DE2029460C3 - Verfahren zum Anlassen und Synchronisieren von Synchronmaschinen und Anordnung zur Durchführung dieses Verfahrens - Google Patents

Description

Bedarf des Asynchrongeneiauns zu decken, mil kleinen Frequenzen von wenigen Heil/ gespeist, und danach wird der Kurzschluß der Zweiiwickluiii; des Asynchrongenerator* aufgehoben und diese mit dem einstellbaren Widerstand belastet, \sähruiiLl die birst- S wicklung von der Anordnung zur Erzeugung kleiner f'requenzen getrennt und in Stern geschaltet wird, ilann wird in an sich bekannter Weise der stellbare Widerstand bis auf Null herabgeregelt und schlief lieh wird die Anordnung zur Erzeugung kleiner Fre- <|uenzen mit der Zweitwicklung des Asynchronneneraiors verbunden und die Synchronmaschine synfhronisiert und auf das Netz geschaltet. Dieses Verfahren hat den Vorteil, daß zusätzlich zu dein bekannten Anfahrsatz, bestehend aus einem mit gleichbleibender Drehzahl angetriebenen Asynchrongenerator, nur eine Anordnung zur Erzeugung kleiner Frequenzen erforderlich ist, die nur kleine Leistungen zu liefern braucht. Mit dieser gleichen Anordnung werden aber beide Bereiche, d. h. der Bereich ao zwischen der Drehzahl Null und einer Drehzahl, die ausreicht, den Blindleistungsbedarf Jes Asynchrongenerators zu decken, und der Bereich zwischen der Nenndrehzahl des Asynchrongenerators und der Drehzahl des Netzes sicher beherrscht. Beim Anfahren aus dem Stillstand wirkt die von dieser Anordnung gelieferte kleine Leistung unmittelbar auf den Ständerkreis der anzufahrenden Synchronmaschine, beim Synchronisieren dagegen auf den Läuferkreis des Anfahr-Asynchrongenerators, der während de^ ganzen Anfahrens mit konstanter Drehzahl angetrieben wird.

Als Anordnung zur Erzeugung kleiner Frequenzen kann mit Vorteil eine Kommutatormaschine oder ein Umrichter, insbesondere ein Direktumrichter verwendet werden, deren Frequenz und Spannung, unabhängig voneinander stellbar sind. Dazu kann bei Verwendung einer Kommutatormaschine diese als ständererregte Maschine ausgeführt sein, die von einem frei laufenden Kommutatorfrequenzwandler (mit Eigen- oder Fremdantrieb) mit eingeprägten Spannungen oder Strömen erregt wird. Es ist auch zweckmäßig, daß die Anordnung zur Erzeugung kleiner Frequenzen sowohl liiiksumlaufendc als auch rechtsumlaufende Drehstromsysteme liefert, wobei jeder Frequenzwert zwischen den beiden Grenzwerten stetig eingestellt werden kann.

Im folgenden sei die Erfindung noch an Hand der in den Fig. 1 urd 2 dargestellten Ausführungsbeispieie näher erläutert:

F i g. 1 zeigt zwei Synchronmotoren I und 2 gro'ier Leistung in einer Anlage, die mittels der Schalters und 4 entweder auf das Hauptnetz 5 konstanter Frequenz oder auf das Hilfsnctzo veränderlicher Frequenz geschaltet werden können. Das Hilfsnetzö wird von der Ständerwicklung des Asynchrongenerators? gespeist, der von dem Motor 8, z. B. einem am Netz 5 liegenden Kurzschlußläufer mit gleichbleibender Drehzahl angetrieben wird und an dessen Schleifringe der stellbare Widerstand 10 angeschlossen werden kann.

Die Anordnung wirkt folgendermaßen: Zunächst wird der Motor 8 angelassen, so daß der Asynchrongenerator? mit gleichbleibender Drehzahl läuft. Der Widerstand 9 sei noch abgeschaltet. Wird jetzt einer der beiden Syn^hronmotoren, dessen Läufer bereits mit Gleichstrom eiregt ist, z. B. der Synchronmotor 1. mittels des Schalters 3 auf das Hilfsnetzo geschähet, so ist der Stander kreis des Asynchrungene-

I ators 7 mit der Siimderwicklung des noch stehenden N>:idironmoiors 1 verbunden. Für den Bereich der Dieh/iihl Null bis zu einer kleinen Drehzahl, die ausleii'hl, den Blindleislungsbedarf des Asynchrongeneratois7 zu decken, wird nun der Ständer des Asynchrongenerator? in bekannter Weise mit Schlupfstrom unmittelbar gespeist.

in dem Austührungsheispiel nach F i g. 1 ist zu diesem Zweck die ständererregie Kommutatormaschine 11 (Bauart Lydall-Scherbius) vorgesehen, die heliehig angetrieben werden kann und z. B. mit den beiden Maschinen, der Asynchronmaschine? und dem Motor 8, unmittelbar gekuppelt ist. Sie wird von dem frei laufenden Kommutatorfrequenzwandler 12 mit kleiner Frequenz erregt. Dieser kann z. B. wie ein läufergespeister Drehstromnebenschlußmotor ausgeführt sein, dessen Schleifringwicklung am Netz 5 liegt, während seine Sländerwicklung auf den stellbaren Widerstand 13 geschaltet ist. In dieser Ständer-" wicklung tritt nur ein kleber, den Leerlaufverlusten des Frequenzwandlers entsprechender und von der Belastung unabhängiger Strom auf, *o daß mit dem Stellwiderstand 13 sehr leicht die Drehzahl und die Kommutalorfrequenz des Frequenzwandlers und damit über die Kommutatormaschine 11 und die Ständerwicklung der Asynchronmaschine? die dem Hilfsnetzo zugeführte Frequenz bestimmt werden können. Die Erregerwicklung der Maschine 11 ist an die beiden entgegengesetzt drehbaren Bürstenträger des Frequenzwandlers angeschlossen, die über das Stellglied 14 (Verstellmotor, Regler) betätigt werden. Die Spannung der Maschine 11 kann auf diese Weise stetig verändert werden, und zwar unabhängig von der Frequenz, die durch den Stellwiderstand 13 bestimmt wird. Durch einen Umschalter 15 kann die Ständerwicklung der Asynchronmaschine 7 wahlweise auf die Kommutatormaschine 11 oder auf einen Sternpunkt geschaltet werden, ebenso kann die Läuferwicklung der Asynchronmaschine 7 durch den Schaltei 16 mit der Kommutatormaschine 11 verbunden werden.

Die Anordnung wirkt folgendermaßen: Zum Anfahren der Motoren 1 und 2 wird der Umschalter 15 nach unten gelegt, so daß die Ständerwicklung der Asynchronmaschine 7 auf die Kommutatormaschine

II geschaltet ist. Der Schalter 16 bleibt geöffnet, und außerdem wird der Läuferkreis der Maschine 7 zunächst kurzgeschlossen. Die beiden Maschinen 7 und 8 werden hochgefahren, desgleichen der Frequenzwandlet 12 mit Hilfe des Widerstandes 13, der nach dem Hochfahren kurzgeschlossen wird, so daß der Frequenzwandler fast mit synchroner Drehzahl läuft und eine sehr kleine Koivunutatorfrequenz aufweist. Die beiden Bürstenträger befinden sich in der sogenanten Deckungsstellung, so daß die Spannung an der Erregerwicklung noch Null ist. Nun wird einer der Motoren, z. B. 1, erregt zugeschaltet und über das Stellglied 14 wird die Kommutatormaschine 11 erregt. Dadurch kann der Synchronmotor 1 bei zunächst gleichbleibender sehr kleiner Frequenz und unabhängig von dieser mit einem beliebig stellbaren Strom gespeist werden, so daß er sich auf diese kleine Frequenz synchronisiert. Die Asynchronmaschine? ist hierbei über den Läufer noch kurzgeschlossen, so daß in ihr kein Feld und keine Spannung auftreten können.

Über die Stellglieder 13 und 14 können nunmehr

Frequenz und Spannung am Motor 1 weiter gesteigert werden, bis die Drehzahl von 1 ausreicht, die Blindleistung der Asynchronmaschine 7 mitzudekkcn. Nun wird der Kurzschluß im Läuferkreis der Asynchronmaschine 7 aufgehoben, so daß der Widerstand 9 mit seinem vollen Wert wirksam wird, und ferner wird der Schalter 15 nach oben gelegt, so daß die Ständerwicklung der Asynchronmaschine 7 auf einen Sternpunkt statt auf die Kommutatormaschine 11 geschaltet ist. Wird nun der Widerstand 9 allmählich verringert, so beschleunigt sich der Synchronmotor 1 wie bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 bis zur höchstmöglichen Drehzahl, die etwas unter der synchronen Drehzahl des Netzes 5 liegt.

Man kann nun über den Schalter 16 die l.äuferwicklung der Asynchronmaschine 7 auf die Kommutatormaschine 11 schalten, deren Spannung und Frequenz wie bisher durch den Frequenzwandler 12 bestimmt wird. Nun arbeitet aber die Asynchronmaschine 7 bei völlig kurzgeschlossenem Läufer mit negativem Schlupf im Läufer. Wenn sie z.B. vom Motor 8 mit 49 Hz angetrieben wird, läuft das Drehfeld gegenüber der Ständerwicklung etwa mit 48 Hz im Drehsinn und gegenüber der Läuferwicklung mit etwa 1 Hz entgegen dem Drehsinn der Maschine um. Um die Frequenz im Hilfsnctz 6 mit der des Netzes 5 zu synchronisieren, müßte der Frequenzwandler 12 eine Frequenz von — 1 Hz über Null zu ' I Hz liefern, d.h. er müßte mechanisch von 51 über 50 bis zu 44 Hz betrieben werden bzw. umgekehrt von 4^l> bis 51 Hz, wenn man die Phasenfolge zwischen den Maschinen 12 und 11 oder zwischen den Maschinen 7 und 11 umkehrt. In beiden Fällen muß der Frequenzwandler über- und untersynchron betrieben werden.

Man erreicht das auf einfache Weise, wenn man den Sternpunkt der Siändcrwicklung des Kommutatorf requcnzwandlers 12 auflöst und an den einen Bürstenträger anschließt, der so eingestellt werden muß. daß die von ihm in den Ständerkreis eingeführte Spannung bei kurzgeschlossenem Stcllwiderstand 13 auf eine übersynchrone Drehzahl. z.B. 51Hz oder höher hinwirkt. Durch Vergrößern des Widerstandes 13 kann man dann die Drehzahl so weit absenken, daß die gewünschten Schlupffrequenzwerte von z.B. -1,0; M Hz erreicht werden. Die erforderliche stetig stellbare Spannung erreicht man dadurch, daß nur ein Bürstenträger gedreht wird. Zweckmäßig läßt man das Stellglied 14 von der Spannung der Synchronmaschine 1 beeinflussen. Steigt die Spannung über den Sollweit (Netzspannung), dann muß das Stellglied 14 die Spannung der Kommutatormaschine 11 verkleinern. Dann bezieht die Asynchronmaschine mehr Blindleistung von der konstanterregten Synchronmaschine und die Spannung sinkt. Das Umgekehrte ist der Fall, wenn

ίο die Spannung zu niedrig ist. Man braucht dann nur noch die richtige Frequenz mit Hilfe des Widerstandes 13 einzustellen, um die Synchronmaschine 1 stoßfrei auf das Netz 5 zu synchronisieren.

I'm den nachteiligen Hinfluß der Phasenwinkeländcrungen /.wischen der Spannung an der Hrregerwicklung der kommutatormaschine 11 und ihrer Ankerkreisspannung zu vermeiden, der gerade bei Frequenzen in der Nähe von Null am größten ist und das Synchronisieren ersehwert, kann man die Hr-

ao rcgcrwicklung der Kommutatormaschine Il auch mil eingeprägten Strömen speisen. Der Frequenzwandler wird zu diesem /weck von einem kleinen Motor steuerbar angetrieben. Seinen Schleifringen wird ei» großer Scheinwiderstand. z.B. eine Drosselspule.

;;, vor.--.schaltet und die beiden Bürstenträger phasenweise kurzgeschlossen. An die Vcrbindungslcitungen der beiden Bürstenträger wird die in Stern oder Dreieck geschaltete Hrrcgcrwicklung der Maschine 11 angeschlossen. In bekannter Weise kann man den

3" Strom in der Hrrcperwicklung zwischen dem Wen Null (Durchmcsscrstellung der beiden Bürstenträger) und dem vollen Wert (Deckungsstellunc) Metie verändern.

Statt der Kommutatormaschine 11 mit ihrem Frcquenzwandler 12 kann man. wie in F i g. 2 gezeigt ist. auch einen Direktumrichter 17 bekannter Bauart verwenden, der so gesteuert wird, daß das gleiche Verhalten erreicht wird wie mit dem Ausführungsbei spiel nach F i g. 1. Hr speist zu Beginn des Anfahren-

und zum Synchronisieren den Schlupfstromkreis de·; Asynchrongenerator 7 mit kleinen Frequenzen.

Sowohl bei Verwendung von Kommutatormaschinen als auch von Umrichtern ist es von großem Vorteil, daß sie beide nur für sehr kleine Leistungen W-

messen werden müssen, da die Hauptanlaufleisturuvom Asynchrongenerator und vom Anlai-fwiderstand aufgenommen werden muß.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Verfahren ium Anlassen und Synchronisieren einer schon im Stillstand erregten Synchronmaschine, wobei die Synchronmaschine an die Erstwicklung (Ständerwicklung) eines mit gleichbleibender Drehzahl angetriebenen Asynchrongenerators angeschlossen wird und die Zweitwicklung (Läuferwicklung) mit einem bis auf Null stellbaren Widerstand belastet wird, dadurch gekennzeichnet, daß zu Deginn des Anfahrens die Synchronmaschine (!,2) über eine besondere Anordnung zur Erzeugung kleiner Frequenzen, die mit der Erstwicklung des Asynchrongenerators (7) in Reihe geschaltet wird, während dessen Zweitwicklung kurzgeschlossen wird, von der Drehzahl Null bis zu einer kleinen Drehzahl, die ausreicht, den Blindleistungsbedarf des Asynchrongenerators (7) zu decken, mit .«leinen Frequenzen von wenigen Hertz gespeist wird, und daß danach der Kurzschluß der Zweitwicklung des Asynchrongenerators (7) aufgehoben und diese mit dem stellbaren Widerstand (9) belastet wird, während die Erstwicklung von der Anordnung zur Erzeugung kleiner Frequenzen getrennt und -in Stern geschaltet wird, daß dann der stellbare Widerstand (9) bis auf Null herabgeregelt wird und daß schließlich die Anordnung zur Erzeugung kleiner Frequenzen mit der Z· ekwicklung des Asynchrongenerators (7) verbunden und die Synchronmaschine (1,2) synchronisiert in.d auf das Netz (5) geschaltet wird.

2. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß beim Synchronisieren mit dem Netz (5) die Erregung der Synchronmaschine (I) auf einen konstanten Wert eingestellt wird und der richtige Wert der Synchronisierspannung durch Beeinflussung der Spannung an der Anordnung zur Erzeugung der kleinen Frequenzen eingestellt wird.

3. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Frequenz und Spannung der Anordnung zur Erzeugung kleiner Frequenzen unabhängig voneinander stellbar sind.

4. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 odei 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anordnung zur Erzeugung kleiner Frequenzen verwendet ist, die sowohl linksumlaufendc als auch rechtsumlaufende Drehstromsystemc liefert, wobei jeder Frequenzwert zwischen den beiden Grenzwerten stetig eingestellt werden kann.

5. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch! oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Anordnung zur Erzeugung kleiner Frequenzen eine Kommutatormaschine (II) dient.

6. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Anordnung zur Erzeugung kleiner Frequenzen ein Umrichter (17) verwendet ist.

7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Umrichter ein Direktumrichter ist.

In der deutschen .Patentschrift 36O¹SM und auch in den VDE-Fachnerichten 1054, S. !/'»5 ist ein Verfahren zum Anlassen \on Synchronmaschinen angegeben, das darin besteht, dem Läufer der Synchronmaschine auf irgendeine Weise, z. Q. durch eine Andrehvorrichtung, eine kleine Drehzahl zu erteilen und dann den Ständer der Synchronmaschine auf den Ständer eines mit konstanter Drehzahl angetriebenen Asynchrongenerators zu schallen, in dessei Läufer-

so krco sich ein stellbarer Wirkwiderstand befindet. Wenn die Synchronmaschine genügend stark erregt ist, entsteht auch in der Asynchronmaschine ein Drehfeld, das im Siän-Jer mit einer der kleinen Drehzahl der Synchronmaschine \erhältnisgleichen Freijucnz und im Läufer mit der um diese kleine Frequenz verminderten Drehfrequenz der Asynchronmaschine umläuft. Demgemäß weisen der Ständer dieser Maschine eine kleine und der Laufer eine groiie Spannung auf. Fast die ganze dem Läufer der

ao Asynchronmaschine mechanisch zugeführte Leistung tritt im Widerstand des Läuferkreises als Wärme auf, und nur ein kleiner Teil wird auf den Ständer der Synchronmaschine übertragen, um die bei der kleinen Drehzahl erforderliche Antriebsleistung zu decken.

In dem Maße, in dem nun der Widerstand im Läuferkreis der A:-ynchronmaschine verringert wird, ändert sich das Verhältnis der Frequenzen im Ständer und im Läufer der Asynchronmaschine, sowie das der zugehörigen Spannungen und Leistungen.

Frequenz und Leistung im Ständer werden größer und im Läufer kleiner. Wenn der Widerstand im Läuferkreis der Asynchronmaschine kurzgeschlossen ist, haben die Frequenz in ihrem Ständer und die ihr verhältnisgleiche Drehzahl der Synchronmaschine den vollen Wert erreicht und die Synchronmaschine kann auf das Netz geschaltet werden, was allerdings nicht stoßfrei erfolgt, da dieser Wert nicht genau dem der Netzfrequenz entspricht. Die Notwendigkeit, mit der anzulassenden Synchronmaschine eine besondere Andrehvorrichtung, ζ. Β einen ankuppelbaren Anlasser, vorzusehen, bedeutet nun einen beträchtlichen Nachteil, besonders wenn in einer Anlage mehrere Synchronmotoren in dieser Weise hochgefahren werden sollen, weil jeder eine solche Andrehvorrichtung erhalten mußte. Außerdem ist auch ein stoßfreies Synchronisieren, vor allem bei Synchrontnotoren gro3er Leistung erwünscht. Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das bekannte Verfahren ohne viel Aufwand so abzuwandeln, daß die Synchronmaschine ohne eine Andrehvorrichtung von der Drehzahl Null hochgefahren und stoßfrei synchronisiert werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung aus von einem Verfahien zum Anlassen und Synchronisiercn einer schon irn Stillstand erregten Synchronmaschine, wobei die Synchronmaschine an die Erstwicklung (Ständerwicklung) eines mit gleichbleibender Drehzahl angetriebenen Asynchrongenerators angeschlossen wird und die Zwei'wicklung (Läuferwicklung) mit einem bis auf Null stellbaren Widerstand belastet wird.

Gemäß der Erfindung wird zu Beginn des Anfahrens die Synchronmaschine über eine besondere Anordnung zur Erzeugung kleiner Frequenzen, die mit der Erstwicklung des Synchrongenerators in Reihe geschaltet wird, während dessen Zweitwicklung kurzgeschlossen wird, von der Drehzahl Null bis zu einer kleinen Drehzahl, die ausreicht, den Blindleistung-