Einrichtung zum Verhüten des Aussertrittfallens von Wechselstromgeneratoren. Für das Aufrechterhalten der Geschwin digkeit von Wechselstromgeneratoren, die ein gemeinsames Netz speisen und die an voneinander entfernten Stellen, zum Beispiel in getrennten Zentralen, aufgestellt sind, ist es bekannt, die Frequenz von mit den Gene ratoren gekuppelten Hilfsmaschinen in einem doppeltgespeisten Motor als Kuppelglied zu vergleichen.
Als doppeltgespeister Motor wird beispielsweise ein Synchronoskop verwendet, dessen Rotor von der Frequenz der einen Hilfsmaschine und dessen Stator von der Frequenz der andern Hilfsmaschine gespeist wird;
wobei Rotor und Stator mehrphasig, oder aber .einer von beiden nur einphasig ge speist wird. Der Rotor des Synchronoskops betätigt 'eine Kontaktvorrichtung, die auf ein Regulierorgan der Antriebsmaschine des Ge- nerators einwirkt.
Beim Auftreten von Kurzschlüssen in Wechselstromnetzen bei geschlossenem Kup- pelschalter kommt es nun häufig vor, dass Maschinen alxsser Tritt fallen. Dies bat grosse Ausgleichströme zur Folge, welche un erwünschte Betriebsstörungen durch Anspre chen von Relais und Abschaltungen ver ursachen. Es ist darum erforderlich, die Ge neratoren bei derartigen Störungen so schnell wie möglich auf die richtige Drehzahl zu bringen.
Die Verwendung der bekannten Ein richtung bringt den Nachteil mit sich, dass besondere Verbindungsleitungen zwischen den dieVergleichsfrequenzen liefernden Hilfs motoren erforderlich sind, so dass die Anlage umständlich und teuer wird.
Es ist bekannt, dass in einem von zwei Generatoren mit den Frequenzen und co, gespeisten Netz zwei Frequenzen vor handen sind, von denen die eine
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und die andere
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beträgt. Letztere ist die Schwebungs- frequenz, während die erstere Frequenz )x als Vergleichsfrequenz zum Synchronisieren der Generatoren benutzt werden kann.
Die Erfindung besteht darin, dass in einem Wechselstromnetz bei geschlossenem' Kuppelschalter die Synchronisiereinrichtung dauernd eingeschaltet und sowohl von der im Netz vorhandenen Betriebsfrequenz, als auch von einer der Drehzahl eines das Netz speisenden Generators entsprechenden Fre quenz zum Ansprechen gebracht wird, wo bei letztere durch einen mit dem zu synchro nisierenden Generator gekuppelten Wechsel strom-Hilfsgenerator erzeugt wird, so dass ein Aussertrittfallen der Generatoren und die damit verbundenen Nachteile, sowie das Öff nen des Kuppelschalters und damit verbun denes Neusynchronisieren vermieden sind.
In der Zeichnung sind Ausführungsbei spiele der Erfindung schematisch dargestellt, und zwar zeigt Abb. 1. die Verwendung eines auf Frequenzunterschiede ansprechendenKon- taktorganes, Abb. 2 die Verwendung eines auf Leistung ansprechenden richtungsabhän gigen Organes. Bei dem Beispiel nach Abb. 1 hängt an dem Netz 12 der Generator 1, der von der Turbine 2 angetrieben wird. Auf der Generatorwelle sitzt ein kleiner Hilfs generator B. Die Frequenz des Ililfsgenera.- tors 3 ist proportional der Drehzahl des Hauptgenerators 1.
Die Spannung des Hilfs- generators 3 wird an den Rotor 6 über die Schleifringe 7, und die Netzspannung wird durch einen Spannungswandler 4 an den Stator 5 eines Asynchronmotors angeschlos sen, der als Verstellorgan für die Drehzahl der Turbine 2 dient. Auf der Rotorwelle des Asynchronmotors sitzt fest ein Kontaktarm 9, der zwischen Steuerkontakten 10, 11 be weglich ist und der durch die Federn 8 in der Nullstellung gehalten wird.
Entspricht die Drehzahl des Generators der Netzfrequenz, so ist das Drehmoment des Asynchronmotors bezw. des Kontakt- organes Null. Je nachdem, ob der Generator zu schnell oder zu langsam laufen will, ent- steht dagegen ein Drehmoment in der einen oder andern Richtung. Diese wechselnden Drehmomente werden zur Regulierung der Drehzahl der Turbine verwendet.
Dadurch wird erreicht, da,ss der Generator, bevor er ausser Tritt geraten ist, automatisch synchro nisiert wird, ohne da.ss eine Öffnung eines Schalters erfolgt, so dass der Betrieb unge- stört bleibt. Dabei ist es zweckmässig, den Hauptschalter nach dem erstmaligen Syn chronisieren und Para.llelschalten in seiner Schliesslage zu verriegeln. Der Hilfsgenerator benötigt eine Erre gung. Diese kann der Erregung des Haupt generators entnommen werden. Um die Än-- derung der Erregerspannung unwirksam zu machen, kann der Hilfsgenerator mit stark gesättigtem Eisen gebaut werden.
Bei Ver wendung eines Hilfsgenerators mit Polen aus permanenten Magneten kann die Erregung gänzlich weggelassen werden.
Der Hilfsgenerator muss mit dem Haupt generator zwangläufig verbunden sein, da mit die Phasenlage sich nicht verändert. Zu diesem Zweck empfiehlt es sieh, einen- Zahn- radantrieb zu verwenden. Die Übersetzung des Antriebes kann entsprechend der norma len Drehzahl des Generators gewählt werden, so dass derselbe Hilfsgenerator für beliebige Drehzahlen beibehalten werden kann.
Bei Veränderung des Leistungsfaktors des Generators ändert sich die Polradver- schiebung und damit die Ruhelage des Kon- taktorganes. Um in diesem Fall eine uner wünschte Regulierung zu verhüten, müssten die Kontakte 10, 11 genügend weit ausein ander entfernt sein, so dass eine Regulierung nur vorkommt, wenn die Polradverschiebung des Generators derart ist, dass ein Ausser trittfallen zu befürchten ist, -das heisst wenn das Kontaktorgan ganze Umdrehungen ma chen würde,
wenn es nicht durch das Auf treffen des Kontaktörgaues 9 an den Kontak ten 10; 11 verhindert würde. Eine andere Möglichkeit, die unerwünschte Regulierung zu vermeiden, besteht darin, die Kontakte in Übereinstimmung mit dem Leistungsfaktor des Generators zu verschieben.
Diese Vorrichtung erfordert für den Hilfs generator eine besondereGleichstromerregung. Diese Gleichstromerregung ist bei der An ordnung gemäss Abb. 2 vermieden. Bei die ser Anordnung wird wieder der am Netz 12 hängende Generator 1 von der Turbine 2 an getrieben.-- Auf der Generatorwelle sitzt der Hilfssynchrongenerator 3, dessen Statorwick- lung mit 14 bezeichnet ist.
Der Stator wird vom Spannungswandler 4 gespeist. 16, ist ein Leistungsregler, der zweckmässig mit Wälzsektorregulierkontakten ausgerüstet ist und den Hilfsmotor 17 für das Regulier organ 18 der Turbine 2 beeinflusst. Der Lei stungsregler wird zum Beispiel durch eine Feder in seiner Mittellage gehalten. Der Rotor des Hilfsgenerators 3 wird zweck mässig als Kurzschlussanker (Käfigwieklung) ausgebildet, damit Schleifringe vermieden sind.
Solange die Generatordrehzahl der Netz frequenz entspricht, wird kein Energiefluss und somit kein Leistungsausgleich zwischen Hilfsgenerator und Netz erfolgen und der Leistungsregler daher nicht beeinflusst wer den. Strebt der Generator 1 dagegen einer über- oder untersynchronen Drehzahl zu, das heisst, besteht die Möglichkeit des Aussertritt- fallens für denselben, so wird Energie vom Hilfsgenerator 3 und 14 zum Spannungs- wandler 4 bezw. in umgekehrter Richtung fliessen.
Der Leistungsregler spricht an und beeinflusst in Abhängigkeit von der Energie- richtung den Hilfsmotor 17, der je nach sei ner Drehrichtung das Regulierorgan 18 der Turbine verstellt. Sobald die Generatordreh- zahl der Netzfrequenz wieder angepasst ist, hört der Leistungsausgleich zwischen Hilfs generator und Netz 12 auf und der Lei stungsregler nimmt wieder seine Mittellage ein.
Um die Empfindlichkeit der Regulier einrichtung zu steigern, werden zweckmässig die Leerlaufsverluste des Hilfsgenerators klein gehalten, während seine Leistungs abgabe bei einer gegebenen Schlupffrequenz möglichst gross gemacht wird.
Die Einrichtung gemäss- der Erfindung kann ohne weiteres zum automatischen Syn chronisieren und Parallelschalten von Gene ratoren benutzt werden.
Device to prevent alternators from falling out. To maintain the speed of alternators that feed a common network and are set up at remote locations, for example in separate control centers, it is known to use the frequency of auxiliary machines coupled to the generators in a double-fed motor as a coupling element to compare.
A synchronoscope, for example, is used as the double-fed motor, the rotor of which is fed by the frequency of one auxiliary machine and the stator of which is fed by the frequency of the other auxiliary machine;
whereby the rotor and stator are multiphase, or one of the two is only fed in a single phase. The rotor of the synchronoscope actuates a contact device which acts on a regulating member of the drive machine of the generator.
When short circuits occur in alternating current networks with the coupling switch closed, it is now often the case that machines fall asleep. This resulted in large equalizing currents, which cause undesired malfunctions by responding to relays and switching off. It is therefore necessary to bring the generators to the correct speed as quickly as possible in the event of such malfunctions.
The use of the known device has the disadvantage that special connecting lines are required between the auxiliary motors supplying the comparison frequencies, so that the system becomes cumbersome and expensive.
It is known that in one of two generators with the frequencies and co, fed network two frequencies are available, one of which
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and the other one
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amounts. The latter is the beat frequency, while the former frequency) x can be used as a comparison frequency for synchronizing the generators.
The invention consists in that in an alternating current network with the coupling switch closed, the synchronization device is continuously switched on and is made to respond both by the operating frequency in the network and by a frequency corresponding to the speed of a generator feeding the network, where the latter is triggered by a with the generator to be synchronized coupled alternating current auxiliary generator is generated, so that the generators falling out of step and the associated disadvantages, as well as the opening of the coupling switch and associated resynchronization are avoided.
In the drawing, exemplary embodiments of the invention are shown schematically, namely Fig. 1 shows the use of a contact organ that responds to frequency differences, and Fig. 2 shows the use of a direction-dependent organ that responds to performance. In the example according to FIG. 1, the generator 1, which is driven by the turbine 2, is attached to the network 12. A small auxiliary generator B sits on the generator shaft. The frequency of the auxiliary generator 3 is proportional to the speed of the main generator 1.
The voltage of the auxiliary generator 3 is sent to the rotor 6 via the slip rings 7, and the mains voltage is connected to the stator 5 of an asynchronous motor by a voltage converter 4, which is used as an adjusting element for the speed of the turbine 2. On the rotor shaft of the asynchronous motor sits firmly a contact arm 9, which is movable between control contacts 10, 11 and which is held by the springs 8 in the neutral position.
If the speed of the generator corresponds to the mains frequency, the torque of the asynchronous motor is respectively. of the contact organ zero. Depending on whether the generator wants to run too fast or too slowly, on the other hand, a torque arises in one or the other direction. These changing torques are used to regulate the speed of the turbine.
This ensures that the generator is automatically synchronized before it gets out of step without opening a switch, so that operation remains undisturbed. It is useful to chronize the main switch after the first synchronization and to lock it in its closed position. The auxiliary generator needs an excitation. This can be taken from the excitation of the main generator. In order to make the change of the excitation voltage ineffective, the auxiliary generator can be built with strongly saturated iron.
When using an auxiliary generator with poles made of permanent magnets, the excitation can be omitted entirely.
The auxiliary generator must be connected to the main generator because the phase position does not change. For this purpose it is recommended to use a gear drive. The translation of the drive can be selected according to the norma len speed of the generator, so that the same auxiliary generator can be maintained for any speed.
When the power factor of the generator changes, the displacement of the pole wheel changes and thus the rest position of the contact element. In order to prevent unwanted regulation in this case, the contacts 10, 11 would have to be far enough apart so that regulation only occurs when the rotor displacement of the generator is such that a failure is to be feared, that is if the contact element would make full turns,
if it is not due to the contact on the contactorgau 9 to the Kontak th 10; 11 would be prevented. Another way to avoid the unwanted regulation is to move the contacts in accordance with the power factor of the generator.
This device requires special DC excitation for the auxiliary generator. This DC excitation is avoided in the arrangement shown in Fig. 2. In this arrangement, the generator 1 suspended from the network 12 is again driven by the turbine 2. The auxiliary synchronous generator 3, the stator winding of which is designated 14, sits on the generator shaft.
The stator is fed by the voltage converter 4. 16, is a power regulator which is suitably equipped with rolling sector regulating contacts and influences the auxiliary motor 17 for the regulating organ 18 of the turbine 2. The power regulator is held in its central position by a spring, for example. The rotor of the auxiliary generator 3 is expediently designed as a short-circuit armature (Käfigwieklung) so that slip rings are avoided.
As long as the generator speed corresponds to the network frequency, there will be no energy flow and thus no power equalization between the auxiliary generator and the network and the power regulator will therefore not be influenced. If, on the other hand, the generator 1 strives for an over- or under-synchronous speed, that is, if there is the possibility of stepping out for the same, then energy is transferred from the auxiliary generator 3 and 14 to the voltage converter 4, respectively. flow in the opposite direction.
The power regulator responds and, depending on the direction of energy, influences the auxiliary motor 17, which adjusts the regulating element 18 of the turbine depending on its direction of rotation. As soon as the generator speed is adjusted to the mains frequency again, the power equalization between the auxiliary generator and the mains 12 ceases and the power regulator returns to its central position.
In order to increase the sensitivity of the regulating device, the idling losses of the auxiliary generator are expediently kept small, while its power output is made as large as possible at a given slip frequency.
The device according to the invention can easily be used for automatic synchronization and parallel switching of generators.