DE1038643B

DE1038643B - Voltage regulating device with disturbance variable connection

Info

Publication number: DE1038643B
Application number: DEL17974A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Werner Blase
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1954-02-15
Filing date: 1954-02-15
Publication date: 1958-09-11

Description

Spannungsregeleinrichtung mit Störgrößenaufschaltung Zur Spannungsregelung von Synchronmaschinen, die über Gleichrichter aus dem Wechselstromnetz erregt werden, verwendet man als Gleichrichterspeisetran,sformatoren Mischstromwandler mit zwei Primärwicklungen, die von einem dem Generatorstrom proportionalen bzw. von einem der Generatorspa.nnung proportionalen Teilstrom durchflossen werden. Die Beträge der beiden Teilströme und ihre gegenseitig;: Phasenlage sind so gewählt, daß der sekundäre Summenstrom der Mischstromwandler annähernd dem für die verschiedenen Belastungsfälle der Synchronmaschine zur Spannungskonstanthaltung erforderlichen Erregerstrom proportional ist. Die durch eine solche Anordnung erzielte Regelgenauigkeit ist jedoch in vielen Fällen. nicht ausreichend. Es sind daher bereits mehrere! verschiedene Lösungen vorgeschlagen worden, die alle eine Verbesserung der Spannungsregelgenauigke-it bezwecken. So ist es beispielsweise bekannt, in. Reihe mit der spannungsabhängig gespeisten Primärwicklung des Mischwandlers eine Drossel zu schalten, deren Leistung um ein Vielfaches größer ist als die über sie an den Gleichrichtertransformator gelieferte Leistung; die Drossel ist in diesem Fall mit einem einstellbaren Luftspalt oder mit einer Vormagnetisierungswicklung ausgestattet, so daß ihr Scheinwiderstand verändert werden kann. Mit Hilfe eines mechanischen oder elektrischen Reglers wird der Luftspalt der Drossel bzw. ihr Vormagnetisierungsstrom in Abhängigkeit von der Abweichung zwischen Ist- und Sollwert der Maschinenspannung verändert, so daß sich auch der durch die spannungsabhängig gespeiste Primärwicklung des Mischstromwandlersfließende Teilstrom betragsmäßig und in bezug auf seine Phasenlage zum Teilstrom der anderen Primärwicklung verändert; der sekundäre Summenstrom des Mischwandlers wird auf diese Weise stets auf den zur genauen Konstanthaltung der Maschinenspannung erforderlichen Erregerstromwert eingeregelt. Bei anderen bekannten Anordnungen ist der Scheinwiderstand der in Reihe mit der einen Mischstromwa.nd'ler-Primärwicklung geschalteten Drossel unveränderlich, und ein Regeleingriff wird hier auf der Sekundärseite des Mischwandlers vorgenommen; als Gleichrichter werden hier Entladungsgefäße verwendet, deren Zündzeitpunkt in Abhängigkeit von der Klemmenspannung der Maschine gesteuert wird. Es sind hier aber auch etwas unterschiedliche Lösungen bekannt, wo die Steuerung des Zündzeitpunktes in Abhängigkeit von der Phasenlage zwischen Klemmenspannung und Strom der Synchronmaschine erfolgt; die Zündspannung für die Zündanoden der Entladungsgefäße wird in diesem Fall in einem besonderen primärseitig spannungs- und stromabhängig gespeisten Mischwandler erzeugt, kann aber auch über eine zweite Sekundärwicklung des den Erregerstrom erzeugenden Mischwandlers entnommen werden.Voltage control device with feedforward control For voltage control of synchronous machines that are excited from the AC network via rectifiers, is used as rectifier feeder transformer, mixed current transformer with two Primary windings that are proportional to the generator current or from a partial current proportional to the generator voltage. The amounts of the two partial currents and their mutual ;: phase positions are chosen so that the secondary total current of the mixed current transformer approximates that for the various Load cases of the synchronous machine required to keep the voltage constant Excitation current is proportional. The control accuracy achieved by such an arrangement however, is in many cases. unsatisfactory. So there are already several! different Solutions have been proposed, all of which improve the voltage regulation accuracy aim. For example, it is known in. Series with the voltage-dependent fed primary winding of the mixing transformer to switch a choke, whose power is many times greater than that via it to the rectifier transformer service delivered; the throttle is in this case with an adjustable air gap or equipped with a bias winding, so that their impedance can be changed. With the help of a mechanical or electrical regulator the air gap of the choke or its bias current as a function of the Deviation between the actual and nominal value of the machine voltage changed so that also the one flowing through the voltage-dependently fed primary winding of the mixed current transformer Partial flow in terms of amount and in relation to its phase position to the partial flow of the other Primary winding changed; the secondary total current of the mixing transformer is applied to this Always in the manner required to keep the machine voltage precisely constant Excitation current value regulated. In other known arrangements, the impedance is the choke connected in series with one mixed-current converter primary winding unchangeable, and a control intervention is here on the secondary side of the mixer converter performed; Discharge vessels are used here as rectifiers, their ignition point is controlled depending on the terminal voltage of the machine. There are here but also known slightly different solutions where the control of the ignition point depending on the phase position between the terminal voltage and the current of the synchronous machine he follows; the ignition voltage for the ignition anodes of the discharge vessels is in this This is the case in a special mixed transformer fed on the primary side by voltage and current generated, but can also generate the excitation current via a second secondary winding Mixing converter can be removed.

Diese bekannten Lösungen haben den gemeinsamen Nachteil, daß der Sekundärstrom des Mischwandlers wegen der primärseitigen Vorschaltung von Drosseln stark oherwellenhaltig ist, was eine genaue Regelung erschwert. Die Lösung, den Erregerstrom selbst durch steuerbare Gleichrichter feinzuregeln, hat zusätzlich den großen Nachteil, daß an Stelle der billigen Trockengleichrichter teuere Entladungsgefäße verwendet werden müssen.These known solutions have the common disadvantage that the secondary current of the mixer converter because of the primary-side upstream connection of chokes with strong oher waves is what makes precise regulation difficult. The solution, the excitation current itself through Finely regulating controllable rectifiers also has the major disadvantage that at Instead of cheap dry rectifiers, expensive discharge vessels can be used have to.

Schließlich ist noch eine andere bekannte Lösung zu erwähnen, bei der mit Hilfe eines Mischwandlers in der bekannten Compounderregerschaltung ein ungeregelter Grunderregerstrom erzeugt wird, der die Erregerwicklung der Synchronmaschine speist; mit Hilfe eines Spannungstransformators und mit Gleichrichtern wird ein Gleichstrom erzeugt, der über einen Vorwiderstand eine zusätzliche Erregerwicklung der Maschine speist; der Vorwiderstand in diesem Zusatzerregerkreis wird periodisch durch die Kontakte eines tirrilartigen Spannungsreglers überbrückt. Der über die zusätzliche Erregerwicklung fließende geregelte Strom ergänzt den Grunderregerstrom so, daß die Maschinenspannung konstant bleibt. Der große Nachteil dieser Anordnung ist die zusätzliche Erregerwicklung, deren Unterbringung aus räumlichen Gründen in den meisten Fällen nicht möglich ist; außerdem erfordert diese Wicklung weitere Schleifringe und Bürsten, so daß der Aufwand beträchtlich vergrößert wird.Finally, another well-known solution should be mentioned at with the help of a mixer converter in the known compound exciter circuit unregulated basic excitation current is generated, which the excitation winding of the synchronous machine feeds; with the help of a voltage transformer and with rectifiers becomes a Direct current is generated, which via a series resistor creates an additional field winding the machine feeds; the series resistance in this additional excitation circuit is periodic bridged by the contacts of a tirril-like voltage regulator. The one about the additional excitation winding flowing regulated current supplements the basic excitation current so that the machine voltage remains constant. The big disadvantage of this arrangement is the additional excitation winding, its accommodation for spatial reasons is not possible in most cases; this winding also requires more Slip rings and brushes, so that the effort is increased considerably.

Der Gegenstand der Erfindung bezieht sich auf ein: Spannungsregeleinrichtung mit Störgrößenaufschaltung für Synchronmaschinen, die über Gleichrichter aus dem Wechselstromnetz erregt werden, wobei die den Gleichrichtern zugeführte Speisespannung in der an sich bekannten und oben beschriebenen Weise in einem primärseitig spannungs- und stromabhängig gespeisten Mischwandler erzeugt wird. Gemäß der Erfindung wird bei einer solchen Anordnung das Übersetzungsverhältnis des Mischwandlers durch einen Vormagnetisierungsgleichstrom in Abhängigkeit von der Maschinenspannung verändert.The subject matter of the invention relates to a voltage regulating device with feedforward control for synchronous machines that are fed from the AC mains are excited, the supply voltage supplied to the rectifiers in the manner known per se and described above in one on the primary side voltage and current-dependent mixed transformer is generated. According to the invention With such an arrangement, the transformation ratio of the mixing converter is through changes a direct bias current as a function of the machine voltage.

Durch diese Maßnahme werden alle Nachteile der oben beschriebenen bekannten Anordnungen vermieden. Die Gleichstromvormagnetisierung des Mischwandlers wird von einem Spannungsregler allgemein bekannter Bauart gesteuert. Die vom Mischwandler gelieferte Erregung kann sowohl unmittelbar auf den Generator als auch zunächst auf eine fremderregte Erregermaschine wirken. Die Anordnung ist zweckmäßig so getroffen, daß die Mischwandlererregung in einer Drehstrombrückenschaltung gleichgerichtet wird, wobei zur Erhöhung der Regelgeschwindigkeit im Gleichstromkreis dieser Brückenschaltung Widerstände vorgesehen sein können. Eine schnelle und pendelfreie Regelung kann auch dadurch erzielt werden, daß der Regler mehrere Dämpfungswicklungen besitzt. Der Regler kann dabei in bekannter Weise als P-, PI- oder I-Regler betrieben werden. Zweckmäßigerweise wird man die gesamte Regeleinrichtung mit einer Schaltanordnung versehen, die die Erregermaschine hei Umschaltung von automatischer Regelung auf Handsteuerung von Fremderregung auf Selbsterregung umschaltet.This measure eliminates all of the disadvantages of those described above known arrangements avoided. The DC bias of the mixer converter is controlled by a voltage regulator of well known type. The one from the mixer converter Delivered excitation can be applied directly to the generator as well as initially act on a separately excited excitation machine. The arrangement is expediently made in such a way that that the mixed converter excitation is rectified in a three-phase bridge circuit is, whereby to increase the control speed in the DC circuit of this bridge circuit Resistors can be provided. A fast and pendulum-free regulation can can also be achieved in that the controller has several damping windings. The controller can be operated in a known manner as a P, PI or I controller. The entire control device is expediently provided with a switching arrangement provided that the exciter machine is switched from automatic control to Manual control switches from external excitation to self-excitation.

Die Zeichnung zeigt die Schaltung eines Ausführungsbeispiels nach der Erfindung.The drawing shows the circuit of an embodiment according to the invention.

Mit R, S, T sind die drei Phasen des Drehstromnetzes bezeichnet, das von dem Synchrongenerator G gespeist wird. Über die Widerstände R1, R2, R3 fließt in den Primärwicklungen des Mischwandlers _lIGI ein Strom, der den Netzspannungen proportional ist. In drei weiteren Primärwicklungen des Mischwandlers MW fließen Ströme, die von den Sekundärwicklungen der Stromwandler WM, TV, W3 geliefert werden und den Generatorströmen proportional sind. Im Mischwandler werden daher jeweils zwei sinusfö rmige Ströme geometrisch addiert. Ein dein Generatorstroni der Phase R proportionaler Strom wird dabei zu einem Strom addiert, der der Spannung zwischen den Phasen S und T proportional ist. Die Addition im Mischwandler berücksichtigt also jeweils den Strom einer Phase und die Spannung zwischen den beiden anderen Phasen. Die in den drei Sekundärwicklungen des 'Mischwandlers induzierten Summenströme werden in der Dreiphasen-Gleichrichter-Brückenschaltung DB gleichgerichtet und der Feldwicklung der Erregermaschine E zugeführt. Der Widerstand R dient zur Erhöhung der Regelgeschwindigkeit. Da wegen der Generatorsättigung die Addition im Wandler MW nur Näherungswerte liefert und andere Störgrößen, wie Drehzahländerung und Temperaturänderung, von der Strom-Störgrößenaufschaltung nicht erfaßt werden, ist zusätzlich noch ein Spannungsregler vorgesehen. der aus dem magnetischen Verstärker 31l' und dem Soll- und Istwertgeber G1 besteht. Der magnetische Verstärker besitzt drei Steuerwicklungen, und zwar je eine für Ist- und Sollwert, während die mittlere Steuerwicklung über einen Kondensator C von den Stromänderungen beaufschlagt wird, die von der Dreiphasen-Gleichrichter-Brückenschaltung geliefert werden. Die beiden Arbeitswicklungen des Magnetverstärkers liegen in Reihe mit der Vormagnetisierungswicklung des Mischwandlers und werden über Glcichrichteranordnungen in bekannter Schaltung von der Spannung zwischen zwei Phasen gespeist. Der Spannungsregler erhöht die Regelgenauigkeit dadurch, daß er mit seinen Arbeitswicklungen die Vormagnetisierungswicklung des Mischwandlers beeinflußt und somit die wirksame Übersetzung des Mischwandlers kontaktlos ändert. Diese Änderung de l:Thersetzungsverhältnisses wirkt sich wiederum auf den Erregerstrom der Erregerniascliine E aus. Der Sekundärstrom des Wandlers W3 durchfließt außer der zugehörigen Primärwicklung des '-Mischwandlers einen einstellbaren Teil des Widerstandes R4 des Reglermeßkreises, wodurch in diesen `'Widerstand eine dem Belastungsstrom des Generators proportionale Spannung abfällt. Mit Hilfe des AI>griffes am Widerstand R4 kann für den Parallelbetrieb ein einstellbarer Proportionalbereich hergestellt werden. Für den Fall, daß inan die Erregung ummittelbar auf den Generator wirken läßt, wird man den Generator zweckmäßig mit Dauermagnetpolen versehen, damit eine für Selbsterregung ausreichende Remanenz vorhanden ist.The three phases of the three-phase network that is fed by the synchronous generator G are denoted by R, S, T. A current that is proportional to the mains voltages flows through the resistors R1, R2, R3 in the primary windings of the mixer transformer _lIGI. Currents flow in three further primary windings of the mixing transformer MW, which are supplied by the secondary windings of the current transformers WM, TV, W3 and which are proportional to the generator currents. In the mixed converter, two sinusoidal currents are therefore added geometrically. A current proportional to your generator current of phase R is added to a current that is proportional to the voltage between phases S and T. The addition in the mixed converter takes into account the current of one phase and the voltage between the other two phases. The total currents induced in the three secondary windings of the mixer converter are rectified in the three-phase rectifier bridge circuit DB and fed to the field winding of the exciter E. The resistor R is used to increase the control speed. Since the addition in the converter MW only provides approximate values due to the generator saturation and other disturbance variables, such as speed change and temperature change, are not recorded by the current-disturbance variable feed-in, a voltage regulator is also provided. which consists of the magnetic amplifier 31l 'and the setpoint and actual value transmitter G1. The magnetic amplifier has three control windings, one for the actual value and one for the setpoint value, while the middle control winding is acted upon via a capacitor C by the current changes that are supplied by the three-phase rectifier bridge circuit. The two working windings of the magnetic amplifier are in series with the bias winding of the mixer converter and are fed by the voltage between two phases via rectifier arrangements in a known circuit. The voltage regulator increases the control accuracy in that it influences the premagnetization winding of the mixer transformer with its working windings and thus changes the effective translation of the mixer transformer without contact. This change in the 1: decomposition ratio in turn affects the excitation current of the excitation cluster E. The secondary current of the converter W3 flows through an adjustable part of the resistor R4 of the controller measuring circuit in addition to the associated primary winding of the mixer converter, whereby a voltage proportional to the load current of the generator drops in this resistor. With the aid of the AI handle on resistor R4, an adjustable proportional range can be established for parallel operation. In the event that the excitation can act directly on the generator, the generator is expediently provided with permanent magnet poles so that there is sufficient remanence for self-excitation.

Die beschriebene Schaltung ermöglicht eine große Regelgeschwindigkeit bei Strom- und Leistungsfaktoränderungen mit Hilfe des Mischwandlers und zugleich eine hohe Genauigkeit durch den zusätzlichen Regler. Da Strom und Spannung bereits im 'Mischwandler ungefähr richtig addiert werden, wird für die Beseitigung der restlichen Regelabweichung nur ein relativ kleiner Regler benötigt. Eine zusätzliche Erhöhung der Regelgeschwindigkeit wird durch die Verwendung einer fremderregten Erregermaschine gewährleistet.The circuit described enables a high control speed in the case of current and power factor changes with the help of the mixing transformer and at the same time high accuracy thanks to the additional controller. Since current and voltage already in the 'mixed converter are added approximately correctly, is used for the elimination of the remaining Control deviation only requires a relatively small controller. An additional increase the control speed is achieved through the use of a separately excited exciter guaranteed.

Claims

PATE \ TA \ SPRCCHE: 1. Voltage control device finite feedforward for synchronous machines that are excited from the AC network via rectifiers, the supply voltage supplied to the rectifiers in a voltage and voltage on the primary side current-dependently fed 'mixer converter is generated, characterized in that the transformation ratio of the mixing transformer by a direct bias current is changed depending on the machine voltage.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the DC pre-ma, netization of a magnetic amplifier is supplied with a non-linear measuring element.

3. Arrangement according to claim 1, characterized characterized in that in the DC circuit of the bridge circuit resistors for Speed increase are switched on.

4. Arrangement according to claim 2, characterized in that the magnetic amplifier has a feedback winding through which a fast and pendulum-free control is made possible. Considered publications: German Patent Nos. 914 152, 913 559, 896675.