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Einrichtung zur selbsttätigen Regelung eines aus einer Synchronmaschine
und einer Asynchronmaschine-mit Kommutatorhintermaschine bestehenden . Netzkupplungsumformers
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur selbsttätigen Regelung .eines' Netzkupplungsumformers,
welcher aus einer asynchronen und einer synchronen Wechselstrommaschine besteht.
Derartige Umformer werden beispielsweise zur Kupplung eines Bahnnetzes mit einem
Industrieverteilungsnetz verwendet, wobei es darauf ankommt, daB .-entspirechend
der von dem Bahnnetz geforderten Leistung ein bestimmter Leistungsanteil. aus dem
Industrienetz über den Umformer entnommen wird. Die Regeleinrichtungen des Umfo@rmeTs,
welche auf eine Hintermaschine einwirken, welche in den Sekundärkreis der Asynchronmaschine
geschaltet ist, müssen so ausgelegt sein, daß da;s für den Umfoamer vorgeschriebene
Leistungsprogramm, beispielsweise eine bestimmte Aufteilung der Leistung des Bahnnetzes
auf die Bahngeneratoren und den Umformer, und damit -das Industrienetz aufrechterhalten
wird.
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In Fig. i ist das Betriebsdüagramm eines asynchronen Netzkupplungsumformers
dargestellt. Als Ordinaten sind die Drehzahlen bzw. Frequenzen der ,beiden Wechselstromnetze
bzw. der beiden Umformerteile und als Abszissen die Leistungen '.u1 MW aufgetragen.
Die Kennlinien rechts von der Nulllinie gelten für das Netz der Synchronmaschine,
die Kennlinien links für die Asynchronmaschine. Es sei angenommen, daß die Frequenz
dies Bahnnetzes, d. h. der das Bahnnetz speisenden Bahngeneratoren, nach der Linie
I verläuft und daß von einer Leistung von i MW aufwärts die Gesamtleistmg des Bahnnetzes
je zur Hälfte von den Bahngeneratoren und von dem Umformer geliefertwerden soll.
Der Leerlaufspunkt A" des Umformers, welcher unter der Annahme einer Vorbelastung
des Netzes der Asynchromnaschine, d. h. des Industrienetzes, von 3 MW eingezeichnet
ist, muß daher mit dem Betriebspunkt B des Bahnnetzes auf gleiche ,Höhe gebracht,
d. h. auf den Punkt A gehoben werden. Der Hintermaschine der Asynchronxnaschine
wird zu dem Zweck .eine Erregerkomponente H zugeführt. Die Leistung - des Bahnnetzes
wird zu gleichen Teilen auf die B,ahngenerato:ren und den Umformer verteilt, wenn
die Leistungsdrehzahl- bzw. Leistungsfrequenzchaxakteristik Il des Umformers die
gleiche \Teigung .erhält wie die Charakteristik I
des Bahnnetzes.
Dies wird in bekannter Weise dadurch erreicht, daß der Hinterma sclhine der Asynchronmaschine
durch einen Komp.oundtransformator, welcher beispielsweise in den Sternpunkt der
Asynchronmaschine geschaltet ist, eine zusätzliche ErregerkomponenteHl zugeführt
wird, die mit der Belastung des Umformers zunimmt. Berücksichtigt man noch den von
der Leistung abhängigen inneren, Drehzahl- bzw. Frequenzabfall der Asynchronmaschine
entsprechend der schwach geneigten Kennlinie III, so führen bei einer- Belastung
des Umformers von beispielsweise insgesamt 5 MW die beiden Erregerkamponenten H
und H, resultierend zu dem Betriebspunkt C des Umformers, welcher mit dem Betriebspunkt
D des Bahnnetzes in gleicher Höhe liegt.
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Die in Fig. i dargestellten Betriebseigenschaften des Umformers gelten
nur unter der Bedingung, daß die Frequenz -des Industrienetzes, d. h. desjenigen
Netzes, an das die Asynchronmaschine angeschlossen ist, praktisch von der Leistung
unabhängig isst, daß es sich also um ein starres Netz handelt. Werden durch den
Umformer dagegen zwei Wechselstromnetze miteinander gekuppelt, die beide eine mehr
oder weniger stark geneigte Leistungsfrequenzcharakteristik besitzen, so -wird die
für den Umformer vorgeschriebene Leistungsaufteilung in mehr oder weniger hohem.
Grade durch die sich ändernde Frequenz des Netzes der Asynchronmaschine beeinflußt
werden.
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Um in dem Fall, in dem die Frequenzen beider Netze veränderlich sind,
eine Abhängigkeit der übertragenen Leistung nur von der Frequenz des einen Netzes
zu erzielen, ist bereits vorgeschlagen worden, die asynchrone Leistung durch zwei
selbsttätige Regler zu beeinflussen, von denen der eine von der Frequenz des Netzes
der Synchronmaschine, der andere von der Frequenz in dem Netz der Asynchronmaschne
abhängt. Dieser zweite Regler arbeitet dann so, daß er den Einfluß von Frequenzschwankungen
im Netz der Asynchronmaschine auf die übertragene Leistung wieder ausgleicht. Bei
der Einrichtung nach der Erfindung wird ebenfalls ein solcher von der Frequenz des
Netzes der Asynchronmaschine abhängiger Regler vorgesehen. Gemäß der Erfindung -wird
eine von diesem Regler gesteuerte Erregerkomponente zusätzlich zu einer zweiten
Erregerk omponente, die einem im Belastungskreis liegenden Komp oundtransformator
eotnommen wird, auf die Hintermaschine zur Einwirkung gebracht. Man kann zu dem
Zweck der Hintermasehine der Asynchronmaschine beispielsweise eine drehzahlregelnde
Erregerkomponente zuführen, die sich mit der Frequenz des Netzes der Asynchronmaschine
derarr ändert, daß bei allen Belastungen des Umformers sowie allen Belastungen des
Wechselstromnetzes, an das die Asynch.ronmaschine angeschlossen ist, das Drehzahlniveau
des Umformers mit Bezug auf seinen Leerlaufspunkt unverändert gehalten wird, d.
h. mit Bezug auf den Betriebspunkt, bei dem das Industrienetz keine Leistung an
das Bahnnetz abgibt. Eine besonders zweckmäßige Ausführungsform der Erfindung besteht
darin, daß eine Regeleinrichtung, beispielsweis11 ein Drehtransformator, im Erregerkreis
der Hinteimaschine der Asynchronmaschine durch einen Thoma-Regler gesteuert wird,
dessen Steuergleichspannung von einem Gleichstromgenerator (Tachometerdynamg) geliefert
wird, der mit einer der Frequenz. des Netzes der Asynchronmaschine entsprechenden
Drehzahl angetrieben ist.
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Das Betriebsdiagramm des mit einer Regeleinrichtung nach der Erfindung
ausgerüstcten Umformers ist in Fig.2 dargestellt. Die Bezeichnungen für die Kennlinien
und die Betriebspunkte sind dem Diagramm der Fig. i entsprechend beibehalten. Für
das Diagramm der Fig.2 ist angenommen, daß das Netz der Asynchronm@aschine, d. h.
das Industrienetz, nicht starr ist, sondern daß die Frequenz dieses Netzes sich
nach der Kennlinie IIo mit der Leistung ändert. Der Leerlaufspunkt des Umformers
liegt unter der Annahme ,einer Vorbelastung des Industrienetzes mit 3 MW im Punkte
A,. Parallelbetrieb zwischen dem Umformer und den Bahngeneratoren wird möglich,
wenn wie im Diagramm der Fig. i durch die Erregerkomponente H der @e-erlaufspunkt
A" mit dem Betriebspunkt B des Bahnnetzes auf gleiche Höhe, d. h. auf den PunktA
gehoben wird. Würde man wie bei dem Betrieb nach dem Diagramm der Fig. i die Erregerkomponente
H unverändert lassen, so würde die Neigung der Kennlinie Il des Umformers bei einer
bestimmten belastungsabhängigen Erregerkomponente H1 nicht derjenigen der Kennlinie
I des Bahnnetzes gleichbleiben, s3ndern entsprechend der Neigung der Kennlinie IIo
des Industrienetzes sich ändern, und zwar liegt dies daran, daß der Leerlaufspunkt
des Umformers sich mit der Belastung des Industrienetzes verschiebt. Hält man dagegen
gemäß der Erfindung das Niveau des Leerlaufspunktes in der Höhe der Parallele IV
zur Abszissenachse, so bleibt die Neigung der Kennlinie II erhalten. Erfindungsgemäß
wird dies dadurch erreicht, daß die Erregerkomponente H reit der Frequenz des Netzes
der Asynchronmaschine veränderlich ist. Bei einer Belastung des Industrienetzes
von insgesamt 5 MW, die sich aus der Vorbelastung von
3 MW und der
durch den Umforme- an das Bahnnetz abgegebenen Zusatzbelastung von. 2 MW zusammensetzt,
wird der Betriebspunkt des Industrienetzes vorn dem Leerlawfspunkt Q, um die GrößeH'
auf die Höhe des BetriebspunktesB des Bahnnetzes gehoben. Die Betriebsdrehzahl des
Umfarmers im Punkte C ergibt sich durch die resultierende Wirkung der beiden Erregerkomponenten
H' und Hl, wobei wiederum wie in Fig. i die Eigenkennlinie III des Umformers berücksichtigt
ist.
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In Fig.3 ist das Schaltungsschema des mit der Regeleinrichtung nach
der Erfindung ausgerüsteten Umformers dargestellt. Der Netzkupplungsumformer besteht
aus. einer asynchronen Wechselstrommaschine i und einer synchronen Wechselstrommaschine
2. Die Asynchronmaschine ist an ein Industrienetz 3, die Synchronmaschine an ein
Bahnnetz q. angeschlossen. Die mit der Asynchronmaschine gekuppelte Hintermaschine
5 wird 'über einen Frequenzwandler 6 erregt, der einerseits an einen Drehtransformator
7 und andererseits an einen im Sternpunkt der Asynchronmaschine i liegenden Komp-oundtransformator
8 angeschlossen ist. Der Kompoundtransfo,rmator 8 liefert die ErregerkomponenteHl,
der- Drehtransformator 7 die Erregerkonvponente H bzw. H' entsprechend den Diagrammen
der Fig. i und 2. Der Drehtransfonnator 7 wird durch -einen Thoma-Regler 9 gesteuert,
dessen Gleichstromwicklung an eine Gleichstronmtachometerdynanno io angeschlossen
ist. Die Dynamo io wird durch einen Synchronmotor i i angetrieben, welcher an das
Netz 3 angeschlossen ist. Falls eine besondeh große Genauigkeit der Regelung verlangt
wird, kann in den Stromkreis der Ta-chometerdynamo noch eine Gegenspannung, beispielsweise
in Form einer Batterie 12, geschaltet werden. Für die Steuerung des Drehtransformatörs
7 können an Stelle des Synchronmotors i i auch andere frequenzabhängige Regeleinrichtungen
angewendet werden.
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Die Regeleinrichtung nach der Erfindung, deren Schaltung in Fig.3
dargestellt und deren Wirkungsweise an Hand des Diagramms der Fig.2 erläutert worden
ist, wird zweckmäßig noch mit einer Zusatzeimächtung ausgerüstet, durch die unzulässige
Belastungen des Umformers verhindert werden. Gemäß der Erfindung wird die Regeleinrichtung
zu dem Zweck so ausgebildet, daß der Umformer bei einer bestimmten Leistungsgrenze
auf Betrieb mit konstanter Leistungsübertragung umgeschaltet wird. Diese Umschaltung
erfolgt zweckmäßig mit einer zeitlichen Verriegelung, d. h. der Übergang auf Betrieb
mit konstanter Leistungsabgabe ruß vollzogen sein, bevor der Umformer abgeschaltet
wird. Bei der in Fig. 3 dargestellten Regeleinrichtung kann zu diesem Zweck der
Thoma-Regler 9 derart ausgebildet sein, daß er entweder durch ein wattmetrisches
Relais oder durch ein im Stromkreis der Tachometerdynanno i o liegendes Spannungsrelais
gesteuert wird. Gleichzeitig mit der Umschal= tung von dem Betrieb mit dem Spannungsrelais
auf den Betrieb mit dem wattmetrischen Relais muß auch der Kompoundtransforma!to@r
8 im Sternpunkt der Wechselstrommiaschine i kurzgeschlosisen werden.