Anordnung zur Regelung der Erregung von Synchronmaschinen mittels
eines von der Netzspannung gesteuerten Magnetverstärkers Für die Regelung des Erregerstromes
von Synchronmaschinen verwendet man neuerdings Magnetverstärker, deren Gleichstromv
ormagnetisierung von der Netzspannung gespeist bzw. beeinflußt wird, während der
gesteuerte Wechselstrom des Magnetverstärkers nach Gleichrichtung auf die Erregung
der Synchronmaschine einwirkt. Der Magnetverstärker kann entweder in Stromschaltung
(Stromsteuerung) oder in Spannungsschaltung (Spannungssteuerung mit Selbstsättigung
unter Verwendung von Gleichrichtern) arbeiten. Sein gesteuerter Strom kann dabei
mittelbar (über Erregermaschinen) oder unmittelbar wirken. Gegenüber dem mit Stromsteuerung
arbeitenden :Magnetverstärker hat der mit Spannungssteuerung arbeitende den Vorteil
kleinerer Trägheit und kleinerer Steuerleistung, also größerer Verstärkung. Bei
einer bekannten Anordnung wird der Steuerstrom des Magnetverstärkers von der Netzspannung
der Synchronmaschine mit Hilfe von Kontaktreglern geregelt; man könnte dafür auch
kontaktlos arbeitende und ruhende Einrichtungen verwenden. Solche ruhende Einrichtungen
arbeiten jedoch meistens mit gegeneinander wirkenden, gleichgerichteten Strömen
oder Spannungen in einer Brückenschaltung, wobei die Ausgangsspannung dieser Brückenschaltung
bei einem bestimmten Regelwert auf Null absinkt und dann wieder (mit umgekehrter
Richtung) ansteigt. Dies kann aber zu Schwierigkeiten am Magnetv eistärker insofern
führen, als dann der Istwert des Steuerstromes über den Sollwert hinausschießt und
der Regelsinn verlorengeht; denn in diesem Fall bewirkt der zunehmende Istwert nicht
ein Zunehmen des Widerstandswertes des Magnetverstärkers, sondern eine Abnahme.Arrangement for regulating the excitation of synchronous machines by means of
a magnetic amplifier controlled by the mains voltage for the regulation of the excitation current
Magnetic amplifiers have recently been used in synchronous machines whose direct current v
Ormagnetization is fed or influenced by the mains voltage, during the
controlled alternating current of the magnetic amplifier after rectification on the excitation
the synchronous machine acts. The magnetic amplifier can either be in current circuit
(Current control) or in voltage switching (voltage control with self-saturation
using rectifiers). Its controlled current can thereby
act indirectly (via excitation machines) or directly. Compared to the one with power control
working: Magnetic amplifiers have the advantage of working with voltage control
smaller inertia and smaller control power, so greater gain. at
In a known arrangement, the control current of the magnetic amplifier is derived from the mains voltage
the synchronous machine regulated with the help of contact regulators; one could for it too
Use non-contact and non-contact equipment. Such dormant bodies
however, mostly work with opposing, rectified currents
or voltages in a bridge circuit, the output voltage of this bridge circuit
drops to zero at a certain control value and then again (with reverse
Direction) increases. However, this can lead to difficulties with the Magnetv eistärker
lead than the actual value of the control current overshoots the setpoint and
the sense of regulation is lost; because in this case the increasing actual value has no effect
an increase in the resistance value of the magnetic amplifier, but a decrease.
Die Erfindung bezieht sich auf die Regelung der Erregung von Synchronmaschinen
mittels eines auf den Erregerstrom einwirkenden Magnetverstärkers, bei der dieser
Nachteil vermieden ist. Erfindungsgemäß wird die Vormagnetisierungswicklung des
Magnetverstärkers in Differenzschaltung von zwei von der Netzspannung der Synchronmaschine
unmittelbar oder mittelbar gelieferten Gleichspannungen gespeist, von denen die
eine infolge Zwischenschaltung eines nicht geradlinigen Widerstandes oder eines
nicht geradlinigen Scheinwiderstandes eine nicht geradlinige Abhängigkeit von der
Netzspannung aufweist, wobei aber eine Richtungsumkehr des in der Vormagnetisierungswicklung
durch die resultierende Gleichspannung erzeugten Stromes infolge Einschaltens von
Gleichrichtern in diesem Stromkreis verhindert ist. Bei dieser Anordnung wird also
die Steuerwicklung des Magnetverstärkers mit Hilfe von ruhenden kontaktlosen Einrichtungen
so beeinflußt, daß sich der Regelsinn am Magnetverstärker nicht umkehren kann. Andererseits
wird aber durch die Differenzschaltung der beiden von den ruhenden Einrichtungen
gelieferten Gleichspannungen eine starke prozentuale Änderung der resultierenden
Gleichspannung bei Änderungen der Netzspannung erzielt. Dieser Effekt wird insbesondere
dadurch verstärkt, daß die eine der beiden Gleichspannungen in nicht geradliniger
Abhängigkeit von der speisenden Netzspannung steht. Es kann auch die zweite Gleichspannung
in einer solchen nicht geradlinigen Abhängigkeit stehen, wobei aber diese Abhängigkeit
entgegengesetzt gerichtet ist, insofern als die eine Gleichspannung bei steigender
Netzspannung mehr als geradlinig ansteigt, während die zweite weniger als geradlinig,
z. B. gemäß dem Wurzelwert, ansteigt.The invention relates to the regulation of the excitation of synchronous machines
by means of a magnetic amplifier acting on the excitation current, in which this
Disadvantage is avoided. According to the invention, the bias winding of the
Magnetic amplifier in a differential circuit of two from the mains voltage of the synchronous machine
directly or indirectly supplied DC voltages, of which the
one as a result of the interposition of a non-linear resistor or one
non-rectilinear impedance a non-rectilinear dependence on the
Having mains voltage, but with a reversal of direction in the bias winding
current generated by the resulting DC voltage as a result of switching on
Rectifiers in this circuit is prevented. So with this arrangement
the control winding of the magnetic amplifier with the help of static, contactless devices
influenced in such a way that the control direction on the magnetic amplifier cannot be reversed. on the other hand
but is due to the differential switching of the two of the dormant devices
supplied DC voltages show a strong percentage change in the resulting
DC voltage achieved when the line voltage changes. This effect is particular
reinforced by the fact that one of the two DC voltages is not in a straight line
Depending on the supplying mains voltage. It can also be the second DC voltage
are in such a non-linear dependence, but this dependence
is directed in the opposite direction, inasmuch as the one DC voltage increases as it increases
Mains voltage rises more than in a straight line, while the second rises less than in a straight line,
z. According to the root value, increases.
Im folgenden ist die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispiels
näher erläutert.In the following the invention is based on an exemplary embodiment
explained in more detail.
Es handelt sich um einen Synchrongenerator 1, der ein eigenes Netz
2, z. B. ein Verstärkeramt in Nachrichtenzentralen, zu speisen hat. Der Generator
1 wird von einem Motor 4 angetrieben, der am allgemeinen
Versorgungsnetz
5 liegt. Auf derselben Welle sitzt noch eine Schwungmasse 3, die dafür benutzt wird,
den Generator 1 bei einer Störung im Netz 5 so lange auf Drehzahl und Spannung zu
halten, bis entweder der Motor 4 auf eine Ersatzstromquelle geschaltet werden kann
oder eine. Kraftmaschine, z. B. ein Dieselmotor, den Antrieb des Generators 1 übernommen
hat. Zur Vermeidung von Schleifringen wird der Synchrongenerator 1 nicht in der
üblichen Weise im Läufer erregt; seine an das Netz 2 angeschlossene dreiphasige
Ständerwicklung wird in bekannterWeise von einer Gleichstromwicklung im Läufer erregt,
die ihrerseits von einer Wechselstromwicklung im Läufer über eingebaute Trockengleichrichter
gespeist wird. Diese Wechselstromwicklung des Läufers wird dann von dem Feld einer
Gleichstrom führenden Erregerwicklung im Ständer induziert. Es sind also im Ständer
und im Läufer zwei Wicklungssysteme vorhanden, von denen das eine das Netz 2 speist,
während das andere für die Erregung des ersten Systems dient. Damit diese beiden
Wicklungssystem-- sich gegenseitig nicht beeinflussen, weisen sie verschiedene Polzahlen
auf, z. B. ist das eine vierpolig und das andere achtpolig ausgeführt. Das mitGleichstrom
im Ständer erregte achtpolige System erzeugt z. B. bei 1500 Umdrehungen im achtpoligen
Läufersystem 100 Hz, die über den mit dem Läufer umlaufenden Trockengleichrichter
gleichgerichtet werden und als Gleichstrom der vierpoligen Läuferwicklung zufließen,
die dann in der vierpoligen, an das Netz 2 angeschlossenen Ständerwicklung eine
Spannung mit 50 Hz induziert.It is a synchronous generator 1, which has its own network
2, e.g. B. has to feed a repeater office in communication centers. The generator
1 is driven by a motor 4, the general
Supply network
5 lies. On the same shaft there is a flywheel 3, which is used for
the generator 1 in the event of a fault in the network 5 so long to speed and voltage
hold until either the motor 4 can be switched to a backup power source
or one. Power machine, e.g. B. a diesel engine, the drive of the generator 1 is taken over
Has. To avoid slip rings, the synchronous generator 1 is not in the
usual way in runner excited; its three-phase connected to the network 2
The stator winding is excited in a known way by a direct current winding in the rotor,
in turn from an alternating current winding in the rotor via built-in dry rectifiers
is fed. This alternating current winding of the rotor is then of the field one
Excitation winding carrying direct current induced in the stator. So it's in the stand
and there are two winding systems in the rotor, one of which feeds network 2,
while the other is for the excitation of the first system. So that these two
Winding system - do not influence each other, they have different numbers of poles
on, e.g. B. one is four-pole and the other eight-pole. That with direct current
eight-pole system excited in the stator generates z. B. at 1500 revolutions in eight-pole
Rotor system 100 Hz, which is via the dry rectifier rotating with the rotor
are rectified and flow as direct current to the four-pole rotor winding,
which is then in the four-pole stator winding connected to the network 2
Voltage induced at 50 Hz.
Die achtpolige Ständererregerwicklung 12 des Synchrongenerators 1
wird nun über den mit Spannungssteuerung arbeitenden Magnetverstärker 6 von der
Spannung des Netzes 2 gesteuert. Der Magnetverstärker 6 arbeitet in bekannter Weise
infolge der Einschaltung der Trockengleichrichter 13 mit Selbstsättigung. Die Gleichstromsteuerwicklung
7 des Magnetverstärkers wird von der Netzspannung über die Trockengleichrichterschaltung
8 gespeist. Außerdem liegt in diesem Steuerkreis noch ein ohmscher Widerstand 9,
dem eine Spannung aufgedrückt wird, die ebenfalls von der Netzspannung über die
Trockengleichrichterschaltung 10 geliefert wird. Die in den Steuerkreis 7 über den
Trockengleichrichter 8 unmittelbar eingeschaltete Gleichspannung und die dem Widerstand
9 mittels des Gleichrichters 10 aufgedrückte Gleichspannung sind gegeneinandergeschaltet,
so daß nur ihre Differenz für die Erzeugung des Stromes in der Wicklung 7 zur Geltung
kommt. Dem Gleichrichter 10 wird die Netzspannung nicht unmittelbar, sondern unter
Zwischenschaltung eines spannungsabhängigen Widerstandes 11 zugeführt. Dieser Widerstand,
z. B. ein Halbleiterwiderstand wie Siliziumkarbid, hat eine Stromspannungskennlinie,
wie sie in Fig. 2 dargestellt ist. Von einer gewissen, dem Widerstand zugeführten
Spannung an steigt diese nur noch wenig an, während der Strom sehr stark ansteigt.
Dies hat zur Folge, daß bei der Schaltung der Fig. 1 nunmehr auch der Spannungsabfall
am Widerstand 9 stark ansteigt, so daß sich die resultierende Erregung an der Wicklung
7 stark vermindert. Bei geeigneter Bemessung kann der Spannungsabfall am Widerstand
9 so groß werden, daß er der vom Gleichrichter 8 gelieferten Spannung gleichkommt.
In diesem Augenblick wird die Erregung der 'Vormagnetisierungswicklung 7 gleich
Null, und der Magnetverstärker weist dann seinen höchsten Widerstands- bzw. Sperrwert
auf. Es wird also beim Erreichen eines bestimmten Wertes der Erregerstrom der Synchronmaschine
l einen Kleinstwert erreichen. Ein weiteres Ansteigen des Stromes im Widerstand
9 infolge «-eiter ansteigender Netzspannung kann aber an der Erregerwicklung 7 zu
keinem entgegengesetzt gerichteten Strom führen, da dies die Gleichrichter 8 verhindern.
Ein solcher entgegengesetzt gerichteter Strom in der Wicklung 7 hätte zur Folge,
daß die Sättigung am Magnetverstärker 6 wieder zunimmt und dementsprechend der Erregerstrom
in der Wicklung 12 der Synchronmaschine ebenfalls wieder zunimmt, obwohl die -Netzspannung
weiter angestiegen ist und der Magnetverstärker dementsprechend von der Netzspannung
im Sinne einer Verminderung des Erregerstromes gesteuert werden sollte. Der Regelsinn
der Einrichtung wäre also dann in sein Gegenteil verkehrt.The eight-pole stator excitation winding 12 of the synchronous generator 1
is now over the working with voltage control magnetic amplifier 6 of the
Network 2 voltage controlled. The magnetic amplifier 6 operates in a known manner
as a result of the activation of the dry rectifier 13 with self-saturation. The DC control winding
7 of the magnetic amplifier is supplied by the mains voltage via the dry rectifier circuit
8 fed. In addition, there is an ohmic resistor 9 in this control circuit,
to which a voltage is applied, which is also drawn from the mains voltage via the
Dry rectifier circuit 10 is supplied. The in the control circuit 7 via the
Dry rectifier 8 directly switched on DC voltage and the resistor
9 DC voltage impressed by the rectifier 10 are switched against each other,
so that only their difference for the generation of the current in the winding 7 applies
comes. The mains voltage is not supplied directly to the rectifier 10, but rather below it
Interconnection of a voltage-dependent resistor 11 is supplied. This resistance
z. B. a semiconductor resistor such as silicon carbide, has a current-voltage characteristic,
as shown in FIG. From a certain one who was brought up to the resistance
When the voltage is on, it only rises a little, while the current rises very sharply.
As a result, in the circuit of FIG. 1, the voltage drop is also now
at the resistor 9 rises sharply, so that the resulting excitation on the winding
7 greatly reduced. With a suitable dimensioning, the voltage drop across the resistor
9 become so large that it equals the voltage supplied by the rectifier 8.
At this moment, the excitation of the bias winding 7 becomes the same
Zero, and the magnetic amplifier then has its highest resistance or blocking value
on. So when a certain value is reached, the excitation current of the synchronous machine becomes
l reach a minimum value. Another increase in the current in the resistor
9 as a result of the rising mains voltage, however, the excitation winding 7 can close
do not lead an oppositely directed current, as this is prevented by the rectifiers 8.
Such an oppositely directed current in the winding 7 would result in
that the saturation at the magnetic amplifier 6 increases again and accordingly the excitation current
in the winding 12 of the synchronous machine also increases again, although the network voltage
has risen further and the magnetic amplifier accordingly depends on the mains voltage
should be controlled in terms of reducing the excitation current. The sense of regulation
the institution would then be turned into its opposite.
Da der spannungsabhängige Widerstand 11 frequenzunabhängig ist, arbeitet
die Anordnung auch dann richtig, wenn die Frequenz im Netz 2 bei Ausfall des Netzes
5 und bei einem Drehzahlabfall der Gruppe 1, 3 und 4 absinkt.Since the voltage-dependent resistor 11 is frequency-independent, it works
the arrangement is correct even if the frequency in the network 2 in the event of a network failure
5 and decreases when the speed of group 1, 3 and 4 drops.
Die Erfindung läßt sich auch dann mit Vorteil anwenden, wenn die Erregung
der Synchronmaschine in stromabhängiger Schaltung vor sich geht, bei der in bekannter
Weise dem Erregerstromkreis der Synchronmaschine in Stromüberlagerung zwei Erregeranteile
zugeführt werden, von denen der eine dem Belastungsstrom der Synchronmaschine verhältnisgleich
ist, während der zweite, den Grundanteil darstellende Erregeranteil in Abhängigkeit
von der Spannung der Synchronmaschine steht. Dieser Grundanteil kann dann mit Hilfe
des Magnetverstärkers beeinflußt werden, indem etwa der Magnetverstärker in Parallelschaltung
an den in der geschilderten Weise gespeisten Erregerumspanner angeschlossen ist
und so je nach der Aussteuerung am Magnetverstärker diesen Erregerumspanner teilweise
kurzschließt.The invention can also be used with advantage when the excitation
the synchronous machine in current-dependent circuit is going on in the known
Assign two excitation components to the excitation circuit of the synchronous machine in a current superposition
are supplied, one of which is proportional to the load current of the synchronous machine
is, while the second, the basic portion representing the exciter portion is dependent
on the voltage of the synchronous machine. This basic share can then be used with the help of
of the magnetic amplifier can be influenced by connecting the magnetic amplifier in parallel
is connected to the exciter transformer fed in the manner described
and so, depending on the modulation on the magnetic amplifier, this exciter converter partially
shorts.