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Anordnung zur Erzeugung einer Anzeige- oder@Relaiswirkung beim Außertrittfallen
einer Synchronmaschine Durch Netzstöße aller Art können zusammenarbeitende Synchronmaschinen
außer Tritt geworfen werden. Sie laufen dann mit ihren Spannungen asynchron durcheinander
und erzeugen dabei große Ausgleichs- oder Kurzschlußströme, die den Betrieb stören
und im allgemeinen zur Außerbetriebsetzung der :Maschinen führen. Es ist deshalb
erwünscht, daß sich solche außer Tritt geratene Maschinen möglichst schnell wieder
fangen, um den regulären Betrieb möglichst ohne Unterbrechung aufrechtzuerhalten.
Um dies zu erreichen, ist es bekannt, Mittel vorzusehen, durch die bei Eintritt
der Störung und vor dem Fallen des Maschinenschalters auf die Kraftmaschine oder
deren Regler in Richtung auf den Synchronismus eingewirkt wird, etwa derart, daß
durch diese Mittel die Kraftmaschinenregler auf die gleiche Leerlaufsdrehzahl gebracht
werden. Die vorliegende Erfindung betrifft nun Einrichtungen, durch die die geschilderte
Aufgabe besonders günstig gelöst wird.
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Die Anordnung nach der Erfindung löst beim Außertrittfallen einer
Svnchronmaschine eine Anzeige- oder Relaiswirkung aus; insbesondere besteht diese
Relaiswirkung darin, daß auf die Kraftmittelzufuhr zu der die Synchronmaschine antreibenden
Kraftmaschine im Sinne einer Wiedersynchronisierung eingewirkt wird. Wenn also die
Synchronmaschine untersynchron außer Tritt fällt, so wird die Kraftzufuhr erhöht,
bei übersynchronem Außertrittfallen erniedrigt. Erfindungsgemäß wird eine umlaufende
elektrische Maschine, deren Drehzahl entweder der Frequenz der außer Tritt gefallenen
Maschine oder der Frequenz des Netzes entspricht und die von der gemeinsamen Spannung
der Maschine und des Netzes oder dem gemeinsamen Strom gespeist wird, als Frequenzfilter
benutzt, das ausschließlich eine mehrphasige Spannung mit der Schlupffrequenz zwischen
Netz- und Maschinenspannung liefert, die zur Speisung der Anzeige-oder Relaisvorrichtung
dient. Diese Mehrphasenspannung besitzt entgegengesetzten Drehfeldumlauf, je nachdem
die Maschine untersynchron oder übersynchron außer Tritt gefallen ist. Diese L"mkehr
der Drehfeldrichtung kann dann auch eine Umkehr in der Art der Beeinflussung der
Kraftmittelzufuhr (Vermehrung oder Verminderung) herbeiführen.
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Bei Asynchronismus fließt in jedem Generator außer dein selbsterzeugten
Strom mit der Frequenz f, noch ein weiterer Strom des Netzes, der eine etwas abweichende
Frequenz
f, besitzt und auf den Generator nahezu wie auf einen
Kurzschluß arbeitet. In den Generatorleitungen meßbar ist zunächst nur der gesamte
Strom, der sich aus der ÜTberlagerung beider Frequenzen ergibt. Dieser Strom oder
seine Spannung soll nun einer Drehfeldmaschine beliebiger Art zugeführt werden,
die stets entsprechend der Frequenz f" bewegt wird.
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An sich ist es bereits bekannt, zum selbsttätigen Anlassen und Synchronisieren
von Generatoren in Abhängigkeit von der Frequenzdifferenz des Netzes und der zuzuschaltenden
:.Maschine einen Frequenzumformer zu verwenden; der von der Netzspannung gespeist
wird und bei nicht übereinstimmender Frequenz eine Mehrphasenspannung mit der Schlupffrequenz
zwischen Netz- und Maschinenspannung liefert. Diese Einrichtung soll aber nur während
des Anlaß- bzw. Synclironisiervorganges in Betrieb sein, und sie ist auch gar nicht
in der Lage, dauernd betriebsmäßig zu arbeiten, da nach dein Schließen des Kuppelschalters
zwischen Maschine und letz bei einem etwaigen Außertrittfallen einer Synchronmaschine
der als Kommutatorfrequenzwandler ausgebildete Frequenzumformer außer der schlupffrequenten
Spannung noch eine konstante Gleichspannung liefern würde, die den vom Frequenzumformer
gespeisten ''erstellmotor derart stark mit Gleichstrom vormagnetisieren würde, daß
seine Betätigung durch den bei Außertrittfallen entstehenden Wechselstrom in Frage
gestellt ist. Demgegenüber bleibt bei der Anordnung nach der Erfindung das Frequenzfilter
ständig in Betrieb, und es besitzt zu diesem Zweck, sofern es als Kommutatorfrequenzwandler
gemäß der bekannten Anordnung ausgebildet ist, noch zusätzliche Einrichtungen, durch
die die Einwirkung des von dem Frequenzwandler gelieferten Gleichstroines auf die
Relaisvorrichtungen unterdrückt wird.
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Fig. i der Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung,
bei dem vom Netz über einen Stromwandler 3 die Ständerwicklung einer Induktionsmaschine
d. erregt wird, deren Läufer vom Generator i selbst angetrieben wird. Im Läufer
der Induktionsmaschine erscheint dann bei gleicher Polzahl mit dem Generator die
Frequenz f, f",
also diejenige Frequenz, mit der der Generator gegen das Netz
schlüpft. Die Induktionsmaschine stellt also einen Frequenzfilter dar, der lediglich
die für den Generator falsche, nicht synchrone Frequenz zur Anzeige bringt. Die
Spannung an der Läuferwicklung der Induktionsmaschine ist dabei der Schlupffrequenz
proportional. Verwendet man Drehstromwicklungen, so ist der Drehsinn der Ströme,
die man an den Lä uferschleifringen ableiten kann, unmittelbar durch den Sinn der
Frequenzdifferenz der asynchronen Ströme im Generator bestimmt. Die Ströme können
daher, wie es in Fig. i dargestellt ist, einen Drelistroininotor,2 betreiben, der
bei positiver Schlüpfung des Generators, also zu langsamem Lauf, die Steuerung 5
der Turbine G so verstellt, daß sie größere Leistungszufuhr erhält, während er bei
negativer Schlüpfung, also zu schnellem Lauf des Generators, die Steuerung im umgekehrten
Sinne heeinflußt, so daß der Antriebsmaschine weniger Leistung zugeführt wird. Sie
wird also stets so beeinflußt, daß sie dein Synchronismus des Generators mit dem
Netz wieder zustrebt.
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Durch diese Anordnung ist das Fangen eines außer Tritt geratenen Generators
nicht mehr vom Zufall abhängig, sondern es wird durch eine angemessen geregelte
Leistungszufuhr der Antriebsmaschine erzwungen. Die Regelung hört erst dann auf,
wenn keine Schlupfströme mehr am Frequenzfilter .4 vorhanden sind.
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An Stelle der Induktionsmaschine als Frequenzfilter kann man auch
in an sich bekannter Weise eine Kollektormaschine verwenden, insbesondere eignet
sich dazu ein gewöhnlicher Kommutatorfrequenz%,#andler, dessen Ständer wicklungslos
ist. Den Schleifringen des Läufers wird dabei die gemeinsame Netz- und .Maschinenspannung
oder der gemeinsame Strom zugeführt, während am Kommutator eine mehrphasige schlupffrequente
Spannung abgenommen wird. Diese Schlupfspannung geht bei abnehmender Schlupfgeschwindigkeit
nicht durch Null, sondern sie behält einen endlichen Betrag, der durch die Größe
der den Schleifringen zugeführten Netz- oder 'Maschinenspannung vorgeschrieben ist.
Man erzielt dadurch den 'Torteil, daß auch bei ganz geringer Schlupffrequenz von
dem Frequenzfilter noch genügend große Kräfte für die Beeinflussung von Relais bzw.
der Kraftztifulir geliefert «erden. Die Schlupfspannung wechselt jedoch bei Verwendung
von mehreren Phasen ebenfalls den Richtungssinn ihres Umlaufes, wenn die Netzfrequenz
oder die Gerieratorfrequenz durcheinanderlaufen. Der Koinmutatorfrequenzwandler
liefert außer der Spannung mit Schlupffrequenz auch noch eine Gleichspannung. Damit
diese keine störenden Wirkungen auslöst, kann man sie durch die Einschaltung von
Kondensatoren oder äquivalenten Einrichtungen unschädlich machen.
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Die Erregung des Frequenzfilters ,4 kann man entweder wie in Fig.
i vom Strom des Generators i herleiten, man kann sie aber auch von der Spannung
oder von beiden, also
z. B. von der Leistung, ableiten, wodurch
man noch besondere Effekte erzielen kann.
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`Fenn man die Erregerwicklung des Generators mehrphasig ausführt,
so kann man das besondere Frequenzfilter .4 ganz entbehren, da der Generator dann
als Filter wirkt, indem seine Erregei-wicl:lttng außer den Erreger-;;leichströmen
noch die Schlüpfungsströme der Ständerwicklung transformatorisch zugeführt erhält,
deren Richtungssinn von einer Drehstroinwicklung ohne weiteres abgeleitet werden
kann. Die von der mehrphasigen Erregerwicklung des Generators abgenommene schlupffrequente
Drehfeldspannung steuert dann z. E. die Kraftmittelzufuhr zu der Andes Generators.
Solche Anordnungen sind z. B. für Asynchrongeneratoren brauchbar.
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An Stelle der direkten Kupplung mit dem Hauptgenerator kann man das
Frequenzfilter q auch gemäß Fig. 2 durch einen besonderen Synchromnotor ; antreiben,
der zweckmäßig finit einer kräftigen Dämpferwicklung ausgerüstet ist, damit er ständig
mit einer der Netzfrequenz oder Maschinenfrequenz entsprechenden Drehzahl umläuft
und keine selbständigen Fehlpendelungen in der Anzeige einführt. Auch dann erhält
der Läuferkreis des Filters -1 mir Strom von der Schlupf- oder Fehlfrequenz. Ebenso
wie für den Generator i bereits angegeben, kann man auch den S\-nclironniotor; im
Läufer mit einer dreipfiasigen bzw. mehrphasigen Wicklung ausführen und an dieser
mehrphasigen Wicklung eine schlupffrequente -Drehfeldspannung für die angegebenen
Zwecke abnehmen. Die Maschine .1 der Fig. 2 entfällt dann. Die mehrpliasige `@Ticl;lting
im Läufer des Svnchronniotors kann finit der eigentlichen Gleichstronierregerwicl;lung
vereinigt oder von ihr getrennt sein. Dies gilt auch für die entsprechende Anordnung
am Generator i.
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Anstatt die Schlupfströrne nach dem Schema der Fig. i unmittelbar
auf einen Verstellinotor 2 wirken zu lassen, kann man sie nach Fig. 2 auch auf ein
Drelifeldrelais 8 arbeiten lassen, das je nach dein Richtungssinn der Ströme den
einen oder anderen Kontakt betätigt und damit die Leistungsverstellung der Antriebsmaschine
in dem Sinne steuert, daß die Schlupffrequenz nach Möglichkeit verschwindet.
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Da bei einem unsymmetrischen Drehstromnetz wegen des Auftretens einer
rückläufigen Drehfeldkoniponente das von dem Frequenzfilter gesteuerte Relais auch
dann ansprechen wird, wenn keine Störungen des Synchronisnius vorliegen, so kann
man die Anordnung noch durch einen Drehfeldscheider überwachen, der bei unsymmetrischer
Spannung die Einwirkung der Hilfsrelais auf die Kraftinittelzufuhr zur Turbine unterbindet
oder an einer beliebigen anderen Stelle die Schaltung unwirksam macht. Man kann
den Nachteil des unsymmetrischen Drehstromsysteins auch dadurch vermeiden, daß man
geeignet Gemessene Drosselspulen oder Drosselketten zwischen die Sekundärklemmen
der 1-1aschine .4 und das Relais 8 einschaltet (Fig. 2).
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Das hier beschriebene System zum Wiederfangen von Generatoren im Synchronismus
hat den besonderen Vorteil, daß es für jede Maschine getrennt angewandt «-erden
kann und derart wirkt, daß sich alle Maschinen in der Tendenz zum Fangen unterstützen.
jede sucht ihre Geschwindigkeit der Frequenz des Netzes anzugleichen, so daß sich
alle in kürzester Geit wieder durch ihre synchronisierenden Kräfte in einer gemeinsamen
Frequenz gefangen haben.
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Sind beim Durcheinanderlaufen der Maschinen nach einer schweren Störung
mehr als zwei Frequenzen vorhanden, so sondern die Frequenzfilter alle Schlupffrequenzen
heraus und lassen sie auf ihre Relais oder 1I-lotoren wirken. Liegen dabei z. B.
zwei Schlupffrequenzen auf der gleichen Seite der Maschinenfrequenz, so wird dieselbe
nach dieser einheitlichen Richtung verändert, bis zunächst die erste und dann die
zweite Schlupffrequenz zu Null wird. Liegen die Schlupffrequenzen auf entgegengesetzten
Seiten der Maschinenfrequenz, so überwiegt in ihrer Wirkung auf Relais oder Motor
zunächst die stärkere der beiden und wird vom Generator eingefangen. Sodann ist
nur noch die schwächere vorhanden, die alsbald ebenfalls gefangen wird. Die Anordnung
wirkt also mit jedem Generator für sich auch bei beliebig vielen durcheinanderlaufenden
Generatoren richtig. Die Fangwirkungen aller einzelnen Generatoren unterstützen
sich natürlich, da sie unabhängig voneinander im richtigen Sinne verlaufen, und
nach kürzester Zeit hat das gesamte Netz wieder Synchronlauf angenommen.
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Die Frequenztilter nach der Erfindung haben den besonderen Vorteil,
dali sie einen sekundären Drehstrom von ausgewählter Richtung nur bei wirklichem
Durcheinanderlaufen mehrerer Drehstromfrequenzen im Primärteil erzeugen. Reine Pendelungen
im Primärteil dagegen, die nur in Amplitudenänderungen des Primärstromes mit der
synchronen Frequenz bestehen, rufen jedoch keinen sekundären Drehstrom hervor. Eine
mit der Pendelfrequenz a sinusförmig verlaufende Amplitudenänderung bewirkt bekanntlich
zwei Seitenbänder der Sollfrequenz mit den Abständen -f-ß. Sekundärseitig erscheinen
daher im Frequenzfilter nur diese beiden Seitenfrequenzen + ß und -a, die
also
entgegengesetzten Drehsinn haben und sich daher zu einem reinen Einphasensystem
ohne Drehrichtung zusammensetzen. Wendet man daher zur Anzeige Motoren oder Relais
an, die vorwiegend auf Drehstrom und nicht auf Einphasenstrom ansprechen, so werden
Pendelungen im Primärsystem von ihnen nicht angezeigt. Die Kraftmaschine wird also
nur beeinflußt, wenn wirklich eine Änderung in ihrer Drehzahl erforderlich ist.