DE1122147B - Anordnung bei einem von einer Welle mit variabler Geschwindigkeit angetriebenen Asynchrongenerator - Google Patents

Description

• Anordnung bei einem von einer Welle mit variabler Geschwindigkeit angetriebenen Asynchrongenerator Die Erfindung betrifft eine Regelungsanordnung für einen Asynchrongenerator, der von einer Welle mit variabler Geschwindigkeit angetrieben wird.
• Auf dem Schiffsbaugebiet besteht der allgemeine Wunsch, die an Bord vorhandenen Hilfsgeneratoren mit Dieselantrieb so wenig wie möglich anzuwenden und statt dessen diese Generatoren durch solche zu ersetzen, die von der Schraubenwelle oder den Maschinen, die diese antreiben, angetrieben werden können. Eine solche Anlage kann zwar nur angewendet werden, wenn das Schiff auf See ist, da aber die Betriebskosten der Hauptmotoren pro Leistungseinheit im allgemeinen viel niedriger sind als die kleineren Dieselmotoren, die oft zum Antrieb der Hilfsgeneratoren verwendet werden, so bedeutet dies doch eine beträchtliche Ersparnis.
• Es ist bekannt, Gleichstromgeneratoren zu verwenden, die von der Schraubenwelle angetrieben werden, was in Hinsicht auf die Regelung keine Schwierigkeiten mit sich bringt, da es bei Gleichstrom nur darauf ankommt, mit Hilfe eines genügend reichlich bemessenen Wellengenerators und eines Spannungsreglers die normale Spannung des Netzes innerhalb des Drehzahlbereiches aufrechtzuerhalten, für den der Wellengenerator berechnet ist, um das Schiff mit elektrischer Kraft zu versehen. Für große Schiffe ist normalerweise ein Drehzahlbereich zwischen 100 und 80% und für kleine Schiffe zwischen 100 und 50% der Schraubendrehzahl erforderlich.
• Mit Rücksicht auf die Betriebssicherheit ist es erwünscht, daß die elektrischen Maschinen an Bord Wechselstrommaschinen sind, aber bei Geschwindigkeitsvariationen zwischen 100 und 80% der Drehzahl der Schraubenwelle und somit des Wellenaggregats ist es klar, daß man bei mit Wechselstrom angetriebenen Hilfskraftanlagen keine üblichen Synchrongeneratoren als Wellengeneratoren anwenden kann, da die Frequenz der Hilfskraftanlagen in diesem Fall der Schraubendrehzahl folgt und dadurch auch als Drehzahlvariation für alle elektrischen Motoren auftritt. Für Beleuchtung an Bord, elektrische Herde und andere Heizvorrichtungen zieht man eine konstante Spannung vor, während Induktionsmotoren, die normalerweise verwendet werden, eine Spannung erfordern, die proportional der Frequenz ist. Es ist undenkbar, einen Motor mit beispielsweise 80% der Normalfrequenz und voller Spannung zu fahren, da der Leerlaufstrom in diesem Fall unzulässig groß und das aktive Eisen zu warm werden würde.
• Um dieses Problem zu lösen, hat man vorgeschlagen, einen mit Schleifringen versehenen Asynchronmotor zu verwenden, dessen Rotor innerhalb des variablen Geschwindigkeitsbereiches übersynchron angetrieben wird. Um den Asynchronmotor auf konstante Frequenz zu regeln, hat man einen variablen Widerstand an die Sekundärwicklung des Generators angeschlossen. Dieser Widerstand verbraucht eine große Energiemenge, wenn der Generator mit höchster Drehzahl läuft. Ein Generator, der bis zu 300 kW abgeben soll und dessen Rotordrehzahl zwischen 75 und 100% der höchsten Schraubendrehzahl variiert werden soll, verbraucht etwa 100 kW bei voller Drehzahl der Schraube, wodurch der Generator einen sehr niedrigen Wirkungsgrad erhält. Um eine konstante Spannung aufrechtzuerhalten und um den Generator und die an ihm angeschlossenen Leistungsverbraucher mit der erforderlichen Blindleistung zu versehen, hat man eine über die Primärwicklung des Generators geschaltete Kondensatorbatterie verwendet, die in Zusammenhang mit der Belastung des Generators geregelt werden soll. Man hat auch versucht, die im Widerstand verbrauchte Energie auszunutzen, indem man mit dieser Dampf erzeugt und damit einen turbinenangetriebenen Generator antreibt, der die durch Schleifringe entnommene Energie zum Hauptnetz zurückführt. Man erreicht so einen besseren Wirkungsgrad und erspart einen Teil der Kondensatorausrüstung. Die Widerstandsregelanordnung erfordert jedoch eine umfassende Regelausrüstung, die in den bisher bekannten Anordnungen sehr stark belastet wird, da der Strom im Rotor des Asynchrongenerators von der Belastung des Generators abhängt, während die Frequenz nur von der Schleifringspannung abhängt. Aus diesem Grunde muß der Widerstand bei jeder Änderung der Belastung geändert werden, wenn die Frequenz nicht zuviel vom Normalwert abweichen soll.
• Die genannten Nachteile eines von einer Welle mit variabler Geschwindigkeit angetriebenen Asynchrongenerators sind durch die Erfindung vermieden. Sie bezieht sich auf eine Anordnung mit einem von einer Welle mit variabler Geschwindigkeit angetriebenen Asynchrongenerator, dessen Primärwicklung an einem elektrischen Verteilungsnetz angeschlossen ist, dessen Rotor mit Schleifringen versehen ist und übersynchron innerhalb des variablen Geschwindigkeitsbereiches für die genannte Welle angetrieben wird und zur Einhaltung einer im wesentlichen konstanten Frequenz und Spannung des Asynchrongenerators eine regelbare Belastungsanordnung an der Sekundärwicklung des Generators angeschlossen ist. Erfindungsgemäß besteht die Belastungsanordnung aus einem Gleichrichter und einem Gleichstrommotor, über welchen Motor die der Sekundärwicklung des Asynchrongenerators entnommene Leistung mechanisch oder elektrisch dem genannten Verteilungsnetz zugeführt wird. Durch Verwendung eines Gleichrichters und eines Gleichstrommotors als Belastung für den Asynchrongenerator erreicht man, daß die Regelausrüstung einfacher wird und nicht so stark belastet ist wie in den oben beschriebenen und bekannten Widerstandsregelanordnungen. Die Ursache dafür ist, daß eine Änderung des Rotorstromes des Asynchrongenerators, der auch den Rotor der Gleichstrommaschine durchläuft, keine Änderung der Bürstenspannung verursacht, so daß Änderungen der Belastung des Generators nicht eine Regelung des Gleichstrommotors notwendig machen, um die Frequenz konstant zu halten. Wenn der Asynchrongenerator seine Drehzahl ändert, muß die Bürstenspannung des Gleichstrommotors geändert werden, und dies kann sehr einfach durch Ändern des Statorfeldes des Gleichstrommotors geschehen. Der Gleichstrommotor kann z. B. mechanisch mit der Welle des Asynchrongenerators gekuppelt sein, um in dieser Weise die den Schleifringen entnommene Energie mechanisch zurückzuführen, oder es kann auch gemäß einer Weiterentwicklung der Erfindung der Gleichstrommotor mit einem Synchrongenerator mechanisch gekuppelt sein, der mit dem Asynchrongenerator parallel gekuppelt ist und wenigstens zuweilen einen Teil der für die an den Generatoren angeschlossenen elektrischen Leistungsverbraucher erforderlichen Blindleistung liefert. Dadurch kann die Kondensatorbatterie beträchtlich kleiner gemacht werden als die früher bekannten, und die Regelausrüstung kann vereinfacht werden.
• Die Erfindung ist im folgenden an Hand der Zeichnung beschrieben, die schematisch ein Wechselstromaggregat mit zugehöriger Regelausrüstung für ein Schiff zeigt.
• In der Zeichnung bezeichnet 1 einen von einer Welle 2 über einen Antrieb 3 angetriebenen Asynchrongenerator, der mit Schleifringen versehen ist. 4 bezeichnet einen Primärmotor, der die Welle 2 und die Schraube 5 antreibt. 9 bezeichnet ein Drehstrom-Wechselstrom-Netz, an welchem der Generator 1 angeschlossen ist. 7 ist ein an den Schleifringen 6 des Generators 1 angeschlossener Gleichrichter und 8 ein Regler. 10 ist ein Gleichstrommotor mit Erregerwicklung 11, Kommutator 12 und Bürsten 13, der mechanisch mit einem Synchrongenerator 14 mit Erregerwicklung 15 gekuppelt ist. Der Synchrongenerator ist am Wechselstromnetz 9 angeschlossen. 16 bezeichnet eine Erregermaschine für den Generator 14 mit Erregerwicklung 17, Kommutator 18 und Bürsten 19. Die Maschine 16 und Generator 14 sind mechanisch gekuppelt. 20 bezeichnet einen Regler und 21 eine Kondensatorbatterie.
• Die Wirkungsweise der Generatoranlage ist die folgende: Der Asynchrongenerator 1 wird übersynchron angetrieben, und zur Einhaltung einer konstanten Frequenz und Spannung wird ein Teil der Rotorenergie über die Schleifringe 6 entnommen, im Gleichrichter 7 gleichgerichtet und dem Gleichstrommotor 10 über den Regler 8 zugeführt. Dieser Regler regelt die vom Generator 1 entnommene Leistung, und wenn diese nicht ausreichend ist, um den Motor 10 anzutreiben, wird er vom Netz 9 der Maschine 14 angetrieben. Der Motor 10 treibt somit den Synchrongenerator 14 mit der Maschine 16, und seine Drehzahl wird vom Regler 8 geregelt, um die gewünschte Frequenz vom Generator 14 zu erhalten. Die Spannung des Generators 14 wird durch den Regler 20 geregelt, der die Erregung der Maschine 16 beeinflußt. Die Generatoranlage ist nicht selbststartend, deshalb muß das Netz 9 stromführend sein, wenn der Wellengenerator angeschlossen wird. Danach liefert der Synchrongenerator 14 die für die Erregung des Asynchrongenerators erforderliche Blindleistung, so daß das Generatorsystem selbstversorgend ist. Die Kondensatorbatterie 21, die nicht regelbar zu sein braucht, ist am Netz angeschlossen und trägt dazu bei, den Generator 1 und die Belastung mit Blindleistung zu versehen. Hinsichtlich der Proportionen zwischen -der Größe der Kondensatorbatterie 21 und der maximalen Kapazität der Blindleistung vom Generator 14 kann man sich völlig frei den Verhältnissen an Bord anpassen. Die eine Methode ist, den Kondensator die eben erwähnte reaktive Leelaufleistung zuzüglich der Hälfte des belastungsabhängigen Teils aufnehmen zu lassen. Die Synchronmaschine 14 muß dann hinsichtlich der Blindleistung plus-minus-geregelt werden können und die Maschine 16 mit dem Regler 20 muß auch für eine Plus-Minus-Regelung vorgesehen sein, was eine Komplikation ist, aber die kleinstmögliche Größe des Generators 14 und gleichzeitig die geringsten Verluste beim Erzeugen der erforderlichen Blindleistung zuläßt.

  Bei Schiffsgeneratoranlagen ist erforderlich, daß

  man an Bord einen anderen Krafterzeuger in Reserve

  hat, unabhängig vom Generatoraggregat. Man kann

  sich dabei denken, daß der Generator 14 mit dem

  Speiser 16 über eine manövrierbare Kupplung nucha-

  nisch an einen Primärmotor angeschlossm_,,

  kann, so daß der Generator 14 die

  übernehmen kann, wenn die Schraube unter

  die untere Grenze des Generators 1 sinkt, iWdaß man

  ein momentanes Reserveaggregat für `M "'Wellen-

  aggregat erhalten kann, was wünschenswert ist.

  Die oben beschriebene Ausführungsform soll nur die Wirkungsweise der Erfindung zeigen, viele abweichende Ausführungsformen sind im Rahmen der Erfindung denkbar.

Claims (7)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Anordnung bei einem von einer Welle mit variabler Geschwindigkeit angetriebenen Asynchrongenerator, dessen Primärwicklung an einem elektrischen Verteilungsnetz angeschlossen ist, dessen Rotor mit Schleifringen versehen ist und übersynchron innerhalb des variablen Geschwindigkeitsbereichs für die genannte Welle angetrieben wird und zur Einhaltung einer im wesentlichen konstanten Frequenz und Spannung des Asynchrongenerators eine regelbare Belastungsanordnung an der Sekundärwicklung des Generators angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Belastungsanordnung aus einem Gleichrichter und einem Gleichstrommotor besteht, über welchen Motor die der Sekundärwicklung des Asynchrongenerators entnommene Leistung mechanisch oder elektrisch dem genannten Verteilungsnetz zugeführt wird.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Synchrongenerator mechanisch mit dem Gleichstrommotor gekuppelt und die Sekundärseite des Synchrongenerators mit der Primärseite des Asynchrongenerators parallel geschaltet ist und der Synchrongenerator wenigstens einen Teil der für die an den Generatoren angeschlossenen elektrischen Leistungsverbraucher erforderlichen Blindleistung liefert.
3. 3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Regler angeordnet ist, der die der Sekundärwicklung des Asynchrongenerators über die Schleifringe entnommene und dem Gleichstrommotor zugeführte Leistung für konstante Frequenz an der Primärseite des Asynchrongenerators regelt.
4. 4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Regler außer der Regelung der der Sekundärspannung des Asynchrongenerators entnommenen Schlupfleistung auch den Gleichstrommotor auf konstante Drehzahl regelt.
5. 5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Synchrongenerator von einem anderen Regler zum Aufrechterhalten einer gewünschten Generatorspannung geregelt wird.
6. 6. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der synchrone Generator über eine manövrierbare Kupplung mit einem Triebmotor gekuppelt werden kann.
7. 7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das geschwindigkeitsempfindliche Organ der treibenden Welle oder des Asynchrongenerators den Synchrongenerator bei der niedrigen Grenze des Drehzahlbereichs mit dem Triebmotor kuppelt und den erforderlichen Betätigungsvorgang zum Inbetriebsetzen des Antriebsmotors auslöst, so daß dieser den Synchrongenerator antreiben kann.