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Anordnung zur Erregung yon Asynchronmaschinen, insbesondere Asynchrongeneratoren,
über Drehstromerregermaschinen Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Erregung
von Asynchronmaschinen, die vorzugsweise als Generatoren, namentlich in Unterwasserkraftwerken,
betrieben werden sollen. Asynchronmaschinen arbeiten bekanntlich mit wesentlich
kleinerem Luftspalt als Synchroninaschinen, der Belastungsstrom vermag daher eine
starke Rückwirkung auf das Feld auszuüben, so daß eine starke Spannungsabsenkung
eintreten würde. Die Drehstromerregermaschinen im Läuferkreis müssen daher auf besondere
Weise erregt werden, damit diese Wirkung nicht eintritt. Dies wird erfindungsgemäß
dadurch bewirkt, daß die Erregung der Erregermaschine unter der Differenzwirkung
von zwei Einflüssen steht, von denen der eine einer von der Generatorspannung unabhängigen
Fremdspannung entspricht, der andere der Generatorspannung selbst. Beide Anteile
sind groß gegenüber der Differenz. Man kann daher die Fremdspannung als Sollwert
bezeichnen, dem die Generatorspannung als Istwert zustrebt. Da bei Abweichung des
Istwertes bei Stoßlasten eine große Differenz auftritt, erhalten die Drehstromerregertnaschinen
und damit die Läufer der Asynchronrnaschinen eine große Überschußspannung, die in
kürzester Zeit den Istwert der Generatorspannung dem Sollwert wieder angleicht.
-Man kann nun von einer gemeinsamen Fremdspannung als Sollwert den Istwert der Spannungen
von mehreren Generatoren im Parallelbetrieb steuern. Durch die Frequenz der Fremdspannung
ist auch die Frequenz der Asynchrongeneratoren bestimmt, so daß eine einfache Freduenzhaltung
möglich ist. Der Erfindungsgedanke läßt sich grundsätzlich auf zwei Arten verwirklichen.
Bei der ersten ist die Erregermaschine (mit Läufererregung) mit der Asynchromnaschme
mechanisch gekuppelt. Hierbei bleibt das Verhalten der Asynchronmaschine rein asynchron,
bei der zweiten Art wird die läufererregte Drelrstromerregermaschine durch eine
besondere
-Maschine regelbar oder nicht regelbar angetrieben. Hierbei ist die Drehzahl der
_\svnchronniascliine, wie bekannt, durch die Drehzahl dir Erregermaschine bestimmt.
Die läufererregte Drehstronierregermaschine kaiirr mit oder ohne honifensationswicklung
ten, außerdem kann sie den Läufer der Asvnchronmaschine über eine oder mehrere stündererre-te
Erre#erinaschinen a]sVerstärlctnigsglied speisen. Von besonderer Bedeutung ist cüe
zweite Art der Erregung für Unterwassergeiieratoren. bei denen keine 1ldgliclilceit
besteht, eine Erregermaschine mit dem Generator mechanisch zu kuppeln. Wenn die
Turbinen keine Rezelungsni-5-liclilzeit haben, mu1 die Leistungsregelung durch die
Drehzahl des Generators erfolgen. Dies geschieht in einfachster Weise durch Regelung
des kleinen Antriebsmotors der Erregermaschine. Die gewählte - Differenzschaltung
sichert hierbei selbsttätig die erforderliche Spannung der Erregermaschine.
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Einige Ausführungsbeispiele lassen den. Erfn(iunzsg,-datil;eii besser
erkennen. In Fr-. i bezeichnet i das Netz mit der Fremdspannung, die den Sollwert
liefert. und -2 das Netz, das sich mit seinem Istwert an die Fremdspannung an'leichen
soll. Das Netz i wird gespeist durch eine kleine Synchroninaschine 3, die durch
eine besondere Maschine d. (Turbine usw.) angetrieben sei. -auf das Netz 2 arbeitet
die Asvnchronmaschine mit ihrer unmittelbar gekuppelten s i en Drehstroinerregerpeisten
" kornpensiert niaschine 6 und ihrer Antriebsmaschine 7. Die
Erregung erfolgt über den Erregertunspanner 8, dessen Erstwicklun.- von der Differenzspannung
der beiden Netze i und 2 gespeist wird. Wird nun das -Netz 2 durch die Verbraucher
9 und io belastet, so beu;-irl;t eine geringe Abweichung der Spannung im -Netz 2
I,, gegen die des Netzes i eine starke Steigerung der Erregerspannung an den Schleifringen
(ler Asvnclironniaschine;, so daß die Spannun- in kürzester Zeit wiederhergestellt
wird. In Fig. 2 liegt die gleiche' Schaltung vor, es ist lediglich zwischen die
-Maschinen 3 und <, die :tändererregte kompensierte Drehstromerregerinaschine
ii als @Tel'Starlittng@glied @@-schaltet. In FiZ. 3 ist #ler Fall ange(ieutet. =_laß
mehrere Generatoren (las Netz 2 speisen. Die Bezugszeichen haben (lie gleich- Bedeutung
wie in Fig. i. Damit nicht. durch irgen(l«velclie Zufälligkeiten bedingt, ein Generator
die ganze Blindlast an sich reißt, siii-l zusätzliche -litte] vorgesehen. Diese
]),.stehen i t)ei den beiden ersten 1Tascliiiien in einem Zusatzunispanner 1,2.
(ler in Abhängigkeit von olein Leistungsfaktor. dein Strom oder einer anderen Gr;iße
(1,s zugeli;irigen Generators beeinflußt wird. Je nach der Phasenlage der Zusatzspannung
kann man die Blind- oder die Wirklast des zugehörigen Generators beeinflussun, sofern
diese nicht durch die -\ntriel)smasch:ne schon bestimmt wirc1.
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( Beini dritten Generator-erfolgt die zusJitz-Iichr@:@cin$u»un@ durch
den Strom des Generators. Der Spannungsabfall an dir Drosselspule i3 fügt sich zur
Spannung des letze:: 13:11z11, so daß die Spannung des Generators u111 diesen Betrag
abweichen kann. Durch d:v Unispanner 14, j3, ih wird diese Spainimig in den Erregerkreis
von 6 übertragen. Die Größe und Phasenlage dieser Spannung ist einstellbar, so daß
dadurch Strom und Phasenlage des Ständerstromes des Generators festgelegt werden
Ic@nneii. Die Leistung der Drossel 13 inuß mir groß sein gegenüber der' Leistung
des Umspanners 16. Die 7_eit«'icl;-lmig des Unispanners 16 kann auch statt an eia:
-Netz -2 an die Klemmen des Generators ; angeso7lil(l-sen werden.
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In den folgen(len heispielen ist die Erreermaschin@1- nicht mehr mit
der 1dauptinaschine gekuppelt. sondern durch einen bes,@n deren -Motor i; angetrieben.
Die Drehzahl fl:eses ]Motors bestimmt auch die Drehzahl de: Generator: ;. Fig..I
stellt den _\lleinl>etriel) eines sf)lclien Generators dar. Die Differenzspannung
zwischen den Netzen i und 2 sorgt auch liier wieder dafür, daß die Netzspannung
voll 2 ficin Sollwert des Netze: i auch 1>c1 Be-IastungsstöPen zustrebt. Die Drehzahl
des Generators 5 ist dagegen durch die des -Motors i; bestimmt. flacht man diesen
regelbar. so folgt auch _5 in der Drehzahl mit. Die Frequenzhaltung ist durch die
Maschine 3 vorgeschrieben bzw. durch deren.
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Antriebsmaschine-]. Die Maschine 3 gibt vorwiegend nur Blindleistung
ab. da die Erregerleistung von 6 fast reine Blindleistung ist. Wollte sie Wirkleistung
abgeben. so müßte ler Spannungsvektor des Netzes i gegenüber dein dis 'Netzes :2
voreilen. Dieser ist aber in keiner Weise an den Polradwinkel des Generators ; gebunden,
sondern ist immer bestrebt. dein Spannungsvektor des Netzes i nach Grif)e und Phase
zu folgen, denn nur hierfür wird finit einem hleinstwert au Differenzspannung ein
Höchstwert an Spannung des Netzes 2 erreicht. Es ist also gar nicht niö"-lich, finit
der llascliine 3 Wirkleistung ins Netz 2 zu liefern. Zufiihrun,- von j\'irklast
durch die Antriebsmaschine d. hätte nur Erh#ihung rler Frequenz zur Folge. Durch
einen Drelizalilrellei- an 4. kann (ialier die Frequenz ini \etz2 auf einfachste
Weise konstant gehalten werden, da es sich nur tnn die Regehing einer finit Blindleistung
belasteten ',Masch nie handelt, die lediglich die geringen Verluste ini Erregerkreis
der -Maschine 6 zu liefern hat. 11a11 kann durch zusätzliche Rege-
Jung
der Erregung von 3 die Spannung im \Tetz 2 genauestens konstant halten, so daß sowohl
Frequenzhaltung als auch Spannungshaltung im Netz 2 ausschließlich durch die Maschine
3 erfolgt. Fig. 5 'zeigt die gleiche Schaltung, jedoch mit der ständererregten Maschine
i i als Zwischenverstärker. Diese kann auch getrennt angetrieben werden. Fig. 6
zeigt, ähnlich wie Fig. 3, einen Parallelbetrieb mehrerer Generatoren, jedoch werden
die Erregermaschinen 6 getrennt angetrieben.' und zwar alle von dem gemeinsamen
Motor 17. Ebensogut könnte jede Maschine 6 auch einen eigenen Antriebsmotor haben.
Auch die zusätzliche Regelung durch die Zusatzumspanner 12 bis 16 erfolgt in 'der
gleichen Weise wie in Fig. 3.
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In Fig. 7 ist schließlich noch der Fall dargestellt, daß mehrere Generatoren
5, z. E. eines Unterwasserkraftwerks, von einer gemeinsamen Erregermaschine 6 über
eine gemeinsame Verstärkermaschine ii erregt werden. Urn eine unterschiedliche Belastung
zu vermeiden, sind die Läufer alle in Reihe geschaltet, so daß sie zwangsläufig
den gleichen Strom führen müssen. Bei unterschiedlicher Beaufschlagung mit Wirklast
hätte der gleiche Läuferstrom bei den schwächer belasteten Maschinen nur eine entsprechend
höhere Blindleistung zur Folge. Die Frequenz- und Spannungshaltung erfolgt auch
hier wieder durch die Synchronmaschine 3. Sie kann durch einen Regler so geregelt
werden, daß die Spannung im Netz 2 konstant -bleibt. Die Frequenz kann durch ihren
Antrieb q. genau eingeregelt werden, der, wie oben gezeigtwurde, keinerlei Wirkleistung
ins Netz 2 zu liefern vermag. Durch Regelung des gemeinsamenAntriebsmotors 17 wird
die Drehzahl der Turbinen 7 und damit deren L.eistung-gemeinsam geregelt. In dem'Ausführungsbeispiel
ist noch gezeigt, in welcher Weise das Anfahren des Kraftwerks erfolgt, wenn kein
fremdes Netz zur Verfügung steht. Zum Anfahren ist eine Starterbatterie 18 vorgesehen,
reit der über den Schalter i9 zunächst einer der Generatoren (5a) mit seiner Turbine
hochgefahren wird. Der zugehörige Netzschalter -o ist eingelegt, so daß die Maschine
3 bzw.
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Antriebsmotor auch mit hochlaufen. , 'hr Ebenso laufen auch
die Motoren 17 und 2i hoch. Der Erregerumspanrier 8 ist durch den Schalter
22 kurzgeschlossen, so daß noch keine Erregung von 6 und i i stattfindet. Nach erfolgtem
Hochlaufen werden die im Läuferkreis der Generatoren befindlichen Schalter 23 eingelegt
und gleichzeitig i9 und 2.2 geöffnet. Der Generator 5, ist dann schon in
der richtigen Weise erregt. Die Spannungshaltun des Netzes 2 kann bereits durch
die Synchronmaschine 3 erfolgen, ebenso die Fr equenzhaltung dieses Netzes durch
die Drehzahl der Maschine d.. Die Drehzahl des Generators 5a wird, wie bereits geschildert,
durch die Drehzahl der regelbaren Maschine 17 bestimmt. Nun kann ein Generator nach
dein anderen zugeschaltet werden, in deren Läuferkreis noch je ein Widerstand 24
und Schalter 25 vorhanden ist. Bei zunächst noch geöffnetem Schalter 25 wird der
Schalter 2o eingelegt, so daß der Generator über den Widerstand 24 wie ein Asynchromnotor
anläuft. Er kann dabei von seiner Turbine unterstützt werden. Nach erfolgtem Hochlaufen
wird in der Nähe der svnchronen Drehzahl der Schalter 25 kurzgeschlossen, so daß
nur noch ein Teil des Widerstandes 24 parallel zum Läufer liegt, über den sich die
Maschine leicht mit dem bereits laufenden Generator synchronisiert. Alsdann wird
der Schalter 23 geöffnet, so daß der ganze- Strom nunmehr auch durch diesen Läufer
fließen muß. In ähnlicher Weise «-erden auch die übrigen Generatoren zuge-
schaltet,
worauf .dann Drehzahl, Frequenz und Spannung für .alle Generatoren gerneinsarn geregeltwird.
Das Abschalten einzelner Generatoren geschieht in der umgekehrten Reihenfolge. Beim
Ab- und Zuschalten einzelner Generatoren sorgt die Differenzschaltung selbsttätig
für die jeweils richtige Spannung in den Maschinen 6 und i i.