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Regeleinrichtung für einen zum Kuppeln zweier Wechselstromnetze von
verschiedener Frequenz dienenden Umformer Die Erfindung betrifft eine Regeleinrichtung
für einen Umformer, der zum Kuppeln zweier Wechselstromnetze von verschiedener Frequenz
dient und aus einer Synchronmaschine und einer Asynchronmaschine mit I%oinmutatorhintermaschine
besteht. Gemäß der Erfindung ist ein außer dem Hauptleistungsregler vorgesehener
und von der Frequenz des Netzes der Synchronmaschine abhängiger Zusatzregler derart
eingerichtet, daß er vom Absolutwert der Frequenz des Netzes der Synchronmaschine
unabhängig ist und nur auf rasch verlaufende Frequenzänderungen anspricht, die in
dem von der Synchronmaschine gespeisten Netz durch Belastungsstöße auftreten. Ein
mit einem Regler nach der Erfindung ausgerüsteter Netzkupplungsumformer hat den
Vorteil, daß Belastungsänderungen, welche kurzzeitig und stoßweise in dem von der
Synchronmaschine gespeisten Netz auftreten, sich nicht auf das die Asynchronmaschine
speisende Netz übertragen können. Ferner wird der den Umformer steuernde Hauptleistungsregler
wesentlich entlastet, «Teil er nur die langsam verlaufenden Laständerungen auszuregeln
braucht. Eine schnell und stoßartig verlaufende Laständerung wird dagegen von dem
Zusatzregler aufgefangen. Das Auftreten von L eistungspendelungen wird bei der Regelung
nach der Erfindung weitgehend vermieden. Die Erfindung ist dabei von besonderer
Bedeutung für Bahnnetze, welche mit 162/$ Perioden betrieben werden und über den
Umformer an ein 5o-Periodennetz angeschlossen sind, denn ein Bahnnetz ist in besonderem
Maße Belastungsstößen unterworfen.
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Regelungseinrichtungen für Netzkupplungsumformer, bei denen außer
dem Hauptleistungsregler noch ein Zusatzregler vorgesehen ist, welcher von der Frequenz
des Netzes der Synchronmaschine abhängig ist, sind an sich bekannt, jedoch dienten
diese Zusatzregler einem anderen Zweck und waren daher so eingerichtet, daß sie
auch bei langsam verlaufenden Frequenzänderungen, nicht dagegen nur bei schnell
verlaufenden Frequenzänderungen ansprechen. Der bekannten Einrichtung liegt die
Aufgabe zugrunde, eine eindeutige Abhängigkeit der Umformerleitung nur von der Frequenz
des Netzes der Synchronmaschine zu erreichen. Der Zusatzregler des bekannten Umformers
wirkt daher nicht im Sinne einer Entlastung des Hauptreglers von zusätzlichen Beanspruchungen,
die durch Belastungsstöße des Netzes der Synchronmaschine bedingt sind.
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In der Zeichnung sind als Ausführungsbeispiele der Erfindung zwei
Schaltungen dargestellt. Abb. i zeigt die Schaltung eines Umformers, der zum Kuppeln
eines 5o-periodischen Drehstromnetzes i i mit einem 162/3 periodischen Einphasennetz
12 dient. Der Umformer besteht aus der ständerseitig an das Einphasennetz 12 angeschlossenen
Synchronmaschine 13 und der vom Drehstromnetz i t
gespeisten Asynschronmaschine
14, die mecha nisch miteinander gekuppelt sind. Auf der Umformerwelle sitzt ferner
eineHilfserregermaschine 1,;, deren Bürsten an die Erregerwicklung 16 einer Kommutatormaschine
17 angeschlossen sind. Diese ist in den Läuferkreis der Asynchronmaschine 14 geschaltet
und wird von einem am Drehstromnetz i i hängenden Motor i 8 angetrieben. Die Schleifringe
der Hilfserregermaschine 15 sind an die Sekundärwicklung eines Drehtransformators
i9 angeschlossen, dessen Primärwicklung über einen zweiten Drehtransforrnator 2o
am Drehstromnetz i 1 liegt. Der drehbare Teil des Transformators ig ist mit der
Ausgleichswelle 2i eines Differentialgetriebes 22 gekuppelt, das die beiden am Einphasennetz
i2 hängenden Synchronmotoren-23 und 24 miteinander kuppelt. Von diesen ist der Synchronmotor
24 mit einer Schwungmasse 25 versehen. Der Drehtransformator 2o wird durch einen
Regler 26 gesteuert, der in Abhängigkeit von dem Ständerstrom der Asynchronmaschine
14 arbeitet und zur Einstellung der Übertragungsleistung des Umformers dient.
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Bei normalem Betrieb haben die beiden Synchronmotoren 23 und 24 genau
die gleiche Drehzahl bzw. die gleiche Phasenlage relativ zum Einphasenwechselstromnetz
12, da die beiden Motoren unbelastet sind. Hierbei soll der Drehtransformator ig
keine zusätzliche Regelspannung in dem Erregerstromkreis der Kommutatormaschine
17 erzeugen. Steigt die Belastung des Netzes 12 plötzlich an und sinkt dementsprechend
die Frequenz des Netzes 12, so ändert sich die Drehzahl der das Netz 12 speisenden
Synchronmaschine 13 im Sinne einer Drehzahlsenkung. Die Schwungmassen des Umformers
13, 14 geben ihre kinetische Energie in Form elektrischer Energie an das Netz i2
ab.
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Da der Synchronmotor 24 eine größere Schwungmasse 25 hat, so ist dieser
bei einer Frequenzv erringerung bestrebt, generatorisch auf das Netz 12 zu arbeiten.
Hierbei ändert sich die Vektorlage seines Läufers gegen die des Netzvektors. Der
Synchronmotor 23 dagegen, der ein vernachlässigbar kleines Schwungmoment haben soll,
behält nach wie vor die gleiche Vektorlage bei. Die Läufer der beiden Synchronmotoren
23 und 7,4 werden daher um einen gewissen Winkel gegeneinander verdreht, so daß
die Ausgleichswelle 21 des Differentialgetriebes 22 eine gewisse Drehung erfährt.
Hierdurch wird auch der Drehtransformator ig verstellt, durch den der Erregerspannung
eine zusätzliche Komponente aufgedrückt wird. Die Folge hiervon ist, daß die Asynchronmaschine
eine geringere Drehzahl erhält und dadurch die in dem Einphasennetz 12 aufgetretene
Überlastung vom Umformer ferngehalten wird.
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Wenn die Frequenz . im Einphasennetz 12 wieder ihren normalen Wert
erreicht hat, geht auch der Synchronmotor 24 vom generatorischen wieder zum motorischen
Arbeiten über und nimmt seine ursprüngliche Vektorlage ein, so daß der Drehtransformator
i9 in seine Normalstellung zurückgeht.
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Die Einrichtung wirkt also stark dämpfend auf die Belastungsschwankungen,
die vom Einphasennetz herrühren, wobei es gleichgültig ist, ob es sich um eine Erhöhung
oder Verringerung der Belastung handelt. Auch beim Ansteigen der Frequenz im Einphasennetz
wirkt diese Regeleinrichtung günstig, weil der Zusatztransformator i9 in diesem
Falle selbsttätig eine Drehzahlerhöhung der Asynchronmaschine 14 bewirkt.
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Abb.2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung. Hier besteht
der zum Kuppeln des Drehstromnetzes 31 mit dem Einphasennetz 32 dienende Umformer
aus der Synchronmaschine 33 und der Asynchronmaschine 34, die mit der im Läuferkreis
der Asynchronmaschine 34 liegenden Kommutatormaschine 35 mechanisch gekuppelt ist.
Die Kommutatormaschine 35 wird schleifringseitig über die beiden Drehtransformatoren
36 und 37 vom Drehstromnetz 31 erregt. Die Primärwicklungen der beiden Transformatoren
liegen untereinander parallel am Netz, während ihre Sekundärwicklungen in Reihe
geschaltet sind. Die betriebsmäßige Steuerung des Umformers 33, 34 erfolgt durch
den auf den Transformator 37 arbeitenden Regler 38, der durch ein Leistungsrelais
in Abhängigkeit von der von der Asynchromnaschine 34 aufgenommenen Leistung verstellt
wird. Der Transformator 36 -kann durch ein Schütz 39 zu- oder abgeschaltet werden,
dessen Spule über einen Transformator 4o vom Einphasennetz 32 gespeist wird. Der
Erregerkreis des Schützes wird durch ein Relais 41 in Abhängigkeit von dem Ständerstrom
der Synchronmaschine 33 geöffnet oder geschlossen.
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Bei einer starken Belastungsänderung in dem Einphasennetz 32, beispielsweise
bei einer plötzlichen Belastungszunahme erhöht sich augenblicklich der von der Synchronmaschine
33 gelieferte Strom, und zwar wird die Mehrleistung zunächst durch die kinetische
Energie des Umformers gedeckt. Um die Asynchronmaschine 34 vor einer überlastung
zu schützen bzw. den Regler 38 zu entlasten, muß die Drehzahlcharakteristik plötzlich
herabgesetzt werden. Dies wird dadurch erreicht, daß das Stromrelais 41 anspricht,
so daß das Schütz 39 die Primär-
Wicklung des Drehtransformators
36 einschaltet. Gleichzeitig spricht der Verstellmotor 42 des Transformators 36
an und verstellt diesen so, daß die von ihm gelieferte Zusatzspannung allmählich
abnimmt. Infolge der Verringerung der Erregerspannung muß der Leistungsregler 38
mittels des Transformators 37 die Erregerspannung in stärkerem Maße vergrößern als
sie durch den Zusatztransformator 36 vermindert wird. In dem Augenblick, in dem
die vom Transformator 36 gelieferte Zusatzspannung den Wert Null erreicht, fällt
durch einen Hilfskontakt das Schütz 39 ab und schaltet den Transformator 36 ab.
Sein Antriebsmotor 4.2 läuft jedoch so lange weiter, bis sich der Transfor-mator
wieder auf die größte Zusatzspannung eingestellt hat. Diese bleibt bis zum nächsten
Auftreten eines Belastungsstoßes im Einphasennetz 32 wirkungslos, da der Transformator
36 primärseitig vom Drehstromnetz 31 getrennt ist. Damit die Erregerspannung nicht
im unerwünschten Sinne beeinflußt werden kann, muß der Drehtransformator 37 schneller
verstellt werden als der Drehtransformator 36.
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Die Erfindung eignet sich auch- für andere Arten von Netzkupplungsumformern,
beispielsweise auch für Umformer zum Kuppeln zweier Drehstromnetze. Auch kann die
Stoßerregung auf andere Weise durchgeführt werden.