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Einrichtung zur Beseitigung schädlicher Netzspannungsschwankungen
bei Kaskaden, bestehend aus Asynchronmaschinen und Kommutatorhintermaschinen Bei
Asynchronmaschinen, deren Sekundärstromkreis zur Verbesserung des Leistungsfaktors
und zur Drehzahlregelung mit einer Kommutatorhintermaschine verbunden ist, muß durch
eine entsprechende Ausbildung der Schaltung dafür gesorgt werden, daß bei Störungen
im Netz. besonders bei Spannungsschwankungen. das Auftreten unzulässig hoher Ströme
in der Asvnchronmaschine oder der Hintermaschine verhindert wird. Die Anordnung
einer vom Netz gespeisten Spannungsspule an dem Hauptschalter ist unvorteilhaft,
da der Spannungsauslöser bereits bei verhältnismäßig geringen Spannungsschwankungen
anspricht und die Maschine abschaltet, so daß geringe Spannungsschwankungen für
den gesamten Betrieb der Anlage weitgehende Betriebsstörungen zur Folge haben können.
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Selbst beim Auftreten größerer Spannungsschwankungen kann die Asynchronmaschine
betriebsfähig bleiben, da sie im Gegensatz zur Synchronmaschine gegen Spannungsschwankungen
auch größeren Ausmaßes unempfindlich ist. Man wird daher besonders bei zum Antrieb
von Gleichstromumformern dienenden Asynchronmaschinen das Abschalten der Asvnchronmaschine
beim Auftreten von Netzstörungen möglichst verzögern, um Störungen des Gleichstromnetzes
und das häufige Anlassen des Umformers zu vermeiden. Auch bei Asynchronblindleistungsmaschinen
ist es vorteilhaft, diese bei größeren Spannungsschwankungen weiterzubetreiben,
da sie die Spannungsschaltung im Netz wesentlich unterstützen können, wenn diese
vom Kraftwerk aus irgendwelchen Umständen nicht mehr aufrechterhalten werden kann.
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Gemäß der Erfindung wird ein Betrieb der mit einer Kommutatorhintermaschine
versehenen Asynchronmaschine bei Spannungsänderungen dadurch ermöglicht, daß vom
Netz abhängige Steuerorgane die Maschine in solcher Weise steuern, daß bei Netzspannungsänderungen
der Erregerkreis der Hintermaschine geöffnet bzw. die Erregerspannung verringert
wird und bei Spannungserniedrigungen gleichzeitig die Hintermaschine vom Läuferkreis
der Asvnchronmaschine getrennt wird, so daß die Anlaßvorrichtungen wirksam werden.
Nach Rückkehr der normalen Spannungsverhältnisse können die Anlaß-, Schalt- und
Regelvorrichtungen im Läufer- und Erregerkreis zweckmäßig in solcher Weise gesteuert
«.erden, daß die Asynchronmaschine in gleicher Weise wie bei normalem Anlassen in
Betrieb genommen wird.
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Durch das beim Eintreten von Spannungserhöhungen
erfolgende
Öffnen des Erregerkreises der Hintermaschine wird infolge Wegnahme der kapazitiven
Leistung die Spannung in den betreffenden -Netzteilen erheblich vermindert. Da die
Asynchronmaschine nunmehr ohne wirksame Hintermaschine weiterläuft, nimmt sie sogar
eine gewisse Magnetisierungsenergie aus dem Netz auf, wobei eine weitere Spannungsverminderung
eintritt.
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Bei Spannungsrückgang kann die Asynchronmaschine z. B. als reine Blindleistungsinaschine
auch noch bei geringen Spannungswerten in Betrieb bleiben, ohne daß die Gefahr besteht,
daß der Ständerschalter durch starken Überstrom wie bei Synchronmaschinen herausfällt
und die Maschine vom Netz abtrennt, da diese infolge der Netzerregung bei abnehmender
Spannung mit ihrer Drehzahl abfällt und hierdurch die Blindleistung selbsttätig
verringert wird. Bei völligem Fortbleiben der Spannung wird durch das Spannungsrückgangsrelais
die Erregermaschine ständerseitig und läuferseitig abgetrennt.
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Durch Abtrennen des Erregerkreises wird verhindert, daß die kompensierte
Asynchronmaschine sich selbst wieder erregt und die Spannung an ihren Klemmen aufrechterhält,
wodurch der Fall eintreten könnte, daß bei Rückkehr der Netzspannung die Spannungsvektoren
der -Asynchronmaschine und des Netzes einander entgegengesetzt gerichtet werden
können und der Ständerschalter durch den hierdurch verursachten hohen Ausgleichstrom
zum Auslösen gebracht würde.
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Bei alleiniger Abschaltung des Erregerkreises kann aber die Gefahr
eines Auslösens des Ständerschalters der Asynchronmaschine nach Aufhören der Störung
noch nicht vollständig beseitigt werden, da die Asynchronmaschine bei längerer Dauer
der Störung völlig bis zum Stillstand auslaufen kann, während der Läufer über die
Erregermaschine kurzgeschlossen ist, so daß bei Rückkehr der Netzspannung erhebliche
Stromstöße auftreten, die das Auslösen des Ständerschalters zur Folge haben.
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Dieser -Nachteil wird dadurch vermieden, daß gleichzeitig mit dem
Abschalten der Hintermaschine vom Netz auch die Verbindung zwischen den Schleifringen
der Asynchronmaschine und dem Ständer der Erregermaschine geöffnet wird, wobei die
Anlaßwiderstände im Läuferkreis wieder wirksam gemacht werden. Bei Rückkehr der
Spannung läuft dann die Asvnchronmaschine wie bei einer normalen Inbetriebnahme
mit den Anlaßwiderständen hoch, während nach erfolgtem Anlauf die Erregermaschine
beiderseitig zugeschaltet wird. .
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Treten Netzstörungen von längerer Dauer auf, so ist es mit Rücksicht
auf die Schonung des Netzes empfehlenswert, die Asynchronmaschine völlig vom Netz
abzuschalten. Zu diesem Zweck kann ein Zeitrelais angeordnet werden, auf das das
bei Spannungsrückgang ansprechende Relais einwirkt, und das seinerseits auf die
Spannungsspule des Netzschalters einwirkt und diesen zum Auslösen bringt, während
bei kurzzeitigem Spannungsrückgang ein Auslösen des Hauptschalters vermieden wird.
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In den Abb. i und 2 sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch
dargestellt, und zwar zeigt Abb. i die gemäß der Erfindung ausgebildete Schaltung
bei einer asynchronen Blindleistungsmaschine. An dem Drehstromnetz i liegt die Asynchronmaschine
2, die mit einer in ihren Läuferstromkreis geschalteten Kommutatorhintermaschine
3 unmittelbar mechanisch gekuppelt ist. 4 ist ein mit einem Flüssigkeitswiderstand
versehener Anlasser, der durch einen Hilfsmotor 14 verstellt- wird. Parallel zum
Anlasser 4 liegt ein fester Widerstand 15, der bei Leerlauf der Asynchronmaschine
durch den kurzgeschlossenen Anlasser 4 und bei Betrieb durch die finit Schalter
5 angeschaltete Erregermaschine 3 überbrückt ist. Der Anlasser wird nach Zuschalten
der Erregermaschine während -des normalen Betriebes wieder .in die Anfahrstellung
gebracht. Die Spule des Schalters 5 ist über die Leitung 16 an die Kontakte eines
am Drehstromnetz liegenden Relais i i angeschlossen, das bei Spannungsabfall anspricht.
Die Hintermaschine 3 ist fremderregt, ihr Läufer erhält seine Erregung über ein
Schütz 6, dessen Spule über die Leitung 17 ebenfalls mit den Kontakten des Relais
i i verbunden ist sowie über einen als Spannungsregler dienenden veränderlichen
Transformator 7, der durch einen Hilfsmotor 18 verstellt wird. Der Erregerstromkreis
ist hinter dem Hauptschalter 8 der Asynchronmaschine abgezweigt. Der Hauptschalter
8 hat eine Spannungsspule 9, die an einer Batterie io liegt und deren Stromkreis
über ein Zeitrelais 13 von dem Relais i i gesteuert wird. An dem Drehstromnetz i
liegt ein zweites Relais 12, das bgi Spannungserhöhung anspricht und den Stromkreis
des Schützes 6 schließt, so daß dieses abfällt. An die Spule q W eine an sich bekannte
Sicherheitsschaltung angeschlossen.
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Bei Spannungserhöhungen im \Tetz spricht das Relais i2 an, wodurch
das Schütz 6 abfällt und die Erregung der Hintermaschine 3 abschaltet. Parallel
zur Spule des Schützes 6 liegt der Steuermotor 18 des Transformators 7. Der Motor
18 stellt beim Abfallen des Schützes 6 den Transformator 7 so weit eint daß seine
Sekundärspannung Null wird. Nach Rückkehr der normalen Spannung fällt
das
Relais 12 ab, das Schütz 6 spricht an, wodurch der Motor 18 den Spannungsregler
7 wieder einstellt. Der Lauf der Asynchronmaschine wird durch diese Vorgänge nicht
betroffen.
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Bei Spannungsabfall im Netz i spricht das Relais i i an, das die Schütze
5 und 6 zum Abfallen bringt. Gleichzeitig wird das Zeitrelais 13 erregt. Der Erregerkreis
der Hintermaschine 3 wird nun durch Relais i i «nieder vom Netz getrennt und der
Spannungsregler 7 auf Null eingestellt, während durch Öffnen des Schützes 5 der
in dem Läuferkreis eingeschaltete Widerstand 15 wirksam wird. Kehrt die normale
Netz-Spannung nach kurzer Zeit zurück, so gibt das Relais i i einen Impuls auf den
Steuermotor 14 des Anlassers .4, wodurch die Asynchronmaschine zunächst wieder angelassen
wird und bis auf ihre Leerlaufdrehzahl hochfahren kann. Ist der Anlasser in seine
Endstellung gelangt, so spricht das Schütz 5 an, wodurch die Hintermaschine 3 in
den Läuferkreis der Asynchronmaschine geschaltet wird. Nach Beendigung dieses Vorganges
läuft der Impuls zum Schütz 6 und zum Spannungsregler 7, so daß die Hintermaschine
3 ebenfalls wieder erregt wird.
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Dauert die Netzstörung jedoch längere Zeit, so kommt das Zeitrelais
13 -schließlich zum Ansprechen, wodurch der Stromkreis der Spannungsspule 9 unterbrochen
wird und der Hauptschalter 8 abfällt.
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In Abb. 2 ist die Schaltung für einen Drehstrom-Gleichstromumformer
dargestellt. Die Schaltung entspricht der der Abb. i, nur fehlt bei dieser Anordnung
das Zeitrelais 13. Das bei Spannungserhöhungen ansprechende Relais 12 wird bei dieser
Schaltung nur dann angewendet, wenn die Asynchronmaschine 2 stark überkompensiert
ist und bei Belastung noch Blindleistung an das Drehstromnetz i zurückgeben kann.
Bei Asynchronmaschinen, die mit cos T, - i arbeiten, kann dieses Relais entbehrt
werden, da in diesem Falle die Gefahr großer Spannungserhöhungen gering ist. Die
Gleichstrommaschine 20 ist über den Schalter 2 i an das Gleichstromnetz 22 angeschlossen.
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Die Hauptschalter 8 und 21 bleiben dauernd geschlossen. Wird das Drehstromnetz
i spannungslos, so bewirkt das Relais i i den Abfall des im Erregerstromkreis liegenden
Schützes 6 und des im Läuferstromkreis der Asynchronmaschine liegenden Schützes
5, wodurch die Erregermaschine 3 abgeschaltet wird. Die Asynchronmaschine 2 deckt
aus ihrer kinetischen Energie den Bedarf an Gleichstromleistung und bremst sich
dadurch ab. Liegt die Maschine 2o allein am Gleichstromnetz 22, so fällt die Gleichstromspannung
-mit abnehmender Drehzahl der Maschine 2ö ab und verschwindet schließlich ganz.
Kommt das Drehstromnetz i wieder unter Spannung, so läuft die Asynchronmaschine
langsam hoch, da der Hilfsmotor 14 inzwischen den Anlaßwiderstand -a eingeschaltet
hat. Durch langsames Anlaufen der Asynchronmaschine nimmt die Spannung des Gleichstromnetzes
22 allmählich zu und erreicht bei der höchsten Drehzahl wieder ihren vollen Wert.
Bei diesem Betriebszustand spricht zunächst das Schütz 5 an, worauf nach Einschalten
der Erregermaschine in den Läuferstromkreis der Asynchronmäschine das Schütz 6 sowie
der Spannungsregler 7 ansprechen. Da-die Schalter 8 und 21 durch die Leitung 23
miteinander in Verbindung stehen, so wird beim öffnen des Drehstromhattptschalters
8 auch der Gleichstromhauptschalter 2i abfallen, so daß der ganze Umformersatz völlig
vom Netz abgeschaltet ist.
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Durch diese Schaltung wird der Vorteil erzielt, daß bei Spannungserhöhungen
und bei kurzzeitigen Spannungserniedrigungen des Drehstromnetzes der Umformersatz
in Betrieb bleibt, da lediglich die Erregermaschine der Drehstrommaschine abgeschaltet
wird. Bei längerem Ausbleiben .der Spannung erfolgt das Wiederanlassen des Umformersatzes
ebenfalls vollkommen selbsttätig sofort nach Rückkehr der normalen Spannung, ohne
daß hierbei die Anwesenheit eines Schaltwärters erforderlich ist.