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Einrichtung zum Wiedersynchronisieren außer Tritt gefallener Wechselstromsynchronmaschinen
Es ist bekannt, daß eine mit einem Wechselstromnetz parallel arbeitende Synchronmaschine
beim Außertrittfallen eine OOuelle erhöhter Ausgleichströme ist. Diese Ausgleichströme
können als die Summe von zwei sinusförmigen Kurzschlußströmen betrachtet werden,
von denen der eine die Netzfrequenz und der andere die Frequenz des Synchrongenerators
hat. Die Differenz ergibt die Schlupffrequenz.
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Wenn die Schlupffrequenz klein gegenüber der Netzfrequenz ist, ist
es möglich, die Maschine zu synchronisieren, ohne sie vom Netz zu trennen, indem
durch Änderung der Belastung die Maschine in den Synchronismus zurückgeführt wird,
wenn es sich um einen Motor handelt, oder indem die Drehzahl der Turbine geändert
wird, wenn es sich aan einen Generator handelt.
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Zum Wiedersynchronisieren außer Tritt gefallener Wechselstromgeneratoren
ist es bekannt, einen Regler zu verwenden, der in Abhängigkeit von der Polradverschiebung
zum Ansprechen kommt und mit dessen Hilfe der Generator bei Störung das Synchronbetriebes
rasch entregt und langsam wieder erregt ,wird. Um diese Regelung selbsttätig durchzuführen,
hat man Einrichtungen angegeben, mit deren Hilfe der Schlupf einer Synchronmaschine
gegenüber dem Netz ermittelt und für Regelzwecke ausgenutzt wird.
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Bekannte Einrichtungen dieser Art benutzen einen Asynchronmotor als
Schlupfmeß- und Regelorgan mit dreiphasigen Erregerwicklungen auf Statoir und Rotor,
wovon die eine mit denn Klemmenstrom des Hauptgenerators über Wandler und die andere
° von einem auf der Generatorachse sitzenden Hilfsgenerator erregt ist. Es ist auch
vorgeschlagen worden, einen auf der Hauptgeneratorachse sitzenden Hilfsgenerator
mit dem Schlupfmeßorgan zu einer Asynchronmaschine mit
drehbarem
Statur zu vereinigen. Der mit der Hauptgeneratorachse rotierende Rotor der Asynchronmaschine
trägt dabei eine Gleichstromwicklung, und der Statur wird dreiphasig vom Hauptgeneratorstrom
erregt. In beiden Fällen ergibt sich der Nachteil, daß die Einrichtung nicht richtig
arbeitet, wenn die Erregung des Hauptgenerators den Wert bei Synchronismus übersteigt,
sie ist unwirksam, falls die- Synchronmaschine bei Übererregung außer Tritt fällt.
Dies beruht darauf, daß das doppelgespeiste Schlupfmeßorgan synchron mit dem stärkeren
von zwei Drehfeldern läuft, wovon das eine die Frequenz des von dem Synchrongenerator
gespeisten Netzes und das andere die Frequenz der Hilfsmaschine und damit auch des
Hauptgenerators besitzt.
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Gegenstand der Erfindung ist eine Einrichtung zum selbsttätigen Wiedersynchronisiaren
außer Tritt gefallener Wechselstromsynchronmaschinen unter Verwendung eines Regelmittels,
das auf vom Schlupf hervorgerufene Zustandsänderungen der Synchronmaschine anspricht,
bei welcher erfindungsgemäß die geschilderten Mängel behoben worden, indem das Regelmittel
aus einer auf der Achse der Hauptsynchronmaschine sitzenden und vom Klernmenstrom
derselben erregten doppeldreiphasigen asynchronen Hilfsmaschine mit festem Statur
sowie aus einer von der letzteren mechanisch getrennten Asynchronmaschine besteht,
deren ebenfalls fester Statur von der Hilfsmaschine erregt wird und deren Rotor
durch ein Schaltglied einen Kohtaktgeber im Steuerkreis des Verstellmotors betätigt.
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In der Zeichnung ist als Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch
eine Einrichtung zum Wiedersynchronisieren eines von einer Turbine angetriebenen
Wechselstromsynchrongenerators dargestellt.
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Mit i ist der Synchrongenerator bezeichnet, der über die Verbindungsleitungen
3 das Netz 4 speist und der von der Turbine 2 angetrieben wird. Der Zutritt des
Treibmittels zur Turbine wird durch Verstellen der Leitschaufeln 5 mittels des Verstellmotors
6 reguliert. Auf der Achse des Hauptgenerators i sitzt eine Hilfsmaschine 8 gleicher
Polzahl wie i mit feststehendem Statur, die über Stromwandler 7 vom Klemmenstrom
des Generators i erregt wird. Die Hilfsmaschine 8 ist eine doppeldreiphasige Asynchronmaschine
mit Schleifringen, ihr Statur ist mit dem ebenfalls feststehenden Statur der von
der letzteren mechanisch getrennt angeordneten Asynchronmaschine 9 verbunden, sie
dient zum Messen des Schlupfes des Generators i gegenüber dem Netz 4. Der Rotor
der Hilfsmaschine 8 rotiert mit der Frequenz des Generators i und derjenige der
Asynchrommaschine 9 mit der Schlupffrequenz, und die Drehrichtung der letzteren
ändert sich mit und 1m Sinn des Schlupfes des Generators. Der Rotor der Asynchronmaschine
9 kann bewickelt oder urbewickelt sein. Auf der Rotorachse der Asynchronmaschine
9 sitzt eine Scheibe g° aus nichtmagnetischem Material, an der ein Schaltglied gb
befestigt ist, das bei jeder Umdrehung der Scheibe 911 einen Kontaktgeber io im
Steuerkreis 14, 15 des Verstellmotors 6 für die Leitschaufeln der Turbine?- schließt.
Dieser Kontaktgeber io besitzt zwei gegen einen festen Mittelkontakt bewegliche
Kontaktstücke, von denen je nach der Drehrichtung der Scheibega eines vom Schaltglied
gb mitgenommen wird. Um zu verhindern, daß bei sehr kleinem Schlupf das Schaltglied
nach der Kontaktgabe wegen des geringen Drehmoments der Asynchronmaschine 9: zum
Stillstand kommt, wird der das Schaltglied gb für den Kontaktgeber im Steuerkreis
betätigenden Scheibe ga am Rotor der Asynchrönmaschine 9 nach der Kontaktschließung
und während der Dauer der Kontaktgabe ein zusätzliches Drehmoment erteilt. Dies
wird- erzielt mit Hilfe der Elektromagnete 11, 1a, die mit einem auf der nichtmetallischen
Scheibe ga angehrachten Eisenstück in der Weise zusammenwirken, daß je nach dem
Drehsinn der Asynchronmaschine g einer der Elektromagnete erregt ist und die Scheibe
weiterdreht. Der Steuerkreis 14, 15 ist aus der Quelle i8 so gespeist, daß je nach
dem vom Schlupf abhängigen Drehsinn der Asynchronmaschine 9 der Vorstellmotor 6
der Turbinenleitschaufeln für Rechts- oder Linkslauf erregt ist. Der den Kontaktgeber
io im Steuerkreis 14, 15 des Verstellmotors betätigende Rotor der Asynchronmaschine
9 ist mit einer Dämpfung z1, a2 ausgerüstet, um bei sehr großem Schlupf zu verhindern,
daß die Drehzahl des Kontaktgebers für den Steuerkreis zu groß wird. Die Dämpfung
kann in bekannter Weise durch Magnete, Elektromagnete oder durch Wirbelstrombremsung
erfolgen. Mit 16 ist ein Netzkuppelschalter bezeichnet, dessen Aus.läsespule 23
über das Maximalrelais 2o geführt ist. Das Relais 17 im Steuerkreis verhindert das
Ansprechen des Maximalrelais bei großem Strömen in der Zeit, in der die Regelmittel
versuchen, den Generator in Tritt zu bringen.
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Die Wirkung der Einrichtung ist wie folgt. Im normalen Betrieb des
Generators i steht das Statorfeld im Luftspalt der Hilfsmaschine 8 still, weil der
Rotor mit der Frequenz des Netzes 4 synchron läuft. Es wird somit keine Spannung
im Statur der Hilfsmaschine 8 induziert und somit die Asynchronmaschine 9 nicht
erregt. Fällt jedoch der Generator außer Tritt, dann erzeugt die Stromkomponente,
die vorm Generator herrührt und somit dessen Frequenz besitzt, auf dem Rotor der
Hilfsmaschine 8 ein Feld, das im Luftspalt der letzteren relativ zum Statur stillsteht,
während die von der Netzspannung herrührende Stromkämponenfie im Luftspalt der Hilfsmaschine
ein Feld erzeugt, das mit der Differenz der beiden Frequenzen, d. h. mit der Schlupffrequenz
in einer vom Schlupf abhängigen Richtung rotiert. Es kann also nur das Feld mit
Schlupffrequenz auf dem Statur der Hilfsmaschine 8 eine Spannung induzieren, welche
auf die Asynchronmaschine 9 übertragen und für die Wiedersynchronisierung des Generators
ausgenutzt wird. Die Asynchromnaschine 9 mit dem Schaltglied 9b und der Dämpfung
21, 22 steuert
mit Hilfe des Kontaktgebers io und der Magnete 11,
i2 die Erregung des Verstellmotors 16 für die Turbine in Abhängigkeit und im Sinn
der Richtung des Schlupfes des Generators gegenüber dem Netz.
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Um zu verhindern, daß die beim Außertrittfallen des Generators auftretenden
großen Ausgleichströme das Maximalrelais 20 für den Kuppelschalter 16. zum Ansprechen
bringen und so der Generator vom Netz abgetrennt wird, ist in den Steuerkreis 1q.,
15 ein mit Abfallzeitverzögerung arbeitendes Relais 17 eingeschaltet, das
beim Schließen des Kontaktgebers ia zum Ansprechen kommt. Das Relais 17 schaltet
den Widerstand i9 parallel zur Meßspule des Maximalrelais 2o, wodurch dem letzteren
ein kleinerer Strom vorgetäuscht und sein Ansprechen verhindert wird. Die Auslösespule
23 des Kuppelschalters 16 wird nicht erregt, und der Schalter bleibt geschlossen.
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Die im Ausführungsbeispiel vorgesehene doppeldreiphasige asynchrone
Hilfsmaschine 8 mit festem Stator kann durch einen Frequenzwandler ersetzt werden.
Dies ergibt den Vorteil, daß an seinen Statorklemmen eine Spannung sich einstellt,
deren Größe von der Schlupffrequenz unabhängig ist.
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An die Stelle der Magnete 11, 12 für die Erzeugung des zusätzlichen
Drehmoments des vom Rotor der Asynchronmaschine g bewegten Schaltgliedes 9b kann
ohne weiteres ein auf die Rotorachse gesetzter Gleichstrommotor mit zwei Erregerwicklungen
treten, der je nach der Drehrichtung des Rotors in Abhängigkeit des Schlupfes für
Rechts- oder Linkslauf erregt wird. Der dem Verstellmotor für die Turbinenleitschaufeln
durch den Kontaktgeber io aus. der Stromquelle 18 zugeschickte Erregerstrom kann
mit Hilfe bekannter Einrichtungen verstärkt und in seiner Dauer verlängert werden.
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Die Einrichtung gemäß der Erfindung ist nicht auf Generatoren beschränkt,
sondern ohne weiteres auch für Synchronmotoren verwendbar.