DE598374C - Anordnung zur Synchronisierung, insbesondere Grobsynchronisierung, von Synchronmaschinen - Google Patents

Anordnung zur Synchronisierung, insbesondere Grobsynchronisierung, von Synchronmaschinen

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DE598374C
DE598374C DE1930598374D DE598374DD DE598374C DE 598374 C DE598374 C DE 598374C DE 1930598374 D DE1930598374 D DE 1930598374D DE 598374D D DE598374D D DE 598374DD DE 598374 C DE598374 C DE 598374C
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DE
Germany
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relay
relays
synchronization
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current
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Expired
Application number
DE1930598374D
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English (en)
Inventor
Dr-Ing Erich Friedlaender
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Siemens Schuckertwerke AG
Siemens AG
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Siemens Schuckertwerke AG
Siemens AG
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Publication date
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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/38Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • H02J3/40Synchronising a generator for connection to a network or to another generator
    • H02J3/42Synchronising a generator for connection to a network or to another generator with automatic parallel connection when synchronisation is achieved

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Motor And Converter Starters (AREA)

Description

  • Anordnung zur Synchronisierung, insbesondere Grobsynchronisierung, 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 annähern.-den Phasenübereinstimmung der beiden zu synchronisierenden Spannungen geschlossen wird. Für diese Synchronisierung ist es @erforderlich, da.ß erstens 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 bat; zweitens muß der Steuerstromkreis, dessen Stromimpuls das Schließen des Hauptschalters bewirkt, zu einem Zeitpunkte 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. Zur selbsttätigen Überwachung des Steuerstromkreises kann man ein Relais in der Bauart eines dynamometrischen 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 wattmetrischen Relais muß in diesem. Falle symmetrisch zum Zeitpunktei der Phasenübereinstimmung der beiden zu synchronisierenden Spannungen gelegt werden. Ist dies nämlich Glicht der Fall, so ergeben sich zwischen dem Beginn der Freigabezeit und dem Moment der Phasenübereinstimmung verschiedene Zeitabstände, je nachdem die zuzuschaltende Maschinenspannung sich in ihrer Frequenz von oben oder von 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 Vorlegungsreit immer den vierten Teil oder die Hälfte einer Schlupfperiode beträgt. Wünscht man z. B. den Synchronisierungsvorgang nach Unterschreitung einer Schlupffrequenz von z 0/6 sich vollziehen zu lassen, so ist dies mit einem dynamometrischen Relais nur möglich, wenn die Eigenzeit des ölschaltersetwa 1/2 Sekunde beträgt.
  • Es ist schon eine Anordnung zur Synchronisierung bekannt, bei der der Stromimpuls für die Auslösung des Schalters eine beliebige Zeit vor den Moment der Phasenübereinstimmung gelegt werden kann, und zwar gleichgültig, ob die zuzuschaltende Maschine aus dem unter- oder übersynchronen Zustand sich dem Synchronismus nähert. Die Vorverlegungszeiten können dabei verschieden groß gemacht werden, je nachdem die zuzuschaltende Maschine vom über- oder untersynchronen Zustand in den Synchronismus eintritt. Bei der bekannten Anordnung werden zu diesem Zweck drei wattmetrische Relais und zwei Zeitrelais benötigt. Durch die Erfindung wird die gestellte Aufgabe in einfacherer Weise mit einer geringeren Anzahl von Relais gelöst.
  • Erfindungsgemäß sind einerseits zwei dynamometrische Relais vorgesehen, die in Parallelschaltung die Kontakte des Steuerstromkreises für das Einlegen des Hauptschalters freigeben und deren Kontaktschlußzeiten durch Phasenverschiebung der speisenden Spannungen gegeneinander verschoben sind; anderseits ist noch ein Zeitrelais vorgesehen, das während der Zeiterregt wird, in der beide dynamometrische Relais den Strom für das Einlegen des Hauptschalters sperren.
  • Die Erfindung ist in folgendem an Hand des Ausführungsbeispiels der Zeichnung näher erläutert. i o und I I bedeuten darin die drei Phasen U, V, W der Netzspannung bzw. 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. Der Synchronisierungsvorgang wird dabei durch Schließen des von Hand zu betätigenden; Schalters 15 eingeleitet. a und b sind zwei dynamometrische Relais, die in Parallelschaltung den Strom in der Spule 14 überwachen. Die Spule 14 bekommt also dann Strom, wenn mindestens eines der beiden Relais den Steuerstromkreis. freigibt. Die Relais a und b besitzen in bekannter Weise je zwei Spulen, von denen die eine über den Transformator 16 von der Netzspannung, die zweite über den Transformator 17 bzw. 18 von der Maschinenspannung gespeist wird. Die Zeiger 19 und 2o der Relais a und b schlagen daher im Takte der Schlupffrequenz zwischen der Netz- und der Maschinenspannung nach links und rechts aus. Das Relais a gibt den Steuerstromkreis frei, wenn sein Zeiger am Kontakt 2 liegt, das Relais b, wenn der Zeiger am Kontakt 4 liegt. Zur näheren Veranschaulichung der Wirkungsweise der beiden Relais a und b dient das Diagramm der Abb.2, das ein Vektoxdiagramm der Schlupffrequenzspannung zwischen dem Netze und der Maschine darstellt. o ist der Drehpunkt des Vektors; die vertikale strichpunktierte Linie bedeutet im oberen Teil die Phasengleichheit der Netz- und der Maschinenspannung, im unteren Teil die Phasenopposition. Während eines Vektorumlaufesl der Schlupfspannung gibt das Relais rx während einer Halbperiode den Steuerstromkreis frei, während einer zweiten Halbperiode sperrt sie ihn. Dies ist durch den ,äußeren Kreisring a in Abb. 2 veranschaulicht, wobei die schwarze Hälfte des Kreisringes die Freigabezeit, die weiße Hälfte die Sperrzeit veranschaulichen soll. Dasselbe gilt für den inneren. Kreisring b, der sich auf die Sperr- und Freigabezeiten des Relais b 'bezieht. Man sieht, daß die Freigabezeiten der beiden Relais zeitlich nicht miteinander übereinstimmen, sondern eine Phasenverschiebung von etwa i2o° besitzen. Diese ist dadurch erreicht, daß die von der Maschinenspannung den beiden Relais a und b zugeführten Spannungen Phasenverschiebung besitzen, da die Transformatoren 1 7 und 18 an verschiedene Phasen der Maschinenspannung angeschlossen sind. Durchläuft nun der Vektor der Schlupfspannung das Diagramm der Abb. 2 beispielsweise im Uhrzeigersinne, so wird der Stromkreis für die Betätigungsspule 14 von dem Relais b im Zeitpunkte--i freigegeben und wird dann im oberen Teil des Vektordiagrammes von beiden Relais freigegeben und bleibt dann unter dem Einfluß des Relais a bis zum Zeitpunkte 22 frei. Die Spule 14 bekommt also schon zum Zeitpunkte 2 i den Stromimpuls, wobei dieser Impuls dem Momente der Phasenübereinstimmung der Netz- und der Maschinenspannung (nach aufwärts gerichtete Lage des Schlupfspannungsvektors) um etwa 150° voreilt. Man sieht, daß man es durch die Phasenverschiebung der den Relais a und b zugeführten Spannungen in der Hand hat, diesen Voreilwinkel in weiten Grenzen einzustellen und ihn so mit der Schaltverzögerungszeit in Übereinstimmung zu bringen. Das Diagramm zeigt auch, daß -es dabei gleichgültig ist, ob die Synchronisierung dadurch erreicht wird, daß sich die Maschinenfrequenz der Netzfrequenz von einer höheren Frequenz aus nähert oder von einer niedrigeren Frequenz aus, was in Abb. 2 durch die Änderung der Umlaufrichtung des Vektors zum Ausdruck käme, da in beiden Fällen sich derselbe Voreilwinkel des Stromimpulses für die Spule 14 ergibt, nur daß dieser Impuls einmal im Zeitpunkt 21 und das zweite Mal im Zeitpunkt 22 einsetzt. Die Phasenverschiebung zwischen den Spannungen der Relais a und b könnte selbstverständlich auch für die Spannungen vorhanden sein, die von der Netzspannung den, beiden Relaisa und b zugeführt werden. Auch kann man sich zur Herbeiführung der Phasenverschiebung beliebiger anderer Mittel bedienen, indem man etwa dreiphasige Transformatoren verwendet und von Sterndreieckschaltungen, Zickzackschaltungen oder auch unsymmetrischen Auzapfungen usw. Gebrauch macht. Ebenso könnte man die beiden Relais über Drehtransformatoren von der Maschine oder dem Netz aus speisen.
  • Die bisher beschriebenen Mittel b,erücksichtigen noch nicht, daß im Synchronisierungsmoment die Schlupffrequenz bereits einen bestimmten Betrag unterschritten haben muß. Um dies zu erreichen, ist in den Stromkreis der Spule 14 noch ein Relais Vr eingeschaltet. Das Relais wird von dem Steuerstromkreis'i3 aus dann erregt, wenn sowohl der Zeiger des Relais a am Kontakt i liegt als auch der Zeiger des Relais b am Kontakt 3, wenn also der Strom in der Spule 1 ¢ sowohl von dem Relais a als auch von dem Relais b gesperrt wird. Die Verzögerungseinrichtung an dem Relais Vr besteht nun aus einer mit der Erregerspule im Innern des Relais .in Reihe geschalteten Drosselspule 25. Diese Drosselspule gestattet nun ein langsames Anwachsen des Stromes in der Erregerspule des Relais VY,. trotzdem der Spule bereits die volle Spannung der Stromquelle 13 zugeführt ist. Dementsprechend ist die Erregerspule erst nach einer gewissen Zeit imstande, die beiden Kontakte 26 und 27 am Relais Vr zu schließen. Mit dem Schließen dieser Kontakte, und zwar mit dem Schließen des Kontaktes 26 bekommt dann auch die Spule 1 ¢ über das Hilfsrelais R Strom, und der Hauptschalter wird geschlossen. Das Relais VY ist nun außerdem noch derart ausgebildet, daß @es die Freigabe des Stromes für die Spule 14 nur eine bestimmte Zeit aufrechterhält. Hat sich während dieser Zeit der Synchronisierungsvorgang nicht ordnungsgemäß vollzogen, was z. B. auf Störungen und Fehlschaltungen durch zufälliges Klebenbleiben von Relaiskontakten oder auf einen plötzlichen Frequenzsprung im Netz zurückzuführen ist, so öffnet das Relais Vr den Kontakt 26 wieder und sperrt damit den Strom für das Relais R. Dies wird dadurch erreicht, da.ß durch das Schließen des Kontaktes 27 der Erregerstrom für das Relais VY wieder abgeschaltet wird. Die Erregerspule wird über die Drosselspule 25 durch den Schalter 27 kurzgeschlossen. Die Abschaltung des Erregerstromes, die wieder ein öffnen der Kontakte 26 und 27 herbeiführt, vollzieht sich dabei mit einer Verzögerung, da die Energie der Drosselspule 25 sich über die Erregerspule des Relais Vt' entlädt und den Erregerstrom auf diese Weise noch eine gewisse Zeit auf einer solchen Höhe hält, daß die Kontakte 26 und 27 geschlossen bleiben.
  • Die Relais a und b liegen nicht unmittelbar im Stromkreis der Spule 14, sondern es ist noch ein Hilfsrelais R dazwischengeschaltet. Damit nach dem Schließen des Schalters 12 die verschiedenen Relais in die Ausgangsstellung zurückfallen und so für eine spätere Synchronisierung wieder zur Verfügung stehen, ist noch ein Schalter 23 vorgesehen, der mit dem Schalter 12 gekuppelt ist und beim endgültigen Schließen des Schalters 12 die von der Gleichstromquelle 13 den verschiedenen Relais zugeführten Spannungen unterbricht.
  • Der Synchronisierungsvorgang vollzieht sich nun folgendermaßen: Nach dem Hochlaufen der zuzuschaltenden Maschine wird der Schalter 15 ,geschlossen. Da der Schalter 12 offen ist, so ist auch der Schalter 23 im Steuerstromkreis geschlossen, und die Relais a und b können den Strom für die Erregung der Spule-1q. in der geschilderten Weise freigeben und sperren; jedoch ist dies erst dann möglich, wenn die Schlupffrequenz zwischen der Maschine und der Netzspannung auf einen genügend geringen Betrag gesunken ist und dementsprechend das Zeitverzögerungsrelais Vr seine Sperrung für die Erregung der Spule 14 aufgehoben hat. Wenn dies der Fall ist, bekommt die Spule 1 ¢ über das Zwischenrelais R im richtigem Zeitmomente Erregerstrom und schließt den Schalter 12 im Zeitpunkt der Phasenübereinstimmung. Mit dem Schließen des Schalters 12 wird der Schalter 23 geöffnet und so der Steuerstromkreis 13 abgeschaltet.
  • Bei der Anordnung nach dem Diagramm der Abb. 2 liegen. die Zeitpunkte 21 und 22, zwischen denen der Steuerstromkreis von den dynamometrischen Relais freigegeben ist, symmetrisch zum Zeitpunkte der Phasenopposition von Netz- und Maschinenspannung. Selbstverständlich kann unter Umständenauch eine unsymmetrische Lage dieser beiden Zeitpunkte zweckmäßig sein, die sich mit Hilfe der geschilderten Mittel ohne weiteres erreichen läßt. Ebenso können die Punkte 21 und 22 in der Nähe der Phasengleichheit von Netz-"und Maschinenspannung liegen, wobei sich dann ein entsprechend größerer Voreilwinkel des Stromimpulses der Spule 1.4 gegenüber dem Moment der Phasenübereinstimmung ergibt. Der Voreilwinkel liegt bei der dargestellten Schaltung zwischen 9o und 18o°. Mau könnte aber auch einen Voreilwinkel zwischen 270 und 36o° erreichen, wenn man den Zeitpunkt der Phasengleichheit in dem Diagramm der Abb. 2 nach unten verlegt.

Claims (3)

  1. hATL:NTANSPRlictlL: i. Anordnung zur Synchronisierung, insbesondere Grobsynchronisierung, von Synchronmaschinen mittels Relais in der Bauart von Dynamometern, die von den beiden zu synchronisierenden Spannungen gespeist werden und während einer Halbperiode der speisenden Schlupfspaxmung den Steuerstromkreis für das Einlegen des Hauptschalters freigeben, während der zweiten Halbperiode ihn sperren, gekennzeichnet einerseits durch zwei dynamometrische Relais, deren Kontakte in Parallelschaltung im Steuerstromkreis für das Einlegen des Hauptschalters liegen und deren Kontaktscllußzeiteu durch Phasenverschiebung der speisenden Spannungen gegeneinander verschoben sind, gekennzeichnet anderseits durch Lein Zeitrelais, das während der Zeit erregt ist, in der beide dynamometrische Relais den Strom für das Einlegen des Hauptschalters sperren.
  2. 2. Anordnung nach Anspruch r, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Zeitrelais zwei von dem Erregerstrom über die Verzögerungseinrichtung gesteuerte Kontakte vorgesehen sind, bei deren Betätigung der eine den Strom für das Einlegen des Hauptschalters freigibt, während der zweite den Erregerstrom für das Zeitrelais über die Verzögerungseinrichtung abschaltet.
  3. 3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, da.ß zur Verzögerung in der Betätigung der Kontakte des Zeitrelais :eine magnetische Verzögerungseinrichtung, insbesondere eine Drosselspule, vorgesehen ist. q.. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die in Reihe mit der Erregerspule des- Relais geschaltete Drosselspule durch die Betätigung des zweiten Kontaktes über die Erregerspule kurzgeschlossen wird.
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