DE641358C - Anordnung zur Synchronisierung von Synchronmaschinen - Google Patents

Description

Zur Synchronisierung von Synchronmaschinen ist eine Anordnung vorgeschlagen worden, bei der einerseits Grobsynchronisierungseinrichtungen bekannter Art mit zwisehen· Netz und Maschine geschalteten und nach der Synchronisierung überbrückbaren Drosselspulen Oder Widerständen und anderseits Relaisschaltungen vorgesehen sind, die ein Einlegen des Hauptschalters zwischen Maschine und Netz nur bei mindestens annähernder Phasengleichheit und unterhalb eines bestimmten Betrages der Schlupffrequenz der beiden zu synchronisierenden Spannungen gestatten. Bei dieser Anordnung wird der Hauptschalter im Gegensatz zu Feinsynchronisierungseinrichtungen bereits geschlossen, wenn noch eine 'erhebliche Schlupf frequenz (1 bis 2 o/_o) zwischen Netz- und Maschinenspannung vorhanden ist. Es macht sich nun unter Umständen bei diesen Einrichtungen nachteilig bemerkbar, daß die Schlupf frequenz im Zeitpunkt, in dem der Impuls für das Einlegen des Hauptschalters gegeben wird, nicht konstant bleibt. Der Zeitintervall zwischen der Freigabe des Impulses für das Einlegen des; Hauptschalters und dem effektiven Schließen der Schalterkontakte bleibt dann zwar, in Schlupfperioden gemessen, konstant, jedoch nicht in Sekunden gemessen. Da die Eigenzeit des Schalters konstant bleibt, , kann eine Änderung der Schlupf frequenz eine unerwünschte Änderung der Phasenlage zwischen den beiden zu synchronisierenden Spannungen im Zeitpunkt des Schließens der Schalterkontakte herbeiführen.

Um diesen Nachteil zu vermeiden, sind gemäß der Erfindung solche Relaisschaltungen vorgesehen, durch die proportional dem Anwachsen der Frequenz der Schlupfspannung eine Vergrößerung der auf die Schlupfspannung bezogenen Phasenverschiebung zwischen dem Zeitpunkt der Freigabe des Impulses für das Einlegen des Hauptschalters und dem Zeitpunkt der Phasenübereinstimmung herbeigeführt wird, zweckmäßig derart, daß der zeitliche Abstand der beiden Zeitpunkte bei wachsender Schlupffrequenz konstant bleibt.

Derartige Einrichtungen sind an sich bereits bekannt. Dabei handelt es sich aber _go nicht um eine Synchronisierung über Drosselspulen, bei der die Synchronmaschine mit hohem Schlupf gegenüber der Netzfrequenz an das Netz angeschlossen wird und bei der die Synchronmaschine nach dem Schließen des Hauptschalters noch Pendelungen ausführt. Ebenso wie die eingangs geschilderte Anordnung "hat die erfindungsgemäße Anordnung gegenüber den bekannten Einrichtungen den Vorteil einer Verkürzung der Zeit, in der die Maschine unter Pendelungen . in den Synchronismus leinschwingt.

Die Zeichnung zeigt vier Ausführungsbeispiele der neuen Anordnung. In Abb. 1 ist ι ein Drehstromnetz, an das eine Synchronmaschine 2 mittels sog. Grob- oder Schnellsynchronisierung anzuschließen ist. Die Synchronmaschine wird dazu -auf etwa 30 o/_o ihrer normalen Erregung erregt Und über Drosselspulen 3 an das Netz durch Einlegen

des Hauptschalters 4 im geeigneten Zeitmoment angeschlossen. Im einzelnen bedeuten 5 und 6 von der Netz- und von der Maschinenspannung gespeiste Transforma? toren, die den Ständer und den Läufig eines wie ein. Asynchronmotor ausgebildet^ Synchronoskops 7 speisen. Zwischen dem-Transformator 6 und der zugehörigen Wicklung am Synchronoskop ist ein weiterer to Transformator 8 eingeschaltet. In den Sekundärstromkreis dieses Transformators ist außer der Wicklung des Synchronoskops noch ein Schalter 9 eingeschaltet, der mit dem Hauptschalter 4 mechanisch gekuppelt ist, und zwar derart, daß er nur bei geöffnetem Hauptschalter geschlossen ist. 10 ist der Gleichstromkreis für das Einlegen des Hauptschalters mittels der Spulen. Dieser Gleichstromkreis wird von dem Synchronoskop 7 über die beiden· Relais 12 und 13 derart überwacht, daß die. Spule 11 nur dann Strom bekommen und den Schalter einlegen kann, wenn annähernde Phasen- und Frequenzübereinstimmung vorhanden ist. Die Frequenz-Übereinstimmung wird dabei durch die Zeitverzögerung an den Relais 12 und 13 derart überwacht, daß ein Einlegen des Hauptschalters nur in der Nähe der Phasengleichheit und unterhalb eines bestimmten Betrages der Schlupf frequenz der beiden zu synchronisierenden Spannungen möglich. Das Synchronoskop 7 ist nun außerdem noch derart ausgeführt, daß es den Schalter 4 _ bei wachsender Schlupffrequenz bereits früher freigibt. Es ist dazu eine mit dem Synchronoskop elastisch gekuppelte Kontaktscheibe mit dem für die Schalterauslösung bestimmten Kontakt drehbar zum Gehäuse angeordnet. Die Verdrehung aus der Lage 4.0 der Frequenzübereinstimmung muß proportional der Schlupffrequenz und entgegengesetzt dem Triebdrehfeld des Ankers sein. Dies wird dadurch erreicht, daß die Scheibe durch ein im 'entgegengesetzten Sinne umlaufendes Schlupfdrehfeld nach dem Prinzip des Ferrarissystems (Wirbelstromanker) und entgegen der Kraft einer Feder gedreht wird. Für eine gröbere Anordnung genügt es, durch ein oder mehrere an der Synchronoskapzeigerachse anliegende Schlupfhebel zwei oder mehrere Elektromagnete zu steuern, welche die Kontaktscheibe in die für Über- bzw.' Untersynchronismus richtige Lage umlegen. Parallel zu den Drosselspulen 3 ist 'ein Schalter 14 geschaltet, der nach dem Einlegen des Hauptschalters geschlossen wird, wenn die Maschine 2 bereits derart erregt ist, daß ihre Spannung der Netzspannung annähernd gleich ist. Um nun ein zu frühzeitiges Ausschalten der Drosselspulen 3 durch Schließen des Schalters 14 zu ver

meiden, wird die vom Stromkreis io aus gespeiste Schalterspule 15 von drei Relais 16, 17 und 18 in Hintereinanderschaltung über- ?Äi;acht. Das Relais 16 wird von der Span- ^fSpg an den Drosselspulen 3 gesteuert und 'fierijöglicht in der Spule 15 nur dann einen iStfom und damit das Schließen des Schalters· 14, wenn die Spannung an den Drosselspulen unter einen gewissen Betrag gesunken ist. Dementsprechend ist dann auch der Ausgleichsstrom zwischen dem Netz 1 und der Maschine 2 gering. Das Relais 17 wird von dem Erregerstrom in der Maschine 2 (im Nebenschluß zu einem Widerstand 19 im Erregerstromkreis) gesteuert. Erst wenn der Erregerstrom der Maschine 2 eine bestimmte Größe erreicht hat, wird die Sperrung des Stromes in der Spule 15 durch das Relais 17 aufgehoben. Im Moment des Schließens des Hauptschalters 4 tritt ein erheblicher Ausgleichsstromstoß zwischen dem Netz und der Maschine 2 auf. Dieser Stoß überträgt sich infolge magnetischer Kopplung auch auf den Erregerstromkreis der Maschine 2, so daß das Relais 17 auf Grund dieser vorübergehenden Verstärkung des Erregerstromes schon zu frühzeitig zum Ansprechen kommen könnte. Um dies zu vermeiden, ist das mit Zeitverzögerung arbeitende Relais 18 vorgesehen, dessen Steuerstromkreis über den Schalter geleitet ist. Die Anordnung am Schalter ist derart, daß erst mit dem Schließen des Hauptschalters 4 auch der Steuerstromkreis des Relais 18 geschlossen wird. Nach Ablauf der Zeitverzögerung gibt dann das Relais den Strom für die Schaltspule 15 frei. In dem die verschiedenen Relais und das Synchronoskop speisenden Gleichstromsteuerkreis 10 ist noch ein Schalter 24 eingeschaltet, dessen Einschaltspule 20 von einem Relais überwacht wird, das seinerseits von der Spannung der Gleichstromerregermaschine 22 gesteuert wird. Das Relais 21 schließt den Erregerstromkreis der Einschaltspule 20 für den Schalter 24 erst, wenn die Erregermaschine 22 eine bestimmte Spannung bzw. eine bestimmte Drehzahl erreicht hat. Es wird also erst bei einem gewissen Schlupf der Maschine 2 ein Einschalten der Apparate no «nöglicht. Hierdurch werden Beschädigungen der Apparate bei hohem Schlupf vermieden. Die Gleichstromerregermaschine ist als sog. Ossanaerregermaschine gebaut, wobei ein Zusatzerregerfeld vorhanden ist, ng das zuerst gegen das Haupterregerfeld geschaltet ist. Nach dem Einlegen des Hauptschalters wird eine schnelle Erregung an der Ossanamaschine dadurch erreicht, daß mittels der Schaltspule 23 das gegengeschaltete Zusatzfeld reversiert wird und so das Hauptfeld verstärkt.

Die Anordnung nach Abb. 2 bezieht sich auf eine andere Ausführungsform der Vorrichtung, die dafür sorgt, daß· die Phasendifferenz zwischen dem Moment der Freigabe der Hauptschalterspule und dem Moment der Phasenübereinstimmung der beiden zu syn-, chronisierenderi Spannungen proportional der Schlupffrequenz vergrößert wird, so daß trotz der konstanten Schalterverzögerungszeit auch bei variablem Schlupf die Kontakte am Hauptschalter stets im Moment der vollen Phasenübereinstimmung geschlossen werden. Für die Überwachung des die Hauptschalterspule speisenden Stromkreises 33 ist ein mit Zeitverzögerung arbeitendes Minimalspannungsrelais 25 vorgesehen, das von 'einer Spannung gespeist wird, die sich aus einer Spannung mit Netzfrequenz und einer solchen mit Maschinenfreq'uenz zusammensetzt und daher Schlupf frequenz aufweist. Das Relais, 25 spricht dann an, wenn annähernde Phasen-Übereinstimmung in den beiden zugeführfcen Spannungen herrscht. Die Zeitverzögerung des Relais bewirkt dabei, daß das Ansprechen nur unterhalb einer bestimmten Schlupffrequenz möglich ist. Die dem Relais 25 zugeführten Spannungen werden in zwei Hilfs-S)oichronmaschinen 26 und 27 erzeugt, deren Gleichstromerregerkreise hintereinandergeschaltet sind, um gleiche Größe für die beiden Spannungen zu erreichen. Die Maschine 26 ist mit einem vom Netz gespeisten Synchronmotor 28 gekuppelt, die Maschine 27 mit einem von der zuzuschaltenden Maschinenspannung gespeisten Synchronmotor 29. Zwischen den, Maschinen 27 und 29 ist eine elastische Kupplung 30 eingefügt, außerdem sitzt auf der Welle der Maschine 27 der Läufer eines Asynchronmotors 31, dessen Ständer vom Netz aus gespeist wird. Stimmen nun die Frequenzen der Netz- und der Ma-SEhinenspannung nicht miteinander überein, so schlüpft der Läufer des Asynchronmotors

31 gegenüber dem Ständerdrehfeld, dadurch wird in der Läuferwicklung ein Strom und ein Drehmoment erzeugt, das eine relative Verdrehung an der Kupplung 30 herbeiführt. Diementsprechend ändert sich auch die Phasenlage der von der Maschine 27 gelieferten

go Spannung, und das Relais 25 kommt bei wachsendem Schlupf mit einem größeren Phasenwinkel gegenüber der Phasenübereinstimmung zum Ansprechen. Zur Regelung der Verdrehung an der Kupplung 30 sind in den Sekundärstromkreis des Asynchronmotors 31 regelbare Ohmsche Widerstände

32 eingeschaltet.

Bei der Anordnung nach Abb. 3 ist die Funktion des Synchronoskops 7 der Abb. 1 durch Relais ersetzt, im übrigen ist die Anordnung der Abb. 3 ähnlich wie die der Abb. r und 2. In Abb. 3 ist eine Anordnung gezeichnet, bei der ein E₁-E₂- sin φ-Relais 41 mit Federanschlagkontakten zusammen mit einem Spannungsrelais 42 und zwei Zeitrelais 6g 43 und 44 die Überwachung der Grenzfrequenz und der Phasengleichheit übernimmt. E₁ bedeutet dabei die Netzspannung, E₂ die Maschinenspannung, φ den Winkel der Phasenverschiebung zwischen diesen beiden Spannungen. Die auf die Schlupffrequenz bezogene Vergrößerung der Phasenverschiebung zwischen dem Zeitpunkt des Stromimpulses für das Einlegen des Hauptschalters und dem Zeitpunkt der Phasenübereinstimnxung, die bei wachsender Schlupffrequenz eintritt, wird hierbei durch Zuschalten von Induktivitäten bzw. Kapazitäten bei über- bzw. untersynchronem Lauf bewirkt in einem Stromkreis mit dem Widerstand 52, der mit Hilfe des Autotransformators 46 an der doppelten Netzspannung liegt. Der Zeiger 47 wird von der Differenzspannung ■ zweier Gleichstrommaschinen 48 und 49 gesteuert. Die Gleichstrommaschinen werden von zwei Synchronmotoren 50 und 51 angetrieben, von denen der eine an das Netz, der andere an die zu synchronisierende Hauptmaschine angeschlossen ist. Der Ausschlag des Zeigers 47 ist daher proportional dem Schlupf zwisehen den beiden zu synchronisierenden Spannungen. Während einer relativen Umdrehung des Vektors der Maschinenspannung E2 gegenüber dem Vektor der Netzspannung E₁ stößt das wattmetrische Relais 41 das Zeitrelais 43 im voreilenden, das Zeitrelais 44 im nacheilenden Biereich der Maschinenspannung gegenüber der N jtzspannung an. Die Zeitrelais kommen 'erst dann zum Ablauf, wenn der Schlupf kleiner als der jeweils eingestellte Grenzschlupf ist. Das an der Differenzspannung zwischen der Netz- und Maschinenspannung liegende, auf iooo/o eingestellte Spannungsrelais 42 bewirkt, daß nur ein Schalten im Bereich der Phasen- i_Og gleichheit stattfinden kann, die durch das Minimalspaiinungsrelais 45 sicher aus der Zeigerbewegung des E₁ · E₂ · sin φ - Relais 41 ermittelt wird. Die übrige Anordnung ist der in Abb. 1 und 2 besprochenen ähnlich. u₀ Die Einschaltung der Synchronisierapparatur wird jetzt von der Spannung der Gleichstromhilfsmaschinen 48 und 49 abhängig. Die Maschinen 48 und 49 speisen dazu je ein Relais 53 und 54. Diese Relais steuern ihrerseits in Hintereinanderschaltung den Strom für die Spule 55. Die Spule 55 wirkt auf den die Synchronisierapparatur mit Gleichstrom versorgenden Schalter 56 derart ein, daß der Schalter 56 nur bei Erregung der Spule 55 geschlossen wird bzw. nur dann, wenn die Gleichstrommaschinen 48 und 49 infolge ge-

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nügend hoher Drehzahl eine genügend hohe Spannung den Relais 53 und 54 zuführen. Dadurch wird erreicht, daß die Synchronisierapparatur nur bei Frequenzen des Netzes und der zuzuschaltenden Maschine in Tätigkeit treten kann, die von der normalen Frequenz nicht allzu sehr abweichen.

An Stelle dieser Maschinen kann jedoch auch eine andere Schlupfmeßeinrichtung verwendet werden, beispielsweise ein Synchronoskop, dessen Zeigergeschwindigkeit .elektromagnetisch nach dem Ferrarissystem gemessen wird.

Ist die Spannungsgröße des Netzes nicht sicher, so empfiehlt es sich, statt der Kombination Leistungsrelais plus Spannungsrelais die Kombination zweier Leistungsrelais zu verwenden, die so geschaltet sind, daß sie durch entsprechende Überdeckung ihrer An-Sprechbereiche eine selektive Markierung des Phasengleichheits- und Phasenungleichheitsbereiches bzw. der Lage der Zwischenintervalle zu diesen Bereichen bewirken, zu dem Zweck, nach mit Zeitrelais bewirkter Schlupfkontrolle die Auslösung des Hilfsrelais 13 (Abb. 1) im Augenblick der Phasengleichheit oder mit einer dem Schlupf proportionalen Voreilung zur Elimination der Ölschaltereigenzeit oder'auch mit einer konstanten Voreilung von i8o° zu bewirken, letzteres, um bei einem bestimmten Grenzschlupf vom unter- oder übersynchronen Lauf aus in der Nähe der Phasengleichheit zu schalten. Ein dement-.sprechendes Ausführungsbeispiel ist in Abb. 4 dargestellt. Je zwei Kontakte der Leistungsrelais 61, 62 liegen an der Netzspannung, je zwei an der Maschinenspannung; beide Systeme im Relais sind mit Spannungsspulen versehen. 61 bedeutet in dem gezeichneten Fall ein E₁ -E₂ sin φ -Relais, 62 ein Relais, welches so eingestellt ist, daß es vorwiegend auf E₁ · E₂ cos φ anspricht. 65 ist ein Kipprelais, welches der Schaltung gemäß das Zeitrelais 63 beispielsweise bei Phasenopposition einschaltet und bei Phasengleichheit ausschaltet und hierdurch analog wie bei der Synchronoskopanordnung (Abb. 1) eine Schlupf messung bewirkt. Die zeitlich richtige Auslösung wird dann nach Ablauf des Zeitrelais beispielsweise in der Stellung der Phasengleichheit durch Hintereinanderschaltung der Arbeitskontakte der Relais 61, 62, 63 analog den früher beschriebenen Schaltungen bewirkt.
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Claims (6)

1. Patentansprüche:

   i. Anordnung zur Synchronisierung von

   Synchronmaschinen, bei der zwischen Netz und Maschine geschaltete und nach der Synchronisierung überbrückbare Drosselspulen oder Widerstände in Verbindung mit Relaisschaltungen vorgesehen sind, die ein Einlegen des Hauptschalters nur bei mindestens annähernder Phasengleichheit und unterhalb eines bestimmten Betrages der Schlupffrequenz der beiden zu synchronisierenden Spannungen gestatten, ge-. kennzeichnet durch solche Relaisschaltungen, durch die proportional dem Anwachsen der Frequenz der Schlupfspannung eine Vergrößerung der auf die Schlupfspannung bezogenen Phasenverschiebung zwischen dem Zeitpunkt der Freigabe des Impulses für das Einlegen des Hauptschalters und dem Zeitpunkt der Phäsenübereinstimmung herbeigeführt wird, zweckmäßig derart, daß der zeitliche Abstand der beiden Zeitpunkte bei wachsender Schlupffrequenz konstant bleibt.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, bei der ein von den beiden zu vergleichendein. Spannungen gespeistes und mit Schlupffrequenz rotierendes Synchronoskop vorgesehen ist, das mit Hilfe von Kontaktsegmenten den Hauptschalter steuert, gekennzeichnet durch Einrichtungen, die proportional der Schlupffrequenz eine relative Verdrehung der Kontaktsegmente g₀ oder der auf den Segmenten schleifenden Bürsten gegenüber dem Anker oder dem Ständer des Synchronoskops herbeiführen.
3. 3. Anordnung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine elastische Kupplung zwischen den Kontaktsegmenten und dem Synchronoskop und durch ein mit Schlupffrequenz und im entgegengesetzten Sinne wie das Synchronoskop umlaufendes Drehfeld, das auf einen mit den Kontaktsegmenten gekuppelten Wirbelstromanker einwirkt.
4. 4. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zwei Hilfssynchronmaschinen, von denen die eine mit einer der Netzfrequenz und die andere mit einer der zuzuschaltenden Maschinenfrequenz entsprechenden Geschwindigkeit angetrieben werden und deren Wechselspannun- no gen in Hintereinanderschaltung auf ein Relais für die Steuerung des Hauptschalterstromkreises einwirken, wobei das Drehfeld der einen Hilfssynchronmaschine eine der Schlupffrequenz proportionale n₅ Verdrehung gegenüber der zugeordneten Netz- oder Maschinenspannung erfährt.
5. 5. Anordnung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine elastische Kupplung zwischen der einen Hilfssynchronmaschine und ihrer Antriebsmaschine und durch einen mit der Netz- bzw. Maschinen-

   frequenz gespeisten Asynchronmotor, dessen Läufer auf der WeUe der Hilfssyn-■chronmaschine sitzt und der so eine dem >■ Schlupf proportionale Verdrehung an der elastischen Kupplung herbeiführt.
6. 6. Anordnung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch regelbare Widerstände im Sekundärstromkreis des Asynchronmotors zwecks Regelung der Stärke der relativen Verdrehung an der Kupplung.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen