Elektrolyseanlage. Die Erfindung bezieht sich auf die Ener gieversorgung von ElektrolysIeanlagen, bei spielsweise zur Aluminium- oder Chlor gewinnung. Während die Energie zur Spei sung von Elektrolyseanlagen häufig über Umformer aus dem allgemeinen Drehstrom versorgungsnetz bezogen wird, ist es in vielen Fällen mit Rücksicht auf vorhandene Wasser kräfte oder zur Verfügung stehende Kohle zweckmässig, die für die Elektrolyseanlage erforderliche Energie so weit als möglich im eigenen Betrieb zu erzeugen. Als Kraft maschinen, für den Antrieb der Strom erzeugung kommen dabei in beiden Fällen fast ausschliesslich Turbinen in Betracht.
hTun liegt aber die Grenzleistung, die sich mit durch Dampfturbinen angetriebenen Gleichstrommaschinen erreichen lässt, für die Zwecke der Elektrolyse mit ihrem hohen Energieverbrauch viel zu niedrig. Man ist daher gezwungen., entweder die Gesamt leistung auf eine grosse Zahl kleinerer Er- zeugersätze zu unterteilen oder mit jeder Turbine mehrere Gleichstrommaschinen zu kuppeln. Beides isst mit Rücksicht auf den Aufwand und den Wirkungsgrad uner wünscht.
Bei Wasserturbinen für geringes Gefälle liegt zwar die Drehzahl wesentlich niedriger als .diejenige der Dampfturbinen, jedoch werden diese Maschinen im allgemei nen mit senkrechter Welle ausgeführt, was beider Konstruktion der Gleiehstrommasehi- nen ebenfalls zu Schwierigkeiten führt.
Gemäss der Erfindung werden daher bei einer Elektrodysenanlage mit wenigstens teilweise eigener Enorgie-Erzeugung durch Generatoren, die von Turbinen angetrieben werden, als Generatoren Synchronmaschinen verwendet, deren jede ohne Zwischentransfor mator mit einem steuerbaren Gleichrichter verbunden ist.
Synchronmaschinen lassen sich bekanntlich bis zu sehr grossen Leistungen für Drehzahlen; ausführen, wie sie für Tur- binen erwünscht sind, und es bereitet auoh keine Schwierigkeiten, eine Synchronmaschine grosser Leistung mit senkrechter Welle zu bauen. Im allgemeinen wird man aus Grün den des Wirkungsgrades bei geringerer Be lastung und der Reservehaltung für einen gemeinsamen Bäderstromkreis mehrere Er- zeugereinheiten vorsehen, die dann auf den Stromkreis parallel arbeiten.
Beim Hoch fahren der Bäder geht man dann zweckmässig so vor. da.ss man die Generatoren bis auf die niedrigste Spannung erregt, bei der diese noch stabil arbeiten, und dass man dann die Spannung an den Bädern anfänglich nur durch gemeinsames Verändern der Aussteue rung der den einzelnen Erzeugereinheiten zugeordneten Gleichrichtern heraufregelt. Ist dann der volle Austeuerungsgrad der Gleich richter erreicht, so erfolgt die weitere Span nungserhöhung durch Verstärkung des Er regerstromes der einzelnen Generatoren. Im normalen Betrieb ist es im allgemeinen not u endig, den gesamten Bäderstrom möglichst konstant zu halten.
Man regelt dann zweck mässig nur eine der parallelarbeitenden Ein heiten in Abhängigkeit von dem Summen strom, während die übrigen Einheiten auf konstante Leistung geregelt werden. Die Re gelung kann dabei ausschliesslich durch Ein wirkung auf die Erregung der Synchron maschinen erfolgen. Wird zusätzlich zu der Eigenerzeugung noch Energie aus einem fremden Drehstromnetz über Umformer bezw. Gleichrichter bezogen, so ist es vorteilhaft, diesem Gleichrichter die Aufgabe der Re gelung auf konstanten Summenstrom zu über tragen, während die parallel mit ihm arbei tenden Einheiten der Eigenerzeugungsanl < xge mit konstanter Leistung betrieben werden.
In der Zeichnung sind Ausführungs- beispiele der Erfindung dargestellt. In Fig. 1 ist angenommen, da.ss auf die Gleichstrom- sammelsehiene 21, an die die Bädergruppe 17 angeschlossen ist, zwei Erzeugersätze 1 und ? parallelarheiten. Jeder dieser Er zeugersätze besteht aus der Kraftmaschine 3, einem Synchrongenerator 4 und einem Gleich richter 5, der -.in die Ständerwieklunb des Synchrongenerators unmittelbar ohne Zwi- schenschaltung eines Transformators an geschlossen ist.
Für die Feldregelung der Synchrongeneratoren 4 sind Regelwider stände 8 vorgesehen, die von selbsttätigen Reglern, vorzugsweise sogenannten Thoma- Reglern, angetrieben werden. Die Gleich richter 5 sind mit Gittersteuerung aus gerüstet, und zwar wird die für den Steuer- kreis erforderliche Wechselspannung von einer besonderen Hilfssynchronmaschine 14, die auf einer Welle mit dem Generator 4 sitzt, geliefert.
Ein Steuersatz 11 verwandelt die sinusförmigen Spannungen in Steuer- spa.nnungsimpul.se spitzer Kurvenform um, Die Phasenlage der Gitterspannungen gegen über den Anodenspannungen kann mittels der Drehregler 10 eingestellt werden. Die Drehregler 10 gestatten es also, den Aus steuerungsgrad der Gleichrichter 5 beliebig zu ändern. Auch die Drehregler 10 werden von selbsttätigen Reglern, und zwar ebenfalls vorzugsweise von Thoma-Reglern verstellt.
Um nun im normalen Betrieb die oben erwähnte Regelung durchzuführen, wird der mit dem Erregerwiderstand der Erzeuger einheit 1 gekuppelte Thoma-Regler 6 sowohl von der Spannung des Generators 4 dieser Einheit als auch über einen Stromwandler 9 von dessen Strom erregt. Der Widerstand 8 wird also durch den Regler 6 jeweils so ein gestellt, da.ss die Erzeugereinheit 1 im nor malen Betrieb ständig mit konstant-er Lei stung arbeitet.
Dagegen ist in der Erzeuger einheit 2 der Thoma-Regler 12, der dort den Erregerwiderstand 8 verstellt, mit seiner Spule an einen Gleichstromwandler 16 bezw. einen Shunt angeschlossen, der in der Zu leitung zu der Bädergruppe 17 liegt. Auf diese Weise wird erreicht, dass die Einheit 2 durch Beeinflussung des Erregerstromes der Synchronmaschine 4 so geregelt wird, dass der von den parallelarbeitenden Einheiten an die Bäder gelieferte Gesamtstrom konstant bleibt.
Für das gemeinsame Hochfahren der Er zeugereinheiten, was nach dem Obengesagten zumindest anfänglich nur durch Hochsteuern der Gleichrichter erfolgt, sind die Regler 7 und 13 vorgesehen, deren Spulen über einen Regelwiderstand 15 an einer konstanten Gleichspannung liegen. Durch Ändern des Widerstandes 15 werden somit die Dreh regler 10 in beiden Erzeugersätzen um aas gleiche Mass verstellt, so dass auch der beider Gleichrichter 5 stets der gleiche ist.
Die Regler 6 und 12 werden beim Hochfahren abgeschaltet und die Regel widerstände 8 auf eine feste Spannung, vor zugsweise auf niedrigste Spannung, ein gestellt, bei der die Generatoren 4 noch stabil arbeiten.
Fig. 2 zeigt den Fall, dass eine Erzeuger einheit der beschriebenen Art parallel mit einem Ansehluss an ein fremdes Drehstrom netz arbeitet. Dieses Drehstromnetz ist. mit 18 bezeichnet. Über den Transformator 19 ist dann ebenfalls ein Gleichrichter 5 angeschlos- sen. Die Erzeugungseinheit 1 entspricht so wohl hinsichtlich ihres Aufbaues als auch hinsichtlich der verwendeten Regeleinrich tung vollkommen der Erzeugungseinheit 1 nach Fig. 1.
Die Steuerspannungen für den Gleichrichter 5 werden über einen Hilfs transformator 20 ebenfalls dem Drehstrom netz 18 entnommen, und zwar wieder unter Zwischenschaltung eines Drehtransformators 10 und eines. Steuersatzes 11.
Im normalen Betrieb wird genau wie bei der Anordnung nach Fig. 1 die betriebs eigene Erzeugungseinheit 1 mittels des Re glers 6 auf konstante Leistung geregelt. Der mit dem Drehregler 10 des Fremdversor- gungsanschlusses gekuppelte Regler 13 über- nimmt hier die Regelung auf konstanten Summenstrom. Seine eine Reglerspule ist. zu diesem Zweck an einen Gleichstromwandler 16 an der Zuleitung zu der Bädergruppe 17 angeschlossen.
Ausserdem besitzt der Regler 13 noch eine zweite Spule, die zusammen mit der Spule des Reglers 7 über den Regelwider stand 15 an eine konstante Gleichspannung angeschlossen ist. Damit gelingt es, ebenso s wie bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1, beim Hochfahren der Bäder den Austeue- rungsgrad beider Gleichrichter 5 gleich-. mässig hochzuregeln,
Electrolysis plant. The invention relates to the energy supply of ElektrolysIeanlagen, for example for aluminum or chlorine extraction. While the energy for feeding electrolysis systems is often obtained via converters from the general three-phase power supply network, in many cases it is advisable to use the energy required for the electrolysis system as much as possible in-house, taking into account the water power or available coal to create. In both cases, turbines are almost exclusively used as power machines to drive electricity generation.
However, the limit performance that can be achieved with direct current machines driven by steam turbines is far too low for the purposes of electrolysis with its high energy consumption. One is therefore forced to either divide the total output into a large number of smaller generator sets or to couple several DC machines with each turbine. Both are undesirable with regard to the effort and efficiency.
In water turbines for low gradients, the speed is significantly lower than that of the steam turbines, but these machines are generally designed with a vertical shaft, which also leads to difficulties in the construction of the synchronous current phases.
According to the invention, therefore, synchronous machines are used as generators in an electrodysis system with at least some of its own energy generation by generators that are driven by turbines, each of which is connected to a controllable rectifier without an intermediate transformer.
As is known, synchronous machines can be used for speeds up to very high outputs; perform as they are desired for turbines, and it is also no problem to build a synchronous machine of high power with a vertical shaft. In general, several generator units will be provided for reasons of efficiency with lower loading and the reserve for a common pool circuit, which then work in parallel on the circuit.
When driving up the baths, you then proceed appropriately. that the generators are excited down to the lowest voltage at which they still work stably, and that the voltage at the baths is then initially only increased by jointly changing the control of the rectifiers assigned to the individual generator units. Once the rectifier has reached its full level, the voltage is increased further by increasing the excitation current of the individual generators. In normal operation it is generally necessary to keep the total bath flow as constant as possible.
It is then expedient to regulate only one of the units working in parallel depending on the total current, while the other units are regulated to constant power. The regulation can only take place by acting on the excitation of the synchronous machines. If, in addition to self-generation, energy from an external three-phase network via converters or Related to rectifiers, it is advantageous to transfer the task of regulating constant total current to this rectifier, while the units of the self-generation system working in parallel with it are operated with constant power.
Exemplary embodiments of the invention are shown in the drawing. In FIG. 1 it is assumed that two generator sets 1 and 1 are connected to the direct current collector rail 21 to which the pool group 17 is connected. parallelarities. Each of these generator sets consists of the engine 3, a synchronous generator 4 and a rectifier 5, which is connected directly to the stator valve of the synchronous generator without the interposition of a transformer.
For the field control of the synchronous generators 4 control resistances 8 are provided, which are driven by automatic controllers, preferably so-called Thoma controllers. The rectifiers 5 are equipped with grid control, and the alternating voltage required for the control circuit is supplied by a special auxiliary synchronous machine 14, which is seated on a shaft with the generator 4.
A control set 11 converts the sinusoidal voltages into control voltage impulses with a sharp curve. The phase position of the grid voltages in relation to the anode voltages can be set using the rotary control 10. The rotary control 10 thus allow the degree of control from the rectifier 5 to be changed as desired. The rotary controls 10 are also adjusted by automatic controls, preferably also by Thoma controls.
In order to carry out the above-mentioned control in normal operation, the Thoma controller 6 coupled to the excitation resistor of the generator unit 1 is excited both by the voltage of the generator 4 of this unit and via a current converter 9 of its current. The resistor 8 is thus set by the controller 6 in such a way that the generator unit 1 constantly works with constant power in normal operation.
In contrast, in the generator unit 2 of the Thoma controller 12, which adjusts the excitation resistor 8 there, respectively with its coil to a DC converter 16. connected a shunt, which is in the line to the bath group 17. In this way it is achieved that the unit 2 is regulated by influencing the excitation current of the synchronous machine 4 in such a way that the total current supplied to the baths by the units operating in parallel remains constant.
For the joint start-up of the generator units, which, according to the above, at least initially only takes place by increasing the rectifier, the regulators 7 and 13 are provided, the coils of which are connected to a constant DC voltage via a control resistor 15. By changing the resistor 15, the rotary regulator 10 in both generator sets are adjusted by the same amount, so that the two rectifiers 5 are always the same.
The regulator 6 and 12 are switched off when starting up and the rule resistors 8 to a fixed voltage, preferably to the lowest voltage, a set at which the generators 4 are still stable.
Fig. 2 shows the case that a generator unit of the type described works in parallel with a connection to an external three-phase network. This three-phase network is. designated by 18. A rectifier 5 is then also connected via the transformer 19. The generation unit 1 corresponds completely to the generation unit 1 according to FIG. 1 both in terms of its structure and in terms of the control device used.
The control voltages for the rectifier 5 are also taken from the three-phase network 18 via an auxiliary transformer 20, again with the interposition of a rotary transformer 10 and one. Tax rate 11.
In normal operation, exactly as in the arrangement according to FIG. 1, the operating generating unit 1 is regulated to constant power by means of the regulator 6. The controller 13 coupled to the rotary controller 10 of the external supply connection takes over the control for a constant total current. Its a regulator coil. for this purpose connected to a direct current converter 16 on the supply line to the bath group 17.
In addition, the controller 13 has a second coil, which stood together with the coil of the controller 7 via the control resistor 15 is connected to a constant DC voltage. In this way, just as in the exemplary embodiment according to FIG. 1, when the baths are started up, the degree of control of both rectifiers 5 is equal. to increase moderately,