DE621210C

DE621210C - Device for regulating the active and reactive power output of asynchronous machines

Info

Publication number: DE621210C
Application number: DES104239D
Authority: DE
Inventors: Dr Wilhelm Leukert
Original assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens Corp
Priority date: 1932-04-17
Filing date: 1932-04-17
Publication date: 1935-11-02

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.In an asynchronous machine, it is known that the active and reactive power output can be regulated Achieve or take-up by making tensions more variable Introduces phase and magnitude in the secondary circuit. To the active and reactive power after To be able to change independent control laws or keep them constant, one has circuits designed in which in the secondary circuit of the asynchronous machine two on top of each other vertical voltages introduced in series-connected regulating transformers will.

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. When one tried now, such circuit arrangements automatically according to active and To regulate reactive power, certain difficulties arose. One can in oneself the die Active power output determining voltage component through an active power controller and the voltage component determining the reactive power by a reactive power regulator steer automatically. If the slip of the asynchronous machine changes however, the influence of the two stress components.

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.In the case of asynchronous machines with greater power, the rotor voltages must be inserted Carry out this with the aid of a stator-excited rear machine. The inductance the excitation winding of the stator-excited rear machine now changes depending on the Slip. As a result, if there is a larger slip, a certain one, the excitation winding The voltage component supplied to the rear machine, which in the case of synchronism only occurs in In the sense of a change in active power, now also brings about a change in reactive power, while, conversely, a voltage component that changes the reactive power in the case of synchronism increases the effective performance affects. The consequence of these phenomena is a mutual disturbance of the Active power and reactive power controller such that the controller work and unstable eventually driven into their final position.

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.According to the invention, the operation of a rule set that consists of an asynchronous machine with the stator-excited rear machine and in the case of the excitation circuit of the rear machine two automatically changed by active power and reactive power controllers, one on top of the other perpendicular voltage components are introduced, improved by the fact that with these additional voltages Secondary voltage of a non-reactive compound transformer connected in series whose primary winding is in the primary circuit of the asynchronous machine to be controlled.

Es sind bereits Anordnungen vorgeschlagen worden, welche die Abhängigkeit zwischen dem Regelvorgang und der Schlüpfung der Asynchronmaschine beseitigen sollen. So istArrangements have already been proposed which reduce the dependency between to eliminate the control process and the slipping of the asynchronous machine. So is

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:*) The patent seeker stated as the inventor:

Dr. Wilhelm Leukert in Berlin-Siemensstadt.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.For example, it has been proposed to use one active and one reactive power controller, however, both controllers work at different control speeds from each other load, for example in such a way that one regulator is used as a fast regulator, the other as a Langr sam controller is trained. The invention, however, has the same task solved much simpler means; because ίο in the invention can similar controllers can be maintained, and only one transformer needs to be applied.

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.It should also be noted that compound transformers per se for controllable asynchronous machines have already been proposed, for example in a network coupling converter regardless of any frequency fluctuations in the coupled Networks to keep the power transmitted from one network to the other constant. the However, the tasks set in these rule arrangements differ significantly from that of the Invention "underlying task from; because the known arrangements are not concerned with the influence of oneself with the slip changing inductance of the field winding of the stator-excited rear machine to eliminate.

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.1 shows a circuit according to FIG of the invention .shown. The asynchronous machine ι is excited by the stator Rear machine 2 and the frequency converter 3 excited by the regulating transformers 4 and 5. In series with the secondary windings of the regulating transformers 4 and 5 is the secondary winding of the non-reactive Compound transformer 6, whose primary winding is in the stator circuit of the asynchronous machine ι is connected. The tension. usually transformers en 4 and 5 are perpendicular to each other. The regulating transformers are controlled by the automatic controller 7 and 8. The controller 7 holds, for example, the active power, the controller 8 the reactive power of machine 1 is constant.

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.In order to be able to overlook the effect of the new circuit, it appears expedient to start from the Arfoeitdiagram of the cascade, as shown in FIG. 2 shows the working diagram for variable reactive power output, specifically the excitation voltage of machine 2 as a function of the slip and the reactive power of the main machine i. The. Excitation voltages are entered in the figure as polar coordinates. The curve B ₀ applies in the event that the asynchronous machine 1 neither emits nor takes reactive power into the network. The curve B applies to a reactive power output of a certain amount, The Ge. straight j = -f-1, +2, +3, +4 or -1,:. - 2, -3 indicate the positive slip and negative slip, respectively. The abscissa axis forms the geometric location of the excitation voltage for synchronism.

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.It is now assumed that one of the two regulating transformers, e.g. B. the transformer 4, a voltage component in the direction of the abscissa axis, the other control transformer, z. B. 5, provides a voltage component in the direction of the ordinate. If the voltage of the transformer 4 is now _{reduced with a slip of i ° / 0} or 2 ° / o, the reactive power output of the machine increases, since the end point of the excitation voltage vector is on the straight line J ₁ or J ₂ in the direction from the curve B ₀ to Curve J5 moves. If the same reduction in the voltage of the transformer 4 (voltage change in the direction of the positive abscissa axis) is carried out, however, for example with a slip of j = 3 ° / ₀ , it no longer results in an increase, but a reduction in the reactive power output. The controller works unstably when the straight line of constant slip changes from the slope for 2 ° / ₀ to the slope for 3%. The straight line s _g shows the limit slip up to which stable control is possible from synchronism.

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.According to the invention, the excitation voltage is now increased by the compound transformer 6, depending on the load. In the case of the reactive load ο, the additional voltage supplied by the compound transformer 6, provided that no real power is consumed by the asynchronous machine 1, is equal to zero. The additional voltages are proportional to the reactive power. The _{straight line J 3} now becomes the straight line J ₃ ', which intersects the straight line J ₃ at its intersection with the curve B ₀ . The new work line J ₃ 'runs with an incline from top left to bottom right, thus allowing stable work.

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.It is now assumed that the rule set works without the addition of the compound transformer with a slip of 4 ° / _0), ie on the straight line J ₄ . Through the Kornpoundtrajjsformer the same additional voltages are again introduced into the excitation circuit depending on the reactive power. So one obtains the new ArbeitsgeradeJ ₄ 'from the straight line J ₄ in reducing the excitation voltage when the reactive power B to the .gleichen value as the slip J. ₃

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-The figure shows that the curve J ₄ 'also runs with a slope from top left to bottom right.' The curve s _g ' indicates the new limit slip, up to which when using the compound transformer

arbeitet werden kann. Dieser Grenzschlupf ist, wie die Figur zeigt, durch die Anwendung des Kompoundtransformators erheblich vergrößert worden.can be worked. As the figure shows, this limit slip is due to the application of the compound transformer has been enlarged considerably.

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. The working curves of the rule set can be used in the manner indicated in FIG now determine at any time how big the compound transformer must be so the limit slip receives the desired value.

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. In Fig. 2, only the relationships are shown that arise with a variable reactive power result. The same considerations apply to variable real power. The working curves in this case lie accordingly. Since the compound transformer is both a Active voltage component as well as a reactive voltage component in the excitation circuit introduces, its use has the success that both the reactive power controller as the active power controller now also work stably up to a certain increased limit slip.

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.The compound transformer in the new circuit also has the effect of to reduce the changes in performance that occur when there are changes in slip, since it is in the known way causes a stronger tendency of the characteristics of the machine. There the regulators for transformers 4 and 5 now also close to the synchronism one must adjust relatively considerable tension so that the tensions of this Regulating transformers cancel the voltage of the compound transformer, the regulator will be the same sensitivity throughout Regulation range achieved; without using the compound transformer, the regulators of the transformers had to be close to synchronism very small tensions, but very high tensions with larger slip adjust.

Claims

Patent claims:

ι. Device for regulating the active and reactive power output of asynchronous machines, that via stator-excited rear machines from independently controllable voltage sources with perpendicular to each other standing and automatically regulated "voltages are excited by one connected in series with the two excitation voltages "(4, 5), non-reactive, primarily fed by the load current of the asynchronous machine (1) Compound transformer (6).

2. Device according to claim 1, characterized characterized in that the compound transformer (6) is dimensioned such that the additional voltage introduced by it an increase in the limit slip permissible for stable operation of the active and reactive power controllers (7, 8) up to causes the operational value given by the work area.

1 sheet of drawings