DES0033407MA - - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

Tag der Anmeldung: 13. Mai 1953 Bekanntgemacht am 21. Juni 1956

DEUTSCHES PATENTAMT

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 Gleichrichtertransförmator 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

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von Dr. Harz selbst bekanntgeworden, wonach an die Zweitwicklung des Stromtransformators ein von der Generatorspannung beeinflußter gittergesteuerter Gleichrichter angeschlossen wird.

5. Gegenüber diesem Stand der Technik betrifft die Erfindung eine Anordnung zur Erregung von Synchronmaschinen oder synchronisierten Asynchronmaschinen mit Hilfe einer Stromschaltung, bei der die Maschinenerregung über eine Gleichrichteran-Ordnung und gegebenenfalls einen davorgeschalteten Transformator mit einem dem Maschinenstrom und einem der Maschinenspannung verhältigen Erregungsanteil in vektorieller Amperewindungs- oder Stromaddition gespeist wird und bei der ein veränderbarer, den Erregerstrom mindernder Erregungsnebenschluß auf der Wechselstromseite der aus Erregerwicklung und Gleichrichteranordnung gebildeten Reihenschaltung vorhanden ist. Die Erfindung besteht darin, daß der Nebenschluß durch einen Magnetverstärker gebildet wird. Als Stromschaltung wird hier sowohl die eigentliche Stromtransformatorschaltung nach Dr. Harz, die eine vektorielle Amperewindungsüberlagerung aufweist, also auch eine Schaltung verstanden, die lediglich eine vektorielle Stromaddition aufweist. Gegenüber der bekannten verbesserten Schaltung nach Dr. Harz mit einem gittergesteuerten Gleichrichter als veränderbarem Nebenschluß weist die Anordnung nach der Erfindung vor allem den Vorteil auf, daß sie robustere und einfachere Bauteile verwendet und einen geringeren Aufwand für die Steuerung benötigt. Wird nämlich ein gittergesteuerter Gleichrichter verwendet, so erfordert dieser außer der eigentlichen Steuerspannung noch eine Gittervorspannung, die der Stromschaltungsvektorsumme verhältig ist, um den Nullaussteuerungspunkt des gittergesteuerten Gleichrichters der jeweiligen Größe des Stromschaltungsvektors anzupassen. Eine derartige Hilfsspannung ist bei der Anordnung nach der Erfindung nicht erforderlich. Außerdem ist es bei der neuen Schaltung leicht möglich, den 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 beeinflußten Primärwicklung des Transformators. Der Erfindung liegt auch die Erkenntnis zugrunde, daß die Anwendung eines Magnetverstärkers als veränderbarer Nebenschluß .'ebenfalls dann vorteilhafte Möglichkeiten zur Beeinflussung der Maschinenerregung schafft, wenn der Nebenschluß nicht auf

,55 der Sekundärseite eines Stromtransformators angeordnet wird. Zur näheren Erläuterung der Erfindung sei auf die Zeichnung verwiesen.

In Fig. ι besteht die zu erregende Maschine aus einem dreiphasigen Synchrongenerator i, der auf ein Netz R₁ S₁ 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 verhältigen Strom gespeist werden und die über Drosselspulen 5 an das Netz R, S₁ T angeschlossen sind. Die Sekundärseite des Transformators besteht aus Wicklungen 6, die an die Gleichrichteranordnung 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 Phäsenzahl des Synchrongenerators aus drei Einzelanordnungen, die mit 9, 10; und 11 bezeichnet und beispielsweise in an sich bekannter Weise in Wechselstrom-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 Vormagnetisierungsgleichstrom zur Steuerung zugeführt wird. Die Anschlüsse 13 gehören zu weiteren im einzelnen nicht dargestellten Vormagnetisierungswicklungen. 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, 10 und 11 bestehende Magnetverstärker kann außer an den Punkten a, also auf der Wechselstromseite der Gleichrichteranordnung 7, auch an den Punkten b und außerdem an den Punkten c angeschlossen sein. Im Falle c können die Anordnungen 9, 10 und 11 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 Drosselspulen 15 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.

Der Magnetverstärker der Anordnung nach der Erfindung kann mit einem oder mehreren an sich beliebigen veränderlichen Größen abhängigen Vormagnetisierungsgleichströmen gespeist werden. In diesem Falle kann der Magnetverstärker das Stellglied für eine Steuerung oder eine Regelung darstellen, je nachdem, ob die bewirkte veränderbare .120 Vormagnetisierung nach festgelegten Beziehungen durch Vergleich von Regelgrößen mit Soligrößen einwirkt. Als Steuer- und Regelgrößen können an sich beliebige Größen dienen. Zur Verbesserung der Spannungshaltung und des Parallelbetriebes mit anderen Synchronmaschinen wird man teils

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kompensierende Steuer-, teils regelnde Einflüsse verwenden. Beim Parallelbetrieb mehrerer Synchrongeneratoren können die Steuer- und Regelgrößen auch von den parallel arbeitenden Maschinen abgeleitet sein.

Fig. 2 zeigt eine Schaltung, durch die zugleich Strom, Spannung und Phasenwinkel als Einflußgrößen auf den Magnetverstärker zur Einwirkung gebracht werden können. Die Schaltung weist einen

ίο nach der Art eines Ringmodulators aufgebauten Modulator 17 in Brückenschaltung auf. Die einzelnen Brückenzweige bestehen jeweils aus Widerständen 18 und Ventilen 19. Die Brückeneckpunkte sind jeweils über Widerstände 20 bzw. 21 an weitere Widerstände 22 bzw. 23 angeschlossen, von denen die Widerstände 22 in den Stromzuführungen der Wicklungen 3 (Fig. 1) ■ des Transformators 2 und die Widerstände 23 in den Zuführungen der Wicklungen 4 gelegen zu denken sind. Die Verbindungspunkte24 und 25 der Widerstände 22 bzw. 23 führen über die Anschlußklemmen 12 zu den Steuerwicklungen des Magnetverstärkers 9, 10, 11 (Fig. 1). Durch die Brückenschaltung nach Fig. 2 wird ein Steuerwer.t i_st gebildet, für den die Beziehung gilt

ht ~· h ^{- cos} i^Ji> h) ~ h ^sin<P·

Dabei bedeutet /_; den dem Generatorstrom und /„ den der Generatorspannung verhältigen Erregungsanteil, φ den Phasenwinkel zwischen Strom und Spannung.

Gemäß der weiteren Erfindung kann es vorteilhaft sein, dem Magnetverstärker Mittel zuzu-' ordnen, die beim Unterschreiten eines Mindestbetrages des spannungs- und/oder stromverhältigen Erregungsanteiles den Verhältigkeitsgrad des Anteiles hinsichtlich seiner Auswirkung auf die Erregung des Generators ändern, insbesondere schwächen. Hierzu können an sich bekannte A^entilschaltungen mit Vorströmen oder Vorspannungen verwendet werden, wie in Fig. 3 und 4 beispielsweise dargestellt. Die Schaltungen können entweder in den durch die Anschlußklemmen 12 gekennzeichneten Steuerwicklungskreis des Magnetverstärkers eingeschaltet sein oder auch in besonderen zusätzlichen Steuerwicklungen. Die die Steuerwicklungen durchfließenden Ströme können dabei die verschiedensten Steuer- oder Regelgrößen darstellen. 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. 1 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 Anord- nung 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. An Stelle einer Modulatorschaltung, wie sie Fig. 2 zeigt, können auch an sich bekannte andere Schaltungen angewandt werden. Außerdem können gleichzeitig mehrere auf verschiedenen Seiten oder Wicklungen des Stromtransformators 2 parallel geschaltete Magnetverstärker verwendet werden.

Claims (17)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Anordnung zur Erregung von Synchronmaschinen oder synchronisierten Asynchronmaschinen mit Hilfe einer Stromschaltung, bei der die Maschinenerregung über eine Gleichrichteranordnung und gegebenenfalls einen davorgeschalteten Transformator mit einem dem Maschinenstrom und einem der Maschinenspannung verhältigen Erregungsanteil in vektorieller Amperewindungs- oder Stromaddition gespeist wird u'nd bei der ein veränderbarer, den Erregerstrom mindernder Erregungsneben-Schluß auf der Wechselstromseite der aus Erregerwicklung und Gleichrichteranordnung gebildeten Reihenschaltung vorhanden ist, dadurch ' gekennzeichnet, daß der Nebenschluß durch einen Magnetverstärker gebildet wird.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetverstärker parallel zu den Wechselstromanschlüssen der Gleichrichteranordnung liegt.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetverstärker parallel zur Primärseite des Transformators liegt.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetverstärker parallel zu der vom Maschinenstrom gespeisten Primärwicklung des Transformators liegt.

5. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetverstärker parallel zu der an der Maschinenspannung liegenden Primärwicklung des Transformators geschaltet ist.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschluß des Magnetverstärkers, vorzugsweise veränderbar, an einer Drosselspule erfolgt, die der Primärseite des Transformators vorgeschaltet ist, und zur Bildung des der Maschinenspannung verhältigen Erregungsanteiles dient.

7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der zu jeder Phase gehörende Magnetverstärker parallel, vorzugsweise unmittelbar parallel, zumindest zu einem Teil der Drosselspule der betreffenden Phase liegt.

8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Drosselspule die Magnetverstärkerarbeitswicklung dient.

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9. Anordnung ,nach einem der Ansprüche 1 bis 8, insbesondere für dreiphasige Maschinen, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetverstärker zumindest-eine Phase weniger aufweist . als die zu erregende Maschine bzw. die Gleichrichteranordnung.

10. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zur Veränderung der Phasenlage des abgeleiteten Erregungsanteiles Widerstände vorzugsweise ohmschen Charakters mit den Wechselstromwicklungen des Magnetverstärkers in Reihe geschaltet sind.

11. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetverstärker das Stellglied für eine Steuerung oder Regelung darstellt mit an sich beliebigen Steuer- bzw. Regelgrößen.

12. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetverstärker von einem kompensierenden Steuereinfluß z. B. zur Verbesserung der Spannungshaltung der zu er- - regenden Maschine beeinflußt ist.

13. Anordnung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest einer der Steuer- bzw. Regeleinflüsse des Magnetverstärkers von einer mit der zu erregenden Maschine parallel arbeitenden Maschine abgeleitet ist.

14· Anordnung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß als Steuerbzw. Regeleinfluß der Strom und/oder die Spannung und/oder der Phasenwinkel der zu erregenden oder einer mit dieser parallel arbeitenden Maschine dient.

15. Anordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung eines gleichzeitig Strom, Spannung und Phasenwinkel berücksichtigenden Einflusses ein Modulator dient, der eingangsseitig einerseits vom Maschinenstrom und andererseits von der Maschinen-Spannung gespeist wird.

16. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß dem Magnetverstärker Mittel zugeordnet sind, die beim Unterschreiten eines Mindestbetrages des spannungs- und/oder stromverhältigen Erregungsanteiles den Verhältigkeitsgrad des Anteils hinsichtlich seiner Auswirkung auf die Erregung ändern,, insbesondere schwächen.

17. Anordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die den Verhältigkeitsgrad ändernden Mittel an sich bekannte Ventilschaltungen mit Vorströmen oder Vorspannungen sind. '.

Angezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 914 152.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen