DE1091202B

DE1091202B - Arrangement for keeping the output voltage of alternating current generators constant with means for compensating the harmonic error

Info

Publication number: DE1091202B
Application number: DEL32021A
Authority: DE
Inventors: Werner Krausse
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1958-12-18
Filing date: 1958-12-18
Publication date: 1960-10-20

Description

Anordnung zur Konstanthaltung der Ausgangsspannung von Wechselstromgeneratoren mit Mitteln zur Kompensation des Oberwellenfehlers Bei Einrichtungen zur Konstanthaltung der Ausgangsspannung von Wechselstromgeneratoren ist es bereits bekannt, die Ausgangswechselspannung des Generators mittels einer Gleichrichteranordnung gleichzurichten und diese veränderliche Gleichspannung beispielsweise einem sogenannten Röhrenregler zuzuführen, der wiederum entsprechend der auftretenden Abweichungen der Ausgangsspannung vom Sollwert auf den Wechselstromgenerator einwirkt. Für derartige Einrichtungen verwendete Gleichrichteranordnungen sind beispielsweise durch die deutsche Patentschrift 691890 bekannt. Bekanntlich treten bei derartigen Generatoren die dritte und fünfte Oberwelle als Störgrößen in Erscheinung, so daß die Ausgangsspannung des Generators beträchtlich von der Sinusform abweichen kann. In diesem Fall ergeben sich bei Anwendung der bekannten Gleichrichteranordnung erhebliche Fehler. Um diesen Nachteil zu vermeiden, ist es auch bereits bekannt, Gleichrichteranordnungen zu verwenden, bei denen der störende Einfluß der Oberwellen durch eine weitere von der Belastung abhängige Gleichspannung, die in den Ausgangskreis der Gleichrichteranordnung nach der deutschen Patentschrift 691890 eingeführt ist, kompensiert wird (deutsches Patent 900 112). In diesem Fall wird die von der Belastung des Wechselstromgenerators abhängige Gleichspannung mittels eines in der Speiseleitung des Generators angeordneten Stromwandlers erzeugt, an dessen Sekundärseite über ein Potentiometer ein Gleichrichter geschaltet ist, dessen Ausgangsgleichspannung mit der Ausgangsgleichspannung einer weiteren Gleichrichteranordnung in Reihe geschaltet ist, die den zu kompensierenden Oberwellenfehler aufweist.Arrangement for keeping the output voltage of AC generators constant with means for compensating the harmonic error In devices for keeping the output voltage of AC generators constant, it is already known to rectify the output AC voltage of the generator by means of a rectifier arrangement and to feed this variable DC voltage, for example, to a so-called tube regulator, which in turn depends on the deviations that occur the output voltage from the set point acts on the alternator. Rectifier arrangements used for such devices are known, for example, from German patent specification 691890 . It is known that the third and fifth harmonics appear as disturbance variables in generators of this type, so that the output voltage of the generator can deviate considerably from the sinusoidal shape. In this case, the known rectifier arrangement results in considerable errors. In order to avoid this disadvantage, it is already known to use rectifier arrangements in which the disturbing influence of the harmonics is compensated for by a further DC voltage, which is dependent on the load and which is introduced into the output circuit of the rectifier arrangement according to German patent specification 691890 (German Patent 900 112). In this case, the DC voltage, which is dependent on the load on the alternator, is generated by means of a current transformer arranged in the supply line of the generator, on the secondary side of which a rectifier is connected via a potentiometer, the output DC voltage of which is connected in series with the output DC voltage of a further rectifier arrangement which is connected to the has compensating harmonic errors.

Die bekannte, aus Stromwandler, Potentiometer und Gleichrichter bestehende Hilfsgleichrichteranordnung zur Kompensation des Oberwellenfehlers besitzt den entscheidenden Nachteil, daß durch sie die Phasenverschiebung zwischen der Grundwelle und der Oberwelle der Wechselspannungen nicht berücksichtigt wird. Am Ausgang dieser Hilfsgleichrichteranordnung tritt also eine Gleichspannung auf, die nur dem Betrag der Oberwelle entspricht, während am Ausgang der mit dem Oberwellenfehler behafteten Gleichrichteranordnung eine Spannung auftritt, die einen Fehler nach Betrag der Oberwelle und nach der Phasenlage von Oberwelle zur Grundwelle aufweist.The well-known one, consisting of a current transformer, potentiometer and rectifier Auxiliary rectifier arrangement for compensation of the harmonic error has the decisive one Disadvantage that they cause the phase shift between the fundamental wave and the harmonic the alternating voltages is not taken into account. At the output of this auxiliary rectifier arrangement if there is a direct voltage that only corresponds to the magnitude of the harmonic, while at the output of the rectifier arrangement afflicted with the harmonic error a voltage occurs, which is an error according to the magnitude of the harmonic and according to the Has phase position of harmonic to the fundamental wave.

Die bekannte Hilfsgleichrichteranordnung ist eine im wesentlichen vom Belastungsstrom abhängige Einrichtung, die für eine bestimmte Belastung wirksam ist. Eine Abhängigkeit vom Leistungsfaktor ist nicht enthalten. Bei nichtlinearen Belastungen, z. B. durch Magnetisierungsströme von Induktivitäten mit Eisenkern, tritt ein Oberwellenfehler des Stromes gegenüber der Generatorspannung auf, deren Oberwellenfehler im Meßglied aber kompensiert werden soll.The known auxiliary rectifier arrangement is essentially one Device dependent on the load current that is effective for a specific load is. A dependency on the power factor is not included. With non-linear Loads, e.g. B. by magnetizing currents from inductors with an iron core, If a harmonic error occurs in the current compared to the generator voltage, its However, harmonic errors in the measuring element should be compensated.

Die obengenannten Nachteile der bekannten Gleichrichter- und Hilfsgleichrichteranordnungen (deutsche Patente 691890 und 900 112) werden durch die Erfindung in einfacher Weise vermieden. Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Konstanthaltung der Ausgangsspannung von Wechselstromgeneratoren mittels Gleichrichter- und Verstärkeranordnungen, bei der der störende Einfluß von Oberwellen durch eine Hilfsgleichspannung, die als Gegenspannung in den Ausgangskreis der Gleichrichteranordnung geschaltet ist, kompensiert wird. Die Erfindung ist gekennzeichnet durch eine der Gleichrichteranordnung entgegengeschaltete Hilfsgleichrichteranordnung, bei der aus der konstant zu haltenden Meßwechselspannung eine Grundwellenhilfsspannung und eine der Oberwelle entsprechende Hilfswechselspannung abgeleitet, in Reihe geschaltet und die so erhaltene Wechselspannung gleichgerichtet wird, wobei die gegenseitige Phasenlage von Grund- und Oberwelle dieser Wechselspannung derart zu der an der Gleichrichteranordnung auftretenden Meßwechselspannung eingestellt ist, daß der durch die Oberwelle hervorgerufene Fehler des Gleichspannungswertes der Gleichrichteranordnung kompensiert ist.The above-mentioned disadvantages of the known rectifier and auxiliary rectifier arrangements (German patents 691890 and 900 112) are avoided in a simple manner by the invention. The invention relates to an arrangement for keeping the output voltage of alternators constant by means of rectifier and amplifier arrangements, in which the disturbing influence of harmonics is compensated for by an auxiliary DC voltage which is connected as a counter voltage to the output circuit of the rectifier arrangement. The invention is characterized by an auxiliary rectifier arrangement connected in opposition to the rectifier arrangement, in which an auxiliary fundamental wave voltage and an auxiliary alternating voltage corresponding to the harmonic are derived from the measured alternating voltage to be kept constant, connected in series and the alternating voltage thus obtained is rectified, the mutual phase position of the fundamental and harmonic of these AC voltage is set in relation to the measuring AC voltage occurring at the rectifier arrangement in such a way that the error in the DC voltage value of the rectifier arrangement caused by the harmonic is compensated.

Die Erfindung wird mit weiteren vorteilhaften Ausbildungen an Hand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dieses Ausführungsbeispiel bezieht sich auf eine Anordnung zur Konstanthaltung der Ausgangsspannung eines Wechselstromgenerators mittels eines Röhrenreglers. Es wird bemerkt, daß die Erfindung jedoch nicht auf dieses Anwendungsbeispiel beschränkt ist.The invention is illustrated with further advantageous developments an embodiment shown schematically in the drawing explained in more detail. This embodiment relates to an arrangement for keeping the Output voltage of an alternator using a tube regulator. It will notes that the invention is not limited to this application example is.

Mit 1 ist ein Wechselstromerzeuger bezeichnet, dessen Ausgangsspannung RST konstant gehalten werden soll. Die Erregerwicklung 2 des Generators 1 ist dabei an einen schematisch dargestellten und an sich bekannten Röhrenregler 3 geschaltet, von welchem lediglich die Eingangsstufe 3a näher dargestellt ist. Die konstant zu haltende Ausgangsspannung des Generators ist an eine an sich bekannte Gleichrichteranordnung 4 geschaltet, die aus einem Transformator 5, einem Gleichrichter 6, einer Siebkette 7 und einer Brückenschaltung 8 besteht. An den Diagonalpunkten 9, 10 der Brückenschaltung 8 tritt beispielsweise eine Gleichspannung auf, die der benötigten Gittervorspannung der Eingangsstufe 3 a entspricht.1 with an alternator is referred to, the output voltage RST must be kept constant target. The excitation winding 2 of the generator 1 is based on a schematically illustrated and known tube regulator 3 switched, of which only the input stage 3a is shown in more detail. The output voltage of the generator to be kept constant is known per se Rectifier arrangement 4 connected, which consists of a transformer 5, a rectifier 6, a sieve chain 7 and a bridge circuit 8. At the diagonal points 9, 10 of the bridge circuit 8 occurs, for example, a DC voltage that the required grid bias of the input stage 3 a corresponds.

Wie bereits oben bemerkt, ist die Ausgangsspannung des Generators 1 nicht sinusförmig und weist insbesondere die dritte Oberwelle auf. Eine weitere Verzerrung tritt durch den Gleichrichter 6 der Gleichrichteranordnung 4 auf. Die durch die Oberwellen und die Charakteristik des Gleichrichters 6 bedingten Fehler treten in der Brückenausgangsgleichspannung9, 10 auf. Gemäß der Erfindung werden diese Fehler kompensiert, indem eine weitere Hilfsgleichrichteranordnung 11 vorgesehen ist, die der Gleichrichteranordnung 4 entgegengeschaltet ist und bei der aus der Wechselspannung des Generators 1 mittels des Transformators 12 eine vorzugsweise konstante Grundwellenhilfsspannung und mittels einer Oberwellenbrückenschaltung 13 eine dem Betrag der Oberwelle entsprechende Hilfswechselspannung abgeleitet wird. Beide Hilfsspannungen sind in Reihe geschaltet, und die so erhaltene Wechselspannung ist an einen Gleichrichter 14 geführt. Im Primärkreis des Transformators 12 ist ein aus Widerstand 15 und Kondensator 16 bestehendes Phasenschieberglied angeordnet. Die Phasenverschiebung von Grundwelle zur Oberwelle bei der am Gleichrichter 14 der Hilfsanordnung 11 auftretenden Wechselspannung wird in bezug zur gegenseitigen Phasenlage von Grund- und Oberwelle der Wechselspannung der Gleichrichteranordnung 4 derart eingestellt, daß amAusgang desGleichrichters14 derHilfsgleichrichteranordnung 11 eine Gleichspannung entsteht, die den in der Gleichrichteranordnung 4 vorhandenen Oberwellenfehler kompensiert. Durch die Verwendung des Konstantspannungstransformators 12 wird die an diesem auftretende Sekundärspannung trotz Änderung der Ausgangsspannung des Generators über einen weiten Bereich konstant bleiben, so daß die Gleichspannung der Hilfsgleichrichteranordnung il nur vom Oberwellengehalt der Ausgangsspannung des Generators abhängig ist. Die durch den Transformator 12 erzeugte »Grundgleichspannung« wird, wie ersichtlich, gegen die eigentliche Gitterv orspannung der Gleichrichteranordnung 4 geschaltet und somit kompensiert. Die Einstellung der Phasenlage von Grund-und Oberwelle der Wechselspannung der Hilfsgleichrichteranordnung 11 kann gegebenenfalls durch eine entsprechende Phasenverschiebung der Brückenspannung der Anordnung 13 erfolgen. Der die Oberwellenbrückenschaltung 13 und den Primärkreis des Transformators 12 speisende Transformator 17 dient lediglich zur Anpassung an die Generatorspannung.As already noted above, the output voltage of the generator 1 is not sinusoidal and in particular has the third harmonic. A further distortion occurs due to the rectifier 6 of the rectifier arrangement 4. The errors caused by the harmonics and the characteristics of the rectifier 6 occur in the bridge output DC voltage 9, 10. According to the invention, these errors are compensated by providing a further auxiliary rectifier arrangement 11, which is connected in opposition to the rectifier arrangement 4 and in which a preferably constant fundamental auxiliary voltage is generated from the alternating voltage of the generator 1 by means of the transformer 12 and a harmonic bridge circuit 13 is used to generate a harmonic magnitude Auxiliary AC voltage is derived. Both auxiliary voltages are connected in series, and the alternating voltage thus obtained is fed to a rectifier 14. In the primary circuit of the transformer 12 , a phase shifter element consisting of a resistor 15 and a capacitor 16 is arranged. The phase shift from the fundamental wave to the harmonic in the alternating voltage occurring at the rectifier 14 of the auxiliary arrangement 11 is set in relation to the mutual phase position of the fundamental and harmonic of the alternating voltage of the rectifier arrangement 4 in such a way that a direct voltage occurs at the output of the rectifier 14 of the auxiliary rectifier arrangement 11 which corresponds to that in the rectifier arrangement 4 existing harmonic errors compensated. By using the constant voltage transformer 12, the secondary voltage occurring at this will remain constant over a wide range despite the change in the output voltage of the generator, so that the DC voltage of the auxiliary rectifier arrangement il is only dependent on the harmonic content of the output voltage of the generator. The “basic direct voltage” generated by the transformer 12 is, as can be seen, switched against the actual grid bias voltage of the rectifier arrangement 4 and thus compensated. The setting of the phase position of the fundamental and harmonic waves of the alternating voltage of the auxiliary rectifier arrangement 11 can, if necessary, take place by means of a corresponding phase shift of the bridge voltage of the arrangement 13. The transformer 17 feeding the harmonic bridge circuit 13 and the primary circuit of the transformer 12 is only used to adapt to the generator voltage.

Die Fig. 2 zeigt eine vereinfachte Ausführung der Hilfsgleichrichteranordnung 11 nach der Fig. 1. Die Ausbildung nach der Fig. 2 benötigt nur noch einen einzigen Transformator 21 mit zwei Sekundärwicklungen 22, 23. An die Wicklungen 22 ist dabei die Oberwellenbrückenschaltung 13 geschaltet, während an die Wicklung 23 ein aus Widerstand und Kondensator bestehender Phasenschieber24 geschaltet ist. Die Diagonalspannung der Brücke 13 und die Spannung des Phasenschiebergliedes sind wieder in Reihe geschaltet und an einen Gleichrichter 14 geführt, an dessen Ausgang 26 eine Spannung auftritt, die den in der nicht dargestellten anderen Gleichrichteranordnung vorhandenen Oberwellenfehler kompensiert.2 shows a simplified embodiment of the auxiliary rectifier arrangement 11 according to FIG. 1. The embodiment according to FIG. 2 only requires a single one Transformer 21 with two secondary windings 22, 23. The windings 22 are included the harmonic bridge circuit 13 is switched on, while the winding 23 is on off Resistance and capacitor of existing phase shifter 24 is connected. The diagonal tension the bridge 13 and the voltage of the phase shifter element are again connected in series and fed to a rectifier 14, at whose output 26 a voltage occurs, the harmonic errors present in the other rectifier arrangement (not shown) compensated.

Bei der Ausbildung nach der Fig. 3 ist der Phasenschieber 24 in der Diagonale der Oberwellenbrückenschaltung 13 angeordnet.In the embodiment according to FIG. 3, the phase shifter 24 is in the Arranged diagonally of the harmonic bridge circuit 13.

Die Anordnung ist für, jeden Leistungsfaktor der Belastung optimal wirksam. Sie ist unabhängig vom Belastungsstrom und nimmt die Störgröße aus der Generatorspannung, die den Regelfehler im Meßglied hervorruft. Nichtlineare Belastungen werden mit ihrer wahren Rückwirkung auf die Spannung des Generators erfaßt.The arrangement is optimal for, every load factor effective. It is independent of the load current and takes the disturbance from the Generator voltage that causes the control error in the measuring element. Nonlinear loads are recorded with their true effect on the voltage of the generator.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Arrangement for keeping the output voltage of alternating current generators constant by means of rectifier and amplifier arrangements, in which the disturbing influence of harmonics is compensated by an auxiliary DC voltage which is connected as a counter voltage to the output circuit of the rectifier arrangement, characterized by an auxiliary rectifier arrangement connected opposite to the rectifier arrangement, in which a fundamental wave auxiliary voltage and an auxiliary alternating voltage corresponding to the harmonic are derived from the measured alternating voltage, which is to be kept constant, connected in series and the alternating voltage obtained in this way is rectified, the mutual phase position of the fundamental and harmonic of this alternating voltage being set in relation to the measured alternating voltage occurring at the rectifier arrangement that the error in the DC voltage value of the rectifier arrangement caused by the harmonic is compensated.

2. Rectifier arrangement according to claim 1, characterized in that the measuring AC voltage via phase-dependent elements (15, 16) feeds a transformer (12) which generates the fundamental wave voltage, and that the measuring AC voltage also feeds a harmonic bridge circuit (11) via a transformer (17) , whereby the output voltages of the transformer (12) and the bridge circuit (13) are connected in series, and that this series circuit is fed to a rectifier (14), at the output of which a direct voltage is produced which is dependent on the harmonic and its phase position relative to the fundamental wave (Fig. 1 ).

3. Rectifier arrangement according to claim 1, characterized in that the auxiliary rectifier arrangement consists of a single Transformer (21) with two secondary windings (22, 23) consists of one Winding (23) a phase-shiftable (24) fundamental wave voltage can be removed and the harmonic bridge circuit (13) is connected to the other winding (22) is (Fig. 2).

4. rectifier arrangement according to claim 3, characterized in that that the phase shifter (24) in the diagonal branch of the harmonic bridge circuit (13) is switched (Fig. 3). Publications considered: German patent specification No. 900112.