DE972769C

DE972769C - Anordnung zur Verbesserung der Spannungshaltung von Synchronmaschinen oder synchronisierten Asynchronmaschinen

Info

Publication number: DE972769C
Application number: DES33407A
Authority: DE
Inventors: Erich Dr-Ing Gruenwald
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1953-05-14
Filing date: 1953-05-14
Publication date: 1959-10-01

Description

Siemens-Schuckertwerke Aktiengesellschaft, Berlin und Erlangen Durch die Stromtransformatorschaltung nach Dr. Harz ist es bekanntgeworden, Synchronmaschinen über ungesteuerte Gleichrichter zu erregen, indem je ein dem Maschinenstrom und je ein der Maschinenspannung verhältiger Erregungsanteil in einem Gleichrichtertransformator überlagert und nach Gleichrichtung der Maschinenerregung zugeführt ist. Die bekannte Schaltung genügt nicht in allen Fällen den gestellten Anforderungen, insbesondere wenn es auf eine Spannungshaltung ankommt oder beim Parallelbetrieb von Synchronmaschinen. Es besteht daher die Aufgabe, die bekannte Schaltung in dieser Richtung zu verbessern.
Zur Lösung der vorbezeichneten Aufgabe ist es bekanntgeworden, den Stromtransformator selbst als steuerbaren Sättigungstransformator, d. h. nach Art eines Magnetverstärkers, auszubilden, um mit Hilfe der Vormagnetisierung eine gewünschte Abhängigkeit zu erreichen. Gegenüber dieser bekannten Anordnung besteht die Aufgabe, an Stelle des an sich schon nicht einfachen Stromtransformators, der also zusätzlich durch die Ausbildung als steuerbarer Sättigungstransformator noch umständlicher wird, mit normalen und billigen Bauelementen den gleichen Zweck zu erreichen. Es ist außerdem eine Verbesserung der Stromschaltung von Dr. Harz selbst bekanntgeworden, wonach an die Zweitwicklung des Stromtransformators ein von der Generatorspannung beeinflußter gittergesteuerter Gleichrichter angeschlossen wird.
Bei der Regelung von Synchronmaschinen hat man auch bereits Magnetverstärker als passiven Nebenschlußwiderstand zum Erregergleichrichter geschaltet und in Abhängigkeit von der Spannung der Maschine sowie zusätzlichen Hilfsgrößen -ge= steuert.
Die vorliegende Erfindung geht zur Verbesserung der Spannungshaltung von Synchronmaschinen und synchronisierten Asynchronmaschinen unter Berücksichtigung des Leistungsfaktors von einer Anordnung aus, bei der die Maschinenerregung über eine Gleichrichteranordnung und gegebenenfalls einen vorgeschalteten Transformator mit einem dem Maschinenstrom und einem der Maschinenspannung proportionalen Erregungsanteil in vektorieller Amperewindungs- und Stromaddition gespeist wird und zur Beeinflussung der Erregung ein Magnetverstärker vorgesehen ist. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß als Steuergröße für den Magnetverstärker ein dem Produkt aus Maschinenstrom und Cosinus des Phasenwinkels zwischen den beiden Erregerstromanteilen proportionaler Strom dient, der einem Ringmodulator entnommen wird.
Die neue Anordnung ermöglicht eine wirksame und genaue Spannungsregelung mit einer einzigen Steuerwicklung für den Magnetverstärker, die an die Ausgangsklemmen des Ringmodulators angeschlossen wird. Es ergibt sich also ein besonders einfacher Schaltungsaufbau mit geringstem Aufwand. Es ist möglich, den Magnetverstärker als veränderbaren Nebenschluß nicht nur auf der Sekundärseite des Stromtransformators, also- parallel zu den Wechselstromanschlüssen der Gleichrichteranordnung, vorzusehen, sondern z. B. auch auf der Primärseite des Transformators, vor allem parallel zu der mit dem Maschinenstrom oder zu der mit der Maschinenspannung beeiriflußten Primärwicklung des Transformators. Zur näheren Erläuterung der Erfindung sei auf die Zeichnung verwiesen.
In Fig.i besteht die zu erregende Maschine aus einem dreiphasigen Synchrongenerator i, der: auf ein Netz R, S, T arbeitet. Ein Stromtransformator ist mit 2 bezeichnet und hat beispielsweise drei getrennte Wicklungsgruppen, davon auf der Primärseite die Wicklungen 3, die vom Generatorstrom durchflossen werden, sowie Wicklungen 4, die mit einem der Maschinenspannung proportionalen Strom gespeist werden und die über Drosselspulen 5 an das Netz R, S, T angeschlossen sind. Die Sekundärseite des Transformators besteht aus Wicklungen 6, die an die Gleichrichteranördnung 7 angeschlossen sind und die ihrerseits den Erregungsgleichstrom für die Maschine liefern. In der gezeichneten Stellung des Umschalters 8 findet die Überlagerung der beiden Erregungsanteile als Amperewindungsaddition statt. Befindet sich dagegen der Umschalter 8 in der gestrichelten Stellung, so findet eine vektorielle Stromaddition statt. Der Magnetverstärker besteht entsprechend der Phasenzahl des Synchrongenerators aus drei Einzelanordnungen, die mit 9, io und i i bezeichnet und beispielsweise in an sich bekannter - Weise in Wechselstroin-Selbstsättigungsschaltung mit je einem Ventil und einer Arbeitswicklung für die verschiedenen Stromhalbwellen ausgeführt sind. Sie zeigen-in Reihe geschaltete Steuerwicklungen, denen über--die Anschlüsse 12 ein gemeinsamer Steuergleichstrom zugeführt wird. An die Anschlüsse 13 können gegebenenfalls im einzelnen nicht dargestellte Vormagnetisierungswicklungen geschaltet werden. In Reihe mit den Magnetverstärkerarbeitswicklungen können -je Phase jeweils Widerstände 14 liegen von vorzugsweise ohmschem Charakter, die dazu dienen, dem über den Magnetverstärker abgezweigten Erregungsanteil eine gewünschte Phasenlage zu erteilen.
Der , aus den Anordnungen 9, io und ii bestehende Magnetverstärker kann außer an den Punkten a, also auf der Wechselstromseite der Gleichrichteranordnung 7, auch an den Punkten b und den"Punkten c angeschlossen sein. Im Falle c können die Anordnungen 9, io und ii des Magnetverstärkers bei aufgelöstem Sternpunkt 15 jedoch auch unmittelbar parallel zu den Drosselspulen 5, also parallel c, d, geschaltet sein, wobei die Punkte c an verschiedenen Anzapfungen der .die 5 liegen können. Derartige Anzapfungen- sind vorteilhaft; weil sie eine bequeme zusätzliche Änderungsmöglichkeit für den der Generatorspannung verhältigen Erregungsstrom darstellen. Besonders vorteilhaft kann es aber auch sein, die Drosselspulen 5 fortzulassen und die Bildung des spannungsverhältigen Erregungsanteiles durch die Arbeitswicklungen des Magnetverstärkers selbst vornehmen zu lassen.
Fig.2 zeigt die Schaltung des Ringmodulators 17, durch die zugleich Strom, Spannung und Phasenwinkel als Einflußgrößen auf den Magnetverstärker zur Einwirkung gebracht werden können. Die einzelnen Brückenzweige bestehen jeweils aus Widerständen 18 und Ventilen i9. Die Brückeneckpunkte sind über Widerstände 2o bzw. 21 an weitere Widerstände 22 bzw. 23 angeschlossen, von denen die Widerstände 22 in den Stromzuführungen der Wicklungen 3 (Fig. i) des Transformators 2 und die Widerstände 23 in den Zuführungen der Wicklungen 4 gelegen zu denken sind. Die Verbindungspunkte 24 und 25 der Widerstände 22 bzw. 23 führen über die Anschlußklemmen i2 zu den Steuerwicklungen des Magnetverstärkers (9, i o, i i) (vgl. Fig. i). Durch die Schaltung nach Fig.2 wird ein Steuerwert ist gebildet, für den die Beziehung gilt -ist - Ji - cos (Ji, J") - Ji sin #O. Dabei bedeutet 1i den dem Generatorstrom und 1u den der Generatorspannung proportionalen Erregungsanteil, p den Phasenwinkel zwischen Strom und Spannung. -Gemäß der weiteren Erfindung kann es vorteilhaft sein, dem Magnetverstärker Mittel zuzuordnen, die beim Unterschreiten eines Mindestbetrages des spannungs- und/oder stromproportionalen Erregungsanteiles dessen Auswirkung auf die Erregung des Generators ändern, insbesondere schwächen. Hierzu können an sich bekannte Ventilschaltungen mit Vorströmen oder Vorspannungen verwendet werden, wie in Fig. 3 und 4 beispielsweise dargestellt. Die Schaltungen werden in den durch die Anschlußklemmen r2 gekennzeichneten Steuer wicklungskreis des Magnetverstärkers eingeschaltet, in besonderen Fällen gegebenenfalls auch zusätzlichen Steuerwicklungen zugeordnet. In Fig. 3 und 4 ist mit 26 je eine Magnetverstärkersteuerwicklung bezeichnet, mit 27 ein -Ventil, mit 28 ein Widerstand und mit 29 je eine Gleichspannungs- bzw. Gegenstromquelle.
Die Anordnung nach der Erfindung ist nicht auf die an Hand der Fig. i bis 4 beschriebenen Ausführungsmöglichkeiten beschränkt. Es sind vielmehr noch andere Abwandlungen möglich, ohne daß sich dabei der grundsätzliche Erfindungsgedanke zu ändern braucht. So ist die neue Anordnung beispielsweise weder auf Synchrongeneratoren noch auf solche mit drei Phasen beschränkt. Der Erfindungsgedanke läßt sich z. B. auch bei Phasenschiebern und synchronisierten Asynchronmaschinen anwenden. Bei mehrphasigen, insbesondere dreiphasigen Maschinen kann es unter Umständen genügen, als Magnetverstärker eine Anordnung mit einer oder auch mehreren Phasen weniger vorzusehen, als die Maschine bzw. die Gleichrichteranordnung zur Erregung aufweist. Außerdem können gleichzeitig mehrere auf verschiedenen Seiten oder Wicklungen des Stromtransformators 2 parallel geschaltete Magnetverstärker verwendet werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Anordnung zur Verbesserung der Spannungshaltung von Synchronmaschinen oder synchronisierten Asynchronmaschinen unter Berücksichtigung des Leistungsfaktors, wobei die Maschinenerregung über eine Gleichrichteranordnung und gegebenenfalls einen vorgeschalteten Transformator mit einem dem Maschinenstrom und einem der Maschinenspannung proportionalen Erregungsanteil in vektorieller Amperewindungs- oder Stromaddition gespeist wird und bei der ein Magnetverstärker zur Beeinflussung der Erregung vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß als Steuergröße für den Magnetverstärker ein dem Produkt aus Maschinenstrom und Cosinus des Phasenwinkels zwischen den beiden Erregerstromanteilen proportionaler Strom dient, der einem Ringmodulator (i7) entnommen wird.
2. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetverstärker parallel zu der vom Maschinenstrom gespeisten Primärwicklung (3) des Transformators liegt.
3. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der zu jeder Phase gehörende Magnetverstärker parallel zumindesten einem Teil einer Drosselspule (5) liegt, die zur Bildung des der Maschinenspannung proportionalen Erregungsanteils dient.
4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Drosselspule die Magnetverstärkerarbeitswicklung dient.
5. Anordnung nach einem der Ansprüche i bis 4,@ dadurch gekennzeichnet, daß zur Veränderung der Phasenlage des abgeleiteten Erregungsanteiles Widerstände, vorzugsweise ohmschen Charakters, mit den Wechselstromwicklungen des Magnetverstärkers in Reihe geschaltet sind.
6. Anordnung nach einem der Ansprüche i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Speisegrößen des Ringmodulators von einer mit der zu erregenden Maschine parallel arbeitenden Maschine abgeleitet ist.
7. Anordnung nach einem der Ansprüche i bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß dem Magnetverstärker Mittel zugeordnet sind, die beim Unterschreiten eines Mindestwertes eines oder beider Erregungsanteile dessen Auswirkung auf die Erregung ändern. B. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Änderung der Auswirkung an sich bekannte Ventilschaltungen mit Vorströmen oder Vorspannungen verwendet sind. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 914 152, 881 691, 9o6 824, 659 142, 675 835, 703 970, 7o6 457, 87 0 722, 873 422 schweizerische Patentschrift Nr. 204 052; USA.-Patentschrift Nr. 2 558 572; französische Patentschrift Nr. 951 707; AEG-Sonderdruck FSt 5701 des VDE-Fachberichtes i952.