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Einrichtung zur Verhinderung des Aussertrittfallens von Synchronmaschinen
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h.Polradwinkel 6 eingetragen. Erregt man die Ständerphase 1b mit einem Wechselstrom, so lassen sich die für verschiedene Stellungen des Polrades geltenden Maschinenreaktanzen bestimmen. Es ist zu erkennen, dass für 6 = 0 der Maximalwert x vorhanden ist, da der grösste magnetische Leitwert dann besteht, wenn die Längsachse d mit der Wicklungsachse zusammenfällt. Der kleinste Leitwert und damit die kleinste Reaktanz xq treten bei 6 = 900 auf.
Maschinen mit ausgeprägten Polen besitzen ein xq von ungefähr 0, 6.. x, bei Vollpolmaschinen beträgt x ungefähr 0, 9. x d'Fig. 4 gibt ein Zeigerdiagramm der Synchronmaschine unter Zugrundelegung der in Fig. 3 gewählten Bezeichnungen wieder. Es lässt sich nachweisen, dass zwischen der Richtung der Resultierenden RI, die aus einer der Spannung U proportionalen Grösse und einer dem Strom J proportionalen Grösse besteht (wobei letztere gegenüber ihrer tatsächlichen Richtung um 900el. phasenverschoben ist) und der Richtung der Spannung U der Polradwinkel 6 vorhanden ist. Gleichungsmässig gilt : RI = U + jj. x bzw.-j. R'=-j. U+J. x. Die zweite Beziehung ist in Fig. 5 dargestellt.
Gemäss Fig. 1 wird der Gleichrichteranordnung 6 vom Spannungswandler 2 die verkettete Spannung U zugeführt, welche gegenüber der Phasenspannung U um 900 phasenverschoben ist. Ferner liegt an TS R
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In Fig. 6 sind diese Verhältnisse dargestellt, wobei im Vergleich zu Fig. 5 die einzelnen Zeiger des Diagramms durch xq dividiert worden sind'und J bezüglich U eine andere Phasenlage aufweist. In Fig. 6 sind auch die Stabilitätskennlinien A und B angedeutet. A gilt bei sehr langsamen Änderungen (statische Kennlinie), während sich B auf rasche Vorgänge bezieht (dynamische Kennlinie). Die Anordnung nach Fig. 1 ermöglicht es nun, für die Synchronmaschine einen Kennlinienverlauf beispielsweise nach C bzw.
D einzuhalten. Nimmt man zunächst an, dass der Widerstand der Drossel 5 gleich ist dem Widerstand des Kondensators 4, dass also Resonanz besteht, so ist der Strom J1 in Phase mit UT (Fig. l und Fig. 7). Vom Zwischenwandler 7 wird der Brücke 6 ein weiterer Strom J2 zugeführt, welcher dem Phasenstrom J proportional ist. Der. Ausgangsstrom der Brücke 6 entspricht also der Summe aus J und J, die in Fig. mit r bezeichnet wird. Im Zusatzgerät 11 erfolgt ein Vergleich zwischen J2 und r. So lange diese beiden Grö- ssen ungleich sind, was z. B. für den Punkt a der Fig. 7 zutrifft, fliesst ein Differenzstrom AJ über 11, der ein Kriterium dafür ist, dass die Maschine noch nicht die Stabilitätslinie C'erreicht hat.
Wird jedoch AJ = 0, so gehört der Betriebspunkt zur Geraden C', und es sind geeignete, an sich bekannte Schaltmassnahmen zu treffen, beispielsweise eine Erhöhung der Generatorerregung, um das Aussertrittfallen zu verhindern. Das Gerät 11 dient zur Anzeige der Stabilitätsverhältnisse bzw. zur Auslösung der erforderlich werdenden Schaltungen.
Wird die Reaktanz des Kondensators 4 oder der Drossel 5 variiert, so ändert sich auch die Phasenlage des Stromes J1. Diese Verhältnisse können der Fig. 8 entnommen werden. Eine Nachrechnung ergibt, dass J1. stets die Sehne eines Kreises K bildet und die Schnittpunkte der Mittelsenkrechten mit den zugehörigen Zeigern J1 auf einem Kreisbogen K2 wandern. Durch Veränderung des ohmschen Widerstandes 3 ist darüber hinaus eine wahlweise Bemessung der Strecke OS möglich. Man kann somit praktisch jede gewünschte Kennlinie C bzw. D einstellen. In bestimmten Fällen dürfte es genügen, den Kondensator 4 bzw. die Drossel 5 allein vorzusehen.
Bei Blindleistungsmaschinen wird lediglich der ohmsche Widerstand 3 benötigt, weil Wirkströme, die senkrecht zum Zeiger - jU/x liegen, nicht vorhanden sind.
In Pumpspeicherwerken kann es vorkommen, dass die gleichen Synchronmaschinen zeitweise als Generator, zeitweise als Motor arbeiten. Die Stabilitätskennlinien liegen dann spiegelbildlich zur Achse OS (Fig. 8, z. B. die Funktionen A und A'). Um auch in solchen Fällen ein ordnungsgemässes Funktionieren der erfindungsgemässen Einrichtung zu gewährleisten, sind Mittel vorzusehen, mit deren Hilfe die Reak- tanzwerte im Sekundärkreis des Spannungswandlers 2 beim Übergang vom generatorischen zum motorischen Betrieb und umgekehrt vonHand oder automatisch umgestellt werden, um eine entsprechendeKennlinienanpassung zu erreichen.
Falls eine noch bessere Angleichung an den Kurvenverlauf A und B erforderlich ist, muss die Übersetzung der Zwischenwandler 7 und 9 (Fig. 1) verschieden gewählt werden. Die Sekundärströme J2 unterscheiden sich dann um einen konstanten Faktor, so dass die Begrenzungslinien C und D gekrümmt verlaufen.
Die bisherigenBetrachtungen hatten zur Voraussetzung, dass die Spannung an den Klemmen der Synchronmaschine starr ist. Trifft dies nicht zu, so müssen die Reaktanzen zwischen den Generatorklemmen und dem Netzpunkt, an welchem die Spannung als starr angesehen werden kann, ebenfalls berücksichtigt werden. Zur Spannung U kommt also noch die Grösse J. x hinzu (Fig. 9). Für die Stabilität der Maschine
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ist dann der Winkel zwischen U'und R', d. h. 6'massgebend. Die Berücksichtigung von J. x geschieht gemäss Fig. 2 mit Hilfe eines Zusatzwiderstandes 12, an welchem eine Spannungskomponente abfällt, die dem Phasenstrom J verhältnisgleich ist. Es lassen sich demnach die in Fig. 9 gezeigten Beziehungen erfüllen.
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Bei der Anordnung gemäss Fig. 1 werden im Zusatzgerät 11 Ströme miteinander verglichen. Es ist selbstverständlich auch möglich, einen Spannungsvergleich durchzuführen. Hiezu braucht man lediglich die Ströme J1 und J2 über Widerstände zu führen und an diesen stromproportionale Spannungen abzugrei- fen. Die gleichgerichteten Spannungen sind dann analog zu den vorhergehenden Erläuterungen miteinander in Beziehung zu setzen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Einrichtung zur Verhinderung des Aussertrittfallens von Synchronmaschinen, wobei eine der Spannung zwischen zwei Phasen proportionale Grösse an den Eingang einer ersten Gleichrichteranordnung gelegt ist, an welcher weiterhin auch eine dem Strom der dritten Phase proportionale Grösse liegt, dadurch gekennzeichnet, dass zur Speisung einer zweiten Gleichrichteranordnung (10) eine dem Strom (J) der dritten Phase (R) proportionale Grösse (J2) dient und die Ausgangswerte beider Gleichrichterbrücken (6, 10) in einem Zusatzgerät (11) miteinander verglichen werden.