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Einrichtung zur Einregelung von beliebig gekrümmten Kennlinien bei
Einphasen- oder Drehstrom-Generatoren Im Verbundbetrieb ist es vielfach erwünscht,
den Blindstrom (JB) der Wechsel- oder Drehstromgeneratoren selbsttätig in ein gewünschtes
Verhältnis zum Wirkstrom (Jw) einzustellen, d. h. den Leistungsfaktor cos T, zu
regeln. Bei bekannten Einrichtungen wird diese Aufgabe mit der Einschränkung gelöst,
daß die entsprechende JB-JW-Kennlinie im rechtwinkligen Koordinatensystem JB, Jjx,
eine Gerade ist, vorzugsweise eine Ursprungsgerade, oder daß die JB-Jw-Kennlinie
eine geknickte Gerade ist. Im letzteren Fall wird eine Regelung auf konstanten cosgp-Wert
erzielt, solange sich der Arbeitspunkt auf einem Kennlinienabschnitt bewegt, der
selbst oder in seiner Verlängerung durch den Ursprung des Koordinatensystems führt.
Verläuft ein Kennlinienabschnitt parallel zur Wirkstrom- oder Blindstrom-Koordinatenachse,
so wird in diesem Bereich die eine Stromkomponente konstant gehalten, wobei sich
der Leistungsfaktor cos (p entsprechend ändert.
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Ähnliche Verhältnisse wie bei der Kennlinienregelung liegen bei Begrenzungsregelungen
vor, wie sie z. B. beim untererregten Betrieb von Synchrongeneratoren zur Verhinderung
des Kippens des Polrades vorgenommen werden. Im Gegensatz zur Kennlinienregelung
besteht die Aufgabe der Begrenzungsregelung aber darin, den Arbeitspunkt nicht auf
der Kennlinie zu halten, sondern ihn nur in dem zulässigen Feld auf der einen Seite
der vorgegebenen Grenzkennlinie zuzulassen.
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Die Erfindung beseitigt die genannte Einschränkung auf gerade Kennlinien
oder geknickte Kennlinien, die sich aus Geradenstücken zusammensetzen, dadurch,
daß mit Verwendung der Koordinaten Scheinstromwert und Phasenwinkel zur Definition
des jeweiligen Arbeitspunktes eine elektrische Phasenwinkelmeßeinrichtung mit einem
nachgeschalteten elektronischen Funktionsgenerator, z. B. mit vorgespannten Dioden,
und ein Strommeßfühler zur Bildung einer dem Betrag des Generatorscheinstromes proportionalen
elektrischen Hilfsgröße vorgesehen sind, wobei an den Ausgängen des Funktionsgenerators
und des Strommeßfühlers ein Soll-Istwert-Vergleich erfolgt und der nachgeordnete
Spannungs-oder Erregungsregler des Generators im Sinne der Einhaltung der am Funktionsgenerator
vorgegebenen Wirkstrom-Blindstrom-Kennlinie oder mit einem zusätzlichen Ventilglied
im Sinne der Einhaltung der vorgegebenen Begrenzungskennlinie beeinfiußt wird. Auf
diese Weise wird es möglich, beliebig gekrümmte Wirkstrom-Blindstrom-Kennlinien
bzw. Begrenzungskennlinien einzuregeln. An Hand der Zeichnung wird die Erfindung
näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 Beispiele verschiedener Kennlinien, dargestellt
in den rechtwinkligen Koordinaten Wirkstrom Jw und Blindstrom JB, F i g. 2 zwei
der in F i g. 1 dargestellten Kennlinien in den Koordinaten Scheinstrom Js und Phasenwinkel
99 und F i g. 3 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Bei der in F i g.
1 dargestellten Kennlinie a ist der Wert des Leistungsfaktors im gesamten Bereich
konstant. Ist durch die Turbinenöffnung z. B. der Wirkstrom Jw,1 gegeben, so wird
durch entsprechende Beeinflussung der Erregungsregelung hierzu der Blindstrom JBl
eingestellt.
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Bei der Kennlinie b wird im oberen Lastbereich auf konstanten Leistungsfaktor
geregelt. Unterhalb des Knickpunktes A bleibt der Blindstrom konstant, so daß bei
abnehmendem Wirkstrom auch der cos (p immer kleiner wird.
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Bei der Kennlinie c wird umgekehrt im Bereich der kleinen Belastungen
auf konstanten Leistungsfaktor geregelt, und bei hoher Belastung ist der Blindstrom
konstant.
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Im Gegensatz zu den geknickten Kennlinien b und c, die sich aus geraden
Teilstücken zusammensetzen, ist als ein Beispiel für stetig gekrümmte Kennlinien
die Kennlinie d dargestellt. Sie schneidet die Ordinatenachse im Punkt JWo. In diesem
Punkt ist der Blindstrom 0, also cos 9p = 1. Wird der Wirkstrom kleiner als
Jwo, so nimmt der Generator Blindstrom auf (untererregter Betrieb). Die Blindstromaufnahme
erfolgt zunächst verhältnismäßig rasch und wird langsamer entsprechend der Krümmung
der Kennlinie d. Vergrößert sich der Wirk-
Strom über Jwo hinaus,
so liefert der Generator zusätzlichen Blindstrom durch Übererregung.
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Die Kennlinie e ist eine Begrenzungskennlinie, die ebenfalls als stetig
gekrümmte Linie dargestellt ist. Da die zulässigen Grenzwerte von der jeweiligen
Betriebsspannung abhängig sind, soll sich die Kennlinie bei wachsender Generatorspannung
etwas nach links und bei sinkender Generatorspannung nach rechts verschieben.
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In F i g. 2 sind die in die Koordinaten Scheinstrom JS und Phasenwinkel
7. umgezeichneten stetig gekrümmten Kennlinien aus F i g. 1 nochmals dargestellt
(d' und e' entsprechend d und e). In dieser Form werden die Kennlinien
bei der erfindungsaemäßen Schaltung weiterverwendet.
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F i g. 3 zeigt die neue Schaltung für die Regelung mit beliebig gekrümmten
Kennlinien. Bei dem Drehstromgenerator 10 werden mit Hilfe des Stromwandlers
11 mit nachgeschaltetem Bürdenwiderstand 12 und Gleichrichter 13 sowie mit Hilfe
des Spannungswandlers 14 und einer bekannten elektrischen Phasenwinkelmeßeinrichtung
15 die Hilfsgleichspannungen Uj und U,, erzeugt, welche als Maß für den Generatorscheinstrom
JS bzw. den Phasenwinkel (f, zwischen Strom und Spannung dienen. Die Phasenwinkelmeßeinrichtung
15 hat zwei Meßeingänge 16 und 17, die mit den sekundären Wechselspannungen
der Wandler gespeist werden, welche zum Generatorscheinstrom Js bzw. zur Generatorspannung
UG amplitudenproportional und phasengleich sind. Die Ausgangsgleichspannung U,,
ist in Betrag und Vorzeichen dem Phasenwinkel (1-proportional, wie aus der im Kästchen
13 eingetragenen Kennlinie ersichtlich ist, d. h. von den Meßgrößen wird nur der
Parameter der Phasenverschiebung ausgewertet.
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Die Hilfsgleichspannung Uewird einem elektronischen Funktionsgenerator
18 mit der Ausgangs-Hilfsgleichspannung Us zugeführt, in dem der gewünschte
Kennlinienzusammenhang in Form der Hilfskennlinie US = f (U,) einprogrammiert
ist, derart, daß an den Ausgangsklemmen 19 für jeden Ug-Wert ein Wert der
Hilfsspannung U5 erscheint, der als Maß für den zugehörigen Scheinstromsollwert
bzw. Grenzwert nach der vorgegebenen Kennlinie dient.
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Die Hilfsspannung US wird im Vergleicher 20 mit der Istwert-Hilfsspannung
Uj verglichen, so daß an den Ausgangsklemmen 21 die Differenzspannung .9
= Uj - U5 erscheint, welche ein Maß für die Abweichung des Arbeitspunktes
von der Kennlinie bedeutet. Der Vergleicher 20 kann als einfache Spannungsdifferenzschaltung
oder als besonderer Differenzverstärker ausgeführt sein.
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Im Fall der Wirkstrom-Blindstrom-Kennlinienregelung beeinflußt die
Differenzspannung .4 den in F i g. 3 nicht dargestellten Spannungs- bzw. Erregungsregler
des Synchrongenerators 10 im Sinn einer Verstärkung oder Schwächung der Erregung
derart, daß J zu 0 wird, womit gleichzeitig der Arbeitspunkt auf die vorgegebene
Kennlinie zu liegen kommt. Die Beeinflussung des Generatorspannungsreglers kann
direkt oder indirekt, z. B. durch motorische Verstellung des Spannungsregler-Sollwerteinstellers,
erfolgen. Es ist auch möglich, die im Soll-Ist-Vergleicher 20 durchgeführte
Differenzbildung im Eingang des Spannungsreglers selbst vorzunehmen. Zur Durchführung
einer Regelung mit Begrenzungskennlinie im Untererregungsbereich wird zwischen die
Ausgangsklemmen 21. des Vergleichers 20
und den nicht dargestellten
Generatorregler noch ein Ventilglied 22 mit solcher Durchlaßrichtung geschaltet,
daß nur dann ein Einfluß auf die Generatorregelung ausgeübt wird, und zwar im Sinn
einer Erregungsverstärkung, wenn die Istwert-Hilfsspannung Uj größer ist als die
Hilfsspannung U5, die in diesem Fall den Grenzwert angibt. Durch die Erregungsverstärkung
wird im untererregten Betrieb der Scheinstrom Js reduziert, womit der Arbeitspunkt
aus dem unzulässigen Bereich auf die Begrenzungskennlinie zurückgebracht wird. Liegt
der Arbeitspunkt im zulässigen Arbeitsbereich, d. h. es ist Uj< U5, dann verhindert
die Sperrwirkung des Ventilgliedes 22 eine Beeinflussung des Spannungsreglers.
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Um bei der Begrenzungsregelung eine Verschiebung der Kennlinie in
Abhängigkeit der Spannungshöhe zu erzielen, können zusätzliche Mittel vorgesehen
werden, die vor oder hinter dem Vergleicher 20 oder am Funktionsgenerator
18 eine von den Klemmenspannungsänderungen des Generators abhängige Zusatzspannung
mittelbar oder unmittelbar einführen und damit eine Änderung der Beeinflussung der
Generatorregelung bewirken. In F i g. 3 ist eine solche Lösung mit unterbrochenen
Linien angedeutet. Mit Hilfe der nichtlinearen Brücke 31 und des ihr nachgeschalteten
Gleichrichters 32 wird die Zusatzspannung Uz erzeugt, welche der Abweichung der
tatsächlichen Spannung vom Nennwert proportional ist. Uz wird zusätzlich dem Glied
20 zugeführt, derart, daß bei Spannungserhöhungen an den Generatorklemmen
sich scheinbar der US-Wert erhöht, d. h. die Grenzkennlinie wird scheinbar zu größeren
Scheinstromwerten verschoben als dem der im Glied 18 einprogrammierten Kennlinie
entspricht. Zur Dosierung des Spannungseinflusses auf die Kennlinienverschiebung
ist es vorteilhaft, im Stromkreis der Zusatzspannung Uz Einstellglieder vorzusehen.
Um den Spannungseinfluß einer beliebigen Gesetzmäßigkeit folgen zu lassen. kann
in den Stromkreis der Zusatzspannung ein weiterer Funktionsgenerator eingeschaltet
sein. der entweder von der Hilfsspannung U, oder Uj gesteuert wird, d. h., die wirksame
Zusatzspannung ist eine Funktion von L', bzw. Uj. Damit ist es möglich, der effektiven
Kennlinie neben der spannungsabhängigen Verschiebung gleichzeitig eine andere Gestalt
zu geben.