DE1113263B

DE1113263B - Exciter arrangement for turbo generators driven by steam turbines of high power

Info

Publication number: DE1113263B
Application number: DEL23143A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Walter Putz
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1955-10-10
Filing date: 1955-10-10
Publication date: 1961-08-31

Description

Erregeranordnung für durch Dampfturbinen angetriebene Turbogeneratoren großer Leistung Bei Generatoren großer Leistung ist es vorteilhaft, die Erregermaschine nicht direkt mit dem Generator zu kuppeln, sondern getrennt aufzustellen und durch einen besonderen Motor antreiben zu lassen. Solche Anordnungen mit einem getrenntenErregerumformer sind bereits für Wasserkraftwerke ausgeführt worden, wobei der Antriebsmotor des Erregerumformers meist ein Asynchronmotor ist. Um während des Betriebes unabhängig von jedem Hilfsnetz zu sein, wird mit dem Hauptgenerator ein Drehstromhilfsgenerator gekuppelt, der den Asynchronmotor des Erregerumformers speist.Exciter arrangement for turbo generators driven by steam turbines high output For generators with high output it is advantageous to use the exciter not to be coupled directly to the generator, but to be set up separately and through to drive a special motor. Such arrangements with a separate excitation converter have already been implemented for hydropower plants, with the drive motor of the The exciter converter is usually an asynchronous motor. To be independent during operation Being of any auxiliary network becomes a three-phase auxiliary generator with the main generator coupled, which feeds the asynchronous motor of the exciter converter.

Eine Anordnung dieserArt ist, wie schon erwähnt, bei Generatoren für Wasserkraftwerke möglich, weil es sich dabei um Maschinen verhältnismäßig niedriger Drehzahl handelt. Bei schnell laufenden Maschinen, insbesondereTurbogeneratoren, müßte allerdings der erwähnte Hilfsgenerator dementsprechend auch ein Turbogenerator sein, der ebenfalls mit beispielsweise 3000 U; min umläuft, dabei aber eine verhältnismäßig kleine Leistung von vielleicht 1000 kW besitzt und somit unverhältnismäßig teuer wird.An arrangement of this type is, as already mentioned, in generators for Hydroelectric power stations are possible because they are relatively lower machines Speed acts. In the case of high-speed machines, especially turbo generators, however, the auxiliary generator mentioned would also have to be a turbo generator accordingly be, which is also with, for example, 3000 U; min circulates, but a proportionate one has a small power of perhaps 1000 kW and is therefore disproportionately expensive will.

Die Erfindung betrifft eine Erregeranordnung für durch Dampfturbinen angetriebene Turbogeneratoren großer Leistung. Die oben geschilderten Nachteile werden erfindungsgemäß dadurch vermieden, daß mit dem Turbogenerator eine als Generator arbeitende Asynchronmaschine mit Kurzschlußanker gekuppelt ist, die einen Synchronmotor zumAntrieb der Gleichstromhaupterregermaschine speist. Eine Asynchronmaschine mit Kurzschlußanker wird auch bei der Drehzahl von 3000 U/min wesentlich billiger als ein Turbogenerator für die gleiche Leistung und Drehzahl. Diese Asynchronmaschine liefert Drehstrom zum Betrieb eines Synchronmotors, der seinerseits die Gleichstromhaupterregermaschine für den Turbogenerator antreibt.The invention relates to an exciter arrangement for by steam turbines driven turbo-generators of great power. The disadvantages outlined above are avoided according to the invention that with the turbo generator as a generator working asynchronous machine with short-circuit armature is coupled to a synchronous motor to drive the DC main exciter. An asynchronous machine with Short-circuit armature is also much cheaper than at the speed of 3000 rpm a turbo generator for the same power and speed. This asynchronous machine supplies three-phase current to operate a synchronous motor, which in turn is the DC main exciter for the turbo generator.

Es ist zwar bereits eine Anordnung bei Synchronmaschinen, Umformern oder Phasenschiebern bekannt, bei der ein getrennter Erregerumformer verwendet wird. Die Synchronmaschine, die mit geringer Drehzahl läuft, ist mit einem Schleifringläufermotor gekuppelt, der zunächst zum Anwerfen dient und dabei Strom aus dem Drehstromnetz aufnimmt. Nach diesem Hochlauf und der Synchronisierung der , Synchronmaschine wird der Schleifringläufermotor vom Netz abgeschaltet und speist jetzt als kondensatorerregter Asynchrongenerator den Kurzschlußankermotor des Erregerumformers. Dabei ist angenommen, daß die Synchronmaschine mit geringer ; Drehzahl läuft, so daß man den Erregerumformer für eine höhere Drehzahl auslegen wollte. Außerdem kommt es bei dieser bekannten Einrichtung darauf an, dem asynchronen Anwurfmotor noch eine zweite Funktion zu erteilen.It is already an arrangement for synchronous machines and converters or phase shifters are known in which a separate excitation converter is used. The synchronous machine, which runs at low speed, has a slip ring motor coupled, which is initially used to start and thereby electricity from the three-phase network records. After this start-up and the synchronization of the synchronous machine the slip-ring motor is switched off from the mains and now feeds as a capacitor-excited Asynchronous generator the short-circuit armature motor of the exciter converter. It is assumed that that the synchronous machine with low; Speed runs so that you can use the exciter converter wanted to design for a higher speed. It also comes with this well-known Facility on adding a second function to the asynchronous starter motor To give.

Es handelt sich aber bei der Synchronmaschine der bekannten Einrichtung nicht um einen schnell laufenden Turbogenerator, der regelmäßig von der Dampfseite angefahren wird und bei dem die eingangs erwähnten Schwierigkeiten hinsichtlich der Auslegung des Erregerumformers auftreten.But it is the synchronous machine of the known device not a fast-running turbo generator that regularly runs on the steam side is approached and in which the difficulties mentioned above with regard to occur in the design of the exciter converter.

In der Zeichnung, Fig. 1 und 2, sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt. Die Fig.1 zeigt den Turbogenerator 1 mit seiner Drehstromstatorwicklung 11 und der umlaufenden Induktorwicklung 111. Dieser Generator soll, um einen ungefähren überblick über die Leistungsgrößen, die dabei in Frage kommen, zu geben, eine Leistung von 150 MW bei 3000 U/min haben. Mit dem Induktor des Turbogenerators ist der Kurzschlußanker 22 einer Asynchronmaschine 2 gekuppelt, deren Statorwicklung mit 222 bezeichnet ist. Dieser Asynchrongenerator hat unter den angenommenen Verhältnissen eine Leistung von 1000 kW bei 3000U/min. Die in der Statorwicklung222 induzierte Drehstromspannung dient zur Speisung eines Synchronmotors 3 mit einer Statorwicklung 33 und einer umlaufenden Erregerwicklung 333. Dieser Synchronmotor besitzt gleichfalls eine Leistung von 1000 kW bei etwa 1485 U/min. Es handelt sich dabei um den Antriebsmotor eines Umformeraggregats, das aus einer Erregermaschine 4 mit einem Anker 44 und einer Feldwicklung 444 besteht. Diese Erregermaschine dient zur Speisung der Erregerwicklung des Synchronmotors 3. Zu dem Umformeraggregat gehört ferner eine Erregermaschine 5 mit einem Anker 55 und einer Feldwicklung 555. Diese Erregermaschine hat eine Leistung von etwa 1000 kW bei 1485 U/min und speist die Polradwicklung l11 des Turbogenerators 1. Zu dem Umformeraggregat gehört ferner eineHilfserregermaschine6 für dieHaupterregermaschine 5 und gegebenenfalls auch noch eine weitere Hilfserregermaschine 7. Die Spannung für den Synchronmotor 3 wird zweckmäßig mittels eines nur schematisch angedeuteten Tirrillreglers 10 konstant gehalten. Ein Hilfsnetz 9 speist einen Anwurfmotor 8 für das Umformeraggregat. Dieser Anwurfmotor dient dazu, notfalls zunächst das Umformeraggregat 4, 5, 6, 7 anzulassen. Demgemäß kann der Anwurfmotor 8, der nur kurzzeitig betrieben wird, hochüberlastbar sein und eine verhältnismäßig niedrige Leistung haben. Das Anfahren der gesamten in Fig. 1 dargestellten Anordnung kann daher so erfolgen, daß von dem Hilfsnetz 9 aus der Anwurfmotor 8 an Spannung gelegt wird, worauf das Umformeraggregat 4, 5, 6, 7 anläuft.In the drawing, FIGS. 1 and 2, two exemplary embodiments of the invention are shown schematically. 1 shows the turbo generator 1 with its three-phase stator winding 11 and the rotating inductor winding 111. This generator should have an output of 150 MW at 3000 rpm in order to give an approximate overview of the power levels that come into question . The short-circuit armature 22 of an asynchronous machine 2 , the stator winding of which is denoted by 222 , is coupled to the inductor of the turbo generator. Under the assumed conditions, this asynchronous generator has an output of 1000 kW at 3000 rpm. The three-phase voltage induced in the stator winding 222 serves to feed a synchronous motor 3 with a stator winding 33 and a rotating excitation winding 333. This synchronous motor also has an output of 1000 kW at approximately 1485 rpm. It is the drive motor of a converter unit, which consists of an exciter 4 with an armature 44 and a field winding 444. This excitation machine serves to feed the excitation winding of the synchronous motor 3. The converter unit also includes an excitation machine 5 with an armature 55 and a field winding 555. This excitation machine has an output of about 1000 kW at 1485 rpm and feeds the rotor winding 11 of the turbo generator 1 The converter unit also includes an auxiliary exciter 6 for the main exciter 5 and possibly also a further auxiliary exciter 7. An auxiliary network 9 feeds a starter motor 8 for the converter unit. This starting motor is used to start the converter unit 4, 5, 6, 7 first, if necessary. Accordingly, the starting motor 8, which is only operated for a short time, can be heavily overloaded and have a relatively low output. The start-up of the entire arrangement shown in FIG. 1 can therefore take place in such a way that voltage is applied to the starting motor 8 from the auxiliary network 9, whereupon the converter unit 4, 5, 6, 7 starts up.

Für den Fall, daß beim Anfahren des Erregerumformers ein Hilfsnetz nicht zur Verfügung steht, kann die Schaltung nach Fig:2 ausgeführt werden. Hier ist wieder der Turbogenerator 1 mit der Drehstromständerwicklung 11 und der Induktorwicklung 111 vorhanden. Er ist direkt gekuppelt mit dem Kurzschlußanker 22 des Asynchrongenerators 2, dessen Ständerwicklung mit 222 bezeichnet ist. Direkt gekuppelt ist ferner ein Gleichstromgenerator 20 mit einer Feldwicklung 21. Dieser Gleichstromgenerator dient während des Hochfahrens von der Turbinenseite zur Speisung eines Gleichstromanwurfmotors 30, der ein Bestandteil des Umformeraggregats ist. Auf der Welle mit dem Anker des Gleichstromanwurfmotors 30 ist daher das Polrad 333 des schon erwähnten Synchronmotors 3 angeordnet, dessen Ständerwicklung 33 von dem Asynchrongenerator 2 gespeist wird. Zu dem Erregerumformer gehört im übrigen wieder die Haupterregermaschine 5 und gegebenenfalls weitere Hilfserregermaschinen 6 und 7. Beim Anfahren von der Turbinenseite aus erzeugt der Gleichstromgenerator 20 eine Spannung, die dem Anwurfmotor30 des Umformeraggregats zugeführt wird. Dieser Gleichstromgenerator 20 wird ebenso wie der Anwurfmotor 30 nur kurzzeitig gebraucht und kann daher während des Anfahrvorganges des Umformeraggregats hoch überlastet werden. Dieser Gleichstromgenerator 20 dient aber noch einem anderen Zweck, und zwar liefert er nach dem Hochfahren des Umformeraggregats die Erregung für das Polrad des Synchronmotors 3. In diesem Betriebsfall handelt es sich allerdings um Dauerbetrieb, und der Gleichstromgenerator20 muß für diesen Fall entsprechend ausgelegt werden. Nach dem Hochfahren des Umformeraggregats durch den Gleichstromanwurfmotor 30 liefert im übrigen der Synchronmotor 3 den Magnetisierungsstrom für den Asynchrongenerator 2. In the event that an auxiliary network is not available when the exciter converter is started up, the circuit according to FIG. 2 can be implemented. Here again the turbo generator 1 with the three-phase stator winding 11 and the inductor winding 111 is present. It is directly coupled to the short-circuit armature 22 of the asynchronous generator 2, the stator winding of which is denoted by 222. Directly coupled is also a direct current generator 20 with a field winding 21. This direct current generator serves during start-up from the turbine side to feed a direct current starting motor 30, which is a component of the converter unit. The pole wheel 333 of the aforementioned synchronous motor 3, the stator winding 33 of which is fed by the asynchronous generator 2, is therefore arranged on the shaft with the armature of the direct current launch motor 30. The main exciter 5 and possibly further auxiliary exciter 6 and 7 belong to the exciter converter. When starting from the turbine side, the DC generator 20 generates a voltage which is fed to the starter motor 30 of the converter unit. Like the starter motor 30, this direct current generator 20 is only used for a short time and can therefore be heavily overloaded during the start-up process of the converter unit. This direct current generator 20 also serves another purpose, namely after the converter unit has started up, it supplies the excitation for the pole wheel of the synchronous motor 3. In this operating case, however, it is continuous operation, and the direct current generator 20 must be designed accordingly for this case. After the converter unit has been started up by the DC starting motor 30 , the synchronous motor 3 also supplies the magnetizing current for the asynchronous generator 2.

In beiden Ausführungsformen ist mit dem Turbogenerator 1 jeweils ein Asynchrongenerator 2 gekuppelt, der auch bei der erwähnten verhältnismäßig niedrigen Leistung wirtschaftlicher ausgeführt werden kann als ein Turbogenerator zur Speisung des synchronen Antriebsmotors 3 des Erregerumformers.In both embodiments, an asynchronous generator 2 is coupled to the turbo generator 1 , which can be made more economical than a turbo generator for feeding the synchronous drive motor 3 of the exciter converter, even with the aforementioned relatively low power.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Exciter arrangement for driven by steam turbines Turbo-generators of great power, characterized in that with the turbo-generator an asynchronous machine working as a generator is coupled with a short-circuit armature, which feeds a synchronous motor to drive the DC main exciter.

2. Exciter arrangement according to Claim 1, characterized in that the synchronous motor (3) in addition to the main exciter (5) also drives its own exciter (4).

3. exciter arrangement according to claim 1 and 2, characterized in that for the exciter converter (3 to 6) a special starter motor (8) is available, which comes from an auxiliary network (9) is fed.

4. exciter arrangement according to claim 1, characterized in that the exciter converter from the synchronous motor (3), the main exciter (5) and the Auxiliary exciter machines (6, 7) and that a special DC motor (30) is available for short-term operation.

5. Exciter arrangement according to Claim4, characterized in that a direct current machine (20) is coupled to the turbo generator (1) in addition to the asynchronous generator (2) , which is then used temporarily to feed the starter motor (30) but then to excite the synchronous motor (3). Considered publications: German Patent Specifications No. 850198, 880 764.