<Desc/Clms Page number 1>
"Inrichting voor het parallel schakelen op het elektriciteitsnet-van een asynchrone machine".
De uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor het parallel schakelen op het elektriciteitsnet van een asynchrone machine, meer bepaald van een generator of van een motor, welke in elk van de elektrische verbindingen van de machine met het elektriciteitsnet, in serie met deze machine, een aanloopweerstand vertoont.
Het is sedert lang bekend gebruik te maken van dergelijke aanloopweerstanden die in serie met het anker van een gelijkstroommotor bijvoorbeeld geplaatst zijn en welke als doel hebben de motor bij het starten tegen overstromen te beschermen. Het betreft hier meestal relatief belangrijke weerstanden die na het starten van de motor geleidelijk uitgeschakeld worden. Dergelijke weerstanden worden eveneens gebruikt bij asynchrone motoren en generatoren die zodanig berekend zijn dat de inschakelstromen beperkt blijven. Deze blijven meestal constant in serie met de motor of generator ook als de machine in normaal bedrijf is. Dit heeft dan ook als gevolg dat dergelijke weerstanden, die een relatief grote waarde moeten vertonen, gepaard gaan met een niet te verwaarloze voortdurend energieverlies.
Op bladzijde 65 van het tijdschrift PT Elektrotech- niek/Elektronica 39 (1984) Nr. 4, wordt in een artikel in verban met het inschakelgedrag van elektrische machines vermeld dat, bij het toepassen van statoraanloopweerstanden bij asynchrone generatoren, eerder een verslechtering dan een verbetering vastgesteld werd op het inschakeigedrag, waardoor deze dan ook overbodig zouden zijn.
Volgens de uitvinding werd echter vastgesteld dat dit geenszins het geval is maar, dat, in tegendeel, ondermeer door een juiste keuze van de waarde van de aanloopweerstanden het mogelijk is de inschakelstroom te beperken tot 1, 2 maal de nominale stroom, terwijl deze inschakelstroom, zonder gebruik te maken van dergelijke aanloopweerstanden, kan oplopen tot 10 a 15 maal de nominale stroom.
<Desc/Clms Page number 2>
Volgens de uitvinding heeft genoemde aanloopweerstand een waarde van 0, 2 tot 0, 5 Ohms, waarbij middelen voorzien zijn om, bij het parallel schakelen op het elektriciteitsnet van de machine, op het ogenblik dat een faseverschuiving ontstaat tussen de netspanning en de spanning tussen de aanioopweerstand en de machine ten hoogste gelijk is aan S", deze aanloopweerstand te overbruggen.
Doelmatig is de waarde de aanloopweerstand nagenoeg gelijk aan de helft van de impedantie van genoemde machine.
In een bijzondere uitvoeringsvorm van de uitvinding zijn genoemde middelen zodanig voorzien om, bij het parallel schakelen op het elektriciteitsnet van de machine, na ten hoogste 3 seconden, meer bepaald tussen 0, 6 en 3 seconden, genoemde weerstand te overbruggen.
De uitvinding heeft eveneens betrekking op een werkwijze voor het toepassen van genoemde inrichting.
Deze werkwijze is gekenmerkt door het feit dat men, na het parallel schakelen van de machine op het elektriciteitsnet, genoemde aanloopweerstand overbrugt op het ogenblik dat de faseer- schuiving tussen de netspanning en de spanning over de aanloopweerstand ten hoogste gelijk is aan S en, bij voorkeur, binnen een tijdsbestek van ten hoogste 3 seconden minimaal is.
Andere bijzonderheden en voordelen van de uitvinding zullen blijken uit de hierna volgende beschrijving van enkele bijzondere uitvoeringsvormen van de uitvinding ; deze beschrijving wordt enkel als voorbeeld gegeven en beperkt de draagwijdte niet van de gevorderde bescherming.
De hierna gebruikte verwijzingscijfers hebben betrekking op de hieraan toegevoegde figuren.
Figuur 1 is een schematische voorstelling van een driefasige asynchrone machine, in uitgeschakelde toestand, met een inrichting voor het parallel schakelen van deze machine op het elektriciteitsnet.
Figuur 2 is een analoge voorstelling als deze van figuur 1 op het ogenblik dat de machine parallel geschakeld is op het elektriciteitsnet.
<Desc/Clms Page number 3>
Figuur 3 is eveneens een analoge voorstelling als deze van figuur 1 waarbij de machine in normale werking is.
Figuur 4 is een grafische voorstelling van de netspanning en de-spanning over de aanloopweerstand.
In deze verschillende figuren hebben dezelfde verwijzingscijfers betrekking op dezelfde elementen.
Algemeen heeft de uitvinding betrekking op een inrichting voor het parallel schakelen op het elektriciteitsnet van een asynchrone machine die zowel kan bestaan uit een asynchrone generator of een asynchrone motor, op een werkwijze voor de toepassen van deze inrichting en tenslotte op een asynchrone machine die uitgerust is met desbetreffende inrichting voor het parallel schakelen op het elektriciteitsnet.
Volgens de uitvinding omvat deze inrichting in elk van de elektrische verbindingen van de machine op het elektriciteitsnet, een aanloopweerstand die een waarde heeft van 0, 2 tot 0, 5 Ohms.
Daarnaast zijn middelen voorzien om, bij het parallel schakelen op het elektriciteitsnet van de machine, op het ogenblik dat een faseverschuiving ontstaat tussen de netspanning en de spanning over de aanloopweerstand ten hoogste gelijk is aan 8", deze aanloopweerstand te overbruggen. Aldus zijn bij een driefasige asynchrone machine, drie derge-
EMI3.1
lijke nagenoeg identieke aanloopweerstanden voorzien.
In de figuren I tot 3 wordt schematisch een drie- fasige asynchrone motor I voorgesteld, die, bij middel van lijnen 2, 3 en 4, op het niet voorgesteld elektriciteitsnet, door tussenkomst van een gemeenschappelijke schakelaar 5 aangestoten kan worden.
Parallel over deze schakelaar 5, is op elke van deze lijnen, een aanloopweerstand respectievelijk 6,7 en 8 samen met een in serie met deze laatste geplaatste gemeenschappelijke schakelaar 9 voorziene
Volgens de uitvinding vertoont elk van deze aanloopweerstanden 6,7 en 8 een waarde van 0, 2 tot 0, 5 Ohms en bij voorkeur een waarde die nagenoeg gelijk is aan de helft van deze impedantie.
<Desc/Clms Page number 4>
In de stand zoals-voorgesteld werd in figuur I is de motor 1 volledig van de elektriciteitsnet afgesloten aangezien de beide schakelaars 5 en 9 in open stand zijn.
In figuur 2, is de schakelaar 9 in gesloten stand waardoor dus de motor via de aanloopweerstanden 6,7 en 8 op het net geschakeld is.
In een specifieke uitvoeringsvorm van de uitvinding, zijn genoemde middelen zodanig dat, vanaf het ogenblik dat de motor parallel geschakeld is op het elektriciteitsnet door het sluiten van de schakelaar 9, na ten hoogste 3 seconden en meer bepaald tussen 0, 6 en 3 seconden, de aanloopweerstanden 6,7 en S overbrugd worden door het sluiten van de schakelaar 5, zoals voorgesteld werd in figuur 3. Hierbij kan de schakelaar 9 al dan niet gesloten blijven aangezien de voedingstroom van de motor I, wegens de aanwezigheid van de weerstanden 6,7 en 8, nagenoeg volledig zal vloeien over de schakelaar 5. Verder zijn genoemde middelen bij voorkeur zodanig dat deze overbrugging plaats heeft op het ogenblik dat de faseverschuiving nagenoeg minimaal is.
Het komt er dus op aan juist te bepalen wanneer de faseverschuiving zeer klein is.
Dit kan onder andere op een van de volgende manieren geschieden : 10) door gebruik te maken van een meestal reeds aanwezige, niet voorgestelde, vermogenomvormer met een vermogenmeter die, op het ogenblik dat het gemeten vermogen minimaal is, bij middel van een computergestuurd schakelorgaan, de weerstanden 6,7 en 8 overbrugt op het ogenblik dat het gemeten vermogen minimaal is ;
20) door na een empirisch ingestelde tijdspanne, die verschild in functie van het vermogen van de machine, de schakelaar 5 te sluiten en eventueel de schakelaar 9 te openen ;
3 ) door, bij middel van een eveneens niet voorgestelde faseverschuivngsdetector, op een continue wijze, de faseverschuiving over de weerstanden te meten en, op het ogenblik dat deze een verschuiving van minder dan 8 aangeeft, de schakelaar 5 te sluiten en eventueel de schakelaar 9 te openen.
<Desc/Clms Page number 5>
De werkwijze voor het parallel schakelen op het elektriciteitsnet van een asynchrone machine, zoals een generator of een motor, die eveneens het voorwerp uitmaakt van deze uitvinding, bestaat er dus in dat men, na het parallel schakelen van de-machine op het elektriciteitsnet, genoemde aanloopweerstanden 6,7 en 8 overbrugt op het ogenblik dat de faseverschuiving tussen de netspanning en de spanning over de aanloopweerstand ten hoogste gelijk is aan 8 en dit bij voorkeur binnen een tijdsbestek van ten hoogste 3 seconden.
Hiertoe meet men, bij voorkeur op een nagenoeg continue wijze, genoemde faseverschuiving over de aanloopweerstanden en overbrugt men deze laatste op het ogenblik dus dat de faseverschuiving ten hoogste gelijk is aan 8".
Een andere methode bestaat er gewoon in, bij voorbeeld bij middel van een tijdrelais, na een vast voorafbepaald tijdsbestek binnen de 3 seconden, afhankelijk van het vermogen van de machine, deze aanloopweerstanden te overbruggen. Verder kan dit ook geschieden door tussenkomst van een in het elektrisch circuit van de machine aanwezige vermogenomvormer waarmee, op een continue wijze, het vermogen gemeten wordt en de aanloopweerstanden overbrugd werden, op het ogenblik dat dit vermogen minimaal is.
Bij middel van de inrichting of door toepassing van de werkwijze, volgens de uitvinding, die hierboven beschreven werden is het mogelijk een asynchrone motor of generator parallel op het net te schakelen en dit zonder dat zieh een ontoelaatbare stroomstoot voordoet.
De inschakelstroom blijft, tegen alle verwachtingen in, beperkt tot 1, 2 maal de nominale stroom, terwijl tot nog toe, bij het gebruik van klassieke aanloopweerstanden, deze schakelstroom 10 tot 15 maal de nominale stroom bedroeg.
Het komt er dus op aan, volgens de uitvinding, nauwkeurig, binnen de hierboven opgegeven grenzen, de waarde van de aanloopweerstanden te kiezen in functie van de impedantie van de generator of motor en dan, op het ogenblik dat de faseverschuiving minimaal is of ten minste kleiner is dan 8% de overbrugging te verwezentijken van deze aanloopweerstanden.
Vastgesteld werd dat hoe kleiner deze weerstandwaar-
<Desc/Clms Page number 6>
de is, hoe kleiner de tijd van overbruggen is.
Wordt deze weerstandswaarde vergroot dan neemt de overbrugtijd toe van nagenoeg 1 tot 3 seconden.
In tegenstelling met hetgeen tot nu toe meestal aangenomen wordt, is de faseverschuiving tussen de aangelegde netspanning en de spanning over de aanloopweerstand niet konstant maar verandert deze ingevolge een vari rende periode van de spanning over de aanloopweerstand. Bovendien, blijkt deze variatie van de periode afhankelijk te zijn van het vermogen van de machine.
Ter illustratie van dit eerder onverwacht fenomeen, waarop het voorwerp van deze uitvinding hoofdzakelijk steunt, werden in figuur 4, in functie van de tijd t het verloop van de aangelegde netspanning en van de spanning over de aanloopweerstanden voorgesteld. De kromme 10 stelt de op elk van de lijnen 2,3 en 4, respectievelijk de in de punten a, b en c van de figuren I tot 3 aangelegde netspanning voor. Het betreft hier, tenminste in normale gevallen, een kromme met een nagenoeg constant sinusvormig verloop.
In tegendeel, de spanning die gemeten wordt over de weerstanden 6, 7 en 8, bijvoorbeeld in de punten d, e, f, zal een vari rende periode vertonen, zoals bijvoorbeeld geillustreerd wordt door de kromme l i van figuur 4.
Dit zal dus-als gevotg-twb-ben dat de faseverschuiving eveneens in de tijd zal vari ren en, op een bepaalde ogenblik, minimaal zal zijn, zoals voorgesteld werd op de plaats van de pijl 12. Dit bepaalt het tijdstip tl waarop, volgens de uitvinding, bij voorkeur het overbruggen van de aanloopweerstanden dient plaats te vinden.
In dit verband werd, eveneens op een eerder onverwachte wijze, vastgesteld dat voor een zelfde type generator of motor met een zelfde vermogen, dit tijdstip tl nagenoeg constant is, zodat het dus volstaat dit voor elke type motor experimenteel te bepalen.
Aldus bedraagt dit tijdstip voor een generator van 300 kW ongeveer 800 milliseconden, voor een generator van 200 kW ongeveer 1 seconde en voor een generator van ongeveer 250 kW ongeveer 1, 5 seconde.
<Desc/Clms Page number 7>
In een eenvoudige uitvoeringsvorm van de uitvinding kan dan ook, zoals hierboven vermeld werd, gebruik gemaakt worden van een tijdsrelais dat op dit tijdstip ingesteld wordt en op dit ingesteld tijdstip de schakelaar 5 sluit.
Indien men verder de uitschakelstromen vergelijkt met het vermogen van de machine, dan stelt men vast dat, bijvoorbeeld voor een machine van 200 kW deze stroom 700 A. bedraagt, voor een machine van 250 kW deze uitschakeistroom 900 A. en voor een machine van 300 kW vermogen de uitschakeistroom 1000 A. bedraagt (piek tot piek waardes).
In vergelijking met het gebruik van de bekende thyristoren, die thans dikwijis gebruikt worden voor het beperken van stroomstoten bij het parallel schakelen van asynchrone machines op het elektriciteitsnet, stelt men merkelijk hogere stromen vast die voor een machine van 200 kW 1200 A bedragen tot 1600 A voor een machine van 300 kW (piek tot piek).
Bovendien biedt het voordeel van de inrichting volgens de uitvinding dat de uitschakelstroompiek slechts 10 milliseconden, t. t. z. 1/2 periode bedraagt, en zieh geen sinusvervorming voordoet.
Bij het gebruik van thyristoren, duurt deze uitschakel- stroomiagenoeg-mOmilliseconden, t. t. z. 5 periodes, terwii-een-sinus- vervorming zieh zowel voordoet wat betreft de stroom als de spanning.
De uitvinding is geenszins beperkt tot de hierboven uitvoeringsvormen en binnen het raam van de octrooiaanvrage kunnen meerdere veranderingen overwogen worden, o. m. wat betreft de toegepaste middelen voor het bepalen van de minimale faseverschuiving als voor het overbruggen van de aanloopweerstanden.
<Desc / Clms Page number 1>
"Device for parallel connection to the mains of an asynchronous machine".
The invention relates to a device for parallel connection to the electricity network of an asynchronous machine, in particular of a generator or of a motor, which, in each of the electrical connections of the machine with the electricity network, in series with this machine, exhibits starting resistance.
It has been known for a long time to make use of such starting resistors which are placed in series with the armature of a DC motor, for example, and which have the object of protecting the motor against overflow when starting. These are usually relatively important resistors that are gradually switched off after starting the engine. Such resistors are also used with asynchronous motors and generators that are designed to limit inrush currents. These usually remain constant in series with the engine or generator even when the machine is in normal operation. The consequence of this is that such resistors, which must have a relatively large value, are accompanied by a not insignificant continuous energy loss.
On page 65 of the magazine PT Elektrotechnchniek / Elektronica 39 (1984) Nr. 4, an article related to the switch-on behavior of electrical machines states that when stator starting resistors were used with asynchronous generators, a deterioration rather than an improvement in the switch-on behavior was observed, which would make them unnecessary.
According to the invention, however, it has been established that this is by no means the case, but that, on the contrary, through a correct choice of the value of the starting resistors, it is possible to limit the inrush current to 1.2 times the nominal current, while this inrush current, without using such starting resistors, it can be up to 10 to 15 times the nominal current.
<Desc / Clms Page number 2>
According to the invention, said starting resistance has a value of 0.2 to 0.5 Ohms, whereby means are provided for, when connecting the machine to the mains network in parallel, at the moment a phase shift occurs between the mains voltage and the voltage between the on-resistance and the machine is at most equal to S ", to bridge this starting resistance.
The value of the starting resistance is expediently almost equal to half the impedance of said machine.
In a special embodiment of the invention, said means are provided for bridging said resistance after a maximum connection of 3 seconds, in particular between 0, 6 and 3 seconds, when the machine is connected to the electricity network in parallel.
The invention also relates to a method for applying said device.
This method is characterized by the fact that, after the machine has been connected in parallel to the mains, the said starting resistance is bridged when the phase shift between the mains voltage and the voltage across the starting resistance is at most equal to S and, at Preferably, within a time frame of at most 3 seconds.
Other particularities and advantages of the invention will become apparent from the following description of some particular embodiments of the invention; this description is given as an example only and does not limit the scope of the protection sought.
The reference numbers used below refer to the attached figures.
Figure 1 is a schematic representation of a three-phase asynchronous machine, when switched off, with a device for parallel connection of this machine to the mains.
Figure 2 is an analogous representation to that of Figure 1 when the machine is connected in parallel to the mains.
<Desc / Clms Page number 3>
Figure 3 is also an analogous representation to that of Figure 1 with the machine in normal operation.
Figure 4 is a graphical representation of the mains voltage and the voltage across the starting resistance.
In these different figures, like reference numerals refer to like elements.
In general, the invention relates to a device for parallel connection to the electricity network of an asynchronous machine, which may consist of an asynchronous generator or an asynchronous motor, to a method for applying this device and finally to an asynchronous machine equipped with corresponding device for parallel connection to the electricity grid.
According to the invention, in each of the electrical connections of the machine to the mains, this device comprises a starting resistance which has a value from 0.2 to 0.5 Ohms.
In addition, means are provided to bridge this starting resistance when connecting to the mains of the machine in parallel, when a phase shift occurs between the mains voltage and the voltage across the starting resistance is at most equal to 8 ". three-phase asynchronous machine, three such
EMI3.1
almost identical starting resistances.
In Figures I to 3, a three-phase asynchronous motor I is schematically represented, which, by means of lines 2, 3 and 4, can be pushed onto the power grid not shown by means of a common switch 5.
Parallel to this switch 5, on each of these lines, a starting resistance 6,7 and 8 respectively, together with a common switch 9 placed in series with the latter, is provided.
According to the invention, each of these starting resistors 6,7 and 8 exhibits a value from 0.2 to 0.5 Ohms and preferably a value substantially equal to half this impedance.
<Desc / Clms Page number 4>
In the position as shown in figure I, the motor 1 is completely disconnected from the mains, since both switches 5 and 9 are in the open position.
In figure 2, the switch 9 is in closed position, so that the motor is connected to the mains via the starting resistors 6,7 and 8.
In a specific embodiment of the invention, said means are such that, from the moment the motor is connected in parallel to the mains by closing the switch 9, after a maximum of 3 seconds and more specifically between 0.6 and 3 seconds, the starting resistors 6, 7 and S are bridged by closing the switch 5, as was shown in figure 3. Here, the switch 9 may or may not remain closed since the supply current of the motor I, due to the presence of the resistors 6, 7 and 8, will flow almost completely over the switch 5. Furthermore, said means are preferably such that this bridging takes place at the moment that the phase shift is almost minimal.
It is therefore important to determine precisely when the phase shift is very small.
This can be done in one of the following ways: 10) by using a power converter which is usually already present and not proposed, with a power meter which, when the measured power is at a minimum, by means of a computer-controlled switching device, bridges resistors 6,7 and 8 when the measured power is minimal;
20) by closing the switch 5 and possibly opening the switch 9 after an empirically set time span, which differs according to the power of the machine;
3) by continuously measuring the phase shift across the resistors by means of a phase shift detector, also not proposed, and, when this indicates a shift of less than 8, closing the switch 5 and, if necessary, the switch 9 to open.
<Desc / Clms Page number 5>
Thus, the method of parallel connection to the mains of an asynchronous machine, such as a generator or a motor, which is also the object of this invention, consists in that, after the machine has been connected in parallel to the mains, starting resistors 6, 7 and 8 bridges when the phase shift between the mains voltage and the voltage across the starting resistance is at most equal to 8, and this preferably within a time period of at most 3 seconds.
For this purpose, preferably in a substantially continuous manner, said phase shift is measured over the starting resistances and the latter is thus bridged at the moment that the phase shift is at most equal to 8 ".
Another method simply consists of bridging these starting resistances, for example by means of a time relay, after a fixed predetermined time frame within 3 seconds, depending on the power of the machine. Furthermore, this can also be done through the intervention of a power converter present in the electrical circuit of the machine with which, in a continuous manner, the power is measured and the starting resistances are bridged, when this power is minimal.
By means of the device or by applying the method according to the invention described above, it is possible to connect an asynchronous motor or generator in parallel to the mains and this without the occurrence of an impermissible current surge.
The inrush current is, against all expectations, limited to 1.2 times the nominal current, whereas until now, when using classic starting resistors, this switching current has been 10 to 15 times the nominal current.
It is therefore important, according to the invention, accurately, within the limits specified above, to select the value of the starting resistances in function of the impedance of the generator or motor and then, at the moment that the phase shift is minimum or at least is less than 8% to ensure the bridging of these starting resistances.
It was found that the smaller this resistance value
<Desc / Clms Page number 6>
the is, the shorter the bridging time is.
If this resistance value is increased, the bridging time increases from almost 1 to 3 seconds.
Contrary to what has usually been assumed heretofore, the phase shift between the applied mains voltage and the voltage across the starting resistance is not constant but changes due to a varying period of voltage across the starting resistance. In addition, this variation of the period appears to depend on the power of the machine.
To illustrate this rather unexpected phenomenon, upon which the object of the present invention is mainly based, in figure 4 the course of the applied mains voltage and the voltage across the starting resistors are shown in function of the time t. Curve 10 represents the mains voltage applied to each of lines 2, 3 and 4, respectively, in the points a, b and c of Figures I to 3. This concerns, at least in normal cases, a curve with a nearly constant sinusoidal course.
On the contrary, the voltage measured across resistors 6, 7 and 8, for example in points d, e, f, will have a varying period, as illustrated, for example, by the curve li of Figure 4.
This will thus be so that the phase shift will also vary over time and, at some point, will be minimal, as suggested at the location of the arrow 12. This determines the time t1 at which, according to the invention, preferably bridging the starting resistances, must take place.
In this connection, it was also found, in a rather unexpected manner, that for the same type of generator or engine with the same power, this time t1 is virtually constant, so that it is therefore sufficient to determine this experimentally for each type of engine.
Thus, for a 300 kW generator, this time is about 800 milliseconds, for a 200 kW generator, about 1 second, and for a generator of about 250 kW, about 1.5 seconds.
<Desc / Clms Page number 7>
In a simple embodiment of the invention, therefore, as mentioned above, use can be made of a time relay which is set at this time and closes the switch 5 at this set time.
If one further compares the tripping currents with the power of the machine, it is noted that, for example for a 200 kW machine, this current is 700 A. For a 250 kW machine, this tripping current is 900 A. And for a 300 machine kW power the switch-off current is 1000 A. (peak to peak values).
Compared to the use of the known thyristors, which are currently often used for limiting electric currents in the parallel connection of asynchronous machines to the electricity grid, significantly higher currents are found, which for a machine of 200 kW are 1200 A to 1600 A for a 300 kW machine (peak to peak).
Moreover, the advantage of the device according to the invention offers that the tripping current peak is only 10 milliseconds, t. t. z. 1/2 period, and no sine distortion occurs.
When using thyristors, this tripping current lasts for nearly millimeter seconds, t. t. z. 5 periods, while a sine distortion occurs both in current and voltage.
The invention is by no means limited to the above embodiments and within the scope of the patent application several changes can be considered, including as regards the means used for determining the minimum phase shift and for bridging the starting resistances.