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DE1139911B - Steuereinrichtung fuer Mehrphasensynchrongeneratoren - Google Patents

Steuereinrichtung fuer Mehrphasensynchrongeneratoren

Info

Publication number
DE1139911B
DE1139911B DEW27643A DEW0027643A DE1139911B DE 1139911 B DE1139911 B DE 1139911B DE W27643 A DEW27643 A DE W27643A DE W0027643 A DEW0027643 A DE W0027643A DE 1139911 B DE1139911 B DE 1139911B
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
voltage
excitation
generator
current
control device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DEW27643A
Other languages
English (en)
Inventor
Robert L Gasperetti
Richard E Klokow
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
CBS Corp
Original Assignee
Westinghouse Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Westinghouse Electric Corp filed Critical Westinghouse Electric Corp
Publication of DE1139911B publication Critical patent/DE1139911B/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P9/00Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output
    • H02P9/14Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output by variation of field
    • H02P9/32Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output by variation of field using magnetic devices with controllable degree of saturation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Eletrric Generators (AREA)

Description

  • Steuereinrichtung für Mehrphasensynchrongeneratoren Diese Erfindung bezieht sich auf eine Steuereinrichtung für Mehrphasengeneratoren mit einer Schaltungsanordnung, durch die der Erregerwicklung des Generators unter Einsatz von steuerbaren Verstärkereinheiten eine Spannung zugeführt wird, die sich als abgeleitete Resultierende aus Generatorstrom und Netzspannung ergibt, unter Verwendung einer aus dem Netz gespeisten Spannungsvergleichsschaltung, die bei Abweichungen der Netzspannung von ihrer eingestellten Sollspannung eine entsprechende Nachsteuerung des Verstärkers und damit der Erregerspannung der Generatoren bewirkt.
  • Bei gewissen Typen von Erregersystemen für dynamoelektrische Maschinen, wie z. B. mehrphasige Synchrongeneratoren, muß den Maschinen bei bestimmten anomalen Betriebsverhältnissen ein Schutz gegeben werden. Ist die Welle des Synchrongenerators mechanisch mit der zugehörigen Antriebsmaschine gekuppelt und tritt z. B. ein dreiphasiger Fehler oder ein Kurzschluß an den Ausgangsklemmen des Generators auf, so wird das dem Generator zugeordnete Regelsystem versuchen, die Ausgangsspannung des Generators auf einem vorgegebenen Wert zu halten. Es wird deshalb einen unzulässigen Erregerstrom zur Erregerwicklung des Generators schicken. Da das von der zugehörigen Antriebsmaschine auf die Welle des Synchrongenerators gegebene Drehmoment sich mit dem Erregerstrom ändert, kann das der Welle des Generators von der zugehörigen Antriebsmaschine zugeführte Drehmoment ausreichend sein, um die mechanische Kupplung zwischen Antriebsmaschine und der Welle des Synchrongenerators zu beschädigen oder abzuscheren. Es ist deshalb erwünscht, ein Erregersystem zu haben, durch das bei normalen Betriebsverhältnissen eine ausreichende Erregung geliefert wird und bei dem eine unzulässig hohe Erregung bei bestimmten Betriebsverhältnissen verhindert oder begrenzt wird.
  • Der Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde, eine Regeleinrichtung zum Steuern des Erregerstromes anzugeben, bei der die bei bestimmten anomalen Betriebsverhältnissen gelieferte maximale Erregung begrenzt ist.
  • An Hand der Zeichnung wird die Erfindung beschrieben und die Wirkungsweise erläutert.
  • Fig. 1 ist ein schematischer Schaltplan einer Regeleinrichtung und erläutert die Erkenntnisse der Erfindung; Fig. 2 ist ein Teil eines schematischen Schaltplanes, der eine zweite Ausführungsform der Erfindung erläutert; Fig.3 stellt eine Reihe Kurven dar, welche die Wirkungsweise der in Fig. 1 beschriebenen Regeleinrichtung erläutern.
  • In Fig. 1 bedeutet 10 einen bürstenlosen Synchrongenerator, der eine Erregerfeldwicklung 12 und Ausgangsklemmen 13, 15 und 17 hat. In diesem Beispiel ist der Generator 10 so angeordnet, daß er elektrische Leistung über die Ausgangsklemmen 13,15 und 17 zu einer nicht dargestellten Last liefert, die an die Leitungen 14, 16 und 18 als Teil eines dreiphasigen elektrischen Netzes angeschlossen ist. Um an der Feldwicklung 12 eine Erregerspannung von relativ großer Höhe zu erhalten, ist ein Erreger 20 vom Wechselstromtyp vorgesehen. Der Erreger 20 besteht aus einem Anker 28 mit den Wechselstromklemmen 23, 25 und 27, welche Erregerstrom für die Feldwicklung 1.2 des Generators 10 über einen dreiphasigen Vollweggleichrichter 25 und eine getrennte Erregerfeldwicklung 22 liefern. Der Generator 10 und der Erreger 20 werden beide von einer geeigneten Antriebsmaschine 24 über die Welle 31 angetrieben. Das Moment des Antriebes ändert sich mit dem der Erregerfeldwicklung 12 des Generators 10 zugeführten Erregerstrom, insbesondere bei bestimmten, anomalen Betriebsbedingungen, wie sie im einzelnen anschließend erklärt werden.
  • Der Erregerstrom, welcher der Feldwicklung 22 des Erregers 20 geliefert wird, rührt von einem ersten Transformatorensatz 70 her, der auf die Ausgangsspannung des Generators 10 anspricht, und einem zweiten Transformatorensatz, welcher die Stromwandler 102,104 und 106 umfaßt und der auf den Ausgangsstrom des Generators 10 anspricht. Um die Ausgangsspannung des Synchrongenerators 10 auf einem im wesentlichen vorgegebenen Regelwert zu halten, ist eine Regeleinrichtung 30 zwischen besagte Transformatorensätze und die Erregerfeldwicklung 22 des Erregers 20 geschaltet. Um die von der Regeleinrichtung 30 gesteuerten Transformatorensätze daran zu hindern, unzulässig hohe Erregung auf den Generator 10 bei Kurzschluß unter fehlerhaften Bedingungen oder während anderer Betriebsverhältnisse zu geben, ist eine Begrenzungsanordnung 80 vorgesehen.
  • Die Regeleinrichtung 30 umfaßt eine Anordnung 40 zur Erzeugung eines Gleichstromfehlersignals, das sich als Abweichung der Ausgangsklemmenspannung des Synchrongenerators 10 von einer Bezugsspannung ergibt, und einen Magnetverstärker 60 zur Steuerung des Erregerstromes, der sich mit dem Fehlersignal des Kreises 40 ändert und der auf die Erregerfeldwicklung 22 des Erregers 20 gegeben wird. Die Regeleinrichtung 30 liefert bei normalen Betriebsverhältnissen Erregerstrom für die Feldwicklung 12 des Generators 10 aus den ersten und zweiten Transformatorensätzen. Der Erregerstrom ändert sich dabei in übereinstimmung mit der Ausgangsspannung des Generators 10, um so die Ausgangsspannung auf einem vorgegebenen Sollwert zu halten. Bei bestimmten anomalen Betriebsverhältnissen sorgt die Begrenzungsanordnung 80 dafür, daß der von der Regeleinrichtung 30 auf die Feldwicklung 12 gegebene Erregerstrom und damit das zugehörige, vom Antriebsmotor 24 auf die Welle 31 des Generators 10 gegebene Drehmoment begrenzt ist.
  • In diesem Ausführungsbeispiel besteht die Anordnung 40 zur Erfassung eines Fehlers aus dem wohlbekannten Brückenkreis 50, einem veränderlichen Widerstand 44 und einem dreiphasigen Vollweggleichrichter 42. Der Eingang des Vollweggleichrichters 42 ist auf die Ausgangsklemmenspannung des Generators 10 an den Leitungen 14, 16 und 18 angeschlossen. Es ist selbstverständlich, daß zwischen den Eingang des Gleichrichters 42 und die Leitungen 14, 16 und 18 auch ein Spannungswandler eingeschaltet werden kann. Der Ausgang des Vollweggleichrichters 42 ist über den veränderlichen Widerstand 44 an die Eingangsklemmen der Brückenschaltung 50 angeschlossen. Die Brückenschaltung 50 umfaßt zwei parallele Zweige, einen ersten Zweig, bestehend aus dem Widerstand 56, der in Reihe mit der Spannungsregehöhre 58 geschaltet ist, und einen zweiten Zweig, der die Spannungsregelröhre 52 und den dazu in Reihe geschalteten Widerstand 54 umfaßt. Die Spannungsregelröhren 52 und 58 können vom Gasentladungstyp sein. Selbstverständlich können aber auch Halbleiterdioden, vorzugsweise solche vom Typ der bekannten Zenerdioden an Stelle der besagten Röhren verwendet werden. Die Ausgangsspannung oder das Ausgangssignal der den Fehler erfassenden Anordnung 40 erscheint an den Ausgangsklemmen 46 und 48 der Brückenschaltung 50.
  • Beim Betrieb der Anordnung 40 ist die Ausgangsgleichspannung des Vollweggleichrichters 42 ein. Maß für die Ausgangsklemmenspannung des Generators 10. Der veränderliche Widerstand 44 ist dazu vorgesehen, um die auf die Eingangsklemmen der Brückenschaltung 50 gegebene Ausgangsspannung des Vollweggleichrichters 42 ändern zu können. Im Betrieb bleibt die Ausgangsgleichspannung an den Spannungsregelröhren 52 und 58 im wesentlichen konstant, da die Spannung, die auf die Röhren 52 und 58 gegeben wird, immer größer ist als die Durchbruchspannung von jeder der besagten Röhren. Wird auf die Eingangsklemmen der Brückenschaltung 50 eine Gleichspannung gegeben, welche im wesentlichen doppelt so groß ist wie der Spannungsabfall an jeder der Röhren 52 und 58, so tritt an den Ausgangsklemmen 46 und 48 des Kreises 40 keine Spannungsdifferenz auf. Wenn jedoch die Spannung an den Eingangsklemmen der Brückenschaltung 50 entweder über oder unter der Bezugsspannung der Brückenschaltung 50 liegt, welche doppelt so groß ist wie der Spannungsabfall an jeder der Röhren 52 und 58, dann tritt an den Ausgangsklemmen 46 und 48 des Fehleranzeigekreises 40 eine Spannungsdifferenz auf. Die Polarität der Ausgangsspannung oder des Ausgangssignals des Kreises 40 an den Klemmen 46 und 48 wird davon abhängen, ob die Eingangsspannung über oder unter der Bezugsspannung der Brückenschaltung 50 liegt. Im normalen Betriebsbereich der Regeleinrichtung 30 kann sich, wie erläutert, die Polarität der Ausgangsspannung, die vom Fehleranzeigekreis 40 auf den Magnetverstärker 60 gegeben wird, unter besonderen Bedingungen umkehren. Der veränderliche Widerstand 44 wird von Anfang an so eingestellt, daß man die gewünschte Größe und Polarität der Ausgangsfehlerspannung des Fehleranzeigekreises 40 erhält. Die Einstellung des veränderlichen Widerstandes 44 wird auch geändert, um den Regelwert der Spannung einzustellen, auf dem die Regeleinrichtung 30 die Ausgangsklemmenspannung des Generators 10 bei normalen Betriebsbedingungen hält.
  • Wie bereits erwähnt, spricht der dreiphasige Magnetverstärker 60 bei normalen Betriebsbedingungen auf das Ausgangssignal des Fehleranzeigekreises 40 an und steuert damit den Erregerstrom, der für die Erregerfeldwicklung 22 des Erregers 20 von dem ersten Transformatorensatz 70 und dem zweiten Transformatorensatz, der die Stromwandler 102,104 und 106 umfaßt, geliefert wird. Der Magnetverstärker 60 besteht aus den Eisenkernen 120, 122, 124, 126, 128 und 130, die induktiv mit den Lastwicklungen 132, 134, 136,138, 136,140 und 142 gekoppelt sind. In diesem Beispiel sind die Lastwicklungen 132 bis 142 mit den Selbstsättigungsgleichrichtern 202, 204, 206, 208, 210 und 212 in Reihe geschaltet, um sicherzustellen, daß der Strom nur in einer Richtung durch die entsprechenden Lastwicklungen fließt. Wie erläutert, sind die Lastwicklungen 132,136 und 140 so mit einer Leitung 222 und die Lastwicklungen 134, 138 und 142 mit einer Leitung 224 verbunden, daß der Ausgangsstrom des Magnetverstärkers 60 nur in einer Richtung durch die Feldwicklung 22 des Erregers 20 fließt. Aus Gründen, die später besprochen werden, ist ein Widerstand 27, der ein Teil der Begrenzungsschaltung 80 ist, zwischen die Leitung 224 und das rechte Ende der Feldwicklung 22 des Erregers 20 geschaltet.
  • Um eine dreiphasige Spannung auf die Lastwicklungen 132 bis 142 des Magnetverstärkers 60 geben zu können, sind der dreiphasige Spannungswandler 70 und die Stromwandler 102,104 und 106 so miteinander verbunden, daß eine kombinierte dreiphasige Ausgangsspannung an den Leitungen 220, 230 und 240 auftritt. Im einzelnen sind die primären Phasenwicklungen 74, 76 und 78 des Transformators 70 an den Leitungen 14, 16 und 18 in Stern geschaltet. Der Transformator 70 schließt auch drei sekundäre Phasenwicklungen 94, 96 und 98 ein, wobei jeweils ein Ende der besagten sekundären Phasenwicklung über einen der zugehörigen, den Generatorausgangsstrom fahrenden Stromwandler 102, 104 oder 106 mit der Stempunktklemme 65 verbunden ist. Die anderen Enden der sekundären Phasenwicklungen 94, 96 und 98 sind mit den entsprechenden abgehenden Leitungen 220, 230 und 240 verbunden. Die dreiphasige Ausgangsspannung an den Leitungen 220, 230 und 240 wird, wie ersichtlich, auf die Lastwicklungen des Magnetverstärkers 60 gegeben.
  • Um den Magnetverstärker 60 bis zu einer bestimmten Höhe vormagnetisieren zu können, sind auf den Eisenkernen 120 bis 130 die Vormagnetisierungswicklungen 182 bis 192 in induktiver Kopplung angeordnet. Wie erläutert, sind die Vormagnetisierungswicklungen 182 bis 192 über einen Widerstand 92 miteinander in. Reihe geschaltet und liegen an den Ausgangsklemmen eines Vollweggleichrichters 90, dessen Eingangsklemmen mit den Sammelschienen 1.4 und 16 über die Leitungen 34 und 36 galvanisch verbunden sind. Die Vormagnetisierungswicklungen 182 bis 192 sind auf den entsprechenden Eisenkernen so angeordnet, daß der durch sie fließende Strom einen magnetischen Fluß erzeugt, der dem vom Strom in den zugehörigen Lastwicklungen 132 bis 142 erzeugten magnetischen Fluß entgegengesetzt ist.
  • Zum Zwecke der Sättigung der Eisenkerne 120 bis 130 in Übereinstimmung mit dem Ausgangssignal des Fehleranzeigekreises 40 sind die Steuerwicklungen 170 bis 180 auf den Eisenkernen 120 bis 130 induktiv verkettet und so angeordnet, daß der durch sie fließende Strom einen magnetischen Fluß erzeugt, der dem vom Stromfluß durch die zugehörigen Vormagnetisierungswicklungen 182 bis 192 erzeugten magnetischen Fluß entgegenwirkt oder ihn unterstützt. Der Stromfluß hängt von der Größe des Fehler-Ausgangssignals und der Vormagnetisierung durch die Vormagnetisieru.ngswicklungen ab. Im Beispiel sind die Steuerwicklungen 170 bis 180 in Serie geschaltet. Die Serienschaltung ist über die Ausgangsklemmen 46 48 an den Fehleranzeigekreis 40 angeschlossen.
  • Für einen Verwendungszweck, der jetzt besprochen werden soll, sind auf den Eisenkernen 120 bis 130 die Begrenzungswicklungen 150 bis 160 miteinander in Reihe geschaltet und die Reihenschaltung mit der Begrenzungseinrichtung oder dem Kreis 80 an den Leitungen 232 und 236 verbunden. Die Begrenzungswicklungen 150 bis 160 sind auf ihren zugehörigen Eisenkernen so angeordnet, daß der durch sie fließende Strom einen magnetischen Fluß erzeugt, der dem vom Stromfluß durch die zugehörigen Lastwicklungen 132 bis 142 erzeugten magnetischen Fluß entgegengesetzt gerichtet ist.
  • Die Art und Weise, in der die Lastwicklungen 132 bis 142 des Magnetverstärkers 60 von dem Spannungswandler 70 Leistung beziehen, der die sekundären Phasenwicklungen 94, 96 und 98 einschließt, und von den Stromwandlern 102, 104 und 106, kann besser verstanden werden, wenn man den S-tromfluß durch diese Lastwicklungen während verschiedener Phasen der Ausgangsspannung des Transformators 70 verfolgt. Unter der Annahme, daß das rechte Ende der sekundären Phasenwicklung 94 des Transformators 70 eine positive Polarität aufweist gegenüber dem linken Ende der Wicklung 94, fließt der Strom vom rechten Ende der Wicklung 94 über die Leitung 57, den Stromwandler 102, den Stromwandler 104, die Leitung 55, die sekundäre Phasenwicklung 96, die Leitung 230, die Lastwicklung 136 und einen Selbstsättigungsgleichrichter 206 zur Leitung 222, über die Feldwicklung 22 des Erregers 20, den Widerstand 27, die Leitung 224, den Selbstsättigungsgleichrichter 204, die Lastwicklung 134 und zurück zum linken Ende der sekundären Phasenwicklung 94 über die Leitung 220. Außerdem fließt der Strom gleichzeitig auch vom rechten Ende der Wicklung 94 über die Leitung 57, den Stromwandler 102, den Stromwandler 106, die Leitung 53, die sekundäre Phasenwicklung 98, die Leitung 240, die Lastwicklung 140, den Selbstsättigungsgleichrichter 210 in die Leitung 222.
  • Während der nächsten Phase der Ausgangsspannung des Transformators 70, in der das rechte Ende der sekundären Phasenwicklung 96 eine positive Polarität gegenüber dem linken Ende der Wicklung 96 aufweist, fließt der Strom vom rechten Ende der Wicklung 96 über die Leitung 55, den Stromwandler 104, den Stromwandler 102, die Leitung 57, die sekundäre Phasenwicklung 94, die Leitung 220, die Lastwicklung 132, den Selbstsättigungsgleichrichter 202, die Leitung 222, die Feldwicklung 22 des Erregers 20, den Widerstand 27, die Leitung 224, den Selbstsättigungsgleichrichter 208, die Lastwicklung 138 und zurück zum linken Ende der Phasenwicklung 96 über die Leitung 230. Gleichzeitig fließt der Strom vom rechten Ende besagter Wicklung über die Leitung 55, den Stromwandler 104, den Stromwandler 106, die Leitung 53, die sekundäre Phasenwicklung 98, die Leitung 240, die Lastwicklung 140, den Selbstsättigungsgleichrichter 210 in die Leitung 222.
  • Während der nächsten Phase der Ausgangsspannung des Transformators 70, in der das rechte Ende der sekundären Phasenwicklung 98 eine positive Polarität gegenüber dem linken Ende der Wicklung 98 hat, ergeben sich entsprechende Stromkreise.
  • Die Wirkung der Regeleinrichtung 30 bei normalen Betriebsbedingungen, wenn die Begrenzungseinrichtung 80 nicht vorhanden ist, ergibt sich wie folgt.
  • Der veränderliche Widerstand 44 des Fehleranzeigekreises 40 wird anfangs so eingestellt, daß eine der Spannungsabweichung des Generators 10 proportionale Spannung an den Ausgangsklemmen 46 und 48 erscheint, welche an der Klemme 48 gegenüber der Spannung an der Klemme 46 positiv ist. Außerdem dient dieser Widerstand zur Einstellung des Proportionalitätsfaktors. Nachdem der veränderliche Widerstand 44 auf den gewünschten Regelwert der Spannung an den Ausgangsklemmen des Generators 10 eingestellt worden ist, führt jede Änderung der Ausgangsklemmenspannung des Generators 10 zu einer entsprechenden Änderung der Ausgangsfehlerspannung des Fehleranzeigekreises 40. Die entsprechende Spannung erscheint dann an den Klemmen 46 und 48. Wenn z. B. die Ausgangsklemmenspannung des Generators 10 beginnen sollte, unter den eingestellten Wert zu fallen, wird sich die Ausgangsfehlerspannung des Fehleranzeigekreises 40 an den Klemmen 46 und 48 in dem Maße ändern, wie die Ausgangsklemmenspannung des Generators 10 abfällt. Die Wirkung einer sich ändernden Spannung an den Ausgangsklemmen 46 und 48 des Fehleranzeigekreises 40 ändert die Größe oder die Richtung des Stromflusses durch die Steuerwicklungen 170 bis 180 des Magnetverstärkers 60. Die Änderung in Größe oder Richtung des Stromflusses durch die Steuerwicklungen 170 bis 180 ändert die Größe oder Richtung der hierdurch in den Eisenkernen 120 bis 130 bewirkten magnetischen Flüsse des Magnetverstärkers 60. Sind die in den Eisenkernen vom Stromfluß durch die Lastwicklungen 132 bis 142 erzeugten Flüsse den magnetischen Flüssen der Steuerwicklungen gleichgerichtet, so wird der Ausgangsstrom des Magnetverstärkers 60 erhöht. Mit einer Erhöhung des Ausgangsstromes des Magnetverstärkers 60 erhöht sich auch die Größe des Stromflusses durch die Feldwicklung 22 des Erregers 20, wobei sich die Spannung an der Feldwicklung 12 des Generators 10 erhöht und damit auch die Ausgangsspannung des Generators 10 im wesentlichen auf ihren vorgegebenen Wert gebracht wird.
  • Wenn sich andererseits die Ausgangsklemmenspannung des Generators 10 über den gewünschten Regelwert erhöht, dann ändert sich die Ausgangsspannung des Fehleranzeigekreises 40 entsprechend, und die Größe des Stromflusses durch die Steuerwicklungen 170 bis 180 des Magnetverstärkers 60 ändert sich ebenfalls, oder die Richtung des besagten Stromes kehrt sich um. Eine Änderung der Größe des Stromflusses durch die Steuerwicklungen 170 bis 180 oder ein Wechsel in der Richtung besagten Stromflusses ändert die Größe oder die Richtung der hierbei in den Kernen 120 bis 130 erzeugten magnetischen Flüsse. Sind die in den Eisenkernen vom Stromfluß durch die Lastwicklungen 132 bis 142 verursachten Flüsse den Flüssen in den Steuerwicklungen entgegengesetzt gerichtet, so wird der Ausgangsstrom des Magnetverstärkers 60 verringert. Eine Verringerung des Ausgangsstromes des Magnetverstärkers 60 verkleinert die Größe des Stromflusses durch die Feldwicklung 22 des Erregers 20 und damit auch den Erregerstrom, der der Feldwicklung 12 des Generators 10 geliefert wird, wodurch besagte Ausgangsspannung des Generators 10 auf ihren vorher eingestellten Wert reduziert wird.
  • Die Art, in der der Spannungswandler 70 und die Stromwandler 102, 104 und 106 mit dem Magnetverstärker 60 verbunden sind, führt zu mehreren wichtigen Ergebnissen. Da der Spannungswandler 70 auf die Ausgangsspannung des Generators 10 anspricht, die Stromwandler 102, 104 und 106 direkt auf den Ausgangslaststrom des Generators 10 ansprechen und besagte Transformatoren so miteinander verbunden sind, daß sie eine kombinierte Ausgangsspannung erzeugen, welche auf die Lastwicklungen des Magnetverstärkers 60 gegeben wird, so kann der Ausgangsstrom des Magnetverstärkers 60, der auf die Feldwicklung 22 des Erregers 20 gegeben wird, ohne eine entsprechende Änderung des Ausgangssignals oder der Ausgangsspannung des Fehleranzeigekreises 40 erhöht werden. Die Betriebsbereitschaft der Regeleinrichtung 30 wird dadurch verbessert. Da ferner weniger Verstärkung im Magnetverstärker 60 erforderlich ist, ist auch eine Verbesserung der Stabilität der Regeleinrichtung 30 erzielt.
  • Eine weitere wichtige Eigenschaft der beschriebenen Anordnung ist folgende. Selbst wenn die Sammelschienen 14, 16 und 18 oder der Laststromkreis, der hier angeschlossen ist, kurzgeschlossen würden oder anomale Betriebsbedingungen aufweisen sollten, wodurch die Ausgangsspannung des Transformators 70 auf einen vernachlässigbar kleinen Wert absinkt, würde über die Stromwandler 102, 104 und 106 ein zusätzlicher Erregerstrom für die Lastwicklungen 132 bis 142 des Magnetverstärkers 60 fließen, wodurch die Felderregung des Generators 10 sichergestellt ist. Mit anderen Worten: Ausreichende Erregung für den Generator 1.0 wird bei Kurzschluß oder falschen Betriebsbedingungen sichergestellt, so daß der Ausgangsstrom des Generators 10 groß genug isst, die zugehörigen Schutzeinrichtungen wirksam werden zu lassen. Beim Fehlen der Begrenzungseinrichtung 80 jedoch kann die Erregung, die der Feldwicklung 12 des Generators 10 von den Stromwandlern 102, 104 und 106 über den Magnetverstärker 60 geliefert wird, bei Kurzschlüssen oder fehlerhaften Betriebsbedingungen dann zu groß werden, wenn die Regeleinrichtung 30 die Ausgangsspannung des besagten Generators auf einem im wesentlichen vorgegebenen Wert zu halten versucht. Das zugehörige Drehmoment, das dann von der Antriebsmaschine 24 auf die Welle des Generators 10 gegeben wird, würde ausreichen, um die mechanische Kupplung zwischen der Antriebsmaschine und dem Generator zu beschädigen oder abzuscheren.
  • Die Begrenzungseinrichtung 80 sorgt dafür, daß bei bestimmten anomalen Betriebsbedingungen keine unzulässig hohe Erregung auf den Generator 10 gegeben wird. Dies gilt besonders bei Kurzschluß oder fehlerhaften Betriebsbedingungen auf den Sammelschienen 14, 16 und 18. Durch die Begrenzung der dem Generator 10 bei solchen anomalen Betriebsverhältnissen gelieferten Erregung bewirkt die. Begrenzungseinrichtung 80 auch eine Begrenzung des Drehmomentes, die von der Antriebsmaschine 24 auf die Welle des Generators 10 gegeben wird, und verhindert eine mögliche Beschädigung der mechanischen Kupplung zwischen der Antriebsmaschine und der Welle 31 des Generators.
  • Im einzelnen besteht die Begrenzungseinrichtung 80 aus einem Widerstand 27, der in Serie mit der Feldwicklung 22 des Erregers 20 geschaltet ist, wobei sich die Spannung am Widerstand mit dem Erregerstrom ändert, welcher der Erregerfeldwicklung 22 vom Magnetverstärker 60 geliefert wird. Um eine vorgegebene Begrenzungswirkung bei Kurzschluß oder fehlerhaften Betriebsverhältnissen zu erhalten, umfaßt die Begrenzungseinrichtung 80 auch eine. Halbleiterdiode 88, vorzugsweise von der als Zenerdiode bekannten Art. Die Halbleiterdiode 88 ist in Serie mit den Begrenzungswicklungen 150 bis 160 des Magnetverstärkers 60 geschaltet. Die Serienschaltung wird über die Leitungen 232, 234 und 236 mit der in Sperrichtung in den Stromkreis geschalteten Diode 88 an den Widerstand 27 angeschlossen. Die Diode 88 ist eine gebräuchliche Type, die in Sperrrichtung durchläßt, wenn die an die Diode gelegte Spannung einen vorgegebenen Wert überschreitet. Mit anderen Worten: So lange die Spannung am Widerstand 27, die sich mit dem Erregerstromfluß durch besagten Widerstand ändert, unterhalb einer kritischen Durchbruchspannung bleibt, bleibt der Strom durch die Diode und die Begrenzungswicklungen 150 bis 160 des Magnetverstärkers 60 auf einem vernachlässigbar kleinen Wert. Wenn jedoch der Erregerstromfluß durch den Widerstand 27 und die entsprechende Spannung am Widerstancl27 einen vorgegebenen Wert überschreitet, überschreitet die Spannung an der Diode 88 einen kritischen Wert, und der Strom fließt durch die Begrenzungswicklungen 150 bis 160 des Magnetverstärkers 60.
  • Die Wirkung der Begrenzungseinrichtung 80 und der Einfluß besagter Wirkung auf die Wirkung der Regeleinrichtung 30 wird jetzt betrachtet. Bei normalen Betriebsbedingungen des Generators 10 und der Regeleinrichtung 30 hat die Begrenzungseinrichtung 80 keinen Einfluß auf die Wirkungsweise der Regeleinrichtung 30. Das rührt daher, daß die Diode 88 in Sperrichtung in den Stromkreis geschaltet ist und keinen Stromfluß in den Begrenzungswicklungen 150 bis 160 des Magnetverstärkers 60 zuläßt, solange die Spannung am Widerstand 27 unter der kritischen zur Diode 88 gehörigen Durchbruchsspannung bleibt. Wenn jedoch Kurzschlüsse oder fehlerhafte Betriebsbedingungen auf den Sammelschienen 14, 16 und 18 vorliegen und die Regeleinrichtung 30 versucht, die Ausgangsspannung des Generators 10 auf einem im wesentlichen vorgegebenen Wert zu halten, erhöht sich der Erregerstromfluß durch den Widerstand 27, den der Magnetverstärker 60 liefert, und die entsprechende Spannung am Widerstand 27 steigt an, bis sie die kritische Durchbruchsspannung der Diode 88 überschreitet. Bei solchen anomalen Betriebsverhältnissen fließt der Strom vom oberen Ende des Widerstandes 27 über die Diode 88 und durch die Begrenzungswicklungen 150 bis 160 des Magnetverstärkers 60. Der magnetische Fluß, der von dem letzteren Stromfluß durch die Begrenzungswicklungen 150 bis 160 in den Eisenkernen 120 bis 130 hervorgerufen wird, ist, dem vom Stromfluß in den zugehörigen Lastwicklungen 132 bis 142 erzeugten magnetischen Fluß entgegengerichtet und verhindert so jeden weiteren Anstieg des Ausgangsstromes des Magnetverstärkers 60 und damit des Erregerstromes. Der Einfluß der Begrenzungseinrichtung 80 begrenzt also den von der Regeleinrichtung 30 der Feldwicklung 12 des Generators 10 gelieferten Erregerstrom auf einen im wesentlichen vorgegebenen Wert.
  • Der Einfluß der Wirkungsweise der Begrenzungseinrichtung 80 auf die Wirkungsweise der Regeleinrichtung 30 läßt sich besser verstehen, wenn man sich auf die Kurven 410 und 420 der Fig. 3 bezieht. Die Kurve 410 stellt den Erregerstrom dar, welcher der Feldwicklung 12 des Generators 10 durch die Regeleinrichtung 30 geliefert wird als Funktion des Ausgangsstromes des Generators 10 bei bestimmten anomalen Betriebsbedingungen, wenn die Begrenzungseinrichtung 80 nicht vorhanden ist. Es ist zu beachten, daß beim Fehlen der Begrenzungseinrichtung 80 die Regeleinrichtung 30 einen unzulässig hohen Erregerstrom für die Feldwicklung 12 des Generators 10 liefert, da der Ausgangsstrom des besagten Generators sich bei bestimmten anomalen Betriebszuständen erhöht. Die Kurve 420 zeigt den Erregerstrom, welcher der Feldwicklung 12 des Generators 10 bei denselben anomalen Betriebsverhältnissen geliefert wird, wenn eine Begrenzung durch das Arbeiten der Begrenzungseinrichtung 80 vorhanden ist. Vergleicht man die Kurven 410 und 420, so sieht man, daß der Einfluß der Wirkungsweise der Begrenzungseinrichtung 80 auf die Wirkungsweise der Regeleinrichtung 30 darin besteht, den der Feldwicklung 12 des Generators 10 gelieferten Erregerstrom bei bestimmten anomalen Betriebsverhältnissen auf einen viel geringeren Wert zu begrenzen. Da das Drehmoment, das auf die Welle 31 des Generators 10 gegeben wird, sich gleichfalls als eine Funktion des Erregerstromes oder mit dem Erregerstrom, welcher der Feldwicklung 12 des Generators 10 bei gewissen anomalen Betriebsbedingungen geliefert wird, ändert, besteht der Einfluß der Wirkungsweise der Begrenzungseinrichtung 80 darin, das Drehmoment, das der Welle des Generators 10 von der Antriebsmaschine 24 zugeführt wird, auf einen vorbestimmten Wert zu begrenzen. Die Kurve 310 stellt als Funktion des Ausgangsstromes des Generators das Drehmoment dar., das der Welle 31 des Generators 10 durch die Antriebsmaschine 24 bei gewissen anomalen Betriebsverhältnissen beim Fehlen der Begrenzungseinrichtung 80 zugeführt wird. Dagegen zeigt die Kurve 320 das Drehmoment, das der Welle des Generators, 10 von der Antriebsmaschine 24 zugeführt wird in Funktion des Ausgangsstromes besagten Generators bei denselben anomalen Betriebsverhältnissen und bei Begrenzung durch die Begrenzungseinrichtung 80. Vergleicht man die Kurven 310 und 320, so sieht man, daß dem Einfluß der Begrenzungseinrichtung 80 darin besteht, das Drehmoment, das der Welle des Generators 10 von der Antriebsmaschine 24 bei bestimmten anomalen Betriebsverhältnissen zugeführt wird, auf einen viel kleineren vorgegebenen Wert zu begrenzen, um so eine Beschädigung oder ein Abscheren der mechanischen Kupplung zwischen der Antriebsmaschine 24 und der Welle 31 des Generators 10 zu verhindern.
  • Die Fig. 2 zeigt eine abgeänderte Ausführung der Erfindung. Im allgemeinen ist die in Fig. 2 gezeigte Ausführung ähnlich der in Fig. 1 gezeigten. Lediglich die Regeleinrichtung 30' einschließlich der Begrenzungseinrichtung 80' ist geändert. Die Begrenzungseinrichtung 80' unterscheidet sich von der Begrenzungseinrichtung 80 nur in bezug auf die Art des verwendeten Begrenzungssignals. Das Begrenzungssignal in der Begrenzungseinrichtung 80' ändert sich mit der Spannung an der Erregerfeldwicklung 22 des Erregers 20 und nicht mit dem Erregerstrom durch besagte Feldwicklung wie in der Begrenzungseinrichtung 80. Der Widerstand 27 ist also weggelassen, wofür die Leitung 232 an die eine Seite der Feldwicklung 22 und die Leitung 234 an die andere Seite der Feldwicklung 22 geführt ist. Der Abgleich der Regeleinrichtung 30' ist derselbe wie bei der vorher beschriebenen Regeleinrichtung 30.
  • Im großen und ganzen ist die Wirkungsweise der Regeleinrichtung 30' ähnlich der der Regeleinrichtung 30 mit der Ausnahme, daß die begrenzende Wirkung der Begrenzungseinrichtung 80' einsetzt, wenn die Spannung der Erregerfeldwicklung 22 des Erregers 20 einen vorgegebenen Wert überschreitet, wodurch der Stromfluß durch die zugehörigem Begrenzungswicklungen 150 bis 160 des Magnetverstärkers 60 in der Regeleinrichtung 30' eingeleitet wird. Die in Fig. 1 gezeigte Ausführung der Erfindung wird vorgezogen, da die begrenzende Wirkung der Begrenzungseinrichtung 80' in der Regeleinrichtung 30' auf den für die Feldwicklung 12 des Generators 10 gelieferten Erregerstrom und das zugehörige Drehmoment, das auf die Welle 31 des Generators 10 durch die Antriebsmaschine 24 ausgeübt wird, leicht variieren würden mit Änderungen im Widerstand der Erregerfeldwicklung 22 des Erregers 20 und mit Änderungen der Umgebungstemperatur, in der das Gerät verwendet wird.
  • Die Erkenntnisse der Erfindung sind auch für Erregersysteme zu verwenden, die keinen getrennten rotierenden Erreger haben, wie etwa den in Fig. 1 und 2 der Zeichnungen gezeigten Erreger 20, sondern bei denen der Erregerstrom direkt auf die Feldwicklung 12 des Generators 10 gegeben werden kann.
  • Es ist selbstverständlich, daß die Erkenntnisse der Erfindung bei ähnlichen Arten von Erregereinrichtungen verwendet werden können, bei denen man die Erregung aus Mitteln erhält, die sowohl auf den Ausgangsstrom als auch auf die Ausgangsspannung einer dynamoelektrischen Maschine, wie etwa eines Synchrongenerators, ansprechen. Anstatt z. B., wie es geschehen ist, eine Regeleinrichtung von der Art eines Magnetverstärkers zu verwenden, kann die Erregung auch von Regeleinrichtungen gesteuert werden, die Elektronenröhren oder Halbleiteranordnungen verwenden, wie etwa Transistoren, und die offenbarten Begrenzungseinrichtungen können dazu verwendet werden, um die bei bestimmten Betriebsverhältnissen gelieferte Erregung zu begrenzen. Es ist auch selbstverständlich, d'aß andere Typen von Halbleitergeräten, die eine kritische Durchbruchspannung bei Betrieb in Sperrichtung in ihren Volt-Ampere-Kennlinien haben, wie etwa Doppelbasisdioden, ähnlich an Stelle der Halbleiterdiode 88 verwendet werden können. Es können auch eine oder mehrere herkömmliche Dioden an Stelle der Halbleiterdiode 88 in einer besonderen Anordnung verwendet werden, bei der besagte Dioden in Durchlaßrichtung geschaltet werden und bei denen die Schwellspannung besagter Dioden dazu dient, einen Stromfluß in den zugehörigen Begrenzungswicklungen 150 bis 160 des Magnetverstärkers 60 zu verhindern, bis das auf besagte Dioden gegebene Begrenzungssignal einen vorgegebenen Wert überschreitet.
  • Die Einrichtung gemäß der Erfindung hat die Vorteile, daß der Erregerstrom, der von einer Erregereinrichtung und ihrer zugehörigen Regeleinrichtung geliefert wird, bei normalen Betriebsbedingungen nicht begrenzt oder beeinflußt wird. Bei gewissen anomalen Betriebsverhältnissen wird jedoch durch die Begrenzungsmittel der Erregerstrom der dynamoelektrischen Maschine, ebenso wie das Drehmoment, das auf die Welle der Maschine durch die zugehörige Antriebsmaschine gegeben wird, auf im wesentlichen vorgegebene Werte begrenzt und so eine Beschädigung der mechanischen Kupplung zwischen besagter Antriebsmaschine und der Welle besagten Generators verhindert.

Claims (4)

  1. PATENTANSPRÜCHE 1. Steuereinrichtung für Mehrphasensynchrongeneratoren mit einer Schaltungsanordnung, durch die der Erregerwicklung des Generators unter Einsatz von steuerbaren Verstärkereinheiten eine Spannung zugeführt wird, die sich als abgeleitete Resultierende aus Generatorstrom und Netzspannung ergibt, unter Verwendung einer aus dem Netz gespeisten Spannungsvergleichsschaltung, die bei Abweichungen der Netzspannung von ihrer eingestellten Sollspannung eine entsprechende Nachsteuerung des Verstärkers und damit der Erregerspannung der Generatoren bewirkt, gekennzeichnet durch den Einsatz einer Begrenzungseinrichtung, die bei Überschreiten einer vorgegebenen Maximalerregung durch Erfassen der Erregerspannung und/oder des Erregerstromes die Aussteuerung des Verstärkerelementes herabsetzt.
  2. 2. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch den Einsatz eines spannungsabhängigen Elementes, insbesondere einer Zenerdiode derart, daß bei Überschreiten einer vorgegebenen Erregerspannung und/oder eines entsprechenden Erregerstromes der Ansprechwert des spannungsabhängigen Elementes überschritten und damit ein die Verstärkung herabsetzender Steuerstromkreis geschlossen wird.
  3. 3. Steuereinrichtung nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet durch einen im Erregerkreis liegenden Widerstand, an dem die dem spannungsabhängigen Element und einem nachgeschalteten Steuerkreis, z. B. einer Steuerwicklung zugeführte Spannung abgegriffen wird.
  4. 4. Steuereinrichtung nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet durch den Einsatz einer Schwellwertdiode, vorzugsweise auf Halbleiterbasis. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 1000 910; USA.- Patentschrift Nr. 2 709 776.
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