DE1277985B

DE1277985B - Device for the automatic stator current control of three-phase synchronous machines with independent asynchronous starting and synchronization

Info

Publication number: DE1277985B
Application number: DE1963S0083309
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Hans-Joachim Gutt
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1963-01-18
Filing date: 1963-01-18
Publication date: 1968-09-19

Description

Einrichtung zur selbsttätigen Ständerstromsteuerung von Drehstromsynchronmaschinen beim selbständigen asynchronen Anlaufen und Synchronisieren Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur selbsttätigen Ständerstromsteuerung von Drehstromsynchronmaschinen beim selbständigen asyn-Chronen Anlaufen und Synchronisieren unter Verwendung vom im Ständerstromkreis eingefügten, über Steuerwicklungen steuerbaren Drosselspulen, welche im Sinn einer mit zunehmender Drehzahl abnehmenden Impedanz derart gesteuert werden, daß die Steueramperewindungen von einem Kleinstwert bei Stillstand der Maschine auf einen für den Mindeststrom zum Intrittfallen bei Erreichen der Synchronisierdrehzahl erforderlichen Betrag ansteigen.Device for the automatic stator current control of three-phase synchronous machines during independent asynchronous start-up and synchronization The invention relates on a device for the automatic stator current control of three-phase synchronous machines with independent asyn-Chronen start-up and synchronization using the choke coils inserted in the stator circuit, controllable via control windings, which are controlled in this way in the sense of an impedance that decreases with increasing speed that the control ampere turns of a minimum value when the machine is at a standstill on one for the minimum current to fall in when the synchronization speed is reached required amount increase.

Bei einer bekanntgewordenen Einrichtung dieser Art bewirkt ein mit dem Drehstromsynchrongenerator unmittelbar gekuppelter Gleichstromgenerator eine drehzahlproportionale Steuerung der Drosselimpedanz. Der Verlauf des Ständerstromes einer Drehstromsynchronmaschine über der Drehzahl ist während des asynchronen Anlaufes bei einem direkten Anschluß an ein Netz mit fester Spannung und Frequenz jedoch nicht linear. Der Anlaufstrom beträgt vielmehr bis zum Kippunkt der Drehstrommaschine, d. h. bis etwa 85 % der Nenndrehzahlen, ein Mehrfaches des Maschinenstromes, um erst dann auf den Betriebswert zurückzugehen. Somit genügt die drehzahlabhängige Steuerung der Drosselimpedanz allein nicht, um den Strom im gesamten Anlaßbereich wirksam zu begrenzen. Entweder müßte nämlich im Drehzahlbereich kurz vor der erreichten synchronen Drehzahl ein erheblich größerer Anlaßstrom zugelassen werden, oder es wäre bei einer vergrößerten Drosselimpedanz im unteren Drehzahlbereich das erforderliche Beschleunigungsmoment nicht vorhanden.In a device of this type that has become known, a with a direct current generator directly coupled to the three-phase synchronous generator speed proportional control of the choke impedance. The course of the stator current of a three-phase synchronous machine over the speed is during asynchronous start-up however, if it is directly connected to a network with a fixed voltage and frequency not linear. Rather, the starting current is up to the breakdown point of the three-phase machine, d. H. up to about 85% of the nominal speed, a multiple of the machine current, by only then to go back to the operating value. Thus the speed-dependent one is sufficient Controlling the choke impedance alone does not allow the current in the entire starting range effectively limit. Either would have to be in the speed range shortly before the reached synchronous speed a considerably larger starting current can be allowed, or it would be required with an increased choke impedance in the lower speed range Acceleration torque not available.

Es ist deshalb bei der bekannten Einrichtung zur wirksamen Begrenzung des Anlaßstromes ein Spartransformator mit im Sternpunkt kurzschließbaren Wicklungsanzapfungen notwendig.It is therefore with the known device for effective limitation the starting current is an autotransformer with winding taps that can be short-circuited at the star point necessary.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs genannte Einrichtung zur selbsttätigen Ständerstromsteuerung von Drehstromsynchronmaschinen durch Wegfall eines kurzschließbaren Spartransformators zu vereinfachen.The invention is based on the object of the above-mentioned device for automatic stator current control of three-phase synchronous machines by eliminating them to simplify a short-circuit autotransformer.

Dies gelingt nach der Erfindung dadurch, daß zur Ständerstromsteuerung allein die resultierenden Steueramperewindungen der Drosselspulen vorgesehen sind, von denen hierzu jede eine von einem dem Ständerstrom proportionalen Gleichstrom gespeiste erste Steuerwicklung und eine von einem konstanten Gleichstrom gegenerregte zweite Steuerwicklung aufweist.This is achieved according to the invention in that the stator current control only the resulting control ampere turns of the choke coils are provided, of which for this purpose each one of a direct current proportional to the stator current fed first control winding and one counter-excited by a constant direct current having second control winding.

Es ist zwar ein automatischer Schlupfregler für einen Schleifringläufermotor bekanntgeworden, bei dem den Läuferwiderständen steuerbare Drosselspulen parallel geschaltet sind, die eine mehr oder minder starke Überbrückung der Läuferwiderstände bewirken sollen. Die Steuerung der parallelgeschalteten Drosseln erfolgt dabei ebenfalls durch das Zusammenwirken gegeneinander arbeitender Steuerwicklungen, von denen die eine Steuerwicklung an einer konstanten Spannung liegt und die andere Steuerwicklung von einem dem Ständerstrom proportionalen gleichgerichteten Strom durchflossen wird. Die vom Ständerstrom durchflossene Steuerwicklung der Drosselspule dient aber nicht unmittelbar zur Beeinflussung der Größe des Ständerstromes, sondern zur Veränderung der Impedanz der Drossel im Sinne einer Erhöhung des wirksamen Läuferwiderstandes in Abhängigkeit von der Höhe des Ständerstromes.It is an automatic slip regulator for a slip ring motor became known, in which the rotor resistances controllable inductors in parallel are connected, which bridges the rotor resistances to a greater or lesser extent should cause. The chokes connected in parallel are also controlled through the interaction of counter-working control windings, of which the one control winding is at a constant voltage and the other control winding is traversed by a rectified current proportional to the stator current. However, the control winding of the choke coil through which the stator current flows is not used directly to influence the size of the stator current, but to change it the impedance of the choke in the sense of increasing the effective rotor resistance depending on the level of the stator current.

Beim Gegenstand der Erfindung wird dagegen die vom Ständerstrom beeinflußte Steuerwicklung der Drosselspule unmittelbar zur Beeinflussung der Größe des Ständerstromes herangezogen. Dadurch gelingt es, den Maschinenstrom im gesamten Hochlaufvorgang allein durch steuerbare Drosseln zu begrenzen. Die Erfindung ermöglicht also eine selbsttätige, nichtlineare Steuerung der Drosselimpedanz in erforderlichem Maß. Beim Gegenstand der Erfindung handelt es sich also um eine automatische Begrenzung der dem Netz entnommenen Scheinleistung, wogegen bei der automatischen Schlupfregeleinrichtung bei Laststößen eine konstante Entnahme von Wirkleistung aus dem speisenden Netz ermöglicht werden soll.In the subject matter of the invention, however, is influenced by the stator current Control winding of the choke coil directly to influence the size of the stator current used. This makes it possible to keep the machine current throughout the start-up process limited by controllable throttles alone. The invention thus enables one automatic, non-linear control of the choke impedance to the required extent. The subject of the invention is therefore an automatic limitation the apparent power taken from the network, whereas with the automatic slip control device Constant extraction of active power from the feeding network in the event of load surges should be made possible.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sollen an Hand der F i g. 1 bis 4 der Zeichnung näher erläutert werden. Die F i g.1 zeigt die Ständerwicklungen U-X, V-Y, W-Z einer Drehstromsynchronmaschine 1, in deren Sternpunkt die gleichstromvormagnetisierten Drosselspulen 2 geschaltet sind. Mit den Drosselspulen sind die Steuerwicklungen 3 und 4 magnetisch gekoppelt. Die Steuerwicklungen 3 sind an einer nicht dargestellten Gleichspannungsquelle (Batterie, Gleichstromgenerator bzw. -netz) oder über eine Gleichrichterbrücke an einem Transformator angeschlossen, der an der (konstanten) verketteten oder Strangspannung des Drehstromnetzes liegt. Der konstante Gleichstrom magnetisiert, sofern er allein wirksam ist, den Eisenkreis der Drosselspulen bis weit in den Bereich der Eisensättigung. Die Steuerwicklungen 4 werden von einem dem Ständerstrom der Maschine etwa proportionalen Gleichstrom durchflossen. Ihre Amperewindungszahl ist so bemessen, daß sich bei Stillstand der Maschine die beiden Gleichstromdurchflutungen in den Steuerwicklungen 3 und 4 gegenseitig aufheben, derart, daß nun die volle (ungesättigte) Drosselreaktanz zur Begrenzung des Anlaufstromes der Maschine auf zulässige Werte wirksam ist.Embodiments of the invention are to be based on FIGS. 1 to 4 of the drawing are explained in more detail. FIG. 1 shows the stator windings UX, VY, WZ of a three-phase synchronous machine 1, in whose star point the direct current bias coils 2 are connected. The control windings 3 and 4 are magnetically coupled to the choke coils. The control windings 3 are connected to a non-illustrated direct voltage source (battery, direct current generator or network) or via a rectifier bridge to a transformer which is connected to the (constant) chained or phase voltage of the three-phase network. The constant direct current, if it is effective on its own, magnetizes the iron circuit of the choke coils well into the area of iron saturation. A direct current approximately proportional to the stator current of the machine flows through the control windings 4. Their number of ampere-turns is such that when the machine is at a standstill, the two direct current flows in the control windings 3 and 4 cancel each other out, so that the full (unsaturated) choke reactance is now effective to limit the machine's starting current to permissible values.

Mit wachsender Drehzahl steigt bekanntlich die wirksame Impedanz der Maschine und verringert dadurch den Ständerstrom noch weiter. In gleichem Maß nimmt auch die Durchflutung in den Steuerwicklungen 4 ab, so daß der Eisenkreis der Drossel unter den somit wachsenden Einfluß der konstanten Durchflutung in den Steuerwicklungen 3 gerät. Hierdurch verringert sich die Drosselimpedanz so weit, daß in der Steuerwicklung der Maschine noch der für das Intrittfallen erforderliche Mindeststrom fließt.As is well known, the higher the speed, the higher the effective impedance of the Machine and thereby further reduces the stator current. Takes equal measure also the flow in the control windings 4, so that the iron circuit of the choke under the increasing influence of the constant flow in the control windings 3 device. This reduces the choke impedance so far that in the control winding the machine still has the minimum current required for it to fall in.

Zur Erzeugung des dem Ankerstrom der Maschine etwa proportionalen Gleichstromes ist nach F i g. 2 ein Stromtransformator 5 angeordnet, an dessen Sekundärwicklung 6 die Steuerwicklung 4 über eine Gleichrichterbrücke 7 angeschlossen ist.To generate the approximately proportional to the armature current of the machine Direct current is according to FIG. 2, a current transformer 5 is arranged on its secondary winding 6 the control winding 4 is connected via a rectifier bridge 7.

An Stelle dieser einphasigen Einspeisung kann auch eine dreiphasige Einspeisung entsprechend F i g. 3 vorgesehen werden, bei der die Gleichrichter 8 in Stern geschaltet sind. Die Gleichrichter sind hier den Drosselspulen 2 unmittelbar parallel geschaltet. Man kann aber auch die Steuerwicklungen 4 über einen Spannungstransformator, der parallel zu den Drosselspulen 2 geschaltet ist, und eine entsprechende Gleichrichteranordnung speisen.Instead of this single-phase feed, a three-phase feed can also be used Feed according to FIG. 3 can be provided in which the rectifier 8 are connected in star. The rectifiers are here the choke coils 2 directly connected in parallel. But you can also use the control windings 4 via a voltage transformer, which is connected in parallel to the choke coils 2, and a corresponding rectifier arrangement Food.

Die Drosselspulen können statt in Stern auch in Dreieck geschaltet sein. Ebenso kann die Ständerwicklung der Maschine in Dreieck geschaltet sein, wie F i g. 4 zeigt. Bei dieser Schaltung sind die drei gleichstromvormagnetisierten Drosselspulen 2 mit der Dreieckschaltung der Wicklungen im Ständer der Drehstromsynchronmaschine 1 in Serie geschaltet. Zur Erweiterung des Stellbereichs der Drosselreaktanzen können in bekannter Weise auch mehrere gleichstromvormagnetisierte Teildrosselspulen, die nacheinander in Sättigung geraten, in Reihe geschaltet werden.The choke coils can also be connected in delta instead of star be. Likewise, the stator winding of the machine can be connected in delta, as F i g. 4 shows. In this circuit, the three are DC biased Choke coils 2 with the delta connection of the windings in the stator of the three-phase synchronous machine 1 connected in series. To expand the setting range of the throttle reactances can in a known manner also several DC-biased partial choke coils, which get saturated one after the other, be connected in series.

Claims

Category claims: 1. Device for automatic stator current control of three-phase synchronous machines with independent asynchronous start-up and synchronization using controls inserted in the stator circuit and controllable via control windings Choke coils, which in the sense of an impedance that decreases with increasing speed can be controlled so that the control ampere turns from a minimum value at Standstill of the machine on one for the minimum current to fall in when reached the amount required for the synchronization speed increase, characterized in that that for stator current control only the resulting control ampere turns of the Choke coils (2) are provided, each of which for this purpose is one of the stator current proportional direct current fed first control winding (4) and one of one having constant direct current counter-excited second control winding (3).

2. Establishment according to claim 1, characterized in that the first control windings (4) with the direct current component proportional to the armature current via rectifiers on voltage transformers connected in parallel to the choke coils (2).

3. Device according to claim 1, characterized in that the first control windings (4) with the armature current proportional direct current component are connected to rectifiers (8) which are connected directly in parallel to the choke coils (2) (F i g. 3).

4. Device according to claim 1 to 3, characterized in that the second control windings (3) with the constant direct current component via a Rectifier bridge connected to a transformer that is chained to the or phase voltage of the three-phase network. Considered publications: Swiss Patent No. 299 062; USA: Patent Specification No. 2,299,911, 2 647 231, 2,707,260; Book by T s c h i 1 i k i n, »Electromotoric Drives«, Berlin, 1957, pp. 320 to 322.