DE615090C - Synchronkraftwerk mit synchronen Wirkstromerzeugern und synchronen Blindstromerzeugern mit Daempferwicklung - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM 27. JUNI 1935

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

XLASSE 21 d² GRUPPE

Franklin Punga in Eberstadt b. Darmstadt und Hermann Roos in Allensbach b. Konstanz

mit Dämpferwicklung

Patentiert im Deutschen Reiche vom 23. November 1929 ab

Bei dem Betrieb von Kraftwerken mit Wechselstromgeneratoren, an welche lange Freileitungen hoher und höchster Spannung angeschlossen sind, verursacht der voreilende Blindstrom unter Umständen Schwierigkeiten, und zwar besonders dann, wenn die übrige Wirkleistung sehr gering ist. Der Erregerstrom der Wechselstromgeneratoren muß dann auf einen sehr kleinen Wert reduziert werden, wobei aber die Wechselstromgeneratoren bei plötzlicher Belastungsänderung außer Tritt zu fallen drohen. Die voreilende Leistung, die ein Wechselstromgenerator aufzunehmen vermag, betragt nur einen Teil der voreilenden Gesamtleistung, so daß also unter Umständen viele Wechselstromgeneratoren in dem Kraftwerke laufen müssen, obgleich der eigentliche Belastungsstrom vernachlässigbar klein ist.

Der kurzzeitige asynchrone Betrieb von synchronen Generatoren, beispielsweise im Falle des Außertrittfallens oder auch für den Anlauf von Synchronmaschinen oder Einankerumformern, die im asynchronen Lauf in die Nähe der synchronen Tourenzahl gebracht werden, ist bereits bekannt.

Gemäß der Erfindung sollen die in Frage kommenden Wechselstromgeneratoren entweder einzeln oder, bei Parallelbetrieb mit einem Kraftwerk, sämtlich sowohl im synchronen als auch asynchronen Betriebe dauernd laufen können. Um die im asynchronen Dauerbetrieb hohen Rotorströme in der Dämpferwicklung zu bewältigen, ist es in erster Linie notwendig, den Kupferquerschnitt der Dämpferwicklung ganz bedeutend zu verstärken. Bei der bisherigen Ausführung der Turbogeneratoren mit meistens in Nuten verteilter Erregerwicklung ist die Dämpferwicklung eine nebensächliche Anordnung, die auf eine einfache Schiene oberhalb der eigentlichen Erregerwicklung (Nutenverschlußkeile) angeordnet wind. Sehr oft werden diese Schienen sogar nur durch den Druck der Zentrifugalkräfte miteinander verbunden. Demgegenüber wird, wie weiter unten angeführt, erfindungsgemäß die Dämpferwicklung aus zwei Komponenten zusammengesetzt, deren eine durch 'die eigentliche Erregerwicklung gebildet wird, die nur einen Prozentteil der wirklichen Polteilung einnimmt, während die zweite Komponente, den Rest der Polteilung umfassend, unter 90⁰ gegen die erste versetzt, also in den Raum verlegt ist, welcher normalerweise nicht für die Erregerwicklung in Anspruch genommen wird. Bei vorbeschriebener verteilter Erregerwicklung z. B. geschieht der Übergang von dem Teile des Rotors mit Dämpferwicklung zu dem Teile mit Spulen dadurch, daß einige dem Hauptpol benachbarte Zähne ebenfalls Dampferstäbe tragen.

Gegebenenfalls kann hierfür eine abnormale Nutenbreite oder Zahnbreite verwendet werden. Theoretisch sollte der Kupferaufwand der im Polbereich liegenden Dämpferwicklung demjenigen der Erregerwicklung pro Pol entsprechen.

Der dem asynchronen Lauf des Wechselstromgenerators entsprechende Magnetisierungsstrom dient nur dazu, den voreilenden ίο Strom bei kapazitiver Belastung ganz oder teilweise zu kompensieren. Wie weiter unten beschrieben ist, können noch Mittel angewendet werden, um diesen Magnetisierungsstrom in gewissen Grenzen veränderlich zu machen.

Der Betrieb des Kraftwerkes soll nun in folgender Weise geführt werden. Sobald die Belastung durch voreilenden Strom zu groß wird, wird in einem oder mehreren Wechselstromgeneratoren die Erregerwicklung kurzgeschlossen. Die Maschine läuft jetzt als asynchroner Wechselstromgenerator und besitzt absolute Stabilität mit einem Maximum von Statorleistung. Im allgemeinen kann man auf diese Weise erreichen, daß die Leerlaufleistung des asynchronen Wechselstromgenerators höher liegt als die voreilende Leistung, welche der Wechselstromgenerator im synchronen Lauf stabil abzugeben vermag. Der Betriebszustand, welcher die Anwendung des Erfindungsgedankens wünschenswert macht, tritt vorzugsweise zu Zeiten sehr schwacher Wirkleistung, also bei Nacht- oder Feiertagsbetrieb, ein.

Erfindungsgemäß kann der Ma,gnetisierungsstrom der als Asynchrongenerator laufenden Maschine noch weiter dadurch bis zur Vollast gesteigert werden, daß durch die Zwischenschaltung von Regeltransformatoren zwischen den Kraftwerksammeischienen und Maschinenklemmen die Spannung an letzterer erhöht wird. Durch Einbau von Sättigungsstellen in die Zähne des Rotors oder in die Statorzähne läßt es sich erreichen, daß der Magnetisierungsstrom des Wechselstromgenerators bei einer verhältnismäßig kleinen Vergrößerung der Klemmenspannung gleich dem normalen Strom werden kann. Auf diese Weise können dann solche Wechselstrom-So generatoren ihre normale Leistung bei rein voreilendem Strom abgeben.

Die gleichen Erfindungsmerkmale gelten auch für die sogenannten Phasenschiebermaschinen, welche zur Verbesserung des Netz-cos φ vor- oder nacheilenden wattlosen Strom liefern. In gleicher Weise, wie oben erwähnt, können, dann solche Maschinen bei stark voreilendem Netzstrom als asynchrone Wechstelstromgeneratoren laufen und geben ßo hierbei noch nahezu die volle Leistung stabil ab.

Im allgemeinen werden infolge des größeren Kupferaufwandes der Erregerwicklung im kurzgeschlossenen Zustande derselben die Amperewindungen in der Achse dieser Erregerwicklung höher ausfallen als in der um 90 elektrische Grad versetzten Komponente der Dämpferwicklung. In solchen Fällen kann man, wenn es notwendig erscheint, die Erregerwicklung über einen Widerstand schalten, so daß die Läuferamperewindungen beider Dämpferwicklungskomponenten im asynchronen Lauf gleich ausfallen.

Die Erfindung kann sowohl auf Feldmagnete mit ausgeprägten Polen als auch solche mit verteilter Wicklung Anwendung finden. Nachstehend soll eine Ausführungsform der Dämpferwicklung beschrieben werden, welche bei Feldmagneten mit verteilter Wicklung vorteilhaft zur Anwendung gelangt.

In Fig. ι der Zeichnung ist der Querschnitt durch einen Rotorwickelkopf, in Fig. 2- eine Seitenansicht der Nuten dargestellt. In Fig. J und 4 ist der Querschnitt des Dämpferstabes c durch U-förmig gebogene, mit c leitend verbundene Hohlleiter Z erheblich vergrößert, welche noch zur wirksamen Führung der Kühlluft herangezogen werden können. Gemäß Fig. 5 stützt sich der Hohlleiter / durch seine sich nach dem Außendurchmesser hin verjüngende Form selbst gegen die Nutenwand ab, so daß ein Keil c wie in Fig. 3 entbehrlich ist. Der Austritt der Kühlluft kann durch Aussparungen im Teil c bzw. / erfolgen. In den verschiedenen Figuren bezeichnen, nochmals zusammengefaßt, α den Magnetkörper, b dieErregerspulen, c dieDämpferkeile (Endschienen), d den Dämpferring, e und f die Rotorkappen, h die schwalbenschwanzförrnigen Nuten im Poleisen, i diejenigen in den Zahnköpfen, k die Wicklungsnuten, / die Hohlleiter, m Isolation.

Die nach den Fig. 1 und 4 auf dem Außendurchmesser der Ringe d befestigten Dämpferstabenden können auch auf dem Innendurchmesser derselben befestigt werden.

Dämpferstäbe und Dämpferringe werden in den Rotor eingelegt, solange (die Wicklungsnuten noch frei sind. Erst nach dem Verschweißen der Dämpferwicklung werden die nc Erregerspulen in die Wicklungsnuten eingebracht, wodurch der schädliche Einfluß der beim Verschweißen .auftretenden hohen Temperaturen auf die benachbarte Spulenisolation vermieden wird. Die Dämpferstäbe werden nicht in die Wicklungsnuten gelegt, sondern in zusätzliche, im Pol und in den Zahnköpfen vorzusehende, beispielsweise schwalbenschwanzförmige Nuten. Dadurch, daß die Wicklungsnuten nicht mehr die Dämpferstäbe enthalten, wird für die Erregerspulen Platz gewonnen, so daß dieselben auf einem

kleineren Teile des Umfanges untergebracht werden können. Der Außendurchmesser der Dämpferringe wird zweckmäßig kleiner gehalten als der Durchmesser der Nutenböden. Um die am äußeren Rotorumfang liegenden Dämpferstäbe/ zu den auf einem kleineren Durchmesser befindlichen Dämpferringen d zu führen, ohne die Zentrierung für die Rotorkappen e und / unmöglich zu machen, können

ίο die Dämpferstäbe am Anfang und Ende des aktiven Eisens gegebenenfalls in schräg nach der Maschinenachse zu gefräste Nuten eingebettet werden. Ferner können die Stabenden bei ihrem Austritt aus der Nut in beliebiger Weise nach der Maschinenachse zu abgekröpft werden, wobei der Teil zwischen dem Nutende und dem Ringe am Rotorkörper anliegend oder auch nach Fig. 1 von demselben durch eine Luft- oder andere Isolationsschicht getrennt ausgeführt wird.

Durch die vorbeschriebenen Maßnahmen wird eine wesentliche Verbesserung in der Ausführung der Dämpferwicklung in dem Sinne erreicht, daß die leitende Verbindung zwischen Dämpferstäben und Endringen in wirksamerer Weise einwandfrei hergestellt werden kann, als dies bei den bisherigen Ausführungsformen mit vorher eingebauter Erregerwicklung der Fall war.

Claims (6)

1. Patentansprüche:

   i. Synchronkraftwerk mit synchronen Wirkstromerzeugern und synchronenBlind-Stromerzeugern mit Dämpferwicklung für zeitweilig auftretende, lang andauernde hohe kapazitive Belastung, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere Maschinen mit Dämpferwicklung, für Dauerbelastung versehen sind und von einer vorbestimmten Grenze der Untererregung ab asynchron mit in sich geschlossener Erregerwicklung laufen.
2. 2. Synchronkraftwerk mit synchronen Stromerzeugern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Stromerzeugern und Sammelschienen Regeltransformatoren geschaltet sind.
3. 3. Synchronkraftwerk mit synchronen Stromerzeugern nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in den Stator- oder Induktorzähnen Sättigungsstellen vorgesehen sind, die schon bei verhältnismäßig kleiner Vergrößerung der Klemmenspannung 'den Magnetisierungsstrom im asynchronen Lauf der Maschinen bis zum Vollaststrom anwachsen lassen.
4. 4. Synchronkraftwerk mit synchronen Stromerzeugern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregerwicklung im asynchronen Lauf der Maschinen auf einen Widerstand kurzgeschlossen ist.
5. 5. Dämpferwicklung für synchrone Stromerzeuger im Synchronkraftwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stäbe der Dämpferwicklung sowohl in besonderen Nuten der Pole des Induktors liegen als auch in Nuten, welche in den Köpfen der die Erregerspulen tragenden Zähne vorgesehen sind und daß die Dämpferwicklung fertiggestellt wird, bevor die Erregerwicklung in die Nuten eingelegt ist.
6. 6. Dämpferwicklung nach Anspruch 5> dadurch gekennzeichnet, daß die beispielsweise als Hohlkörper ausgebildeten Dämpferstäbe mit den unterhalb der Stirnverbindung der Erregerwicklung angeordneten Endringen verschweißt oder hartverlötet sind.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen