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Vorrichtung zur Verhütung des Außertrittfallens von Wechselstromgeneratoren
Es ist bekannt, daß man zur Verhinderung des Außertrittfallens von Wechselstromgeneratoren
bei geschlossenem Kuppelschalter des gemeinsamen Netzes durch Regelung, der Drehzahl
der Antriebsmaschinen der Generatoren einen doppelgespeisten Motor verwenden kann,
der einerseits von der Netzfrequenz, andererseits von der Frequenz eines mit dem
Generator gekuppelten Hilfsgenerators beeinflußt wird und der auf das Regelorgan
der Antriebsmaschine des Generators einwirkt. Die bekannten Anordnungen sprechen
entweder auf die Phasenverschiebung zwischen Netzvektor und Polrad des Generators
oder auf die relative Drehgeschwindigkeit zwischen diesen beiden Vektoren an.
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Das Ansprechen auf die Phasenverschiebung hat den Nachteil, daß die
Beeinflussung der Antriebsmaschine oder ihres Reglers nur dann erfolgt, wenn der
Generator tatsächlich außer Tritt fällt, d. h. wenn die Phasenverschiebung fast
z8o ° beträgt. Die Zeit vom Beginn einer Netzstörung bis zum Moment, wo dieser Wert
der Phasenverschiebung erreicht ist, wird für den Regelvorgang nicht ausgenützt.
Wenn ferner der Generator außer Tritt gefallen ist und relativ zur Netzspannung
schlüpft, so sind besondere Kunstgriffe erforderlich, damit die Antriebsmaschine
dauernd im richtigen Sinne beeinflußt wird.
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Das Ansprechen auf die Relativgeschwindigkeit zwischen Netzvektor
und Rotor des Generators (Schlupfgeschwindigkeit) kann insofern günstiger sein,
als die Beeinflussung der Antriebsmaschine schon bei verhältnismäßig kleinen Phasenverschiebungen
beginnen kann, sofern die Störung derart ist, daß rasch ein beträchtlicher Schlupf
entsteht. Hier erfolgt bei außer Tritt gefallener Maschine die Beeinflussung der
Antriebsmaschine dauernd im richtigen Sinne.
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Die Erfindung betrifft eine derartige Vorrichtung zur Verhütung des
Außertrittfallens von Wechselstromgeneratoren, bei welcher aber eine Beeinflussung
der Antriebsmaschine unmittelbar vom Beginn der Störung an erfolgt. Zu diesem Zweck
wird erfindungsgemäß der doppelgespeiste Motor so ausgebildet, daß das Regelorgan
der Antriebsmaschine in Abhängigkeit von der Winkelbeschleunigung des Rotors relativ
zum Netzvektor oder gleichzeitig von dieser und der Schlupfgeschwindigkeit des Generators
relativ zum Netzvektor beeinflußt wird. Die Anordnung gemäß der Erfindung bietet
die beste Gewähr gegen Außertrittfallen von Generatoren als auch dafür, daß bei
außer Tritt gefallener Maschine dauernd eine richtige Beeinflussung der Antriebsmaschine
erreicht wird.
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Bei Regelung der Drehzahl der Antriebsmaschine bloß in Abhängigkeit
von der Schlupfgeschwindigkeit ist eine wirksame Beeinflussung unmittelbar von Beginn
der Störung an nicht möglich. Entweder ist die Einrichtung so ausgeführt, daß die
Beeinflussung des Drehzahlreglers um so intensiver ist, je größer der Schlupf ist
- dann ist bei einer Störung die Beeinflussung am Anfang nur unwesentlich und
nimmt
erstallmählich zu, da der Schlupf meist nur allmählich ansteigt-, oder die Einrichtung
ist so ausgeführt,- daß -beim Schlüpfen der Synchronmaschine ein Schalter betätigt
wird, der einen Hilfskreis schließt, welcher den Drehzahlregler beeinflußt. Zum
Schließen dieses Schalters ist aber ein gewisser Wert des Schlupfes erforderlich,
so daß auch in diesem Fall der Regler nicht vom Beginn der Störung an beeinflußt
wird.
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Im Gegensatz zum Schlupf nimmt die relative Winkelbeschleunigung bei
ernsthaften Störungen nicht allmählich zu, sondern springt plötzlich auf beträchtliche
Werte. Eine wirksame Beeinflussung des Reglers unmittelbar von Beginn der Störung
an ist daher nur möglich, wenn sie in Abhängigkeit von der relativen Winkelbeschleunigung
erfolgt. Während eine Beeinflussung in Abhängigkeit vom Schlupf (oder vom Polradwinkel)
erst wirksam wird, nachdem sich die Störung schon ausgev irkt hat, d. h. nachdem
schon ein Schlupf und eine Winkelabweichung zustande gekommen sind, wird eine Beeinflussung
in Abhängigkeit von der relativen Winkelbeschleunigung schon wirksam, bevor überhaupt
ein Schlupf und eine Winkelabweichung entstanden sind.
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Die Kombination der Abhängigkeit von relativer Winkelbeschleunigung
und Schlupf hat den weiteren Vorteil, daß die Beeinflussung sofort zu Beginn jeder
Störung einsetzt und während der ganzen Störung im richtigen Sinne wirkt.
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Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. An dem
Netz i2 hängt der Generator i mit der Antriebsmaschine z und dem auf der Generatorachse
gelagerten Hilfsgenerator 3. Die Spannung des Netzes 12 ist über einen Spannungswandler
q. dem Stator 5, die Spannung des mit dem Wechselstromgenerator i gekuppelten Hilfsgenerators
3 dem Rotor 6 einer Asynchronmaschine zugeführt. Koaxial mit dem Rotor 6, jedoch
unabhängig von diesem drehbar, ist ein Hilfsrotor 13 angebracht, der einen Kontaktarm
9 besitzt und durch Federn 8 in einer bestimmten Lage relativ zum Rotor 6 gehalten
wird. Bei normalem Betrieb stellt sich der Rotor 6 je nach der inneren Phasenverschiebung
des Wechselstromgenerators in einer bestimmten Lage ein. Beginnt nun bei einer Netzstörung
der Rotor des Wechselstromgenerators eine Bewegung relativ zum Vektor der Klemmenspannung
auszuführen, so führt der Rotor 6 eine Bewegung aus, die mit jener Relativbewegung
übereinstimmt. Der Hilfsrotor 13 wird durch die Federn 8 mitgenommen. Das Drehmoment,
das durch diese Federn auf den Hilfsrotor übertragen werden muß, ist der Beschleunigung
des Hilfsrotors i3, die ungefähr mit derjenigen de-Rotors 6 übereinstimmt, proportional.
Je nachs dem die Beschleunigung in der einen oder anderen Richtung eintritt, bewegt
sich der Kontaktarm 9 nach der einen oder anderen Seite aus seiner Mittellage und
schließt den Kontakt io oder ii. Diese Kontakte und der Kontaktarm 9 sind über Schleifringe
1q. und eine Hilfsstromquelle mit der Antriebsmaschine oder ihrem Regler so verbunden,
daß bei Schließen der Kontakte io, ii die Regelung im' beschleunigenden oder verzögernden
Sinn beeinflußt wird.
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Nimmt man an, daß der Hilfsrotor 13 masselos ist, so bleibt der Kontaktarm
9 unabhängig von der Beschleunigung immer in seiner Mittellage. Bringt man eine
z. B. magnetische oder hydraulische Dämpfung derart an, daß auf den Hilfsrotor 13
eine bremsende Kraft ausgeübt wird, die um so größer ist, je rascher er sich gegenüber
dem Stator 5 bewegt, so verläßt der Kontaktarm q bei Überschreitung einer gewissen
Schlupfgeschwindigkeit je nach der Richtungdes Schlupfes zwischen Rotor und Klemmenspannung
des Wechselstromgenerators seine Mittellage nach der einen oder anderen Seite und
schließt dadurch den Kontakt io bzw. ii. Diese Einrichtung bewirkt also, daß die
Antriebsmaschine oder ihr Regler in Abhängigkeit von der Schlupfgeschwindigkeit
des Wechselstromgenerators beeinflußt wird.
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Da der Hilfsrotor 13 nie ganz masselos ausgeführt werden kann, so
wird bei Anwendung der beschriebenen Dämpfung die Antriebsmaschine oder ihr Regler
gleichzeitig in Abhängigkeit von der relativen Beschleunigung des Rotors des Wechselstromgenerators
und seiner Schlupfgeschwindigkeit beeinflußt. Je nachdem man also die Masse des
Hilfsrotors 13 oder seine Dämpfung verändert, kann man den Einfluß der Beschleunigung
oder der Geschwindigkeit beliebig verändern.
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Es empfiehlt sich, den Abstand der Kontakte io und ii von der Mittellage
des Kontaktarmes sehr klein zu wählen, damit die Schließung der Kontakte wenig Zeit
erfordert. Ist der Kontaktweg klein, so können ferner bei vorgeschriebener Ansprechempfindlichkeit
der Einrichtung die Federn 8 stark gewählt werden, wodurch eine kleine Eigenschwingungszeit
des Hilfsrotors 13 erzielt wird, was ebenfalls für ein rasches Ansprechen
günstig wirkt.
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Bei der vorgeschlagenen relativen Beschleunigungsregelung werden die
Antriebsmaschinen der stark beschleunigten Generatoren oder ihre Regler weniger
beaufschlagt, so daß alle Generatoren einer gleichmäßigen Beschleunigung zustreben,
wodurch ein Außertrittfallen vermieden wird. Der Vorteil der Erfindung besteht darin,
daß bei Beschleunigung aller Generatoren die schwach beschleunigten Generatoren
entsprechend stärker beeinflußt werden, während dagegen bei den bekannten absoluten
Beschleunigungsregelungen
die schwach beschleunigten Generatoren in der falschen Weise, d. h. weniger beeinflußt
werden.