DE569577C - Anordnung zum Betrieb eines Asynchrongenerators mit Kommutatorhintermaschine, welchem die Erregerenergie mindestens teilweise ueber einen Frequenzumformer von einem Hilfssynchrongenerator zugefuehrt wird - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AlB 4. FEBRUAR 1933

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 21 d 2 GRUPPE

einem Hilfssynchrongenerator zugeführt wird

Zusatz zum Patent 555

Patentiert im Deutschen Reiche vom 9. November 1928 ab Das Hauptpatent hat angefangen am 4. Dezember 1926.

Im Hauptpatent ist eine Erregungseinrichtung eines selbständigen Asynchrongenerators mit Kommutatorhintermaschine beschrieben, bei der die Erregung wenigstens zum Teil über einen Frequenzumformer von einer Hilfssynchronmaschine aus erfolgt, die mit einer unabhängig regelbaren Antriebsmaschine 9 beliebiger Art (siehe Fig. 1, deren genauere Beschreibung schon im Hauptpatent erfolgt ist) und einer an die Primärklemmen des Asynchrongenerators angeschlossenen Synchronmaschine 3 gekuppelt ist. Es hatte sich dabei ergeben, daß zur Vermeidung einer Überlastung der Synchronmaschine 3 bei einer Änderung der JN etzbelastung entweder ihrem Stator ein Widerstand vorgeschaltet werden muß oder aber, daß durch geeignete Bemessung der Schlüpfungsänderung des Asynchrongenerators die Belastung der Maschine 3 in zulässigen Grenzen gehalten wird. Bei dieser zweiten Lösung hatte sich außerdem eine Entlastung des Spannungsschnellreglers des Asynchrongenerators ergeben.

Gegenstand der Erfindung ist nun eine Anordnung, um ohne weitere Hilfsmittel lediglich durch geeignete Bemessung der einzelnen Maschinen der Erregergruppe die gewünschte Schlüpfungsänderung des Asynchrongenerators zu erzielen. Eine nähere Erklärung der Erfindung soll an Hand der Vorgänge, die sich bei konstanter Spannung der Hintermaschine beim Übergang von Leerlauf auf Belastung des Asynchrongenerators in diesem abspielen, gegeben werden. Zur Vereinfachung sei angenommen, daß bei Leerlauf auch der wattlose Strom des Generators Null sei. Bei Leerlauf, bei dem eine gewisse untersynchrone Schlüpfung herrsche, ergibt sich das Spannungsdiagramm im Läuferkreis nach Fig. 2. Vernachlässigt sei dabei der Statorwiderstand, die Stator- und Rotorstreureaktanz und die Sättigung. AO bedeutet die Klemmenspannung des Generators, OC die Schlupfspannung, CB die Spannung der Hintermaschine und OB den Ohmschen Abfall des in Richtung des Flusses, d. h. senkrecht zur Schlupfspannung, stehenden Magnetisierungsstromes. Tritt eine Wirkbelastung auf, so addiert sich geometrisch zu dem OB proportionalen Magnetisierungsstrom noch ein Wirkstrom. Ihm entspreche ein Ohmscher Abfall von der Größe BB' -OE. Nehmen wir an, daß die Statik des Reglers der Antriebsmaschine Null und die Drehzahl der

unabhängigen Antriebsmaschine 9 konstant sei, so wird sich der Schlupf des Generators nicht ändern, d. h. aber zur Deckung des Wirkstromabfalles addiert sich zu der bei konstanter Klemmenspannung konstanten Schlupfspannung OC noch eine Spannung OE. Galt demnach bei Leerlauf die Beziehung CO³ +~ÖW —TB¹, so gilt bei Belastung (CO + OE)- + 0B^s = CB'². Bei ίο konstanter Spannung CB der Hintermaschine 4 wird sich bei verschiedenen Belastungen der Punkt £ auf einem Kreis bewegen. Die Netzspannung wird sich ändern. Zur Veranschaulichung dieses Vorganges diene Fig. 3. CB sei die konstante Spannung der Hintermaschine, CO bzw. O'C die Schlupfspannung, EB bzw. E'B der Ohmsche Abfall des Mägnetisierungsstromes, OE bzw. O¹E' der Ohmsche Abfall des Wirkstromes im Läuferkreis bei voller bzw. gesunkener Netzspannung. Von Leerlauf ausgehend, für den Punkt O und E zusammenfallen, bewegt sich Punkt E mit steigender Belastung in Richtung £'. Gleichzeitig bewegt sich aber auch Punkt O auf einen zweiten Kreis durch CO in Richtung 0'. Dieser zweite Kreis ist dem ersten ähnlich, da die von Punkt B an den ersten und vom Punkt C an den zweiten Kreis ausgehenden, zueinander senkrechten Vektoren einander proportional sind. Da wir den Schlupf als unveränderlich angenommen hatten, ist die Gerade CO bzw. CO' ein eindeutiges Maß für die Größe der Klemmenspannung des Generators. Aus Fig. 3 geht hervor, daß mit steigender Belastung die Klemmenspannung des Generators relativ zur Spannung der Hintermaschine, d. h. aber infolge des vorgeschalteten, die Reaktanz der Erregerwicklung stark überwiegenden Erregerwiderstandes 6 und der starren Kupplung der beiden Maschinen 8 und 3 auch relativ zum Polrad der Maschine 3 im Sinn der Nacheilung verschoben wird. Diese Verschiebung bedeutet für die Maschine 3 eine Be-■ 45 lastung als Generator, wodurch die Maschine 9 gezwungen wird, als Motor zu arbeiten. Die Drehzahl wird also entsprechend ihrer Charakteristik sinken. Aus Fig. 3 sehen wir ferner noch, daß für nicht allzu große Winkelabweichungen der Winkel OCO' proportional der Strecke O'E', d.h. proportional dem Wirkstrom des Generators ist. Nun ist auch die Leistung der Synchronmaschine 3 für nicht allzu große Winkelabweichungen und für konstante Klemmenspannung proportional diesem Winkel OCO', d. h. der Winkeläbweichttng zwischen Netzspannung und ihrer PoI-raddurchflutung. Diese Tatsache kann nun, wie im folgenden gezeigt werden soll, dazu benutzt werden, um bei verschiedenen Belastungen die Klemmenspannung des Generators allein durch die Eigenart der Schaltung konstant zu halten, zum mindesten aber den Spannungsregler des Generators stark zu entlasten.

Wir hatten in Fig. 2 und 3 angenommen, daß der Schlupf des Generators konstant und die Statik des Reglers der Generatorantriebsmaschine Null sei. Um die Spannung des Generators trotz der Wirkbelastung entsprechend OE konstant zu halten, wäre es nötig gewesen, die Spannung der Hinter^ maschine von CB (siehe Fig. 2) auf CB' zu vergrößern. Soll nun trotz der Belastungsänderung auch bei konstanter Spannung CB die Klemmenspannung unveränderlich bleiben, so muß die Schlupf spannung OC bei untersynchronem Leerlauf verkleinert, bei übersynchronem vergrößert werden. In dem Fig. 2 zugrunde gelegten Beispiel müßte zu diesem Zweck OC auf OC geändert werden. Diese Schlupf änderung, die proportional BB' = OE = CC erfolgen muß, ist aber nichts anderes als die Schlüpfungsänderung, bewirkt durch den Ohmschen Abfall des Wirkstromes entsprechend BB', im gesamten Läuferkreis, wenn die gleiche Maschine bei gleicher Frequenz und Netzspannung, aber abgeschalteter Maschine 9 als Motor arbeitet. Um also bei konstanter. Spannung der go Hintermaschine und konstanter Drehzahl des Generators konstante Netzspannung zu erhalten, müßte zur Verkleinerung des untersynchonen bzw. Vergrößerung des übersynchronen Schlupfes die Netzfrequenz, d. h. die Drehzahl der Maschine 9, um einen der oben definierten Schlüpfungsänderung proportionalen Betrag verkleinert werden. Nimmt nun die Drehzahl des Generators infolge der Wirkung des Reglers seiner Antriebsmaschine auch noch ab, so muß zur Einhaltung der verlangten Schlüpfung die Drehzahl der Maschine 9 auch noch um' den dieser Belastung entsprechenden Drehzahlabfall verkleinert werden. Ist diese Forderung genau erfüllt, so wird die Winkeländerung zwischen Netzspannung und Spannung der Hintermaschine Null sein. Durch geeignete Dimensionierung der gesamten Erregergruppe, die die oben gestellte Forderung nahezu erfüllt, hat man no es nun in der Hand, diese Winkel änderung auf ein sehr kleines Maß zu reduzieren, so daß die Klemmenspannung sich nur wenig ändert, die Proportionalität zwischen Winkelabweichung OCO' (siehe Fig. 2) und Belastung der Synchronmaschine 3 nicht gestört und trotz des kleinen Winkels die nötige Drehzahländerung der Maschine 9 erreicht wird. In Fig. 3 wird sich in einem solchen Fall statt des Punktes E' der Punkt E" einstellen. Infolge des geänderten Schlupfes ist jetzt die Strecke CO" kein Maß mehr für die Schlupfspan-

nung, wohl aber noch für die Klemmenspannung des Generators.

Zur praktischen Ausführung des Erfindungsgedankens sind verschiedene Wege möglich. Wird z. B. Maschine 9 als Gleichstrommaschine ausgeführt, so kann die gewünschte Abhängigkeit durch eine geeignete Kompoundcharakteristik dieser Maschine erreicht werden. Unter Umständen ist es auch «ο wünschenswert, die Drehzahlcharakteristik der Maschine 9 betriebsmäßig zu verändern. Bei Verwendung einer Gleichstrommaschine kann diese Aufgabe z. B. durch Bürstenverschiebung erfüllt werden. Solange die Ände- »5 rungen der Netzbelastung langsam erfolgen, wird die Drehzahl des Generators eine eindeutige Funktion seiner Belastung sein. Tritt aber eine plötzliche Netzbelastung auf, so wird der Regler der Generatorantriebs-

*° maschine nicht sofort folgen können, so daß infolge der Drehzahlsenkung des Generators eine Vergrößerung seines Schlupfes eintritt. Dieser Vorgang, für den die oben abgeleiteten Beziehungen keine Gültigkeit mehr haben, läßt sich an Hand von Fig. 4 verfolgen. CB sei wieder die konstante Spannung der Hintermaschine, OC die Schlupf spannung, OE der Ohmsche Spannungsabfall des Wirkstro- | mes, EB der des Magnetisierungsstromes, j

Tritt eine plötzliche Lastvergrößerung ein, so wird sich infolge der stark vergrößerten Schlüpfung in einem bestimmten Moment ein Zustand CO'E'B einstellen. Es wird also für die Vergrößerung des Schlupfes eine Winkeländerung zwischen Netzspannung und Spannung der Hintermaschine im gleichen Sinn erfolgen, wie wir bei Fig. 3 gefunden hatten. Die dort beschriebene Einrichtung wird also auch hier in günstigem Sinn wirken. Während aber dort Netzbelastung und Winkelabweichung OCO' ungefähr proportional verliefen, ergibt sich hier keine eindeutige Beziehung zwischen dieser Winkelabweichung und der Schlupfänderung. Es kann sich also ergeben, daß infolge ungenügenden Wirkens der hier beschriebenen Erfindung eine unzulässige Spannungsänderung bzw. Überbeanspruchung des Reglers eintritt. Um dies zu verhindern, soll erfindungsgemäß eine besondere Einrichtung vorgesehen werden, durch die die Drehzahl der Erregergruppe in zusätzlicher Weise beeinflußt wird. Erreicht kann das z. B. dadurch werden, daß die Gleichstrommaschine 9 nach dem Ausführungsbeispiel Fig. 1 mit einer zusätzlichen Erregung versehen wird, die in Abhängigkeit z. B. der Netzspannung oder der Drehzahl des Generators als Gesamtheit oder stufenweise eingeschaltet wird.

Claims (5)

1. Patentansprüche:

   i. Anordnung zum Betrieb eines Asynchrongenerators mit Kommutatorhinter-•maschine, welchem die Erregerenergie mindestens teilweise über einen Frequenzumformer von einem Hilfssynchrongenerator zugeführt wird, nach Patent 555 780, dadurch gekennzeichnet, daß die unabhängig regelbare Antriebsmaschine (9) mit einer solchen Drehzahlcharakteristik versehen ist, daß infolge der durch eine Belastungsänderung des Asynchrongenerators (2) bewirkten Leistungsänderung der an die Primärklemmen des Asynchrongenerators angeschlossenen Synchronmaschine (3) ■ die Schlüpfungsänderung des Asynchrongenerators, die gleich ist der Differenz aus der prozentualen Drehzahländerung der unabhängigen Antriebsmaschine (9) und der Generatorantriebsmaschine (11), dem Betrag nach angenähert gleich ist derjenigen Schlüpfungsänderung, die der Asynchrongenerator (2) "bei der gleichen Leistungsänderung und bei gleicher Frequenz und Netzspannung, aber abgeschalteter unabhängiger Antriebsmaschine (9) erfährt.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1 bei Verwendung einer Gleichstrommaschine als unabhängig regelbare Antriebsmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichstrommaschine entsprechend kompoundiert ist.
3. 3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompoundierung der Gleichstrommaschine betriebsmäßig veränderlich ist.
4. 4. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine zusätzliche Beeinflussung der Drehzahl der unabhängigen Antriebsmaschine (9) bei plötzlichen, der Netzbelastung nicht mehr proportionalen Drehzahländerungen der Generatorantriebsmaschine (11).
5. 5. Anordnung nach Anspruch 4 bei Verwendung einer Gleichstrommaschine als unabhängig regelbare Antriebsmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Beeinflussung der Drehzahl der unabhängigen Antriebsmaschine (9) durch eine besondere Erregerwicklung oder durch Bürstenverschiebung erfolgt.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen