DE1270664B

DE1270664B - Arrangement for automatic voltage regulation in constant voltage generators

Info

Publication number: DE1270664B
Application number: DE19591270664
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Werner Volkmann
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1959-07-24
Filing date: 1959-07-24
Publication date: 1968-06-20

Description

Anordnung zur selbsttätigen Spannungsregelung bei Konstantspannungsgeneratoren Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zur selbsttätigen Spannungsregelung bei Konstantspannungsgeneratoren mit lastabhängiger Gleichrichtererregung, deren Erregeranordnung einen vorzugsweise als Drosselspule ausgebildeten, vom lastunabhängigen Anteil des Erregerstromes durchflossenen Scheinwiderstand enthält, mit zusätzlicher Regelung des Erregerstromes durch einen parallel zu dem Scheinwiderstand liegenden Magnetverstärker. Eine derartige zusätzliche Regelung des Erregerstromes bei einer lastabhängigen Gleichrichtererregung ist in der deutschen Auslegeschrift S 33407 VIII b / 21d2 beschrieben, bei der ein Magnetverstärker, der z. B. in Abhängigkeit von der Netzspannung vormagnetisiert ist, unmittelbar parallel zu Anzapfungen des vom lastunabhängigen Erregerstromanteils durchflossenen Scheinwiderstandes, nämlich eine Drosselspule geschaltet ist. Dadurch liegt der Magnetverstärker an einer Spannung, die der geometrischen Summe oder Differenz zwischen der Generatorspannung und der Erregerwechselspannung proportional ist. Bei dieser bekannten Anordnung werden jedoch infolge der Arbeitsweise eines Magnetverstärkers die Wicklungsteile der Drosselspule, zu denen der Magnetwiderstand parallel geschaltet ist, zeitweilig kurzgeschlossen, so daß im Erregerkreis Spannungsstöße auftreten, welche die Spannungsstabilisierung des Generators gefährden. Mit dieser bekannten Schaltung läßt sich also ein befriedigendes Arbeiten der Regelanordnung nicht erreichen.Arrangement for automatic voltage regulation in constant voltage generators The present invention relates to an arrangement for automatic voltage regulation for constant voltage generators with load-dependent rectifier excitation, their The exciter arrangement is preferably designed as a choke coil and is independent of the load Contains portion of the excitation current flowing through the impedance, with additional Regulation of the excitation current by a parallel to the impedance Magnetic amplifier. Such an additional control of the excitation current at a load-dependent rectifier excitation is in the German interpretation S 33407 VIII b / 21d2 described, in which a magnetic amplifier, the z. B. depending is biased by the mains voltage, directly parallel to the taps of the from the load-independent excitation current component through which the impedance flows, namely a choke coil is connected. As a result, the magnetic amplifier is at a voltage that of the geometric sum or difference between the generator voltage and the AC excitation voltage is proportional. In this known arrangement, however, as a result of the operation of a magnetic amplifier, the winding parts of the choke coil, to which the magnetoresistance is connected in parallel, temporarily short-circuited, so that voltage surges occur in the excitation circuit, which stabilize the voltage of the generator. With this known circuit can be a satisfactory Do not achieve work of the rule arrangement.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannte Anordnung zu verbessern. Gemäß der Erfindung ist die galvanische Verbindung zwischen dem Scheinwiderstand und dem die Arbeitswicklung des Magnetverstärkers enthaltenden Parallelzweig durch einen Isoliertransformator unterbrochen.The present invention is based on the object of the known To improve arrangement. According to the invention, the galvanic connection is between the impedance and the one containing the working winding of the magnetic amplifier Parallel branch interrupted by an isolating transformer.

Dadurch werden zeitweilige Kurzschlüsse des Scheinwiderstandes, nämlich der Drosselspule, und unerwünschte Spannungsstöße vermieden. Die Regelarbeit des Magnetverstärkers ist weiterhin dadurch unterstützt, daß infolge der besonderen Schaltung des Magnetverstärkers sich die an den Arbeitswicklungen liegende Spannung nur verhältnismäßig wenig mit der Belastung ändert, so daß die für die Anpassung des Erregerstromes erforderliche Regelarbeit des Magnetverstärkers bei Belastungsstößen verhältnismäßig gering ist; das dynamische Verhalten des Konstantspannungsgenerators wird dadurch verbessert.This causes temporary short circuits of the impedance, namely the choke coil, and unwanted voltage surges avoided. The normal work of the Magnetic amplifier is further supported by the fact that as a result of the special Circuit of the magnetic amplifier, the voltage applied to the working windings only changes relatively little with the load, so that is necessary for the adjustment of the excitation current required control work of the magnetic amplifier in the event of load surges is relatively low; the dynamic behavior of the constant voltage generator is thereby improved.

Bei der Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung begünstigt der Magnetverstärker bereits ohne eine Änderung seines Steuerstromes die Regelung. Insbesondere ist dies der Fall, wenn in Weiterbildung des Erfindungsgedankens die Spannungen, die in ihrer geometrischen Summe oder Differenz die die Arbeitswicklungen des Magnetverstärkers speisenden Wechselspannungen ergeben, gegenüber der Generatorspannung und/oder gegenüber der Erregerwechselspannung einen Phasenwinkel einschließen.In the circuit arrangement according to the invention, the magnetic amplifier is beneficial the regulation without changing its control current. In particular this is the case when, in further development of the inventive concept, the tensions in their geometric sum or difference between the working windings of the magnetic amplifier supply alternating voltages result, compared to the generator voltage and / or opposite Include a phase angle of the alternating excitation voltage.

An sich ist eine Synchronmaschine mit einer Erregung durch Kompoundierung und zusätzliche Regelung bekannt, bei der der Regler einen Strom parallel zu dem von der Kompoundierungseinrichtung gelieferten Strom in die Erregerwicklung einspeist; dabei ist der Wechselstromausgang des Reglers, der einen Magnetverstärker aufweist, durch einen Transformator den Erregerkreisverhältnissen angepaßt. Demgegenüber kommt es für die Erfindung nicht darauf an, den Wechselstromausgang des Magnetverstärkers den Erregerkreisverhältnissen anzupassen, vielmehr ist es für die Erfindung wesentlich, daß durch Einschalten eines Transformators die galvanische Parallelschaltung der Arbeitswicklungen des Magnetverstärkers mit der Drosselspule vermieden wird, wobei gegebenenfalls durch diesen Transformator eine der Generatorspannung proportionale Spannung in den die Arbeitswicklungen des Magnetverstärkers enthaltenden Stromzweig eingefügt wird.As such, it is a synchronous machine with excitation by compounding and additional control known, in which the controller has a current in parallel with the feeds current supplied by the compounding device into the field winding; where the AC output of the controller, which has a magnetic amplifier, is adapted to the conditions of the excitation circuit by a transformer. In contrast, comes The invention does not depend on the AC output of the magnetic amplifier to adapt the excitation circuit conditions, rather it is essential for the invention, that by switching on a transformer the galvanic parallel connection of the Working windings of the magnetic amplifier with the choke coil is avoided, with possibly one of the generator voltage proportional through this transformer Voltage in the current branch containing the working windings of the magnetic amplifier is inserted.

Für die Anordnung gemäß der Erfindung ist es weiterhin vorteilhaft, daß die im Belastungskreis der Arbeitswicklungen des Magnetverstärkers liegenden Induktivitäten kompensiert werden. Es ist zweckmäßig, wenn man zur Kompensierung dieser Induktivitäten die an sich in der Erregeranordnung vorhandenen Kondensatoren verwendet.For the arrangement according to the invention, it is also advantageous that those lying in the load circuit of the working windings of the magnetic amplifier Inductances are compensated. It is useful when going to compensate of these inductances are the capacitors present in the exciter arrangement used.

Zur Erläuterung der Erfindung sind in den F i g. 1 bis 4 Ausführungsbeispiele von gemäß der Erfindung ausgebildeten Schaltungsanordnungen wiedergegeben.To explain the invention, FIGS. 1 to 4 exemplary embodiments reproduced by configured according to the invention circuit arrangements.

F i g. 1 zeigt einen als Synchrongenerator ausgebildeten Konstantspannungsgenerator D, dessen Erregerwicklung über die Gleichrichteranordnung Gli von der Sekundärwicklung S des Erregertransformators Tri gespeist wird. Die Primärwicklung P1 des Erregertransformators Tri wird vom Ankerstrom des Konstantspannungsgenerators G durchflossen und liefert mithin die lastabhängige Erregerstromkomponente. Für den lastunabhängigen Erregerstromanteil ist die von der Netzspannung gespeiste, ungesättigte Drosselspule D vorgesehen, die mit den in Stern oder in Dreieck geschalteten Kondensatoren C in Resonanz geschaltet und mit der Primärwicklung P2 des Erregertransformators Tri verbunden ist.F i g. 1 shows a constant voltage generator designed as a synchronous generator D, its excitation winding via the rectifier arrangement Gli of the secondary winding S of the excitation transformer Tri is fed. The primary winding P1 of the excitation transformer Tri is powered by the armature current of the constant voltage generator G flows through and therefore supplies the load-dependent excitation current component. For the load-independent excitation current component is that supplied by the mains voltage, Unsaturated choke coil D is provided, which is connected to the star or delta Capacitors C connected in resonance and connected to the primary winding P2 of the excitation transformer Tri is connected.

Weiterhin liegt parallel zu der Drosselspule D ein Magnetverstärker M mit den Arbeitswicklungen AI und A2. Der Magnetverstärker M wird mit Hilfe der Steuerwicklungen St, und St. erregt. Er wird in bekannter Weise in Doublerschaltung betrieben, d. h. seine Arbeitswicklungen A1 und A2 liegen in Reihe mit den entgegengesetzte Durchlaßrichtung aufweisenden Gleichrichtern Gl. und Gl3.Furthermore, there is a magnetic amplifier in parallel with the choke coil D. M with the work windings AI and A2. The magnetic amplifier M is with the help of Control windings St, and St. energized. It is in a known manner in doubler circuit operated, d. H. its working windings A1 and A2 are in series with the opposite ones Forward direction having rectifiers Eq. and Eq3.

Die Steuerwicklung St, wird über die kontaktlose Steuereinrichtung SV,_ von der Spannung des Netzes RST gespeist. Die kontaktlose Steuereinrichtung SV", die in an sich bekannter Weise z. B. aus gesättigten Drosselspulen oder Zenerdioden aufgebaut ist, führt also der Steuerwicklung St, einen netzspannungsproportionalen Strom zu.The control winding St is via the contactless control device SV, _ fed by the voltage of the network RST. The contactless control device SV ", which in a manner known per se, for example from saturated choke coils or Zener diodes is constructed, so leads the control winding St, a line voltage proportional Electricity too.

Wesentlich für die Erfindung ist, daß in den die ArbeitswicklungenAl undA2 des Magnetverstärkers M enthaltenden Stromzweig die Generatorspannung mit Hilfe des Transformators Tr2 eingefügt wird. Da die Gleichrichter G12 und GI" an ihren den Arbeitswicklungen A1 und A2 abgekehrten Enden gemeinsam mit den dem Netz RST abgekehrten Wicklungsenden der Drosselspule D und mit den offenen Enden der Primärwicklung P2 des Erregertransformators verbunden sind, liegt an den Arbeitswicklungen A1 und A2 eine Spannung, die gleich der geometrischen Summe oder Differenz der Generatorspannung und der Erregerwechselspannung ist. Durch die Einschaltung des Transformators Tr2 wird vermieden, daß durch die Arbeitswicklungen A1 und A2 'ein galvanischer Parallelzweig zur Drosselspule D gebildet wird.It is essential for the invention that in the working windings Al andA2 of the magnetic amplifier M containing the current branch with the generator voltage Using the transformer Tr2 is inserted. Since the rectifiers G12 and GI "at their ends facing away from the working windings A1 and A2 together with those of the network RST facing away from the winding ends of the inductor D and with the open ends of the Primary winding P2 of the excitation transformer are connected, is due to the working windings A1 and A2 a voltage which is equal to the geometric sum or difference of the generator voltage and the exciter alternating voltage. By switching on the transformer Tr2 it is avoided that a galvanic parallel branch through the work windings A1 and A2 ' to the choke coil D is formed.

Bei der dargestellten Schaltungsanordnung werden die dynamischen Eigenschaften des Konstantspannungsgenerators G günstig beeinflußt. So steigt beispielsweise beim Zuschalten einer induktiven Last die Spannung an der Drosselspule D und an den Arbeitswicklungen A1 und A2 des Magnetverstärkers stoßartig an. Der Magnetverstärker hat an der angegebenen Schaltung eine nichtlineare Strom-Spannungs-Charakteristik, so daß der durch ihn in die Erregeranordnung eingefügte Zusatzstrom stärker als die an ihm anliegende Spannung ansteigt, wodurch der Grundanteil des Erregerstromes im Stoßaugenblick vergrößert und mithin der durch das Zuschalten der induktiven Last wirksame Spannungseinbruch verkleinert wird. Die Nichtlinearität des Magnetverstärkers unterstützt aber auch im stationären Betrieb die Regelaufgabe.In the circuit arrangement shown, the dynamic properties of the constant voltage generator G influenced favorably. For example, the Connect an inductive load to the voltage on the choke coil D and on the working windings A1 and A2 of the magnetic amplifier abruptly. The magnetic amplifier has at the specified Circuit has a non-linear current-voltage characteristic, so that the through it Additional current inserted into the exciter arrangement is stronger than that applied to it The voltage rises, whereby the basic component of the excitation current at the moment of the surge and therefore the voltage drop that is effective when the inductive load is switched on is reduced. However, the non-linearity of the magnetic amplifier also helps the normal task in stationary operation.

Ferner sind die im Belastungskreis des Magnetverstärkers gegebenenfalls vorhandenen Induktivitäten kompensiert, und zwar dienen hierzu die an sich in der Erregeranordnung vorhandenen Kondensatoren C, auf die der Magnetverstärker arbeitet, so daß ein einwandfreier Betrieb des Magnetverstärkers sichergestellt ist. Sollen mehrere gemäß der Erfindung erregte Konstantspannungsgeneratoren parallel arbeiten, so empfiehlt es sich, den Magnetverstärker zusätzlich in Abhängigkeit von der Belastung des Generators zu steuern. Zu diesem Zweck ist im Ausführungsbeispiel der F i g. 1 die kontaktlose Steuereinrichtung SV, vorgesehen, welche die zusätzliche Steuerwicklung St2 des Magnetverstärkers speist und die Gleichstromvormagnetisierung des Magnetverstärkers in Abhängigkeit von der Erregerspannung und damit in Abhängigkeit von der Belastung regelt.Furthermore, they may be in the load circuit of the magnetic amplifier Compensated for existing inductances, and that is what the per se in the Exciter arrangement existing capacitors C, on which the magnetic amplifier works, so that proper operation of the magnetic amplifier is ensured. Should several constant voltage generators excited according to the invention operate in parallel, so it is advisable to additionally use the magnetic amplifier depending on the load to control the generator. For this purpose, FIG. 1 the contactless control device SV, provided which the additional control winding St2 of the magnetic amplifier and the direct current bias of the magnetic amplifier depending on the excitation voltage and thus depending on the load regulates.

Während bei der Schaltungsanordnung der F i g. 1 für eine dreiphasige Anordnung sechs Arbeitswicklungen für den Magnetverstärker erforderlich sind, ist in der F i g. 2 eine gemäß der Erfindung ausgebildete Schaltungsanordnung dargestellt, bei der lediglich drei Arbeitswicklungen für den Magnetverstärker erforderlich sind. Dies wird dadurch erreicht, daß die Arbeitswicklungen des Magnetverstärkers in an sich bekannter Weise in Dreieck geschaltet sind.While in the circuit arrangement of FIG. 1 for a three-phase Arrangement six working windings are required for the magnetic amplifier in FIG. 2 shows a circuit arrangement designed according to the invention, in which only three working windings are required for the magnetic amplifier. This is achieved by having the working windings of the magnetic amplifier in are known to be connected in a triangle.

In gleicher Weise wie bei der Schaltungsanordnung der F i g. 1 wird mit Hilfe des Transformators Tr. die Generatorspannung in den die Arbeitswicklungen des Magnetverstärkers M enthaltenden Stromzweig eingefügt, so daß der Magnetverstärker ebenfalls mit einer Spannung gespeist wird, die proportional der Differenz der Generatorspannung und der an der Drosselspule D liegenden Spannung ist. Durch die Einfügung der Sekundärwicklung des Transformators Tr. m den Belastungskreis der Arbeitswicklungen des Magnetverstärkers M tritt, abgesehen von den Streuinduktivitäten dieses Transformators, keine Erhöhung der Induktivität dieses Belastungskreises auf. Abweichend von der Anordnung der F i g. 1 erfolgt die zusätzliche Steuerung des Magnetverstärkers in Abhängigkeit von einer der Erregerspannung proportionalen Spannung über die kontaktlose Steuereinrichtung SV2 mit Hilfe des Transformators Tr3, der primärseitig von der Erregerwechselspannung gespeist wird.In the same way as in the circuit arrangement of FIG. 1, the generator voltage is inserted into the current branch containing the working windings of the magnetic amplifier M with the help of the transformer Tr. The insertion of the secondary winding of the transformer Tr. M the load circuit of the working windings of the magnetic amplifier M occurs, apart from the leakage inductance of this transformer, no increase in the inductance of this load circuit on. Notwithstanding the arrangement of FIG. 1, the additional control of the magnetic amplifier takes place as a function of a voltage proportional to the excitation voltage via the contactless control device SV2 with the aid of the transformer Tr3, which is fed on the primary side by the alternating excitation voltage.

In den F i g. 3 und 4 sind weitere Ausführungsbeispiele dargestellt, bei denen die Reihenfolge der aus der Drosselspule D und den Kondensatoren C bzw. der Primärwicklung P2 bestehenden Reihenschaltung vertauscht ist. Hierbei kann der Magnetverstärker, sofern es sich um eine dreiphasige Anordnung wie im vorliegenden Fall handelt, in Sternschaltung (F i g. 3) betrieben werden. Es ist aber auch möglich, den Magnetverstärker in Dreieckschaltung zu betreiben, wie es in der F i g. 4 dargestellt ist. Wesentlich hierbei ist, daß durch die Einschaltung des Transformators Tr. die Bildung eines galvanischen Parallelzweiges zur Drosselspule durch die Arbeitswicklungen des Magnetverstärkers M verhindert wird.In the F i g. 3 and 4 further exemplary embodiments are shown, in which the sequence of the choke coil D and the capacitors C resp. the existing series connection of the primary winding P2 is interchanged. Here the Magnetic amplifier, provided it is a three-phase arrangement as in the present one Case acts, are operated in star connection (F i g. 3). But it is also possible to operate the magnetic amplifier in delta connection, as shown in FIG. 4 shown is. What is essential here is that by switching on the transformer Tr Formation of a galvanic parallel branch to the choke coil through the work windings of the magnetic amplifier M is prevented.

Abweichend von den Ausführungsbeispielen der F i g. 1 und 2 ist in den Schaltungsanordnungen der F i g. 3 und 4 die für das Parallelarbeiten von mehreren Konstantspannungsgeneratoren vorgesehene zusätzliche Steuerung des Magnetverstärkers über die schaltkontaktlose Steuereinrichtung SV2 in Abhängigkeit vom Ankerstrom des Generators vorgenommen.Deviating from the exemplary embodiments in FIGS. 1 and 2 is in the circuit arrangements of FIG. 3 and 4 for the parallel work of several Constant voltage generators provided additional control of the magnetic amplifier via the switch-contactless control device SV2 depending on the armature current of the generator.

Claims

Claims: 1. Arrangement for automatic voltage regulation in constant voltage generators with load-dependent rectifier excitation, the excitation arrangement of which contains an impedance, preferably designed as a choke coil, through which the load-independent component of the excitation current flows, with additional control of the excitation current by a magnetic amplifier lying parallel to the impedance, which depends on the Mains voltage is pre-magnetized and is at a voltage that is proportional to the geometric sum or difference between the generator voltage and the alternating exciter voltage, dadur chgekenn that the galvanic connection between the impedance (D) and the working windings (A ll A2) of the magnetic amplifier (M) containing parallel branch is interrupted by an insulating transformer (Tr2).

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the voltages that in their geometric sum or difference the working windings (Al, A2) of the Magnetic amplifier (M) supplying alternating voltage result, compared to the generator voltage and / or include a phase angle with respect to the alternating exciter voltage.

3. Arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that in the load circuit the working windings (Al, A2) of the magnetic amplifier (M) lying inductances are compensated.

4. Arrangement according to claim 3, characterized in that for Compensation in the load circuit of the work windings (Al, A2) of the magnetic amplifier (M) the existing inductances, the capacitors which are actually present in the exciter arrangement (C) are used.

5. Arrangement according to claim 1 or 3, characterized in that the impedance (D) designed as an unsaturated choke coil and that with this Choke coil capacitors (C) are connected in resonance.

6. Arrangement after a of claims 1 to 5, characterized in that the individual components of the excitation current be superimposed with the help of an excitation transformer (Tri).

7. Arrangement according to Claim 6, characterized in that the load-independent portion of the excitation current and that supplied by the working windings (Al, A2) of the magnetic amplifier (M) Excitation current component of one and the same primary winding (P2) of the excitation transformer (Tri) are fed. B.

Arrangement according to one of Claims 1 to 7, characterized in that that the working windings of the magnetic amplifier (M) are connected in a triangle.

9. Arrangement according to one of claims 1 to 8, preferably for parallel operation several constant voltage generators, characterized in that the direct current bias of the magnetic amplifier '(M) also depending on the load on the generator is regulated.

10. Arrangement according to one of claims 1 to 9, characterized in that that the magnetic amplifier (M) as a voltage-controlling magnetic amplifier with self-saturation is operated. Documents considered: German Auslegeschrift No. 1055100; German interpretation document S 33407 VIHb / 21 d2 (published on June 21, 1956).