereiches der Drehzahl der Maschine i bzw. ihrer Frequenz einen kapazitiven Widerstand darstellt, wobei dieser kapazitive Blindwiderstand beim Abweichen von der Resonanzfrequenz nach unten stark zunimmt. Die stromabhängige Erregung der Maschine i kommt dadurch zustande, daß ein Teil der Zweitwicklung des Erregerumspanners 3 in den Ständerstromkreis der Maschine i eingeschaltet ist. Die Konstantstromschaltung mittels der Drosselspule 4 und des Kondensators 5 bewirkt dabei, daß der spannungsabhängige, von der Konstantstromschaltung gelieferte Erregeranteil und der stromabhängige Erregeranteil sich an der Erregerwicklung ohne gegenseitige Störung ausbilden können.
  • Bezeichnet man mit XD und XC den Blindwiderstand der Drosselspule 4 und des Kondensators 5, mit X" und X, den Blindwiderstand der Drosselspule 6 und des Kondensators 7, ferner mit JD und JC die den Scheinwiderständen 4 und 5 zugeordneten Ströme sowie mit TB den der Zweitwicklung des Umspanners- 3 überlagerten Ständerstrom der Maschine i und bezieht man alle Widerstände im Erregerkreis auf die Windungszahl w1 (= der halben Windungszahl der Erstwicklung des Umspanners 3), so erhält man für den der Erregerwicklung der Maschine i zugeführten Erregerstrom die Beziehung Auf Grund' dieser Gleichung ergibt sich das Diagramm der Fig. 2 der Zeichnung, das die Abhängigkeit des Erregerstromes von dem Verhältnis 17= f/fo dargestellt. fo ist dabei die Bezugsfrequenz, z. B. 5o Hz, während f die der jeweiligen Drehzahl der Synchronmaschine in dem in Betracht kommenden Änderungsbereich entsprechende Frequenz darstellt. Indem Diagramm ist angenommen, daß dieses Verhältnis sich zwischen o,8 und 1,2 ändern kann, wobei beim höchsten Wert des Verhältnisses, also -bei der höchsten in Betracht kommenden Drehzahl der Synchronmaschine, der Reihenresonanzkreis 6 und 7 gerade im Begriff ist, von einem kapazitiven in einen induktiven Widerstand überzugehen. Aus dem Diagramm erkennt man die Zunahme des Erregerstromes JR mit abnehmender Frequenz und die Abnahme dieses Stromes mit zunehmender Frequenz, wobei der Erregerstrom bei der i,2fachen Nennfrequenz zu Null wird, da hier der Reihenresonanzkreis 6 und 7 infolge Eintretens des Resonanzfalles die Zweitwicklung des Umspanners 3 kurzschließt, so daß 'sich der Generator i entregt.
  • In Fig. 3 ist der Erfindungsgedanke auf einen sogenannten Wellengenerator angewendet, bei dem mit der Hauptsynchronmaschine 8 eine Hilfssynchronmaschine i gekuppelt ist, die ausschließlich oder vorwiegend für die Erregung der Hauptmaschine 8 dient. Derartige Wellengeneratoren werden insbesondere bei Wasserkraftgeneratoren verwendet, namentlich, wenn es sich um einen von einer Kaplanturbine angetriebenen., langsam laufenden Maschinensatz handelt, da hier die unmittelbare Kupplung einer Gleichstromerregermaschine mit der Hauptmaschine zu konstruktiven Schwierigkeiten führt. Der Wellengenerator i wird nun von seiner Ständerspannung wieder mit Hilfe des Umspanners 3 strom- und spannungsabhängig erregt, wobei der spannungsabhängige Erregeranteil dadurch zustande kommt, daß die Ständerspannung der Maschine i über die Drosselspule 9 die Erstwicklung des Umspanners 3 speist. Die voneinander unabhängige Überlagerung der strom-und der spannungsabhängigen Erregeranteile kommt dabei durch die Vorschaltung der Drosselspule 9 zustande, die den Strom in der Erstwicklung des Umspanners 3 vorschreibt. Der Kondensator io dient zur Einleitung der Selbsterregung am Wellengenerator. Der Wellengenerator speist einen Erregerumformer, bestehend aus einem Asynchronmotor i i, einer Gleichstrommaschine 12, die den Erregerstrom für den Hauptgenerator 8 liefert, sowie aus einer Gleichstrom-Hilfsernegermaschine13 für die Erregung der Maschine i2. In den. Erregerstromkreis der Maschine 12 ist ein von der Spannung des Wellengenerators gesteuerter Regler 14 eingeschaltet. An die Zweitwicklung des Erregerumspanners 3 ist nun wieder der Reihenresonanzkreis 6 und 7 angeschlossen.
  • Bei entsprechender Abstimmung der Scheinwiderstände 9 und io bzw. 6 und, 7 erregt sich. der Wellengenerator z. B. bei 400/0 einer Nenndrehzahl selbst und liefert eine Spannung, bei der der Erregerumformer 11, 12 und 13 anläuft und auf die Betriebsdrehzahl kommt, so daß auch der Hauptgenerator voll erregt werden kann. Steigert nun der Hauptgenerator 8 infolge Lastabwurf seine Drehzahl in unzulässiger Weise, so nimmt - wie an Hand der Fig. 2 geschildert ist - der Erregerstrom IR immer mehr ab und wird schließlich Null, so daß der Erregerumformer 11, 12 und 13 stehenbleibt und der Hauptgenerator ebenfalls spannungslos wird. Es wird also durch die Anordnung der Erfindung nicht nur der Hauptgenerator vor Überspannung, sondern der Erregerumformer auch vor Überdrehzahl geschützt.
  • Die Fig.4 zeigt die Anwendung der Erfindung auf eineNetzersatzanlage mitSchwungradspeicher. Derartige Anlagen sind insbesondere zur Speisung von Netzen erwünscht, in denen eine Störung des allgemeinen Versorgungsnetzes (Lande;snetz) sich nicht auswirken soll. Der Synchrongenerator 15 speist hier ein eigenes Netz, z. B. das Netz eines Verstärkeramtes, das mit dem all-emeinen Netz keine elektrische Verbindung hat. Der Synchrongenerator 15 wird jedoch vom allgemeinen Netz mittels eines Motors 17 (Drehstrommotor) angetrieben, wobei außerdem noch ein Schwungrad 16 vorgesehen ist, das bei einem Ausfall des allgemeinen Netzes vorübergehend den Antrieb des Generators 15 übernimmt, bis entweder eine andere Stromquelle für die Speisung des Motors 17 eingeschaltet ist oder eine Primärmaschine (z. B. ein Dieselmotor) den Antrieb des Generators 15 übernimmt. Da nun in einem solchen Störungsfall durch den Energieentzug das Schwungrad 16 in der Drehzahl abfällt, so sorgt die erfindungsgemäße Schaltung, die bezüglich der Teile 2, 3, 4, 5, 6 und 7 mit der Schaltung der Fig. i übereinstimmt, dafür, daß bei Drehzahlabfall der Erregerstrom für die Maschine 15 zunimmt. Bei richtiger Abstimmung bliebt demnach die Spannung am Generator 15 nahezu konstant, so daß die angeschlossenen Verbraucher von dem Ausfall des Versorgungsnetzes nichts merken. Der Generator ist hier als schleifringloser Generator mit umlaufendem Gleichrichter und zwei verschiedenpoligen Wicklungssystemen im Ständer und im Läufer ausgeführt. Die vom Gleichrichter 2 gespeiste Erregerwicklung im Ständer des Generators 15 induziert eine Wechselstromwicklung im Läufer, die über eingebaute Trockengleichrichter die Gleichstromerregerwicklung des Läufers speist, die ihrerseits die an das Netz angeschlossene Ständerwicklung des Generators induziert. Eine gegenseitige Beeinflussung der beiden Wicklungssysteme wird durch die verschiedene Polzahl (z. B. im Verhältnis 1 :2) verhindert. Die ganze Anlage arbeitet demnach ohne offene Kontakte.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Anordnung zur Regelung der Erregung von. Synchronmaschinen in Abhängigkeit von ihrer Drehzahl, bei der der Erregerwicklung über Gleichrichter und über einen Erregerumspanner in Stromüberlagerung zwei Erregerstromanteile zugeführt werden, von denen der eine dem Strom,der Synchronmaschine, der zweite deren Spannung verhältnisgleich ist, dadurch gekennzeichnet, daß an den Erregerumspanner in Parallelschaltung ein Reihenresonanzkreis angeschlossen ist, der innerhalb des Änderungsbereiches der Drehzahl einen veränderlichen kapazitiven Widerstandswert aufweist. 3. Verwendung der Anordnung des Anspruchs i für die Erregung eines mit dem Hauptgenerator mechanisch gekuppelten Wechselstromerregergenerators, insbesondere bei Wasserkraftgeneratoren. 3. Verwendung der Anordnung des Anspruchs i für die Erregung des mit einem Schwungradspeicher gekuppelten Synchrongenerators von Notstromanlagen.
DES42638A 1955-02-10 1955-02-10 Anordnung zur Regelung der Erregung von Synchronmaschinen in Abhaengigkeit von ihrer Drehzahl Expired DE960118C (de)

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