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Autarkes Erregersystem für Synchrongeneratoren
Bekannt sind autarke Erregersysteme für Synchrongeneratoren, die mit einem Hilfssynchrongenerator und dessen Erregermaschine auf der Welle der Synchronmaschine ausgestattet sind. Dieser Hilfssynchron- generator speist dann den Erregerumformer-Motor. Die Haupterregermaschine kann ebenfalls direkt mit dem Synchrongenerator mechanisch verbunden sein, so dass der Erregerumformer nur noch die Hilfserre- germaschine u. a. Hilfsmaschinen enthält. Sie kann aber auch ein Bestandteil des Umformers sein.
Bekannt sind weiter autarke Erregersysteme für Synchrongeneratoren, bei denen eine Haupterreger- maschine mit dem Synchrongenerator direkt gekuppelt ist und einen Gleichstrommotor speist, der seiner- seits einen Satz Erregermaschinen antreibt.
Beiden Systemen haften Nachteile an. Der Hilfssynchrongenerator erfordert einen grossen Material- aufwand, und seine Verluste sind hoch. Sehr störend ist auch die Erregermaschine, die benötigt wird, wenn eine Startbatterie vermieden werden soll. Das andere bekannte System ist nur anwendbar, wenn eine Reihenschaltung zweier Erregermaschinen vorgesehen ist.
Es ist weiterhin bekannt, einen reinen Synchrongenerator direkt mit der Welle des Hauptgenerators zu kuppeln, wobei der erstgenannte Synchrongenerator den Drehstrom-Antriebsmotor eines Umformersatzes für die Erregung des Hauptgenerators speist.
Andere Erregersysteme, die mit einer Speisung des Umformer-Motors über einen an die Synchrongeneratorklemmen angeschlossenen Transformator arbeiten, sind besonders kostspielig, da der Transformator kurzschlussfest sein muss.
Die Erfindung bezieht sich auf ein autarkes Erregersystem für Synchrongeneratoren mit einer direkt oder über Getriebe gekuppelten Haupterregermaschine und einem aus einer oder mehreren Erregermaschinen und einem Antriebsmotor bestehenden, getrennt aufgestellten Umformersatz, wobei die Haupterregermaschine den Mehrphasenwechselstrom zur Speisung des Antriebsmotors des Umformersatzes liefert. Der Gegenstand der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass dabei die Haupterregermaschine, die im normalen Betriebszustand als Mehrphasen-Wechselstromgenerator wirkt, in bestimmten Betriebsfällen, wie z. B. dem Anlauf des Synchrongenerators, selbsterregt und dabei so geschaltet ist, dass sie die gesamte Gleichstrom-Erregerleistung des Synchrongenerators bzw. einen Teil derselben unmittelbar liefert.
Da die Haupterregermaschine beim Kraftwerksbetrieb unter Umständen erheblich übererregt wird und ihre Spannung vorübergehend auf die doppelte Nennspannung steigen kann, sind Mittel vorgesehen, den Strombezug des Umformer-Motors zu begrenzen. Derartige Mittel sind z. B. Widerstände mit grossem positivem Temperatur-Koeffizienten oder auch Drosselspulen mit Gleichstromvormagnetisierung.
Ganz besonders eignet sich zum Antrieb des Umformersatzes ein Synchronmotor, der asynchron unerregt anfährt und dann übererregt synchron arbeitet, damit er bei Stossbeanspruchung nicht kippt. Sein grosser Vorteil besteht darin, dass er immer die gleiche Drehzahl beibehält, so dass der Umformersatz bei Stosserregung bedeutend härter und nachgiebiger reagiert als ein durch einen Asynchronmotor angetriebener.
Auch kann man den sogenannten Pendelgenerator, der bei direkter Kupplung mit dem Synchron-
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generator schwer wird und oft die Bauhöhe vergrössert, als Schnelläufer ausbilden und mit dem Umfor- mer kuppeln. Nachdem der Hochlauf des Umformers erfolgt ist, wird zweckmässig die Haupterregerma- schine von Selbst- auf Fremderregung umgeschaltet, damit die magnetische Zeitkonstante herabgesetzt wird und die Regelvorgänge schneller ablaufen. Es kann aber auch eine der Hilfserregermaschinen des
Satzes mit der Haupterregermaschine in Serienschaltung das Polrad des Synchrongenerators speisen. Die
Haupterregermaschine übernimmt dann zweckmässig eine etwa der Leerlaufspannung entsprechende Grund- erregung, während die Hilfserregermaschine die Zusatzspannung liefert, die der jeweilige Lastzustand erfordert.
Die Haupterregermaschine kann auch überwiegend als Mehrphasen-Wechselstromgenerator ausgebil- det sein und ausser dem Strom für die eigene Erregung ausschliesslich den Ständerstrom für den Antriebs- motor des Umformersatzes liefern, während der Haupt-Synchrongenerator ausschliesslich von einer Erre- germaschine des Umformersatzes erregt wird.
Der erwähnte Antriebsmotor des Umformersatzes ist nach einem weiteren Erfindungsgedanken als
Synchronmotor ausgebildet, dessen Erregerwicklung parallel oder in Reihe zur Polradwicklung des Haupt-
Synchrongenerators geschaltet ist. Die Haupterregermaschine wird zweckmässigerweise als selbsterregte
Synchronmaschine ausgebildet. Die Drehstromwicklungen der Haupterregermaschine und des Antriebs- motors des Umformersatzes sind also hintereinander geschaltet und beide Maschinen bilden somit ein elektrodynamisches Getriebe. Die Drehzahl des Antriebsmotors des Umformersatzes kann so ohne weiteres auf ein Mehrfaches der Hauptwelle gesteigert werden. Damit wird auch die Erregermaschine des Umfor- mersatzes entsprechend klein und sie besitzt die aus regelungstechnischen Gründen gewünschte kleine
Zeitkonstante bei Änderungen der abgegebenen Leistung.
Die Fig. 1 - 3 der Zeichnung zeigen Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäss ausgebildeten Er- regersystems.
Nach Fig. 1 treibt die Turbine 1 den Synchrongenerator 2, mit dem die Haupterregermaschine 3 gekuppelt ist, an. Von der Haupterregermaschine 3, die während des Anlaufes selbsterregt ist, wird über die gleichstromvormagnetisiene Drosselspule 4 die Ständerwicklung 5 des Antriebsmotors 6 des Umfor- mersatzes 7, der aus der Amplidyne 8 und der Hilfserregermaschine 9 besteht, gespeist. Die Steuerwicklungen 18 der Amplidyne 8 wurden hier nur angedeutet. Während des Anfahrvorganges ist, wie bereits erwähnt, die Haupterregermaschine 3 zunächst selbsterregt und der Schalter 10 geschlossen. Der Feldsteller 11 der Hilfserregermaschine 9 ist so eingestellt, dass noch keine Selbsterregung eintritt. Damit ist gewährleistet, dass der Antriebsmotor 6 unerregt-anfährt.
Nach dem Hochlauf des Umformersatzes 7 wird der Feldsteller 11 betätigt und die zweite Erregerwicklung 12 der Haupterregermaschine 3 allein eingeschaltet, die von der Amplidyne 8 gespeist wird. Der Schalter 10 wird gleichzeitig geöffnet, so dass ei sich in der in Fig. 1 dargestellten Lage befindet. An Stelle der beiden getrennten Erregerwicklungen 12 und 13 könnte die Haupterregermaschine 3 auch mit einer einzigen umschaltbaren Erregerwicklung ausgerüstet sein.
Aus dem in Fig. 1 dargestellten Schaltungsbeispiel geht weiterhin hervor, dass die vormagnetisierte Drosselspule 4 mit steigender Spannung der Amplidyne 8 entgegen einer Grunderregung entmagnetisiert wird, so dass ihre Induktivität zunimmt. Damit ist der Strom des Antriebsmotors 6 auf einfache Weise begrenzt. Der Vollständigkeit halber wurde in Fig. 1 der ebenfalls von dem Antriebsmotor 6 angetriebene Pendelgenerator 20 eingezeichnet, der über den Stellmotor 15 die Regelung der Turbine 1 bewirkt.
Nach Fig. 2 ist der Strom der Ständerwicklung 5 des Antriebsmotors 6 durch stromabhängige Widerstände 14 begrenzt und die Haupterregermaschine 3 oder die Zusatzerregermaschine 19 speisen in Reihenschaltung die Erregerwicklung 16 des Synchrongenerators 2 und die Feldwicklung 17 der Zusatzerregermaschine 19 wird zwecks Regelung der Erregerspannung des Synchrongenerators 2 von der Amplidyne 8 gespeist. Die Selbsterregung der Haupterregermaschine 3 reicht zur Erzeugung der Leerlaufspannung des Synchrongenerators 2 und zur Speisung des Antriebsmotors 6 aus.
Nach Fig. 3 ist die Haupterregermaschine 3 als selbsterregter Synchrongenerator irgendeiner der bekannten Bauarten ausgebildet, an dessen Ständerklemmen die Ständerwicklung 5 des Antriebsmotors 6 des Umformersatzes 7 liegt. Zum Umformersatz 7 gehören sämtliche, innerhalb des strichpunktiert umrandeten Feldes eingezeichneten Maschinen, u. zw. ausser dem Antriebsmotor 6 zunächst die Erregermaschine 24, die als Gleichstromgenerator ausgebildet ist, sodann z. B. die Amplidyne 8 und schliesslich die weitere Hilfserregermaschine 9, an deren Ausgangsspannung die Steuerwicklungen 18 der Amplidyne 8 liegen. Man erkennt an dem Ausführungsbeispiel, dass die Erregerwicklung 21 des Antriebsmotors 6 z. B. parallel zur Erregerwicklung 16 des Haupt-Synchrongenerators 2 geschaltet ist und so gemeinsam mit dieser von der Erregermaschine 24 gespeist wird.
Die Verwendung eines Synchronmotors als Antriebsmotor 6
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für den Umformersatz 7 hat den Vorteil, dass der Drehstromkreis des Erregersystems mit dem Leistungsfaktor 1 betrieben werden kann und sich eine kleinere Maschine mit besserem Wirkungsgrad ergibt, als bei Verwendung eines asynchronen Motors.
Dass sowohl das Polrad des Haupt-Synchrongenerators 2 als auch das Polrad des Antriebsmotors 6 von der Erregermaschine 24 gespeist werden, hat zur Folge, dass bei Stosserregung des Haupt-Synchrongenerators 2 auch gleichzeitig der Antriebsmotor 6 stosserregt wird, so dass er ein besonders grosses synchrones
Kippmoment erhält Die Energieübertragung von der Generatorwelle 25 auf die Umformerwelle 26 ist also besonders steif. Die Haupterregermaschine 3 wird zweckmässigerweise mit einem automatischen Spannungsregler ausgerüstet. Die Erregerwicklung 27 der Erregermaschine 24 liegt ihrerseits im Arbeitskreis derAmplidyne S. sodassdievonder Erregermaschine 24 abgegebene Gleichspannung in dem benötigten Bereich sehr feinstufig und schnell geregelt werden kann.
Der Stromwender der Haupterregermaschine 3 kann entweder nur für die Stromlieferung an die eigene Erregerwicklung 16 bemessen sein, er kann anderseits jedoch auch für den Polradstrom des Haupt-Synchrongenerators 2 ausgelegt werden, so dass eine besonders starke Reserve für die Speisung des Polrades des Haupt-Synchrongenerators 2 zur Verfügung steht.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Autarkes Erregersystem für Synchrongeneratoren mit einer direkt oder über Getriebe gekuppelten Haupterregermaschine und einem aus einer oder mehreren Erregermaschinen und einem Antriebsmotor bestehenden, getrennt aufgestellten Umformersatz, wobei die Haupterregermaschine den Mehrphasenwechselstrom zur Speisung des Antriebsmotors des Umformersatzes liefert, dadurch gekennzeichnet, dass die Haupterregermaschine, die im normalen Betriebszustand als Mehrphasen-Wechselstromgenerator wirkt, in bestimmten Betriebsfällen, wie z. B. dem Anlauf des Synchrongenerators, selbsterregt und dabei so geschaltet ist, dass sie die gesamte Gleichstrom-Erregerleistung des Synchrongenerators bzw. einen Teil derselben unmittelbar liefert.