DE689277C - Einrichtung zur selbsttaetigen Regelung eines aus einer Synchronmaschine und einer Asynchronmaschine mit Kommutatorhintermaschine bestehenden Netzkupplungsumformers - Google Patents

Einrichtung zur selbsttaetigen Regelung eines aus einer Synchronmaschine und einer Asynchronmaschine mit Kommutatorhintermaschine bestehenden Netzkupplungsumformers

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DE689277C
DE689277C DE1934S0113903 DES0113903D DE689277C DE 689277 C DE689277 C DE 689277C DE 1934S0113903 DE1934S0113903 DE 1934S0113903 DE S0113903 D DES0113903 D DE S0113903D DE 689277 C DE689277 C DE 689277C
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DE1934S0113903
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Inventor
Dipl-Ing Josef Scherber
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Siemens Schuckertwerke AG
Siemens AG
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Siemens Schuckertwerke AG
Siemens AG
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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/34Arrangements for transfer of electric power between networks of substantially different frequency

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Eletrric Generators (AREA)

Description

  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (3)

  1. ` PATENTANSPRÜCHE: i. Einrichtung zur selbsttätigen Regelung eines aus :einer Synchronmaschine und einer Asyrnchranma,schine mit Kommutatorhintermaschine bestehenden Netzkupplungsumformers, bei der ein Regler vorgesehen ist, der die Einwirkung von Frequenzschwankungen des an die Asyn-.chronma:schine angeschlossenen Netzes auf die übertragene Leistung aufhebt, dadurch gekennzeichnet, daß eine von dem Regler gesteuerte Erregerkoznp,onente zusätzlich zu einer zweiten Erregerkomponente, die einem im Belastungskreis liegenden Kompoundtrarnäformator entnommen wird, auf die Hintermaschine einwirkt.
  2. 2. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß als Regler ein imErregerkreis der Hintermaschine liegender, in Abhängigkeit vorn der Frequenz des Netzes der Asynchronniaschine verstellbaxer Drehtransformator dient.
  3. 3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung des Drehtransformators :ein Thoma-Regler dient, dessen Spannungsspule an eine durch einen Synchronmotor angetriebene Gleichsitrorntachometerdynamo angeschlossen ist. . 4.. Einrichtung nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung des Umformers bei einer bestimmten Leistungsgrenze auf Regelung für konstante Leistung umschaltbar ist.
DE1934S0113903 1934-05-10 1934-05-10 Einrichtung zur selbsttaetigen Regelung eines aus einer Synchronmaschine und einer Asynchronmaschine mit Kommutatorhintermaschine bestehenden Netzkupplungsumformers Expired DE689277C (de)

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