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Anordnung zur frequenzabhängigen Erregung eines selbsterregten Generators Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zur frequenzabhängigen Erregung eines selbsterregten Generators, wobei ein Erregertransformator, eine zugehörige Drosselspule und ein zwischen diese und den Erregertransformator geschalteter Transduktor Ver Wendung finden, dessen Steuerwicklungen unter dem Einfluss eines Reglers stehen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, bei einer Schaltung der vorgenannten Art eine Begrenzung der Generatorspannung im Falle des Überschreitens der Nenndrehzahl durchzuführen, um in den angeschlossenen Apparaten und Maschinen gefährliche Überspannungen bzw. unzulässig hohe Drehzahlen zu vermeiden.
Dies lässt sich erfindungsgemäss dadurch erreichen, dass am Wechselstromeingang mindestens einer der Gleichrichteranordnungen, die zur Speisung der Transduktorsteuerwicklungen dienen, ein Schaltelement liegt, dessen Frequenzabhängigkeit verschieden ist von derjenigen, welche die Schaltelemente an den Wechselstromeingängen der anderen Gleichrichteran- ordnungen aufweisen.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes vereinfacht wiedergegeben. Fig. 1 zeiget ein Schaltschema.
Fig. 2 stellt Reglerkennlinien dar.
Fig. 3 entspricht einer Transduktorcharakteristik. In Fig. 1 ,ist mit 1 ein Drehstromgenerator, mit 2 dessen Erregerwicklung und mit 3 die zugehörige Gleichrichterbrücke bezeichnet. 4 stellt einen Erregertransformator dar. Dieser weist je Phase eine erste Primärwicklung 4a auf, welche den Ankerstrom des Generators 1 führt, sowie eine zweite Primärwicklung 4b, die über eineDrossel 5 an dieAnkerverspannungdes Generators angeschlossen ist. Die Sekundärwicklung 4c des Erregertransformators steht mit der Gleichrichter- anordnung 3 in Verbindung.
Zwischen der Drossel- spule 5 und der zweiten Primärwicklung 4b des Erregertransformators 4 liegt ein Transduktor 6. Die Lastwicklungen 6a dieses Transduktors sind über Sättigungsgleichrichter 6b in Dreieck geschaltet. 7 ist eine erste, 8 eine zweite Steuerwicklung des Transduktors. Beide Steuerwicklungen werden von einem Regler 9 gespeist. Dieser enthält eine erste Gleichrichteranord- nung 10, welche über eine nichtlineare Impedanz 11, beispielsweise eine sättigbare Drossel, an die Klemmen S und T des Generators 1 angeschlossen :ist.
Zur Brücke 10 liegt bezüglich der Steuerwicklung 7 eine zweite Gleiehrichteranordnung 12 parallel. Ihr Wechselstromeingang führt über einen ersten Kondensator 13 sowie einen Transformator 14 wiederum zu den Generator- klemmen S und T. Schliesslich ist eine dritte Gleichrichteranordnung 15 vorgesehen, welche zur Speisung der Transduktorsteuerwicklung 8 dient und deren Wechselstromeingang mit einer linearen Impedanz 16, beispielsweise einer nichtsättigbaren Drossel oder einem ohmschen Widerstand in Verbindung steht.
Zur Impedanz 16 kann ein zweiter Kondensator 17 parallelgeschaltet sein.
Die Wirkungsweise der Anordnung gemäss Fig. 1 ist folgende: Der Erregerstrom einer Synchronmaschine setzt sich bekanntlich aus dem Leerlauferregerstrom und dem Ankerrückwirkungsstrom zusammen. Die Wicklung 4b des Erregertransformators 4 bildet den Leerlauferregerstrom nach. Dieser ist näherungswei.se der Spannung proportional und ihr gegenüber um 90 phasenverschoben. Die Phasendrehung geschieht mit Hilfe der Drosselspule 5. Den Ankerrückwirkungs- strom erfasst die Primärwicklung 4a.
Die Sekundärwicklung 4c führt dann die geometrische Summe aus Leerlauferregerstrom und Ankerrückwirkungsstrom, d. h. den tatsächlich erforderlichen Gesamterreger-
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strom, welcher über die Gleichrichterbrücke 3 der Erregerwicklung 2 des Drehstromgenerators 1 zufliesst. Die Drossel 5 wird derart dimensioniert, dass sie einen grösseren Strom führt als für die Leerlauferregung notwendig ist. Ein Teil des Stromes wird in den Transduktar 6 abgezweigt, der wiederum unter dem Einfluss des Reglers 9 steht. Fig. 2 zeigt Kennlinien dieses Reglers.
Auf der Abszisse sind die Ströme Jlo und J15 der ersten Gleichrichteranordnung 10 und der dritten Gleichrichteranordnung 15 aufgetragen, auf der Ordinate die Spannung U des Generators 1. Infolge der nichtlinearen Impedanz 11 besteht zwischen U und Jlo eine gekrümmte Charakteristik, während U=f (J15) eine Gerade darstellt. Dem Schnittpunkt beider Funktionen entspricht die Nennspannung U.. Fig. 3 lässt die Verhältnisse bei Änderung der Spannung erkennen.
Auf der Abszisse sind dort wieder die Ströme Jlo und J15, bzw. deren Durchflutungen und auf der Ordinate ist der Strom J, des Transduktors 6 aufgetragen. Überschreitet nun bei konstanter Frequenz die Maschinenspannung den Nennwert, so wird Jlo wesentlich stärker vergrössert als J15 (Fig. 2). Dies bedeutet aber nach Fig. 3 einen Anstieg von JE. Folglich fliesst der Gleich- richterbrücke 3 ein kleinerer Strom zu, so dass die Erregung und damit die Spannung des Generators 1 sinkt.
Fällt die Maschinenspannung unter ihren Nennwert, so wird in den Transduktor 6 ein kleinerer Strom abgezweigt, und der Erregerstrom des Generators 1 nimmt zu.
Bisher sind die Betrachtungen unter der Annahme einer konstanten Maschinendrehzahl und unter Vernachlässigung der Gleichrichteranordnung 12 durchgeführt worden. Diese liefert einen Strom J12, der sich bezüglich der Wicklung 7 zum Strom Jlo addiert. Die Grösse von J1= ist frequenzabhängig. Das gilt natürlich auch für J; =J1>-;-- J12. Mit steigender Frequenz fällt der Widerstand des Kondensators 13, J, nimmt also bei gleichen Spannungswerten zu, wodurch die Funktion U=f(J7) gegenüber der Lage in Fig. 2 nach rechts verschoben wird und die Spannung fällt.
Die Vergrösse- rung von J; gelingt durch entsprechende Auslegung der Induktivität 11, deren Widerstand mit der Frequenz wächst, so dass Jlo abnimmt. Falls zwischen J; und J15 kein Schnittpunkt zustande kommt (gestrichelte Linie von Fig. 2), tritt eine. Entregung des Generators 1 ein. Die Wirkung des Kondensators 13 kann man noch mit Hilfe einer hierzu in Reihe geschalteten, in Fig. 1 nicht besonders dargestellten Induktivität erhöhen. Im Resonanzgebiet steigt dann J7 sehr rasch an.
Schaltet man zur linearen Drossel 16 einen Kondensator 17 parallel, so lässt sich ein Effekt erzielen, der hinsichtlich der frequenzabhängigen Erregung des Generators 1 denjenigen der Elemente 12, 13, 14 ana- log ist. Kommt nämlich der Kreis 16, 17 mit steigender Frequenz in Resonanz, so wird die Gerade J15 nach links abgedreht, bis schliesslich Entregung eintritt.
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Arrangement for frequency-dependent excitation of a self-excited generator The present invention relates to an arrangement for frequency-dependent excitation of a self-excited generator, an excitation transformer, an associated choke coil and a transducer connected between this and the excitation transformer, whose control windings are under the influence of a regulator.
The invention is based on the object of limiting the generator voltage in a circuit of the aforementioned type if the rated speed is exceeded in order to avoid dangerous overvoltages or impermissibly high speeds in the connected apparatus and machines.
This can be achieved according to the invention in that at least one of the rectifier arrangements used to feed the transducer control windings is connected to a switching element whose frequency dependence is different from that which the switching elements have at the ac inputs of the other rectifier arrangements.
In the drawing, exemplary embodiments of the subject matter of the invention are shown in simplified form. Fig. 1 shows a circuit diagram.
Fig. 2 shows controller characteristics.
Fig. 3 corresponds to a transducer characteristic. In Fig. 1, 1 denotes a three-phase generator, 2 denotes its field winding and 3 denotes the associated rectifier bridge. 4 shows an excitation transformer. This has a first primary winding 4a for each phase, which carries the armature current of the generator 1, and a second primary winding 4b, which is connected to the armature voltage of the generator via a choke 5. The secondary winding 4c of the exciter transformer is connected to the rectifier arrangement 3.
A transductor 6 is located between the choke coil 5 and the second primary winding 4b of the exciter transformer 4. The load windings 6a of this transducer are connected in delta via saturation rectifiers 6b. 7 is a first, 8 a second control winding of the transducer. Both control windings are fed by a regulator 9. This contains a first rectifier arrangement 10 which is connected to the terminals S and T of the generator 1 via a nonlinear impedance 11, for example a saturable choke.
A second rectifier arrangement 12 lies parallel to the bridge 10 with respect to the control winding 7. Its AC input leads via a first capacitor 13 and a transformer 14 in turn to the generator terminals S and T. Finally, a third rectifier arrangement 15 is provided, which serves to feed the transductor control winding 8 and its AC input with a linear impedance 16, for example a non-saturable choke or an ohmic resistor.
A second capacitor 17 can be connected in parallel with the impedance 16.
The mode of operation of the arrangement according to FIG. 1 is as follows: As is known, the excitation current of a synchronous machine is composed of the no-load excitation current and the armature reaction current. The winding 4b of the excitation transformer 4 simulates the no-load excitation current. This is approximately proportional to the voltage and 90 out of phase with it. The phase rotation takes place with the aid of the choke coil 5. The armature reaction current is recorded by the primary winding 4a.
The secondary winding 4c then carries the geometric sum of the no-load excitation current and armature reaction current, i.e. H. the actually required total excitation
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current which flows through the rectifier bridge 3 of the field winding 2 of the three-phase generator 1. The throttle 5 is dimensioned such that it carries a larger current than is necessary for the no-load excitation. Part of the current is branched off into the transducer 6, which in turn is under the influence of the controller 9. Fig. 2 shows characteristics of this controller.
The currents Jlo and J15 of the first rectifier arrangement 10 and the third rectifier arrangement 15 are plotted on the abscissa, the voltage U of the generator 1 on the ordinate. Due to the non-linear impedance 11, there is a curved characteristic between U and Jlo, while U = f (J15 ) represents a straight line. The nominal voltage U .. corresponds to the intersection of the two functions. FIG. 3 shows the relationships when the voltage changes.
On the abscissa there are again the currents Jlo and J15, or their flow through them, and the current J, of the transducer 6 is plotted on the ordinate. If the machine voltage now exceeds the nominal value at a constant frequency, then Jlo is increased significantly more than J15 (FIG. 2). However, according to FIG. 3, this means an increase in JE. As a result, a smaller current flows to the rectifier bridge 3, so that the excitation and thus the voltage of the generator 1 decrease.
If the machine voltage falls below its nominal value, a smaller current is branched off into the transducer 6, and the excitation current of the generator 1 increases.
So far, the considerations have been carried out assuming a constant engine speed and neglecting the rectifier arrangement 12. This supplies a current J12 which, with respect to the winding 7, adds up to the current Jlo. The size of J1 = depends on the frequency. This of course also applies to J; = J1> -; - J12. As the frequency increases, the resistance of the capacitor 13, J, increases with the same voltage values, as a result of which the function U = f (J7) is shifted to the right with respect to the position in FIG. 2 and the voltage drops.
The enlargement of J; succeeds by appropriate design of the inductance 11, the resistance of which increases with the frequency, so that Jlo decreases. If between J; and J15 no intersection occurs (dashed line in FIG. 2), one occurs. De-excitation of generator 1 on. The effect of the capacitor 13 can also be increased with the aid of an inductance, which is connected in series for this purpose and is not specifically shown in FIG. J7 then rises very quickly in the resonance region.
If a capacitor 17 is connected in parallel to the linear choke 16, an effect can be achieved which is analogous to that of the elements 12, 13, 14 with regard to the frequency-dependent excitation of the generator 1. If the circle 16, 17 comes into resonance with increasing frequency, the straight line J15 is turned to the left until de-excitation finally occurs.