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Anordnung zur Synehronisierung von Synchronmaschinen.
Zur schnellen Inbetriebnahme von Synchronmaschinen, wie sie beispielsweise bei der Einsetzung von Maschinen zur Deckung von Spitzenleistungen im Netz erforderlich ist, hat man Synchronisierungseinrichtungen geschaffen, bei denen die Synchronmaschine, nachdem sie eine mit der Netzfrequenz annähernd übereinstimmende Drehzahl erlangt hat, unter Vorschaltung von Drosselspulen oder Ohmschen Widerständen unmittelbar an das Netz angeschlossen wird. Die Erregung der Synchronmaschine ist dabei auf einen Wert eingestellt, der etwa 10-20% der normalen Erregung beträgt. Die Maschine synchronisiert sich dann mit einer der Erregungsverminderung entsprechenden grossen Eigenschwingungs-
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sprechenden erheblichen Blindstrom einstellt.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren, bei dem diese Eigenschwingungspendelungen der Synchronmaschine erheblich abgekürzt werden und bei dem ausserdem die für df. s Netz schädliche Blindstromaufnahme der Synchronmaschine auf ein Minimum reduziert wird.
In (In sich bekannter Weise wird unmittelbar nach dem Schliessen des Hauptschalters die Erregung der Synchronmaschine allmählich und zweckmässig selbsttätig verstärkt. Die Erfindung ist gekennzeichnet durch eine derartige Ausbildung der Einrichtung für die Verstärkung des Erregerfeldes, dass die Zeitkonstante, mit der das Erregerfeld nach dem Schliessen des Schalters anwächst, etwa gleich ist dem doppelten Wert der Eigenschwingungsdauer der Synchronmaschine bei voller Erregung. Durch diese Verstärkung der Erregung wird ausserdem das synchronisierende Moment der einschwingenden Maschine erhöht, was dann besonders wichtig ist, wenn die Synchronisierung unter Last oder unter Antrieb der Maschine vor sieh geht.
(Letzteres pflegt bei Wasserturbinenantrieben aus Reguliergründen der Fall zu sein. ) Die Verstärkung der Erregung ist ferner vorteilhaft, wenn bei Vorhandensein eines Kraft- momentes im übersynchronen Verlauf synchronisiert werden soll bzw. im untersynchronen Verlauf bei Vorhandensein eines Lastmomentes. Mit der Verstärkung der Erregung nach dem Einlegen des Hauptschalters sinkt, trotzdem die Synchronmaschine noch Schwingungen ausführt, auch die aufgenommene Blindleistung. Man kann nun diese Verminderung des die vorgeschalteten Drosselspulen oder Ohmschen Widerstände durchfliessenden Blindstromes bei Unterschreitung einer bestimmten Grösse zur selbsttätigen Ausschaltung der Drosselspulen oder Ohmschen Widerstände (z. B. durch Schliessen eines Kurz- schlussschalters) benutzen.
Dadurch wird die Zeitdauer des gesamten Synchronisierungsvorganges weiterhin abgekürzt.
Die Erfindung ist an Hand der Zeichnung erläutert.
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das Drehstromnetz 4 angeschlossen werden. 5 ist die mit dem Synchrongenerator gekuppelte eigenerregte Erregermaschine, die den Erregerstromkreis 6 des Generators speist. 7 ist ein Ohmscher Widerstand in diesem Erregerstromkreis, der bei voller Einschaltung die Erregung der Maschine 1 auf etwa 10-20% der normalen Erregung herabsetzt. 8 ist ein in Abhängigkeit von dem Schalter 3 stehendes Relais, das den Widerstand 7 beim Schliessen des Schalters. 3 kurzschliesst. 9 sind der Synchronmaschine vorgeschaltet Drosselspulen.
Der Synchronisierungsvorgang vollzieht sich nun folgendermassen : Der beispielsweise mit einer Wasserturbine gekuppelte Generator 1 wird zuniirhst auf annähernd synchrone Dreh-
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zahl gebracht, wobei seine Erregung infolge der Einschaltung des Widerstandes 7 auf den genannten Betrag vermindert ist. Hierauf wird der Schalter 3 geschlossen, so dass die Maschine 1 unter Pendelungel1 in den synchronen Zustand übergeht. Gleichzeitig mit dem Schliessen des Schalters. 3 wird nun durch die Kurzschliessung des Widerstandes 7 auch die Erregung der Maschine 1 gestärkt. Diese Verstärkung tritt nicht momentan ein, sondern in Anhängigkeit von einer Zeitkonstante, die im wesentlichen durch die Induktivität und den Ohmschen Widerstand des Erregerkreises gegeben ist.
Je nach der Grösse des durch Kurzschliessen ausgeschalteten Widerstandes 7 kann das allmähliche Anwachsen der Erregung in weiten Grenzen beeinflusst werden. Nähere Untersuchungen haben ergeben, dass bei den üblichen
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wird der Statorpendelstrom im weiteren Verlauf der Pendelung von seinem Anfangswert, der sich bei einer Drossel
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in den Grenzen 1-1, 3mal Normalstrom je nach der Grësse der Ankerrückwirkung der betreffenden Maschine hält, schnell heruntergedrückt und besonders werden schon die ersten Amplituden des Polradwinkels, welche die Stabilität der Maschine beeinflussen, stark vermindert.
Zur rechtzeitigen und automatischen Ausschaltung der Drosselspulen 9 nach bzw. am Ende der Einschwingungsperiode der Maschine 1 ist ein Relais 10 vorgesehen, das von der Spannung an den Drossel-
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mit überlagerten Schwingungen, so besitzt das Relais 10 eine Zeitverzcgerungsvorriehtung, die den Einfluss dieser Schwingungen ausgleicht und ein zu frühzeitiges Ansprechen bei einem durch die überlagerten Schwingungen herbeigeführten Stromminimum verhindert. Selbstverständlich könnte das Relais 10 statt durch die Spannung der Drosselspulen auch durch einen Stromtransformator im Primärkreis der Maschine 1 gesteuert werden.
Wenn der Synchronmaschine Ohmsche Widerstände vorgeschaltet sind, so ist es zweckmässig, mit der Verstärkung der Erregung gleichzeitig auch die Grösse dieser Ohmschen Widerstände z. B. durch allmähliches Kurzschliessen zu vermindern. Geschieht dies nicht, so können unter Umständen die Ohmsehen Widerstände das Synchronisierungsmoment bei steigender Erregung verkleinern. Die Kurz- schliessung der Widerstände kann selbsttätig mit bekannten Mitteln durchgeführt werden.
Ob'wohl die Maschine bei dem erfindungsgemässen Verfahren untererregt ist, um einen Stosslmrzschlussstrom nach Möglichkeit zu verhindern, kann auch hier ein Einlegen des Hauptsehalters im ungünstigsten Moment bei Phasenopposition starke Ausgleichsströme hervorrufen und den Synchronsierungsvorgang gegebenenfalls gefährden oder verzögern.
Um dies zu verhindern, werden erfindunggemäss Relaisschaltungen vorgesehen, die dafür sorgen, dass das Einlegen des Hauptschalters nur in der Nähe der Phasengleiehheit und unterhalb eines bestimmten Betrages der gegenseitigen Schlupffrequenz der zu synchronisierenden Spannungen mc glich ist, wobei ausserdem die Anordnung zweckmässig derart sein kann, das der Impuls für das Einlegen des Hauptschalters bereits vor dem Erreichen der Phasengleichheit erteilt wird, um die durch den Schaltmechanismus gegebene Verzögerung zu kompensieren.
Derartige selbsttätige Sperrschaltungen für Synchronisierungsvorrichtungen sind an sich bereits bekannt. Ihre Anwendung auf das Verfahren nach der Erfindung ist jedoch insofern zweckmässig, als man hier nicht auf eine genaue Übereinstimmung der Phasenspannung des Netzes und der Maschine zu achten braucht, sondern wegen der Untererregung und der Drosselspulen grössere Abweichungen unbedenklich zulassen kann. Auch die Abweichungen der beiden Frequenzen können erheblich grösser sein. Ist der Genauigkeitsgrad der Relais sicher, so ist es auch möglich, die Anfangserregung des Generators bei ent- sprechender Sicherung von vorneherein zu erhöhen, wodurch die Stabilität namentlich bei erheblichen Uberschussdrehmomenten der Antriebsmaschine gesichert wird.
Fig. 2 stellt die Anwendung der Anordnung gemäss der Erfindung auf eine f. n sich bekannte selbsttätige Sperrsehaltung für Synchronisierungsvorrichtungen da. 1 ist das Drehstromnetz, an das über den Transformator 22 der Drehstromgenerator 23 anzuschliessen ist. 24 ist der Hauptschalter, dessen Betätigungsspule 25 von der Steuerleitung 26 aus den Einschaltimpuls bekommt. In die Steuerleitung 6 sind nun Relais eingeschaltet, die bewirken, dass die Spule 25 den Schalter 24 nur dann einlegen kann, wenn annähernde Phssengleichheit besteht und die Schlupffrequenz nicht zu gross ist. Es ist dazu ein Synchronoskop 27 vorgesehen. Dieses besteht z.
B. aus einer kleinen Asynehronm'schine, deren Ständerwicklung vom Netz 21 aus und deren Ls. uferwicklung von dem Transformator 22 aus mit gleichsinnig umlaufenden Drehfeldern erregt werden, so dass das Synchronoskop mit Sehlupffrequenz umläuft. Infolge des synchronen Verhaltens der Vorrichtung 27 ist daher dem Zeitmomente der Phasengleichheit der beiden zu synchronisierenden Spannungen eine bestimmte räumliche Lage des umdrehenden Teiles der Vorrichtung 27 zugeordnet. Mit dem Synchronoskop sind zwei umlaufende Scheiben 28 und 218 gekuppelt.
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Die Scheibe 28 besitzt auf einem Teil ihres Umfanges ein metallisches Segment 29, das (z. B. über einen
Schleifring) mit der Leitung 210 in Verbindung steht und auf dem eine Bürste 211 schleift.
Eine Gleich- stromsteuerquelle 212 ist über die Bürste und über die Leitung 210 geführt und beeinflusst das Relais 213.
Nachdem das Segment 29 die Scheibe 28 am Umfange nur teilweise bedeckt, so bekommt das Relais 213
Steuerimpulse, die in ihrer Zeitdauer proportional der Umdrehungszahl der Vorrichtung 27 bzw. der
Schlupffrequenz zwischen den beiden zu synchronisierenden Spannungen sind. Das Diagramm der Fig. 3 der Zeichnung zeigt an der Kurve a den zeitlichen Verlauf dieser Schlupffrequenz aufweisenden Differenz- spannung zwischen dem Netze 21 und dem zu synchronisierenden Generator 2. 3. In dem Zeitmoment der Phasengleichheit besitzt die Kurve a ihr Minimum. In diesem Momente oder einige Zeit vorher muss der Schalter 24 eingelegt werden.
Das Segment 29 an der Scheibe 28 ist nun derart bemessen und eingestellt, dass es im Zeitpunkte, der durch die Vertikale b in Fig. 3 dargestellt ist, einen Steuerimpuls am
Relais 213 einleitet, der bis zum Zeitpunkte der Vertikalen c andauert. Das Relais 213 ist mit Zeitverzöge- rung ausgestattet. Es erteilt daher erst zum Zeitpunkte der Vertikalen d dem Relais 214 einen Steuerimpuls. Das Relais 214 verursacht über das Relais 215 das Schliessen des Hauptschalters 24. Das Relais 214 ist ähnlich wie eine Schaltuhr derart ausgebildet, dass es von dem Moment an, von dem es von dem Relais213 den Impuls bekommt, eine bestimmte Zeit hindurch das Schliessen des Sehalters 24 ermöglicht. Diese Zeit ist in Fig. 3 durch den Abstand zwischen den Geraden d und e veranschaulicht.
Damit der Impuls zur Einlegung des Schalters 24 ausserdem bereits zu einem bestimmten Zeitpunkte vor der Erreichung der Phasengleichheit erfolgt, ist noch in dem vom Relais 214 gesteuerten Stromkreise ein Relais 216 eingeschaltet, das von dem Steuerstromkreis 212 über die zweite rotierende Scheibe 218 gesteuert wird.
Diese zweite Scheibe besitzt am Umfang einen schmalen Belag 217, so dass der Steuerstromkreis 212 nur während einer kurzen durch die Geraden c und f in Fig. 3 angedeuteten Zeit imstande ist, die Sperrung des Stromkreises für die Betätigung des Schalters 24 durch Schliessung des vom Relais 216 gesteuerten Stromkreises aufzuheben. Dieser zwischen den Geraden c und f liegende kurze Zeitmoment kann an der Scheibe 218 auf einen vor Erreichung der Phasengleiehheit liegenden Wert eingestellt werden.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Anordnung zur Synehronisierung von Synchronmaschinen, bei der diese bei annähernd synchroner Drehzahl unter Vorschaltung von Drosselspulen oder Widerständen und mit geschwächter Erregung an das Netz angeschlossen werden, wobeiin an sich bekannter Weise unmittelbar nach dem Schliessen des Hauptschalters und vor dem Ausschalten der Drosselspulen oder Widerstände die Erregung der Synchronmaschine allmählich und zweckmässig selbsttätig verstärkt wird, gekennzeichnet durch eine derartige Ausbildung der Einrichtungen für die Verstärkung des Erregerfeldes, dass die Zeitkonstante, mit der das Erregerfeld nach dem Schliessen des Schalters anwächst, etwa gleich ist dem doppelten Wert der Eigensehwingungsdauer der Synchronmaschine bei voller Erregung.