Verfahren zum Betrieb eines Asynehrongenerators mit Kommutator -Hintermaschine, deren Erregerenergie mindestens teilweise über einen Frequenzumformer zugeführt wird. Jede an ein Netz gegebener Frequenz an geschlossene, durch eine Kommutator-Hinter- maschine erregte (bezw. geregelte) Asynchron maschine arbeitet bekanntlich als Generator, wenn ihre Drehzahl durch äussern Antrieb über den Leerlauf erhöht wird.
Wird ein solcher Asynchrongenerator so stark erregt, dass er seinen eigenen Blindleistungsbedarf und den seines Netzes deckt, so kann er auch nach Abschalten der vorher parallel arbeitenden synchronen Taktgeber, also unter Selbsterregung, weiter arbeiten. Wenn aber das selbsterregte Feld der Maschine infolge Unterbrechung des Erregerkreises oder auch infolge Kurzschlusses im Netz abgeklungen ist, ist es unsicher, ob die Selbsterregung nach Wiederherstellung der ursprünglichen Schaltung ohne parallelarbeitende synchrone Taktgeber erneut einsetzen wird.
Diese Unsicherheit kann nun aber erfin dungsgemäss durch ein Verfahren beseitigt werden, nach welchem der Kommutatorma- schine die Erregerenergie mindestens teilweise über einen Frequenzumformer zugeführt wird, welcher von einem Hilfssynchron-Generator gespeist wird, der mit einem an die primären Klemmendes Asynchrongenerators angeschlos senen Synchronmotor und mit einer unab hängig regelbaren Antriebsmaschine gekuppelt ist.
Dieses Verfahren sei anhand des Aus führungsbeispieles der Fig. 1 näher erläutert. An die Sammelschienen 1. sind der Asyn- chrongenerator 2 und der Synchronmotor 3 angeschlossen. Die Schleifringe der Asyn- chronmaschine 2 sind mit dem Läuferkreis der gommutatormaschine 4 verbunden, deren Erregerkreis 5 beispielsweise über einen Widerstand 6 von der gommutatorspannung des mit dem Generator gekuppelten Frequenz umformers 7 gespeist wird.
(Die Speisung der Erregerwicklung könnte auch durch ir gendeine Kombination der Schleifringspan- nung des Asynchrongenerators und der Kom- mutatorspannung des Frequenzumformers mit oder ohne Zwischenschaltung von ohmschen oder induktiven Widerständen oder auch unter Zwischenschaltung einer Erregermaschine er folgen.) An die Schleifringe des Frequenz umformers ist der Synchrongenerator 8 an geschlossen, der sowohl mit dem Synchron motor 3 gleicher Polzahl und mit einer un abhängig regelbaren Antriebsmaschine 9 ge kuppelt ist, die beispielsweise als Gleich strommaschine gezeichnet ist und aus dem Netz 10 gespeist wird.
11 ist die Antriebs maschine des Grenerators 2.
In der gezeichneten Schaltung ist be kanntlich die Primärfrequenz, das heisst die Ständerfrequenz des Asynchrongenerators, unabhängig von seiner Drehzahl, stets gleich der Frequenz des Generators 8, also gleich der Rotationsfrequenz der Synchronmaschinen 3 und B. Mit Rücksicht auf die Frequenz darf also der Synchronmotor 3 durch Schlie ssen des Schalters 12 dauernd auf das Netz 1 geschaltet sein.
Wenn im Netz keine weiteren, selbständig die Frequenz bestimmenden Gene ratoren vorhanden sind, kann die Primär frequenz des Asynchrongenerators dadurch auf jeden beliebigen Wert geregelt werden, dass der Umformergruppe 3-8 die ent sprechende Rotationsfrequenz aufgedrückt wird, und dies kann durch den unabhängig regelbaren Antriebsmotor 9 erreicht werden. Die Grösse der Spannung des Asynchron- generators bei bestimmter Schlüpfung und Belastung hängt von der Erregung des Syn- chrongenerators 8 ab.
Um die Phasenlage der Spannung des Generators 8 beliebig ein stellen zu können, kann es zweckmässig sein, den Generator mit zwei räumlich um 90 gegeneinander verschobenen Erregerwicklun gen auszustatten. Eine Phasenverschiebung der Spannung kann aber auch durch Zu schaltung von regelbaren Transformatoren, zum Beispiel Drehtransformatoren, oder der gleichen erreicht werden.
Die zur Selbsterregung der in der Fig. 1 dargestellten ,Maschinengruppe notwendige Magnetisierungsenergie wird von der von aussen angetriebenen Synchronmaschine 8 geliefert; jede Unsicherheit im Auftreten der Selbsterregung fällt weg. Da die beiden Synchronmaschinen 3 und 8 starr mitein ander gekuppelt sind, sind ihre Spannungs vektoren um einen konstanten Winkel gegen einander verschoben.
Der Winkel zwischen dem primären Spannungsvektor des Asyn- chrongenerators 2 und dem Spannungsvektor der Synchronmaschine 8 wechselt im allge meinen, wie noch näher begründet werden soll, mit der Sohlüpfung und der Belastung des Asynchrongenerators; es wechselt also auch der Winkel zwischen dem Spannungs vektor des Asynchrongenerators 2 und dem des Synchronmotors B. Wenn also die Syn chronmaschine 3 dauernd an die Sammel schienen 1 angeschlossen ist, wird auf sie ein mit der Sohlüpfung und Belastung des Asynchrongenerators wechselndes Drehmo ment ausgeübt.
Ist der Motor 9 stark genug, so wird er die Drehzahl der Umformergruppe selbständig festlegen, unabhängig vom Dreh moment des Motors 3. Aussertrittfallen kann dieser Motor nicht, da seine Rotationsfrequenz identisch gleich mit der Primärfrequenz des Asynchrongenerators ist, von der er gespeist wird. Er kann aber, wenn das Drehmoment zu gross wird, unzulässig warm werden.
Diese Gefahr kann durch Vergrösserung des Wider standes der Zuleitung zum Motor 3 ver kleinert werden, sie kann aber auch dadurch beseitigt werden, dass der Motor 3 durch Offnung des Schalters 12 von den Sammel schienen abgetrennt wird, wenn die Drehzahl der Umformergruppe und damit die Netz frequenz durch die Antriebsmaschine 9 fest gelegt werden soll. Doch kann auch in diesem Falle der Motor 3 ohne Gefahr der Über lastung dauernd auf die Sammelschienen geschaltet werden, wenn die Schlüpfungs- änderung des Asynchrongenerators 2 zwischen Leerlauf und Vollast richtig bemessen wird.
Zur Erklärung der Wirkungsweise des Aggregates dienen die Diagramme Fig. 2-4- Vernachlässigt sei dabei die Stator- und die Rotorstreureaktanz des Asynohrongenerators. Sie gelten für übersynchronen generatorischen Betrieb. Der Drehsinn der Zeitlinie ist für das Statordiagramm des Asynchrongenerators und das Statordiagramm der Maschine 3 gegen den Uhrzeigersinn, und für das Rotordiagramm des Asynchrongenerators im Uhrzeigersinn angenommen.
Die Pfeile geben den Voreilsinn der Vektoren an. Fig. 2 bezieht sich auf den Leerlaufzustand (Netz 1 unbelastet); Fig. 3 auf einen Belastungszustand, ohne besonders günstige Regelung der Schlupfspannung; Fig. 4 auf denselben Belastungszustand, je doch mit günstiger Regelung der Schlupf spannung.
.F sei die primäre (Netz-), und E2 die sekundäre Spannung (Schlupfspannung) des Asynchronmotors 2. Fh sei die in der Kollektor hintermaschine 4 induzierte Spannung, die man als proportional und phasengleich mit der Spannung Es des Synchrongenerators 8 annehmen kann. Es ist die im Synchron motor 3 induzierte Spannung, die mit Es, also auch mit Eh, die konstante Phasenver schiebung r aufweist. Eh wird durch die Maschine 8 bestimmt und ist von der Schlüpfung unabhängig.
Der Phasenwinkel a zwischen Ei und Eh wird im allgemeinen mit der Schlüpfung variieren. Nehmen wir willkürlich die Richtung von Ei fest, zum Beispiel vertikal, an, so kann der Endpunkt von Eh auf einem Kreis mit 0 als Zentrum wandern.
Bei Leerlauf, das heisst wenn primär kein Strom fliesst (Fig. 2), fliesst sekundär nur der Magnetisierungsstrom Jf", der das Feld erzeugt. Dieses induziert die Spannungen Ei und E2 (normal zu 0). Die Spannung Eh muss sowohl der Spannung<I>A =</I> E" # <I>s</I> (wo Eo die Spannung bei s - 1 ist) das Gleich gewicht halten, als auch dem ohmschen Spannungsabfall<I>-</I> J,ss # r2, wie dies aus Fig. 2 ersichtlich ist.
Wird jetzt das Netz belastet, so dass primär der Strom Ji fliesst, dann fliesst sekundär ausser dem Magnetisie- rungsstrom J14 der Wirkstrom J2. (Fig. 3).
Ist jetzt die Schlüpfung s', so muss jetzt Eh mit den Spannungen<B>E2=</B> E'ae, <I>-</I> J',ss # r2 und<I>-</I> J2,a # r.- im Gleichgewicht stehen, wie in Fig. 3 dargestellt. Aus der Konstruk tion der Figur ist ersichtlich, dass mit Aus- nahme von Eh, Es und r, sich die übrigen Vektoren uad Winkel gegenüber Fig. 2 ändern und in die gestrichenen Werte übergehen.
Der Strom Js des Motors 3, der der Span nungsdifferenz Ei-Es proportional ist, nimmt einen bedeutend grösseren Wert J's an als in Fig. 2, was starke Erwärmung des Motors 3 bedingt.
Die Verhältnisse werden viel günstiger, wenn die Schlüpfung so reguliert wird, dass die Zunahme der Schlüpfungsspannung den ohmschen Spannungsabfall des sekundären Wirkstromes kompensiert; wie dies in Fig. 4 angenommen ist. In diesem Falle bleibt der Winkel a derselbe wie bei Leerlauf, und auch der Magnetisierungsstrom, sowie die übrigen Vektoren behalten ihre Werte, die sie bei Leerlauf des Aggregates hatten, bei. Damit ist erreicht, dass die Netzspannung Ei mög lichst konstant bleibt, und dass der Motor 3 sich nicht unzulässig erwärmen wird.
Die Synchronmaschine 3 kann also, wenn ihr Kupplungswinkel mit dem Generator 8 ein mal richtig eingestellt wurde, ohne Gefahr der Überlastung dauernd auf die Sammel schienen geschaltet sein. Es ergibt sich dabei, wie wir gesehen haben, der weitere Vorteil, dass die Änderung der Blindleistung bezie hungsweise der Spannung des Asynchron- generators zwischen Leerlauf und Vollast bei konstanter Erregung des Generators 8 kleiner ist, als wenn die Schlüpfungsänderung. von dem oben verlangten Wert stark abweicht.
Die Änderung der Schlüpfspannung des Asyn- chrongenerators hat die verlangte Grösse, wenn seine Schlüpfungsänderung zwischen Leerlauf und Vollast gleich der Schlüpfungsänderung ist, welche die als Motor arbeitende Asyn- chronrnaschine 2 zwischen Leerlauf und Voll- last hat, wenn sie in gleicher Schaltung wie in Fig. 1, aber bei abgeschalteter Maschine 9, mit Netzspannung und Netzfrequenz gespeist wird.
Denn in diesem Falle ist 0 und damit J,z durch die gegebene Netzspannung vorge schrieben. Ist letztere konstant, so ist auch JA konstant und daher auch J,u # r2. Wie in Fig. 4, ist dann auch Winkel a konstant und die Schlupfspannung durch die vertikale Komponente von .Eh bestimmt. Wir haben also ganz analoge Verhältnisse, wie die in Fig. 4 für generatorischen Betrieb veran schaulichten.
Während aber bei steigender motorischer Belastung die übersynchrone Schlüpfung sinkt, und die untersynchrone Schlüpfung steigt, muss bei steigender gene- ratorischer Belastung, damit die Änderungen der Schlupfspannung des Asynchrongenerators nicht nur die verlangte Grösse, sondern auch die verlangte Richtung haben, die untersyn chrone Schlüpfung abnehmen und die über synchrone Schlüpfung ansteigen.
Ist diese Bedingung erfüllt, so bleibt, wie aus obigem folgt, der Phasenwinkel zwischen der Primär spannung und der Spannung der Maschine 8 unabhängig von der Belastung annähernd konstant.
Wenn die Frequenz des Asynchrongene- rators 2 durch die Drehzahl des Antriebs motors 9 bestimmt wird, ist aber ohne be sondere Massregeln ein störungsfreier Betrieb nur möglich, wenn an die Sammelschienen 1. nicht weitere selbständige, die Frequenz bestimmende Synchrongeneratoren angeschlos sen sind. Da die Netzfrequenz nämlich in eindeutigem Zusammenhang mit- der Dreh zahl der Antriebsmaschine 9 steht, ist sie zunächst von der Drehzahlcharakteristik der Antriebsmaschine des Asynchrongenerators und von dessen Belastung unabhängig. Wer den weitere Synchrongeneratoren an das Netz angeschlossen, so wird ihre Drehzahl eben falls ausschliesslich durch die Drehzahl der Maschine 9 diktiert.
So lange diese Drehzahl also von den Belastungsverhältnissen des Netzes unabhängig und beispielsweise kon stant ist, ist auch die Leistung der Synchron generatoren konstant und jede Belastungs schwankung im Netz muss durch den Asyn- chrongenerator aufgenommen werden, was im allgemeinen nicht zulässig ist. Eine Last verteilung auf sämtliche Generatoren ist aber möglich, wenn die Drehzahl der Antriebs maschine 9 in Abhängigkeit "von der Belastung des Asynchrongenerators 2 gebracht wird, so dass sie und damit auch die Netzfrequenz mit wachsender Belastung, wenn auch gering- fügig, sinkt.
Damit ändert sich mit wechseln der Belastung auch die Drehzahl der Syn chrongeneratoren und deren Leistung in Ab hängigkeit von ihren Antriebsreglern.
Eine einwandfreie Lastverteilung ist aber auch dadurch möglich, dass die unabhängige regelbare Antriebsmaschine 9 abgeschaltet wird, sowie an das Netz weitere Synchron generatoren angeschlossen werden, wobei aber der Synchronmotor 3 an das Netz ange schlossen sein muss. In diesem Falle wird die Frequenz des Asynchrongenerators 2 und die Rotationsfrequenz der Umformergruppe 3-8 durch die Frequenz der parallelarbeiten den Synchronmaschinen bestimmt, die sich mit der Belastung ändert, wodurch sich wieder richtige Lastverteilung ergibt.
Ein stossfreies Zuschalten der Synchron maschine 3 auf die Sammelschiene 1 ist aber nur möglich, wenn der Spannungsvektor der Maschine vor dem Zuschalten ungefähr in Phase mit dem Netzvektor ist. Es soll des halb ferner vor dem Zuschalten der Synchron maschine 3 entweder Schlüpfung und Be lastung des Asyncbrongenerators 2 so ge regelt werden, dass Netzvektor und Span nungsvektor der Synchronmaschine 3 an nähernd in Phase sind, oder es soll das gleiche Ergebnis ohne sonstige Regelung durch Verdrehen des Stators des Synchron motors 3 oder durch Verdrehen der Gleich stromerregung gegenüber dem Polrad oder durch entsprechende Regelung am Synchron generator 8 erreicht werden.
Unterbleibt diese Regelung, so wird, wenn die Antriebs maschine 9 stark genug ist, zwar durch das Zuschalten der Synchronmaschine 3 die Arbeitsbedingung des Asynchrongenerators nicht geändert. Wird aber jetzt die Maschine 9 abgeschaltet, so stellt sich der Spannungs vektor der Synchronmaschine 3 in diejenige Stellung gegenüber dem Netzvektor ein, die der Arbeitsleistung des Umformers 3-8 ent spricht; es ändert sich also die Lage des Spannungsvektors der Synchronmaschine 8 gegenüber dem Netzvektor und damit die Ar beitsweise des Asynchrongenerators wesentlich.
Wenn aber vordem Zuschalten der Synchron- maschine 3 ihr Spannungsvektor auf die angegebene Weise in die der Antriebsleistung des Umformers entsprechende Phasenlage gegenüber dem 1%Tetzvektor gebracht wurde, kann bei unverändertem Belastungs- und Spannungsverhältnis die Abschaltung der unabhängig regelbaren Antriebsmaschine 9 überhaupt keine Änderung bedingen.
In vereinzelten Fällen kann es erwünscht sein, dem Asynchrongenerator 2 synchronen Charakter zu geben. Dies kann dadurch ge schehen, dass sein Läufer oder auch die Er regerwicklung der an ihn angeschlossenen Kommutatormaschine mit Gleichstrom gespeist wird. Der synchrone Charakter kann aber auch dadurch erzwungen werden; dass die Umformergruppe 3-8 mit dem Läufer des Generators 2 gekuppelt wird.
Wird zum Beispiel die Asynchronmaschine mit der Er regergruppe durch eine Zahnradübersetzung, deren Zahnzahl im Verhältnis der Polzahlen der beiden Gruppen steht, gekuppelt, so wird dadurch zwangsläufig die Rotationsfrequenz der Maschine 2 (Fig. 1) gleich der Stator- frequenz der Maschine 8 gemacht. Nun ist aber die kommutatorseitige Frequenz des Frequenzumformers 7, dessen Schleifringe von der Maschine 8 gespeist werden, gleich der Differenz aus der schleifringseitigen und der Rotationsfrequenz.
Ist die Differenz gleich Null, so wird Maschine 2 mit Gleichstrom erregt, läuft also wie eine Synchronmaschine. Für den synchronen Charakter der Maschine 2 ist aber nicht unbedingt erforderlich, dass sie mit (Teichstrom erregt wird. Es kann auch genügen, wenn ihre Rotations- und Stator- frequenz in einem konstanten oder wenigstens annähernd konstanten Verhältnis stehen. In diesem Falle können Haupt- und Erreger gruppe auch in einem Verhältnis gekuppelt werden, das nicht genau proportional den Polzahlen der beiden Maschinengruppen ist.
Statt einer starren Kupplung zwischen den beiden Gruppen kann als Verbindungsglied unter Umständen auch ein Riemen gewählt werden, sofern seine Schlüpfung einen gewissen Wert nicht überschreitet. Auf elektrischem Wege kann die Kupplung zum Beispiel da- durch .erreicht werden, dass auf jede Welle der beiden Gruppen eine Synchronmaschine entsprechender Polzahl montiert wird, wobei die Statoren beider Maschinen miteinander verbunden werden. Es wird hierdurch wie bei der mechanischen Kupplung Gleichlauf der beiden Maschinengruppen erzwungen.
Method for operating an asynchronous generator with a commutator rear machine, the excitation energy of which is at least partially supplied via a frequency converter. Every frequency given to a network on a closed asynchronous machine excited (or regulated) by a commutator rear machine is known to work as a generator when its speed is increased by an external drive above idle.
If such an asynchronous generator is so strongly excited that it covers its own reactive power requirement and that of its network, it can continue to work even after switching off the synchronous clock generator that was previously working in parallel, i.e. under self-excitation. However, if the machine's self-excited field has decayed as a result of an interruption in the excitation circuit or as a result of a short circuit in the network, it is uncertain whether the self-excitation will start again after the original circuit has been restored without a synchronous clock generator working in parallel.
This uncertainty can now be eliminated according to the invention by a method according to which the commutator machine is supplied with the excitation energy at least partially via a frequency converter which is fed by an auxiliary synchronous generator that is connected to a synchronous motor and connected to the primary terminals of the asynchronous generator is coupled to an independently controllable drive machine.
This method is explained in more detail with reference to the exemplary embodiment from FIG. The asynchronous generator 2 and the synchronous motor 3 are connected to the busbars 1. The slip rings of the asynchronous machine 2 are connected to the rotor circuit of the gommutator machine 4, the exciter circuit 5 of which is fed, for example via a resistor 6, from the gommutator voltage of the frequency converter 7 coupled to the generator.
(The excitation winding could also be fed by any combination of the slip ring voltage of the asynchronous generator and the commutator voltage of the frequency converter with or without the interposition of ohmic or inductive resistors or with the interposition of an exciter.) To the slip rings of the frequency converter the synchronous generator 8 is closed, which is coupled to both the synchronous motor 3 with the same number of poles and an un dependent controllable drive machine 9, which is drawn for example as a direct current machine and is fed from the network 10.
11 is the drive machine of generator 2.
In the circuit shown, the primary frequency, i.e. the stator frequency of the asynchronous generator, regardless of its speed, is always the same as the frequency of the generator 8, i.e. the same as the rotation frequency of the synchronous machines 3 and B. With regard to the frequency, the synchronous motor 3 be continuously switched to the network 1 by closing the switch 12.
If there are no other generators that independently determine the frequency in the network, the primary frequency of the asynchronous generator can be regulated to any desired value by applying the appropriate rotation frequency to the converter group 3-8, and this can be done by the independently controllable drive motor 9 can be achieved. The magnitude of the voltage of the asynchronous generator at a certain slip and load depends on the excitation of the synchronous generator 8.
In order to be able to set the phase position of the voltage of the generator 8 as desired, it may be useful to equip the generator with two exciter windings that are spatially offset by 90 relative to one another. A phase shift in the voltage can also be achieved by connecting controllable transformers, for example rotary transformers, or the like.
The magnetization energy required for the self-excitation of the machine group shown in FIG. 1 is supplied by the externally driven synchronous machine 8; any uncertainty in the occurrence of self-excitement disappears. Since the two synchronous machines 3 and 8 are rigidly coupled with each other, their voltage vectors are shifted by a constant angle against each other.
The angle between the primary voltage vector of the asynchronous generator 2 and the voltage vector of the synchronous machine 8 changes in general, as will be explained in more detail, with the leveling and the load on the asynchronous generator; It also changes the angle between the voltage vector of the asynchronous generator 2 and that of the synchronous motor B. If the Syn chronmaschine 3 is permanently connected to the busbars 1, a torque that changes with the solenoid and load on the asynchronous generator is exerted on them.
If the motor 9 is strong enough, it will set the speed of the converter group independently, regardless of the torque of the motor 3. This motor cannot fall out of step because its rotational frequency is identical to the primary frequency of the asynchronous generator from which it is fed. However, if the torque becomes too great, it can become impermissibly warm.
This risk can be reduced ver by increasing the resistance of the supply line to the motor 3, but it can also be eliminated in that the motor 3 is separated by opening the switch 12 from the busbars when the speed of the converter group and thus the network frequency is to be set firmly by the drive machine 9. However, in this case too, the motor 3 can be continuously switched to the busbars without the risk of overloading if the change in slip of the asynchronous generator 2 between idle and full load is correctly measured.
The diagrams Fig. 2-4 serve to explain the mode of operation of the unit. The stator and rotor leakage reactance of the asynchronous generator are neglected. They apply to oversynchronous generator operation. The sense of rotation of the time line is assumed to be counterclockwise for the stator diagram of the asynchronous generator and the stator diagram of machine 3, and clockwise for the rotor diagram of the asynchronous generator.
The arrows indicate the lead direction of the vectors. Fig. 2 relates to the idle state (network 1 unloaded); 3 shows a load condition without particularly favorable regulation of the slip voltage; Fig. 4 shows the same load condition, but with more favorable control of the slip voltage.
.F is the primary (mains), and E2 the secondary voltage (slip voltage) of the asynchronous motor 2. Fh is the voltage induced in the collector rear machine 4, which can be assumed to be proportional and in phase with the voltage Es of the synchronous generator 8. It is the voltage induced in the synchronous motor 3, which with Es, thus also with Eh, has the constant phase shift r. Eh is determined by the machine 8 and is independent of the hatching.
The phase angle α between Ei and Eh will generally vary with hatching. If we assume arbitrarily the direction of Ei, for example vertical, then the end point of Eh can move on a circle with 0 as the center.
When idling, i.e. when there is primarily no current (Fig. 2), only the magnetizing current Jf "flows secondarily, which generates the field. This induces the voltages Ei and E2 (normal to 0). The voltage Eh must be equal to the voltage < I> A = </I> E "# <I> s </I> (where Eo is the voltage at s - 1) keep the equilibrium, as well as the ohmic voltage drop <I> - </I> J, ss # r2, as can be seen from FIG.
If the network is now loaded so that the current Ji flows primarily, then the active current J2 flows secondarily in addition to the magnetizing current J14. (Fig. 3).
If the hatch is now s ', Eh must now have the tensions <B> E2 = </B> E'ae, <I> - </I> J', ss # r2 and <I> - </I> J2, a # r.- are in equilibrium, as shown in Fig. 3. From the construction of the figure it can be seen that, with the exception of Eh, Es and r, the other vectors and angles change compared to FIG. 2 and merge into the values indicated.
The current Js of the motor 3, which is proportional to the voltage difference Ei-Es, assumes a significantly larger value J's than in FIG. 2, which causes the motor 3 to heat up considerably.
The conditions are much more favorable if the slip is regulated in such a way that the increase in the slip voltage compensates for the ohmic voltage drop of the secondary active current; as assumed in FIG. In this case, the angle α remains the same as when the unit is idling, and the magnetizing current and the other vectors also retain their values that they had when the unit was idle. This ensures that the line voltage Ei remains as constant as possible and that the motor 3 will not heat up to an inadmissible degree.
The synchronous machine 3 can therefore, if its coupling angle has been set correctly with the generator 8 once, be permanently switched to the busbars without the risk of overloading. As we have seen, there is the further advantage that the change in the reactive power or the voltage of the asynchronous generator between idling and full load with constant excitation of the generator 8 is smaller than when the change in slip. strongly deviates from the value required above.
The change in the slip voltage of the asynchronous generator has the required size if its slip change between idle and full load is equal to the slip change that the asynchronous machine 2, working as a motor, has between idle and full load, if it is in the same circuit as in Fig 1, but with the machine 9 switched off, is fed with mains voltage and mains frequency.
Because in this case 0 and thus J, z is prescribed by the given mains voltage. If the latter is constant, then JA is also constant and therefore also J, u # r2. As in FIG. 4, angle a is then also constant and the slip voltage is determined by the vertical component of .Eh. So we have completely analogous relationships, as illustrated in Fig. 4 for generator operation.
However, while the oversynchronous slip decreases with increasing motor load and the subsynchronous slip increases, the subsynchronous slip must decrease with increasing generational load so that the changes in the slip voltage of the asynchronous generator not only have the required magnitude but also the required direction and which rise above synchronous hatching.
If this condition is met, then, as follows from the above, the phase angle between the primary voltage and the voltage of the machine 8 remains approximately constant regardless of the load.
If the frequency of the asynchronous generator 2 is determined by the speed of the drive motor 9, trouble-free operation is only possible without any special measures if no other independent, frequency-determining synchronous generators are connected to the busbars 1. Since the line frequency is clearly related to the speed of the drive machine 9, it is initially independent of the speed characteristics of the drive machine of the asynchronous generator and its load. Whoever connects the other synchronous generators to the network, their speed is also dictated exclusively by the speed of the machine 9.
As long as this speed is independent of the load conditions of the network and, for example, constant, the power of the synchronous generators is also constant and any fluctuations in load in the network must be absorbed by the asynchronous generator, which is generally not permitted. A load distribution across all generators is possible, however, if the speed of the drive machine 9 is brought into function of the load on the asynchronous generator 2, so that it, and thus also the network frequency, decreases, albeit slightly, with increasing load.
As the load changes, the speed of the synchronous generators and their output also change depending on their drive controllers.
A proper load distribution is also possible in that the independent controllable drive machine 9 is switched off, and further synchronous generators are connected to the network, but the synchronous motor 3 must be connected to the network. In this case, the frequency of the asynchronous generator 2 and the rotation frequency of the converter group 3-8 are determined by the frequency of the synchronous machines working in parallel, which changes with the load, which again results in the correct load distribution.
A bumpless connection of the synchronous machine 3 to the busbar 1 is only possible if the voltage vector of the machine is approximately in phase with the network vector prior to connection. It should therefore also before switching on the synchronous machine 3 either slippage and loading of the Asyncbrongenerators 2 so ge regulated that the network vector and voltage vector of the synchronous machine 3 are almost in phase, or it should be the same result without any other regulation by twisting the stator of the synchronous motor 3 or by rotating the direct current excitation with respect to the pole wheel or by appropriate control on the synchronous generator 8 can be achieved.
If this scheme is omitted, then, when the drive machine 9 is strong enough, the working condition of the asynchronous generator is not changed by switching on the synchronous machine 3. But if the machine 9 is now switched off, the voltage vector of the synchronous machine 3 is in the position relative to the network vector that corresponds to the performance of the converter 3-8; So it changes the position of the voltage vector of the synchronous machine 8 with respect to the network vector and thus the work mode of the asynchronous generator significantly.
If, however, before switching on the synchronous machine 3, its voltage vector was brought into the phase position corresponding to the drive power of the converter compared to the 1% Tetzvektor, the switching off of the independently controllable drive machine 9 cannot cause any change at all if the load and voltage ratio remains unchanged.
In isolated cases it may be desirable to give the asynchronous generator 2 a synchronous character. This can happen because its rotor or the excitation winding of the commutator machine connected to it is fed with direct current. The synchronous character can also be enforced by this; that the converter group 3-8 is coupled with the rotor of generator 2.
If, for example, the asynchronous machine is coupled to the exciter group by a gear ratio, the number of teeth of which is in the ratio of the number of poles in the two groups, the rotational frequency of machine 2 (FIG. 1) is inevitably made equal to the stator frequency of machine 8. Now, however, the frequency of the frequency converter 7 on the commutator side, whose slip rings are fed by the machine 8, is equal to the difference between the slip ring side and the rotational frequency.
If the difference is zero, then machine 2 is excited with direct current, so it runs like a synchronous machine. For the synchronous character of the machine 2, however, it is not absolutely necessary that it is excited with (pond current. It can also be sufficient if its rotation and stator frequencies are in a constant or at least approximately constant ratio. In this case, main and exciter group can also be coupled in a ratio that is not exactly proportional to the number of poles in the two machine groups.
Instead of a rigid coupling between the two groups, a belt can also be selected as the connecting link, provided that its slip does not exceed a certain value. The coupling can be achieved electrically, for example, by mounting a synchronous machine with a corresponding number of poles on each shaft of the two groups, with the stators of both machines being connected to one another. As with the mechanical coupling, this forces the two machine groups to run synchronously.