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Selbsttätige Synchronisiereinrichtung.
Es sind selbsttätige Synchronisiereinrichtungen bekannt, bei denen die Kupplung des Generators mit dem Netz durch eine Vorrichtung bewirkt wird, die das Einsehaltkommando selbsttätig auslost, wenn ein bestimmter Schlupf und eine bestimmte gegenseitige Phasenlage erreicht ist. Zu dem Zwecke wird beispielsweise die Differenzspannung an dem zu schliessenden Schalter von einem Relais überwacht, welches nur dann arbeitet, wenn die Schwebungsfrequenz eine bestimmte Mindestgrösse erreicht hat. Dabei ist nachteilig, dass die Genauigkeit, mit der das Relais arbeitet, von der Spannungshöhe beeinflusst wird. Weiterhin bereitet es Schwierigkeiten, das Einsehaltkommando bei dem jeweils richtigen Voreilwinkel zu geben, weil sonst unter Umständen die Einschaltung zu spät oder zu früh erfolgt.
Diese Gefahr wird dadurch vergrössert, dass bei der Synchronisierung nicht nur mit der langsamen und stetigen Frequenzänderung des zu synchronisierenden Generators, sondern häufig auch mit erheblich schnelleren entgegengesetzten Frequenzschwankungen des Netzes zu rechnen ist. Die Erfindung betrifft eine Einrichtung, welche, wie es an sich bekannt ist, die Eigenschaft hat, dass der Augenblick, in dem das Einschaltkommando gegeben wird, vom Schlupf abhängig ist.
Erfindungsgemäss wird die Frequenzdifferenz in eine Grösse übersetzt, welche auch der Netzspannung proportional ist, so dass also die Frequenzdifferenz gewissermassen in Prozenten der Netzspannung übertragen wird. Mit dieser der Frequenzdifferenz proportionalen Grösse wird eine zweite Grösse verglichen, die ebenfalls von der Netzspannung abhängig ist und deren Momentanwerte der jeweiligen Differenz zwischen den Spannungen dei zu synchronisierenden Netze entspricht (Schwebungsspannung). Die Synchronisiereinriehtung ist nun derart beschaffen, dass das Einschaltkommando dann erfolgen kann, wenn die von der Schwebungsspannung abhängige Grösse nach vorherigem Überschreiten wieder gleich der von der Frequenzdifferenz abhängigen Grösse wird.
Zur Erläuterung der Erfindung dient die Zeichnung, welche nunmehr beschrieben wird.
In Fig. 1 ist mit 1 eine Leitung des in Betrieb stehenden Wechselstromnetzes dargestellt, an welches über einen Schalter 7 ein Wechselstromgenerator 2 angeschlossen werden soll. An der Leitung 1 ; vingt ein Spannungswandler 4, die Generatorspannung wird über einen Spannungswandler 5 entnommen.
Die Sekundärspannung des Wandlers 4 wird einer Doppelweggleichrichtung G1 zugeführt. Die eine Klemme des Spannungswandlers 4 ist geerdet, desgleichen die eine Klemme des Spannungswandlers 5.
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dient. Der Generator 60 wird durch ein auch zur Tourenregelung dienendes Aggregat 90 angetrieben mit einer Tourenzahl, die der Differenz der Frequenzen des Netzes 1 und des Generators 2 entspricht.
Die vom Generator 60 erzeugte Gleichspannung ist daher proportional dem Schlupf und ausserdem proportional der Netzspannung. Die Spannungen des Netzes 1 und des Generators 2 sind im übrigen als gleich anzunehmen, da für den Generator 2 in der Darstellung nicht wiedergegebene Spannungsregler vorauszusetzen sind. Es ist auch möglich, wenn Synchronisierdroelspulen vorhanden sind, mit Zeit-
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erregung zu arbeiten. Die vom Generator 60 gelieferte Spannung speist die eine Spule 65 eines Differenzrelais. Die zweite Spule 66 ist an die Gleichrichterschaltung O2 angeschlossen. Die Erregung der Spule 66 entspricht in ihrer Stärke der Grösse der Schwebungsspannung. Der Strom in der Spule 66 hat Wellenform. In Fig. 2 ist der Strom in der Spule 65 und der Strom in der Spule 66 dargestellt.
Der Strom der Spule 65 entspricht der Ordinate zwischen der nach rechts schräg abfallenden Kurve, und der Strom der Spule 66 entspricht der Ordinate der wellenförmigen Gleichspannung von abnehmender Frequenz. Wenn der Strom der Spule 66 den Strom in der Spule 65 überwiegt, wird ein Anker 66a nach links umgelegt, so dass ein, Relais 62 zur Schlupf Überwachung erregt wird. Der Relaisstromkreis bleibt über den Kontakt 62t geschlossen, sofern die Einschaltung eine gewisse, zweckmässig einstellbare Zeit dauert.
Die Verzögerungszeit ist so gewählt, dass das Relais erst bei einem gewünschten Maximalschlupf ansprechen kann.
Sinkt die Schwebungsspannung wieder unter die Schlupfspannung, dann schlägt der Anker 66 a nach rechts aus und bewirkt dadurch Einschaltung des Relais 63, sofern das Zeitrelais 62 während des vorangehenden Schaltvorganges angesprochen hat und seine Kontakte 621 und 62t geschlossen sind.
Relais 63 gibt das Schaltkommando für den Schalter 7, gleichzeitig wird das Zeitrelais 62 durch den Kontakt 631 kurzgeschlossen, so dass es nach kurzer Verzögerung von etwa 0'2 bis 0'3 set abfällt.
Die Abfallverzögerung wird beispielsweise durch eine Kurzschlusswicklung 620 verursacht.
Das Schaltkommando muss vor Aberregung des Relais 62 weitergegeben sein. Die Gleichrichterschaltung O2 kann unter Umständen in Fortfall kommen. Das Differenzrelais wird dann derart ausgebaut, dass der Effektivwert der Erregung der Spule 66 zur Wirkung kommt. Dann ist es sowohl bei Übersynchronismus als auch bei Untersynchronismus möglich, zu schalten, während bei der in Fig. 1 angegebenen Anordnung Untersynchronismus bzw. nur Übersynchronismus vorausgesetzt ist, sofern nicht Relaissysteme genommen werden, welche die erfassten Spannungen quadrieren. Es kann nun leicht vorkommen, dass die Tourenzahl des Generators infolge plötzlicher Änderung der Netzfrequenz über die synchrone Tourenzahl hinausschiesst, so dass es dann im Interesse einer Zeitersparnis erwünscht ist, die Synchronisierung sowohl unter-wie auch übersynchron vornehmen zu können.
Um die Ansprechgenauigkeit der Einrichtung in gewünschtem Masse zu bekommen, wird zweckmässig das Differenzrelais erst dann an die Schlupfspannung angeschlossen, wenn der Schlupf ein für die Schaltung zulässiges Mass erreicht hat.
In Fig. 3 ist eine der Schaltung in Fig. 1 ähnliche Anordnung wiedergegeben, wobei jedoch die Schlupfspannung nicht durch eine Gleichspannung dargestellt wird. Mit der Welle des Generators 2 sind zwei Asynchronmaschinen 3 und 3'gekuppelt, so dass ihre Anker mit der gleichen oder einer proportionalen Geschwindigkeit wie der Anker des Generators 2 umlaufen. Die erste Asynchronmaschine 3 wird im Ständer von den Netzspannungen erregt, dadurch wird in ihrem Läufer eine der Netzspannung und dem Schlupf proportionale Spannung hervorgerufen, die zur Erregung des Rotors der zweiten Maschine 3'verwendet wird. Von den Klemmen der zweiten Maschine 3'kann dann eine Spannung von Netzfrequenz abgenommen werden, deren Höhe dem Schlupf und der Netzspannung proportional ist.
Statt dessen kann auch eine Kollektormaschine angeordnet werden. Diese Spannung wird zur Erregung der Spule 65 in Fig. 1 benutzt. Die Erregung der Spule 66 kann unmittelbar von der Differenzspannung aus erfolgen. Der Vorteil der in Fig. 3 beschriebenen Anordnung gegenüber der in Fig. 1 beschriebenen Anordnung besteht darin, dass der Hilfsgenerator 60, der eine Gleichstromerregung aus dem Wechselstromnetz erhalten muss, in Fortfall kommt. Die Anordnung gemäss Fig. 3 besitzt ferner keine schleifende Kontakte.
Bei Überwiegen der der Schwebungsspannung proportionalen Grösse über die der Frequenzdifferenz proportionale Grösse wird von dem Differentialrelais ein Zeitrelais 62 erregt, das beim Geben des Einsehaltkommandos stromlos wird und das Kommando nach einer bestimmten Verzögerungszeit wieder spent.
An Stelle des Zeitrelais 62 kann man einen Kondensator verwenden, dessen Lade-oder Entladezeit von der Schwingungsdauer der Sehlupffrequenz abhängig gemacht ist. Sobald diese Zeit einen bestimmten Wert erreicht, wird dann der zum Parallelschalten erforderliche weitere Vorgang eingeleitet bzw. das Kommando wieder gesperrt.
Ein Ausführungsbeispiel für eine derartige Anordnung ist in der Fig. 4 dargestellt. 101 ist ein wattmetrisches Relais, beispielsweise ein Sinus-y-Relais, dessen eine Spule von der Netzspannung und dessen andere Spule von der Spannung des zuzuschaltenden Generators erregt wird. Das Relais besitzt linen Kontakt 103, der periodisch mit der Schlupffrequenz umgeschaltet wird. Befindet sich der Kontakt in der unteren Schaltstellung, so wird der Kondensator 104 über den Widerstand 105 an die Gleichstromquelle angeschlossen und aufgeladen. In der oberen Sehaltstellung wird der Kondensator über die Erregerwicklung des Relais 102 entladen. Ist die Schlupffrequenz noch zu hoch, so ladet sich der Kondensator in der zur Verfügung stehenden Zeit nicht genügend auf, so dass seine Ladung zu klein ist, um das Relais. M2 zum Ansprechen zu bringen.
Ist die Schlupffrequenz genügend klein, so wird die Lademenge genügend pots, um das Relais 102 durch den Entladestromstoss fast unverzögert im Augenblick des Umschaltens zum Ansprechen zu bringen. Beim Ansprechen des Relais 102 wird dessen Kontakt 107 in dem Stromkreis 108 geschlossen, wodurch beispielsweise die Einschaltspule des Hauptschalters oder eine andere
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Vorrichtung zum Parallelschalten erregt wird. Genügt diese kurzzeitige Kontaktgabe des Relais 102 zur Betätigung des Hauptschalters oder der Vorrichtung nicht, so kann man das Relais 102 noch mit einem zweiten Kontakt 106 versehen, der einen Selbsthaltekreis für das Relais schliesst, oder man kann auch von dem Relais 102 ein Zwischenrelais in Selbsthalteschaltung erregen, welches seinerseits den Hauptschalter oder die Vorrichtung steuert.
Um zu verhindern, dass der Kondensator 104 nach dem Ausschalten der Vorrichtung noch geladen bleibt und dadurch beim Wiedereinschalten der Einrichtung unter Umständen einen fehlerhaften Schaltvorgang verursacht, muss der Kondensator beim Ausschalten der Vorrichtung wieder entladen werden. was beispielsweise dadurch geschehen kann, dass beim Ausschalten der Vorrichtung der Kondensator über einen Widerstand kurzgeschlossen wird.
Die Synchronisiereinrichtungen gemäss der Erfindung können auch so ausgebildet sein, dass als von der Frequenzdifferenz abhängige Grösse die Leistung gewählt ist, die von einer Asynchronmaschine aufgenommen wird, welche an das Netz angeschlossen und mit einer der Frequenz der Synchronmaschine entsprechenden Drehzahl angetrieben wird. Die Asynchronmaschine kann auch umgekehrt an die zuschaltende Synchronmaschine angeschlossen und mit einer der Netzfrequenz entsprechenden Drehzahl angetrieben werden.
In den Fig. 5 und 6 sind Ausführungsbeispiele für diese abgeänderte Synchronisiereinrichtung dargestellt. Der Synchrongenerator 203 soll mit Hilfe des Schalters 202 an das Netz 201 angeschlossen werden. Der Schalter 202 erhält sein Einschaltkommando von dem Differenzrelais 204, das mit einem Spannungsglied 243 und mit einem Leistungsglied 244 ausgerüstet ist. Das Spannungsglied enthält zwei Spannungsspulen, die über die bei den Gleichrichter 241 und 242 an den Generator 203 und das Netz derart angeschlossen sind, dass durch das Spannungsglied die Schwebungsspannung zwischen dem Generator und dem Netz gemessen wird. Die von der Frequenzdifferenz zwischen Generator und Netz abhängige Grösse wird durch das Leistungsglied 244 geliefert, durch welches die von der Asynchronmaschine 205 aufgenommene elektrische Leistung gemessen wird.
Die Asynchronmaschine 205 ist mit dem Generator 203 gekuppelt. Der Rotor läuft demnach mit einer Drehzahl, die der Frequenz des Generators 203 entspricht, und die von der Asynchronmaschine aufgenommene Leistung hängt sowohl von der Netzspannung als auch von der Frequenzdifferenz zwischen dem Generator und dem Netz ab. Die Abhängigkeit der Drehzahl der Asynchronmaschine von der Frequenz des Generators 203 kann auch dadurch erreicht werden, dass die Asynchronmaschine von einem besonderen Synchronmotor angetrieben wird, der an den Generator 203 angeschlossen ist. Der Vorteil einer Synchronisiereinrichtung, wie sie in Fig. 5 beschrieben ist, liegt darin, dass nur eine Hilfsmaschine notwendig ist, um die von der Frequenzdifferenz zwischen Generator und Netz abhängige Grösse zur Beeinflussung des Differenzrelais 204 zu gewinnen.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist in Fig. 6 dargestellt. Die Asynchronmaschine 205 wird von einer Synchronmaschine 251 angetrieben, die in diesem Fall an das Netz 201 angeschlossen ist, während die Asynchronmaschine an den Generator 203 angeschlossen ist. Eine Schaltung nach Fig. 6 hat den Vorteil, dass die Angaben des Leistungsgliedes 244, das in die Zuführungsleitung zu den Asynchronmaschinen 205 geschaltet ist, nicht durch Unsymmetrien beeinflusst werden, die unter Umständen in dem Netz 201 auftreten können. Das Leistungsglied kann deshalb im Gegensatz zu anderen Schaltungen einphasig angeschlossen werden.
Bei der Verwendung einer Asynchronmaschine zur Gewinnung der von der Frequenzdifferenz abhängigen Grösse kann ferner in einfacher Weise der Zeitpunkt, in dem das Parallelschaltkommando gegeben werden soll, dadurch eingestellt werden, dass ein in dem Rotorkreis der Asynchronmaschine 205 liegender Regelwiderstand 252 verändert wird. Die Schnittpunkt zwischen der Kurve der Schwebungsspannung und der frequenzabhängigen Leistungsangabe des Leistungsgliedes 244 werden dadurch ver- ändert, so dass der Zeitabstand zwischen dem Einschaltkommando und der Phasengleichheit auf den jeweils gewünschten Wert eingestellt werden kann.
PATENT-ANSPRÜCHE : l. Selbsttätige Synchronisiereinrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Netzspannung und der Frequenzdifferenz proportionale Grösse und eine ebenfalls der Netzspannung und der Schwebungsspannung proportionale zweite Grösse ein Differenzrelais beeinflussen, welches das Einschaltkommando in dem Augenblick gibt, in dem die von der Schwebungsspannung abhängige Grösse nach vorherigem Überschreiten wiederum gleich der von der Frequenzdifferenz abhängigen Grösse wird.