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Einrichtung zur Erzielung eines willkürlich regelbaren Leistungsaustausches
zwischen zwei Wechselstromnetzen Bei der Kupplung zweier Wechselstromnetze mit Hilfe
von Synchronmaschinen entsteht bekanntlich die Schwierigkeit, Saß, wenn eine Netzfrequenz
infolge Belastungsänderung sich z. B. zu vermindern strebt, sofort der Kupplungsumformer
von dem mit konstanter Frequenz weiterfahrenden Netz einen gewissen Energiebetrag
aufnimmt, der so groß ist, daß die Frequenzänderungstendenz ausgeglichen wird. Handelt
es sich um die Kupplung sehr großer Netze, so kann zum Ausgleich der Anderungstendenz
eine derartig große Leistung aufgenommen werden, daß sie zur Überlastung des Kupplungsumformers.
führt, der dann außer Tritt fällt oder gar zerstört werden kann. Zur Abhilfe sind
verschiedene Mittel angegeben wörden, wie z. B. elektromagnetische Kupplungen, mechanischeRutsch=
kupplungen, mehrphasige- Feldwicklungen u. dgl. m. Praktische Anwendung haben jedoch
fast ausschließlich Synchron-Asynchron-Umformer gefunden, die aus einer mit einer
Synchronmaschine starr gekuppelten Asynchronmaschine bestehen und bei welchen der
natürliche Schlupf derAsynchronmaschine durch Einführung von zusätzlichen Spannungen
in den Rotor beeinflußt wird. -Diese Lösung ist zwar technisch vollkommen durchgebildet,
hat jedoch den Nachteil, daß sie sehr teuer in der Anlage und auch im Betriebe wegen
den vielen Hilfsmaschinen und den Kollektoren recht empfindlich ist. Im folgenden
wird nun ein Weg, der unter Verwendung unempfindlicher, einfacher und billiger Elemente
zum gleichen Ziele führt, angegeben, der sowohl für Schlupfumformer im eigentlichen
Sinne des Wortes als auch für Doppelgeneratoren, bei welchen von einer Kraftmaschine
zwei Generatoren für Netze verschiedener Frequenz angetrieben werden, Anwendung
finden kann.
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Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, _ daß beide Maschinen
als Synchronmaschinen ausgeführt und durch ein hydraulisches Getriebe - im folgenden
seines Hauptmerkmals wegen als Schlupfkupplung bezeichnet--verbunden werden, wobei
durch besondere Regeleinrichtungen der Schlupf dieser Kupplung in Abhängigkeit entweder
von der-Durchgangsleistung des Umformers oder von dem Frequenzunterschied der beiden
Netze willkürlich geändert wird und der Schlupf seinerseits zur mittelbaren Regelung
der übertragenen Leistung dient. Die Wirkungsweise ist also völlig verschieden von
der bekannten Verwendung hydraulischer Kupplungen zum Anlassen und Synchronisieren
von -elektrischen Maschinen.
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Die Adsführung dieses neuen Gedankens ist auf verschiedene Weise möglich.
Das
hydraulische Getriebe kann beispielsweise so eingerichtet werden, daß es bei einer
vorbestimmten Durchgangsleistung des Umformers eine Übersetzung ins Langsame oder
Schnelle von einem vorbestimmten Betrage zwischen den beiden Synchronmaschinen herstellt
und durch seine Regeleinrichtungen bei jeder Änderung des vorbestimmten Leistungswertes
von dieser normalen Übersetzung nach der einen oder anderen Seite abzuweichen, also
gegenüber der normalen Übersetzung einen positiven oder negativen Schlupf herzustellen
gestattet. Andererseits kann zur Herstellung der normalen übersetzung ein Zahnradgetriebe
angeordnet und dem hydraulischen Teil der Einrichtung lediglich die Aufgabe zugewiesen
werden, einen positiven oder negativen Schlupf zwischen den beiden Synchronmaschinen
regelbar einzustellen.
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Je nach der Ausführungsart der Schlupfkupplung bzw. ihrer Regelfähigkeit
des Schlupfes sowie je nach der Eigenart des vorliegenden Anwendungsfalles kann
es vorteilhaft sein, nur positiven oder nur negativen Schlupf vorzusehen, d. h.,
von einer vorbestimmten normalen übersetzung ausgehend, nur nach oben oder nur nach
unten zu regeln oder auch, von der normalen übersetzung ausgehend, positiven und
negativen Schlupf herzustellen.
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Als hydraulische Schlupfkupplung können sowohl Getriebe nach dem Strömungsprinzip
(Turbinenprinzip) als. auch nach dem Verdrängungsprinzip (Zellen- öder Kolbenprinzip)
verwendet werden.
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Von den ersteren sei beispielsweise der Föttinger-Transformator genannt,
der in seinen sämtlichen bekannten Ausführungsformen für den vorliegenden Zweck
geeignet ist. Die Einstellbarkeit des Schlupfes kann hier ohne weiteres durch ebenfalls
bekannte Maßnahmen, nämlich Ausrüstung der Lauf-oder Leiträder bzw. der Lauf- und
Leiträder mit verstellbaren Schaufeln, durch Anordnung verschiebbarer Lauf- und
Leiträder u. dgl., erreicht werden. In vielen Fällen, insbesondere bei der Föttinger-Asynchronkupplung
(der bekannten Leitrad- und gehäuselosen Ausführung des Föttinger-Transformators
mit Füllungsregelung) kann die Schlupfregelung in bisher nicht bekannter Weise dadurch
erzielt werden, daß Sperrkörper z. B. durch die hohle Welle in alle oder nur einige
Schaufelkanäle eines Schaufelkranzes eingeschoben werden, welche den. Umlauf der
Betriebsflüssigkeit zwischen dem Primär- und Sekundärteil des Getriebes mehr oder
minder drosseln.
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Von der zweiten Art der Getriebe seien beispielsweise das Sturm- und
das Thoma-Getriebe genannt. Auch hier wieder können sämtliche bekanntenRegeleinrichtungen
dieser Getriebe zur Schlupfregelung benutzt werden, wie z. B. Veränderung der Exzentrizität
der Schaufel- oder Kolbenführung (s. V.D.I.-Verlag 1928, Sonderheft »Getriebe«).
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Der Verlust in einem hydraulischen Getriebe ist bekanntermaßen - beispielsweise
im Föttinger - Getriebe - verschieden, je nachdem man dem Getriebe nur die Aufgabe
der Schlupfherstellung oder gleichzeitig auch die der normalen Drehzahlübersetzung
zuweist. Von der zugewiesenen Aufgabe hängt die Höhe des maximal erreichbaren Wirkungsgrades
ab. Der Wirkungsgrad dagegen, den man' im Mittel erreicht, hängt davon ab, ob man
den Schlupf nur nach der positiven oder nur nach der negativen Richtung oder ob
man ihn nach beiden Richtungen regelt. Im ganzen ist der Verlust einer hydraulischen
Schlupfkupplung nur -unwesentlich größer als der eines elektrischen Schlupfumformers.
Dem steht aber eine ganz bedeutende Verminderung der Anlagekosten gegenüber, die
sich für die hydraulische Kupplung samt Regeleinrichtungen in der Mehrzahl der Fälle
auf etwa l/io derjenigen für die entsprechenden elektrischen Einrichtungen bringen
lassen. Man wird in jedem Einzelfalle diejenige Anordnung wählen, die unter gemeinsamer
Berücksichtigung der Anlagekosten und der Energieverluste am wirtschaftlichsten
wird.
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Die Regelung selbst muß auf einen bestimmten Zustand, der den vorbestimmten
Betriebsverhältnissen entspricht, hinwirken. Dieser Zustand kann verschieden gewählt
werden. Das Zunächstliegende wird sein, den Schlupf auf konstante Leistungsentnahme
aus einem der Netze zu regeln; wobei als Impulsgeber für die Kupplungsfüllung die
Schaufelverstellung bzw. die Einführung des Sperrkörpers irgendeine wattmetrische
Vorrichtung in an sich bekannter Weise dienen kann. Man kann - auch beispielsweise
so regeln, daß die abgegebene Leistung in das gespeiste Netz in Abhängigkeit von
dessen Frequenz gesetzt wird, so daß z. B. bei abnehmender Frequenz dieses Netzes
eine größere Leistung abgegeben wird. Dieser Fall kann von Interesse sein beim Parallelbetrieb
mit primär angetriebenen Maschinen, die ja auch mit zunehmender Belastung einen
Drehzahlabfall zeigen. Hierbei kann als Impulsgeber irgendeine Vorrichtung dienen,
die von dem Unterschied zwischen der Sollfrequenz des Netzes und seiner tatsächlichen
Frequenz beeinfluBt wird. Als solche Vorrichtung kommt beispielsweise ein kleiner
Asynchronmotor, dessen Stator und Rotor die beiden in Frage kommenden Frequenzen
zugeführt
werden, in Betracht. Hierdurch kann man, wie dieses von Synchronisiervorrichtungen
her bekannt ist, einen dem Frequenzunterschied entsprechenden Impuls herleiten.
Eine weitere Möglichkeit der Regelung könnte darin bestehen, daß man den Frequenzunterschied
zwischen den beiden Netzen durch veränderte Leistungsaufnahme und -abgabe auszugleichen
sucht, wobei wiederum der Impuls von einer ähnlichen Vorrichtung, wie oben angegeben,
hergeleitet wird.
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Falls es sich nicht um einen Netzkupplungsumformer handelt, sondern
um -einen von einer Kraftmaschine angetriebenen Doppelgenerator, so gelten alle
bisherigen Angaben über den Betrieb in sinnentsprechender Weise. In diesem Falle
kann die Schlupfkupplung noch dazu dienen, die eine der beiden Maschinen zu gegebenen
Zeiten außer Betrieb zu nehmen und wieder einzuschalten, ohne die Antriebsmaschine
und den anderen Generator stillzusetzen.
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Von letzterer Möglichkeit kann gleichfalls Gebrauch gemacht werden,
falls eine Maschine eines Umformers als Phasenschieber laufen soll, wenn der Umformerbetrieb
selbst nicht notwendig ist. Auf diese Weise lassen sich die Leerlaufverluste vermindern.