Verfahren zur Durchführung des. agynchronen Anlaufes, von Synchronmaschinoil
Es ist bekannt, daß Synchromnaschinen bei entsprechend ausgebildetem Läufer auch
asynchron vom Netz her hochgefahren werden können. In diesem Fall wird der Ständerkreis
an das Netz gelegt, und die Erregerwicklung wird während des Anlaufes entweder kurzgeschlossen
oder auf einen äußeren Widerstand geschaltet. Dieser äußere Widerstand darf auf
Grund der deutschen Vorschriften für elektrische Maschinen (VDE 0530/3. 59)
zur Venneidung von zu hohen Spannungen innerhalb der Erregerwicklung nicht mehr
als das Zehnfache des inneren Widerstandes der Erregerwicklung betragen.Method for carrying out the agynchronous start-up of synchronous machines It is known that synchronous machines can also be started up asynchronously from the network with a suitably designed rotor. In this case, the stator circuit is connected to the mains and the excitation winding is either short-circuited or switched to an external resistor during start-up. Due to the German regulations for electrical machines (VDE 0530/3. 59), this external resistance must not be more than ten times the internal resistance of the field winding in order to avoid excessive voltages within the field winding.
Es ist bereits bekannt, den Wert des äußeren Widerstandes im Erregerkreis
während des asynchronen Anlaufs zu verändern, damit die Synchrönisierung der Maschine
erleichtert ist. Bei diesem bekannten Verfahren wird, wenn die Maschine angenähert
die, synchrone Drehzahl erreicht hat, der Wert des äußeren Widerstandes abwechselnd
vergrößert bzw. verkleinert. Diese Widerstandsänderungen werden periodisch mit der
Schlupffrequenz in, Abhängigkeit von der Winkelstellung des Läufers zum Ständerdreh-feld
durchgeführt. Dadurch, wird der Motor auf eine höhere Drehzahl beschleunigt, bei
der er dann durch Einschalten, der Erregung in einem geeigneten Punkt der Schlupfperiode
sicher synchronisiert werden kann.It is already known the value of the external resistance in the excitation circuit
to be changed during the asynchronous start-up so that the machine is synchronized
is relieved. In this known method, when the machine is approached
the, synchronous speed has reached, the value of the external resistance alternately
enlarged or reduced. These changes in resistance are periodic with the
Slip frequency in, depending on the angular position of the rotor to the stator rotating field
carried out. As a result, the engine is accelerated to a higher speed, at
which he then by switching on, the excitation at an appropriate point of the slip period
can be safely synchronized.
Der vorliegenden Eifindung, liegt die Aufgabe zugrunde, Pendelmomente,
welche, infolge der durch die Erregerwicklung und deren ausgeprägte Pole, bedingten
magnetischen und elektrischen Unsymmetrie beim asynchronen Anlauf von Synchronmaschinen
auftreten, zu verringern, damit die durch sie gegebenen Gefahren vermieden werden.
Diese Pendelinomente besitzen doppelte Schlupffrequenz und erreichen ihren maximalen
Wert zwischen dem Kippschlupf und dem Schlupf Null. Sie bewirken Drehschwingungen
und können in ungünstigen Fällen bei Resonanz mit der Eigenfrequenz des Gesamtwellenstranges
der Synchronmaschine und der mit ihr verbundenen Aggregate zu Zerstörungen führen.The present invention is based on the task of pendulum moments,
which, as a result of the excitation winding and its pronounced poles, conditioned
Magnetic and electrical asymmetry when starting synchronous machines asynchronously
occur to reduce so that the hazards they pose are avoided.
These pendulum moments have double the slip frequency and reach their maximum
Value between the overturning slip and zero slip. They cause torsional vibrations
and can in unfavorable cases with resonance with the natural frequency of the entire shaft train
the synchronous machine and the units connected to it lead to destruction.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß mit
steigendem äußeren Widerstand im Erregerkreis die Amplitude des Pendelmomentes beim
asynchronen Anlauf geringer wird. Dadurch wird auch das anregende Moment, also auch
die Gefahr für den Gesamtwellenstrang beim Durchfahren von Resonanzdrehzahlen kleiner.
Andererseits aber werden mit steigendem äußeren Widerstand auch die an den Klemmen
der Erregerwicklung auftretenden Spannungen höher.The present invention is based on the knowledge that with
increasing external resistance in the excitation circuit, the amplitude of the pendulum moment at
asynchronous start-up becomes lower. This also becomes the stimulating moment, so too
the risk for the entire shaft train when driving through resonance speeds is smaller.
On the other hand, as the external resistance increases, so do those at the terminals
voltages occurring in the field winding are higher.
Für die Wahl des zusätzlichen äußeren Widerstandes und seinen Einschaltzeitpunkt
in den Erregerstroinkreis maßgebend sind mithin z. B. in Deutschland die nach
VDE 0530/3. 59 zu beachtenden Spannungsverhältnisse, in der Erregerwicklung.
Beim Zuschalten des Ständerkreises der Maschine an das Netz entsteht an dem äußeren
Widerstand im Erregerkreis. ein Ausgleichsspannungsfall, der ein rasch abklingendes
Gleichspannungsglied enthält. Das Abklingen dieses Gleichspannungsgliedes, erfolgt
in einer von der Ankerzeitkönstante (Gleichstromzeitkonstante) abhängigen Funktion,
wobei als Ankerzeitkonstante im wesentlichen die Zeitkonstante des kurzgeschlossenen
Erregerfeldkreises unter Berücksichtigung des bei Beginn des Anlaufs, vorhandenen
äußeren W iderstandes anzusetzen ist. Diese Zeitkonstante läßt sich graphisch aus
dem oszillographierten Erregerstromverlauf behn Einschalten der Maschine entnehmen,
z. B. beim Einschalten bei niedrigerer Spannung im Prüffeld. Das Gleichspannungsglied
ist innerhalb einer der vierfachen Ankerzeitkonstante entsprechenden Zeit fast vollkommen
abgeklungen. Größenordnungsmäßig entspricht dies im allgemeinen einigen zehntel
Sekunden.For the choice of the additional external resistance and its switch-on time in the excitation drinking circuit are therefore decisive z. B. in Germany according to VDE 0530/3. 59 voltage conditions to be observed in the field winding. When the stator circuit of the machine is connected to the mains, the external resistance in the exciter circuit arises. an equalizing voltage case that contains a rapidly decaying DC voltage element. The decay of this DC voltage element takes place in a function that depends on the armature time constant (DC time constant), the armature time constant being essentially the time constant of the short-circuited excitation field circuit, taking into account the external resistance present at the start of start-up. This time constant can be seen graphically from the oscillographed excitation current curve before the machine is switched on, e.g. B. when switching on at a lower voltage in the test field. The DC voltage element has subsided almost completely within a time corresponding to four times the armature time constant. In terms of magnitude, this generally corresponds to a few tenths of a second.
Um daher die Maximalwerte des Pendelmomentes bei gleichzeitiger Vermeidung
von unzulässigen überspannungen zu vermindern, wird gemäß der Erfinduna, der Wert
des äußeren Widerstandes im Erregerstromkreis nach Ablauf einer ungefähr der vierfachen
Ankerzeitkonstante (Gleichstromzeitkonstante) entsprechenden Zeit, vom Einschaltaugenblick
an gerechnet, vergrößert. Diese Erhöhung des Wertes des äußeren Widerstandes kann
dann nicht mehr zu einer schädlichen Spannungssteigerung an den Klemmen der Erregerwicklung
führen, da der Erregerstrom ein eingeprägter Strom ist. Die Isolation des Erregerkreises
kann daher für eine Spannung erfolgen, die sich aus dem Wechselstromeffektivwert
im Erregerkreis ohne Ausgleichsvorgang bei dem eingeschalteten, vergrößerten
äußeren
Widerstand ergibt. Dabei kann es zweckmäßig sein, den Wert des äußeren Widerstandes
unter Berücksichtigung der zulässigen überspannungen zu verdoppeln.Therefore the maximum values of the pendulum torque while avoiding it at the same time
of impermissible overvoltages, according to the invention, the value
of the external resistance in the excitation circuit after approximately four times as much
Armature time constant (direct current time constant) corresponding time, from the instant of switch-on
calculated on, enlarged. This increase in the value of the external resistance can
then no longer leads to a harmful increase in voltage at the terminals of the excitation winding
because the excitation current is an impressed current. The isolation of the excitation circuit
can therefore be made for a voltage that results from the AC rms value
in the excitation circuit without compensation process when the switched on, enlarged
outer
Resistance results. It can be useful to use the value of the external resistance
to double taking into account the permissible overvoltages.
Im folgenden sei das Verfahren gemäß der Erfindung an Hand der in
den F i g. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläuter.t.In the following, the method according to the invention is based on the method shown in FIGS. 1 and 2 illustrated exemplary embodiments.
F i g. 1 zeigt den Synchronmotor 1 mit der Ständerwicklung
2 und der Erregerwicklung 3, die bei normalem synchronen Betrieb des Motors
durch äie Gleichstrommaschine4 erregt wird. Zum asynchronen Anlauf des Synchronmotors
1 wird der Schalter 5
geschlossen und damit die im Stem geschaltete
Ständerwicklung 2 an das Netz 6 gelegt. Da gemäß den Vorschriften für elektrische
Maschinen die Erregerwicklung eines Synchronmotors bei asynchronem Anlauf entwederkurzgeschlossen
oder über einen in der Größe festgelegten äußeren Widerstand geschaltet sein muß,
ist beim Schließen des Schalters 5 der Schalter 7 geschlossen, wodurch
der Widerstand 8 in den Erregerstromkreis geschaltet ist. Der Schalter
9 ist beim Anfahrvorgang geöffnet. Sehr kurz-- Zeit nach dem Schließen des
Schalters 5 - bei geschlossenem Schalter 7 - nämlich nach einer Zeit,
die ungefähr der vierfachen Ankerzeitkonstante (Gleichstromzeitkonstante) unter
Berücksichtigung des bei Beginn -des Anlaufvorganges vorhandenen äußeren Widerstand-es
im kurzgeschlossenen Erregerfeldkreis entspricht, wird der Schalt-er 7 wieder
geöffnet, so daß der Widerstand 10 ebenfalls in den Erregerstromkreis eingeschaltet
ist und somit den Gesamtwiderstand im Erregerstromkreis erhöht. Durch diese Maßnahme
wird die Amplitude des beim asynchronen Anlauf auftretenden Pendelmomentes wesentlich
herabgesetzt. Nach dem Hochlaufen des Motors 1 und dem Erreichen der synchronen
Drehzahl wird der Schalter 9
geschlossen und der Synchronmotor 1 über
die Gleichstrommaschine 4 erregt.F i g. 1 shows the synchronous motor 1 with the stator winding 2 and the field winding 3, which is excited by the DC machine 4 during normal synchronous operation of the motor. For the asynchronous start-up of the synchronous motor 1 , the switch 5 is closed and the stator winding 2 connected in the stem is connected to the network 6 . Since, according to the regulations for electrical machines, the field winding of a synchronous motor must either be short-circuited during asynchronous start-up or connected via an external resistance fixed in size, switch 7 is closed when switch 5 is closed, whereby resistor 8 is connected to the excitation circuit. The switch 9 is open during the start-up process. Very shortly - time after closing switch 5 - with switch 7 closed - namely after a time which corresponds approximately to four times the armature time constant (direct current time constant) taking into account the external resistance present at the beginning of the start-up process - it corresponds to the short-circuited excitation field circuit Switch 7 reopened so that resistor 10 is also switched into the excitation circuit and thus increases the total resistance in the excitation circuit. This measure significantly reduces the amplitude of the pendulum torque that occurs during asynchronous start-up. After the motor 1 has started up and the synchronous speed has been reached, the switch 9 is closed and the synchronous motor 1 is excited via the DC machine 4.
F i g. 2 zeigteinen ähnlich aufgebaut-en Synchronmotor 21 mit
der Ständerwicklung 22, dessen Erregerwicklung 23 beün synchronen Lauf über
Gleichrichter 24 erregt wird. Um den Synchromnotor 21 vom Netz 25 aus asynchron
anlaufen zu lassen, wird der Schalter 26 geschlossen, der die Ständerwicklung
22 mit dem Netz 25 verbindet, wobei der Schalter 27
geöffnet und -der Schalter
28 geschlossen ist. Dadurch wird die Erregerwicklung 23 des Synchronmotprs
21 über den Widerstand 29 kurzgeschlossen. Sehr kurze Zeitnach dem Schließen
des Schalters 26, d. h. nach Abklingen des. diese Spannungserhöhung an der
*Erm regerwicklung bewirkenden Gleichspannungsgliedes, was einer Zeit von ungefähr
der vierfachen Ankerzeitkonstante (Gleichstromzeitkonstante) unter Berücksichtigung
des bei Beginn des Anlaufvorganges vorhandenen äußeren Widerstandes im kurzgeschlosseneu
Erregerfeldkreis entspricht, wird der Schalter 28 geöffnet, so daß auch der Widerstand
30 in den Erregerstromkreis eingeschaltet ist. Der Widerstand 29
entspricht
in seiner Größe dem vorschriftsmäßig zugelassenen äußeren Widerstand im Erregerstromkreis
beim Anfahren, d. h. er besitzt nach VDE beispielsweise den zehnfachen
Wert des inneren Widerstandes der Erregerwicklung; der Widerstand 30 ist
dem Widerstand 29 gleich groß. Durch diese Verdoppelung des äußeren Widerstandes
im Erregerstromkreis beim asvnchronen Anlaufen des Synchromnotors wird die Am#Iitude
des dabei auftretenden Pendehnomentes wesentlich verringert. Nachdem der Synchronmotor
21 die synchrone Drehzahl erreicht hat, wird der Schalter 27 und der Schalter
28 geschlossen, und die Erregerwicklung 23 wird über die Gleichrichter
24erregt, wobeiderWiderstand29parallelgeschaltet zur Erregerwicklung23 bleibt und
als Schutzwiderstand dient.F i g. 2 shows a similarly constructed synchronous motor 21 with the stator winding 22, the field winding 23 of which is excited via a rectifier 24 during synchronous operation. In order to start the synchronous motor 21 asynchronously from the network 25 , the switch 26 , which connects the stator winding 22 to the network 25 , is closed, the switch 27 being opened and the switch 28 being closed. As a result, the field winding 23 of the synchronous motor 21 is short-circuited via the resistor 29. A very short time after the switch 26 is closed, i.e. H. After the DC voltage element causing this increase in voltage at the * Erm excitation winding has subsided, which corresponds to a time of approximately four times the armature time constant (DC time constant) taking into account the external resistance in the short-circuited excitation field circuit at the beginning of the start-up process, the switch 28 is opened so that the Resistor 30 is turned on in the excitation circuit. The size of the resistor 29 corresponds to the legally permitted external resistance in the excitation circuit during start-up, ie. H. According to VDE , it has, for example, ten times the internal resistance of the excitation winding; resistor 30 is equal to resistor 29. This doubling of the external resistance in the excitation circuit when the synchronous motor starts up asynchronously reduces the magnitude of the pendulum torque that occurs. After the synchronous motor 21 has reached the synchronous speed, the switch 27 and the switch 28 are closed and the excitation winding 23 is excited via the rectifier 24, the resistor 29 remaining connected in parallel to the excitation winding 23 and serving as a protective resistor.