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Anordnung zur Beseitigung der Pendelungen und Erhöhung der Stabilität
von Synchronmaschinen Für eine stabile und sichere Leistungsübertragung auf weite
Entfernung ist es erforderlich, Synchrongeneratoren mit sehr großem Kurzschlußverhältnis.
vorzusehen oder die Übertragungsstrecke in Abschnitte zu unterteilen, in denen zur
Spannungshaltung Blindleistungsmaschinen angeordnet werden. Sowohl Maschinen mit
großem Kurzschlußverhältnis als auch zusätzliche Blindleistungsmaschinen sind kostspielig.
Es ist auch vorgeschlagen worden, Asynchronmaschinen an Stelle von Synchronmaschinen
zu verwenden, weil sie sich trägheitslos ohne Pendelungen auf jeden Betriebszustand
einstellen und durch entsprechende Läufererregung -weitgehend überlastbar gemacht
werden können. Wegen der höheren Verluste und Schwierigkeiten beim Betrieb als selbständiger
Generator hat sich aber die Asynchronmaschine bisher gegenüber der Synchronmaschine
nicht durchsetzen können.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, es durch besondere Anordnungen
zu ermöglichen, daß die Synchronmaschine einerseits die guten Eigenschaften der
Asynchronmaschine erhält, während andererseits die Vorteile der Synchronmaschine
beibehalten werden. Hierzu wird eine an sich bekannte, gegenüber dem Läufer winkelverschiebbare
Erregung vorgesehen und selbsttätig beeinflußt. Die Erfindung besteht darin, daß
die Erregung der Synchronmaschine der jeweils eingestellten Größe nach durch eine
Konstantstromanordnung unverändert aufrechterhalten wird und bei Pendelungen des
Läufers eine schlupfabhängige Drehfelderregung bildet, so d'aß nur die Lage der
Erregerachse gegenüber dem Läufer entgegen
seiner Pendelbewegung
verschoben wird, während bei einseitigen Belastungsänderungen die Erregung in eine
Gleichstromerregung übergeht, deren Erregerachse an der bleibenden Winkelabweichung
des Läufers teilnimmt. Hierdurch wird erreicht, daß die Pendelungen der Sylchronmaschine
praktisch beseitigt oder unschädlich gemacht werden. während andererseits die Maschine
den Charakter einer Synchronmaschine behält.
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Die Zeichnung zeigt zwei Ausführungsbeispiele der Irrfindung, wobei
Fig. 2 eine weitere Verbesserung durch eine die Überlastungsfähigkeit der Synchronmaschine
steigernde zusätzliche stromabhängige Erregung darstellt.
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Bei der in- Fig. i angegebenen Anordnung ist die Synchronmaschine
i mit einer zweiachsigen Erregerwicklung ausgerüstet, die üb: r eine zweiachsige
Erregermaschine 2 gespeist wird. Erregerwicklung und Erregerniaschine können aber
auch drei- oder mehrachsig sein. Die Erregermaschine ist nach Art eines Einankerumformers
oder 1# requenzwandlers ohne Ständerwicklung ausgeführt. Sie wird über beispielsweise
drei Schleifringe aus einer Konstantstromeinrichtung, bestehend aus --,;nein Synchrongenerator
3 Und einer Drosselspule q., mit Wechselstrom der Ständerfrequenz erregt, wenn der
Generator 3 durch einen- an die Ständerklemmen angeschlossenen Synchronmotor D-
gleicher Polzahl angetrieben wird. Solche Anordnungen verhalten sich wie As ynchronmaschinen,
die mit konstanter Leistung arbeiten, da die Drehzahl des Aggregates wegen der Konstantstromerregung
ohne Einfluß auf die Läufererregung bleibt. Um nun der Anordnung den synchronen
Charakter wiederzugeben, wird die Erregung des Synchronmotors ,, ähnlich wie - beim
Hauptgenerator, mehrachsig (hier beispielsweise dreiachsig) ausgeführt und der Motor
3 über einen Einankerumformer oder Frequenzwandler 6 ohne Ständerwicklung, der mit
der Hauptsynchronmaschine unmittelbar oder über Getriebe gekuppelt ist, erregt.
[in Gegensatz zu der ähnlich aufgebauten Erregeranordnung der Hauptmaschine wird
die Erregermaschine 6 nicht mit konstantem Strom erregt, sondern mit konstanter
Spannuni;. Gegebenenfalls werden auf der Gleichstromseite der Erregermaschine 6
noch zusätzliche Drosselspulen ; angeordnet, uni die Erregerströme des Synchronmotors
j möglichst unabhängig von Drehzahlpendelungen der Hauptwelle zu machen. Eine weitere
Dämpfung für diese Pendelungen ist durch die Schwungmasse des Synchronumformers
3, 7 gegeben. Die Wirkungsweise der Schaltun;' ist nun die folgende: Pendelungen
des Läufers unter Einfluß von Belastungsstößen haben keinen Einfluß auf den Winkel
zwischen \ etzvektor und Feldvektor, da sich die zweiachsige Erregung immer so einstellt,
daß die mechanische Verdrehung des Läufers durch eine elektrische Verdrehung der
resultierenden Erregerachse rückgängig gemacht wird. Bedingung dafür ist, daß die
Konstantstromerregung auch der Phase nach erhalten bleibt. Das ist für rasch verlaufende
Pendelungen der Fall. sowohl die Erregung als auch die Schwungmasse des Erregerumformers
3, ; diese Peil-, delungen nicht mitmachen. Für rasch verlaufende Pendelungen -,-erhält
sich <nie Anordnung ähnlich w ieeine Asvnchronmaschine. die finit konstanter
Leistung arbeitet.
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Bei einseitigen Belastungsänderungen der Synchronmaschine im Sinne
einer Vergrößerung oder Verkleinerung der abgegebenen f Leistung wird wegen der
dadurch bedingten j Winkeldrehung des Läufers über die Maschille 6 die Erregung
des Synchronmotors so geändert, (1a13 sich die Synchronlage de: Aggregates 3, j
verschiebt und damit eine Phasendrehung der resultierenden Erregung der Hauptmaschine
eintritt. Zu jedem Willkel des Läufers gegenüber denn Netzvektor gehört eine bestimmte
Vektorlage (fei- Erregung, und damit ist der Zusammenhang zwischen Winkel und Leistung,
d. h. der Charakter einer Synchronmaschine. wiederhergestellt. Die Anordnun - arbeitet
also normalerweise wie eine Synchronmaschine. indem mechanische Winkeldrehungen
der Welle auch Veränderungen des elektrischen Winkels zwischen resultierender Erregung
uni Netzvektor zur Folge haben, während kurzzeitige, vorübergehende Abweichungen
vom eingestellten Winkel, d. h. Winkelpendelungen, zwischen Läufer und Netzvektor
keinen Einfluß auf den für die elektrische Leistung, maßgebenden Winkel zwischen
dein Vektor der resultierenden Erregung und dem -Netzvektor haben.
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Die Anordnung kann nach Fig. .2 so abgeändert werden, daß die Überlastungsfähigkeit
der Synchronmaschine verbessert wird. Dazu ist es nur erforderlich, die Erregung
der Synchronmaschine 3 in Abhängigkeit vom Belastungsstrom der Hauptmaschine zu
bringen. Zu diesem Zwecke wird die Erregung der Maschine 3 aus einer konstanten
Leerlauferregung, die von einem Spannungswan dler 8 über Drosselspulen g geliefert
wird, und einer stromabhängigen Erregung, die Stromwandler Io im Primärkreis der
Hauptsynchronmaschine liefern, über Trockengleichricliter i i oder andere Gleichrichter
zusaminengeset7t. Mit steigendem Belastungsstrom der Hauptmaschine wird die resultierende
Erregung entsprechend verstärkt, so daß die
Synchronmaschine weitgehend
überlastbar wird und eine praktisch konstante Klemmenspannung liefert.
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In Fig. 2 sind weiter Hilfsmittel angegeben, um die Modelleistung
der Hilfsmaschine 3 zu verkleinern, die neben der Erregerleistung für die Hauptsynchronmaschine
auch die Erregerleistung der Haupterregermaschine 2 und die Magnetisierungsleistung
für die Drosselspule 4 zu liefern hat. Sie kann von Blindströmen entlastet werden,
wenn man parallel zur Drosselspule deinen Kondensator 12 und parallel zu den Schleifringen
der Maschine 2 Kondensator en 13 anordnet.
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Wenn man der Hilfserregermaschine 6 eine kleinere Polzahl gibt als
der Hauptmaschine i, so entspricht einer bestimmten räumlichen Winkelverschiebung
des Läufers in der Maschine 6 eine andere elektrische Winkelverschiebung als in
der Maschine i und daher eine andere Regelwirkung auf die Hauptmaschinexierregung
als bei gleichen Polzahlen. Man kann so jeden beliebigen Zusammenhang zwischen mechanischer
Läuferverdrehung und Erregung bzw. Leistung der Hauptinaschine herstellen und damit
deren Leistungscharakteristik verschieden gestalten. Die Polzahl der Maschine 6
kann entweder festliegen oder etwa durch Polumschaltung veränderbar sein.
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Zum Aufwand dieser Schaltung gegenüber der normalen Synchronmaschine
ist zu bemerken, daß an zusätzlichen Maschinen die beiden Synchronmaschinen 3 und
5 sowie der Frequenzwandler 6 und die Drosselspule 7 erforderlich werden. Der Synchrongenerator
3 ist für die Erregerleistung der Hauptmaschine sowie für die Blindleistung der
Drosselspule zu bemessen (wenn keine Kondensatoren vorgesehen werden), während der
Synchronmotor 5 für die Erregerleistung der Hauptmaschine mit Berücksichtigung des
Wirkungsgrades auszulegen ist. Der Frequenzwandler 6 ist für die Erregerleistung
des Synchronmotors 5 zu bemessen, während die Drosselspule q. durch Widerstand und
Reaktanz der Erregerwicklungen des Hauptgenerators bestimmt ist. Da die Erregerleistung
der Hauptmaschine immer weniger als i °(o der abgegebenen Leistung beträgt, steht
der zusätzliche Aufwand in keinem Verhältnis zum Aufwand für jene, Einrichtungen,
die sonst im Netz vorgesehen werden müssen, um die Stabilität von Übertragungsleitungen
zu sichern, oder zu dem Mehraufwand, der durch Vergrößerung des Kurzschlußverhältnisses
gegeben -ist. , Da keine Maschinen mit ausgeprägten Polen verwendet werden und die
Erregungen durch Stromschaltungen erzwungen werden, arbeitet die Anordnung praktisch
trägheitslos.