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Stromerzeugungsanlage
Wasserturbinen haben bekanntlich die unangenehme Eigenschaft, bei Entlastung oder Versagen der Reg- lerapparatur durchzugehen. Unter Umständen kann die mehrfache Nenndrehzahl auftreten. Die, wie all- gemein üblich, direkt gekuppelten Generatoren müssen also für diese hohe Drehzahl festigkeitsmässig ge- baut werden. Die Trägheit der Hydraulik erfordert zudem ein sehr grosses GD2 des Aggregats, das meist im Generator untergebracht werden muss. Dessen Durchmesser wird deshalb grösser, als aus elektrischen Gründen nötig, und damit steigen auch die Fliehkräfte und Verluste. Im wesentlichen sind es also die Wasser- turbineneigenschaften, welche den Entwurf des Generators in so unangenehmer Weise beeinflussen.
Gegenstand der Erfindung ist eine Stromerzeugungsanlage, bestehend aus einer Wasserturbine und einer mit dieser über eine elektromagnetische Schlupfkupplung verbundenen S ynchronmaschine. Erfindungsgemäss ist die in an sich bekannter Weise aus einem Induktor und einem induzierten Teil mit oder ohne Wicklung bestehende Schlupfkupplung für die Übertragung eines kontinuierlich steuerbaren Drehmomentes ausgebildet, wobei die Erregung der Schlupfkupplung in Abhängigkeit von der Generatordrehzahl, der Frequenz der erzeugten Spannung, dem Schlupf, dem Polradwinl- ; 1, der Wirkleistung oder einer beliebigen Kombination dieser Grössen derart gesteuert ist, dass das übertragene Drehmoment, unabhängig vom Drehmoment der Wasserturbine, im wesentlichen konstant bleibt.
Damit wird der Entwurf des elektrischen Generators von dem der Wasserturbine unabhängig gemacht, und umgekehrt braucht die Wasserturbine nicht jeweils für die genaue Generatordrehzahl ausgelegt zu werden.
Man kann also in Weiterbildung der Erfindung beispielsweise den elektrischen Generator für eine Überdrehzahl bauen, die unter derjenigen der Turbine liegt.
Das benötigte grosse Schwungmoment kann ferner bei Anwendung der erfindungsgemässen Schlupfkupplung in den turbinenseitigen Teil der Schlupfkupplung eingebaut sein, dessen Schwungmoment man ohne weiteres grösser machen kann, als es sich bei normaler Auslegung der Schlupfkupplung ergeben würde.
Zweckmässigerweise wird man zu diesem Zweck den induzierten Teil der Schlupfkupplung auf der Turbi- nenwelle befestigen. Der induzierte Teil kann dabei entweder eine Käfigwicklung haben, oder, falls der Schlupf in besonders weiten Grenzen regelbar sein soll, eine Phasenwicklung, die über Schleifringe und Bürsten an veränderliche Widerstände angeschlossen ist.
Ein weiterer Vorteil, der mit der Erfindung verknüpft ist, besteht darin, dass nunmehr der Wasserturbinenregler ohne Rücksichtnahme auf die Belange des Generators ausgelegt werden kann, wobei es ausserdem möglich ist, den Jochkranz des einen Schlupfkupplungsteiles unter Mitbenutzung des Generator-Polradmaterials in das Polrad des Generators einzubauen.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemässen Schlupfkupplung ergibt sich daraus, dass die elektromagnetische Schlupfkupplung bei Gefahr des Durchgehens der Wasserturbine zunächst eine schnelle und völlige Entkupplung des Generators gestattet. Somit ist es nicht mehr nötig, den Generator für die Durch- gangsdrehzahl der Wasserturbineauszulegcn. Die Betätigung der Schlupfkupplungserregung kann z. B. durch einen permanenterregten Drehzahlgeber auf der Generatorwel1e bewirkt werden. Wird dessen Spannung mit einer Konstantspannung verglichen, dann kann die Differenz beider benutzt werden, über Verstärkermaschinen oder Magnetverstärker od. dgl. den Erregerstrom der Schlupfkupplung bis zum Abkippen zu vermindern.
Selbstverständlich lassen sich auch beliebige andere Regelungen im Zusammenhang mit der erfin-
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dungsgémäss zwischen der Wasserturbine und dem elektrischen Generator vorgesehenen Schlupfkupplung durchführen. Bei Parallelbetrieb mehrerer Synchronmaschinen an einem Netz ist eine drehzahlabhängige Regelung des Erregerstromes der Schlupfkupplung naturgemäss nicht ausreichend, sondern in diesem Fall
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als Regelgrösse der Polradwinkel oder diedanken durch Herabsetzung ihres Erregerstromes weicher gemacht, d. h. der Schlupf wird vergrössert. Der Drehmomentüberschuss wird dann von der Wasserturbine und dem mit ihr gekuppelten Teil der Schlupfkupplung allein aufgenommen und zur Beschleunigung und Verlustdeckung verbraucht.
Für diesen Fall ist es ausserdem vorteilhaft, zur Verminderung des Drehzahlanstieges der Wasserturbine, das GD2 des auf ihrer Welle aufgekeilten Schlupfkupplungsteile gross zu machen, indem man das GD2 über das Natürliche hin-
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B.den. dass man der Kupplung eine Phasenwicklung gibt, die über Schleifringe und Bürsten auf veränderliche Widerstände geschaltet ist, z. B. auf Wasserwiderstände.
Die Wasserturbine selbst ist auf jeden Fall für die Durchgangsdrehzahl zu entwerfen, desgleichen auch der mit ihr verbundene Teil der Schlupfkupplung. Man wird diesen Teil am besten so ausbilden, dass er aussen rotiert, da dann die durch die Fliehkräfte beanspruchten Wicklungen recht einfach gegen den Mantel abgestützt werden können. Die Schlupfkupplung ist eine wesentlich kleinere Maschine als der elektrische Generator. Die elektromagnetische Ausnutzung des aktiven Materials beträgt das Drei-bis Vierfache gegenüber einer Synchronmaschine, zumal der induzierte Teil, mit Käfig- oder Massivstabwicklung versehen, fliehkraftmässig leicht beherrscht werden kann.
Wirtschaftlich gesehen stellt die Schlupfkupplung zwar ein zusätzliches Aggregat dar, der elektrische Generator kann aber nun allein nach elektromagnetischen Gesichtspunkten bemessen werden. Hochfeste Werkstoffe im Läufer erübrigen sich und seine Reibungsverluste werden beträchtlich kleiner. Materialmässig und verlustmässig wird die neue Anordnung zumindest nicht ungünstiger als die herkömmliche. Es ist aber zu bedenken, dass sich der im Durchmesser kleinere Generator auf die Grösse des Gebäudes auswirkt. Die Schlupfkupplung hat auf die Gebäudegrösse hingegen keinen Einfluss, da sie in einem sonst unbenutzten Raum untergebracht wird.
Bezüglichder Verringerung des Generatordurchmessers ist zu bemerken : Die Reguliervorgänge auf der hydraulischen Seite verlaufen träge. Deshalb fordert man ein hohes Schwungmoment. Sonst würde man bei
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eignet, weshalb der Generator damit belastet wird.
Erfindungsgemäss kann nun durch die gesteuerte Schlupfkupplung das übertragene Moment unter Vergrösserung des Schlupfes oder Verkleinerung desselben konstant gehalten werden. Schwankt die Drehzahl der Wasserturbine, so kann die Übertragung dieser Schwankung auf den Generator verhindert werden. Pen- delt der Generator, was für eine am Netz arbeitende Synchronmaschine ein natürlicher Vorgang ist, dann kann diese Pendelung von der Wasserturbine ferngehalten werden. Die elektromagnetische Schlupfkupplung ist eindämpfendes und zugleich nachgiebiges Organ. Der Wasserturbinenregler kann allein den Forderngen der Wasserturbine in sehr vorteilhafter Weise angepasst werden. Das für die Regulierung erforderliche Schwungmoment kann jedenfalls erheblich herabgesetzt werden.
Ferner werden axiale Stösse der Wasserturbine und axiale Wellenbewegungen derselben von den Generatorlagem ferngehalten.
Hinsichtlich des Materialaufwandes ist es ausserdem sehr vorteilhaft, für Generatorpolradkörper und Schlupfkupplung gleiche Bauteile gemeinsam zu verwenden. Es ist z. B. möglich, den Polkranz für den Generator und für die Schlupfkupplung gemeinsam zu verwenden. Er trägt dann aussen den Generatorpol, innen die Schlupfkupplungspole oder das Blechpaket mit der Käfigwicklung.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäss angeordneten Schlupfkupplung dargestellt. Danach ist auf der Welle 1 der Wasserturbine 2 der Sekundärteil 3 und auf der Welle 4 der Synchronmaschine 5 das Polrad 6 der elektromagnetischen Schlupfkupplung 7 befestigt.
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