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Anordnung zum Synchronisieren Zum Synchronisieren von elektrischen
Maschinen, die mit einer Kraftmaschine oder einem nicht im Synchronismus verbleibenden,
Anwurfsmotor gekuppelt sind, ist es bekannt, mit der Synchronmaschine einen Hilfssynchrongenerator
zu kuppeln, dessen Magnetpole mit denjenigen der Hauptmaschine auf derselben Welle
befestigt und gegen diese ein wenig voreilend eingestellt sind und dessen Nennleistung
bedeutend geringer ist als die der Hauptmaschine. Zum Synchronisieren wird eine
sogenannte Grobsynchronisiereinrichtung benutzt, d. h. die Hilfssynchronmaschine
wird zunächst über eine Drosselspule an das Netz angeschlossen, hierauf wird die
Drosselspule kurzgeschlossen, und dann wird der Schalter der Hauptmaschine geschlossen.
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Gemäß der Erfindung wird bei einer derartigen Anordnung, bei der mit
der Hauptmaschine eine besondere Hilfssynchronmaschine zum Synchronisieren gekuppelt
ist, diese gleichzeitig als Erregermaschine für die Hauptmaschine benutzt, indem
sie über vorzugsweise steuerbare Stromrichter den Erregerstrom für die Hauptmaschine
liefert. Das bietet den Vorteil, daß man ohne besondere Erregermaschine auskommt,
so daß die Anordnung außerordentlich vereinfacht wird. Besonders zweckmäßig ist
es, die Hilfssynchronmaschine mit Selbsterregung auszuführen. In der Zeichnung sind
Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. In Fig. x kann der Generator 2 an
das Netz i über einen; Schalter 3 angeschlossen werden. Der Generator 2 wird von
einer Turbine q. angetrieben. 5 ist eine Vorrichtung zur Einstellung der Dampfzufuhr
zur Turbine, Erfindungsgemäß ist mit dem Generator 2 eine Hilfssynchronmaschine
6 gekuppelt, im Ausführungsbeispiel eine Drehstromsynchronmaschine, die über einen
vorzugsweise steuerbaren Stromrichter 7, z. B. über einen Quecksüberdampfgleichrichter,
die Erregerwicklung der Maschine 2 speist. Zur Einstellung der Größe des Erregerstromes
kann beispielsweise in. Abhängigkeit von der Spannung des Generators 2, wie durch
den Spannungswandler 8 angedeutet, die Gitterspannung des Stromrichters beeinflußt
werden, beispielsweise durch Änderung der Phasenlage der Gitterspannung gegenüber
der Anodenspannung oder durch Änderung der Höhe der Gitterspannung. io ist eine
Schutzdrosselspule, die durch einen Schalter ii kurzgeschlossen werden kann. g ist
ein Schalter, mit welchem die Hilfssynchronmaschine 6 mit dem Netz i "verbunden
werden kann.
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Zum Synchronisieren kann, folgendermaßen verfahren werden: Die Turbine
q: wird angelassen. Sobald sich ihre Drehzahl der Normaldrehzahl nähert, wird der
Schalter 9 geschlossen,
so daß die Hilfssynchronmaschine
6 unter Vorschaltung der Schutzdrosselspule To am Netz i liegt. Sobald sich die
Hilfssynchronmaschine 6 gefangen hat, wird der Schalter ii geschlossen und hierauf
der Schalter 3.
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Da es bei sehr kleiner Hilfssynchronmaschine 6 vorkommen kann, daß
sich die Maschine nicht fängt, kann auch z. B. mit der in Fig. i dargestellten Anordnung
nach dem Einschalten des Schalters g die Turbine 4 so beeinflußt werden, daß sich
die Hilfssynchronmaschine 6 fängt. Zu diesem Zweck ist im Ausführungsbeispiel ein
Frequenzwandler (Kommutatormaschine) 12 vorgesehen, der über Schleifringe von dem
zwischen der Hilfssynchronmaschine 6 und dem Netz i fließenden. Strom gespeist wird
(Stromwandler i8). Der Frequenzwandler besitzt einen Kommutator mit drei Bürsten.
Die an den. Bürsten abgenommene Spannung wird dem Ständer eines Drehfeldrichtungsrelais
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zugeführt, das ähnlich wie eine Asynchronmaschine gebaut ist. Mit dem Läufer
ist ein Kontakt 14 verbunden, der zwischen den beiden feststehenden Kontakten 15
und 16 spielt. Durch Federn, die in der Figur nicht dargestellt sind, wird der Läufer
in einer Nullage gehalten. Ist der Schalter g eingeschaltet und läuft die Maschine
6 mit dem Netz i synchron, so wird an den Bürsten des Frequenzwandlers 12 nur eine
Gleichspannung abgenommen, die durch nicht dargestellte Kondensatoren oder ähnliche
Einrichtungen vom Ständer des Relais 13 ferngehalten werden kann. Läuft aber die
Maschine 6 nicht mit dem Netz i synchron, so entsteht an den Bürsten des Frequenzwandlers
12 außer der von der mit dem Frequenzwandler 12 zwangsläufig synchronlaufenden Maschine
6 herrührenden Gleichspannung eine Schlupfspannung. Der Richtungssinn des durch
diese im Relais erzeugten Drehfeldes ist davon abhängig, ob. die Frequenz der Hilfssynchronmaschine
6 größer oder kleiner ist als die des Netzes i. Dadurch kommt das Relais
13 zum Ansprechen und schließt entweder den Kontakt 15 oder 16, wodurch die
Steuerungsvorrichtung 5 in dem Sinne betätigt wird, daß sich die Drehzahl der Maschine
6 der durch die Netzfrequenz vorgeschriebenen Drehzahl nähert. Dadurch wird erreicht,
daß sich die Maschine 6 fängt. Hierauf wird die Drosselspule To durch den Schalter
ii überbrückt, und kurz danach, z. B. nach einer wählbaren Zeit oder unter Überwachung
von Strom, Spannung oder Leistung der Hilfssynchronmaschine 6, wird. der Hauptschalter
3 eingeschaltet. Besonders zweckmäßig ist es, nachdem die Drosselspule To kurzgeschlossen,
ist, die Kraftmittelzufuhr so lange zu verändern, bis die Hilfssynchronmaschine
6 keine Wirkleistung mehr aus dem Netz i aufnirnrnt, und dann erst den Hauptschalter
3 zu schließen. Zweckmäßig werden die verschiedenen Vorgänge selbsttätig eingeleitet,
was man beispielsweise durch entsprechende Abhängigkeitskontakte erreichen kann.
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Es können auch noch andere Mittel angewendet werden, um Spannungen
zu erzeugen, bei denen der Richtungssinn ihres Umlaufs davon abhängig ist, ob die
Frequenz der Hilfssynchronmaschine 6 größer oder kleiner ist als die des Netzes
i. Zu diesem Zweck könnte man beispielsweise zu jeder Phasenspannung eines dreiphasigen
Spannungswandlers mit dreischenkligem Eisenkern. ein und dieselbe Zusatzspannung
hinzufügen, die dem Strom in irgendeiner Phase proportional ist. Diese Spannungen,
die sich aus einem vom Strom und einem von der Spannung abhängigen Vektor zusammensetzen,
werden gleichgerichtet und wirken auf die Ständerwicklung eines nach Art eines Drehstrommotors
gebauten Relais ein, welches je nach dem Richtungssinn des Frequenzunterschiedes
nach der einen oder anderen Seite Kontakt macht.
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Um die Kraftmittelzufuhr vom Frequenzunterschied zwischen Maschine
6 und Netz i in der richtigen Weise zu beeinflussen, kann man auch noch andere Verfahren
anwenden. Beispielsweise könnte man die Kraftmittelzufuhr in Abhängigkeit von der
Phasenlage der Spannungen beiderseits des offenen Maschinenschalters 3 steuern.
Man könnte auch an das Netz i und an die Maschine 2 je ein Ferraristriebsystem anschließen,
.dessen Drehzahl von der Frequenz abhängig ist, und könnte in Abhängigkeit von der
Differenz der Drehzahlen die Kraftmittelzufuhr beeinflussen.
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Man kann auch, wenn man beispielsweise der Hilfssynchronmaschine 6
eine Dampferwicklung gibt, in Abhängigkeit von der Schlupfleistung der Maschine
6 die Kraftmittelzufuhr der Turbine 4 so lange verändern, bis die Schlupfleistung
Null geworden ist, und kann hierauf den Kurzschlußschalter ü der Drosselspule To
schließen und gleichzeitig die Einschaltung des Hauptschalters 3 der Hauptmaschine
2 vorbereiten. Im allgemeinen wird nach dem Kurzschließen der Drosselspule To die
Leistung der Hilfssynchronmaschine 6 nicht mehr gleich Null sein. Es wird daher
zweckmäßig in Abhängigkeit von dieser Leistung die Kraftmittelzufuhr wieder so beeinflußt,
daß die Leistung gleich Null wird, worauf . dann der Befehl zum Einschalten des
Hauptschalters 3 gegeben wird.
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Ein Ausführungsbeispiel dafür zeigt Fig.2, und zwar in einphasiger
Darstellung. An dem Netz i ist der Synchrongenerator 2 angeschlossen, der von der
Turbine 4 angetrieben wird. Mit -dem. Generator 2 ist die Drehstromhilfssynchronmaschine
6 gekuppelt, die über das Dampfentladungsgefäß 7 den Erregerstrom für den Generator
2 liefert. Die Maschine 6
kann mittels des Schalters 48 (Kontakt
49) über die Drosselspule 33 mit dem Netz i verbunden werden. Der Schalter 48 besitzt
noch einen Hilfskontakt 5o. Zur Einregelung der Dampfzufuhr dient der Motor 47,
der auf das Ventil 5 einwirkt und vom Relais 44 gesteuert wird. Das Relais 44 ist
ein wattmetrisches Relais, welches über den Stromwandler 45 und den Spannungswandler
46 von dem von der Maschine 6 aufgenommenen Strom und der Netzspannung beeinflußt
wird. Es wird unter dem Einfluß der Pendelleistung ein periodisch veränderliches
Drehmoment erfahren, aber je nach der von der Maschine 6 aufgenommenen Schlupfleistung
mehr oder weniger nach der einen oder anderen Seite ausschlagen, wodurch der Motor47
zum Rechts- oder Linkslauf gebracht und damit die Stellung des Dampfventils 5 verändert
wird. 29 ist ein Relais, welches seinen Kontakt 3o geschlossen hält, wenn es nicht
erregt ist... Zum Kurzschließen der Drosselspule 33 dient ein Schalter 36 mit dem
Hauptkontakt 37 und der Einschaltspule 34. Der Schalter 36 besitzt außerdem noch
Kontakte 42 und 43 (Kontakthebel 4,1) und Kontakte 39 und 40 (Kontakthebel 38).
31 ist ein Zeitrelais, welches bei längerer Erregung seinen Kontakt 32 schließt,
bei Unterbrechung der Erregung aber sofort wieder öffnet. 23 ist der Hauptschalter
für die Maschine 2, seine Erregerspule ist mit 24 bezeichnet. 27 ist ein Relais,
welches von den Spannungswandlern 25 und 26 so beeinflußt wird, daß es seinen Kontakt
28 schließt, wenn die Differenz aus Netz- und Maschinenspannung gleich Null ist.
Der Kontakt 3o des Relais 29 liegt über dem Hilfskontakt 5o des Schalters 48 und
die miteinander verbundenen Kontakte 42 und 43 im Stromkreis des Zeitrelais 31.
Der Kontakt 32 des Zeitrelais 31 liegt über den Kontakt 39 im Stromkreis
der Einschaltspule 34 des Schalters 36 und ferner über den Kontakt 40 des Schalters
36 im Stromkreis der Einschaltspule 24 des Schalters 23.
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Die Wirkungsweise der Anordnung ist folgende: Zunächst wird die Turbine
4 hochgefahren, und sobald annähernd die normale Drehzahl erreicht ist, wird der
Schalter 48 geschlossen. Die Hilfssynchronmaschine 6 wird nun außer der Pendelleistung
Schlupfleistung vom Netz i aufnehmen bzw. ins Netz abgeben, so daß das Relais 44
anspricht und durch Einschalten des Motors 47 die Dampfzufuhr der Turbine 4 so lange
beeinflußt, bis sich die Maschine 6 gefangen hat und die Schlupfleistung gleich
Null ist. Sobald das Relais 44 in die Mittellage zurückkehrt, schließt das Relais
29 seinen Kontakt, wodurch über die Kontakte 5o und 42 das Zeitrelais 31 erregt
wird. Ist dieses lange genug erregt, so schließt es seinen Kontakt 32, wodurch über
den Kontakt 39 die Spule 34 erregt wird, welche den Schalter 36 einschaltet. Das
Zeitrelais 31 ist deshalb erforderlich, weil die Maschine 6, wie erwähnt,
außer .der asynchronen Schlupfleistung noch eine gewisse Pendelleistung aus dem
Netz aufnimmt, welche bedingt, daß, sofern der Scheitelwert der Pendelleistung größer
ist als die Schlupfleistung, das Relais 44 für kurze Zeit in die Mittellage zurückkehrt
oder sogar nach der entgegengesetzten Seite ausschlägt. Beim Einschalten des Schalters
36 wird die Drosselspule 33 kurzgeschlossen. Bei der Einschaltbewegung ist auch
gleichzeitig durch Öffnung des Kontaktes 42 das Zeitrelais 3i kurzzeitig zum Abfallen
gebracht worden. Sobald aber der Schalter 36 eingeschaltet ist, also am Ende der
Einschaltbewegung, wird der Kontakt 43 geschlossen. Nach dem Kurzschließen der Drosselspule
33 wird im allgemeinen die von der Hilfssynchronmaschine 6 aufgenommene Leistung
nicht gleich Null sein. Das Relais 44 wird daher durch Beeinflussung des Motors
47 die Dampfzufuhr weiterhin so lange verändern, bis die Leistung der Hilfssynchronmaschine
6 gleich Null ist. Das Relais 44 öffnet dann seinen Kontakt, wodurch der Erregerstromkreis
des Relais 29 unterbrochen wird. Dieses schließt also seinen Kontakt 3o. Dadurch
wird über diesen und die Kontakte 50 und 43 das Zeitrelais 31 erregt, welches nach
einer gewissen Zeit seinen. Kontakt 32 schließt. Dadurch wird über diesen und die
Kontakte 4o und 28 die Einschaltspule 24 des Hauptschalters 23 erregt, so daß dieser
eingeschaltet wird, wodurch der Synchronisiervorgang vollzogen ist, Das Relais 27
dient dazu, das Einschalten des Hauptschalters zu verhindern, wenn die Spannung
des Generators 2 von der des Netzes i zu stark abweicht.
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Um eine besondere Gleichstromerregermaschine für die Erregung der
Hilfssynchronmaschine 6 zu ersparen, kann man in Abhängigkeit von der Wechselspannung
der Maschine 6 deren Erregerkreis aus einem Gleichrichter speisen. Vorteilhaft ist
auch eine Anordnung, wie sie in Fig. i gezeichnet ist, bei der zur Erregung der
Hilfssynchronmaschine 6 Kondensatoren 17 vorgesehen sind. Um die Polradstellung,
in der sich die Maschine 6 fängt, in bezug auf die Polarität des Erregergleichstromes,
den der Stromrichter 7 liefert, eindeutig festzulegen, kann man das Polrad der Hilfssynchronmaschine
6 ganz oder teilweise aus einem Material mit hoher Remanenz, beispielsweise aus
gehärtetem Stahl, herstellen.
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Um die Änderung der Erregerspannung, welche die Maschine 6 liefert,
von der Belastung der Hauptmaschine 2, welche bei steigender Belastung einen größeren
Erregerstrom fordert, unabhängig zu machen, kann man die Maschine 6 auch stark sättigen.
Die
Erfindung ist nicht auf Anordnungen beschränkt, bei denen die I-lüfssynchronmaschine
6 über eine Schutzdrosselspule synchronisiert wird, sondern. sie kann auch Verwendung
finden, wenn die _Hilfssynchronmaschine 6 in anderer Weise synchronisiert wird.
Gegenüber der unmittelbaren Synchronisierung der Hauptmaschine bietet die Anordnung
den Vorteil, daß bei irgendeinem Fehler in der Synchronisiereinrichtung Zerstörungen
des Hauptgenerators bzw. große Stromstöße im Netz vermieden werden.