DE1002453B

DE1002453B - Compounded exciter for alternating current synchronous generators

Info

Publication number: DE1002453B
Application number: DEK18301A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Heinrich Ott
Original assignee: A VAN KAICK IAAVKIA GENERATORE
Current assignee: A VAN KAICK IAAVKIA GENERATORE
Priority date: 1953-06-03
Filing date: 1953-06-03
Publication date: 1957-02-14

Description

Kompoundierte Erregermaschine für Wechselstrom-Synchron-Generatoren Bei den bekannten Kompoundierungen von Wechselstrom-Synchron-Generatoren, bei welchen der Laststrom des Generators über einen Stromwandler und Gleichrichter in eine besondere. Zusatzerregerspule des meist als Außenpoltyp gebauten Synchron-Generators eingeführt wird, besteht der Nachteil, daß die von Arnold in dem Buch »Die Wechselstromtechnik«, Bd. 4, 1913, S. 123, angegebene Beziehung: ie=A-Ucos.g+B.T.sin(p+ß) nicht erfüllt werden kann, weil nur der Strom und nicht auch die Spannung für die Kompoundierung berücksichtigt wird. Mithin kann die: geschilderte Kompoundierungsanordnung die Klemmenspannung nur für einen einzigen Leistungsfaktor konstant halten.Compounded exciter for alternating current synchronous generators In the known compounding of alternating current synchronous generators, in which the load current of the generator through a current transformer and rectifier into a special. Additional excitation coil of the synchronous generator, which is usually built as an external pole type, was introduced becomes, there is the disadvantage that Arnold in the book "Die Wechselstromtechnik", Vol. 4, 1913, p. 123, given relationship: ie = A-Ucos.g + B.T.sin (p + ß) not fulfilled can be because only the current and not also the voltage for the compounding is taken into account. Thus, the compounding arrangement described can the Keep terminal voltage constant for a single power factor only.

Diesen Nachteil hat auch die andere bekannte Kompoundierungseinrichtung mittels Stromwandler und Gleichrichter, bei welcher der gleichgerichtete Laststrom nicht den Hauptpolen des Generators, sondern den Erregerpolen der Erregermaschine zugeführt wird; obgleich hier nur ein, geringer Bruchteil der Leistung und damit des wirtschaftlichen Aufwandes erforderlich ist.The other known compounding device also has this disadvantage by means of current transformers and rectifiers, in which the rectified load current not the main poles of the generator, but the exciter poles of the exciter machine is fed; although here only a small fraction of the performance and thus the economic effort is required.

Es sind zwar auch schon Kompoundierungsanordnungen bekanntgeworden, bei welchen die Klemmenspannung der Wechselstrommaschine unabhängig vom Leistungsfaktor konstant gehalten werden kann. Bei diesen Anordnungen ist nach der oben angeführten Gleichung für den Erregerbedarf ein spannungsabhängiger und ein stromabhängiger Teil der Erregung nötig, wofür gewöhnlich zwei Transformatoren, nämlich ein Nebenschluß- oder Spannungstransformator und ein Hauptschluß- oder Stromtransformator, verwendet werden, deren Sekundärwicklungen in Reihe geschaltet und: über einen Gleichrichten den Haupterregerpolen der Wechselstrom-Synchron-Maschine zugeführt sind.Compounding arrangements have already become known, at which the terminal voltage of the alternator is independent of the power factor can be kept constant. For these arrangements, follow the one given above Equation for the excitation requirement one voltage-dependent and one current-dependent Part of the excitation is necessary, for which usually two transformers, namely a shunt or voltage transformer and a main circuit or current transformer are used whose secondary windings are connected in series and: via a rectifier are fed to the main exciter poles of the AC synchronous machine.

Schwierigkeiten bei der Selbsterregung hat man durch vorgeschaltete Drosselspulen beseitigt. Es wurde auch, vorgeschlagen, die primäre Spannungswicklung und Stromwicklung @in einem einzigen Kompoundierungstransformator zu vereinigen. Der Nachteil dieser Kompoundierungstransformatoren. in Verbindung mit den für die Selbsterregung erforderlichen Drosselspulen ist ihr außergewöhnlich hoher technischer und wirtschaftlicher Aufwand, insbesondere auch der Platzbedarf und das Gewicht, so daß diese Ausführungen kaum Eingang in die Praxis gefunden haben.Difficulties in self-excitement are caused by upstream Choke coils eliminated. It has also been suggested, the primary voltage winding and current winding @ in a single compounding transformer. The disadvantage of these compounding transformers. in connection with the for the Self-excitation required choke coils is their exceptionally high technical level and economic effort, in particular the space requirement and weight, so that these statements have hardly found their way into practice.

Es wurde auch schon versucht, eine Kompoundierung mit Berücksichtigung des Leistungsfaktors dadurch zu erreichen, daß man die Kompoundierung direkt auf die Erregermaschine einwirken läßt. Hierbei wurde unter Verwendung äußerst komplizierter Einrichtungen, bei welchen mehrfach Spannungsdifferenzen gebildet werden müssen und eine Vielzahl vom Widerständen, Drosseln, Gleichrichtern usw. erforder-` lieh ist, ein Kompoundierungsstrom durch die Erregerwicklung der Erregermaschine geleitet, der bei Leerlauf und bei bestimmten Phasenlagen = 0 ist, also gerade bei Belastung einen beträchtlichen Wert annehmen muß.Attempts have also been made to take compounding into account of the power factor can be achieved by starting the compounding directly allows the exciter to act. This became extremely complicated using Devices in which multiple voltage differences have to be formed and a variety of resistors, chokes, rectifiers, etc. required a compounding current is passed through the excitation winding of the excitation machine, which is = 0 when idling and with certain phase positions, i.e. especially when there is a load must assume a considerable value.

Demgegenüber besteht die Erfindung darin, daß die von der Sekundärseite eines Kompoundtransformators abgenommene Zusatzerregung der normalen Nebenschlußerregung (Selbsterregung) der Erregermasehine entgegenwirkt und bei zunehmender Belastung des Generators abnimmt.In contrast, the invention consists in that from the secondary side additional excitation of the normal shunt excitation taken from a compound transformer (Self-excitement) counteracts the pathogen phase and with increasing stress of the generator decreases.

Es ergibt sich auf diese Weise eine technisch einfache und vor allem sehr wirtschaftliche Kompoundierungsanordnung, bei welcher die Zusatzerregung so eingestellt sein kann, draß sie während des Normalbetriebs, also bei Belastung des Generators, ihren geringsten Wert und damit die geringsten Verluste hat: Ferner ist die Kompoundierung begrenzt, die Maschine kann sich also nicht aufschaukeln und eignet sich infolgedessen ausgezeichnet für den Parallelbetrieb. Weiterhin speist nur der Kompoundierungstransformator, so daß die Erregerwicklung der Erregermaschine verhältnismäßig klein ausgebildet sein kann (Relaiswirkung).In this way, a technically simple and, above all, results very economical compounding arrangement in which the additional excitation so can be set, it can be set during normal operation, i.e. when the Generator, has its lowest value and therefore the lowest losses: Furthermore the compounding is limited, so the machine cannot build itself up and is therefore ideally suited for parallel operation. Continues to dine only the compounding transformer, so that the excitation winding of the excitation machine can be made relatively small (relay effect).

Vorzugsweise werden die Pole der Erregermaschine mit einer für die Vollasterregung beim Nennleii,stungsfaktor ausreichenden Haupterregerwicktuung und; mit einer der Haupterregung gegenwirkenden, beim Leerlauf eine resultierende Erregung gleich der Leerlauferregung des Generators gewährleistenden Zusatzerregerwicklung ausgestattet. Zweckmäßigerweise wird die Zusatzerregerwicklung über einen Gleichrichter von der Sekundärwicklung des Kompoundtransformators gespeist.Preferably, the poles of the exciter with one for the Full throttle excitation at the nominal power, power factor sufficient main excitation and; with one that counteracts the main excitation, resulting in an excitation when idling same the no-load excitation of the generator ensuring additional excitation winding. Appropriately, the additional field winding is via a rectifier of the Secondary winding of the compound transformer fed.

Wie weiter gefunden wurde, empfiehlt es sich, den Kompoundtransformator mit drei Primärwicklungen auszurüsten, und zwar einer Stromwicklung, einer über einen Ohmschen Widerstand gespeisten Spannungswicklung und einer gegengeschalteten, über einen Kondensator gespeisten Spannungswicklung, die zur genaueren Abgleichung der Erregung mit Anzapfüngen versehen ist. Die drei Erregungen wirken vektoriell so zusammen, daß für einen größeren Bereich der Schwankungen des Leistungsfaktors eine konstante Klemmenspannung des Generators erreicht wird. Zu diesem Zweck wird z. B. für Vollast und Nennleistungsfaktor die vektorielle Summe der drei Erregungen so gewählt, daß sie sich zu Null aufheben. Diese Aufhebung zu Null ist z. B. ohne weiteres auch möglich, wenn die Maschine für einen anderen Leistungsfaktorbereich bestimmt ist. Soll die Spannung beispielsweise für Leistungsfaktoren zwischen 0,7 und 1 konstant bleiben und zugleich eine Überlast von 1250/o bei konstanter Spannung möglich sein, so wird der vektorielle Nullwert zweckmäßigerweise für 1250/o Strom und den Leistungsfaktoir 0,7 festgelegt.As was further found, it is advisable to use the compound transformer to equip with three primary windings, namely one current winding, one over an ohmic resistor fed voltage winding and an opposing, Voltage winding fed via a capacitor, which is used for more precise adjustment the excitation is provided with taps. The three excitations have a vectorial effect so together that for a larger range of fluctuations in the power factor a constant terminal voltage of the generator is achieved. To this end, will z. B. for full load and nominal power factor the vector sum of the three excitations chosen so that they cancel each other out to zero. This cancellation to zero is z. Bean Another option is also possible if the machine is designed for a different power factor range is determined. For example, should the voltage be for power factors between 0.7 and 1 remain constant and at the same time an overload of 1250 / o at constant voltage be possible, the vectorial zero value is expediently for 1250 / o current and the power factor 0.7.

Weiter ist es vorteilhaft, wenn parallel zu der vom Laststrom durchflossenen Stromspule ein regelbarer Ohmscher Widerstand geschaltet eist. Dieser dient insbesondere zum genaueren vektoriellen Abgleich der drei Wicklungen des Kompoundtransformators.It is also advantageous if the load current flows parallel to the one through which the load current flows Current coil is a controllable ohmic resistor connected. This serves in particular for a more precise vectorial adjustment of the three windings of the compound transformer.

Einen besonders großen Vorteil hat die kompoundierbe Erregermaschine insofern, als sie eine große Erregerreserve, z. B. für die Zwecke der Schnellerregung, etwa für Schneilbereitschaftsanlagen, besitzt.The compounding exciter has a particularly great advantage insofar as they have a large reserve of pathogens, e.g. B. for the purpose of high-speed excitation, for example for snow-ready systems.

In weiterer Ausgestaltung dieser vorteilhaften Eigenschaft wird der Unterschied zwischen Haupterregung und Leerlauferregung verhältnismäßig groß gewählt werden.In a further embodiment of this advantageous property, the Difference between main excitation and idle excitation selected to be relatively large will.

Die kompoundierte Erregermaschine hat ferner den großen Vorteil, daß die Kompeundierung begrenzt ist und sich die Maschine nicht aufschaukeln kann. Infolgedessen eignet sie sich ausgezeichnet für Parallelbetrieb, z. B. von zwei oder mehreren Generatoren untereinander oder mit dem Netz.The compounded exciter machine also has the great advantage that the compounding is limited and the machine cannot build up. Consequently it is ideal for parallel operation, e.g. B. of two or more Generators with each other or with the network.

Weitere Merkmale der Erfindung sind aus der Zeichnung zu ersehen. Es zeigt Fig. 1 ein Schaltbild für einen einphasigen Generator und Fig. 2 ein Vektordiagramm der drei durch Ströme veranschaulichten Erregungen des Kompoundtransformators, wobei die Erregungen in bekannter Weise durch die sie durchfließendten Ströme dargestellt sind.Further features of the invention can be seen from the drawing. 1 shows a circuit diagram for a single-phase generator and FIG. 2 shows a vector diagram of the three excitations of the compound transformer illustrated by currents, where the excitations represented in a known manner by the currents flowing through them are.

Die einphasige Synchron-Maschine 1 'kann, wie durch, die strichpunktierte Linie 2 angedeutet ist, mit der Erregermaschine 3 der Synchron-Maschine mechanisch gekuppelt sein. Die Synchron-Maschine ist im dargestellten Beispiel als Innenpoltyp veranschaulicht; sie kann ebensogut aber auch als Außenpoltyp ausgebildet sein.The single-phase synchronous machine 1 'can, as indicated by the dash-dotted line Line 2 is indicated, with the exciter 3 of the synchronous machine mechanically be coupled. In the example shown, the synchronous machine is an internal pole type illustrates; however, it can just as well be designed as an outer pole type.

Die Erregerwicklung 4 auf dem nur als Kreis dargestellten Polrad der Synchron-Maschine liegt an den Bürsten A, B der kompoundierten Erregermaschine 3.The excitation winding 4 on the pole wheel shown only as a circle The synchronous machine lies on the brushes A, B of the compounded exciter 3.

An den Bürsten A, B liegt außerdem im Nebenschluß und über einen Regelwiderstand :6 die Haupterregerwicklung 7 der Erregermaschine, deren Feldrichtung mit dem Pfeil 8 bezeichnet ist. In derselben magnetischen Achse der Erregerwicklung 7 liegt die ihr (Pfeil 8') gegenwirkende Zusatzerregerwicklung 9, die über den Gleichrichter 10 an die Sekundärldemmen 11, 12 des Kompoundtransformators gelegt ist.Brushes A, B are also shunted and via a rheostat : 6 the main excitation winding 7 of the excitation machine, whose field direction is indicated by the arrow 8 is designated. In the same magnetic axis of the excitation winding 7 lies the her (arrow 8 ') counteracting additional excitation winding 9, which is via the rectifier 10 is placed on the secondary terminals 11, 12 of the compound transformer.

Auf der Primärseite des Kompoundtransformators liegen die drei gemäß der Erfindung vorgesehenen Primärwicklungen 13, 14, 15. Die Wicklung 13 ist die vom Generatorlaststrom durchflossene Stromwicklung; sie liegt an U und R, wobei R :und S das Netz, U und V ,die Generatorklemmen bezeichnen.On the primary side of the compound transformer are the three according to the invention provided primary windings 13, 14, 15. The winding 13 is the current winding through which the generator load current flows; it lies on U and R, where R: and S denote the network, U and V denote the generator terminals.

Die Wicklung 14 ist über den Ohmschen Widerstand 16 an die Klemmen U, V der Statorwicklung 17 der Synchron-Maschine gelegt. An diesen Klemmen U, V liegt außerdem über einen Kondensator 18 die Wicklung 15, die, zu den Wicklungen 13 und 14 gegengeschaltet ist.The winding 14 is connected to the terminals via the ohmic resistor 16 U, V placed the stator winding 17 of the synchronous machine. At these terminals U, V is also via a capacitor 18, the winding 15, the, to the windings 13 and 14 are connected in the opposite direction.

In :dem Vektordiagramm nach der Fig. 2 liegt mit der Klemmenspannung U der Synchron-Maschine der die Wicklung 14 durchfließende Strom iR in Phase. Der die Wicklung 15 speisende und den Kondensator durchfließende Strom ic liegt 90° voreilend zu iR (gestrichelter Vektor). Die zu diesem Strom gehörende Erregung hat aber infolge der Gegenschaltung der Wicklung 15 zu den Wicklungen 14 und 13 die um 180° entgegengesetzte, du-roh den voll ausgezogenen Vektor -ic veranschaulichte Richtung.In: the vector diagram according to FIG. 2 lies with the terminal voltage U of the synchronous machine the current iR flowing through the winding 14 in phase. Of the the current ic which feeds the winding 15 and flows through the capacitor is at 90 ° leading to iR (dashed vector). Has the excitation associated with this current but due to the opposing connection of the winding 15 to the windings 14 and 13 the 180 ° opposite, du-roh illustrated the fully extended vector -ic Direction.

Der die Wicklung 13 durchfließende Generatorlaststram J (Fig. 1) ist um den Winkel cp (etwa entsprechend cos cp = 0,8) zur Richtung der Klemmenspannung U des Generators. nacheilend verschoben und hat daher die durch den voll ausgezogenen Vektor J wiedergegebene Richtung.The generator load current J (Fig. 1) flowing through the winding 13 is by the angle cp (roughly equivalent to cos cp = 0.8) to the direction of the terminal voltage U of the generator. lagging behind and therefore has the through the fully extended Vector J direction represented.

Soll beispielsweise die kompoundierte Erregermaschine für Nennleistung des Generators und den angenommenen Leistungsfaktor cos (p = 0,8 bemessen und begrenzt sein, so ergibt die vektorielle Summe der drei durch die Ströme veranschaulichten Erregungen, wie in Fig. 2 dargestellt, Null. Die vektorielle Summe der Erregungen iR und -ic ergibt die vektorielle Summe -J, die 180° entgegengesetzt gleich der Erregung J ist.Should, for example, the compounded exciter for nominal power of the generator and the assumed power factor cos (p = 0.8 dimensioned and limited be the vector sum of the three illustrated by the currents Excitations as shown in Fig. 2, zero. The vectorial sum of the excitements iR and -ic results in the vector sum -J, the 180 ° opposite equals the Excitement J is.

Bei anderen Leistungsfaktoren, die näher an cos 99 = 1 oder gleich cos cp = 1 sind, ergibt sich als vektorielle Summe als Erregung des Kompoundtransformators nicht die Summe Null, sondern ein Restwert, welcher der eingangs angeführten Beziehung aus dem Buch von Arnold entsprechend gewählt werden kann, um konstante Klemmenspannungen zu verwirklichen.For other power factors that are closer to cos 99 = 1 or equal cos cp = 1 results as a vector sum as the excitation of the compound transformer not the sum zero, but a residual value which corresponds to the relationship mentioned at the beginning from Arnold's book can be chosen accordingly to ensure constant terminal voltages to realize.

Für Leistungsfaktoren im Bereich von 0,6 bis 0,8 läßt sich die erstrebte Vollkompoundierung durch entsprechend stärkere Auslegung dies Kompoundtransformators hinlänglich erreichen.For power factors in the range from 0.6 to 0.8, the desired Full compounding through a correspondingly stronger design of this compound transformer achieve sufficiently.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Compounded exciter for alternating current - Synchronous generators with an additional excitation used for compounding, characterized in that the from the secondary side of a compound transformer Decreased additional excitation of the normal shunt excitation (self-excitation) of the Exciter machine: counteracts and decreases with increasing load on the generator.

2. Compounded excitation machine according to claim 1, characterized in that d @ ate the Pole of the exciter machine with one for full load excitation at the nominal power factor sufficient main excitation winding and. with one of the main excitement counteracting, at idle a resulting excitation equal to the idle excitation of the generator ensuring additional excitation winding are equipped.

3. Compounded exciter according to claim 2, characterized in that the additional excitation winding via a Rectifier is fed from the secondary winding of the compound transformer.

4. Compounded excitation machine according to claims 2 and 3, characterized in that that the compound transformer is equipped with three primary windings, namely a current winding, a voltage winding fed via an ohmic resistance and a counter-connected voltage winding fed via a capacitor: their three excitations interact vectorially so that for a larger area of the Fluctuations in the power factor Constant terminal voltage of the generator. achieved will., e.g. B. by the vector sum of the full load and nominal power factor three excitations cancel each other out to zero.

5. Compounded exciter according to claim 4, characterized in that parallel to the current coil through which the load current flows an adjustable ohmic resistor is connected.

6. Compounded exciter according to claims 1 to 5, characterized by the application for high-speed excitation, z. B. for emergency response systems.

7. Compounded exciter according to claims 1 to 6, characterized in that the difference. between main excitation and Idle excitation is relatively large.

8. Compounded exciter according to claims 1 to 7, characterized in that it is used for parallel operations. Considered publications: 2o German patent specifications No. 759 801, 761 246, 760 036, 750 693, 720 061, 669 873.