<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.