DE636026C

DE636026C - Coupling for synchronous machines whose stands are connected in parallel or in series

Info

Publication number: DE636026C
Application number: DEB169710D
Authority: DE
Original assignee: ADOLF BRUESER DR ING
Current assignee: ADOLF BRUESER DR ING
Priority date: 1935-05-11
Filing date: 1935-05-11
Publication date: 1936-10-01

Description

In kleinen Drehstromzentralen kann es erforderlich, werden, daß zur Vergrößerung der Anlage oder zur Abgabe einer größeren Blindleistung ein zweiter Synchrongenerator beschafft wird, der mit einem vorhandenen gleicher Drehzahl auf dasselbe Netz arbeiten und wegen Raummangel mit ihm oder seiner Antriebsmaschine außerdem mechanisch starr oder elastisch gekuppelt werden muß.In small three-phase power stations, it may be necessary to enlarge the system or a second synchronous generator to deliver a larger reactive power is procured that work with an existing same speed on the same network and also mechanically rigid due to lack of space with him or his prime mover or must be elastically coupled.

Es ist bekannt, daß bei mechanischer Kupplung der Generatoren ein Parallelbetrieb nur dann möglich ist, wenn ihre Spannungsvektoren praktisch gleiche Phasenlage und gleiche Größe haben. Diese Phasenlage kann nur erreicht werden, wenn die Läufer der Generatoren zu ihren Ständerwicklungen eine ganz bestimmte Raumlage haben.It is known that the generators operate in parallel with a mechanical coupling is only possible if their voltage vectors have practically the same phase position and have the same size. This phase position can only be achieved if the runners of the Generators have a very specific spatial position in relation to their stator windings.

Die Ständer werden mit den Fundamenten fest verankert und sind infolgedessen im allgemeinen nicht verdrehbar. Die Läufer dagegen können gegeneinander verdreht und deshalb so gekuppelt werden, daß die Phasen der im Ständer erzeugten Spannungen übereinstimmen.The uprights are firmly anchored to the foundations and as a result are generally not rotatable. The runners, on the other hand, can be twisted against each other and therefore coupled in such a way that the Phases of the voltages generated in the stator match.

Diese Kupplung geschah bisher derart, daß rnan zur Feststellung der richtigen gegenseitigen Pollage die Maschinen zunächst versuchsweise zusammenkuppelte und nach Feststellung der richtigen gegenseitigen Lage die Bohrungen für die Kupplungen anzeichnete, um alsdann mindestens einen Generator und eine Kupplungshälfte wieder abzubauen, damit die Bohrungen für die Kupplungsbolzen passend angebracht werden konnten.This coupling has so far been done in such a way that it is possible to establish the correct mutual Pole initially coupled the machines together on a trial basis and after finding them the correct mutual position marked the holes for the couplings to then at least one generator and dismantle one coupling half so that the holes for the coupling bolts fit could be attached.

Dieses Verfahren ist aber sehr teuer und besonders dann sehr umständlich, wenn mit einem bereits vorhandenen Generator in einer Zentrale ein zweiter gekuppelt werden soll und die beiden Generatoren nicht auf dem Prüffelde eines Werkes Probe laufen können.However, this process is very expensive and particularly cumbersome when using A second generator is to be coupled to an already existing generator in a control center and the two generators cannot test run on the test field of a plant.

Die Erfindung schließt alle umständlichen Versuche und insbesondere das Nacharbeiten einer Kupplungshälfte aus; sie gestattet vielmehr, .daß die Kupplungshälften wie für eine normale Arbeitsmaschine bearbeitet, sofort gebohrt und auf die freien Wellenenden der Maschinen gesetzt werden.The invention excludes all cumbersome attempts and in particular reworking a coupling half from; Rather, it allows .that the coupling halves as for a machined normal machine, drilled immediately and on the free shaft ends of the Machines are set.

Die Erfindung beruht auf der ErkenntniSj daß die beiden Kupplungshälften eine solche Anzahl von Kupplungsbolzen, Zähnen oder sonstigen Verbindungsmitteln erhalten müssen, daß die sich ergebende Zahl der möglichen Kupplungsstellungen mit der Polzahl und der Phasenzahl keinen gemeinsamen Teiler größer als Eins aufweist, damit jeder möglichen Stellung der beiden Kupplungshälften zueinander eine ganz bestimmte, nur einmal vorhandene Lage der Spannungsvektoren der beiden Maschinen zugeordnet ist. Man wird also irgendeinen bei einer Kupplungsstellung zwischen den beiden Spannungsvektoren der gleichen Phase der beiden Maschinen gemessenen Winkel« bei allen übrigen Kupplungsstellungen nicht noch einmal feststellen.The invention is based on the knowledge that the two coupling halves are such Number of coupling bolts, teeth or other connecting means must be given, that the resulting number of possible coupling positions with the number of poles and the number of phases is not in common Has divider greater than one, so that every possible position of the two coupling halves to each other a very specific, only once existing position of the voltage vectors assigned to the two machines. So you become someone in a clutch position angle measured between the two voltage vectors of the same phase of the two machines «at all Do not determine the remaining clutch positions again.

Es ist für die Erzielung einer möglichst genauen Überdeckung der Spannungsvektoren der Generatoren sehr vorteilhaft, eine großeIt is necessary to achieve the most accurate possible coverage of the voltage vectors the generators very beneficial, a great one

Anzahl möglicher Kupplungsstellungen, die sämtlich ßfexsshigdenß Vektorstellungen bedingen, anzustreben, weil durch diese Vielheit auch die größte Wahrscheinlichkeit gegeben ist, der idealen Polradstellung am nächsten zu kommen.Number of possible coupling positions, all of which require ßfexsshigdenß vector positions, to strive for, because this multiplicity also gives the greatest probability is to come closest to the ideal pole wheel position.

Die Genauigkeit der Überlagerung der Vektoren bei Parallelschaltung zweier mechanisch nach obiger Erkenntnis gekuppelterThe accuracy of the superposition of the vectors when connecting two mechanically in parallel coupled according to the above knowledge

ίο Synchronmaschinen stellt man durch nachfolgende Überlegungen fest:ίο Synchronous machines are set by the following Considerations fixed:

Zwei dreiphasige Synchronmaschinen können, entsprechenden Drehsinn der Wicklungen und entsprechende Polradstellung vorausgesetzt, durch folgende Verbindungen mit einander parallel geschaltet werden:Two three-phase synchronous machines can turn the windings accordingly and corresponding pole wheel position provided by the following connections with connected in parallel to each other:

I.I.

mit 17.,,With 17.,,

oderor F₁ F ₁ - F₀,- F ₀ , aoao 2.2. W₁ W ₁ - Tf₂ - Tf ₂ U₁ U ₁ mit F.,,with F. ,, 25 oder25 or V₁ V ₁ - wl, - wl, 3·3 · W₁ W ₁ - U₀ - U ₀ U₁ U ₁ mit Tf.,,with plate ,, F₁ F ₁ - Ul, - Ul, TfTf - F"- F "

-U-, V und W bezeichnen die drei Klemmen der beiden Generatoren. Index I bezieht sich auf Generator 1, Index 2 auf Generator 2. -U-, V and W designate the three terminals of the two generators. Index I relates to generator 1, index 2 to generator 2.

Man findet also bei Stillstand eines Polrades durch Vertauschen der Ständerphasen und Verdrehung des anderen Polrades innerhalb einer Polpaarteilung, d. h. innerhalb 360 elektrischer Grade, drei Kupplungsstellungen, die einen einwandfreien Parallelbetrieb gestatten. Der Winkel zwischen je zwei Kupplungsstellungen ist 120 elektrische Grade.This means that when a pole wheel is at a standstill, the stator phases are interchanged and rotation of the other pole wheel within a pole pair division, d. H. within 360 electrical degrees, three clutch positions that allow perfect parallel operation allow. The angle between any two clutch positions is 120 electrical Grade.

Zwischen jeder der drei Stellungen lassen sich nun durch entsprechende Polradstellungen noch drei weitere Kupplungsmöglichkeiten finden/ die eine Parallelschaltung zulassen, wenn man nämlich die Erregung des einen Generators um 180 elektrische Grade ändert, d.h. den Erregerstrom in entgegengesetzter Richtung in das Polrad schickt. Diese Stellungen sind um 60 elektrische Grade gegen die drei zuerst erwähnten verschoben.Corresponding pole wheel positions can now be used to switch between each of the three positions find three more coupling options / which allow a parallel connection, if one changes the excitation of one generator by 180 electrical degrees, i.e. sends the excitation current into the pole wheel in the opposite direction. These positions are shifted 60 electrical degrees from the three first mentioned.

Diese Überlegungen zeigen, daß man umgekehrt bei .ein und derselben Kupplungsstellung nur durch Vertauschen der Ständer- phasen bzw. der Erregung die Spannungsvektoren eines Generators um 1X 60, 2 χ 6o usw. bis 6 X 60 elektrische Grade gegen den Spannungsvektor des anderen verdrehen kann, um eine Möglichkeit der Parallelschaltung der beiden gekuppelten Synchronmaschinen zu suchen.These considerations show that, conversely, one and the same coupling position can only be achieved by interchanging the stator phases or excitation the voltage vectors of a generator by 1X 60, 2 χ 6o etc. can twist up to 6 X 60 electrical degrees against the voltage vector of the other, a possibility of parallel connection of the two coupled synchronous machines to search.

Wenn nun die Zahl der' möglichen Kupplungsstellungen so gewählt wird, daß sie mit der Polzahl 2 ρ und der Phasenzahl keinen gemeinsamen Teiler größer als Eins hat, so gibt es innerhalb eines Bereiches von 60 elektrischen Graden höchstens eine Kupplungsstellung, bei der sich die Spannungsvektoren der beiden Generatoren decken. Es kann dann durch Vertauschen der Ständerphasen oder durch Verdrehung der Polräder um eine entsprechende Anzahl Bolzenteilungen gegeneinander eine Verschiebung der Spannungsvektoren der beiden Generatoren erzieltIf the number of 'possible coupling positions is chosen so that it has no common factor greater than one with the number of poles 2 ρ and the number of phases, there is at most one coupling position within a range of 60 electrical degrees in which the voltage vectors of the cover both generators. A shift of the voltage vectors of the two generators can then be achieved by interchanging the stator phases or by rotating the pole wheels by a corresponding number of bolt pitches

werden, deren kleinster Winkel —- elektrischebe whose smallest angle - electrical

Grade ist, wobei 2 die Zahl der möglichen Kupplungsstellungen bedeutet. Da nun bei bereits nach den vorstehenden Grundsätzen fertiggebohrten Kupplungshälften der ungünstigste Fall der Parallelschaltung auftritt, wenn der Spannungsvektor eines Generators in die Mitte zwischen Zwei um -~- Grade, where 2 means the number of possible clutch positions. Since the worst case of parallel connection occurs with coupling halves that have already been drilled according to the above principles, if the voltage vector of a generator is in the middle between two by - ~ -

elektrische Grade gegeneinander verschobene mögliche Vektorlagen des anderen Generators fällt, so ist die größte Ungenauigkeit bei der Parallelschaltung ohne Rücksicht auf die Polzahl— — -— elektrische Grade. Bei z. B.If possible vector positions of the other generator displaced with respect to one another fall, the greatest inaccuracy is in the parallel connection regardless of the number of poles - - - electrical degrees. At z. B.

%z ζ% z ζ

2=31 Bolzen ist die Ungenauigkeit bei2 = 31 bolts is the inaccuracy at

allen Polzahlenall pole numbers

also kleiner als 1 elek-i.e. less than 1 elec-

Irischer Grad. Bei dieser größten Abweichung kann aber ein einwandfreier Parallelbetrieb gewährleistet werden.Irish degree. With this greatest deviation, however, perfect parallel operation can be achieved guaranteed.

Würde man dagegen 30 Bolzen je Kupplung wählen, so würde wegen der sich wiederholenden Überlagerungen bei Parallelschaltung die größte mögliche Ungenauigkeit der Vektorlagen betragen:If, on the other hand, one would choose 30 bolts per coupling, then because of the repetitive Overlays with parallel connection result in the greatest possible inaccuracy of the vector positions:

Bei ι Polpaar = 6 elektr. Grade,With ι pole pair = 6 electr. Degree,

- 2 Polpaaren = 12 - - ,- 2 pole pairs = 12 - -,

- 3 - = 18 - usw. - 3 - = 18 - etc.

Man erkennt den großen Vorteil der Methode namentlich an den Generatoren mittlerer xind geringer Drehzahl. Dieser Vergleich zeigt auch den großen Wert der richtigen Wahl der Bolzenzahl der Kupplung.You can see the great advantage of the method in the generators of the middle xind low speed. This comparison also shows the great value of the correct one Choice of the number of bolts on the coupling.

Die bisher angestellten Überlegungen bezogen sich auf Dreiphasensynchronmaschinen. Für Emphasensynchronmaschinen gelten praktisch die gleichen Regem, doch zeigt sich, daß die Abweichungen zwischen den Spannungsvektoren der beiden parallel zu schaltenden Generatoren dreimal so groß sind als bei Drehstrommaschinen. Aus den für Drehstrommaschinen dargelegten Ausführun- ;en folgt aber, daß die bei Einphasenmaschinen kleinste mögliche Bolzenzahl gegenüberThe considerations made so far related to three-phase synchronous machines. Practically the same rules apply to emphase synchronous machines, but it turns out that that the deviations between the voltage vectors of the two to be connected in parallel Generators are three times the size of three-phase machines. From the for Three-phase machines, however, it follows that the single-phase machines smallest possible number of bolts opposite

der nächst größeren, nach der Erfindung jedoch unvorteilhaften Bolzenzahl wesentlich geringere Abweichungen bedingt und daß somit die Regeln der Erfindung auch hier gegenüber einer willkürlichen Wahl große Vorteile bringen. Abgesehen von diesem Vorteil ist aber auch ein praktisch einwandfreier Parallelbetrieb möglich, wenn man die parallel geschalteten Maschinen verschieden erregt, und zwar zweckmäßig so, daß die Ströme der Ständerwicklungen entsprechend den Nennleistungen der Maschinen gleich groß sind. Die Erregerströme der beiden Generatoren weichen dann nur um wenige Prozent voneinander ab.the next larger, but disadvantageous number of bolts according to the invention Requires smaller deviations and thus the rules of the invention are also great here compared to an arbitrary choice Bring benefits. Apart from this advantage, it is also practically flawless Parallel operation possible if the machines connected in parallel are excited differently, and expediently so that the currents of the stator windings are equal to the rated power of the machines are great. The excitation currents of the two generators then only differ by a few percent.

In den meisten Fällen liegt auch kein zwingender Grund vor, für die Kupplung die Bolzenzahl so klein wie möglich zu wählen, vielmehr ist schon aus Gründen der mechanischen Festigkeit eine ausreichende Mindestbolzenzahl erforderlich, die zweckmäßig noch überschritten wird.In most cases there is no compelling reason for the clutch to choose the number of bolts as small as possible, rather for reasons of mechanical strength, a sufficient minimum number of bolts is required, which is appropriate is still exceeded.

Falls ein Generator bereits eine Kupplungsverbindung besitzt, die den hier autfgestellten Grundsätzen nicht entspricht, kann leicht ein Zwischenstück geschaffen werden, das die erforderliche Anzahl von Verbindungsmitteln aufweist. If a generator already has a coupling connection that matches the one presented here Does not conform to principles, an intermediate piece can easily be created that has the required number of connecting means.

Zur Ermittlung der richtigen Stellung der Polräder werden die Generatoren am Verwendungsort aufgebaut, jedoch bleiben die Kupplungsverbindungen noch gelöst. Alsdann wird für eine beliebige Kupplungsstellung der Differenzwinkel, den die ' Spannungsvektoren der beiden" Generatoren bezogen auf ein und dieselbe Phase einschließen, z. B*.' durch eine Induktionsmethode, ermittelt und alsdann berechnet, um wieviel Bolzenteilungen ein Polrad verschoben werden muß, damit der Differenzwinkel α dem Werte Null möglichst nahe kommt.To determine the correct position of the pole wheels, the generators are at the place of use built up, but the coupling connections are still released. Then, for any clutch position, the Difference angle that the 'voltage vectors of the two' generators related to one and include the same phase, e.g. B *. ' by an induction method, determined and then calculated, How many bolt pitches a pole wheel must be shifted so that the difference angle α comes as close as possible to the value zero.

Die Wahl der Kupplungsbolzen nach den hier erörterten Überlegungen ist auch dann sehr vorteilhaft, wenn zwei Generatoren nicht parallel, sondern in Reihe geschaltet werden sollen.The choice of the coupling bolts according to the considerations discussed here is also then very advantageous if two generators are not connected in parallel but in series should.

Claims

Patent claims:

1. Coupling for synchronous machines, whose stator is connected in parallel or in series are, characterized in that the two coupling halves have such a number of bolts, teeth or other Connecting means have that the resulting number of possible coupling positions has no common factor greater than one with the number of poles and the number of phases.

2. Coupling according to claim 1, characterized by a coupling normal Embodiment, between the halves of appropriately designed intermediate pieces are inserted.