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Einrichtung zum Anlassen. von Synchronmaschinen.
Es gibt im allgemeinen zwei Methoden zum Anlassen von Synchronmaschinen, zum
Beispiel von Synchronmotoren und Einankerumformern. Die Maschine kann nach einer
Methode mittels eines Anlassmotors oder von der Gleichstromseite aus angelassen werden und wird, nachdem sie die richtige Drehzahl erreicht hat, sorgfältig auf Phasengleichheit und Spannung eingestellt und synchronisiert. Dies ist oft zeitraubend und erfordert Ge- schicklichkeit des Schaltbrettwärters. Die zweite Methode besteht darin, die Synchron- maschine als asynchronen Mosor anzulassen, wobei meistens mittels eines Transformators während der Anlassperiode die Spannung erniedrigt wird. Die Pole der Synchronmaschine sind hierbei, um das Anlassen zu erleichtern, meistens mit Dämpfern versehen. Bei dieser
Methode gibt es in der Regel Stromstösse.
Ein weiterer Nachteil, wenn diese Methode bei
Einankerumformern angewendet wird, ist heftiges Feuern der Gleichstrombürsten, weil während der Anlassperiode eine nicht unbeträchtliche Wechseistromspannung am Kollektor herrscht und ein ansehnlicher Teil der Gesamtspannung durch die Bürsten kurzgeschlossen wird. Wenn man eine Bürstenabhebevorrichtung anwendet, so wird zwar das Funken ver- mieden, aber die Abhebevorrichtung selbst ist eine unerwünschte Komplikation. Ein anderer
Nachteil dieser Anlassmethode ist, dass der für das Anlassen erforderliche grosse Strom den remanenten Magnetismus zerstört und dass demnach die Maschine, nachdem sie in Tritt gekommen ist, oft verkehrte Polarität zeigt, so dass Umschalter erforderlich sind.
Es ist welters bekannt, beim Anlassen dem Umformer induktive Widerstände vorzuschalten.
Gemäss vorliegender Erfindung wird ein Anlassmotor verwendet, der mit der Synchron- maschine mittelbar oder unmittelbar in Reihe geschaltet ist. wobei also der Anlassmotor selbst als induktiver Widerstand dient. Als Anlassmotor kann jede Art von Wechselstrom- motor verwendet werden, ein Kurzschluss-oder Schleifringinduktionsmotor, entweder mit der gleichen Polzahl oder geringerer Polzahl als die Synchronmaschine, oder ein Wechselstrom- kollektormotor. Die Phasenzahl des Anlassmotors kann gleich der Synchronmaschine oder von ihr verschieden sein. Beim Anlassen ist der Widerstand und die Impedanz der Synchron- maschine vernachlässigbar klein und der Anlassmotor wird in normaler Weise anlaufen.
Wenn aber die Maschine ihrer Synchrongeschwindigkeit nahe kommt, so wird sie bei ge- eigneter Verbindung der Erregerwicklung auf Spannung kommen und sich selbst synchron- sieren. Wenn dies geschehen ist, können die Wicklungen des Anlassmotors kurz geschlossen werden, entweder auf einmal oder allmählich unter Verwendung von Widerständen oder Drosselspulen, oder auch unter Verwendung von Anzapfungen in den Wicklungen des Anlassmotors.
Fig. i stellt eine schematische Skizze für das Anlassen einer dreiphasigen Synchronmaschine dar. Die Synchronmaschine 1 hat auf dem Anker drei Schleifringe 1 : 2, 13, 14. Die Drehstromzuleitungen 2, 3, 4 werden mit diesen Schleifringen durch die drei Phasenwicklungen 6, 7, 8 des Anlassmotors 5 und durch die Leitungen 9, 10, 11 verbunden. Die Wicklungen des Anlassmotors können nach dem Anlassen durch einen dreipoligen Schalter 15 kurzgeschlossen werden. Das Feldsystem der Synchronmaschine und die Verbindungen ihrer Erregerwicklung sind hier nicht eingezeichnet. Desgleichen nicht der sekundäre Teil des Anlassmotors.
In Fig. 2 ist ein dreiphasiger Einankerumformer 1 mit Selbsterregung dargestellt, der von einem dreiphasigen Hochspannungsnetz 2,3, 4 durch einen Haupttransformator 17 gespeist wird, dessen Sekundärstrom bei normalem Betriebe durch den geschlossenen dreipoligen Schalter 15 und die Verbindungsleitungen 18, 19, 20 zu den Schleifringen führt. Der Anlassmotor 5 hat drei Wicklungen 6,7, 8, die mittels Verbindungsleitungen 9, 10, 11 und 22,23, 24 zu den beiderseitigen Kontakten je eines der drei Hebel des Ausschaltens 73 führen. Der Kollektor 28 des Umformers speist mittels Gleichstrombürsten die Hauptleitungen 26 und 27. Die Erregerwicklung. 25 und ein Regelwiderstand 29, in Reihe mit ihr, sind an die Gleichstrombürsten angeschlossen.
Ein Spannungsmesser. ? zeigt die Bürstenspannung. In der Zeichnung ist angenommen. dass der Nullpunkt dieses Spcmnungs- messers sich in der Mitte der Teilung befindet, so dass das Instrument gleichzeitig Grösse
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Niederspannungsstrom durch den Anlassmotor in den Umformeranker fliessen, falls der Sekundärkreis des Motors geschlossen ist. Dies ist immer der Fall, wenn wir einen Kurzschlussanker verwenden. Wir können hier ganz leicht ein genügendes Drehmoment erzielen mit einem Anlassmotor, dessen Einschaltestrom nur einen kleinen Teil des Umformervollaststromes ausmacht, so dass der remanente Magnetismus des Umformers nicht zerstört wird.
Der Umformer wird sich daher, wenn die Geschwindigkeit sich seiner Normal- geschwindigkeit nähert, in richtiger Weise selbst erregen und wird, so wie ein Synchronmotor, der an ein Netz durch Drosselspulen angeschaltet ist, die Tendenz haben, in Tritt zu fallen. Dies kann man am Spannungsmesser 30 erkennen, der unmittelbar vor dem
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Wenn letzteres der Fall ist, kann man durch Betätigung des Regelwiderstandes, falls er- forderlich, die Gleichstromspannung auf den Normalwert bringen und dann den Nieder- spannungsschalter 15 schliessen, womit das Anlassen beendet ist.
Fig. 3 zeigt als weiteres Beispiel die Verbindungen eines sechsphasigen Umformers.
Hier ist die Niederspannungsseite des Transformators 17 nicht wie in Fig. 2 in Stern ge- schaltet, sondern es sind je ein Endpunkt der drei Niederspannungswicklungen durch direkte Verbindungsleitungen mit drei Schleifringen 31, 32,33 des Umformers verbunden.
Die übrigen Wechselstromverbindungen entsprechen vollständig denen der Fig. 2. Im Gleichstromerregerkreise ist hier als ein Beispiel einer möglichen Verbindung ein zweipoliger
Umschalter 34 eingezeichnet, dessen Hebel 35, 36 entweder mit den Stromschluss- stücken 37, 38 oder in verkehrter Richtung mit den Stücken 39. 40 verbunden werden können.
Es ist nämlich möglich, die Anlassperiode zu verkürzen, wenn man die Wicklungen des Anlassmotors so bemisst, dass sie einen vsrhältnismässig grossen Strom durchfliessen lassen.
Ein grosser Strom kann aber den remanenten Magnetismus des Umformers zerstören. Um deshalb das Erregen zu voller Spannung in verkehrter Richtung zu verhindern, bringt man den Umschalter 34 in eine Stellung, die bei einer Gleichstrommaschine die Erregung voll- ständig verhindern würde.-Hier wird der durchfliessende Wechselstrom eine kleine Spannung an den Schleifringen und daher auch eine kleine Spannung am Kollektor zur Folge haben.
Wenn der Umformer sich dem Synchronismus nähert, so wird der Zeiger das Spannungsmessers 30 jedesmal, wenn der Umformer einen Pol schlüpft, durch 0 hindurchschwingen.
Wenn diese Schwingungen ganz langsam stattfinden, wählt man einen richtigen Moment und schaltet den Umschalter 34 auf die richtigen Kontakte um, worauf richtige Selbsterregung zur vollen Spannung stattfindet.
Anstatt eines Umschalters kann im Erregerstromkreis auch ein einfacher Ausschalter verwendet werden, der es ebenfalls verhindert, dass die Maschine während der Anlassperiode sich selbst erregt. Auch das Einschalten von zu viel Widerstand im Regelwiderstand 29 hat die gleiche Wirkung.
Fig. 4 zeigt die Verbindung eines einphasigen Einankerumformers mit dem Transformator 17 mit Hilfe eines An) assmotors J,'der hier als einphasiger Reihenschlussmotor dargestellt ist, natürlich aber ebensogut ein Repulsionsmotor oder einphasiger Induktionsmotor mit Hilfsphase sein könnte. Der eine Schleifring 12 des Umformers 1 ist mit der einen Niederspannungsklemme des Transformators 17 unmittelbar durch eine Leitung 18 verbunden ; der zweite Schleifring 13. während des Betriebes durch eine Leitung 19 und einen einpoligen Schalter 15. Dieser Schalter bildet eine Umgehungsleitung zum Stromkreis des Anlassmotors 5, welch letztere aus den Zuleitungen 43, 44, dem einpoligen Schalter 45, der Ständerwicklung 41 und der Ankerwicklung mit Kollektor 42 gebildet wird.
Der Schalter 45 in Reihe mit dem Anlassmotor ist hier des Beispiels halber dargestellt. Ein solcher Schalter (dreipolig) könnte auch in Fig. 2 und 3 zur Anwendung kommen.
Wenn Schalter 45 und 15 offen sind) so wird beim Einlegen des Hochspannungsschalters 16 der Umformer noch nicht anlaufen. Für das Anlaufen des Umformers ist es erforderlich, auch den Schalter 43 einzulegen. Im übrigen erfolgt das Anlassen hier genau
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phasigen Anlassmotor anzulassen.
, Fig. 5 zeigt als Anlassmotor einen dreiphasigen Reihenschlusskollektormotor, der nicht unmittelbar, sondern mit Zwischenschaltung eines dreiphasigen Transformators 46 zwischen Niederspannungsklemmen des Haupttransformators 17 und Schleifringen 12, 13, 14 des Umformers geschaltet ist. Der Transformator 46 hat Primärwicklungen 47, 48, 49, die mit ihren Zuleitungen 50, 51, 52 Umgehungsleitungen zu den drei Hebeln des Niederspannungs- aus schalters 15 bilden.
Die Sekundärwicklungen 53, 54, 55 sind durch die Zuleitungen 56, 57, 58 und den dreipoligen Ausschalter 45 mit den Phasenwicktungen 6, 7, des An] ass- motors 5 verbunden,
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Die mittelbare Reihenschaltung von Anlassmotor und Synchronmaschine durch Verwendung eines Transformators wie in Fig. 5 könnte selbstverständlich auch bei Induktionsmotoren angewendet werden.
In Fig. 6 und 7 ist die Möglichkeit dargestellt, eine Wechselstromzusatzmaschine wie sie häufig bei Umformern angewendet wird, auch für Zwecke des Anlassens zu verwenden. Fig. 6 zeigt ein vollständiges, Fig. 7 ein vereinfachtes Diagramm eine."dreiphasigen Um- formers 1 mit dreiphasige Zusatzmaschine, deren drei Ankerwicklungen 64, 65, 66 an geeignete Punkte der Umformerwicklung angeschlossen sind und mit ihren anderen Enden zu
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gesehen, welche aus verhältnismässig dünnem Draht mit vielen Windungen bestehen und mit ihrem zweiten Ende zu Anlassklemmen oder Anlassschleifringen 73, 74. 75 führen, und von dort aus zu den Niederspannungszuleitungen 76,77, 78, die in Fig.
6 in Reihe mit einem dreipoligen Anlassschalter 46 dargestellt sind. Die Hauptschleifringe 67, 6'S, 69 sind mit den Niederspannungsklemmen des Transformators durch einen dreipoligen Ausschalter 15 verbunden. Die Magnetpole des Umformers und der Zusatzmaschine 59 werden vorteilhafterweise mit Dämpfern versehen, die in Fig. 6 durch die Stäbe 60, 60 und 61, 61 angedeutet sind. Die Feldwicklung der Zusatzmaschine 62 ist hier als Nebenschlusswicklung vom Umformer aus erregt angenommen. Die Stromstärke in dieser Wicklung kann durch den Regler 63 verändert und auch auf Null gebracht werden.
Durch die Verwendung einer Anlasswicklung mit vielen Windungen auf dem Anker der Zusatzmaschine ist es auch hier möglich, mit kleinem Strome ohne nennenswerte Funken an den Umformerbürsten das Anlassen zu bewirken. Wenn die Maschine in Tritt gekommen ist und der Spannungsmesser 30 stetige Gleichstromspannung zeigt, wird der Niederspannungshauptschalter 15 geschlossen und der Anlassschalter 45 geöffnet.
In allen Zeichnungen ist die Synchronmaschine als selbsterregter Umformer dargestellt.
Die Erfindung findet aber selbstverständlich auch Anwendung für andere Synchronmaschinen, die in geeigneter Weise von fremden Stromquellen erregt sind.
Anstatt der Schalter 15, die das Kurzschliessen des Anlassmotors auf einmal vornehmen, könnten auch natürlich mehrstufige induktionslose oder induktive Kurzschlusswider- stände verwendet werden, oder Schalter, welche stufenweise Teile der Wicklungen 6. 7, 8 ausschalten oder kurzschliessen.
PATENT-ANSPRÜCHE : i. Einrichtung zum Anlassen von Synchronmaschinen, insbesondere Einankerumformern, mittels Anlassmotors, gekennzeichnet durch eine Umschaltvorrichtung, durch welche die Wicklungen des Anlassmotors und der Synchronmaschine während des Anlassens unmittelbar oder mittelbar in Reihe geschaltet werden, wobei die Synchronmaschine nach Erreichen des Synchronismus unmittelbar mit den Zuleitungen verbunden wird und noch während der Reihenschaltung mit Gleichstrom erregt wird.
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Device for starting. of synchronous machines.
There are generally two methods of starting synchronous machines, for
Example of synchronous motors and single armature converters. The machine can after a
Method can be started by means of a starter motor or from the DC side and, after it has reached the correct speed, is carefully adjusted for phase equality and voltage and synchronized. This is often time consuming and requires the skill of the panel attendant. The second method consists in starting the synchronous machine as an asynchronous Mosor, whereby the voltage is usually reduced by means of a transformer during the starting period. The poles of the synchronous machine are usually provided with dampers to facilitate starting. At this
Method there are usually power surges.
Another disadvantage when using this method
An armature converter is used, the direct current brushes fire violently, because during the starting period there is a not inconsiderable alternating current voltage at the collector and a considerable part of the total voltage is short-circuited by the brushes. If a brush lifting device is used, the spark is avoided, but the lifting device itself is an undesirable complication. Another
The disadvantage of this starting method is that the large current required for starting destroys the remanent magnetism and that the machine, after it has started up, often shows the wrong polarity, so that changeover switches are required.
It is widely known to connect inductive resistors upstream of the converter when starting.
According to the present invention, a starter motor is used which is connected directly or indirectly in series with the synchronous machine. so the starter engine itself serves as an inductive resistor. Any type of AC motor can be used as the starter motor, a short circuit or slip ring induction motor, either with the same number of poles or a smaller number of poles than the synchronous machine, or an AC collector motor. The number of phases of the starter motor can be the same as the synchronous machine or different from it. When starting, the resistance and the impedance of the synchronous machine are negligibly small and the starter motor will start up normally.
If, however, the machine comes close to its synchronous speed, then with a suitable connection of the excitation winding it will come to voltage and synchronize itself. When this is done, the starter motor windings can be short-circuited, either all at once or gradually, using resistors or reactors, or using taps in the starter motor windings.
Fig. I shows a schematic sketch for starting a three-phase synchronous machine. The synchronous machine 1 has three slip rings 1: 2, 13, 14 on the armature. The three-phase supply lines 2, 3, 4 are fed through the three phase windings 6, 7 with these slip rings , 8 of the starter motor 5 and connected by the lines 9, 10, 11. The windings of the starter motor can be short-circuited by a three-pole switch 15 after starting. The field system of the synchronous machine and the connections of its field winding are not shown here. Neither does the secondary part of the starter motor.
In Fig. 2, a three-phase single armature converter 1 is shown with self-excitation, which is fed from a three-phase high-voltage network 2, 3, 4 through a main transformer 17, the secondary current of which in normal operation through the closed three-pole switch 15 and the connecting lines 18, 19, 20 the slip rings. The starter motor 5 has three windings 6, 7, 8 which, by means of connecting lines 9, 10, 11 and 22, 23, 24, lead to the contacts on both sides of one of the three disconnection levers 73. The collector 28 of the converter feeds the main lines 26 and 27 by means of direct current brushes. The excitation winding. 25 and a rheostat 29 in series with it are connected to the DC brushes.
A tension meter. ? shows the brush voltage. It is assumed in the drawing. that the zero point of this tension meter is in the middle of the graduation, so that the instrument is also size
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Low-voltage current will flow through the starter motor into the converter armature if the secondary circuit of the motor is closed. This is always the case when we use a short circuit anchor. We can easily achieve a sufficient torque with a starter motor, the switch-on current of which makes up only a small part of the converter full load current, so that the remanent magnetism of the converter is not destroyed.
The converter will therefore, when the speed approaches its normal speed, energize itself in the correct way and, like a synchronous motor connected to a mains by choke coils, will have the tendency to fall into step. This can be seen on the voltmeter 30, which is immediately before the
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If the latter is the case, you can, if necessary, bring the direct current voltage to the normal value by actuating the variable resistor and then close the low-voltage switch 15, whereby starting is ended.
As a further example, Fig. 3 shows the connections of a six-phase converter.
Here the low-voltage side of the transformer 17 is not star-connected as in FIG. 2, but one end point of each of the three low-voltage windings is connected by direct connecting lines to three slip rings 31, 32, 33 of the converter.
The other alternating current connections correspond completely to those of FIG. 2. In the direct current exciter circuit there is a two-pole connection here as an example of a possible connection
Changeover switch 34 is shown, the levers 35, 36 of which can be connected either to the current connection pieces 37, 38 or, in the opposite direction, to the pieces 39, 40.
This is because it is possible to shorten the starting period if the windings of the starter motor are dimensioned so that they allow a relatively large current to flow through them.
However, a large current can destroy the remanent magnetism of the converter. Therefore, in order to prevent the excitation to full voltage in the wrong direction, the changeover switch 34 is brought into a position which would completely prevent excitation in a DC machine. Here the alternating current flowing through becomes a small voltage on the slip rings and therefore also a result in low voltage on the collector.
As the converter approaches synchronism, the pointer will swing the voltmeter 30 through zero each time the converter slips a pole.
If these oscillations take place very slowly, a correct moment is selected and the changeover switch 34 switches over to the correct contacts, whereupon correct self-excitation to full voltage takes place.
Instead of a changeover switch, a simple off switch can also be used in the excitation circuit, which also prevents the machine from exciting itself during the starting period. Switching on too much resistance in the variable resistor 29 also has the same effect.
4 shows the connection of a single-phase single armature converter to the transformer 17 with the aid of an an) assing motor J, which is shown here as a single-phase series motor, but of course could just as well be a repulsion motor or a single-phase induction motor with auxiliary phase. One slip ring 12 of the converter 1 is connected directly to one low-voltage terminal of the transformer 17 by a line 18; the second slip ring 13. during operation by a line 19 and a single-pole switch 15. This switch forms a bypass line to the circuit of the starter motor 5, the latter of the supply lines 43, 44, the single-pole switch 45, the stator winding 41 and the armature winding Collector 42 is formed.
The switch 45 in series with the starter engine is shown here for the sake of example. Such a switch (three-pole) could also be used in FIGS. 2 and 3.
If switches 45 and 15 are open, the converter will not start when the high-voltage switch 16 is inserted. To start the converter, it is necessary to insert switch 43 as well. Otherwise, the starting is done exactly here
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phase starter engine.
Fig. 5 shows a three-phase series collector motor as a starter motor, which is not connected directly, but with the interposition of a three-phase transformer 46 between low-voltage terminals of the main transformer 17 and slip rings 12, 13, 14 of the converter. The transformer 46 has primary windings 47, 48, 49 which, with their supply lines 50, 51, 52, form bypass lines to the three levers of the low-voltage switch 15.
The secondary windings 53, 54, 55 are connected by the leads 56, 57, 58 and the three-pole circuit breaker 45 to the phase windings 6, 7 of the actuator 5,
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The indirect series connection of starter motor and synchronous machine by using a transformer as in FIG. 5 could of course also be used in induction motors.
In Fig. 6 and 7 the possibility is shown to use an AC auxiliary machine as it is often used in converters, also for the purpose of starting. FIG. 6 shows a complete diagram, FIG. 7 a simplified diagram of a three-phase converter 1 with a three-phase auxiliary machine, the three armature windings 64, 65, 66 of which are connected to suitable points of the converter winding and their other ends close
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seen, which consist of relatively thin wire with many windings and with their second end lead to starting terminals or starting slip rings 73, 74, 75, and from there to the low-voltage leads 76, 77, 78, which are shown in Fig.
6 in series with a three-pole starter switch 46 are shown. The main slip rings 67, 6'S, 69 are connected to the low-voltage terminals of the transformer by a three-pole circuit breaker 15. The magnetic poles of the converter and of the additional machine 59 are advantageously provided with dampers, which are indicated in FIG. 6 by the bars 60, 60 and 61, 61. The field winding of the additional machine 62 is assumed to be excited from the converter as a shunt winding. The current intensity in this winding can be changed by the controller 63 and also brought to zero.
By using a starting winding with many turns on the armature of the additional machine, it is also possible to start the converter brushes with a small current without significant sparks. When the machine has started and the voltmeter 30 shows a steady DC voltage, the low-voltage main switch 15 is closed and the starter switch 45 is opened.
In all drawings the synchronous machine is shown as a self-excited converter.
However, the invention is of course also used for other synchronous machines that are suitably excited by external power sources.
Instead of the switches 15, which short-circuit the starter motor all at once, multi-stage inductionless or inductive short-circuit resistors could of course also be used, or switches which gradually switch off or short-circuit parts of the windings 6, 7, 8.
PATENT CLAIMS: i. Device for starting synchronous machines, in particular single armature converters, by means of a starter motor, characterized by a switchover device, by means of which the windings of the starter motor and the synchronous machine are connected directly or indirectly in series during starting, the synchronous machine being connected directly to the supply lines after synchronism has been achieved and is still excited with direct current during the series connection.