Einrichtung zur Kupplung einer Wasserturbine finit der zugeordneten Synchronmaschine Wasserturbinen haben bekanntlich die unangeneh me Eigenschaft, bei Entlastung oder Versagen der Reglerapparatur durchzugehen. Unter Umständen kann die mehrfache Nenndrehzahl auftreten. Die, wie allgemein üblich, direkt gekuppelten Generatoren müssen also für diese hohe Drehzahl festigkeitsmässig gebaut werden. Die Trägheit der Hydraulik der Was serturbine erfordert zudem ein sehr grosses GD= des Aggregats, das meist im Generator untergebracht werden muss.
Dessen Durchmesser wird deshalb grös- ser, als aus elektrischen Gründen nötig, und damit steigen auch die Fliehkräfte und Verluste. Im wesent lichen sind es also die Wasserturbineneigenschaften, welche den Entwurf des Generators in so unangeneh mer Weise beeinflussen.
Gegenstand der Erfindung ist eine Einrichtung zur Kupplung einer Wasserturbine mit einer Synchron maschine. Erfindungsgemäss ist sie eine elektroma gnetische Kupplung mit einem Induktor und einem induzierten Teil mit oder ohne Wicklung zur über tragung eines steuerbaren Drehmoments, ferner sind Mittel vorhanden, um die Erregung der Kupplung von der Generatordrehzahl, der Frequenz der erzeug ten Spannung, dem Schlupf, dem Polradwinkel oder der Wirkleistung oder einer Kombination dieser Grössen derart abhängig zu machen, dass das über tragene Drehmoment, unabhängig vom Drehmoment der Wasserturbine, konstant oder einstellbar ist.
Damit wird der Entwurf des elektrischen Gene- rators von dem der Wasserturbine unabhängig ge macht, und umgekehrt braucht die Wasserturbine nicht jeweils für die genaue Generatordrehzahl aus gelegt zu werden. Man kann also beispielsweise den elektrischen Ge nerator für eine Überdrehzahl bauen, die unter der jenigen der Turbine liegt.
Das benötigte grosse Schwungmoment kann ferner bei Anwendung der erfindungsgemässen Kupplung in den turbinenseitigen Teil der Kupplung eingebaut sein, dessen Schwungmoment man ohne weiteres grösser machen kann, als es sich bei normaler Auslegung der Kupplung ergeben würde. Zweckmässigerweise wird man zu diesem Zweck den induzierten Teil der Kupplung auf der Turbinenwelle befestigen. Der indu zierte Teil kann dabei entweder eine Käfigwicklung haben, oder, falls der Schlupf in besonders weiten Grenzen regelbar sein soll, eine Phasenwicklung, die über Schleifringe und Bürsten an veränderliche Wi derstände angeschlossen ist.
Ein weiterer Vorteil, der mit der Erfindung ver knüpft ist, besteht darin, dass nunmehr der Wasser turbinenregler ohne Rücksichtnahme auf die Belange des Generators ausgelegt werden kann.
Es kann auch der Jochkranz des einen Kupplungs teiles unter Mitbenutzung des Generator-Polradmate- rials in das Polrad des Generators eingebaut werden.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemässen Kupp lung ergibt sich daraus, dass die elektromagnetische Kupplung bei Gefahr des Durchgehens der Wasser turbine zunächst eine schnelle und völlige Entkupp- lung des Generators gestattet. Somit ist es nicht mehr nötig, den Generator für die Durchgangsdrehzahl der Wasserturbine auszulegen. Die Betätigung der Kupp lungserregung kann z. B. durch einen permanenterreg ten Drehzahlgeber auf der Generatorwelle bewirkt werden.
Wird dessen Spannung mit einer Konstant- spannung verglichen, dann kann die Differenz beider benutzt werden, üb--r Verstärkermaschinen oder Ma gnetverstärker oder dergleichen den Erregerstrom der Schlupfkupplung bis zum Abkippen zu vermindern. Selbstverständlich lassen sich auch beliebige andere Regelungen im Zusammenhang mit der erfindungs- gemäss zwischen der Wasserturbine und dem elek trischen Generator vorgesehenen Kupplung durchfüh ren.
Bei Parallelbetrieb mehrerer Synchronmaschinen an einem Netz ist eine drehzahlabhängige Regelung des Erregerstromes der Kupplung naturgemäss nicht ausreichend, sondern in diesem Fall wird als Regel- grösse der Polradwinkel oder die Wirkleistung der Synchronmaschine bzw. deren Drehmoment verwen det.
Bei generatorseitigem Lastabwurf kann die Kupp lung durch Herabsetzung ihres Erregerstromes wei cher gemacht werden, d. h. der Schlupf wird vergrös- sert. Der Drehmomentüberschuss wird dann von der Wasserturbine und dem mit ihr gekuppelten Teil der Kupplung allein aufgenommen und zur Beschleunigung und Verlustdeckung verbraucht. Für diesen Fall ist es vorteilhaft, zur Verminderung des Drehzahlanstie ges der Wasserturbine das GD2 des auf ihrer Welle aufgekeilten Kupplungsteils gross zu machen, indem man das GD2 über das Natürliche hinaus künstlich erhöht. Z. B. kann ein gekapseltes Schwungrad vorge sehen werden.
Unter einem natürlichen Schwungmo- ment wird dasjenige Schwungmoment verstanden, welches sich aus einer Mindest-Bemessung eines ent sprechenden Aggregats (in diesem Falle also der Kupplung bzw. des entsprechenden Kupplungsteils) bei Berücksichtigung aller mechanischen und elektri schen und gegebenenfalls hydraulischen Belange er gibt.
Die Durchgangsdrehzahl der Wasserturbine bzw. ihr Drehzahlanstieg kann auch begrenzt werden, in dem man der Kupplung eine Phasenwicklung gibt, die über Schleifringe und Bürsten auf veränderliche Wi derstände geschaltet ist, z. B. auf Wasserwiderstände.
Die Wasserturbine selbst ist auf jeden Fall für die Durchgangsdrehzahl zu entwerfen, desgleichen auch der mit ihr verbundene Teil der Kupplung. Man wird diesen Teil am besten so ausbilden, dass er aus sen rotiert, da dann die durch die Fliehkräfte be anspruchten Wicklungen recht einfach gegen den Mantel abgestützt werden können. Die Kupplung ist eine wesentlich kleinere Maschine als der elektrische Generator. Die elektromagnetische Ausnutzung des aktiven Materials beträgt das Drei- bis Vierfache ge genüber einer Synchronmaschine, zumal der induzier te Teil, mit Käfig- oder Massivstabwicklung versehen, fliehkraftmässig leicht beherrscht werden kann.
Wirtschaftlich gesehen stellt die Kupplung zwar ein zusätzliches Aggregat dar, der elektrische Gene rator kann aber nun allein nach elektromagnetischen Gesichtspunkten bemessen werden. Hochfeste Werk stoffe im Läufer erübrigen sich und seine Reibungs verluste werden beträchtlich kleiner. Materialmässig und verlustmässig wird die neue Anordnung zumin dest nicht ungünstiger, als die herkömmliche. Es ist aber zu bedenken, dass sich der im Durchmesser klei nere Generator auf die Grösse des Gebäudes aus wirkt. Die Kupplung hat auf die Gebäudegrösse hingegen keinen Einfluss, da sie in einem sonst un benutzten Raum untergebracht wird.
Bezüglich der Verringerung des Generatordurch- messers ist zu bemerken: Die Reguliervorgänge auf der hydraulischen Seite verlaufen träge. Deshalb for dert man ein hohes Schwungmoment. Sonst würde rian bei Schwankungen des Gefälles grosse Drehzahl schwankungen erhalten oder gar einen parallel am Netz laufenden Generator ausser Tritt bringen. Die Wasserturbine ist zur Unterbringung des Schwung- momentes ungeeignet, weshalb der Generator damit belastet wird.
Es kann nun durch die gesteuerte Kupplung das übertragene Moment unter Vergrösserung des Schlup- fes oder Verkleinerung desselben konstant gehalten werden. Schwankt die Drehzahl der Wasserturbine, so kann die Übertragung dieser Schwankung auf den Generator verhindert werden. Pendelt der Generator, was für eine am Netz arbeitende Synchronmaschine ein natürlicher Vorgang ist, dann kann diese Pen- delung von der Wasserturbine ferngehalten werden. Die elektromagnetische Kupplung ist ein dämpfendes und zugleich nachgiebiges Organ.
Der Wasserturbi- nenregler kann allein den Forderungen der Wasser turbine in sehr vorteilhafter Weise angepasst werden. Das für die Regulierung erforderliche Schwungmo- ment kann jedenfalls erheblich herabgesetzt werden.
Ferner werden axiale Stösse der Wasserturbine und axiale Wellenbewegungen derselben von den Ge- neratorlagern ferngehalten.
Hinsichtlich des Materialaufwandes ist es sehr vorteilhaft, für Generatorpolradkörper und Kupp lung gleiche Bauteile gemeinsam zu verwenden. Es ist z. B. möglich, den Polkranz für den Generator und für die Kupplung gemeinsam zu verwenden. Er trägt dann aussen die Generator-, innen die Kupplungspole oder das Blechpaket mit der Käfigwicklung.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäss angeordneten Kupplung dargestellt. Danach ist auf der Welle 1 der Wasserturbine 2 der Sekundärteil 3 und auf der Welle 4 der Synchron maschine 5 das Polrad 6 der elektromagnetischen Kupplung 7 befestigt.