DE1763380A1 - Asynchrongenerator mit thyristorgesteuerten Parallelkondensatoren - Google Patents

Description

Licentia Patent-Verwaltungs GmbH 6 Frankfurt; a.M_M Theodor Stern Kai 1

Lehmann/li Erf.-Sr. 80/319

Asynchrongenerator mit thyristorgeateuerten Parallelkondensatoren.

Bekanntlich verlangen Asynchrongenerator©η eine Zuführung von Blindstrom, da sie nicht wie Synchrongeneratoren ihre eigene HagnetlBierungeblindleietung aufbringen können. Wenn ein Asynchronmotor auf ein vorhandenes Hetz arbeitet, entnimmt er diesem Hetz den Jeweils erforderlichen Blindstrom· Wenn der Asynchrongenerator ein Wechselstromnetz von sich aus schaffen soll, so müssen an diesem Netz Kondensatoren vorhanden sein, die dem Asynchrongenerator jeweils den erforderlichen Blindstrom bereitstellen und ausserdem den von den Verbrauchern geforderten Blindstrom liefern. Bei schnell schwankender Belastung muss die Grösae der Kapazitäten den deweiliegen Belastau3ßsverhältnissen schnell angepasst werden, anderenfalls besteht die Gefahr dea Kippens oder die Gefahr von unerwünschten Schwankungen der KetJBspannung und der Netafrequen», sofern es sich um ein vom Asynchrongenerator selbst geschaffenes Setz handelt.

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Es iat vorgeschlagen worden, die Kapazitäten den jeweiligen Erfordernissen dadurch anzupassen, dass zu ihnen parallel Sättigangedrosseln angeordnet werden, deren Strom stark von der Spannung abhängt. Diese Anordnung hat den Nachteil, dass die Drosseln Stromoberschwingungan mit sich bringen*

Sich vorteilhaft davon unterscheidend betrifft die Erfindung einen Asynchrongenerator mit parallelgeschalteten Kapazitäten. Brfindungsgemäss wird bei wechselnden Betriebsbedingungen die Grö'see der Kapazität durch antiparallele Halbleiterventile, die von einen durch die Generatorspannung, den Generatorstrom oder den Verbraucherblindstrom gesteuerten Segler synchron zur Spannung gezündet bzw. gelöscht werden, den jeweiligem Betriebsbedingungen mit einer Zeitverzögerung von höchstens einer Periode angepasst. Es werden also die Kapazitäten in mehr oder weniger feinen Stufen durch antiparallele Halbleiterventile den Erfordernissen angepasst. Im Gegensatz au mechanischen Schaltern lassen sich mit antiparallelen Ventilen Kondensatoren schwingungsfrei, schnell und mit sehr grosser Folgefrequenz schalten, wie es zum Betrieb eines Asynchrongenerators, der mit schnell wechselnden Verbrauchern belastet ist, erforderlich ist.

Anhand einer Zeichnung sei ein schomatisches Außführungsbeispiel der Erfindung erläutert.

Nach Fig. 1 ist mit 1 ein Antrieb, z.B. eine Wasserkraftturbine, bezeichnet, die den Asynchrongenerator 2 mit der gevrünschten Drehzahl antreibt, so dass die Spannung U die Freciuens f annimmt. Dazu ist erforderlich, dass je nach der eingeachal-

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taten Belastung 6 und ? die Kapazitäten 3xbie f> durch die antiparallelen Ventile an die Spannung U geschaltet werden. In Fig, I sind nur drei Tellkapazitäten gezeichnet» praktisch kann man eine gr3ssere Zahl benutzen oder auch die einzelnen Kapazitäten binär stufen, so dass eine möglichst feinstufige Anpassung der Gesamtkapazität an jeweilige. Belastungsverhältniese erfolgt.

Pig. 2 zeigt das Kreisdiagrama des Asynchrongenerators. Man entnimmt aus diesem Diagramm, dass je nach der Grosse M des Vom Asynchrongenerator zu liefernden Wirkstromas Iy der von ihm aufgenommene Blindstrom Ig verschieden gross ist. Die Kondensatoren müssen derart geschaltet werden, dass döderzelt der gee auto Kapazität β strom gleich der Summe des vom Motor verlangten Blindstromes Ig und des Blindstromanteils des Belastungsstromes Ijj ist. Andernfalls würde sich bei achwankender Belastung die Spannung U oder die Frequenz f ändern,bzw· bei grossen und plötzlichen Lastschwankungen würde der Betrieb dee Asynchrongenerators unstabil werden. Um dies zu verhindern, müssen die ant^parallelan Ventile ausserordentlich schnell schalten. Zur Vermeidung von Schaltschwingungen kann das Schalten Jeweils nur in den Scheltßlwerten der Spannung U erfolgen· tlber die in Pig. 1 gezeigten Dioden 13*14,15 bleibt nämlich auf den Kondensatoren bei gesperrt gesteuerten Ventilen 10,11,12 die in Pig· 1 angedeutete Dauerladung vom Scheitelwert der Spannung U erhalten. Die gesteuerten Ventile werden von der Steuerung θ in den Zeltpunkten gezündet, in denen der gleichsinnige Scheltelwert der Spannung U vorhanden ist,

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so dass an den antiparallelen Ventilen keine Spannung herrecht und daher schwingungsfrei eingeschaltet werden kann. Zum Schutz gegen kleine Abweichungen von diesem Schalt Zeitpunkt liegen in Reihe alv, denKondensatoren kleine Drosseln ^₁L, die im Fall eines Hetzkurzschlusses gleichzeitig zu grosse Entladeströme der Kondensatoren verhindern.

Wenn die Anpassung der Kapazität oä den jeweiligen Betriebszustand nur mit einer Verzögerung von einer Halbwelle odor von zwei Halbwellen erfolgt, so muss bei plötzlichen Laständerungen der Asynchrongenerator während dieser (Totzeit den erforderlichen Differenzblindstrom liefern oder aufnehmen. Dies ist möglich, da ein Asynchrongenerator kurzzeitig, d.h. während einer Zeit von der Grössanordnung seiner Zeitkonstanten wie ei* erregter Generator arbeiten kann.

Die Steuerung der antiparallelen Ventile kann entweder von der Spannung U, von der Frequenz f, vom Strom I des Asynchrongenerators oder vom Belastungsetrom Ijj erfolgen» gegebenenfalls auch von mehreren dieser Grösaen gleichzeitig.

Wenn der Asynchrongenerator in ein vorhandenes Netz Wirkleistung liefern soll, müssen die Kondensatoren den wechseln*· den Betriebsbedingungen derart angepasst werden, dass der Generator von diesem Hetz jeweils den nach dem Kreiodiagramm erforderlichen Blindstrom zugeführt bekommt. Nur dann liefert der Asynchrongenerator den gewünschten Wirkstrom und nur dann ist sein Betrieb bei wechselnder Belastung des Netzes stabil.

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Durch die Erfindung erhält der Asynchrongenerator eine ähnlich grosse Dynamik wie ein KoHstant-SpannungB-Synchrongenerator. Unsymmetrische Belastungen können dabei entsprechend der Steinmetzschaltung durch verschieden grosse Kapazitäten in den verschiedenen Phasen ausgeglichen werden» Auaserdem .. iet es möglich, den Asynchrongenerator ait anderen Asynchrongeneratoren oder mit Synchrongeneratoren stabil parallel arbeiten zu lassen· Da Asynchrongeneratoren keine Schleifringe haben und ausserdem nach der Erfindung das Schalten der Kondensatoren elektronisch erfolgt, eignet sich die Anordnung für wartungsfreien Betrieb unter rauhen und exploeionagefährdeten Bedingungen, und zwar für Leistungen von 10 kW bis ins Megawattgebiet.Bei zweckmässiger Auslegung des Asynchrongenerators kann sein gob ψ und sein Wirkungsgrad recht hoch sein, da auf Selbstanlauf verdichtet werden kann. Der Wirkungsgrad eines zweckinässig gebauten Asynchrongenerators ist grosser als der eines Synchrongeneratora, sein Freie ausserdem geringer. Ausoerdea.lässt er sich leichter als Synchrongeneratoren synchronisieren* Dazu kommt noch ein weiterer Vorteil, nämlich der gegenüber Synchrongeneratoren wesentlich kleinere KurzSchlußstrom. Der StoSkurzschlusstrom eines AsymJirongenerators klingt sehr schnell ab, der DauerkurzschlußstroEt ißt Full. Asynthrongeneratoren nach der Erfindungermöglichen es also, bei grossen Leistungen, bei denen der Kurzschlußstrom dee Kraftwerkes nicht su gross werden soll, diesen Strom dadurch herabzusetzen, dass ein Teil der Gesamtleistung nicht durch Synchrongeneratoren sondern durch Aeynchrongenöratoren erzeugt wird*

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Der Aufwand für die nach der Erfindung mit Hilfe von antiparallelen Ventilen gesteuerten Kondensatoren wird ■it wachsender Frequenz kleiner, da Kondensatoren ©inen ■it wachsender Frequenz wachsenden Strom aufnehmen. Die Erfindung eignet sich daher auch für Frequenzen, die wesentlich grosser sind als 50 Hz.

Vb die Totzelt des Schaltens der Kondensatoren herabzusetzen, ist es möglich, auaser den in Fig· 1 gezeichneten Kondensatorgruppen mit der angegebenen Polarität in Abschaltzustand auch Gruppen vorzusehen, die entgegengesetzte Polarität in abgeschalteten Zustand aufweisen. Dies rätst •ich dadurch erreichen, dass die Polarität dee gesteuerten und des ungesteuerten Ventile vertauscht wird« Unter Umständen ist es auch möglich, bei besonders kritischen Laatschwankungen vorübergehend von dem oben angegebenen Zündzeitpunkt abzuweichen, d.h. mit den gesteuerten Ventilen gewisse Span« rangen einzuschalten* Die dabei auftretende Schwingung läset sich la Ausnahmefall in Kauf nehaen. Da die Verluste in Kondensatoren und in Halbleiterschalter!! ausserordentlich gering sind, ist der Wirkungsgrad der Anordnung nach der Erfindung wesentlich besser als der Wirkungsgrad der bekannten Anordnung Bit Sättlgungsdrosseln parallel zu Kondensatoren. ."Durch Reihenschaltung von Halbleiterventilen lässt sich die Erfindung auch bei Hochspannung anwenden.

Weaa ein Netz mit veränderlicher Frequenz, z.B. eu-a Frequenzanlauf von Synchron- odor Asynchronmotoren Koochas'fen werden

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soll, so lässt eich durch die Drehzahl des Antriebes 1 und durch die Steuerung 8 erreichen, dass während der Sreguensänderung jeweils eine gewünschte Spannung vorhanden ist und der Asynchrongenerator etοta stabil arbeitet« ■...'■

*7 S. Beschreibung 5 Patentansprüche

C-

1 Bl. Zeichnung a. 2 Pig·

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Claims (1)

1. Licontia Patent-Verwaltungs QaVS. 6 Frankfurt a#M<, ißheodor Stern Kai 1

   Lehmann/li

   Patentansprüche

   1. Asynchrongenerator mit parallolgeschalteten Kapazitäten, dadurch gekennzeichnet, daas bei wechselnden Bofcriebabedingungen die Gröoee der Kapazität durch aatiparollolc Halbleiterventile, die von einem durch die ueneratorirpannung, den Generatorstrom od-sr den Vorbraucherblindstro» gesteuerten Regler synchron zur Spannung gozündet bssv« gelusoht werden, den jeweiligen Betriebabediagungen alt einer Zeitverzögerung τοη höchstene einer Periode engepoeet wird.

   2· Anordnung Wi(Sb. Anspruch 1 zur Speisung einen öelbfltändigen Nettes alt konstanter Spannung und konstanter

   Anordnung nach Acopruch I zur ßpeioning eines vorhanttenen Netzes mit Wirkleistung, wobei die Kapazität bei wechselnden Betriebsbedingungen derart gesteuert wird, dass der Generator vom ffets jeweils den für seinen ordnungsgemässen Betrieb erforderlichen Blindstrom augeführt bekommt.

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   -V- Erf,-ffr. §0^31$

   ■'*■.■·.

   4. Anordnung nach Anspruch 1-3 für TreQuenzen, die wesentlich grosser sind als 50 Ha·

   5· Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Asynchrongenerator insbesondere in Prüffeldern als Drehmomentenbelastung (Pendelpresse) Anwendung findet·

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   L e e r s e-11 e