DE280186C - - Google Patents
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KAISERLICHESIMPERIAL
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Vr 280186 -KLASSE 21 d. GRUPPE Vr 280186 - CLASS 21 d. GROUP
Um zwei Wechselstromnetze von gleicher oder verschiedener Phasenzahl, Spannung und Frequenz aufeinander arbeiten zu lassen, bedient man sich vielfach mehrerer Gruppen von Motorgeneratoren, welche parallel betrieben werden und die Leistung des einen Netzes auf das andere übertragen. Sind die Maschinen dieser Gruppen alle Synchronmaschinen, dann ist es nicht ohne weiteres möglich, die BelastungTo two alternating current networks of the same or different number of phases, voltage and To let frequency work on each other, one often makes use of several groups of Motor-generators, which are operated in parallel and the power of one network transmit the other. If the machines in this group are all synchronous machines, then it is not readily possible to take the strain
ίο beliebig auf alle parallel arbeitenden Gruppen zu verteilen. Dies bedeutet einerseits eine verschiedene Beanspruchung und Ausnutzung der einzelnen Maschinen während des Betriebes und andererseits die Unmöglichkeit, ein stoßfreies Ab- und Zuschalten der einzelnen Gruppen bewirken zu können. Es ist nämlich zu beachten, daß ζ. Β. beim Zuschalten eines zunächst leerlaufenden Generators an das Netz die Phase der Netzspannung einen relativ großen Winkel mit der Phase der Generatorspannung bildet, so daß im Moment des Einschaltens ein ganz erheblicher Stromstoß auftritt.ίο Any number of groups working in parallel to distribute. This means on the one hand a different stress and utilization of the individual machines during operation and, on the other hand, the impossibility of a bumpless To be able to switch off and switch on the individual groups. It should be noted that that ζ. Β. when connecting an initially idling generator to the grid, the phase the mains voltage forms a relatively large angle with the phase of the generator voltage, so that at the moment of switching on a very significant current surge occurs.
Man hat daher bereits vorgeschlagen, die Spannungsphasen der parallel arbeitenden Generatoren durch mechanische Verstellung der Statoren bzw. der Rotoren regelbar zu machen, so daß es möglich ist, die Belastung beliebig auf die einzelnen Generatoren zu verteilen, mittels Einstellung der der jeweiligen Belastung entsprechenden Phasenverschiebung zwischen Erregerfeld und induzierter Spannung der zu schaltenden Maschine. Beim Zuschalten eines Motorgenerators kann nach diesem Verfahren, also z. B. durch Verstellung des Motor- oder Generatorstators, die Spannung des zuzuschaltenden, vollerregten Generators mit der Netzspannung genau phasengleich gemacht werden, so daß keine Stromaufnahme noch -abgabe stattfindet. Ein Stromstoß wird demnach hierbei vollkommen vermieden.It has therefore already been proposed that the voltage phases of the generators working in parallel to make adjustable by mechanical adjustment of the stators or the rotors, so that it is possible to increase the load as desired to distribute the individual generators, by setting the corresponding load Phase shift between the excitation field and the induced voltage of the machine to be switched. When switching on a Motor generator can according to this method, so z. B. by adjusting the engine or Generator stator, the voltage of the fully excited generator to be switched on with the mains voltage be made exactly in phase, so that no current consumption or output takes place. A current surge is therefore completely avoided.
Die zur mechanischen Drehung des Stators oder Rotors erforderlichen Einrichtungen beeinflussen aber die Stabilität des Aufbaues in durchaus ungünstiger Weise. Während bei der normalen Konstruktion der schwere Stator in solider Weise gelagert und verankert ist, muß er im erwähnten Falle drehbar angeordnet sein und dabei doch den großen auf ihn wirkenden ■ magnetischen Kräften widerstehen können. Dies erfordert teuere und komplizierte Anordnungen, besonders wenn es sich um Maschinen für große Leistungen handelt. Ferner ist aber die abnormale Bauart und umständliche Montage derartiger Maschinen vom Standpunkt einer rationellen Fabrikation aus unbedingt zu verwerfen.Influence the equipment required for mechanical rotation of the stator or rotor but the stability of the structure in a completely unfavorable way. While in the normal construction the heavy stator in is solidly mounted and anchored, it must be rotatably arranged in the case mentioned and at the same time be able to withstand the great magnetic forces acting on him. This requires expensive and complicated arrangements, especially when it comes to machines acts for great achievements. Furthermore, the abnormal design and cumbersome assembly such machines from the point of view of a rational manufacture from absolutely discard.
Es ist nun Gegenstand vorliegender Erfindung ein Verfahren zur Belastungsverteilung, besonders beim Ab- und Zuschalten, von parallel arbeitenden, durch Synchronmotoren ange-It is now the subject of the present invention a method for load distribution, in particular when switching on and off, of parallel working, connected by synchronous motors
triebenen Synchrongeneratoren, nach welchem die mechanische Drehung des Stators oder Rotors und die damit verbundenen Nachteile vollkommen vermieden werden. Um die Belastung in beliebiger Weise auf die einzelnen parallel arbeitenden Generatoren zu verteilen, soll die Spannungsphase des Netzes oder des Generators auf elektrischem Wege durch Einfügen einer innerhalb oder außerhalb der Synchronmaschinen erzeugten, gegen die Netz- bzw. Generatorspannung phasenverschobenen, regelbaren Zusatzspannung regelbar gemacht werden. Soll die Zusatzspannung außerhalb der Synchronmaschine erzeugt werden, dann verwendet man hierzu zweckmäßig Zusatzmaschinen, Induktionsregler oder Transformatoren, deren Sekundärwicklungen mit der Generatorwicklung oder dem Netz in Reihe zu schalten sind. Soll die Zusatzspannung dagegen innerhalb der Synchronmaschine erzeugt werden, dann verwendet man Zusatzwicklungen auf dem induzierten oder dem induzierenden Teil, welche gegen die Hauptwicklung verschoben angeordnet sind und nach Bedarf zu- oder abgeschaltet werden können. Diese verschiedenen Mittel der Einfügung einer Zusatzspannung können auch kombiniert angewendet werden.driven synchronous generators, according to which the mechanical rotation of the stator or Rotors and the associated disadvantages can be completely avoided. To the burden to be distributed in any way to the individual generators working in parallel, is intended to electrically insert the voltage phase of the network or the generator one generated inside or outside the synchronous machine, against the mains or Generator voltage phase-shifted, adjustable additional voltage can be made adjustable. If the additional voltage is to be generated outside the synchronous machine, then it is used For this purpose, additional machines, induction regulators or transformers and their secondary windings are useful are to be connected in series with the generator winding or the mains. Should the additional voltage, however, be within the synchronous machine are generated, then one uses additional windings on the induced or the inducing part, which against the Main winding are arranged shifted and can be switched on or off as required can. These various means of inserting an additional voltage can also can be used in combination.
Der Erfindungsgegenstand soll nunmehr an Hand der durch die Fig. 1 bis 5 dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. In diesen Figuren sind zwei parallel arbeitende, aus Synchronmaschinen bestehende Motorgeneratorgruppen dargestellt, welche Energie aus einem Einphasennetz in ein Dreiphasennetz (undThe subject matter of the invention will now be based on the illustrated by FIGS Embodiments are explained in more detail. In these figures are two working in parallel, Motor generator groups consisting of synchronous machines are shown, which energy from a single-phase network into a three-phase network (and
35. umgekehrt) übertragen.35. vice versa) transferred.
In Fig. ι bedeutet: I die aus den Synchronmaschinen ZT1 und D1 bestehende Motorgeneratorgruppe, II die aus den Synchronmaschinen ZJ2 und D2 bestehende Motorgeneratorgruppe, 2V1 ein Einphasennetz, 2V2 ein Dreiphasennetz, / einen Einphaseninduktionsregler. S1, S2, S3 und S4 sind Schalter, U1, U2 und U3 sind Umschalter. In Fig. 1 means: I the motor generator group consisting of the synchronous machines ZT 1 and D 1 , II the motor generator group consisting of the synchronous machines ZJ 2 and D 2 , 2V 1 a single-phase network, 2V 2 a three-phase network, / a single-phase induction regulator. S 1 , S 2 , S 3 and S 4 are switches, U 1 , U 2 and U 3 are changeover switches.
Wie aus der Figur ersichtlich, ist 2J1 an das Netz 2V1 und D1 an das Netz 2V2 angeschlossen. Von der Gruppe II ist ZJ2 ebenfalls an das Netz 2Vj, aber über den Induktionsregler / angeschlossen, und die Primärwicklung von / wird dabei von einer gegen die Netzspannung von 2V1 um 90 ° phasen verschobenen Spannung erregt. Diese Spannung wird im vorliegenden Falle einer zur Haupt wicklung senkrechten Hilfswicklung der Maschine 2J1 entnommen. Die Spannung an den Klemmen der Maschine ZT2 setzt sich also aus zwei aufeinander senkrechten Komponenten, nämlich der Netzspannung von 2V1 und der Sekundärspannung von / zusammen und ist demnach gegen die Netzspannung von 2Vj phasenverschoben. Die Größe des Phasen winkeis kann nun durch Regelung, der sekundären Induktionsreglerspannung geregelt und so eingestellt werden, daß beim Schließen des Schalters S2 die Maschine D2 weder Strom von 2V2 aufnimmt, noch an dieses Netz abgibt. Ist die Aufeinanderschaltung erfolgt, dann kann man die Sekundärwicklung von / allmählich gegen die Primärwicklung bis zu 90° verstellen und damit den Phasenwinkel zwischen der Klemmenspannung von E2 und der Netzspannung von 2V1 gleich O machen. Hierdurch wird dann die Netzbelastung sich auf die beiden Gruppen I und II gleichmäßig oder in bestimmter Weise verteilen. Hat die Sekundärspannung von / den Wert O erreicht, dann wird man zweckmäßig die Maschine E2 durch den Umschalter U2 direkt ans Netz 2V1 legen. Die Schaltung ist für die beiden Gruppen I und II symmetrisch gezeichnet.As can be seen from the figure, 2J 1 is connected to the network 2V 1 and D 1 to the network 2V 2 . From group II, ZJ 2 is also connected to the mains 2Vj, but via the induction regulator /, and the primary winding of / is excited by a voltage that is 90 ° out of phase with the mains voltage of 2V 1. In the present case, this voltage is taken from an auxiliary winding of the machine 2J 1 which is perpendicular to the main winding. The voltage at the terminals of the machine ZT 2 is made up of two mutually perpendicular components, namely the mains voltage of 2V 1 and the secondary voltage of / and is therefore out of phase with the mains voltage of 2Vj. The size of the phase angle can now be regulated by regulation of the secondary induction regulator voltage and adjusted so that when the switch S 2 is closed, the machine D 2 neither takes up current of 2V 2 nor delivers it to this network. Once the connection has been made, the secondary winding can be gradually adjusted from / to the primary winding by up to 90 ° and the phase angle between the terminal voltage of E 2 and the mains voltage of 2V 1 is equal to 0. As a result, the network load will then be distributed evenly or in a certain way between the two groups I and II. Has from / O reaches the value of the secondary voltage, then it will be expedient place the engine E 2 through the changeover switch U 2 directly to the power 2V. 1 The circuit is drawn symmetrically for both groups I and II.
Im Falle der Fig. 1 ist die phasenverschobene ■ Zusatzspannung (welche senkrecht zur Hauptspannung steht) durch Fremderregung des Induktionsreglers erzeugt. Man kann sie aber auch durch den Strom der Maschine E2 selbst erzeugen, wenn man gemäß Fig. 2 die beiden Wicklungen des Induktionsreglers in Reihe mit sich und mit der Wicklung von .2J2 schaltet. Der Induktionsregler stellt in diesem Falle eine regelbare Drosselspule dar, deren Spannung in der Phase senkrecht auf dem Strom steht. Da nun der Strom des Generators 2J2 je nach der Erregung von 2J2 selbst mehr oder weniger mit der zugeführten Spannung phasengleich gemacht werden kann, so bildet die Phase der Drosselspulenspannung mit der Phase der Netzspannung einen Winkel von annähernd 90 °. Die Größe der phasenverschobenen Spannung am Induktionsregler kann nun aber durch die relative Stellung des festen oder drehbaren Teiles gegeneinander variiert und bei 180 "-Stellung gleich O gemacht werden. Im letzteren Falle wird aber auch der Winkel zwischen der Spannung der Maschine 2J2 und der Netzspan^ nung verschwinden.In the case of FIG. 1, the phase-shifted additional voltage (which is perpendicular to the main voltage) is generated by external excitation of the induction regulator. However, it can also be generated by the current of the machine E 2 itself if, as shown in FIG. 2, the two windings of the induction regulator are connected in series with themselves and with the winding of .2J 2 . In this case, the induction regulator is an adjustable choke coil, the voltage of which is perpendicular to the current in phase. Since the current of the generator 2J 2 itself can be made more or less in phase with the supplied voltage, depending on the excitation of 2J 2 , the phase of the inductor voltage forms an angle of approximately 90 ° with the phase of the mains voltage. The size of the phase-shifted voltage at the induction regulator may now but by the relative position of the fixed or rotatable member against each other varies, and can be made at 180 "position is O. In the latter case but is also the angle between the voltage of the machine 2J 2 and the net support ^ nung disappear.
Fig. 3 zeigt eine der Fig. 2 analoge Anordnung, nur daß der als regelbare Drosselspule wirkende Induktionsregler dreiphasig ausgeführt und mit der Maschine D2 in Reihe geschaltet ist. Auch in Fig. 2 und 3 ist die Schaltung symmetrisch für die beiden Gruppen I und II gezeichnet. Der Induktionsregler kann in Fig. 2 und 3 durch den Umschalter U auf die Maschinen der Gruppe I geschaltet werden.FIG. 3 shows an arrangement analogous to FIG. 2, except that the induction regulator acting as a controllable choke coil is designed in three phases and is connected in series with the machine D 2. In Fig. 2 and 3, the circuit is drawn symmetrically for the two groups I and II. The induction regulator can be switched to the machines of group I in FIGS. 2 and 3 by means of the changeover switch U.
Soll die Zusatzspannung in einer Maschine der Gruppe selbst erzeugt werden, dann ergibt sich beispielsweise eine Anordnung nach Fig. 4. In dieser Figur erhalten die beiden Einphasensynchronmaschinen 2J1 und ZJ2 wieder wie in Fig. ι die zur Hauptwicklung senkrecht angeordneten Hilfswicklungen auf dem induzierten Teil, was aus dem Grunde gut ausführ-If the boost voltage is generated in a machine of the group itself, then there is for example an arrangement according to Fig. 4. In this figure, the two Einphasensynchronmaschinen 2J 1 and ZJ 2 is obtained again, as in Fig. Ι the arranged perpendicular to the main winding auxiliary windings on the induced Part, which basically executes well-
bar ist, weil bei Einphasenmaschinen die Hauptspulen stets einige leere Nuten umfassen. Diese leeren Nuten erhalten die erwähnte Hilfswicklung. In Fig. 4 ist nun parallel zu jeder Hilfswicklung ein Widerstand geschaltet, ferner ist je eine Klemme der Hilfswicklung mit einer Klemme der Hauptwicklung verbunden. Während nun das freie Ende der Hauptwicklung unmittelbar an eine Netzleitung geschaltet ist,is bar, because in single-phase machines, the main coils always include some empty slots. These empty slots receive the mentioned auxiliary winding. In Fig. 4 is now parallel to each auxiliary winding a resistor connected, furthermore one terminal of the auxiliary winding is connected to one Main winding terminal connected. While now the free end of the main winding is connected directly to a power line,
ίο ist die andere Netzleitung mit den Wicklungen von Zi1 bzw. E2 über den regelbaren Widerstand W1 bzw. PF2 verbunden. Je nach der Stellung des Kontaktes K1 (bzw. K2) wird nun die Hilfswicklung mehr oder weniger vom Strom der Hauptwicklung durchflossen, und die Spannung der Hilfswicklung kommt als Komponente für die Klemmenspannung um so weniger in Betracht, je mehr sich der verschiebbare Kontakt dem mit der Hilfswicklung verbunde-η en Ende der Hauptwicklung nähert. In Fig. 4 liegt die Hauptwicklung von E1 unmittelbar am Netz, die Hauptwicklung von E2 dagegen ist in Reihe mit der Hilfswicklung und dem zu dieser parallelen Widerstand an das Netz angeschlossen.ίο the other power line is connected to the windings of Zi 1 or E 2 via the adjustable resistor W 1 or PF 2 . Depending on the position of the contact K 1 (or K 2 ) , the auxiliary winding is now more or less traversed by the current of the main winding, and the voltage of the auxiliary winding is less of a component for the terminal voltage, the closer the sliding contact is the end of the main winding connected to the auxiliary winding. In Fig. 4, the main winding of E 1 is directly connected to the network, the main winding of E 2, however, is connected in series with the auxiliary winding and the resistor parallel to it to the network.
Der Spannungsvektor von E2 ist demnach gegen den Vektor der Spannung von E1 und dem der Netzspannung um einen gewissen Winkel verschoben. Durch Bemessung der Hilfswicklung kann dieser Winkel genügend groß gemacht werden, um durch Schließen des Schalters S2 die Synchronmaschine D2 ohne Stromstoß an das Netz N2 anzuschließen.The voltage vector of E 2 is accordingly shifted by a certain angle relative to the vector of the voltage of E 1 and that of the mains voltage. By dimensioning the auxiliary winding, this angle can be made large enough to connect the synchronous machine D 2 to the network N 2 without a current surge by closing the switch S 2 .
Es ist für den Erfolg ohne Belang, ob man die Zusatzwicklung auf der Maschine E1 bzw. E2 oder Z)1 bzw. D2 und ob man sie auf dem induzierten oder dem induzierenden Teil der Maschine anbringt. Im letzteren Falle sind zwei räumlich versetzte Feldwicklungen vorhanden, eine Hauptfeldwicklung und eine Hilfsfeldwicklung. Die Hilfsfeldwicklung induziert die Zusatzspannung in derselben Wicklung, in welcher die Hauptspannung vom Hauptfeld induziert wird. Es ist zweckmäßig, das Feldsystem hierbei mit nicht ausgeprägten Polen auszubilden. Man kann auch die beiden Wicklungen des Feldsystems oder des Ankers in eine einzige Wicklung vereinigen, indem man eine Gleichstromwicklung mit mehreren räumlich versetzten Anzapfungen versieht. Je nachdem man dann von der einen Anzapfung durch allmähliches Uberschalten, gegebenenfalls über Widerstand, zu der anderen Anzapfung übergeht, verstellt man die Spannungsphase des Generators um einen entsprechenden Winkel. It is irrelevant for success whether the additional winding is attached to the machine E 1 or E 2 or Z) 1 or D 2 and whether it is attached to the induced or the inducing part of the machine. In the latter case, there are two spatially offset field windings, a main field winding and an auxiliary field winding. The auxiliary field winding induces the additional voltage in the same winding in which the main voltage is induced by the main field. It is advisable to design the field system with non-pronounced poles. The two windings of the field system or of the armature can also be combined into a single winding by providing a direct current winding with several spatially offset taps. Depending on whether one then moves from one tap to the other tap by gradually switching over, possibly via a resistor, the voltage phase of the generator is adjusted by a corresponding angle.
In Fig. 5 bedeutet G eine geschlossene Gleichstromwicklung (als Kreis dargestellt), a, b und c sind Anzapfungen, welche zu Klemmen oder Schleifringen geführt werden. Zwischen α und b ist der Widerstand W geschaltet, auf welchem der Kontakt K verschiebbar angeordnet ist.In Fig. 5, G denotes a closed direct current winding (shown as a circle), a, b and c are taps which are led to terminals or slip rings. The resistor W , on which the contact K is displaceably arranged, is connected between α and b.
Wenn der Kontakt K von Punkt δ nach α gerückt wird, wird die Achse der Wicklung um einen Winkel verstellt, welcher gleich ist dem Winkel 0. zwischen den Verbindungslinien a-c und h-c. Ist die Wicklung G die Wicklung des induzierten Teils, dann kann als Widerstand auch ein induktiver Widerstand, z. B. eine Drosselspule, verwendet werden.When the contact K is moved from point δ to α , the axis of the winding is adjusted by an angle which is equal to the angle 0 between the connecting lines ac and hc. If the winding G is the winding of the induced part, then an inductive resistor, e.g. B. a choke coil can be used.
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