DE911861C

DE911861C - Automatic parallel switching device for AC machines

Info

Publication number: DE911861C
Application number: DEST336D
Authority: DE
Inventors: Hans Kagel; Hans Lemmerich; Dipl-Ing Dr Hermann Wendt
Original assignee: HANS STILL AG
Current assignee: HANS STILL AG
Priority date: 1940-03-01
Filing date: 1940-03-01
Publication date: 1954-05-20

Description

Selbsttätige Parallelschalteinrichtung für Wechselstrommaschinen Um zwei Wechselstromgeneratoren parallel schalten zu können, muß bekanntlich eine Reihe von Voraussetzungen erfüllt sein: i. Beide Maschinen müssen die gleiche Spannung haben; 2. beide Maschinen müssen in der Periodenzahl ganz oder sehr nahe übereinstimmen; 3. beide Maschinen müssen in der Phase übereinstimmen.Automatic parallel switching device for AC machines Um It is well known that to be able to connect two alternating current generators in parallel has to be a series be met by requirements: i. Both machines need the same voltage to have; 2. Both machines must match completely or very closely in terms of the number of periods; 3. Both machines must have the same phase.

Die erste Bedingung läßt sich durch entsprechende Spannungsregulierung der Maschine leicht erfüllen.The first condition can be adjusted by regulating the voltage accordingly of the machine easily.

Die zweite Bedingung kann man durch Regulieren der Drehzahl der Antriebsmaschinen ebenfalls mit genügender Genauigkeit erfüllen; am schwierigsten ist es, das Zusammenschalten bei Phasengleichheit durchzuführen, da die Phasengleichheit immer nur kurzzeitig besteht, und zwar um so kurzzeitiger, je mehr die beiden Frequenzen voneinander abweichen.The second condition can be achieved by regulating the speed of the prime mover also meet with sufficient accuracy; the hardest part is interconnecting them to be carried out in the event of phase equality, since the phase equality is only brief exists, and more briefly, the closer the two frequencies are to each other differ.

Es gibt nun Vorrichtungen, die die Phasengleichheit und die Spannung durch. Relais derart überwachen, daß bei vorhandener Spannungs- und Phasengleichheit ein spannungs- und ein phasenabhängiges Relais je einen Kontakt schließt. Beide Kontakte sind in Reine miteinander und in einem Stromkreis geschaltet, der eine Magnetspule speist, welche ihrerseits ein Schütz betätigt, das die Parallelschaltung vornimmt bzw. eine Maschine auf eine Sammelschiene schaltet, die bereits stromführend ist.There are now devices that control the phase balance and the voltage by. Monitor relays in such a way that if there is voltage and phase equality a voltage-dependent and a phase-dependent relay each closes a contact. Both Contacts are in pure connection with each other and in a circuit, the one Solenoid coil feeds, which in turn actuates a contactor that connects the parallel undertakes or switches a machine to a busbar that is already live is.

An sich ist durch diese bekannten Einrichtungen nur eine Übereinstimmung der Spannungen und der Phase im Augenblick des Schaltimpulses für das Schütz gewährleistet, da selbst bei größerer Frequenzv erschiedenheit periodisch immer kurzzeitige Phasengleichheit auftritt.As such, there is only one correspondence due to these known devices of the voltages and the phase at the moment of the switching pulse for the Contactor guaranteed, as it is periodic even with greater frequency differences there is always brief phase equality.

Aus diesem Grunde wird bei derartigen Einrichtungen noch ein verzögertes Relais in den Magnetkreis des Schützes eingefügt. Dadurch wird erreicht, daß das Schütz nur dann anspricht, wenn die Phasengleichheit eine bestimmte von der Verzögerung des verzögerten Zwischenrelais entsprechende Zeitspanne besteht. Bekanntlich kann man die Phasengleichheit durch sogenannte Phasenlampen sichtbar machen, die stets dann aufleuchten, wenn die Phasen der verglichenen Maschinen übereinstimmen. Die gleiche Spannung, die an der Phasenlampe liegt, kann also das phasenabhängige Relais steuern.For this reason, there is still a delay in such devices Relay inserted in the magnetic circuit of the contactor. This ensures that the Contactor only responds when the phase equality is a certain of the delay of the delayed intermediate relay. As is well known, can you can make the phase equality visible by so-called phase lamps, which always then light up when the phases of the compared machines match. the the same voltage as that applied to the phase lamp can be achieved by the phase-dependent relay steer.

Es hat sich nun als Nachteil ergeben. daß das Schütz, das die eigentliche Parallelschaltung vornimmt, stets eine gewisse Trägheit besitzt, so daß mit den geschilderten bekannten Einrichtungen ein Parallelschalten nur möglich ist, wenn ein so geringer Frequenzunterschied zwischen der Sammelschienenspannung und der zuzuschaltenden N.Zaschine vorhanden ist, daß der Zustand annähernder Phasengleichheit verhältnismäßig lange andauert.It has now turned out to be a disadvantage. that the contactor, that the real Parallel connection always has a certain inertia, so that with the described known devices a parallel connection is only possible if such a small frequency difference between the busbar voltage and the N machine to be switched on is present that the state of approximate phase equality lasts a relatively long time.

Tatsächlich ist es aber in den meisten Fällen, namentlich bei kleinen und mittleren Generatoren, noch angängig, eine Parallelschaltung vorzunehmen, wenn Frequenzunterschiede etwa in der Größenanordnung von 3 bis .I Perioden pro Sekunde vorhanden sind, die eine so kurzzeitige periodisch wiederkehrende Phasengleichheit hervorrufen, daß sich durch das erwähnte verzögerte Relais diese Zeiten nicht mehr sicher beherrschen lassen, und andererseits reicht die kurze Dauer der Phasen-0 U tichheit nicht aus, um das träge Schütz zum Ansprechen zu bringen.In fact, in most cases, especially in the case of small and medium-sized generators, it is still advisable to make a parallel connection if there are frequency differences in the order of magnitude of 3 to 1 periods per second, which cause such a brief periodically recurring phase equality that can be delayed by the mentioned relay these times no longer safe control, and on the other hand, the short duration of phase 0 ranges U tichheit not out to bring the sluggish contactor to operate.

Die bisher bekanntgewordenen brauchbaren selbsttätigen Parallelschalteinrichtungen berücksichtigen diese Schwierigkeit dadurch, daß der Schaltbefehl entsprechend der Schaltverzugszeit ausreichend früher vor dem Zeitpunkt der Phasengleichheit erteilt wird, und zwar abhängig von der Größe des Frequenzunterschiedes.The useful automatic parallel switching devices that have become known so far take into account this difficulty in that the switching command according to the Switching delay time given sufficiently earlier before the time of phase equality depends on the size of the frequency difference.

Der Vorgabewinkel darf also bei den bekannten Einrichtungen nicht gleichbleibend sein, sondern muß sich dem gerade beim Schalten herrschenden Schlupf selbsttätig anpassen, was natürlich zu verwickelten und höhe Herstellungsgenauigkeit erfordernden Sondereinrichtungen führt.The default angle must therefore not be used with the known devices be constant, but must be adapted to the slip that is currently prevailing when switching adapt automatically, which of course leads to complex and high manufacturing accuracy requiring special facilities.

Wie bereits weiter vor ausgeführt, ist es aber nicht erforderlich, das Zusammenschalten zweier Wechselstromkreise bei absoluter Phasengleichheit vorzunehmen, sondern es genügt, daß sich dieser Vorgang in der Zeit der .Phasenannäherung und nicht zu weit von der Phasengleichheit abspielt.As already stated above, it is not necessary, however, to interconnect two AC circuits with absolute phase equality, but it is sufficient that this process occurs in the time of the phase approximation and does not play too far from phase equality.

Ferner darf beim Zusammenschalten der Frequenzunterschied der beiden Kreise ein gewisses Maß nicht überschreiten.Furthermore, the frequency difference between the two is allowed when interconnecting Do not exceed a certain amount of circles.

Es wurde deshalb eine Vorrichtung gesucht, welche mit einfachen Mitteln das Parallelschalten sowohl außerhalb des zulässigen Frequenzunterschiedes als auch zu einem von der Phasengleichheit wesentlich verschiedenen Zeitpunkt -oder zu einem Zeitpunkt, der im steigenden Teil der Interferenzspannungskurve liegt, sicher ausschließt.It was therefore sought a device which with simple means the parallel connection both outside the permissible frequency difference and at a point in time significantly different from the phase equality - or at one Point in time, which lies in the rising part of the interference voltage curve, safely excludes.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe wurde davon ausgegangen, daß sich bekanntlich zwischen korrespondierenden Phasen zweier Wechselstromkreise eine Interferenzspannung ausbildet, deren Schwebungsfrequenz gleich dem Unterschied der beiden Grundfrequenzen ist, so daß sich eine Wechselspannungskurve gemäß Fig. I bildet.To solve the problem it was assumed that as is well known, an interference voltage between corresponding phases of two alternating current circuits trains whose beat frequency is equal to the difference between the two basic frequencies is, so that an alternating voltage curve according to FIG. I is formed.

Da für die von dieser Spannung zu steuernden Relais die Stromrichtung belanglos ist und im übrigen die Interferenzspannung gleichgeschaltet und geglättet werden soll, kann für den Spannungsverlauf zwischen zwei korrespondierenden Phasenleitern zweier Wechselstromkreise ohne weiteres die umhüllende Kurve gemäß Fig.II betrachtet werden. Dabei sind dann die Punkte a stets die Zeitpunkte, an denen Phasengleichheit herrscht und an denen oder in deren Nähe die Parallelschaltung zu erfolgen hat.As for the relay to be controlled by this voltage, the direction of the current is irrelevant and the rest of the interference voltage is switched in line and smoothed can be used for the voltage curve between two corresponding phase conductors of two alternating current circuits, the enveloping curve according to FIG. II is considered without further ado will. The points a are then always the points in time at which phase equality prevails and at which or in the vicinity of which the parallel connection must take place.

Wenn gemäß Fig. III beispielsweise der Interferenzspannungsverlauf zwischen korrespondierenden Phasen zweier Wechselstromkreise während i Sekunde dargestellt ist, so bedeutet das einen Frequenzunterschied von .4 Perioden pro Sekunde, und is ist die maximale Interferenzspannung.If according to FIG. III, for example, the interference voltage curve between corresponding phases of two AC circuits for one second is, that means a frequency difference of .4 periods per second, and is is the maximum interference voltage.

Die Dauer einer Welle der Fig. III ist nach dem gewählten Beispiel = o,2-5 Sekunden. Wenn nun das Paralle lschaltschütz eine Schaltverzögerung von 0,05 Sekunden hat, so müßte es einen Stromimpuls bereits zu einem Zeitpunkt b bekommen, der um o,o5 Sekunden vor dem Zeitpunkt a liegt.According to the example chosen, the duration of a wave in FIG. III is 0.25 seconds. If the parallel contactor now has a switching delay of 0.05 seconds, it should already receive a current pulse at a point in time b which is 0.05 seconds before point in time a.

Würde man nun ein von der gleichgerichteten Interferenzspannung, die gemäß Fig. II verläuft, gesteuertes Relais mit Ruhestromkontakten in den Steuerkreis zur Betätigung des Parallelschaltschützes legen, so könnte dieses Relais so abgestimmt werden, daß sein Anker bei einer Spannung zsl entsprechend dem Kurvenpunkt d in Fig. III angezogen wird, wobei u1 höher ist als die am Kurvenpunkt c herrschende Spannung u", und daß sein Anker bei der Spannung u.., losgelassen wird.If one were to hear from the rectified interference voltage, the according to Fig. II, controlled relay with closed current contacts in the control circuit to operate the parallel contactor, so this relay could be matched be that its anchor at a voltage zsl corresponding to the curve point d in Fig. III is attracted, where u1 is higher than that prevailing at the curve point c Voltage u ", and that its anchor is released at voltage u ...

Der Weg für den Betätigungsstrom für das Parallelschaltschütz wäre auf diese Weise jeweils in der zwischen den Punkten e und b liegenden Zeit geöffnet und ein Paralleischalten der Wechselstromkreise in dieser Zeit großer Phasenverschiedenheit ausgeschlossen.The path for the actuation current for the parallel contactor would be opened in this way at the time between points e and b and a parallel connection of the AC circuits at this time of great phase difference locked out.

Dagegen wäre ein Parallelschalten in der durch die Punkte b und e gekennzeichneten Zeit möglich, in der annähernde Phasenübereinstimmung herrscht.On the other hand, a parallel connection would be in the manner indicated by points b and e marked time possible in which there is an approximate phase match.

Da die Zeit b a gleich der Trägheit des Schützes eingestellt werden kann, so würde bei losgelassenem Relaisanker und damit geschlossenem Schützbetätigungskreis das Schütz wunschgemäß bei a parallel schalten, wenn ein bestimmter Grad von Frequenzgleichheit erreicht ist.Since the time b a can be set equal to the inertia of the contactor if the relay armature is released and the contactor actuation circuit is closed Connect the contactor in parallel at a as required, if a certain degree of frequency equality is reached.

Da aber der Handkontakt; beispielsweise Druckknopf 18 mit den Kontakten 16 und 17 in Fig. V, zur Herstellung der Bereitschaft zum Parallelschalten zu einem ganz willkürlichen Zeitpunkt betätigt wird, so besteht die Gefahr; däß das Relais bei oder kurz hinter dem Zeitpunkt a anspricht, so daß der verzögerte Schaltzeitpunkt in der Zeit zwischen a und e verlegt wird, was unzulässig ist.But there the hand contact; for example, push button 18 with contacts 16 and 17 in FIG. that the relay responds at or shortly after time a, so that the delayed switching time is shifted between a and e , which is inadmissible.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist nun eine Kombination zweier Relais bestimmter Eigenschaften, welche derartige Fehlschaltungen ausschließen.The present invention is now a combination of two Relays with certain properties that prevent such incorrect switching.

Erfindungsgemäß wird ein Relais der geschilderten Arbeitsweise mit einem zweiten Relais kombiniert, welches mit seiner Magnetspule an der gleichen Interferenzspannung liegt, wie das geschilderte Ruhestromkontaktrelais, aber im Gegensatz zu diesem mit Arbeitskontakten ausgerüstet ist, die mit den Ruhestromkontakten des ersten Relais in Reihe geschaltet sind.According to the invention, a relay of the described mode of operation is used a second relay combined, which with its solenoid on the same Interference voltage is, like the described closed-circuit contact relay, but in In contrast to this it is equipped with normally open contacts, which with the normally closed contacts of the first relay are connected in series.

Dieses Relais erhält eine andere Charakteristik, so daß es erst bei einer Spannung den Anker anzieht und die Kontakte schließt, welche größer als die Anziehspannung u1 des ersten Relais und kleiner als die maximale Interferenzspannung u ist, also beispielsweise bei einer Spannung u3 in Fig. IV, die dem Punkt f der Spannungskurve entspricht. Dagegen soll der Anker dieses Relais erst bei einer Spannung losgelassen «erden, also die Kontakte erst bei einer Spannung geöffnet werden, die nicht wesentlich über Null liegt. Das wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der Magnetwicklung des Relais ein hoher Widerstand vorgeschaltet wird, der beim Anziehen des Ankers kurz geschlossen wird. Dadurch ist die AW-Zahl am Relais bei angezogenem Anker verhältnismäßig viel größer als bei offenem Anker, und der Loslösepunkt liegt, kleinen Luftspalt vorausgesetzt, tatsächlich nahe bei a, also etwa bei g mit einer Spannung u4.This relay has a different characteristic, so that it is only available at a voltage attracts the armature and closes the contacts, which larger than the Pick-up voltage u1 of the first relay and less than the maximum interference voltage u is, for example at a voltage u3 in FIG. IV, which corresponds to the point f of Voltage curve corresponds. In contrast, the armature of this relay should only be activated when there is a voltage released «, ie the contacts are only opened when the voltage is high is not significantly above zero. This is achieved according to the invention in that the magnet winding of the relay is preceded by a high resistance, which at Tightening the armature is short-circuited. This means that the AW number on the relay is at The tightened anchor is relatively much larger than with an open anchor, and the release point assuming a small air gap, is actually close to a, i.e. about g with a voltage u4.

Dieses Relais unterbricht also unter allen Umständen den Schützmagnetstrom während der Zeit a-h, so daß die Falschschaltung von a-e unmöglich ist. Lediglich die Zeit b bis i, die wohl je nach der Trägheit des Schützes über b in Richtung li vorverlegt werden kann, aber nie über a hinaus in die nächste Welle hineinreichen kann, bleibt für den Schaltimpuls frei. Phasengleichheit im Augenblick des Parallelschaltens ist auf diese Weise gewährleistet. AusreichendeFrequenzübereinstimmung bei genügender Trägheit des Schützes ebenfalls.This relay interrupts the contactor magnet current under all circumstances during the time ah, so that the wrong switching of ae is impossible. Only the time b to i, which, depending on the inertia of the contactor , can be brought forward via b in the direction li, but can never extend beyond a into the next wave, remains free for the switching pulse. In this way, phase equality at the moment of parallel switching is guaranteed. Sufficient frequency matching with sufficient inertia of the contactor as well.

Sollte der praktisch kaum zu erwartende Fall eintreten, daß die Trägheit nicht ausreicht, um die Zeit i-a zu überbrücken, so kann sie durch mehrere bekannte Mittel vergrößert werden. Es ergibt sich nun eine Vorrichtung gemäß Schaltung Fig. V.Should the practically hardly to be expected case arise that inertia is not sufficient to bridge the time i-a, it can be through several known Means to be enlarged. The result is a device according to the circuit of FIG. V.

In dieser Schaltung sind noch drei Relais 1, 2 und 3 angegeben, die Arbeitskontakte 4, 5, 6 besitzen. Sie sind an sich nicht neu und werden nur in der angegebenen Kombination beansprucht. Die Arbeitskontakte 4, 5 und 6 liegen in Reihe mit dem durch das eben beschriebene Relais i i gesteuerten Arbeitskontakt 13 und dem durch das Relais io gesteuerten Ruhekontakt 12. Die Relais io und ii liegen über Gleichrichter 22 mit Glättungskondensator 23 an der zwischen gleichen Phasen der zusammenzuschaltenden Stromquellen herrschenden Interferenzspannung, gegebenenfalls über einen Transformator 24. Da die Arbeitskontakte 4, 5 und 6 nur geschlossen sind, wenn die Relais 1, 2 und 3 an Spannung liegen, kann ein Ansprechen des Schützes 25 und damit ein Parallelschalten nur erfolgen, wenn alle Phasen (im Beispiel 3) der Sammelschiene, an denen die Relais 1, 2 und 3 liegen, Spannung führen, im übrigen in der vorher , geschilderten Abhängigkeit von den Relais io und I I.In this circuit, three relays 1, 2 and 3 are specified, which have make contacts 4, 5, 6. They are not new in and of themselves and are only claimed in the specified combination. The normally open contacts 4, 5 and 6 are in series with the normally open contact 13 controlled by the relay ii just described and the normally closed contact 12 controlled by the relay io Power sources prevailing interference voltage, possibly via a transformer 24. Since the working contacts 4, 5 and 6 are only closed when the relays 1, 2 and 3 are energized, the contactor 25 and thus a parallel connection can only take place if all phases (in example 3) the busbar to which the relays 1, 2 and 3 are connected, carry voltage, otherwise in the previously described dependency on the relays io and I I.

Durch Betätigen des Ruhestromschalters 21 kann die Parallelschaltung aufgehoben werden, da dadurch der Magnetstrom im Schütz 25 unterbrochen wird.By actuating the quiescent current switch 21, the parallel connection be canceled, as this interrupts the magnetic current in the contactor 25.

Um nun aber noch weitergehend von dem Geschick und der Aufmerksamkeit des Bedienungspersonals unabhängig zu sein, wird auch noch eine selbsttätige Frequenzregulierung vorgesehen. Wenn im Augenblick des Zusammenschaltens der Frequenzunterschied zwischen Sammelschiene und zuzuschaltendem Generator größer als nach der Einstellung des Relais io und der Trägheit des Schützes 25 zulässig ist, so kommt das Schütz in der kurzen Zeit, in der die Kontakte 12 und 13 gleichzeitig geschlossen sind, nicht zum Ansprechen.But now to go even further from the skill and the attention Being independent of the operating personnel will also become an automatic frequency regulation intended. If at the moment of interconnection the frequency difference between The busbar and generator to be switched on are larger than after setting the Relay io and the inertia of contactor 25 is allowed, the contactor comes in the short time in which the contacts 12 and 13 are closed at the same time, not to address.

Deshalb wird gleichzeitig durch den Druckknopf 18 ein Kontaktpaar 26 geschlossen. Dadurch erhält ein Hilfselektromotor 27 Strom, der auf an sich bekannte Weise über eine Kurbel den Drehzahlregler der Antriebsmaschine des Generators i9 so beeinflußt, daß ein langsames Pendeln der Drehzahl um den Normalwert erfolgt. Dabei wird dann mit Sicherheit immer wieder einmal eine länger dauernde sehr weit angenäherte Gleichheit der Frequenz des Generators mit der der Sammelschiene eintreten, deren Dauer völlig ausreicht, um während der Zeit der Frequenzgleichheit das Schütz zum Ansprechen zu bringen. Ist die Parallelschaltung dann einmal hergestellt, -so bleibt natürlich die Frequenzgleichheit bestehen.Therefore, a pair of contacts is made at the same time by the push button 18 26 closed. As a result, an auxiliary electric motor 27 receives current that is known per se Way via a crank the speed controller of the prime mover of the generator i9 influenced in such a way that the speed oscillates slowly around the normal value. In doing so, it is certain that a long one will always be very long approximate equality of the frequency of the generator with that of the busbar occur, the duration of which is completely sufficient to activate the contactor during the frequency equality period to respond. Once the parallel connection has been established, -so Of course, the frequency equality remains.

Claims

P ATEN TAN S PR L CHE i. Automatic parallel switching device for alternators with an electromagnetically operated parallel switch, which receives its switch-on command for a period of time corresponding to the switch-on delay caused by its inertia before reaching phase equality via the contacts connected in series with two voltage relays connected to the floating voltage with different response values, characterized in that the contacts only one of these two relays (ii) as normally open contacts (13), while those of the other (i0) work as interruption contacts (12), with the relay (io) equipped with interruption contacts interrupting the switch-on circuit for the parallel contactor (25) in the range of large beat voltage amplitudes and at decreasing beat voltage at a time corresponding to the switch-on delay gives the parallel switching command, while the relay (ii) equipped with make contacts only opens the switch-on circuit when it drops ends branch of the beating voltage curve keeps closed and in the rising branch only closes again when the relay with the interrupt contact has already interrupted the same.

2. Establishment according to claim i, characterized in that the equipped with closing contacts Relay (i i) is preceded by a resistor which, when the armature is tightened, has a another make contact (i ¢) of this relay is short-circuited.

3. Set up after claims i and 2 for three-phase generators, characterized in that im Switch-on circuit for the parallel contactor (25) with the contacts of the Beat voltage lying relay (io, i i) in a known manner the under three normally open contacts (q., 5,6) each connected in series one phase of the busbars relays (i, 2, 3) connected in series so that the parallel switching command can only be executed if the Busbars are live in all three phases. 4 .. device according to the claims i to 3, characterized in that by simultaneously with the on the beat voltage lying relay (io, ii) an electric motor (27) is switched on, which controls the speed controller of the generator to be switched on is influenced in a manner known per se so that its The speed slowly oscillates back and forth around the setpoint, which causes periodic short-term a frequency equality which is sufficient for parallel switching is achieved.