DE1808108A1

DE1808108A1 - Exciter arrangement for a brushless synchronous generator

Info

Publication number: DE1808108A1
Application number: DE19681808108
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Manfred Mader; Dr-Ing Erich Schwab
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1968-11-09
Filing date: 1968-11-09
Publication date: 1970-06-04
Also published as: CH499915A; SE356411B; DE1808108B2

Description

Erregeranordnung für einen bürstenlosen Synchrongenerator Die Erfindung bezieht sich auf eine Erregeranordnung für einen bürstenlosen Synchrongenerator, der über rotierende Gleichrichter von einer Erregermaschine erregt ist, die ihrerseits ueber Gleichrichter von einem im Ständerstromkreis des Synchrongenerators angeordneten Stützstromwandler und von einem Regler erregt ist, der an Anzapfungen der Ständerwicklungen des Synchrongenerators angeschlossen ist.Exciter arrangement for a brushless synchronous generator The invention relates to an exciter arrangement for a brushless synchronous generator, which is excited by an exciter via rotating rectifiers, which in turn Via rectifier from one arranged in the stator circuit of the synchronous generator Support current transformer and is excited by a regulator connected to taps on the stator windings of the synchronous generator is connected.

Bei solchen Synchrongeneratoren wird, wenn sie auf eine Sammelschiene mit mehreren Verbrauchern arbeiten, gefordert, daß sie in der Lage sind, kurzzeitig einen Dauerkurzschlußstrom zu führen, der etwa den dreifachen Nennstrom beträgt. Bei Erfüllung dieser Forderung ist eine selektive Abschaltung des fehlerhaften Netzteiles möglich. Im Kurzschlußfall ist als Versorgungsspannung für den Regler lediglich die Oberwellenspannung an den Anzapfungen der Jtinderwlcklung vorhanden. Diese Oberwellenspannung ist im allgemeinen nicht ausreichend, um einen Dauerkurzschlußstrom der erforderlichen Höhe für das selektive Abschalten zu erzeugen. Es ist aber auch nicht möglich, im Hinblick auf die Erzeugung eines ausreichenden Kurzschlußstromes die Ständerwicklung des Synchrongenerators bei größeren Maschinen in der erforderlichen Weise iu bemessen und auszufüren. Aus diesem Srund ist die ;nwendung von Stützstromwandlern erforderlich, die den Maschinenstrom ausnützen, um eine zusätzliche Erregung zu bewirken. Es sind dabei je nach Art und Bemessung des Synchrongenerators und nach den Belastungs- und Kurzschlußkennlinien verschiedene Schaltungen möglich. Dabei ist aber in jedem Fall erforderlich, daß die Erregerkennlinie des Generators bei Nennspannung im ganzen Lastbereich über der Stützwandlerkennlinie liegen muß. Die Stützwandlerkennlinie ihrerseits muß wieder über der Kurzschlußerregerkennlinie liegen, da durch den Schnittpunkt der beiden Kennlinien -der sich einstellende Dauerkurzschlußstrom bestimmt ist. In der Praxis kann die Erregerkennlinie bei Nennspannung und beliebigem cos die Kurzschlußerregerkenlinie auch schneiden. In diesem Fall ist es erforderlich, daß im Normalbetrieb der von dem jtützwandler gelieferte Erregerstromanteil durch eine aufwendige Absetzschaltung im Regler unwirksam gemasht wird. Im Kurzschlußfalle muß dagegen der vom Stützwandler gelieferte Erregerstromanteil allein die Erregung des Synchrongenerators sicherstellen.With such synchronous generators, if they are on a busbar work with several consumers, required that they are able to briefly to carry a continuous short-circuit current that is approximately three times the nominal current. If this requirement is met, the faulty power supply unit must be switched off selectively possible. In the event of a short circuit, the only supply voltage for the controller is the harmonic voltage is present at the taps of the winding. This harmonic voltage is generally not sufficient to maintain a sustained short-circuit current of the required Generate height for selective shutdown. But it is also not possible to use the With regard to the generation of a sufficient short-circuit current, the stator winding of the synchronous generator for larger machines in the required manner and run out. For this reason, the use of backup current transformers is necessary, which use the machine current to cause additional excitation. There are depending on the type and dimensioning of the synchronous generator and the load and short-circuit characteristics, various circuits are possible. But it is in everyone Case required that the excitation characteristic of the generator at nominal voltage as a whole Load range must be above the support converter characteristic. The support converter characteristic on the other hand, it must again be above the short-circuit exciter characteristic, since it passes through the point of intersection of the two characteristics - the continuous short-circuit current that is established is determined. In practice, the excitation characteristic at nominal voltage and any cos die Also cut the short-circuit excitation line. In this case it is necessary that in normal operation, the excitation current component supplied by the auxiliary converter through a complex cutoff circuit in the controller is ineffective meshed. In the event of a short circuit on the other hand, only the excitation current component supplied by the backup converter must be responsible for the excitation of the synchronous generator.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Erregeranordnung der eingange genannten Art zu schaffen, bei der mit einfachen Mitteln ohne aufwendige sbsetzschaltungen im Regler die notwendige Erregung im gesamten normalen Lastbereich und auch im Kurzschlußfalle erreicht werden kann.The invention is based on the object of an exciter arrangement of To create the type mentioned at the beginning, in which with simple means without complex setting circuits in the controller provide the necessary excitation in the entire normal load range and can also be reached in the event of a short circuit.

Die Lösung der Aufgabe wird nach der Erfiadung dadurch erreicht, daß die Erregermaschine zwei voneinander getrennte Erregerw@cklungen besitzt, von denen die eine mit dem Regler, die andere mit dem Stützstromwandler in Verbindung steht, dessen Kennlinie unter der Kurzschlußerregerkennlinie liegend gewählt ist. Beim Gegenstand der Erfindung kann also ohne aufwendige Absetzs@@altungsen unter Verwendung normaler einfacher Regler und unabhangig vom Kennlinienverlauf eine einwandfreie Erregung sichergestellt werden.The solution to the problem is achieved after the Erfiadung that the exciter machine has two separate exciter waves, of which one is connected to the controller, the other to the backup current transformer, whose characteristic is selected to be below the short-circuit exciter characteristic. At the The subject matter of the invention can therefore be used without the need for complex sales normal, simple controller and, regardless of the course of the characteristic curve, a flawless one Arousal can be ensured.

In Fig. 1 ist ein Schaltungsbeispiel fur den Gegenstand der wrfindung in vereinfachter Weise dargestellt. Der Ständer ST des Synchrongenerators G ist über Primärwicklungen eines Stützstromwandlers SW an die einzelnen Phasen U,V,W angeschlossen. 9in einfacher Regler RE erhält seinen Istwert vom Ständerkreis des Synchrongenerators und seine Versorgungsspannung von Anzapfungen A der Ständerwicklung JT. Die Polradwicklung P des Synchrongenerators ist in an sich bekannter Weise über rotierende Gleichrichter RG an die rotierende Drehstromläuferwicklung L einer Erregermaschine EM angeschlossen. Die Erregermaschine EM besitzt zwei gesonderte Erregerwicklungen El und 2, von denen die eine, nämlich E1 mit der Gleichstromseite eines Gleichrichters GL verbunden ist, der wechselstrcmseitig an die Sekundärwicklungen des Stützstromwandlers SW angeschlossen ist. Die zweite Erregerwicklur.g E2 der Erregermaschine ist mit dem Ausgang des Reglers RE verbunden. Die Erregermaschine EM erhält also eine spannungsabhängige und eine laststromabhnngige, kompoundierende Erregung; wobei sich die beiden Erregeranteile algebraisch addieren. Die für die Reglerversorgung im Normalbetrieb maßgebende Spannung an der Anzapfung A der Ständerwicklung St ist durch die Nennspannung und das Verhältnis von Anzapfungswindungszahl zu Gesamtwindungszahl der Ständerwicklung bestimmt.In Fig. 1 is a circuit example for the subject of the wrfindung shown in a simplified manner. The stator ST of the synchronous generator G is Via primary windings of a backup current transformer SW to the individual phases U, V, W connected. 9in a simple controller RE receives its actual value from the stator circuit of the Synchronous generator and its supply voltage from taps A of the stator winding JT. The rotor winding P of the synchronous generator is in a manner known per se rotating rectifier RG to the rotating three-phase rotor winding L a Exciter EM connected. The EM exciter machine has two separate exciter windings El and 2, one of which, namely E1 with the DC side of a rectifier GL is connected, the AC side to the secondary windings of the backup current transformer SW is connected. The second Erregerwicklur.g E2 of the exciter machine is with connected to the output of the controller RE. The exciter machine EM thus receives a voltage-dependent one and a load current-dependent, compounding excitation; whereby the two pathogen components add algebraically. The voltage that is decisive for the regulator supply in normal operation at the tap A of the stator winding St is due to the nominal voltage and the ratio determined by the number of tapping turns to the total number of turns of the stator winding.

Bei der Schaltung nach der Erfindung wird auch im gefährlichen dreipoligen Kurzschlußfall, bei dem die Kiemmspannung Null ist, die dann immer noch vorhandene Oberwellenspannung an der Anzapfung A zur Erregung ausgenutzt. Fig. 2 zeigt den Verlauf der Oberwellenspannung und in abhangigkeit vom Verhältnis Kurzschlußstrom zu Nennstrom, und zwar im ganzen Kurzschlußbereich.In the circuit according to the invention is also in the dangerous three-pole Short-circuit case in which the terminal voltage is zero, the one that is still present Harmonic voltage at tap A used for excitation. Fig. 2 shows the Course of the harmonic voltage and depending on the short-circuit current ratio to rated current, in the entire short-circuit range.

Diese Kurzschlußspannung erlaubt es, die in Fig. 3 angegebene Eandlerkennlinie WA zu wählen, die stets unterhalb der tiefsten Erregerkennlinie b1 (in diesem Fall für den cos = 1) liegen muß. Als Ordinate ist dabei die Erregerdurchflutung je Pol der Erregermaschine und als Abszisse das Verhältnis des jeweiligen Generatorstromes zum Generatornennstrom aufgetragen. Sie liegt damit auch stets unterhalb der z.B. darüber befindlichen vrregerkennlinie b für den cos - 0,6 induktiv. Entsprechendes gilt auch für Erregerkennlinien mit anderen cos 1. Die vom Regler RE über die Erregerwicklung E2 gelieferte Erregung allein wäre nicht ausreichend, um einen geforderten Kurzschlußstrom z.R. vom dreifachen Wert des Nennstromes zu erhalten. Es ist deshalb notwendig; den vom Stützstromwandler SW über den Gleichrichter GL an die Erregerwicklung E1 gelieferten Erregungsanteil so zu bemessen, daß die Summe beider im Kurzschlußfalle den geforderten Schnittpunkt mit der Kurzschlußkennlinie K ergibt.This short-circuit voltage allows the Eandler characteristic curve given in FIG. 3 WA to be selected, which is always below the lowest excitation characteristic curve b1 (in this case for which cos = 1) must be. The ordinate is the excitation flow per pole of the exciter and the ratio of the respective generator current as the abscissa applied to the generator nominal current. It is therefore always below the e.g. Above it, the excitation characteristic b for the cos - 0.6 inductive. Corresponding also applies to excitation characteristics with other cos 1. The one from the RE controller via the excitation winding The excitation supplied by E2 alone would not be sufficient to generate a required short-circuit current z.R. from three times the value of the nominal current. It is therefore necessary; from the backup current transformer SW via the rectifier GL to the field winding E1 supplied excitation proportion to be measured so that the sum of both in the event of a short circuit the required point of intersection with the short-circuit characteristic curve K results.

Die gekrümmte Kennlinie der Kurzschluß spannung gemäß Fig. 2 ergibt die Reglerkennlinie R, die in Verbindung mit der Wandlerkennlinie WA einen stabilen Schnittpunkt mit der Kurzschlußkennlinie K;.und damit eine Einstellbarkeit des Dauerkurzschlußstromes auch für den Fall ermöglicht, daß die Erregermaschine und die Stützstromwandler ungesättigt sind, d.h. gerade Kennlinien haben.The curved characteristic of the short-circuit voltage according to FIG. 2 results the controller characteristic R, which in conjunction with the converter characteristic WA creates a stable Point of intersection with the short-circuit characteristic K;. And thus an adjustability of the permanent short-circuit current also in the event that the exciter and the backup current transformer are unsaturated, i.e. have straight characteristics.

Die Zusammenhange der vorgenannten Art sind aus der Fig. 3 zu entnehmen, die zeigt, daß die Reglerkennlinie R und die Nandlerkennlinie WA bestimmte Anteile für die Gesamterregung liefern.The relationships of the aforementioned type can be seen in Fig. 3, which shows that the regulator characteristic R and the Nandler characteristic WA certain components supply for the total excitation.

In nicht näher dargestellter Weise kann der Anteil des Stützstromwandlers SW an der Gesamter regung durch nicht gezeigte Anzapfungen am Stützstromwandler an den Erregeranteil des Reglers und mit diesem an die erforderliche Gesamterregung angepaßt werden.In a manner not shown, the portion of the backup current transformer SW on the total excitation through taps (not shown) on the backup current transformer to the excitation component of the controller and with this to the required total excitation be adjusted.

Norden die beiden rregerwicklungen E1 und E2' gleichmäßig auf alle Pole der Erregermaschine verteilt, so kann es bei raschen-Stromänderungen in der lastabhängig erregten Erregerwicklung E1 zu einer Beeinflussung der E Erregerwicklung E2 und damit zu unerwünschen Beanspruchungen der Halbleiter-Bausteine des Reglers RE führen.North the two excitation windings E1 and E2 'equally on all Poles of the exciter are distributed, so there can be rapid current changes in the load-dependent excited excitation winding E1 to influence the E excitation winding E2 and thus to undesired stresses on the semiconductor components of the controller RE lead.

Es ist daher zweckmäßig, die beiden Erregerwicklungen weitestgehend zu entkoppeln. Dies wird dadurch erreicht, daß jeder Pol nur eine 3rregerspule trägt und immer zwei dIametral gegenüberliegende Pole mit dem gleichen 3trom beaufschlagt werden. Um die Addition der durch die beiden Erregerströme in den Erregerwicklungen Ei und E2 bedingten Einflüsse auf die Ausgangsspannung der Läuferwicklung L zu erhalten, ist es erforderlich, daß in der Läuferwicklung einer 2p-poligen Erregermaschine jeweils mindestens p-Spulengruppen in Reihe geschaltet sind. Von den insgesamt 2p-Pole der Erregermaschine werden 2p1-Pole der Erregerwicklung El', die restlichen (2p-2p1)-Pole der Erregerwicklung E2 zugeordnet.It is therefore advisable to use the two excitation windings as much as possible to decouple. This is achieved in that each pole carries only one exciter coil and always two diametrically opposite poles with the same 3current applied will. About the addition of the two excitation currents in the excitation windings Ei and E2 conditional influences on the output voltage of the rotor winding L to be obtained, it is necessary that in the rotor winding of a 2p-pole exciter each at least p-coil groups are connected in series. Of the total of 2p poles of the excitation machine are 2p1 poles of the excitation winding El ', the remaining (2p-2p1) poles assigned to the excitation winding E2.

Wird die vorstehende Anordnung bei Erregermaschinen mit ungerader Polpaarzahl p p angewandt, so werden außerdem unerwünschte Rüttelkräfte weitgehend vermieden. 6 3 Patent ansprüche 3 FigurenIf the above arrangement is used for exciter machines with an odd When the number of pole pairs p p is applied, undesirable vibration forces are also largely eliminated avoided. 6 3 claims 3 figures

Claims

Claims 1. Exciter arrangement 'for a brushless synchronous generator, which is excited by an exciter via rotating rectifiers, which in turn Via rectifier from one arranged in the stator circuit of the synchronous generator Support current transformer and is excited by a regulator connected to taps on the stator winding of the synchronous generator is connected, characterized in that the exciter has two separate excitation windings (E1, E2), one of which (E2) with the controller (RE), the other with the backup current transformer (SW) whose characteristic is selected to be below the short-circuit exciter characteristic.

2. exciter arrangement according to claim 1, characterized in that on diametrically opposed poles of the exciter machine coils of the same exciter winding are arranged and the rotor winding is designed so that at least p-coil groups are connected in series.

3. exciter arrangement according to claim 2, characterized in that the Exciter machine is designed with an odd number of pole pairs.

L e r s e i t e