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Anordnung zur Synchronisierung von Synchronmaschinen Die Erfindung
betrifft eine Einrichtung, die auf selbsttätigem Wege dafür sorgt, daß bei der Synchronisierung
von Synchronmaschinen bzw. von Wechselstromnetzen der Hauptschalter im Moment der
mindestens annähernden Phasenübereinstimmung der beiden zu synchronisierenden Spannungen
geschlossen wird. Eine solche Synchronisierung ist beispielsweise für die sogenannte
Schnellsynchronisierung erforderlich, bei der die zunächst schwach erregte Maschine
in der Nähe der Phasengleichheit evtl. über eine Drossel ans Netz geschaltet wird
und sich nun bei schnellerErregungssteigerung rasch und sicher einschwingt. Für
diese Synchronisierung ist außer dem Schalter in der Nähe der Phasengleichheit erforderlich,
daß beim Schließen des Schalters die beiden Spannungen in ihrer Frequenz nicht mehr
sehr voneinander abweichen bzw. daß die Schlupffrequenz dieser beiden Spannungen
bereits einen bestimmten Wert unterschritten hat; wird bei einem bestimmten Schlupf
geschaltet, so muß der Steuerstromkreis, dessen Stromimpuls das Schließen des Hauptschalters
bewirkt, zu einem Zeitpunkt unter Strom gesetzt werden, der eine bestimmte Zeit
vor dem Moment der Phasenübereinstimmung der beiden zu synchronisierenden Spannungen
liegt. Diese Zeit stimmt überein mit der Verzögerung, die am Schalter vom Stromimpuls
bis zum effektiven Schließen der Kontakte vorhanden ist. Die Kontakte des Hauptschalters
werden dann im Momente der Phasenübereinstimmung geschlossen. Wird die Maschine
beim Durchfahren des Fangbereiches bei einem bestimmten Grenzschlupf geschaltet,
so genügt für die Selbsttätigkeit die Einstellung einer bestimmten konstanten Voreilung.
Zur selbsttätigen Überwachung des Steuerstromkreises kann man ein Relais in der
Bauart eines dynamometrischen Relais, kombiniert mit anderen Relais, verwenden,
dessen zwei Spulen je an eine der beiden zu synchronisierenden Spannungen angeschlossen
sind und dessen Zeiger daher im Takte der Schlupffrequenz nach links und nach rechts
ausschlägt, und so durch Schließen und Öffnen von Kontakten während einer Halbperiode
der Schlupffrequenz den Steuerstromkreis freigibt, während der zweiten ihn sperrt.
Die Freigabezeit oder der Kontaktumschlag des dynamometrischen Relais muß in diesem
Falle symmetrisch zum Zeitpunkte der Phasenübereinstimmung der beiden zu synchronisierenden
Spannungen gelegt werden. Ist dies nämlich nicht der Fall,
so ergeben
sich zwischen demBeginn derFreigabezeit und dem Moment der Phasenübereinstimmung
verschiedene Zeitabstände, je nachdem die zuzuschaltende Maschinenspannung sich
in ihrer Frequenz von oben oder vor. unten der Netzfrequenz nähert. Man ist daher
in der Wahl einer die Schalterverzögerung genau berücksichtigenden Vorverlegung
des Stromimpulses für die Auslösung des Schalters sehr behindert, da diese V orverlegungszeit
immer den vierten Teil oder die Hälfte einer Schlupfperiode beträgt. Wünscht man
z. B. den Synchronisierungsvorggang nach Unterschreitung einer Schlupffrequenz von
2°/o sich vollziehen zu lassen, so ist dies mit einem dynamometrischen Relais nur
möglich, wenn die Eigenzeit des Ölschalters etwa Sekunde beträgt.
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Die Erfindung betrifft eine Synchronisierungseinrichtung, die ebenso
wie die Anordnung des Hauptpatentes den geschilderten Nachteil vermeidet, insofern,
als man den Stromimpuls für die Auslösung des Schalters in weiten Grenzen beliebig
vor den Moment der Phasenübereinstimmung legen kann, und zwar gleichgültig, ob die
zuzuschaltende Maschine aus dem unter- oder übersynchronen "Zustand sich dem Svnchronismus
nähert. Es ist dabei auch möglich, die Vorverlegungszeiten verschieden groß zu machen,
je nachdem die zuzuschaltende Maschine vorn über-oder untersynchronen Zustande in
den Synchronismus eintritt. Dies kann in vielen Fällen vorteilhaft sein. Gegenüber
der Anordnung nach dem Hauptpatent hat die Synchronisierungseinrichtung nach der
Erfindung noch den weiteren Vorteil, daß die größte zulässige Schlupffrequenz zwischen
den beiden zu synchronisierenden Spannungen, bei der die Synchronisierungseinrichtung
bereits in Funktion tritt, verschieden groß gewählt werden kann, j e nachdem die
Synchronisierung vom Unter-oder übersynchronen Zustande aus stattfindet. Dies ist
insofern vorteilhaft, als bei vielen Maschinen, beispielsweise durch Wasserturbinen
angetriebenen Generatoren, das Synchronisieren im übersynchronen Bereich bei geringerem
Schlupfe vorteilhaft sein kann (beispielsweise wegen des bei diesem Synchronisieren
erfolgenden Wasserrückschlages in dem Zuführungsrohr infolge der Drehzahlverminderung
beim Einschalten) und daher für den Untersynchronismus eine größere maximaleSchlupffrequenz
zulässig ist als für den Übersynchronismus.
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Ebenso wie bei der Anordnung des Hauptpatentes sind bei der vorliegenden
Erfindung zwei dynamometrische Relais vorgesehen, die in Hintereinanderschaltung
die Kontakte des Steuerstromkreises für das Einlegen des Hauptschalters freigeben
und deren Kontaktschlußzeiten durch Phasenverschiebung der speisenden Spannungen
gegeneinander verschoben sind. Dadurch wird eine einstellbare Vorverlegungszeit
ermöglicht, die zwischen den Voreilwinkeln o bis go° und i8o bis 27o° liegt. Erfindungsgemäß
sind außerdem zwei mit Zeitverzögerung arbeitende Relais vorgesehen, die in Parallelschaltung
miteinander und in Hintereinanderschaltung mit den beiden dynamometrischen Relais
den Steuerstromkreis für das Einlegen des Hauptschalters steuern und ihn nach Unterschreiten
bestimmter Schlupffrequenzen freigeben, wobei der (zweckmäßig von dem Steuerstromkreis
für dasEinlegen desHauptschalters gelieferte) Erregerstrom für das eine Zeitrelais
über den Sperrkontakt des einen dynamometrischen Relais, für das zweite Zeitrelais
über den Sperrkontakt des zweiten dynamometrischen Relais geleitet ist, so daß die
Zeitrelais erregt werden, wenn die zugehörigen dynamometrischen Relais den Steuerstromkreis
für dasEinlegen desHauptschalters für eineHalbperiode sperren. Die beiden Zeitrelais
sind dabei zweckmäßig derart ausgebildet, daß ihre gesteuerten Kontakte in die Ruhelage,
die mit einer Sperrung des Steuerstromkreises des Hauptschalters gleichbedeutend
ist, zurückkehren, wenn der Erregerstrom für die Relais ausbleibt. Außerdem sind
die beiden dynamometrischen Relais so ausgebildet, daß der Umschlaghebelwährend
des Kontaktwechsels für kurze Zeit sowohl mit dem Freigabe- als auch mit dem Sperrkontakt
verbunden ist.
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Die Erfindung ist an Hand des Ausführungsbeispiels der Zeichnung näher
erläutert. In Abb. i bedeuten io und ii die drei Phasen der Netzspannung und der
Maschinenspannung, die über den Schalter 12 miteinander verbunden werden sollen.
13 ist ein Gleichstromsteuerkreis, der den Schalter 12 durch Erregung der Spule
14 schließt, sofern das Relais 15 durch Schließen der Kontakte 16, 42 und :1 .3
dies gestattet. Der Vorgang wird dabei durch Schließen des von Hand zu betätigenden
Schalters 17 eingeleitet. Für die Steuerung des Stromkreises der Spule 1.4 über
das Relais 1s sind nun zwei Relais 18 und i9 in der Bauart von Dynamometern vorgesehen.
Die dynamometrischen Relais besitzen in bekannter Weise j e zwei Spulen, von denen
die eine über einen Transformator 4.o von der Netzspannung i a, die zweite über
einenTransformator 41 von der Maschinenspannung 11 gespeist wird. Die Zeiger 2i
und 22 der dynamometrischen Relais schlagen daher im Takte der Schlupffrequenz zwischen
der Netz-und der Maschinenspannung nach rechts und links aus und liegen während
der einen Halbperiode an dem linken, während der anderen Halbperiode an dem rechten
oberen Kontakt.
Die oberen Kontakte i, 2 und 3, 4 der beiden dvnamometrischenRelais
liegen nun in Hintereinanderschaltung in dem Gleichstromsteuerkreis 13, der über
das Relais 15 die Spule 14. zur Auslösung bringt, sofern die Lage der Zeiger der
beiden dynamometrischen Relais dies gestattet. Die Schaltung der Kontakte i bis
d. im Gleichstromkreis ist dabei derart, daß der Strom für die Spule 14. gesperrt
ist, wenn der Zeiger 21 am Kontakte i oder der Zeiger 22 am Kontakte 4 liegt. Der
Strom der Spule 14 wird infolge der Hintereinanderschaltung der beiden Relais nur
dann freigegeben, wenn sowohl der Zeiger 21 am Kontakt :2 als auch der Zeiger -22
am Kontakte 3 liegt. Die Wirkungsweise der beiden dynamometrischen Relais ist im
übrigen dieselbe wie die der dynamometrischen Relais des Hauptpatentes, so daß das
Vektordiagramin gemäß Abb. -2 der Zeichnung mit dem Vektordiagramm des Hauptpatentes
übereinstimmt.
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Die Phasenverschiebung des Kontaktwechsels an den beiden dynamometrischen
Relais ist durch v erschiedenphasigen Anschluß der die Relais speisenden Transformatoren
40 und 4.1 erreicht. Selbstverständlich kann man sich zur Herbeiführung der Phasenverschiebung
beliebiger anderer Mittel bedienen.
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Um zu erreichen, daß im Synchronisierungsmoment die Schlupffrequenz
einen bestimmten kleinen Betrag bereits erreicht hat, sind die beiden mit Zeitverzögerung
arbeitenden Relais 26 und 27 vorgesehen; diese beiden Zeitrelais geben den Strom
für die Spule i@. mittels der von ihnen gesteuerten Kontakte 28 und -29 nur dann
frei, wenn sie erstens genügend lange und zweitens überhaupt erregt «-erden. Der
Stromschluß durch die Kontakte 28 und 29 hört also sofort auf, wenn die Erregung
für die Zeitrelais ausbleibt. Die Zeitrelais 26 und 27 werden nun von der Gleichstromquelle
13 aus dann erregt, wenn der Zeiger des Relais iß am Kontakt i und der Zeiger des
Relais i9 am Kontakt4 liegt. Die Zeitrelais 2 6 und 27 werden also nur dann erregt,
wenn das zugehörige dynamometrische Relais während einer Halbperiode den Strom für
die Spule 1.4 sperrt. Die Zeitrelais geben entsprechend ihrer Bauart den Strom für
die Spule 14 nur dann frei, wenn die Zeiger der dynamometrischen Relais 18 und i9
genügend lange an den Kontakten i bzw. 4 liegen, d. h. wenn die Schlupffrequenz
zwischen den beiden zu synchronisierenden Spannungen genügend klein ist, und sie
sperren den Strom für die Spule 14. sofort wieder, wenn die Zeiger die Kontakte
i und 4. verlassen haben. Nachdem aber die von den Zeitrelais gesteuerten Kontakte
28 und 29 in Parallelschaltung in den Stromkreis der Spule 14 eingeschaltet sind,
so genügt es für die Auslösung des Schalters, daß eines der beiden Zeitrelais den
Strom für die Spule 14. freigibt. Wenn die Kontakthebel der beiden dynamometrischen
Relais an den Kontakten 2 und 3 liegen und die Schlupffrequenz bereits so gering
geworden ist, daß auch die beiden Zeitrelais die Kontakte 28 und 29 geschlossen
haben, so bekommt die Erregerspule des Relais 15 Strom und schließt die Kontakte
16, 4.2 und 4.3. Die Spule 14. des Schalters ist dann durch eine unmittelbare Verbindungsleitung
mit dem Minuspol der Erregerquelle 13 verbunden mit dem Pluspol über den geschlossenen
Schalter 16 am Relais 15.
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Um zu verhüten, daß die Zeitrelais 26 und 27 die von ihnen gesteuerten
Kontakte 28 und 29 wieder abfallen lassen, wenn die dynamometrischen Relais i8 und
i9 Kontaktwechsel vornehmen, sind diese beiden dynamometrischen Relais derart ausgebildet,
daß der Umschlaghebel 21 bz-%v. 22 während des Kontaktwechsels für kurze Zeit sowohl
mit dem alten als auch mit dem neuen Kontakt elektrisch verbunden ist.
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Die Wirkungsweise der dynamometrischen und Zeitrelais ist nun gemäß
dem Vektordiagramm der Abb.2 derart, daß beim Umlaufen des Vektors im Uhrzeigersinne,
wenn also beispielsweise die Frequenz der Maschinenspannung sich vom Untersynchronismus
aus der Netzspannung nähert, im Zeitpunkte 3,1, wenn also das dynamometrische Relais
18 Kontaktwechsel vornimmt und der Kontakt 28 des Zeitrelais 26 noch nicht abgefallen
ist, der Spule 14. ein kurzer Stromimpuls gegeben wird, der das Einlegen des Hauptschalters
herbeiführt. Läuft der Vektor entgegen dem Uhrzeigersinne um, nähert sich also die
Maschinenfrequenz der Netzfrequenz von Übersynchronismus aus, dann bekommt die Spule
14 im Zeitpunkte 32 den Stromimpuls, wobei das dynamometrische Relais i9 und das
Zeitrelais 27 in der geschilderten Weise zusammenarbeiten. Man sieht, daß für die
Bestimmung des Grenzschlupfes, bei dem eine Synchronisierung möglich ist, in dem
einen Fall dieEinstellung am Zeitrelais 26, in dem anderen Fall die Einstellung
am Zeitrelais 27 maßgebend ist. Nachdem man die beiden Relais verschieden einstellen
kann, ist es also ohne weiteres möglich, mit verschiedenem Grenzschlupf beim Synchronisieren
vom unter- und übersynchronen Zustande zu arbeiten.
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Das zweite dynamometrische Relais 19 kann auch durch ein Spannungsrelais
(Spannungsminimalrelais) ersetzt werden.