DE970692C - Device for the automatic regulation of the excitation of synchronous machines - Google Patents
Device for the automatic regulation of the excitation of synchronous machinesInfo
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Description
Einrichtung zur selbsttätigen Regelung der Erregung von Synchronmaschinen Es ist bekannt, die Erregung einer Synchronmaschine mit der Vektorsumme aus einer vom Belastungsstrom J und einer von der Spannung U der Synchronmaschine gebildeten, auch als Stromschaltungsvektor bekanntgewordenen Größe kiJ + jk2Ja zu erzwingen. Dabei sind k1 und k2 konstante reelle Proportionalitätsfaktoren und j die imaginäre Zahl jii. Die Addition der beiden Summanden der Vektorsumme erfolgt in einem Transformator, dessen Sekundärwicklung über ein Ventil zur Erzeugung von Gleichstrom direkt mit der Erregerwicklung der Synchronmaschine verbunden ist.Device for automatic control of the excitation of synchronous machines It is known to force the excitation of a synchronous machine with the vector sum of a variable kiJ + jk2Ja formed by the load current J and a voltage U of the synchronous machine, also known as a current circuit vector. Here k1 and k2 are constant real proportionality factors and j is the imaginary number jii. The addition of the two summands of the vector sum takes place in a transformer, the secondary winding of which is connected directly to the field winding of the synchronous machine via a valve for generating direct current.
Es ist ferner bekannt, die Erregung von Synchronmaschinen in Abhängigkeit von verschiedenen Betriebsgrößen der Synchronmaschine oder eines angeschlossenen Netzes zu regeln, z. B. vom Belastungsstrom oder vom Leistungsfaktor, indem über einen steuerbaren Verstärker, z. B. ein Gas- oder Dampfentladungsgefäß, die Erregung gesteuert wird.It is also known to depend on the excitation of synchronous machines of different operating variables of the synchronous machine or one connected To regulate network, z. B. the load current or the power factor by about a controllable amplifier, e.g. B. a gas or vapor discharge vessel, the excitation is controlled.
Die Erfindung bezieht sich ebenfalls auf die Erregung von Synchronmaschinen und betrifft eine Einrichtung zur selbsttätigen Regelung der Erregung von Synchronmaschinen mittels eines steuerbaren Verstärkers in Form .eines Gas- oder Dampfentladungsgefäßes und ist gekennzeichnet durch die Verwendung einer von der Vektorsumme aus Strom J und Spannung U der Synchronmaschine nach der Formel k1 ' j,+ jk2Ja abhängigen Größe oder einer ähnlichen gleichwertigen Größe als mindestens eine Steuergröße für den steuerbaren Verstärker. Die Verwendung der Vektorsumme erfolgt im Gegensatz zu bekannten Schaltungen erfindungsgemäß auf eine neue Art, die es ermöglicht, eine oder mehrere in verschiedener Weise von der Vektorsumme abhängige Größen - in ihrem Betrag frei einstellbar - für die Erregungsregelung wirksam zu machen. Es lassen sich vor allem vorteilhafte Kombinationen aus den von der Vektorsumme abhängigen Größen untereinander und in Verbindung mit anderen, an sich bekannten oder bereits vorgeschlagenen Regeleinflüssen bilden, die eine sehr vollkommene Betriebsweise einer Synchronmaschine gestatten, so daß bei allen erdenklichen Belastungszuständen und Belastungsänderungen eine schnelle und sichere Wirkung gewährleistet ist.The invention also relates to the excitation of synchronous machines and relates to a device for automatic control of the excitation of synchronous machines by means of a controllable amplifier in the form of a gas or vapor discharge vessel and is characterized by the use of one of the vector sum of current J and voltage U of the synchronous machine are dependent on the formula k1 'j, + jk2Ja Size or a similar equivalent size as at least one control variable for the controllable amplifier. The vector sum is used in contrast to known circuits according to the invention in a new way that it allows one or more to be dependent on the vector sum in different ways Sizes - freely adjustable in their amount - for the excitation regulation to be effective do. In particular, advantageous combinations can be made from the vector sum dependent variables with each other and in connection with other, known per se or already proposed control influences that form a very perfect mode of operation allow a synchronous machine, so that in all conceivable load conditions and changes in load a quick and safe effect is guaranteed.
Die bei der Einrichtung nach der Erfindung verwendeten Steuergrößen können in verschiedener Weise von der Vektorsumme aus Generatorström und Generatorspannung abhängen, z. B. indem sie dem Betrag der Vektorsumme verhältig sind oder der ersten oder zweiten Ableitung oder dem Integral der Vektorsumme über die Zeit. Besonders vorteilhaft ist es, als Steuergröße den Unterschied zwischen der Vektorsumme vor und nach einer Laständerung der Synchronmaschine zu verwenden, d. h. also vorübergehende zeitliche Abweichungen der Vektorsumme und damit des Betriebszustandes erfassende Steuergröße. Dies trifft zu für die erste und zweite Ableitung, das Zeitintegral oder eine Kombination von diesen. Als zusätzliche Steuereinflüsse kommen vor allem die Spannung der Synchronmaschinen in Betracht, ferner der Polradwinkel, das ist der Winkel zwischen der Lage des Polrades der Synchronmaschine und ihrem Netzspannungsvektor, sowie die erste und zweite zeitliche Ableitung des Polradwinkels. Auch die durch Laständerung bedingte Änderung des Erregerstromes, der sogenannte Erregungssprung, kann zusätzlich verwendet werden.The control variables used in the device according to the invention can in different ways from the vector sum of generator current and generator voltage depend, e.g. B. by being related to the amount of the vector sum or the first or the second derivative or the integral of the vector sum over time. Particularly It is advantageous to use the difference between the vector sum as a control variable and to use after a load change of the synchronous machine, d. H. so temporary time deviations of the vector sum and thus of the operating state Control variable. This applies to the first and second derivatives, the time integral or a combination of these. The main additional tax influences are the voltage of the synchronous machines into consideration, furthermore the rotor angle, that is the angle between the position of the magnet wheel of the synchronous machine and its line voltage vector, as well as the first and second time derivative of the pole wheel angle. Also through Load change caused change in the excitation current, the so-called excitation jump, can also be used.
Ein Hauptvorteil der Einrichtung nach der Erfindung ist darin zu erblicken, daß sie zur Regelung aller Arten von Synchronmaschinen gleich gut geeignet ist. Eine nach der Erfindung selbsttätig geregelte Synchronmaschine kann daher für verschiedene Zwecke benutzt werden, ohne daß ein Versagen der Regelung oder gar eine schlechtere Regelung bei einem Verwendungszweck zu befürchten ist. Es ist gleichgültig, ob es sich um eine Verwendung als wirk- und blindleistungsbeaufschlagte Maschine oder als reiner Phasenschieber handelt und ob die Maschine allein öder parallel mit anderen Maschinen auf ein Netz arbeitet.A main advantage of the device according to the invention can be seen in that it is equally suitable for controlling all types of synchronous machines. An automatically controlled synchronous machine according to the invention can therefore be used for various Purposes can be used without a failure of the regulation or a worse one Regulation with a purpose is to be feared. It doesn't matter whether it is whether it is used as a machine with active and reactive power or acts as a pure phase shifter and whether the machine alone or in parallel with others Machines working on a network.
In Fig. i der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Einrichtung nach der Erfindung schematisch dargestellt. Die Synchronmaschine i ist an ein Drehstromnetz R, S, T angeschlossen und wird über einen Verstärker 2, ein gittergesteuertes Dampfentladungsgefäß erregt. Den Erregerstrom liefert ein Hilfsstrom= netz y, s, t über einen 3/6-Phasen-Gleichrichtertransformator 3. Entsprechend der sechsphasigen Ausführung des Verstärkers 2 ist ein sechsphasiger Steuersatz 4 vorgesehen, der Spannungsspitzen zur Phasenausschnittssteuerung des Verstärkers 2 erzeugt. Mit I und II sind zwei Steuerwicklungsgruppen des Steuersatzes 4 bezeichnet. Die an den sechs Steuergittern des Verstärkers 2 angeschlossene Sekundärwicklungsgruppe 5 erhält über die Ventilanordnung 6 beständig ein negatives Potential, so daß der Verstärker 2 sperrt. Der Steuersatz 4 erzeugt infolge eines gesättigten Eisenkernes je nach dessen Vormagnetisierung, beeinflußt durch die Steuerwicklungsgruppen I und II, positive Spannungsspitzen, die mittels eines sinusförmigen Stromes gebildet werden, welche durch die Wicklungen 7 bis 9 in den Steuersatz eingespeist und über den Phasenschieber io in gewünschter Phasenlage von einem Transformator ii aus dem Hilfsnetz y, s, t entnommen werden. Die positiven Spannungsspitzen heben das negative Potential an den Steuergittern des Verstärkers 2 kurzzeitig auf und bewirken zu einem bestimmten Zeitpunkt ein Öffnen des Verstärkers. Die Erregung der Synchronmaschine i wird damit in Abhängigkeit vom Einsatz der Spannungsspitzen, also vom Grad der Vormagnetisierung des Steuersatzes 4, gesteuert.In Fig. I of the drawing is an embodiment of the device shown schematically according to the invention. The synchronous machine i is connected to a three-phase network R, S, T connected and is connected via an amplifier 2, a grid-controlled vapor discharge vessel excited. The excitation current is supplied by an auxiliary current = netz y, s, t via a 3/6 phase rectifier transformer 3. Corresponding to the six-phase design of the amplifier 2 is a six-phase one Tax rate 4 provided, the voltage peaks for phase control of the Amplifier 2 generated. With I and II are two tax development groups of the tax rate 4 designated. The secondary winding group connected to the six control grids of amplifier 2 5 is constantly receiving a negative potential through the valve assembly 6, so that the Amplifier 2 blocks. The tax rate 4 generated as a result of a saturated iron core depending on its premagnetization, influenced by the control winding groups I. and II, positive voltage peaks formed by means of a sinusoidal current are fed through the windings 7 to 9 in the tax rate and over the phase shifter io in the desired phase position from a transformer ii from the Auxiliary network y, s, t can be taken. The positive voltage peaks cancel out the negative Potential at the control grid of the amplifier 2 briefly and cause to opening of the amplifier at a certain point in time. The excitation of the synchronous machine i is thus dependent on the use of the voltage peaks, i.e. the degree of Pre-magnetization of the tax rate 4, controlled.
Die zur Einführung der Steuergrößen in den Steuersatz des Verstärkers 2 dienende Steuerwicklungsgruppe I, die ebenso wie die Steuerwicklungsgruppe II aus sechs - entsprechend der Phasenzahl des Verstärkers 2 - in Reihe geschalteten Teilwicklungen besteht, ist über einen Diagonalwiderstand i2 einer Ventilbrücke 13 mit mehreren den einzelnen Steuergrößen zugeordneten Widerständen 14 bis 18 in Reihe geschaltet. Die, Steuergrößen werden als Gleichspannungsfälle in diesen Widerständen erzeugt, addieren sich und erzeugen einen entsprechenden Steuerstrom in der Steuerw-icklungsgruppe I. Durch Wahl der Größe der Widerstände, die sowohl ohmisch als auch gegebenenfalls induktiv sein können, kann die Einwirkung der einzelnen Steuergrößen festgelegt werden. Ein mit i9 bezeichneter Verstärker kann bei Bedarf zur Verstärkung der Steuergrößen vorgesehen werden.The introduction of the control variables in the control rate of the amplifier 2 serving control development group I, which like control development group II of six - according to the number of phases of amplifier 2 - connected in series There is partial windings, is via a diagonal resistor i2 of a valve bridge 13 with several resistors 14 to 18 in Connected in series. The control variables are called DC voltage drops in these resistors generated, add up and generate a corresponding control current in the control winding group I. By choosing the size of the resistors, which are both ohmic and optionally can be inductive, the effect of the individual control variables can be determined will. An amplifier labeled i9 can, if necessary, amplify the control variables are provided.
Im rechten und unteren Teil der Fig. i ist die Bildung der verschiedenen Steuergrößen dargestellt. Der Transformator 2i bildet die den Generatorstrom J und die Generatorspannung U aufweisende Vektorsumme durch Überlagerung eines dem Generatorstrom J der Synchronmaschine entsprechenden Stromes in den Wicklungen 22 mit einem der Synchronmaschinenspannung U entsprechenden Strom JU in den Wicklungen 23. Der Generatorstrom wird den Wicklungen 22 über einen im Sternpunkt der Synchronmaschine angeschlossenen Stromwandler 24 zugeführt, während der der Spannung entsprechende Strom JU über Drosselspulen 25 und einen Stromwandler 26 der Wicklung 23 zugeführt wird. Die Wicklungen 22 und 23 sind veränderbar und gestatten die Größe der beiden Summanden der Vektorsumme kJ + 9ks1u, also die konstanten Proportionalitätsfaktoren k1 und 4 und das Verhältnis der Summanden zueinander zu verändern. Die Drosseln 25 erzeugen eine Drehung des zweiten Summanden der Vektorsumme um 9o°, was also der imaginären Zahl j entspricht.In the right and lower part of FIG. I, the formation of the various control variables is shown. The transformer 2i forms the vector sum comprising the generator current J and the generator voltage U by superimposing a current corresponding to the generator current J of the synchronous machine in the windings 22 with a current JU corresponding to the synchronous machine voltage U in the windings 23 The current transformer 24 connected to the star point of the synchronous machine is supplied, while the current JU corresponding to the voltage is supplied to the winding 23 via inductors 25 and a current transformer 26. The windings 22 and 23 can be changed and allow the size of the two summands of the vector sum kJ + 9ks1u, i.e. the constant proportionality factors k1 and 4 and the ratio of the summands to one another to be changed. The chokes 25 produce a rotation of the second summand of the vector sum by 90 °, which therefore corresponds to the imaginary number j.
Als ähnliche gleichwertige Vektorsumme, die bei der Einrichtung nach der Erfindung ebenfalls verwendet werden kann, ist z. B. eine Vektorsumme von der Form -jk1J + k2JU anzusehen. Sie ergibt sich durch Multiplikation der Vektorsumme mit -j. Die Bildung der Vektorsumme im einzelnen und mit welchen Hilfsmitteln sie erfolgt, ist für die Erfindung belanglos.As a similar equivalent vector sum which can also be used in the device according to the invention, e.g. B. to consider a vector sum of the form -jk1J + k2JU. It is obtained by multiplying the vector sum by -j. The formation of the vector sum in detail and the means with which it is carried out is irrelevant for the invention.
Der Transformator 21 hat zwei Abnahmen für die der Vektorsumme verhältige Größe: eine Abnahme über die Wicklungen 27, die zur Einführung einer dem Betrag der Vektorsumme verhältigen Steuergröße mittels des Widerstandes 15 dient, und eine Abnahme über die Wicklungen 28 zur vorübergehenden Einführung einer Steuergröße, die zeitlichen Abweichungen der Vektorsumme verhältig ist, mittels des Widerstandes 16 in den Steuerkreis des Verstärkers 2. Die Zuführung der Steuergrößen erfolgt jeweils nach einer Gleichrichtung in einer Ventilanordnung 29 bzw. 30. Die Widerstände 40 und 41 sorgen für ein festbleibendes Verhältnis der von den Wicklungen 27 und 28 abgegebenen Ströme. Die vorübergehende Bildung der zeitliche Abweichungen der Vektorsumme erfassenden Steuergröße bewirkt der Kondensator 31. An seiner Stelle kann auch eine sogenannte Kondensatormaschine 31', das ist eine konstant fremderregte Gleichstrommaschine, verwendet werden, die mit ihrer Ankerwicklung in den Stromkreis des Widerstandes 16 eingeschaltet wird. Der Ventilanordnung 30 liegt ein Belastungswiderstand 32 parallel, der dafür sorgt, daß die Steuergröße jederzeit, insbesondere bei kleiner werdender Vektorsumme, der Spannung an der Ventilanordnung, also der Vektorsumme entspricht.The transformer 21 has two decreases in relation to the vector sum Size: a decrease across the windings 27, leading to the introduction of the amount the vector sum-related control variable by means of the resistor 15 is used, and one Decrease across the windings 28 for the temporary introduction of a control variable, the temporal deviations of the vector sum is proportional, by means of the resistance 16 in the control circuit of amplifier 2. The control variables are supplied in each case after rectification in a valve arrangement 29 or 30. The resistors 40 and 41 ensure a constant ratio of the windings 27 and 28 delivered streams. The temporary formation of the temporal deviations of the The control variable capturing the vector sum is effected by the capacitor 31. In its place can also be a so-called capacitor machine 31 ', that is a constant separately excited DC machine, which are used with their armature winding in the circuit of the resistor 16 is turned on. The valve assembly 30 has a load resistance 32 parallel, which ensures that the control variable at any time, especially when smaller increasing vector sum, the voltage at the valve arrangement, i.e. the vector sum is equivalent to.
Der Widerstand 14 ist für den Fall vorgesehen, daß die Synchronmaschine i am Netz R, S, T mit anderen Maschinen parallel arbeitet, und gestattet je nach Einstellung des Potentiometers 33, die bei einer abzugebenden Wirklast geforderte Blindlast zu erreichen. Das Potentiometer 33, das von Hand oder abhängig vom Netzblindlastbedarf verstellt werden kann, gestattet eine positive, eine negative oder keine Spannung aus dem Sammler 34 zu entnehmen und dem Widerstand 14 zuzuführen.The resistor 14 is provided for the case that the synchronous machine i on the network R, S, T works in parallel with other machines, and allows depending on Setting of the potentiometer 33, which is required for an active load to be delivered To achieve reactive load. The potentiometer 33, which is manual or dependent on the network reactive load requirement can be adjusted, allows positive, negative or no voltage to be taken from the collector 34 and fed to the resistor 14.
Als weitere Regelgröße in dem Beispiel nach Fig. i dient die Spannung der Synchronmaschine i. Die Spannung kann wie hier von dem spannungsverhältigen Strom JU mittels eines Stromwandlers 35 abgenommen werden oder auf andere beliebige Weise, z. B. über einen Spannungswandler, und wird nach einer Gleichrichtung in der Ventilanordnung 36 mit einer Mindestsollspannung, die an den Klemmen 37 und 38 zugeführt wird, durch Entgegenschalten verglichen. Wird die Mindestsollspannung von der Spannung der Synchronmaschine unterschritten, so fließt über das Ventil 39 ein der Differenz der beiden Spannungen entsprechender Strom, der einen Spannungsabfall an den Widerstand 17 als Steuergröße im Steuerkreis des Verstärkers 2 hervorruft. Im umgekehrten Fall, wenn also die Maschinenspannung die Mindestsollspannung überschreitet, wird keine Steuergröße erzeugt, da dann das Ventil 39 sperrt. Die zusätzliche Regelung über den Widerstand 17 dient zur Sicherung und greift nur dann ein, wenn die Spannung der Synchronmaschine i zusammenbricht. Die Widerstände 42 vor der Ventilanordnung 36 verhindern ebenso wie die Widerstände 40 und 41 vor den Ventilanordnungen 29 bzw. 30 Rückwirkungen und sichern die Unabhängigkeit der Steuergrößen voneinander. Im Beispiel nach Fig. i ist schließlich noch ein Widerstand 18 vorgesehen, über den zusätzlich eine weitere von der Vektorsumme abhängige Steuergröße, z. B. die zweite zeitliche Ableitung oder das Zeitintegral der Vektorsumme in den Steuerkreis des Verstärkers 2 eingeführt werden kann. Es können jedoch auch andere beliebige Steuergrößen zusätzlich gewählt werden, z. B. die oben bereits genannten, die auf einen Einfluß des Polradwinkels oder auf den Erregungssprung im Erregerstrom der Synchronmaschine zurückgehen.The voltage of the synchronous machine i serves as a further controlled variable in the example according to FIG. As here, the voltage can be taken from the voltage- related current JU by means of a current transformer 35 or in any other desired manner, e.g. B. via a voltage converter, and after a rectification in the valve arrangement 36 with a minimum nominal voltage, which is supplied to the terminals 37 and 38, compared by switching in the opposite direction. If the voltage of the synchronous machine falls below the minimum nominal voltage, a current corresponding to the difference between the two voltages flows through the valve 39 and causes a voltage drop across the resistor 17 as a control variable in the control circuit of the amplifier 2. In the opposite case, that is, if the machine voltage exceeds the minimum setpoint voltage, no control variable is generated, since the valve 39 then blocks. The additional regulation via the resistor 17 serves as a backup and only intervenes when the voltage of the synchronous machine i collapses. The resistors 42 in front of the valve arrangement 36, like the resistors 40 and 41 in front of the valve arrangements 29 and 30, respectively, prevent repercussions and ensure the independence of the control variables from one another. In the example according to FIG. B. the second time derivative or the time integral of the vector sum can be introduced into the control circuit of the amplifier 2. However, any other control variables can also be selected, e.g. B. those already mentioned above, which are due to an influence of the rotor angle or the excitation jump in the excitation current of the synchronous machine.
Für die Wirkungsweise einer zeitliche Abweichungen der Vektorsumme erfassenden Steuergröße, z. B. über den Widerstand 16 (Fig. i) zugeführten Steuergröße, ist noch folgendes wichtig: Bei einer langsamen Änderung des elektrischen und mechanischen Betriebszustandes der Synchronmaschine entsteht keine Steuergröße, da der Kondensator 31 bzw. die an seiner Stelle verwendbare Kondensatormaschine 31' der durch die langsame Änderung der Vektorsumme erzeugten Spannungsänderung ohne merklichen Strom über den Widerstand 16 folgen kann. Bei einer plötzlichen Störung des Betriebszustandes der Synchronmaschine und der davon abhängigen plötzlichen Änderung der Vektorsumme wird die ursprünglich alte Vektorsumme festgehalten, und es tritt eine der vollen Differenz zwischen der alten und der neuen Vektorsumme verhältige Steuergröße auf. Die Steuergröße ist daher dem Unterschied der Vektorsumme vor und nach einer Laständerung der Synchronmaschine verhältig.For the effect of a time deviation of the vector sum capturing control variable, z. B. via the resistor 16 (Fig. I) supplied control variable, The following is also important: With a slow change in the electrical and mechanical In the operating state of the synchronous machine, there is no control variable because the capacitor 31 or the capacitor machine 31 'which can be used in its place by the slow Change in the vector sum generated voltage change without noticeable current over the resistor 16 can follow. In the event of a sudden disturbance in the operating status of the synchronous machine and the sudden change in the vector sum dependent on it the original old vector sum is recorded and one of the full ones occurs Difference between the old and the new vector sum. The control variable is therefore the difference in the vector sum before and after a load change of the synchronous machine.
Die Einwirkung einer von einer zeitlichen Ableitung der Vektorsumme oder von deren Zeitintegral abhängigen Steuergröße kann erfindungsgemäß in verschiedener Weise erfolgen. Wird - der in Fig. i dargestellte Schalter 43 auf das Ventil 44 umgeschaltet, so kann nur in einer Richtung ein Stromfluß über den Widerstand 16 fließen. Dies bedeutet, daß nur Änderungen der Vektorsumme in einer Richtung und damit also entweder nur Be- oder Entlastungsstöße in die Erregung eingehen. In Fig. 2 sind der Widerstand 16 und einige zugehörige Schaltteile der Fig. i zur Erzeugung seiner Steuergröße noch einmal dargestellt. An dem Widerstand 18 wird eine dieselben zeitlichen Abweichungen erfassende Steuergröße, wie sie über den Widerstand 16 bereits zugeführt wird, ein zweites Mal, jedoch von einem besonderen, nicht dargestellten Ausgang des Transformators 21 (Fig. i) über Widerstände 41', eine Ventilanordnung 30', einen Widerstand 32', ein Kondensator 31' und ein Ventil 44' ein zweites Mal abgenommen. Das Ventil 44' hat jedoch eine entgegengesetzte Durchlaßrichtung wie das Ventil 44. Wird angenommen, daß über das Ventil 44 bei Belastung der Synchronmaschine auf den Steuerkreis der Verstärkereinrichtung eingewirkt wird, so erfolgt über das Ventil 44' ein Eingreifen bei Entlastung. Es wird so ermöglicht, bei Be- oder Entlastung, je nach Verhältigkeit der Steuergröße in bezug auf die Größe der Laständerung, in verschiedener Weise die Erregung der Synchronmaschine zu beeinflussen. Die Verhältigkeit der Steuergrößen kann durch Änderung der Widerstände 16 und 18 verändert werden. Die gleichzeitige mehrfache Zuführung einer dieselben zeitlichen Abweichungen erfassende Steuergröße ist noch in anderer Hinsicht für die Regelung der Synchronmaschine von Bedeutung. Es lassen sich damit nämlich auf einfacher Weise durch plötzliche Be- oder Entlastungsstöße verursachte Pendelungen der Synchronmaschine beeinflussen. Wird berücksichtigt, daß bei Pendelungen der Synchronmaschinen die Vektorsumme praktisch ohne Verzögerung mitpendelt, und wird die Einwirkung der Vektorsumme von ihren Änderungen und von den Richtungen dieser Änderungen abhängig gemacht, so sindBeeinflussungen von Pendelbewegungen in verschiedenster Weise mit entsprechenden Kombinationsschaltungen möglich.The effect of a time derivative of the vector sum or on the time integral dependent control variable can according to the invention in different Way to be done. If - the switch 43 shown in FIG switched over, a current flow via the resistor 16 can only be carried out in one direction flow. This means that only changes in the vector sum in one direction and so that either only stress or relief shocks are included in the excitement. In Fig. 2 are the resistor 16 and some associated switching parts of FIG. I for generation its control variable shown again. At the resistor 18 one becomes the same Control variable that detects temporal deviations, as it is already via the resistor 16 is fed a second time, but by a special one, not shown Output of the transformer 21 (Fig. I) via resistors 41 ', a valve arrangement 30 ', a resistor 32', a capacitor 31 'and a valve 44' a second time removed. The valve 44 ', however, has an opposite direction of flow as the valve 44. It is assumed that via the valve 44 when the synchronous machine is loaded is acted on the control circuit of the amplifier device, takes place via the Valve 44 'engages when the pressure is released. In this way it is possible, in the case of loading or unloading, depending on the ratio of the control variable in relation to the size of the load change, in to influence the excitation of the synchronous machine in various ways. The proportion the control variables can be changed by changing the resistors 16 and 18. the simultaneous multiple feeding of one that detects the same time deviations The control variable is also used for controlling the synchronous machine in another respect Meaning. It can be used in a simple way by sudden oscillations of the synchronous machine caused by unloading surges. It is taken into account that the vector sum is practical when the synchronous machines oscillate commutes with it without delay, and is the effect of the vector sum of its changes and made dependent on the directions of these changes, so are influences of pendulum movements in various ways with appropriate combination circuits possible.
In Fig. 3 zeigt die Kurve Po den möglichen Verlauf der Pendelung des Polradwinkels -9 einer Synchronmaschine bei einem plötzlichen Laststoß L in Abhängigkeit von der Zeit t, wie er sich ergeben würde im Falle, daß die Erregung unbeeinflußt bleibt. Wird nun die Schaltung nach Fig. i, wenn der Schalter 43 in der gezeichneten Stellung steht, verwendet, so ergibt sich bei dem gleichen Laststoß eine Pendelung, die der stärker gedämpften Kurve P1 entspricht. Die Synchronmaschine wird bei ansteigendem Polradwinkel jeweils stärker erregt, wodurch jeweils größere synchronisierende Momente auf die Synchronmaschine ausgeübt werden. Nach Erreichen der Maximalstellen der Kurve P1, wenn also die Pendelbewegung ihre Richtung umkehrt, wird die Erregung wieder geschwächt.In Fig. 3, the curve Po shows the possible course of the oscillation of the Pole wheel angle -9 of a synchronous machine in the event of a sudden load surge L as a function of of the time t, as it would arise in the event that the excitation was not influenced remain. If now the circuit of Fig. I, when the switch 43 in the drawn Position is used, the same load shock results in an oscillation, which corresponds to the more attenuated curve P1. The synchronous machine becomes with increasing The rotor angle is more strongly excited, which means that the synchronizing torques are greater in each case be exercised on the synchronous machine. After reaching the maximum digits of the Curve P1, so when the pendulum reverses direction, the excitation becomes weakened again.
Mit der in Fig. 2 dargestellten Schaltung wird bei einer Pendelung der Vektorsumme während der positiven Richtung der Pendelbewegung eine Erregungsverstärkung z. B. besonders stark, während einer negativen Richtung der Pendelbewegung jedoch eine mittels des Widerstandes 18 einstellbare Erregungsschwächung hervorgerufen. Soll während einer negativen Richtung jedoch ebenfalls eine Erregungsverstärkung bewirkt werden, so können die Anschlüsse des Widerstandes 18 zu dem Ventil 44' und dem Kondensator 31' vertauscht werden. Es wird dann sowohl bei Vergrößerungen als auch bei Verkleinerungen des Belastungszustandes der Synchronmaschine erregungsverstärkend auf die Synchronmaschine eingewirkt. Dies ist vorteilhaft, wenn es darauf ankommt, die Synchronmaschine ständig möglichst starr zu machen. Die Pendelamplituden und die Pendelzeit werden dabei beträchtlich verkleinert, und die Pendelfrequenz wird vergrößert, wie dies die Kurve P2 in Fig. 4 zeigt.With the circuit shown in Fig. 2 is a pendulum the vector sum during the positive direction of the pendulum motion an excitation gain z. B. particularly strong, however, during a negative direction of the pendulum motion an adjustable by means of the resistor 18 excitation weakening caused. Should, however, also increase the excitation during a negative direction be effected, so the connections of the resistor 18 to the valve 44 'and the capacitor 31 'are interchanged. It will then be used for both enlargements and also increases the excitation when the load condition of the synchronous machine is reduced acted on the synchronous machine. This is beneficial when it comes to to make the synchronous machine as rigid as possible. The pendulum amplitudes and the pendulum time is thereby reduced considerably, and the pendulum frequency becomes enlarged, as the curve P2 in FIG. 4 shows.
In der gleichen Weise wie die erste zeitliche Ableitung der Vektorsumme für die selbsttätige Regelung benutzt werden kann, ist auch die zweite zeitliche Ableitung anwendbar. Eine Schaltung zur Verwendung der zweiten Ableitung zeigt Fig. 5. Durch den Kondensator 45 und mittels des Widerstandes 46 wird die zweite zeitliche Ableitung gebildet. Die übrigen Teile der Fig. 5 mit ihren Bezugszeichen entsprechen denen der Fig. i.In the same way as the first time derivative of the vector sum can be used for the automatic control, the second is also temporal Derivation applicable. A circuit for using the second derivative is shown in FIG. 5. Through the capacitor 45 and by means of the resistor 46, the second time Derivation formed. The other parts of FIG. 5 with their reference numerals correspond those of Fig. i.
Die Wirksammachung einer zeitliche Abweichungen der Vektorsumme, also insbesondere plötzliche Änderungen des Betriebszustandes erfassende Steuergröße kann auch in der Weise geschehen, daß der entstehende höchste Betrag einer Steuergröße zunächst gespeichert wird und dann im Verlauf seiner Einwirkung gemäß einer einstellbaren Dämpfung abklingend einwirkt. Hierzu zeigt Fig. 6 eine Schaltung. Die Speicherung des höchsten Betrages wird durch den Kondensator 45 erzielt. Das Abklingen dieses Betrages bestimmt der Widerstand 48, der zweckmäßig als veränderbarer Widerstand ausgeführt wird. Das Ventil 47 läßt Steuergrößen nur bei bestimmter Richtung derselben wirksam werden. Die übrigen Teile dieser Figur entsprechen mit ihren Bezugszeichen ebenfalls denen der Fig. x.The making of a temporal deviation of the vector sum effective, that is in particular, control variable that detects sudden changes in the operating state can also be done in such a way that the resulting highest amount of a tax variable is initially stored and then in the course of its action according to an adjustable Damping has a decaying effect. 6 shows a circuit for this purpose. The storage of the highest amount is achieved by the capacitor 45. The subsiding of this Resistance 48 determines the amount, which is expediently a variable resistance is performed. The valve 47 allows control variables only in a certain direction of the same be effective. The other parts of this figure correspond with their reference numerals also those of Fig. x.
Die verschiedenen Arten des Einwirkens der von der Vektorsumme gebildeten Steuergrößen sind mit den beschriebenen Beispielen nicht erschöpft. Außer der zweiten zeitlichen Ableitung der Vektorsumme kann auch deren Zeitintegral zur Erzeugung verschieden wirksamer Steuergrößen benutzt werden. Ferner ist die Art der Kombination der Steuergrößen untereinander sowie mit anderen nicht von der Vektorsumme abhängigen Regelgrößen in verschiedener Weise möglich. Dies richtet sich danach, in welcher Weise regelnd auf die Synchronmaschine eingewirkt werden soll, ferner nach der Art der Synchronmaschine sowie nach ihrem Verwendungszweck und den von ihr zu erfüllenden Aufgaben.The different ways in which those formed by the vector sum act Control variables are not exhausted with the examples described. Except the second The time derivative of the vector sum can also be derived from its time integral for generation different effective control variables can be used. Furthermore, the type of combination of the control variables with one another and with others that are not dependent on the vector sum Controlled variables possible in various ways. This depends on which The synchronous machine is to be acted upon in a regulating manner, furthermore according to Art the synchronous machine as well as its intended use and the requirements to be fulfilled by it Tasks.
Die Einrichtung nach Fig. i weist noch weitere erfindungsgemäße Kennzeichen auf. Ein auch bei anderen selbsttätigen Regelungen vorteilhaft anwendbares Merkmal ist, daß die Steuergröße bzw. die Summe mehrerer Steuergrößen je nach deren Betrag drei verschiedene Regeleinwirkungen auslöst a) Eine Regeleinwirkung, die der Abweichung vom Sollwert der Regelung linearverhältig ist und für eine normale Regelung bei langsamen Belastungsänderungen der Synchronmaschine i wirkt (in der Schaltung nach Fig. i, beispielsweise erzeugt durch die über den Widerstand 15 einwirkende Steuergröße); b) eine stärker als hnearverhältige Einwirkung für Schnellregelung (in der Schaltung nach Fig. i, beispielsweise erzeugt von der über den Widerstand 16 eingeführten und zeitliche Abweichungen erfassenden Steuergröße) ; c) eine fest eingestellte, besonders hohe, unverhältige Einwirkung für Stoßregelung.The device according to FIG. I has further characteristics according to the invention on. A feature that can also be used advantageously for other automatic regulations is that the tax variable or the sum of several tax variables depending on their amount triggers three different control actions a) One control action, that of the deviation from the setpoint of the control is linear and for normal control at slow changes in load on the synchronous machine i (in the circuit after FIG. I, generated for example by the control variable acting via the resistor 15); b) a stronger-than-close-ratio action for rapid control (in the circuit according to Fig. i, for example generated by the introduced via the resistor 16 and control variable recording time deviations); c) a fixed, particularly high, disproportionate action for surge control.
In der Schaltung nach Fig. i wird die zuletzt genannte Regeleinwirkung durch die zweite Steuerwicklungsgruppe II bewirkt, während die erste Steuerwicklungsgruppe I für die linearverhältige und die stärker als linearverhältige Einwirkung dient.In the circuit according to FIG. I, the last-mentioned control action is applied caused by the second control winding group II, while the first control winding group I is used for the linear action and the stronger as a linear action.
Das Eingreifen der einzelnen Regeleinwirkungen kann von der Erreichung bestimmter Beträge einer oder der Summe mehrerer Steuergrößen abhängig gemacht werden. Es ist vorteilhaft, hierzu vergleichsweise den am Ausgang des Verstärkers 2 (Fig. i) j eweils vorhandenen verstärkten Steuerwert heranzuziehen und eine Differenz der von diesem Steuerwert abhängigen Größe und der Regelgröße oder der Summe mehrerer Regelgrößen zu bilden. Der Betrag eines so erhaltenen Differenzwertes bestimmt dann, welche Regeleinwirkung erfolgen soll. In Fig. i ist für diesen Zweck eine dem Erregerstrom der Synchronmaschine i verhältige Spannung an einem Widerstand 49 im Erregerkreis derVerstärkereinrichtung 2 abgenommen, die mit der Spannung der in Reihe geschalteten Widerstände =q. bis 18 verglichen wird. Die Differenz der beiden Spannungen ist über den Schalter 5o den beiden Ansprechwicklungen 51 oder 52 einer Schalteinrichtung 53 zugeführt, die zwei äußere Schaltstellungen und eine mittlere Ruhestellung aufweist. Die Schalteinrichtung kann z. B. nach Art eines polarisierten Relais ausgebildet sein. Sie hat ihre Ruhestellung auf einem mittleren Kontakt 54 und kann abhängig von der Richtung und der Größe des Stromes in den Ansprechwicklungen 51 und 52 auf einen der äußeren Kontakte 55 oder 56 umgeschaltet werden. Ist die Differenz der beiden obengenannten Spannungen z. B. positiv, so kann nur Strom über die Ansprechwicklung 51 fließen; ist sie negativ, so fließt nur Strom durch die Wicklung 52. Die Zuordnung der Ströme verschiedener Richtung zu den Ansprechwicklungen wird durch die Ventile 57 und 58 erreicht. Die Schalteinrichtung 53 ist im übrigen so ausgeführt, daß ihre Auslöseströme erst bei bestimmten wählbaren Ansprechwerten ein Umschalten in die äußeren Schaltstellungen bewirkt.The intervention of the individual rule influences can depend on the achievement certain amounts can be made dependent on one or the sum of several tax variables. It is advantageous to compare the output of amplifier 2 (Fig. i) to use the amplified tax value in each case and a difference the variable dependent on this control value and the controlled variable or the sum of several To form controlled variables. The amount of a difference value obtained in this way then determines which control action should take place. In Fig. I one is the excitation current for this purpose the synchronous machine i relative voltage across a resistor 49 in the excitation circuit of the amplifier device 2, which with the voltage of the series connected resistors = q. to 18 is compared. The difference in two voltages is via the switch 5o the two response windings 51 or 52 a switching device 53 supplied, the two outer switching positions and one has medium rest position. The switching device can, for. B. in the manner of a polarized relay. It has its resting position on a middle one Contact 54 and can depend on the direction and the magnitude of the current in the pick-up windings 51 and 52 can be switched to one of the outer contacts 55 or 56. Is the Difference between the above two voltages z. B. positive, only electricity can be passed through the response winding 51 flow; if it is negative, only current flows through it Winding 52. The assignment of the currents of different directions to the response windings is achieved through valves 57 and 58. The switching device 53 is otherwise designed so that their tripping currents only with certain selectable response values a switch to the outer switch positions causes.
Das Auslösen der Schalteinrichtung 53 kann auch vom Erreichen eines bestimmten Betrages einer oder mehrerer Steuergrößen unmittelbar abhängig gemacht werden. Es braucht also nicht unbedingt eine Vergleichsspannung benutzt zu werden. Wird der Schalter 50 geöffnet, so können der Schalteinrichtung über die Schalter 59 und 6o beliebige Steuergrößen von einem oder mehreren der Widerstände =q. bis 18 zugeführt werden. Über den Schalter 59 kann z. B. die Spannung an dem Widerstand 15, gleichzeitig über den Schalter 6o die Summe der Spannungen an den Widerständen 15 und 16 zugeführt werden. Es läßt sich auf diese Weise in der verschiedensten Art die Erregung der Synchronmaschine i beeinflussen, je nachdem welche Steuergrößen und in welcher Weise die Steuergrößen auf die Schalteinrichtung einwirken.The triggering of the switching device 53 can also be made directly dependent on the reaching of a certain amount of one or more control variables. It is therefore not absolutely necessary to use an equivalent voltage. If the switch 50 is opened, the switching device can use the switches 59 and 6o to control any control variables of one or more of the resistors = q. to 18 are fed. Via the switch 59, for. B. the voltage at the resistor 15, at the same time the sum of the voltages at the resistors 15 and 16 are fed via the switch 6o. In this way, the excitation of the synchronous machine i can be influenced in the most varied of ways, depending on which control variables and in what way the control variables act on the switching device.
Das selbsttätige Auslösen der verschiedenen Regeleinwirkungen im Ausführungsbeispiel nach Fig. i geschieht wie folgt: Wird der Ansprechwert der Schalteinrichtung 53 nicht erreicht, so liegt über dem mittleren Kontakt 54 die Spannung eines Sammlers 61 an der Steuerwicklungsgruppe 1I. Diese Spannung ist so gewählt, daß durch sie der gewünschte Arbeitspunkt des Steuersatzes q. festliegt. Es wird also eine Ausgangsvormagnetisierung bestimmter Größe mittels der Steuerwicklungsgruppe II erzeugt, von der aus gesehen die Steuerung des Verstärkers 2 und damit die Erregung der Synchronmaschine i über die Steuerwicklungsgruppe I geregelt wird. Wird durch einen Steuerwert der Ansprechwert der Schalteinrichtung 53 erreicht oder überschritten, so wird diese in eine ihrer äußeren Schaltstellungen umgeschaltet.The automatic triggering of the various control effects in the exemplary embodiment according to FIG. i happens as follows: If the response value of the switching device 53 is not reached, the voltage of a collector is across the middle contact 54 61 at the control winding group 1I. This tension is chosen so that through it the desired operating point of the tax rate q. is fixed. So it becomes an output bias certain size generated by means of the control winding group II, seen from the control of the amplifier 2 and thus the excitation of the synchronous machine i the tax development group I is regulated. The response value is determined by a control value the switching device 53 reached or exceeded, this is in one of their switched to outer switching positions.
Je nachdem, in welche der äußeren Schaltstellung geschaltet wird, wird entweder eine große positive oder eine große negative Spannung aus einem der Sammler 62 oder 63 an die Steuerwicklungsgruppe II gelegt. Dies bewirkt eine stoßartige Aussteuerung des Verstärkers 2, so daß mit äußerster Geschwindigkeit entweder eine Erregungsverstärkung oder eine Erregungsschwächung auftritt. Soll die Stoßregelung der Synchronmaschine in einer Erregungsverstärkung bestehen, so wird der Verstärker 2 auf höchsten Strom in Gleichrichterbetrieb gesteuert. Soll dagegen eine Erregungsschwächung einwirken, so wird der Verstärker 2 auf höchsten Strom in Wechselrichterbetrieb umgesteuert. Die im Erregungsfeld der Synchronmaschine:[ gespeicherte Energie wird dann schnellstens abgeführt und in das Hilfsnetz y, s, t Zurückgeliefert.Depending on which of the outer switching positions is switched to, will either a large positive or a large negative voltage from one of the Collector 62 or 63 placed on the control winding group II. This causes a jerky Modulation of the amplifier 2, so that either a Arousal intensification or arousal weakening occurs. Should the surge control the synchronous machine consist in an excitation amplification, the amplifier 2 controlled to the highest current in rectifier mode. Should, on the other hand, a weakening of arousal act, the amplifier 2 will operate on the highest current in inverter mode reversed. The energy stored in the excitation field of the synchronous machine: [is then discharged as quickly as possible and returned to the auxiliary network y, s, t.
Der Steuersatz q. in Fig. i kann beispielsweise so bemessen sein, daß bei einer kleinsten Grenzvormagnetisierung (z. B. entsprechend einem Zündwinkel von - 75° des Verstärkers 2) schnellste Rücklieferung der in der Erregerwicklung der Synchronmaschine i gespeicherten magnetischen Energie in das Hilfsnetz y, s, t erfolgt, indem der Verstärker 2 in stärksten Wechselrichterbetrieb gesteuert .wird, bei einer Ausgangsvormagnetisierung (z. B. entsprechend einem Zündwinkel von - i5°) mit Nullaussteuerung arbeitet, bei einer Nennvormagnetisierung (z. B. entsprechend einem Zündwinkel von -f- 2o°) Nennaussteuerung von etwa 40"/o vorliegt und bei einer größten Grenzvormagnetisierung (z, B. entsprechend einem Zündwinkel von -E- 75°) Stoßaussteuerung des Verstärkers 2 im Gleichrichterbetrieb eintritt. Der Gleichrichtertransformator 3 und der Verstärker 2 müssen für die Stoßregelungsenergie entsprechend überdimensioniert sein.The tax rate q. in Fig. i can be dimensioned, for example, that with the smallest limit premagnetization (e.g. corresponding to an ignition angle from - 75 ° of the amplifier 2) fastest return of the in the excitation winding the synchronous machine i stored magnetic energy in the auxiliary network y, s, t takes place by controlling the amplifier 2 in the most powerful inverter mode, with an output bias (e.g. corresponding to an ignition angle of - i5 °) works with zero level control, with a nominal premagnetization (e.g. corresponding to an ignition angle of -f- 2o °) nominal modulation of about 40 "/ o is present and with a greatest limit bias (e.g. corresponding to an ignition angle of -E- 75 °) Impulse modulation of the amplifier 2 occurs in rectifier mode. The rectifier transformer 3 and amplifier 2 must be appropriately oversized for the surge control energy be.
Die Stoßregelung bei der Einrichtung nach Fig. i wirkt nur so lange, wie die Synchronmaschine i den geforderten neuen Betriebszustand noch nicht erreicht hat. Ist ein entsprechender Wert erreicht, so wird wieder auf die normale und Schnellregelung mittels Steuerwicklungsgruppe I übergegangen. Die Steuerwicklungsgruppe I ist zudem noch während eines zur Stoßregelung dienenden Eingreifens der Steuerwicklungsgruppe II unwirksam gemacht. Hierzu sind die aus vier Ventilen bestehende Ventilbrücke 13 und der Diagonalwiderstand 12 vorgesehen, der über ein weiteres Ventil 64 im Stromkreis der Steuerwicklungsgruppe I des Steuersatzes q. liegt. Von den nicht von dem Diagonalwiderstand 12 berührten Eckpunkten der Ventilbrücke 13 liegt der eine an der Steuerwicklungsgruppe II und dem in Fig. i mit + bezeichneten Pol des Sammlers 61, während der andere über die Sammler 62 und 63 mit den äußeren Kontakten 55 bzw. 56 der Schalteinrichtung verbunden ist. Die Durchlaßrichtung der vier Ventile der Ventilbrücke 13 und die des weiteren Ventils 64 ist derart gewählt, daß die Sperrung der Steuerwicklungsgruppe I jeweils durch Aufbau einer Gegenspannung an dem Diagonalwiderstand 12 eintritt, wodurch ein Stromfluß in der Steuerwicklungsgruppe I verhindert wird.The surge control in the device according to FIG. I is only effective as long as the synchronous machine i has not yet reached the required new operating state. Once a corresponding value has been reached, normal and rapid regulation by means of control winding group I is used again. The control winding group I is also rendered ineffective during an intervention by the control winding group II serving to regulate the surge. For this purpose, the valve bridge 13, which consists of four valves, and the diagonal resistor 12 are provided, which via a further valve 64 in the circuit of the control winding group I of the control set q. lies. Of the corner points of the valve bridge 13 not touched by the diagonal resistor 12, one lies on the control winding group II and the pole of the collector 61 marked + in FIG the switching device is connected. The flow direction of the four valves of the valve bridge 13 and that of the further valve 64 is selected so that the blocking of the control winding group I occurs by building up a counter voltage across the diagonal resistor 12, whereby a current flow in the control winding group I is prevented.
Wie schon oben erwähnt, ist die Anwendung der in dreifacher Weise verschieden auslösbaren Regeleinwirkung nicht auf Einrichtungen zur selbsttätigen Regelung der Erregung von Synchronmaschinen beschränkt - für die Erregungsregelung von Synchronmaschinen ist sie jedoch besonders günstig - und kann daher über diesen Rahmen hinaus auch bei anderen beliebigen elektrischen Regelungen benutzt werden; wenn drei verschiedene Regeleinwirkungen von Vorteil sind,. z. B. bei der Temperaturregelung von Öfen. Es ist auch gleichgültig, ob die oder ähnliche wie die oben beschriebenen Schaltteile, z. B. die Schalteinrichtung 53 oder die Ventilbrücke 13, verwendet werden.As mentioned above, the application is threefold differently triggerable control action not on devices for automatic Control of the excitation of synchronous machines limited - for excitation control of synchronous machines, however, it is particularly cheap - and can therefore be used over this Frame also used in any other electrical regulation will; if three different control effects are advantageous. z. B. in temperature control of stoves. It also does not matter whether they are or similar to those described above Switching parts, e.g. B. the switching device 53 or the valve bridge 13 is used will.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DES25911A DE970692C (en) | 1951-11-17 | 1951-11-17 | Device for the automatic regulation of the excitation of synchronous machines |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DES25911A DE970692C (en) | 1951-11-17 | 1951-11-17 | Device for the automatic regulation of the excitation of synchronous machines |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE970692C true DE970692C (en) | 1958-10-16 |
Family
ID=7478482
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DES25911A Expired DE970692C (en) | 1951-11-17 | 1951-11-17 | Device for the automatic regulation of the excitation of synchronous machines |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE970692C (en) |
Citations (6)
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1951
- 1951-11-17 DE DES25911A patent/DE970692C/en not_active Expired
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