DE948716C - Einrichtung zur Regelung von Synchronmaschinen - Google Patents

Description

• Einrichtung zur Regelung von Synchronmaschinen In einer bekannten Schaltung zur Schnell- und Stoßerregung von Synchronmaschinen erzwingt eine die Bezeichnung Stromschaltungsvektor führende Größe k1 J + jk2 Ja, bei der k1 und k2 reelle Konstanten, J den Maschinenstrom, Ja einen der Maschinenspannung U verhältigen Strom und j die imaginäre Zahl bedeuten, die Erregung der Synchronmaschine. Der Stromschaltungsvektor wird - dabei z. B. in einem Stromschaltungstransformator gebildet, dessen'Sekundärwicklung in Reihe mit einem Ventil in die Haupterregerwicklung der Synchronmaschine eingeschaltet ist. Es hat sich gezeigt, daß mit dieser bekannten Schaltung bei allen Arten von Synchronmaschinen, insbesondere bei Maschinen mit stark in der Phase schwankender Last, eine befriedigende Wirkung nicht immer erzielbar ist. Dies trifft vor allem zu bei Mittelfrequenzgeneratoren und bei solchen Maschinen, die in der Erregerwicklung oder im magnetischen Kreis verhältnismäßig schwach bemessen sind, so daß nicht genügend trregungsreserven vorhanden sind, um eine einwandfreie Regelung zu erreichen.
• Gemäß der Erfindung wird der Stromschaltungsvektor ebenfalls zu einer schnellen Anpassung einer Synchronmaschine an eine sich ändernde Belastung benutzt. Die Erfindung besteht in einer Einrichtung zur Regelung von Synchronmaschinen, insbesondere zur Spannungsregelung von Mittelfrequenzsynchrongeneratoren, bei der der Einfluß des Stromschaltungsvektors jedoch nicht im Erregerkreis der Synchronmaschine wirksam gemacht ist, sondern im Ankerkreis der Maschine. Als Stellglied der Regelung dient ein Blindwiderstand, der vom Stromschaltungsvektor kJ -f- jk2 Ja gesteuert wird.
• In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung dargestellt. Es zeigt Fig. i eine Schaltung, bei der der steuerbare Blindwiderstandparallel zuden Ankerklemmen derSynchronmaschine liegt; Fig.2 zeigt ein Zeigerbild des Stromschaltungsvektors, Fig. 3 die Verhältnisse bei der Steuerung eines aus einem Schwingkreis bestehenden Blindwiderstandes, Fig. 4 einen steuerbaren Blindwiderstand in Reihe mit den Klemmen einer Synchronmaschine, Fig. 5 einen Einzelteil zu Fig. i in anderer Ausführung.
• In Fig. i treibt eine Kraftmaschine i einen Synchrongenerator 2 mit der Ankerwicklung 3 an. Die Erregung der Synchronmaschine erfolgt durch eine an den Klemmen 4 zugeführte Gleichspannung über den veränderbaren Widerstand 5, die Schleifringe 6 und eine nicht dargestellte Erregerwicklung. An die Ankerklemmen 7 und 8 der Synchronmaschine 2 ist eine induktive Last 8 angeschlossen. Eine ohmsche Last g und eine kapazitive Last =o sind ebenfalls dargestellt. Der Stromschaltungsvektor k,1 -y- ikz Ja, der in Fig. 2 als Zeigerbild dargestellt ist, wird durch den Stromschaltungstransformator =i gebildet, und zwar erzeugt die in Reihe mit der Generatorbelastung liegende Wicklung 12 den dem Strom J des Generators verhältigen Summanden kJ und die Wicklung 13 mit der vorgeschalteten Induktivität 13' den der Genera#torspannung verhältigen Summanden jk2 Ja. Diese Summanden addieren sich vektoriell in der Sekundärwicklung 14, und über die Ventilanordnungi5 wird mit Hilfe der Steuerwicklung 16 die Vormagnetisierung und damit der induktive Widerstand der mit dem Kondensator 17 einen Schwingkreis 22 bildenden Drosselspule 18 verändert. Der Schwingkreis, der parallel zu den Ankerklemrnen 7 und 8 des Synchrongenerators liegt, ist so bemessen, daß je nach der Art der angeschalteten Verbraucher 8 bis =o die Spannung an diesen sich selbsttätig im Sinne einer Kompoun-. dierung einregelt, z. B. konstant regelt. Der Schwingkreis 22 hat je nach Größe des Stromschaltungsvektors einen entsprechenden induktiven oder kapazitiven Blindwiderstand. Der Arbeitspunkt der steuerbaren Drosselspule 18 bzw. des mit ihr gebildeten Schwingkreises 22 kann durch eine Hilfssteuerwicklung i9 einstellbar sein, die an einer Gleichstromquelle 2o über einen veränderbaren Widerstand 21 angeschlossen ist.
• Die regelnde Beeinflussung des Synchrongenerators in Fig. i wirkt sich wie eine Erregerstromänderung aus. Im Gegensatz zur Beeinflussung einer Synchronmaschine durch den Erregerstrom in einer Erregerwicklung ergibt sich durch die Einrichtung nach der Erfindung jedoch ein Vorteil dahingehend, daß sie auch bei Synchronmaschinen wirksam ist, die einen verhältnismäßig gering dimensionierten Erregerkreis haben. Es kann auch vorteilhaft sein, beide Arten der Maschinenbeeinflussung zugleich zu verwenden, also eine selbsttätige Erregungsbeeinflussung imAnkerhreis gemäß der Erfindung und eine selbsttätige Beeinflussung im Erregerkreis der Synchronmaschine. Die Beeinflussung im Erregerkreis kann ebenfalls mit Hilfe des Stromschaltungsvektors erfolgen. Vorteilhaft bewirkt die Beeinflussung im Ankerkreis durch den steuerbaren Blindwiderstand den Hauptanteil der Regelung.
• In Fig. 3 ist die Wirkungsweise der Steuerung des Schwingkreises 22 (Fig. i) dargestellt. Mit U ist die Spannung des Generators 2 bezeichnet, die zugleich die des Schwingkreises 22 ist. Bei großer Induktivität, d. h. bei kleinem Betrag des gleichgerichteten Stromschaltungsvektors, überwiegt der kapazitive Widerstand des Kondensators 17, so daß sich, wie das linke Zeigerbild zeigt, ein resultierender kapazitiver Strom JR aus der Differenz des Kondensatorstromes ja und des Drosselspulenstromes Jz ergibt. Im rechten Zeigerbild der Fig. 3 überwiegt der induktive Strom Jz# der Drosselspule 18, die in diesem Fall einen kleinen induktiven Widerstand hat, was bedeutet, daß ein großer Betrag des Stromschaltungsvektors wirksam ist. Aus Ja - J'L ergibt sich der resultierende Widerstand J'R, der jetzt induktiven Charakter hat. Die Die Ströme JR und J'R belasten und erregen den Generator 2 so, daß die Spannung an der Last 8 trotz Schwankung derselben konstant bleibt. In Weiterbildung der Erfindung kann zum Erzielen einer gewünschten Regelcharakteristik, beispielsweise zum Ausgleich des Einflusses einer gekrümmten Magnetisierungskennlinie einer Synchronmaschine, der Stromschaltungsvektor einer selbsttätigen Korrektur unterworfen werden. In dem mit gestrichelten Leitungen gezeichneten Teil der Fig. i ist ein Beispiel für eine derartige selbsttätige Korrektur dargestellt. Parallel zur Sekundärwicklung 14 des zur Bildung des Stromschaltungsvektors vorgesehenen Stromschaltungstransformators =i ist in Reihe mit einem Widerstand 23 eine durch Gleichstromvormagnetisierung steuerbare Drosselspule 24 vorgesehen. Die Gleichstromvormagnetisierung erfolgt durch die Wicklung 25 von einer Ventilanordnung 26, die in Reihe mit einem aus dem Kondensator 27 und der Drosselspule 28 gebildeten Schwingkreis an die Ankerklemmen 7 und 8 des Synchrongenerators 2 angeschlossen ist. Zur Erzielung eines steilen Einflusses der Korrektur des Stromschaltungsvektors wird als Drosselspule 28 des Reihenschwingkreises vorteilhaft eine etwa beim Regelsollwert gesättigte Drosselspule verwendet.
• Anstatt beide Summanden des Stromschaltungsvektors bei der selbsttätigen Korrektur zu verändern, kann es gegebenenfalls zweckmäßig sein, nur einen Summanden des Stromschaltungsvektors zu verändern. Eine gleichzeitige Beeinflussung beider Summanden erscheint vorteilhaft, wenn zur Bildung des Stromschaltungsvektors ein Stromschaltungstransformator verwendet wird. Durch einen Eingriff in das Übersetzungsverhältnis der Sekundärwicklung des Stromschaltungstransformators werden zwangsläufig beide Summanden umfaßt. Die in Fig. i dargestellte Beeinflussung der Sekundärwicklung 14 des Stromschaltungstransformators ii kann auch als Änderung des Übersetzungsverhältnisses des Stromschaltungstransformators ii aufgefaßt werden. Statt dieser scheinbaren Änderung kann das Übersetzungsverhältnis auch wirklich geändert werden, beispielsweise durch ein gesteuertes Umschalten auf verschiedene Anzapfungen der Sekundärwicklung 1q..
• Wird der Stromschaltungsvektor nicht in einem Stromschaltungstransformator, also durch vektorielle Überlagerung der von den beiden Summanden herrührenden magnetischen Flüsse, sondern durch direkte galvanische Überlagerung der beiden Summanden erzeugt, so können zum Erzielen einer gewünschten Regelcharakteristik ebenfalls beide Summanden oder auch nur einer der selbsttätigenKorrektur unterworfen werden. Die in Fig. i dargestellte Drosselspule 13' kann beispielsweise als steuerbare Drosselspule nach Art eines Magnetverstärkers ausgebildet sein. Es kann also, wenn in Fig. i der Stromschaltungstransformator ii nicht verwendet wird und der Stromschaltungsvektor galvanisch,., gebildet wird, die VormagnetisierungsWicklung 25 zur Veränderung des induktiven Widerstandes der Drosselspule 1¢ im Sinne einer Korrektur des Stromschaltungsvektors benutzt werden.
• Die Einrichtung nach der Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. An Stelle des parallel zu den Ankerklemmen 7 und 8 liegenden Schwingkreises 22 kann der Schwingkreis 22, wie Fig. q. zeigt, auch in Reihe mit den Ankerklemmen der Maschine, also in dessen Laststromkreis, liegen. An Stelle eines Schwingkreises kann ein beliebiger anderer steuerbarer kapazitiver oder auch induktiver Blindwiderstand dienen je nach den Erfordernissen der Regelung. Die Steuerung kann außer durch unmittelbare elektrische Beeinflussung des Blindwiderstandes, wie dies bei der vormagnetisierten Drosselspule 18 (Fig. i) der Fall ist, auch durch eine elektrischmechanische Steuerung bewirkt werden, beispielsweise indem in Abhängigkeit vom Stromschaltungsvektor die Kapazität eines Kondensators oder die Induktivität einer Drosselspule durch eine mechanisch arbeitende Anordnung verändert wird.
• Als steuerbare Drosselspule 18 kann außer der dargestellten Prinzipschaltung für eine derartige Einrichtung jede beliebige andere Schaltung verwendet werden, beispielsweise die in Fig. 5 dargestellte, bei der die steuerbare Drosselspule aus zwei einzelnen Teilen 18" und i8b besteht und von denen jede die eine der beiden verschiedenen Wechselstromhalbwellen führt. Hierzu sind die Ventile ag und 30 vorgesehen. Die Steuerwicklung, die den gleichgerichteten Stromschaltungsvektor führt, ist mit 31 bezeichnet. Es ist außerdem möglich, sofern eine durch Wechselstrom vormagnetisierbare Drosselspule als Blindwiderstand im Ankerkreis einer Synchronmaschine vorgesehen ist, den Stromschaltungsvektor ohne Gleichrichtung zu verwenden. In Fig. i könnte dann die Ventilanordnung 15 entfallen. Die Erfindung ist anstatt bei einphasigen Synchronmaschinen vor allem auch bei mehrphasigen anwendbar. Außer zur Spannungsregelung von Synchrongeneratoren kann die Einrichtung nach der Erfindung zur Regelung beliebiger anderer Synchronmaschinen verwendet werden, z. B. zur Regelung von Synchronphasenschiebern.

Claims (13)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Einrichtung zur Regelung von Synchronmaschinen, insbesondere Spannungsregelung von Mittelfrequenzsynchrongeneratoren, dadurch gekennzeichnet, daß als Stellglied der Regelung ein vom Stromschaltungsvektor k1 j -E- jk, ja der Synchronmaschine gesteuerter Blindwiderstand im Ankerkreis vorgesehen ist.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß als steuerbarer Blindwiderstand ein von induktiven bis kapazitiven Widerstandswerten steuerbarer Schwingkreis vorgesehen ist, dessen Induktivität als steuerbare gleichstromvormagnetisierte Drosselspule ausgebildet ist.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Blindwiderstand parallel zu den Ankerklemmen der Maschine liegt. q..
4. Einrichtung nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Blindwiderstand in Reihe mit den Ankerklemmen der Maschine liegt.
5. 5. Einrichtung nach Anspruch 2 bis q., dadurch gekennzeichnet, daß die steuerbare Drosselspule des Schwingleises aus zwei die beiden verschiedenen Wechselstromhalbwellen führenden Teilen besteht.
6. 6. Einrichtung nach Anspruch i bis 5, gekennzeichnet durch einen zusätzlichen, gleichsinnig wirkenden Einfluß des Stromschaltungsvektors auf die Erregung der Maschine.
7. 7. Einrichtung nach Anspruch i bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der steuerbare Blindwiderstand den Hauptanteil der Regelung bewirkt. B.
8. Einrichtung nach Anspruch i bis 7, dadurch gekennzeichnet, daßzum Erzielen einer gewünschten Regelcharakteristik, beispielsweise zum Ausgleich des Einflusses einer gekrümmten Magnetisierungskennlinie der Synchronmaschine, der Stromschaltungsvektor einer selbsttätigen Korrektur unterworfen ist. g.
9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß nur ein Summand des Stromschaltungsvektors der Korrektur unterworfen wird, beispielsweise dadurch, daß die zum Bilden des Spannungssummanden jk2 ju dienende Drosselspule eine steuerbare Drosselspule ist. io.
10. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die selbsttätige Korrektur beide Summanden des Stromschaltungsvektors umfaßt, beispielsweise indem das Übersetzungsverhältvds eines den Stromschaltungsvektor bildenden Strom.-schaltungstransformators geändert wird. ii.
11. Einrichtung nach Anspruch io mit einem Stromschaltungstransformator, dadurch gekennzeichnet, daß die Änderung des übersetzungsverhältnisses des Stromschaltungstransformators als scheinbare Änderung erfolgt, indem beispielsweise der Säkundärwicklung des Stromschaltungstransformators, vorzugsweise über einen ohmschen Widerstand, eine Drosselspule veränderbarer Induktivität parallel geschaltet ist.
12. 12. Einrichtung nach Anspruch g bis ii, dadurch gekennzeichnet, da.ß zur selbsttätigen Korrektur eine gleichstromvormagnetisierte Drosselspule dient, deren Vormagnetisierungsstrom von einer in Reihe mit einem Resonanzkreis an die Ankerklemmen der Synchronmaschine angeschlossenen Ventilanordnung erzeugt wird.
13. 13. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselspule des Reihenschwingkreises eine etwa beim Regelsollwert gesättigte Drosselspule ist im Sinne der Erzielung 3ines stark zunehmenden Einflusses der Korrektur. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 5io 93o.