DE562199C

DE562199C - Arrangement on asynchronous machines whose commutator rear machine is excited by the mains voltage according to patent 507547

Info

Publication number: DE562199C
Application number: DE1930562199D
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Dipl-Ing Adolf Leonhard
Original assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens Corp
Priority date: 1930-02-04
Filing date: 1930-02-04
Publication date: 1932-10-22
Also published as: CH156224A; AT128728B

Description

DEUTSCHES REICHGERMAN EMPIRE

AUSGEGEBEN AM 22. OKTOBER 1932ISSUED ON OCTOBER 22, 1932

REICHSPATENTAMTREICH PATENT OFFICE

PATENTSCHRIFTPATENT LETTERING

KLASSE 21 d 2 GRUPPECLASS 21 d 2 GROUP

gemäß Patent 507 547 erregt wirdis energized according to patent 507,547

Zusatz zum Patent 507Addition to patent 507

Patentiert im Deutschen Reiche vom 5. Februar 1930 ab Das Hauptpatent hat angefangen am 16. Mai 1926.Patented in the German Empire on February 5, 1930 The main patent started on May 16 , 1926.

Das Hauptpatent betrifft eine Anordnung zur Erregung der Kommutatorerregermaschine von Asynchronmaschinen, durch die erreicht wird, daß bei einem Sinken der Netz-Spannung die Erregung der Kommutatorerregermaschine und damit auch die Erregung der Asynchronmaschine ähnlich wie bei Synchronmaschinen konstant bleibt bzw. sogar noch verstärkt wird. Eine derartige Wirkungsweise ist namentlich bei Blindleistungsmaschinen oder Generatoren erwünscht, um bei einem Belastungsstoß oder einer Störung im Netz, ζ. B. einem Kurzschluß, die Spannung möglichst aufrechtzuerhalten. Um dies zu erreichen, wird die Kommutatorerregermaschine gemäß dem Hauptpatent von der Netzspannung unmittelbar oder über Spannungs- oder Frequenzumformer erregt, und es sind einerseits dem Erregerstromkreis der Erregermaschine angehörige oder zu ihm parallel geschaltete, im wesentlichen eisengeschlossene Induktivitäten vorgesehen, die mit einer der Netzspannung gleichen oder annähernd proportionalen Spannung erregt und derart bemessen sind, daß an ihnen bei normaler Netzspannung oder unmittelbar bei deren Überschreitung infolge Eisensättigung keine Proportionalität mehr zwischen Magnetisierungsstrom und Spannung besteht. Andererseits ist ein durch den Magnetisierungsstrom der eisengesättigten Induktivität erregter Transformator vorgesehen, dessen Spannung in den Stromkreis der Erregerwicklung der Kommutatorerregermaschine eingeschaltet ist und der vom Netz zugeführten Spannung entgegenwirkt.The main patent relates to an arrangement for exciting the commutator excitation machine of asynchronous machines, through which it is achieved that when the mains voltage drops the excitation of the commutator excitation machine and thus also the excitation of the asynchronous machine similar to that of synchronous machines remains constant or is even increased. Such a mode of action is particularly desirable for reactive power machines or generators in order to avoid a load surge or a malfunction in the network, ζ. B. a short circuit to maintain the voltage as possible. To this to achieve, the commutator exciter according to the main patent is powered by the mains voltage directly or via voltage or frequency converter energized, and there are on the one hand the excitation circuit of the exciter machine or to him parallel-connected, essentially iron-closed inductors are provided which energized with a voltage equal to or approximately proportional to the mains voltage and are dimensioned such that at them at normal mains voltage or immediately at if this is exceeded due to iron saturation, there is no longer any proportionality between the magnetizing current and there is tension. On the other hand, a is due to the magnetizing current of the iron-saturated inductance energized transformer provided, its voltage in the circuit of the excitation winding the commutator exciter is switched on and the one supplied by the mains Counteracts tension.

Die Wirkungsweise dieser Anordnung kann durch die Erfindung dadurch wesentlich verstärkt und verbessert werden, daß die Ankerrückwirkung der Hauptmaschine, die durch den von der Maschine an das Netz abgegebenen Blindstrom hervorgerufen wird und entregend auf die Maschine wirkt, kompensiert wird, so daß die Maschine bei gleicher Netzbzw. Erregertransformatorspannung wesentlieh mehr Blindstrom abgeben kann als bei der Schaltung nach dem Hauptpatent. Die Kompensierung der i\nkerrückwirkung wird erfindungsgemäß dadurch bewirkt, daß außer dem Erregertransformator ein Hilfstransformator vorgesehen ist, der eine dem Primärstrom der Hauptmaschine proportionale Span-The mode of operation of this arrangement can thereby be significantly enhanced by the invention and that the anchor reaction of the main machine caused by the output from the machine to the network can be improved Reactive current is generated and has a de-exciting effect on the machine, compensated is, so that the machine with the same Netzbzw. Excitation transformer voltage essential can deliver more reactive current than with the circuit according to the main patent. The compensation the inferior reaction is brought about according to the invention by the fact that besides the excitation transformer an auxiliary transformer is provided, which is one of the primary current the main machine proportional

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:*) The patent seeker stated as the inventor:

Dr.-Ing. Dipl.-Ing. Adolf Leonhard in Berlin-Spandau.Dr.-Ing. Dipl.-Ing. Adolf Leonhard in Berlin-Spandau.

nung erzeugt, die in den Erregerkreis der Kommutatorerregermaschine zusätzlich eingeführt wird. Im folgenden wird dieser Hilfstransformator kurz als Compoundierungstransformator bezeichnet.voltage generated, which is also introduced into the excitation circuit of the commutator excitation machine will. In the following, this auxiliary transformer is briefly referred to as the compounding transformer designated.

Der gemäß der Erfindung vorgesehene Compoundierungstransformator bewirkt eine erhebliche Verstärkung der Wirkungsweise der Schaltung nach dem Hauptpatent, außerdem wird eine Beeinflussung des Kurvenverlaufes in der Weise erzielt, daß die Spannungskurve der Blindleistungsmaschine im Bereiche der Betriebsspannung wesentlich flacher verläuft. Als weiterer Vorteil kommt hinzu, daß die durch die Eisensättigung im Erregerkreis der Kommutatorerregermaschine verursachten Oberwellen bei Hinzufügen eines Compoundierungstransformators sich wesentlich verringern lassen. Außerdem können infolge der durch die Erfindung erzielten Verringerung der Erregerspannung die Erregertransformatoreu kleiner als bisher bemessen werden, so daß auch in dieser Hinsicht eine beträchtliche Verbesserung der Schaltung nach dem Hauptpatent erreicht wird.The compounding transformer provided according to the invention causes one significant reinforcement of the operation of the circuit according to the main patent, as well the curve shape is influenced in such a way that the voltage curve the reactive power machine is much flatter in the area of the operating voltage. Another benefit comes added that by the iron saturation in the excitation circuit of the commutator excitation machine caused harmonics when adding a compounding transformer let decrease. In addition, as a result of the reduction achieved by the invention the excitation voltage, the excitation transformers are smaller than before so that also in this respect a considerable improvement of the circuit according to the main patent is achieved.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Abb. 1 schematisch dargestellt. Die Asynchronmaschine 1 ist an dem Drehstromnetz 5 ständerseitig angeschlossen und ist mit der Kommutatorerregermaschine2 mechanisch gekuppelt. Die Kommutatormaschine 2 ist läuferseitig mit Netzfrequenz erregt. Im Erregerstromkreis liegt der mit dem Ständerstromkreis induktiv verkettete Compoundierungstransformator 4 samt Erregertransformator 3, der bei normaler Netzspannung hohe Eisensättigung hat, so daß die Streureaktanz groß ist gegenüber der Wechselreaktanz und ohne besondere vorgeschaltete Drosselspule eine ähnliche Wirkung erzielt wird wie durch die Anordnung nach Abb. 4 des Hauptpatentes. Die vom Compoundierungstransformator 4 erzeugte, dem Primärstrom der Asynchronmaschine proportionale Spannung wird in Hintereinanderschaltung mit der vom Erregertransformator gelieferten Spannung über die Kommutatorerregermaschine 2 dem Läufer der Asynchronmaschine zugeführt. Die von dem Primärstrom hervorgerufene Ankerrückwirkung wird also hierdurch ganz oder teilweise kompensiert. Man braucht daher am Erregertransformator nur eine geringere Spannung als bei der Schaltung gemäß dem Hauptpatent, um einen Blindstrom gewünschter Größe primär abgeben zu können. Im Grenzfall, d. h. bei voller Kompensierung, ist nur so viel Spannung erforderlich, um den Eigenbedarf der Maschine an Magnetisierungstrom zu erzeugen.An embodiment of the invention is shown schematically in FIG. the Asynchronous machine 1 is connected to the three-phase network 5 on the stator side and is with the commutator exciter2 mechanically coupled. The commutator machine 2 is The rotor is excited with the mains frequency. The one with the stator circuit is in the excitation circuit inductively linked compounding transformer 4 including excitation transformer 3, which is high at normal mains voltage Has iron saturation, so that the leakage reactance is large compared to the alternating reactance and without a special upstream choke coil a similar effect is achieved as by the arrangement according to Fig. 4 of the main patent. The one from the compounding transformer 4 generated, the primary current of the asynchronous machine proportional voltage is connected in series with that of the Excitation transformer supplied voltage via the commutator exciter 2 dem Runner fed to the asynchronous machine. The armature reaction caused by the primary current is thus fully or partially compensated. You therefore only need a smaller one on the excitation transformer Voltage than in the circuit according to the main patent to a reactive current more desired To be able to give up size primarily. In the borderline case, i. H. with full compensation, only so much voltage is required to meet the machine's own requirement for magnetizing current to create.

Die durch den Compoundierungstransformator erzielte Wirkung ergibt sich aus den in Abb. 2 dargestellten Kurven, in denen der Blindstrom/ über der Klemmenspannung £ der Maschine aufgetragen ist. Die Kurve a zeigt den Verlauf des Blindstromes bei der Schaltung nach dem Hauptpatent. Die Kurve b zeigt den Verlauf des Blindstromes bei der Schaltung nach Abb. 1. Man ersieht hieraus, daß die Kurve b insbesondere in der Nähe der Normalspannung wesentlich günstiger verläuft als die Kurve α im Sinne einer steigenden Blindstromabgabe bei fallender Netzspannung. Außerdem liegt der Leerlaufpunkt, bei welchem kein Blindstrom abgegeben wird, wesentlich niedriger als bei der Kurve a, so daß die Überspannung bei plötzlichem Verschwinden der Last wesentlich geringer als bei der Kurve α ist.The effect achieved by the compounding transformer results from the curves shown in Fig. 2, in which the reactive current / is plotted against the terminal voltage £ of the machine. The curve a shows the course of the reactive current in the circuit according to the main patent. The curve b shows the course of the reactive current in the circuit according to Fig. 1. It can be seen from this that the curve b is much more favorable, especially in the vicinity of the normal voltage, than the curve α in the sense of an increasing reactive current output with falling mains voltage. In addition, the idling point at which no reactive current is output is significantly lower than in curve a, so that the overvoltage when the load suddenly disappears is significantly lower than in curve α .

Die vorstehend beschriebene Anordnung nach Abb. 1 arbeitet äußerst günstig, solange die Netzspannung sich nicht in allzuweiten Grenzen ändert. Sind in einer Anlage größere Schwankungen zu erwarten, oder will man die Maschine auch bei Kurzschlüssen zur Blindleistungsabgabe heranziehen, so wird diese Anordnung diesen Anforderungen nicht mehr restlos genügen. Wie die Kurve b zeigt, geht bei stärkerem Spannungsabfall von einer gewissen Grenze ab die Blindleistung ebenfalls zurück, und zwar im geradlinigen Teil der magnetischen Charakteristik der Asynchronmaschine ebenfalls ungefähr geradlinig, also schon von ziemlich hohen Spannungen ab. In diesen besonderen Fällen ist es nun aber erforderlich, den Blindstrom bis zu geringen Spannungen herab hoch zu halten bzw. noch weit über den normalen Strom hinaus zu steigern. Es läßt sich dies erreichen, wenn man die Schaltung nach Abb. 1 dadurch abändert, daß der Erregertransformator mit verhältnismäßig hoher Streureaktanz durch eine der Schaltungen Abb. 4 und 5 nach dem Hauptpatent ersetzt wird, mit Hilfe deren die sonst vorhandene Proportionalität zwischen Netzspannung und Erregerspannung· weitgehend gestört wird.The above-described arrangement according to Fig. 1 works extremely well as long as the mains voltage does not change within too wide limits. If larger fluctuations are to be expected in a system, or if the machine is to be used for reactive power output even in the event of short circuits, this arrangement will no longer fully meet these requirements. As curve b shows, with a greater voltage drop from a certain limit, the reactive power also decreases, and in the straight-line part of the magnetic characteristic of the asynchronous machine also approximately straight-line, i.e. already from fairly high voltages. In these special cases, however, it is now necessary to keep the reactive current high down to low voltages or to increase it far beyond the normal current. This can be achieved if the circuit according to Fig. 1 is modified by replacing the excitation transformer with a relatively high leakage reactance with one of the circuits in Fig. 4 and 5 according to the main patent, with the help of which the proportionality between the mains voltage and the excitation voltage that otherwise exists · Is largely disturbed.

Eine für diesen Zweck geeignete Schaltung ist in der Abb. 3 beispielsweise dargestellt. In dieser ist in den Erregerkreis der Erregermaschine 2 ein Erregertransformator 13 ange- no ordnet, der bei normaler Netzspannung hohe Eisensättigung hat. In Reihe mit dem Erregertransformator 13 ist ein weiterer Transformator 14 geschaltet, der keine Eisensättigung hat und dessen Primärwicklung vom Magnetisierungsstrom des Erregertransformators durchflossen ist und dessen Sekundärwicklung über die Sekundärwicklung des Compoundierungstransformators 4 an die Schleifringe der Erregermaschine 2 geschaltet ist. Die Wirkungsweise hinsichtlich des Compoundierungstransformators 4 ist die gleiche wieA circuit suitable for this purpose is shown in Fig. 3, for example. In this, an excitation transformer 13 is connected to the excitation circuit of the excitation machine 2 which has high iron saturation at normal mains voltage. In series with the excitation transformer 13 a further transformer 14 is connected, which does not have any iron saturation and its primary winding from the magnetizing current of the excitation transformer is flowed through and its secondary winding via the secondary winding of the compounding transformer 4 is connected to the slip rings of the exciter 2. How the compounding transformer works 4 is the same as

Claims

in Fig. ι. The resulting voltage of the two transformers 13 and 14 has the known curved shape shown in FIG. 4, in which the excitation voltage E is plotted against the mains voltage P. As a result of this curve, the reactive current output is increased even further when the mains voltage drops than in the case of an arrangement according to Fig. 1, as can be seen from the example shown in Fig. 2 curve labeled c can be seen. As a result of the curved excitation characteristic achieved by the transformers 13 and 14, it can also rise beyond the straight-line part of the magnetic characteristic. With this arrangement it is therefore possible to achieve high reactive current outputs down to very low voltages.

By a suitable choice of the saturation conditions etc., a course of the reactive current according to curve d of Fig 'can also be readily obtained. 2, after which a considerable increase in the reactive current output can be caused when the voltage is reduced. This characteristic can be influenced by a suitable choice of the saturation ratios in the compounding transformer in such a way that the maximum reactive current is limited.

The invention can be used in the same way both for independent operation of the Asynchronous machines without synchronous machines running in parallel as well as in parallel operation with synchronous machines.

Pat ε ν τ α ν s γ κ ü c η ιϊ:

ι. Arrangement on asynchronous machines, the commutator rear machine of the Mains voltage is excited according to patent 507 547, characterized in that in addition to that carried out with high saturation Excitation transformer a compounding transformer that is switched into the primary current of the asynchronous machine on the primary side is provided whose secondary voltage, which is proportional to the primary current, is also fed into the secondary circuit of the excitation transformer is introduced.

2. Arrangement according to claim 1, characterized by one in the primary circuit of the excitation transformer switched on transformer without iron saturation, whose Secondary winding in the secondary circuit of the excitation transformer has its voltage in opposite directions Creates tension.

1 sheet of drawings