DE621210C - Einrichtung zur Regelung der Wirk- und Blindleistungsabgabe von Asynchronmaschinen - Google Patents

Description

Bei einer Asynchronmaschine kann man bekanntlich eine Regelung der Wirk- und Blindleistungsabgabe bzw. -aufnahme dadurch erreichen, daß man Spannungen veränderlicher Phase und Größe in den Sekundärkreis einführt. Um die Wirk- und Blindleistung nach unabhängigen Regelgesetzen verändern oder konstant halten zu können, hat man Schaltungen entworfen, bei denen in den Sekundärkreis der Asynchronmaschine zwei aufeinander senkrecht stehende Spannungen in Reihe geschalteter Regeltransformatoren eingeführt werden.

Als man nun versuchte, derartige Schaltungsanordnungen selbsttätig nach Wirk- und Blindleistung zu regeln, ergaben sich gewisse Schwierigkeiten. Man kann an sich die die Wirkleistungsabgabe bestimmende Spannungskomponente durch ,einen Wirkleistungsregler und die die Blindleistung bestimmende Spannungskomponente durch einen Blindleistungsregler selbsttätig steuern. Bei veränderlichem Schlupf der Asynchronmaschine ändert sich jedoch der Einfluß der beiden Spannungskomponenten.

Bei Asynchronmaschinen größerer Leistung muß man die Einfügung der Rotorspannungen unter Zuhilfenahme einer ständererregten Hintermaschine vornehmen. Die Induktivität der Erregerwicklung der ständererregten Hintermaschine ändert sich nun abhängig vom Schlupf. Dies hat zur Folge, daß bei größerem Schlupf eine bestimmte, der Erregerwicklung der Hintermaschine zugeführte Spannungskomponente, die bei Synchronismus nur im Sinne einer Wirkleistungsänderung wirkte, nun auch eine Blindleistungsänderung herbeiführt, während umgekehrt eine bei Synchronismus die Blindleistung ändernde Spannungskomponente bei größerem Schlupf die Wirk- leistung beeinflußt. Die Folge dieser Erscheinungen ist eine gegenseitige Störung des Wirkleistungs- und Blindleistungsreglers derart, daß die Regler unstabil arbeiten und schließlich in ihre Endlage getrieben werden.

Erfindungsgemäß wird das Arbeiten eines Regelsatzes, der aus einer Asynchronmaschine mit ständererregter Hintermaschine besteht und bei dem in den Erregerkreis der Hintermaschine zwei durch Wirkleistungs- und Blindleistungsregler selbsttätig geänderte, aufeinander senkrecht stehende Spannungskomponenten eingeführt werden, dadurch verbessert, daß mit diesen Zusatz spannungen die Sekundärspannung eines rückwirkungslosen Kompoundtransformators in Reihe geschaltet wird, dessen Primärwicklung im Primärkreis der zu regelnden Asynchronmaschine liegt.

Es sind bereits Anordnungen vorgeschlagen worden, welche die Abhängigkeit zwischen dem Regelvorgang und der Schlüpfung der Asynchronmaschine beseitigen sollen. So ist

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Dr. Wilhelm Leukert in Berlin-Siemensstadt.

beispielsweise vorgeschlagen worden, je einen Wirk- und Blindleistungsregler zu verwenden, beide Regler jedoch mit voneinander verschiedenen Regelgeschwindigkeiten arbeiten zu lasten, etwa derart, daß der eine Regler als Schnellregler, der andere dagegen als Langr samregler ausgebildet wird. Durch die Erfindung wird die gleiche Aufgabe jedoch mit wesentlich einfacheren Mitteln gelöst; denn ίο bei der Erfindung können gleichartige Regler beibehalten werden,, und es braucht nur ein Transformator angewendet zu werden.

Es sei noch bemerkt, daß Kompoundtransformatoren an sich für regelbare Asynchronmaschinen bereits vorgeschlagen, worden sind, beispielsweise um bei einem Netzkupplungsumformer unabhängig von etwaigen Frequenzschwankungen der miteinander gekuppelten Netze die von dem einen Netz auf das andere übertragene Leistung konstant zu halten. Die bei diesen Regelanordnungen gestellten Aufgaben'weichen jedoch wesentlich von der der Erfindung „zugrunde liegenden Aufgabe ab; denn es handelt sich bei den bekannten An-Ordnungen nicht darum, den Einfluß der sich mit dem Schlupf ändernden Induktivität der Erregerwicklung der ständererregten Hintermaschine zu beseitigen.

In · der_ Fig. 1 ist eine ;Schaltung gemäß der Erfindung .dargestellt. Die Asynchronmaschine ι wird über die ständererregte Hintermaschine 2 und den Frequenzwandler 3 durch die Regeltransformatoren 4 und 5 erregt. In Reihe mit den Sekundärwicklungen der Regeltransformatoren 4 und 5 liegt die Sekundärwicklung des rückwirkungslosen Kompoundtransformators 6, dessen Primärwicklung im Ständerstromkreis der Asynchronmaschine ι angeschlossen ist. Die Spannungen. der Regel transformator en 4 und 5 stehen aufeinander senkrecht. Die Steuerung der Regeltransformatoren erfolgt durch die selbsttätigen Regler 7 und 8. Der Regler 7 hält beispielsweise die Wirkleistung, der Regler 8 die Blindleistung der Maschine 1 kon-.· stant.

Um die Wirkung der neuen Schaltung übersehen zu können, erscheint es zweckmäßig, von dem Arfoeitsdiagramm der Kaskade auszugehen, wie es in Fig. 2 dargestellt ist. Die Fig. 2 zeigt das Arbeitsdiagramm für veränderliche Blindleistungsabgabe, und zwar die Erregerspannung der Maschine 2 als Funktion des Schlupfes und der Blindleistung der Hauptmaschine i. Die. Erregerspannungen sind in der Figur als Polarkoordinaten eingetragen. Die Kurve B₀ gilt für den Fall, daß die Asynchronmaschine 1 Blindleistung ins Netz weder abgibt noch aus dem Netz aufnimmt. Die Kurve B gilt für eine Blindleistungsabgabe bestimmter Höhe, Die Ge-. raden j = -f-1, +2, +3, +4 bzw. —1, :. — 2, —3 geben den positiven Schlupf bzw. negativen Schlupf an. Den geometrischen Ort der Erregerspannung für den Synchronismus bildet die Abszissenachse.

Es sei nun angenommen, daß einer der beiden Regeltransformatoren, z. B. der Transformator 4, eine Spannungskomponente in Richtung der Abszissenachse, der andere Regeltransformator, z. B. 5, eine Spannungskomponente in Richtung der Ordinate liefert. Wird nun die Spannung des Transformators 4 bei einem Schlupf von i°/₀ oder 2°/o verringert, so steigt die Blindleistungsaibgabe der Maschine, da der Endpunkt des Erregerspannungsvektors auf der Geraden J₁ oder J₂ in Richtung von der Kurve B₀ zur Kurve J5 wandert. Wird die gleiche Verringerung der Spannung des Transformators 4 (Spannungsänderung in Richtung der positiven Abszissenachse) jedoch beispielsweise bei einem Schlupf von j = 3°/₀ vorgenommen, so hat sie nicht mehr eine Vergrößerung, sondern eine Verringerung der Blindleistungsabgabe zur Folge. Der Regler arbeitet also unstabil, wenn die Gerade konstanten Schlupfes von der Neigung für 2°/₀ in die Neigung für 3% übergeht. Den Grenzschlupf, bis zu dem vom Synchronismus aus eine stabile Regelung möglich ist, gibt die Gerade s_g wieder.

Gemäß der Erfindung wird nun die Erregerspannung durch den Kompoundtransformator 6 vergrößert, und zwar abhängig von der Belastung. Bei der Blindlast ο ist die vom Kompoundtransformator 6 gelieferte Zusatzspannung, vorausgesetzt, daß auch keine Wirkleistung von der Asynchronmaschine 1 aufgenommen wird, gleich Null. Die Zusatzspannungen sind der Blindleistung proportional. Aus der GeradenJ₃ wirdnundie Gerade J₃', die die Gerade J₃ in deren Schnittpunkt mit der Kurve B₀ schneidet. Die neue Arbeitsgerade J₃' verläuft mit einer Neigung von links oben nach rechts unten, gestattet also ein stabiles Arbeiten.

Es sei nun angenommen, daß der Regelsatz ohne Einfügung des'Kompoundtransformators bei einem Schlupf von 4°/₀₎ d. h. auf der Geraden J₄, arbeitet. Durch den Kornpoundtrajjsformator werden wieder abhängig von der Blindleistung die gleichen Zusatzspannungen in den Erregerkreis eingeführt. Aus der Geraden J₄ erhält man also die neue ArbeitsgeradeJ₄', wenn man die Erregerspannung bei der Blindleistung B um den .gleichen Wert wie beim Schlupf J₃ verringert.

Die Figur zeigt, daß auch die Kurve J₄' noch mit einer Neigung von links oben nach rechts unten verläuft.' Die Kurve s_g' gibt den neuen Grenzschlupf an, bis zu dem bei Anwendung des Kompoundtransformators ge-

arbeitet werden kann. Dieser Grenzschlupf ist, wie die Figur zeigt, durch die Anwendung des Kompoundtransformators erheblich vergrößert worden.

Aus den Arbeitskurven des Regelsatzes läßt sich in der in der Fig. 2 angegebenen Weise nun jederzeit bestimmen, wie groß der Kompoundtransformator bemessen sein muß, damit der Grenzschlupf den gewünschten Wert erhält.

In der Fig. 2 sind nur die Verhältnisse dargelegt, die sich bei veränderlicher Blindleistung ergeben. Gleiche Erwägungen gelten für veränderliche Wirkleistung. Die Arbeitskurven für diesen Fall liegen entsprechend. Da der Kompoundtransformator sowohl eine Wirkspannungskomponente als auch eine Blindspannungskomponente in den Erregerkreis einführt, hat seine Verwendung den Erfolg, daß sowohl der Blindleistungsregler als auch der Wirkleistungsregler nun bis zu einem bestimmten erhöhten Grenzschlupf stabil arbeiten.

Der Kompoundtransformator hat in der neuen Schaltung gleichzeitig die Wirkung, die bei Schlupfänderungen eintretenden Leistungsänderungen zu verringern, da er in der bekannten Weise eine stärkere Neigung der Charakteristik der Maschine hervorruft. Da die Regler für die Transformatoren 4 und 5 nun auch in der Nähe des Synchronismus eine verhältnismäßig beträchtliche Spannung einregeln müssen, damit die Spannungen dieser Reguliertransformatoren die Spannung des Kompoundtransformators aufheben, wird gleiche Empfindlichkeit der Regler im gesamten Regulierbereich erzielt; ohne Verwendung des Kompoundtransformators mußten die Regler der Transformatoren nahe dem Synchronismus sehr kleine Spannungen, bei größerem Schlupf jedoch sehr große Spannungen ausregeln.

Claims (2)

1. Patentansprüche:

   ι. Einrichtung zur Regelung der Wirk- und Blindleistungsabgabe von Asynchronmaschinen, die über ständererregte Hintermaschinen von unabhängig regelbaren Spannungsquellen mit aufeinander senkrecht stehenden und selbsttätig geregelten " Spannungen erregt werden, gekennzeichnet durch einen mit den beiden Erregerspannungen"(4, 5) in Reihe geschalteten, primär vom Belastungsstrom der Asynchronmaschine (1) gespeisten rückwirkungslosen Kompoundtransformator (6).
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kompoundtransformator (6) derart bemessen ist, daß die von ihm eingeführte Zusatz spannung eine Vergrößerung des für stabiles Arbeiten der Wirk- und Blindleistungsregler (7, 8) zulässigen Grenzschlupfes bis auf den betriebsmäßig durch den Arbeitsbereich gegebenen Wert hervorruft.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen