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Anfahreinrichtung für einen an eine Turbine angekuppelten Generator
Zusatz zum Patent . . . . (Patentanmeldung P 21 10 747.1 -VPA 71/3050) Das Patent
. . . . (Patentanmeldung P 21 10 747.1 -VPA 71/3050) betrifft eine Anfahreinrichtung
für einen an eine Turbine angekuppelten Generator, insbesondere für einen Gasturbinen-
oder Pumpspeichersatz mit Pumpenturbine, welcher beim Anfahren über einen Prequenzumformer
veränderlicher Ausgangsfrequenz an eine Versorgungsspannung angeschlossen ist und
dabei bis zum Erreichen einer vorgegebenen Drehzahl vom Frequenzumformer als Synchronmotor
hochgefahren wird. Als Frequenzumformer wird dabei ein ruhender Halbleiter-Umrichter
herangezogen. Dieser besteht vorzugsweise aus einem eingangsseitig an ein Stromnetz
oder eine Schwarzstartanordnung anschließbaren Gleichrichter und einem ausgangsseitig
an den Generator anschließbaren Wechselrichter. Dieser Wechselrichter ist beim Anfahren
von einem mit der Welle des Generators gekuppelten Polradlagegeber in Abhängigkeit
von der Lage der Welle getaktet. Wechselrichter und Gleichrichter können vorteilhafterweise
über einen Zwischenkreis mit eingeprägtem Strom verbunden sein. Der Halbleiter-Umrichter
kann auch als Bremseinrichtung zum Abbremsen des Generators vorgesehen sein.
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Sinne solche Anfahreinrichtung für einen Generator besitzt den Vorteil,
daß auf die sonst üblichen Anwurfmotoren mit Drehmomentwandlern, welche an die Welle
des Generators angekuppelt sind, verzichtet werden kann. Somit ergibt sich für den
betreffenden Turbinensatz eine erhebliche Verkürzung der Welle
und
damit eine Verminderung des Platzbedarfs.
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Gasturbinensätze, Dampfturbinensätze und Phasenschieber sind nun üblicherweise
mit einer zusätzlichen Dreheinrichtung versehen. Diese Dreheinrichtung dient dazu,
vor dem Anfahren und nach dem Abschalten des Turbinensatzes dessen Welle mit ausreichend
hoher Drehzahl, der sogenannten Turn-Drehzahl, zu drehen. Dadurch wird eine ungleichmäßige
Erwärmung oder Abkuhlung der Welle und die damit verbundene Verkrümmung der Welle
vermieden. Würde man z.B. die bei Nenndrehzahl stark erwärmte Welle nach dem Abschalten
des Turbinensatzes sehr schnell stillsetzen, so würde sich in ihr eine senkrecht
ausgebildete Wärme schichtung einstellen, welche die Mitte der Welle nach oben durchbiegen
würde. Würde man andererseits dle Welle großer Turbinensätze sehr schnell aus dem
Stillstand auf Nenndrehzahl beschleunigen, so würde sich ein unruhiger Anlauf ergeben.
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Ublicherweise werden beispielsweise hydraulische Dreheinrichtungen
verwendet, welche die Welle mit Turn-Drehzahl antreiben und somit eine ungleichmäßige
Erwärmung verhindern. Dazu ist ein mit der Welle fest verbundenes Schaufelrad vorgesehen,
welches während des Drehbetriebes mit Drucköl beaufschlagt wird. Das Drucköl wird
von einer Hilfsölpumpe geliefert und gelangt durch ein Absperrventil in Düsen, die
den Ölstrahl vor die Beschaufelung des Schaufelrades leiten. Bei voll geöffnetem
Absperrventil wird mit einer ölhydraulischen Dreheinrichtung im allgemeinen eine
Turn-Drehzahl von 80 bis 120 Umdrehungen pro Minute erreicht.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anfahreinrichtung für
einen an eine Turbine angekuppelten Generator, insbesondere für einen Gasturbinen-
oder Pumpspeichersatz mit Pumpturbine, welcher beim Anfahren über einen Frequenzumformer
veränderlicher Ausgangsfrequenz an eine Versorgungsspannung angeschlossen ist und
dabei bis zum Erreichen einer vorgegebenen Drehzahl vom Frequenzumformer als Fynchronmotor
hochgefahren
wird, wobei der Frequenzumformer ein ruhender Ralbleiter-Umrichter ist und aus einem
eingangsseitig an ein Stromnetz anschließbaren Gleichrichter und einem ausgangsseitig
an den Generator anschließbaren Wechselrichter besteht, welcher beim Anfahren von
einem mit der Welle des Generators gekuppelten Polradlagegeber in Abhangigkeit von
der Lage der Welle getaktet ist, so aussugestalten, daß die hydraulische Dreheinrichtung
entfallen kann. Ferner soll ein Verfahren angegeben werden, nach dem mit einer einzigen
Anfahreinrichtung dieser genannter Art mehrere Turbinensätze auf Drehbetrieb bei
niederen Drehzahlen gehalten werden können. Schließlich soll ein Verfahren angegeben
werden, nach dem ein Turbinensatz oder auch nacheinander mehrere Turbinensätze hochgefahren
werden können, wobei dafür gesorgt sein soll, daß während des Hochfahrens eines
Turbinensatzes der oder die noch nicht hochgefahrenen Turbinensätze bei niederen
Drehzahlen gedreht werden können.
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Die Erfindung geht aus von der Erkenntnis, daß der zum Anfahren und
gegebenenfalls auch zum Abbremsen benutzte Ealbleiter-Umrichter so ausgestaltet
werden kann, daß er daneben auch als elektrische Dreheinrichtung verwendet werden
kann, welche die Welle des Generators eine frei wählbare Zeit lang auf einer beliebig
einstellbaren Soll-Drehzahl innerhalb des Drehzahlbereiches zwischen Null Umdrehungen
pro Minute und Nenndrehzahl hält, und daß die Soll-Drehzahl insbesondere eine gewünschte
Turn-Drehzahl sein kann, welche einige Prozent der Nenndrehzahl des Generators beträgt.
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Die Erfindung besteht bei der genannten Anfahreinrichtung somit darin,
daß am Ralbleiter-Umrichter eine Drehzahl-Regeleinrichtung zur Konstanthaltung der
Drehzahl der Welle des Generators vorgesehen ist.
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Das Stellglied der Drehzahl-Regeleinrichtung sollte dabei der Gleichrichter
in Verbindung mit seinem Steuersatz sein. Der
Ankerstrom des Generators
wird dann über den Gleichrichter so geregelt, daß die Drehzahl der Welle des Generators
auf dem eingestellten Soll-Drehzahlwert festgehalten wird. Die eingestellte Soll-Drehzahl,
insbesondere die gewunschte Turn-Drehzahl, wird so lange eingehalten, bis der Turbinensatz
durch die Anfahreinrichtung entweder bis zum Erreichen einer vorgegebenen Drehzahl,
welche der Ablöse-, der Nenn- oder einer Ubernenndrehzahl entspricht, hochgefahren
oder aber weiter abgebremst und stillgesetzt ist.
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Der Vorteil der Erfindung ist somit darin zu sehen, daß die bisher
übliche wartungsbedürftige und kostspielige hydraulische Dreheinrichtung entfällt.
Die bisher im Drehbetrieb durch das Schaufelrad bedingten, in Wärme umgesetzten
Ventilationsverluste, die bei Turbinensätzen von 100 Megawatt Aufnahmeleistung z.B.
ca. 70 kW betragen, können folglich nicht auftreten. Der Wegfall der hydraulischen
Dreheinrichtung führt weiterhin zu einer bedeutsamen Verkürzung und somit auch Massenverringerung
der Welle. Die Verkürzung kann 15 cm oder mehr betragen.
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Eine Weiterbildung der Erfindung kann vorteilhafterweise darin bestehen,
das daß- zur Ermittlung der Ist-Drehzahl der Welle ein Drehzahlmesser vorgesehen
ist, daß der Drehzahlmesser und ein Solldrehzahlgeber mit einstellbarer Soll-Drehzahl
an einen Vergleicher angeschlossen sind, daß der Vergleicher an einen Drehzahlgeber
geschaltet ist, daß das Ausgangssignal des Drehzahlreglers als Soll-Wert des Ankerstroms
in einen ersten Eingang eines Ankerstrom-Vergleichers gegeben ist, dessen zweiter
Eingang von einer Sonde für den Ist-Wert des Ankerstroms gespeist ist, und daß der
Ankerstrom-Vergleicher über einen Ankerstromregler an den Steuersatz des Gleichrichters
angeschlossen ist.
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In dieser Ausbildung kann dem Drehzahlregler über einen Funktionsgeber
ein von der Ist-Drehzahl abhangiger maximaler Ausgangsgrenzwert
vorgegeben
sein. Der Drehzahlregler sollte beim Umschalten auf eine andere Betriebsart mittels
eines Umschalters aus der Verbindung zwischen Funktionsgeber und Steuersatz heraus
schaltbar sein.
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Als Drehzahlmesser zur Ermittlung der Ist-Drehzahl kann ein solcher
beliebiger Bauart verwendet werden. Hohe Anforderungen an seine Genauigkeit brauchen
nicht gestellt zu werden. Es ist jedoch vorteilhaft, den ohnehin schon vorhandenen
Polradlage gebe in Verbindung mit einem nachgeschalteten Frequenz-Spannungs-Umsetzer
als Drehzahlmesser vorzusehen.
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Ein Verfahren, nach welchem mit einer Anfahreinrichtung der eingangs
genannten Art und unter Wegfall einer hydraulischen Dreheinrichtung mehrere Generatoren
gleichzeitig auf niedrigen Drehzahlen gehalten werden können, ist erfindungsgemäß
dadurch gegeben, daß eine Anzahl von Generatoren zyklisch nacheinander an den Wechselrichter
angeschlossen wird, daß der jeweils angeschlossene Generator bis zu einer vorgegebenen
Freisetzdrehzahl hochgefahren wird und anschließend unter Abschaltung vom Wechselrichter
so lange frei ausläuft, bis er im nächsten Zyklus wieder auf die Freisetzdrehzahl
hochgefahren wird.
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Ein Verfahren, nach welchem ein oder mehrere Generatoren mittels einer
einzigen Anfahreinrichtung mit Drehzahl-Regeleinrichtung nacheinander bis zum Erreichen
einer vorgegebenen Drehzahl, die entweder die Ablösedrehzahl, die Nenndrehzahl oder
eine Übernenndrehzahl sein kann, hochgefahren werden, zeichnet sich erfindungsgemäß
dadurch aus, daß zu einem ersten Zeitpunkt ein Generator, der aus einer Anzahl von
Generatoren ausgewählt ist, an den Wechselrichter angeschlossen ist und bei wirksamer
Drehzahl-Regeleinrichtung mit vorgegebener Soll-Drehzahl gedreht wird, daß von einem
zweiten Zeitpunkt an dieser Generator hochgefahren wird, bis eine vorgegebene Freisetzdrenzahl
erreicht ist, daß von einem dritten Zeitpunkt an ein anderer Generator auf die vorgegebene
Drehzahl mittels des Umrlchters hochgefahren wird, während der ausgewählte
Generator
vom Umrichter getrennt ist und frei ausläuft, und dae von einem vierten Zeitpunkt
an dieser Generator wieder an den Wechselrichter angeschlossen ist, wobei die Drehzahl-Regeleinrichtung
wirksam ist.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden in folgenden anhand von
drei Figuren näher erläutert. Es zeigt Figur 1 eine Anfahreinrichtung für einen
an eine Turbine angekuppelten Generator, dessen Welle über einen Drehzahl-Regelkreis
auf Turn-Drehzahl gehalten wird, Figur 2 Einzelheiten der in Figur 1 dargestellten
zentralen Anlaufsteuerung, Figur 3 eine Anfahreinrichtung zum Anfahren eines oder
mehrerer Generatoren, und Figur 4 ein Diagramm, in dem der zeitliche Drehzahlverlauf
von vier Generatoren aufgetragen ist, die gleichzeitig im Drehbetrieb gehalten werden.
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Gemäß Figur 1 ist eine Schwarzstartanordnung Soh vorgesehen, um die
Welle W eines Generators G anzutreiben. Die Schwarzstartanordnung Sch, welche aus
einem Dieselantrieb D und einem damit gekuppelten Hilfsgenerator HG besteht, versorgt
im gezeigten Betriebsfall über einen geschlossenen Schalter all sowohl den Hauptstromkreis
als auch den Erregerstromkreis des Generators G. Beide Kreise können stattdessen
auch bei geöffnetem Schalter all über einen Schalter a3 aus einem Stromnetz M versorgt
werden.
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Der Ausgang des Hilfsgenerators HG ist im gezeigten Betriebsfall über
einen geschlossenen Schalter a4 und über einen Stromrichter-Transformator m3 an
den Eingang eines Umrichters ul, u2 geschaltet, ler aus einem Gleichrichter ul und
einem
Wechselrichter u2 besteht, welche im vorliegenden Fall über
einen Zwischenkreis miteinander verbunden sind. Im Zwischenkreis befindet sich ein
geschlossener Schalter a6 sowie eine Drossel k1, welche für einen eingeprägten Zwischenkreisstrom
sorgt. Der Wechselrichter u2 ist ausgangsseitig über einen weiteren geschlossenen
Schalter a5 an den Anker des Generators G angeschlossen.
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Der Ausgang des Hilfsgenerators EG ist ferner über einen geschlossenen
Schalter a7, einen Eigenbedarfs-Transformator m5 und einen weiteren Schalter a8
ar den Eingang eines Hilfserreger-Gleichrichters u3 mit steuerbaren Ventilen gelegt.
Dieser Hilfserreger-Gleichrichter u3 wird von einem Steuersatz u13 gesteuert, der
seinerseits über seinen Eingang 13 von einem (nicht dargestellten) Regler, der z.B.
zur Regelung der Ankerspannung ULA vorgesehen ist, gesteuert sein kann. Der Ausgang
des Hilfserreger-Gleichrichters u3 ist über einen Schalter a10 an die Erregerwicklung
E des Generators G angeschlossen.
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Auf der Welle W ist ein Polradlagegeber P befestigt, welcher den Steuersatz
u5 des Wechselrichters u2 in Abhangigkeit von der Lage der Welle W taktet. Der Wechselrichter
u2 erhält somit Kommutierungsbefehle in der Weise, daß durch das von der Erregerwicklung
E gebildete Erregerfeld und durch die Ankerdurchflutung des Generators G ein Drehmoment
gebildet wird. Der Polradlagegeber P schaltet also die Ankerdurchflutung weiter,
sobald das Polrad des Generators G einen Winkel von z.B. 600 el. durchlaufen hat.
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Zur Konstanthaltung der Drehzahl n der Welle W ist eine im folgenden
näher beschriebenen Drehzahl-Regeleinrichtung vorgesehen. Damit soll erreicht werden,
daß die Welle W ohne nydrauliscne Dreheinrichtung auf einer niedrigen Soll-Drehzahl
n* von z.B. 100 U/min, der Turn-Drehzahl nT, gehalten wlrd.
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Geirä gur 1 akQet der Bolrrdlagegeber P nicht nur den
Steuersatz
u5, sondern auch einen Frequenz-Spannungs-Umsetzer u6, dessen Ausgang in eine zentrale
Anlaufsteuerung u7 führt.
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Polradlagegeber P und Frequenz-Spannungs-Umsetzer u6 wirken zusammen
als Drehzahlmesser zur Ermittlung der Ist-Drehzahl n der Welle W. Die zentrale Anlaufsteuerung
u7 enthält neben anderen Funktions-Bauelementen einen Vergleicher v2, der vom Frequenz-Spannungs-Umsetzer
u6 mit dem Istwert der Drehzahl n und von einem Solldrehzahlgeber gl mit dem Sollwert
der Drehzahl n* gespeist wird. Als Solldrehzahlgeber gl dient z.B.
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ein an eine Spannungsquelle geschaltetes Potentiometer. Die vom Vergleicher
v2 ermittelte Drehzahlabweichung (n* - n) wird in einen Drehzahlregler xi gegeben,
an dessen Ausgang ein als Ankerstrom-Sollwert IA verwendetes Ausgangssignal erscheint.
Der Vergleicher v2 und der Drehzahlregler xl können in einer Baueinheit vereinigt
sein, z.B. in einem integrierten Schaltkreis. Der Sollwert des Ankerstromes It ist
über einen steuerbaren zweipoligen Umschalter a12, beispielsweise über Relaiskontakte
oder über einen kontaktlosen Schalter, in den ersten Eingang eines Ankerstrom-Vergleichers
vl gegeben. Dessen zweiter Eingang wird über einen Gleichrichter null, der mit einem
als Sonde U dienenden Stromwandler am Eingang des Gleichrichters ul verbunden ist,
mit dem Istwert des Ankerstromes 1A versorgt. Der Ankerstrom-Vergleicher vl ist
über einen Ankerstromregler u10 mit dem Steuersatz u8 des Gleichrichters ul verbunden.
Somit wird in Abhängigkeit von der Ankerstromabweichung (IA - IA) die Spannung und
damit auch der Strom im Zwischenkreis des Umrichters ul, u2 gesteuert. Die Drehzahlregeleinrichtung
sorgt dafür, daß die Drehzahl n der Welle W auf Soll-Drehzahl n*, also auf der Turn-Drehzahl
nU, festgehalten wird.
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In den vier Betriebsarten Netzatart, Phasenschieberbetrieb, Bremsbetrieb
und Hochfahren durch Schwarzstart befindet sich der Umschalter a12 abweichend von
der Darstellung in Figur 1 in der linken Position. In diesen Betriebsarten ist der
Drehzahlregler xl also aus der Verbindung zwischen Frequenz-Spannungs-Umsetzer u6
und Vergleicher v1 herausgeschaltet, und der Ankerstromsollwert IA wird über einen
Funktionsgeber x2
in Abhängigkeit von der gemessenen Ist-Drehzahl
n der Welle W und von der Betriebsart vorgegeben. Die Betriebsart kann an einem
Programmwähler ai3 am Funktionsgeber x2 von außen eingestellt werden. Der Programmwähler
al3 speichert die über Leitungen p gegebenen Programmbefehle und bestimmt mit diesen
die Betriebsart des Umrichters ul, u2. Er erfüllt also im wesentlichen eine Schaltfunktion
und ist daher in Figur 1 als Schalter eingezeichnet.
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Turn-Betrieb Soll nun die Betriebsartr also drehzahlgeregelter Betrieb,
eingenommen werden, so wird der Umschalter a12 durch ein von außen zugeführtes Signal
in die gezeigte rech-te Position umgeschaltet. Damit wird der erste Eingang des
Vergleichers vl vom Ausgang des Funktionsgebers x2 auf den Ausgang des Drehzahlreglers
xl und der Ausgang des Funktionsgebers x2 auf den Begrenzungseingang des Drehzahlreglers
xl geschaltet. Dem Drehzahlregler xl wird somit über den Funktionsgeber x2, der
gleichzeitig mittels des Programmwählers a13 auf diese Betriebsart umgestellt worden
ist, ein von der Ist-Drehzahl n abhängiger maximaler Ausgangsgrenzwert I L vorgegeben.
Dieses Umschalten bedeutet also einen tbergang vom stromgeregelten Betrieb des Umrichters
ul, u2 auf drehzahlgeregelten Betrieb mit unterlagerter Stromregelung mit einer
Stromgrenzwertfuhrung in Abhängigkeit von der Betriebsart und der Drehzahl. Regler
mit Begrenzungseingängen sind an sich bekannt. Eine an den Begrenzungseingang gelegte
Spannung begrenzt über Dioden die Aus gangsspannung des Reglers auf einen entsprechenden
Wert.
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Die zentrale Anlaufsteuerung u7 ist die Steuerzentrale für die Anfahreinrichtung.
Von ihr gehen z.B. die Steuerbefehle für alle Schalter aus. Die symbolisch angedeuteten
Steuerleitungen sind mit 1 bezeichnet. Die zentrale Anlaufsteuerung u7 enthält somit
noch eine weitere Anzahl von Funktionselementen, welche in Figur 1 nicht eingezeichnet
sind. Auf diese Funktionselemente soll anhand von Figur 2 ergänzend eingegangen
werden. Der gemäß Figur 2 in der zentralen Anlaufsteuerung
u7 enthaltene
Programmwähler a13 speichert die von außen über die Leitungen p gegebenen Programmbefehle,
welche die Betrieb art festlegen. Dabei sind die Betriebsarten Netzstart, Schwarzstart,
Phasenschieberstart, Bremsbetrieb und Drehen mit Turn-Drehzahl möglich. Auf Befehl
über die Start-Stop-Leitung st stellt der Programmwähler a13 die für den Umrichter
ul, u2 maßgeblichen Führungsgrößen, z.B. die Drehzahl n, den Erregerstrom 1E und
den Ankerstrom I; ein, und zwar an dem Funktionsgeber x2, an einer Drehzahl-Überwachungseinrichtung
x3 und indirekt auch an einer Erregerstrom-8berwachungseinrichtung x4. Er kann ferner
den Drehzahlregler xl sperren. Er ist weiterhin an eine Schalter-Betätigungseinrichtung
x5 angeschlossen. Die Programmbefehle können von Hand oder auch von einer Automatik
über die Leitungen p in den Programmwähler a13 gegeben werden.
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In der Drehzahl-Uberwachungseinrichtung x3 wird die Ist-Drehzahl n
mittels Grenzwertmeldern auf ttber- und Unterschreitung der vom Programmwähler a13
vorgegebenen Drehzahlgrenzwerte überwacht. Diese Grenzwerte können eine Mindestdrehzahl
nmin, die Turn-Drehzahl nA, eine Drehzahl von z.B. 0,7 nN, die Nenndrehzahl nN,
eine Ubernenndrehzahl nU und eine Maximaldrehzahl nmax sein. Mit den gewonnenen
Signalen wird die Schalter-Betätigungseinrichtung x5 angeregt. Es werden damit ferner
in der Erregerstrom-Uberwachungseinrichtung x4 Erregerstrom-Grenzwerte umgeschaltet,
und schließlich werden über Leitungen p Impulsschiebebefehle an den Steuersatz u5
(Figur 1) gegeben sowie äußere (nicht gezeigte) Melde- und Betriebs-Uberwachungseinrichtungen
beeinflußt.
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In der Erregerstrom-Überwachungseinrichtung x4 wird der in der Erregerwicklung
E des Generators G fließende Erregerstrom IB, der mittels einer (in Figur 2 nicht
gezeigten) Sonde gemessen wird, auf ffberschreiten und Unterschreiten der vom Programmwähler
a13 vJrgegebenen Grenzwerte überwacht. Diese Grenzwerte können Ig = 0, e;n minimaler
Wert IEmin und ein
für die Nenndrehzahl nN erforderlicher Wert
1EN sein. Mit den Ausgangssignalen wird die Schalter-Betätigungseinrichtung x5 angeregt;
außerdem werden über die Leitung o (nicht gezeigte) äußere Schutz- und Meldeeinrichtungen
beeinflußt.
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In der Schalter-Betätigungseinrichtung x5 werden die Ausgar,gstignale
der Drehzahl- und der Erregerstrom-berwachungseinrichtung x3 bzw. x4 mit den aus
dem Programmwähler a13 kommenden Leitbefehlen verknüpft. Daraus werden in Abhängigkeit
von Start-Stop-Befehlen und Schalter-Rückmeldungen, die ebenfalls über die Leitungen
st eintreffen, Ein- und Aus-Befehle für die Umrichter- und Erregerschalter in Figur
1 gebildet.
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In Figur 3 ist eine Anfahreinrichtung gezeigt, mit der ein oder auch
nacheinander mehrere an jeweils eine Turbine angekuppelte Generatoren auf eine vorgegebene
Drehzahl hochgefahren werden können. Diese Drehzahl kann entweder die Ablösedrehzahl
nA, welche z.B. nA = 0,5 nN beträgt, die Nenndrehzahl nN oder auch eine Übnenndreheahl
nU sein, welche beispielsweise nU = 1,05 nN beträgt. Die Figur 3 zeigt unter Verzicht
auf Einzelheiten nur die zum Verständnis notwendigen Bauteile.
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Ein Umrichter ul, u2 mit einer Drossel kl im Zwischenkreis ist eingangsseitig
über einen Stromrichter-Transformator m3 an ein Stromnetz M und ausgangsseitig an
eine Anfahrschiene p angeschlossen. Es sind z = 4 Generatoren G1 bis G4 vorgesehen,
welche über Wellen W1 bis W4 an jeweils eine (nicht gezeigte) Turbine angekuppelt
sind. Die Erregerwicklungen dieser Generatoren Gl bis G4 sind mit El bis E4 bezeichnet.
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Ihre Ankerwicklungen sind über z = 4 Schalter a51, a52, a53 bzw. a54,
die von der zentralen Anlaufsteuerung u7 steuerbar sind, an die Anfahrschiene p
anschließbar. Auf jeder der Wellen W1 bis W4 ist ein Polradlagegeber P1 bis P4 befestigt.
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Mit jedem der Polradlagegeber P1 bis P4 kann der Steuersatz u5 des
Wechselrichters u2 getaRte' werden. Zur bertragung
der Taktimpulse
von den Polradlagegeber Pl bis P4 ist ein Auswahlschalter d vorgesehen, der die
Schaltstellungen 1 bis 4 besitzt und abweichend von der zeichnerischen Darstellung
vorzugsweise als kontaktloser Schalter ausgeführt ist. Jeder Polradlagegeber P1
bis P4 ist somit über den Auswahlschalter d an den Steuersatz u5 schaltbar. Die
Schaltstellung des Auswahlschalters d wird über die gestrichelt eingezeichnete Steuerleitung
von der zentralen Anlaufsteuerung u7 bestimmt.
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Der Eingang des Steuersatzes u5 ist weiterhin mit einem Frequenz-Spannungs-Umsetzer
u6 verbunden, dessen Ausgangsspannung ein Haß für die Ist-Drehzahl. n desjenigen
Generators Gl bis G4 ist, auf den der Auswwhlschalter d eingestellt ist.
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Diese Ist-Drehzahl n wird in die zentrale Anlaufsteuerung u7 gegeben,
welche eine Drehzahlregel-Einrichtung gemäß Figur 1 enthält. Die zentrale Anlaufsteuerung
u7 ist über eine mit R bezeichnete Regeleinrichtung, die anhand von Pigur 1 ebenfalls
ausfuhrlich erläutert wurde, an den Steuersatz u8 des Gleichrichters ul angeschlossen.
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Zu einem Zeitpunkt t1 befinden sich die Schalter a51 bis a54 und d
in den in Figur 3 gezeigten Schaltstellungen. Die Schalter a51, a52 und a54 sind
also geoffnet, und der Auswahlschalter d befindet sich in der Schaltstellung 3.
Der Generator Gl wird von der angeschlossenen Turbine auf Nenndrehzahl nN gehalten;
seine Ankerwicklung speist gegebenenfalls über einen Transformator in ein Wechselstromnetz
N ein. Die Generatoren G2 und G4 sind stillgesetzt (n = o). Der Generator G3 ist
über den geschlossenen Schalter a53 an den Umrichter ul, u2 angeschlossen und wird,
gesteuert über die Drehzahlregel-Einrichtung, it vorgegebener Soll-Drehzahl, und
zwar mit konstanter Tu. rn-Drehzahl nT von z.B. 100 U/min betrieben.
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Besteht nun die Aufgabe, den Generator G4 z.B. auf Nenndrehzahl n¢
hochzufahren, während der Generator G3 weiter gedreht werden soll, so wird folgendermaßen
vorgegangen:
Von einem zweiten Zeitpunkt t2 ab sorgt die zentrale
Anlaufsteuerung u7 dafür, daß der Generator G3 hochgefahren wird, und zwar so lange,
bis zu einem dritten Zeitpunkt t3 eine vorgegebene Freisetzdrehzahl nF erreicht
ist. Diese kann z.B. nF = 300 U/min betragen. Hat der Generator G3 die Freisetzdrehzahl
nF erreicht, so wird der Schalter a53 geöffnet, der Schalter a54 geschlossen und
der Auswahlschalter d in die Schaltstellung 4 gebracht. Vom Zeitpunkt t3 an ist
der Generator G3 also vom Umrichter ul, u2 getrennt; er ist von nun an sich selbst
überlassen und kann frei auslaufen. Gleichzeitig wird der Generator G4 von dem über
die zentrale Anlaufsteuerung u7 gesteuerten Umrichter ul, u2 hochgefahren, bis er
die vorgegebene Nenndrehzahl nN von z.B. 3000 U/min erreicht hat. Die Auslaufzeit
des auf Freisetzdrehzahl nF hochgefahrenen Generators G3 ist größer als die Hochlaufzeit
des Generators G4. Nach dem Hochfahren des Generators G4 auf Nenndrehzahl nN wird
sich der Generator G3 also noch drehen.
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Zu einem vierten Zeitpunkt t4, bei dem der Generator G4 die Nenndrehzahl
nN bereits erreicht hat, wird der Schalter a54 wieder geöffnet, der Schalter a53
geschlossen und der Auswahlschalter d auf die Schaltstellung 3 zurückgestellt. Der
Generator G3 ist somit wieder an den Wechselrichter u2 angeschlossen, so daß er
bei wirksamer Drehzahl-Regeleinrichtung wieder auf Turn-Drehzahl nT eingefangen
wird. Anschließend kann auch der Generator G2 auf eine vorgegebene Drehzahl hochgefahren
werden.
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Bei der Erläuterung des Hochfahrens eines Generators G4 und des gleichzeitigen
Haltens eines anderen Generators G3 auf Drehbetrieb gemäß Figur 3 wurde vorausgesetzt,
daß die zentrale Anlaufsteuerung u7 eine Drehzahl-Regeleinrichtung enthält. Diese
Voraussetzung kann auch weiterhin aufrechterhalten werden. Allerdings wird in diesem
Fall eine höhere Freisetzdrehzahl nF gewrlt; auf diese ist der Solldrehzahlgeber
eingestellt.
Anhand der Figuren 3 und 4 soll erläutert werden, daß mehrere Generatoren G1 bis
G4 gleichzeitig mit einem einzigen Umrichter ul, u2 im Drehbetrieb gehalten werden
können.
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Dabei muß allerdings in Kauf genommen werden, daß ihre Drehzahlen
während des Drehbetriebs variieren.
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Der Einfachheit halber sei angenommen, daß die in Figur 3 gezeigten
Generatoren Gl bis G4 zunächst stillstehen (n = und daß die Schalter a51 bis a54
zunächst geöffnet sind. Zu einem Zeitpunkt t?1 (vergl. Figur 4) wird der Schalter
a51 geschlossen und der Auswahlschalter d in die Schaltstellung 1 gebracht. Die
zentrale Anlaufsteuerung u7 sorgt dafür, daß der Generator Gl beschleunigt wird.
Mit Hilfe des Drehzahlmessers P1, u6 wird in der zentralen Anlaufsteuerung u7 ermittelt,
wann der Generator Gl eine vorgegebene Preisetzdrehzahl nF von z.B. 450 U/min erreicht
hat. Zu diesem Zeitpunkt t'2 sorgt die zentrale Anlaufsteuerung u7 dafür, daß der
Auswahlschalter d in die Schaltstellung 2 übergeht, daß der Schalter a51 wieder
geöffnet und daß der Schalter a52 geschlossen wird. Somit wird von nun an der Generator
G2 hochgefahren. Unterdessen läuft der Generator G1 frei; er verringert infolge
der Reibungsverluste an der Welle W1 etwas seine Drehzahl.
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Hat der Generator G2 die vorgegebene Freisetzdrehzahl nF erreicht,
so wird zum Zeitpunkt t'3 der Auswahlschalter d in die Schaltstellung 3 umgeschaltet,
nachdem der Schalter a52 geöffnet und der Schalter a53 geschlossen wurde. Zu einem
Zeitpunkt t'4, zu dem der Generator G3 seine Freisetzdrehzahl nF erreicht hat, wird
er ebenfalls durch Öffnen des Schalters a53 freigesetzt und der Generator G4 nach
Schließen des Schalters ä54 beschleunigt. Ist zu einem Zeitpunkt t' 5 auch dieser
Generator G4 hochgefahren, hat die Drehzahl n des Generators Gl inzwischen wegen
der Reibungsverluste weiter abgenommen.
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Die Drehzahlabnahme wurde in Figur 4 als geradlinig angenommen.
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Zu einem Zeitpunkt t'6 hat der Generator G1 gemäß Figur 4 eine vorgegebene
Minimaldrehzahl nm erreicht, die nur noch einen Bruchteil der Freisetzdrehzahl nF
beträgt, z.B. 0,) nF. Aus Figur 4 ist ersichtlich, daß die Auslaufzeit (t'6 - t'1)
des Generators G1 größer ist als die Hochlaufzeit (t'5 - t'1) aller 5 Generatoren
G1 bis G4 bis zur Freisetzdrehzahl.nF. Um ein Stillsetzen zu verhindern, wird zu
diesem Zeitpunkt t 6 der Schalter a54 geöffnet, der Auswahlschalter d in die Schaltstellung
1 gebracht und der Schalter a51 geschlossen. Der Generator Gl wird somit aufgefangen
und wieder auf die Freisetzdrehzahl beschleunigt.
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Dieses Schaltspiel der Schalter a51 bis a54 und d wiederholt sich
zyklisch. Es ist in der Tabelle nochmals in übersichtlicher Weise angegeben.
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Tabelle:
| Zeit Schalter |
| a51 a52 a53 a54 d |
| t'1 x 1 |
| t'2 x 2 |
| t'3 x 3 |
| t'4 x 4 |
| t'6 x 1 |
| t'8 x 2 |
Ein Kreuz zeigt darin an, daß der betreffende Schalter geschlossen ist. Die Erregerwicklung
El bis E4 sind jeweils beim Beschleunigen von Erregerstrom durchflossen.
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Es sei darauf hingewiesen, daß zwischendurch jeweils ein Generator
statt auf Preisetzdrehzahl nF auf die vorgegebene höhere Drehzahl nA, nN oder nU
hochgefahren werden kann, z.B. der Generator Gl mit Beginn des Zeitpunkts t6. Dieses
ist durch die gestrichelte Linie h in Figur 4 angedeutet. Dieser Generator wird
dann vom nächsten Zyklus an beim Umschalten zur Aufrechterhaltung des Drehbetriebs
nicht mehr berücksichtigt.
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7 Patentansprüche 4 Figuren