DE964890C

DE964890C - Three-phase synchronous machine with main and auxiliary exciter arranged on the machine shaft

Info

Publication number: DE964890C
Application number: DES38013A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Hans Henning
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1954-03-07
Filing date: 1954-03-07
Publication date: 1957-05-29

Description

Drehstromsynchronmaschine mit auf der Maschinenwelle angeordneter Haupt- und Hilfserregermaschine Bei den bekannten Anordnungen dieser Art, insbesondere für große Leistungen, ist zur Erregung der Drehstromsynchronmaschine eine Gleichstrommaschine (Haupterregermaschine) und zur Erregung der Haupterregermaschine ebenfalls eine Gleichstrommaschine (Hilfserregermaschine) vorgesehen; letztere ist als selbsterregte, vorzugsweise mit Kompoundwicklung versehene Gleichstrommaschine ausgeführt. Bei kleineren Einheiten speist die Hilfserregermaschine die Haupterregermaschine unmittelbar über Regler; bei Einheiten für größere Leistung dagegen mittelbar über Verstärkereinrichtungen, die in den Erregerkreis zwischen Haupterregermaschine und Regler geschaltet sind. Durch die Verwendung von geeignet bemessenen Verstärkereinrichtungen kann außerdem eine Vergrößerung der Erregungsgeschwindigkeit erreicht werden. Die Energiezufuhr erfolgt bei Verwendung von Maschinenverstärkern durch einen Antriebsmotor, der entweder an die Synchronmaschine oder an ein gesondertes Hilfsnetz angeschlossen ist. Damit bei Störungen im Netz der Synchronmaschine oder im Hilfsnetz keine Unterbrechung der Erregung auftreten kann, wird z. B. der Antriebsmotor für den Maschinenverstärker mit einem Schwungrad gekuppelt, das bei Netzausfall für eine bestimmte Zeit den Verstärker in Betrieb hält. Bei Maschinenverstärkern mit Gleichstromantriebsmotoren ist auch eine störungssichere Batterie oder die Gleichstromhilfserregermaschine als Energiequelle verwendet.Three-phase synchronous machine with arranged on the machine shaft Main and auxiliary excitation machine In the known arrangements of this type, in particular for high power, a DC machine is used to excite the three-phase synchronous machine (Main exciter) and also one to excite the main exciter DC machine (auxiliary exciter) provided; the latter is as self-excited, preferably executed with compound winding provided DC machine. at In smaller units, the auxiliary exciter feeds the main exciter directly via regulator; in the case of units for greater power, however, indirectly via amplifier devices, which are connected in the excitation circuit between the main exciter and controller. Through the use of appropriately sized amplifying devices, it is also possible an increase in the speed of excitation can be achieved. The energy supply takes place when using machine amplifiers by a drive motor that either is connected to the synchronous machine or to a separate auxiliary network. In order to no interruption in the event of faults in the network of the synchronous machine or in the auxiliary network the excitement can occur, z. B. the drive motor for the machine amplifier coupled with a flywheel, which in the event of a power failure for a certain Time to keep the amplifier running. For machine amplifiers with DC drive motors is also a fail-safe battery or the DC auxiliary exciter used as an energy source.

Durch die Verwendung von selbsterregten Gleichstrommaschinen oder auch selbsterregten Wechselstrommaschinen als Hilfserregermaschinen haftet den bekannten Einrichtungen der Nachteil an, daß bei Drehzahländerung der Synchronmaschine - infolge plötzlicher Entlastung - die Spannung der Hilfserregermaschine mehr als linear mit der Drehzahl ansteigt und die Regler den großen Anstieg der Erregung im Erregerkreis nicht auszugleichen vermögen. Es sind ferner Wechselstrommaschinen in Selbsterregerschaltung als Hilfserregermaschinen bekanntgeworden, bei denen zwischen der Erregerwicklung des Hauptgenerators und dem Ausgang der Hilfserregermaschine steuerbare Entladungsgefäße angeordnet werden. Sie haben den Nachteil, daß das Entladungsgefäß teuer ist und unwirtschaftlich arbeitet.. Im übrigen müssen diese Entladungsgefäße ür sehr große Regelbereiche bemessen werden, da sie sonst die bei Drehzahländerung der Synchronmaschine auftretenden Spannungsänderungen der Hilfserregermaschine nicht voll ausgleichen können.By using self-excited DC machines or Self-excited alternating current machines as auxiliary excitation machines are also liable to the well-known Facilities have the disadvantage that when the speed of the synchronous machine changes - as a result sudden discharge - the voltage of the auxiliary exciter more than linear with the speed increases and the controller the large increase in excitation in the excitation circuit unable to compensate. There are also AC machines in a self-exciting circuit became known as auxiliary excitation machines, in which between the excitation winding the main generator and the output of the auxiliary exciter are controllable discharge vessels to be ordered. You have the disadvantage that the discharge vessel is expensive and works uneconomically .. In addition, these discharge vessels for very large Control ranges are dimensioned, as they would otherwise reduce the speed of the synchronous machine when the speed changes Do not fully compensate for voltage changes occurring in the auxiliary exciter can.

Zur Vermeidung dieser Nachteile ist gemäß der Erfindung als Hilfserregermaschine eine Drehstrommaschine mit Gleichrichtererregung in Stromschaltung-mit einem lastunabhängigen und einem lastabhängigen Erregerstrom - verwendet, bei der auf der Wechselstromseite des Gleichrichters ein Kondensator solcher Bemessung parallel geschaltet ist, daß sein Strom bei abnehmender Generatorfrequenz auf den Gleichrichter derart abgedrängt wird, daß sich der Erregerstrom der Hilfserregermaschine in einem bestimmten Drehzahlbereich etwa umgekehrt mit der Drehzahl ändert, so daß die Spannung der Hilfserregermaschine innerhalb des Bereiches konstant bleibt.To avoid these disadvantages is according to the invention as an auxiliary exciter a three-phase machine with rectifier excitation in power circuit-with a load-independent and a load-dependent excitation current - used on the AC side of the rectifier, a capacitor of such a rating is connected in parallel that its current is displaced to the rectifier as the generator frequency decreases that the excitation current of the auxiliary exciter is in a certain speed range approximately inversely with the speed changes, so that the voltage of the auxiliary exciter remains constant within the range.

Es ist bereits vorgeschlagen worden, Maschinen mit derartigem Betriebsverhalten bei Anordnungen zur unterbrechungslosen Stromversorgung in Wechselstromanlagen - die aus dem Wechselstromnetz über einen mit einem Schwungradspeicher versehenen Motorgenerator gespeist werden - als selbstregelnde Generatoren zu verwenden, und zwar zum Zweck der Spannungskonstanthaltung bei abnehmender Drehzahl.It has been proposed that machines with such performance for arrangements for uninterruptible power supply in AC systems - those from the alternating current network via a flywheel storage device Motor generator to be fed - to be used as self-regulating generators, and although for the purpose of keeping the voltage constant with decreasing speed.

Beim Gegenstand der Erfindung wird eine solche selbsttätig regelnde Maschine jedoch als Hilfserregermaschine eines Energieerzeugeraggregates, bestehend aus einem Synchrongenerator mit auf der Welle sitzenden Haupt- und Hilfserregermaschinen verwendet. Es ist beim Gegenstand der Erfindung gefordert, die Spannung der Hilfserregermaschine bei zunehmender Drehzahl konstant zu halten.In the subject matter of the invention, such an automatically regulating one Machine, however, as an auxiliary exciter of an energy generating unit, consisting from a synchronous generator with main and auxiliary excitation machines sitting on the shaft used. The subject matter of the invention requires the voltage of the auxiliary exciter to keep constant with increasing speed.

Im Rahmen der Erfindung kann bei kleineren Synchronmaschinen ohne Verstärkereinrichtung die Hilfserregermaschine über den Regler unter Zwischenschaltung von Gleichrichtern mit der Erregerwicklung der Haupterregermaschine verbunden sein. Bei Verwendung einer Verstärkereinrichtung mit Gleichstrommotor wird dieser ebenfalls über Gleichrichter mit der Hilfserregermaschine verbunden, die bei Verwendung eines Wechselstromantriebsmotors in Wegfall kommen kann. Ebenso wird bei Verwendung von Magnetverstärkern die Speisewicklung des Magnetverstärkers unmittelbar mit der Hilfserregermaschine verbunden, während die eine Steuerwicklung in den Regelkreis und die zweite Steuerwicklung über Gleichrichter an das Netz der Synchronmaschinen angeschlossen ist.In the context of the invention, smaller synchronous machines can be used without Amplifier device, the auxiliary exciter via the controller with interconnection connected to the excitation winding of the main exciter by rectifiers. When using an amplifier device with a DC motor, this is also connected to the auxiliary exciter via a rectifier, which when using a AC drive motor can be omitted. Likewise, when using Magnetic amplifiers the supply winding of the magnetic amplifier directly with the auxiliary exciter connected, while a control winding in the control loop and the second control winding is connected to the synchronous machine network via a rectifier.

In der Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele der neuen Einrichtung schematisch dargestellt; es zeigt Fig. i eine Synchronmaschine mit Haupt- und Hilfserregermaschine ohne Verstärkereinrichtung, Fig. 2 und 3 eine Synchronmaschine mit Haupt-und Hilfserregermaschine und Verstärkereinrichtung jeweils verschiedener Art.In the drawing are some embodiments of the new device shown schematically; FIG. 1 shows a synchronous machine with a main and auxiliary exciter without amplifier device, FIGS. 2 and 3 show a synchronous machine with a main and auxiliary exciter and amplifier devices of different types.

Gemäß Fig. i ist auf der Welle eines Drehstromsynchrongenerators i, der zur Speisung eines Drehstromnetzes 2 dient, eine Gleichstrommaschine 3 als Haupterregermaschine angeordnet. Die Erregung der Haupterregermaschine 3 erfolgt durch eine ebenfalls auf der Generatorwelle sitzende Hilfserregermaschine 4. Im Erregerkreis der Haupterregermaschine ist ein Spannungsregler 5 vorgesehen, der in Abhängigkeit von der Spannung des Netzes 2 die Erregung der Haupterregermasch.ine 3 auf einen bestimmten Wert hält. Als Hilfserregermaschine ist ein Drehstromgenerator vorgesehen, der in an sich bekannter Weise über Gleichrichter 6, einen Transformator 7 und eine Drosselspule 8 mit einem lastunabhängigen und einem lastabhängigen Strom erregt wird. Eine Kapazität 9 (Kondensatoren in Dreieckschaltung) hat die Aufgabe, bei einer bestimmten Drehzahl die Selbsterregung der Hilfserregermaschine einzuleiten. Bei zunehmender Drehzahl: des Synchrongenerators nimmt durch die, Abnahme ihres Blindwiderstandes der Gesamtstrom (Hilfserregermaschinenstrom und Drosselstrom) der Erregerwicklung der Hilfserregermaschine ebenfalls ab. Bei entsprechender Bemessung der Kondensatoren nimmt der -Erregerstrom gerade im gewünschten Verhältnis ab, und zwar innerhalb eines bestimmten Drehzahl- bzw. Frequenzbereiches etwa im umgekehrten Verhältnis zur Frequenz, so daß seine Spannung annähernd konstant bleibt.According to Fig. I is on the shaft of a three-phase synchronous generator i, which is used to feed a three-phase network 2, a DC machine 3 as the main exciter arranged. The main exciter 3 is also excited by a Auxiliary exciter placed on the generator shaft 4. In the exciter circuit of the main exciter a voltage regulator 5 is provided, which depends on the voltage of the network 2 keeps the excitation of the main exciter machine 3 at a certain value. As an auxiliary exciter a three-phase generator is provided which, in a manner known per se, has a rectifier 6, a transformer 7 and a choke coil 8 with a load-independent and a load-dependent current is excited. A capacitance 9 (capacitors in delta connection) has the task of self-excitation of the auxiliary exciter at a certain speed initiate. With increasing speed: the synchronous generator decreases its reactance is the total current (auxiliary exciter current and inductor current) the excitation winding of the auxiliary excitation machine as well. With appropriate dimensioning of the capacitors, the excitation current decreases in the desired ratio, and within a certain speed or frequency range roughly in the opposite direction Relation to frequency so that its voltage remains approximately constant.

Bei größeren Einheiten werden im Erregerkreis der Haupterregermaschine vorteilhaft Verstärkereinrichtungen vorgesehen. In diesem Fall kann an den angegebenen Stellen bei A, B und C eine Einrichtung gemäß Fig.2 oder 3 angeschlossen sein.In the case of larger units, amplifier devices are advantageously provided in the exciter circuit of the main exciter. In this case, a device according to Fig. 2 or 3 can be connected at the points indicated at A, B and C.

In Fig. 2 ist ein Maschinenverstärker io mit einem Glich- oder Wechselstromantriebsmotor und einem Gleichstromgenerator vorgesehen. Bei Verwendung eines Gleichstrommotors ist wie im vorigen Beispiel ein Gleichrichter i i vorzusehen, der bei Verwendung eines Wechselstrommotors selbstverständlich in Fortfall kommt. An Stelle eines Maschinenverstärkers kann gemäß Fig. 3 auch ein Magnetverstärker 12, verwendet werden, der dann vor der Hilfserregermaschine gespeist wird. Die Steuerwicklung des Magnetverstärkers wird über Gleichrichter 13 an das Netz 2 und der Ausgang des Magnetverstärkers an den Erregerkreis der Haupterregermaschine angeschlossen.In Fig. 2 is a machine amplifier io with a DC or AC drive motor and a DC generator provided. When using a DC motor as in the previous example, a rectifier i i is to be provided which, when used an AC motor is of course eliminated. Instead of one Machine amplifier, according to FIG. 3, a magnetic amplifier 12 can also be used, which is then fed in front of the auxiliary exciter. The control winding of the magnetic amplifier is connected via rectifier 13 to network 2 and the output of the magnetic amplifier connected to the excitation circuit of the main exciter.

Mit einer derartigen Hilfserregermaschine wird also erreicht, daß bei Durchgehdrehzahl infolge Entlastung des Synchrongenerators die Erregerspannung konstant bleibt und somit die Spannung der Haupterregermaschine linear mit der Drehzahl wächst. Das ist besonders für zwischengeschaltete Verstärkereinrichtungen, insbesondere für Maschinenverstärker, von großem Vorteil. Die letzteren an sich mit großer Drehzahl umlaufenden Maschinensätze sind besonders empfindlich gegen Überdrehzahlen, insbesondere gegen hohe Durchgangsdrehzahlen des Generators.With such an auxiliary exciter it is achieved that the excitation voltage at runaway speed as a result of the load on the synchronous generator remains constant and thus the voltage of the main exciter linear with the speed grows. This is especially true for intermediate amplifier devices, in particular for machine amplifiers, a great advantage. The latter itself with high speed rotating machine sets are particularly sensitive to overspeed, in particular against high throughput speeds of the generator.

Claims

PATENT CLAIMS: I. Three-phase synchronous machine in which on the machine shaft a DC main exciter and an auxiliary exciter for excitation the main exciter is arranged, characterized in that as an auxiliary exciter a three-phase machine with rectifier excitation in power circuit with a load-independent and a load-dependent excitation current - is used on the alternating current side of the rectifier, a capacitor of such a rating is connected in parallel that its current is displaced to the rectifier as the generator frequency decreases that the excitation current of the auxiliary exciter is in a certain speed range approximately inversely with the speed changes, so that the voltage of the auxiliary exciter remains constant within the range.

2. Arrangement according to claim I, characterized in that that the auxiliary exciter is connected to the exciter winding directly via rectifier connected to the main exciter.

3. Arrangement according to claim I, characterized in that that the auxiliary exciter, if necessary, has a drive motor via a rectifier a converter set, whose DC generator with the excitation winding connected to the main exciter.

4. Arrangement according to claim I, characterized in that that the auxiliary exciter feeds the feed winding of a magnetic amplifier, its output directly to the excitation winding of the main exciter and whose control winding is coupled to the three-phase network via a rectifier. In Documents considered: Austrian Patent No. 136 634; USA.-magazine "Electrical Engineering", Volume 19, 50, p. 52o.