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Anordnung an parallelarbeitenden Synchronmaschinen Bei manchen Synchronmaschinen,
insbesondere für kleine Leistung, ist der Ohmsche Spannungsabfall im Wechselstromkreis
der Maschine gegenüber dem induktiven Streuspannungsabfall zu groß. Solche Maschinen
haben schlechte Parallellaufeigenschaften, weil die synchronisierenden Kräfte der
parallelarbeitenden Maschinen zu klein sind. An Hand der Vektordiagramme der Fig.
2 und 3 der Zeichnung ist dies näher erläutert, wobei es sich um das Parallelarbeiten
eines an ein Netz angeschlossenes Synchrongenerators mit den übrigen Maschinen des
Netzes handelt. U1 ist der Vektor der Netzspannung, U2 der Vektor der Generatorspannung.
Bei einem Zurückbleiben des Generatorpolrades, beispielsweise bei plötzlichen Belastungsänderungen,
entsteht zwischen den beiden Spannungsvektoren der Phasenwinkel y bzw. die vektorielle
Differenzspannung d U. Diese vektorielle Differenzspannung entspricht dem Spannungsabfall
des bei diesem Auseinandergehen der Netzspannungsvektoren entstehenden Ausgleichstromes.
Hat nun der Wechselstromkreis des Generators vorwiegend induktiven Widerstand, dann
schließt dieser Ausgleichstrom J mit d U einen Phasenwinkel von 9o° ein, d. h.,
er ist mit U2 annähernd in Phase und ergibt mit U2 ein motorisches Moment, durch
das U2 bzw. das Generatorpolrad an die Phasenlage von U1 herangebracht wird, wodurch
ein Außertrittfallen des parallelarbeitenden Generators verhindert wird. Wenn dagegen
gemäß Fig. 3 der Zeichnung der Generatorwechselstromkreis vorwiegend Ohmschen Widerstand
aufweist, dann ist der Ausgleichstrom J mit der Differenzspannung d U in Phase und
schließt andererseits mit der Generatorspannung U2 einen Phasenwinkel von go° bzw.
von mehr als go° ein. Ein synchronisierendes
Moment wird also durch
den Ausgleichstrom I nicht erzeugt, im Gegenteil, infolge des Phasenwinkels von
mehr als 9o° wird die nacheilende Maschine sogar noch generatorisch arbeiten und
den Phasenwinkel y zwischen den beiden Vektoren noch weiter vergrößern, bis die
Maschine kippt. Man sieht also, daß zu großer Ohmscher Widerstand das Parallelarbeiten
zwischen Netzvektor und Maschinenvektor unmöglich machen kann.
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Es sind nun Synchronmaschinen bekannt, deren Gleichstromerregung in
Abhängigkeit von dem Belastungsstrom der Maschine vorgenommen wird, was für die
Spannungshaltung der Maschine oder für die Einhaltung eines konstanten Leistungsfaktors
bei wechselnder Belastung von großem Vorteil ist. Bei diesen Maschinen ist der Gleichstromerregerkreis
des Generators über Gleichrichter (z. B. Trockengleichrichter) und gegebenenfalls
über einen Stromtransformator in den Wechselstromkreis des Generators eingeschaltet,
so daß der Wechselstromkreis den Erregerstrom des Generators ganz oder zum Teil
liefert. Bei dieser Anordnung ist also der Ohmsche Widerstand der Erregerwicklung
der Synchronmaschine über den Gleichrichter in den Wechselstromkreis des Generators
eingeschaltet, da ja ein gewisser, wenn auch kleiner Teil der Wechselspannung des
Generators über den Stromtransformator und über den Gleichrichter der Erregerwicklung
zugeführt wird, um hier den Erregerstrom zu erzeugen. Eine derartige Anordnung wird
also gewisse Nachteile bezüglich des einwandfreien Parallelarbeitens der Synchronmaschine
mit dem Netz bzw. mit anderen Maschinen zeigen, namentlich wenn es sich um Synchronmaschinen
kleinerer Leistung handelt, bei denen der Ohmsche Spannungsabfall gegenüber dem
induktiven. von vornherein stärker in den Vordergrund tritt.
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Gemäß der Erfindung wird dieser Nachteil an parallelarbeitenden Synchronmaschinen,
an denen für die Herstellung einer lastabhängigen Erregung der Gleichstromerregerkreis
über Gleichrichter in den Wechselstromkreis des Generators eingeschaltet ist, dadurch
beseitigt, daß das Verhältnis des unter Einschluß des Erregerstromkreises vorhandenen
Ohmschen Widerstandes des Generatorwechselstromkreises zu seinem den Streuspannungsabfall
hervorrufenden induktiven Blindwiderstand durch zusätzliche Maßnahmen verkleinert
ist. Man kann also entweder den induktiven Blindwiderstand an derartigen Synchronmaschinen
zusätzlich vergrößern oder umgekehrt den insgesamten Ohm= schen Widerstand des Generatorwechselstromkreises
durch besondere Mittel verkleinern.
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Im ersteren Falle besteht die einfachste Anordnung in der Einschaltung
von Drosselspulen in den Generatorwechselstromkreis, wie dies Fig. I der Zeichnung
an einem Beispiel veranschaulicht, in dem ein von einer Kraftmaschine 3 angetriebener
Wechselstromgenerator 2 über den Schalter 9 auf ein Netz I arbeitet. Für die Erregung
des Generators mit einer lastabhängigen und einer konstanten Erregerkomponente ist
ein Stromtransformator 4 vorgesehen. Die drei Phasen seiner Primärwicklung sind
etwa in der Mitte der Wicklung zu einem Sternpunkt vereinigt, und die oberen Teile
der Sternpunktschaltung sind mit den drei Phasen der Ständerwicklung des Generators
in Reihe geschaltet, während die unteren drei Phasen über eine Dreiphasendrosselspule
6 an die Netzspannung angeschlossen sind. Die Sekundärwicklung des Transformators
4 speist über die Trockengleichrichterschaltung 5 die Gleichstromerregerwicklung.
Der Transformator 4 führt also der Erregerwicklung infolge der teilweisen Reihenschaltung
mit der Ständerwicklung des Generators 2 eine der Belastung proportionale Erregerstromkomponente
zu, infolge des Anschlusses der unteren Teile der Primärwicklung an die Netzspannung
eine bei wechselnder Belastung konstant bleibende Erregerkomponente. Die Drosselspulen
6 dienen dazu, diese Speisung der unteren Primärwicklungsphasen mit konstantem Strom
zu erzwingen. Ihre Leistung ist dazu gegenüber der Erregerleistung groß. Die Kondensatoren
7 dienen zur Kompensierung des Blindstromes im Stromkreis der Drosselspulen 6. Zur
Verbesserung des Parallelarbeitens des Generators mit dem Netz I sind nun in den
Ständerstromkreis noch die Drosselspulen 8 eingeschaltet, die die gesamte Induktivität
des Ständerstromkreises auf einen Wert bringen, bei dem der durch die Erregerwicklung
eingeführte Ohmsche Widerstand sich nicht mehr, wie geschildert, störend bemerkbar
machen kann.
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Eine ähnliche Verbesserung der Parallellaufeigenschaften erzielt man,
wenn man den Ohmschen Widerstand des Erregerstromkreises durch Einschalten eines
negativen Ohmschen Widerstandes verkleinert bzw. auf Null bringt. Dies kann bekanntlich
dadurch erreicht werden, daß in den Gleichstromerregerkreis eine generatorisch wirkende
Reihenschlußgleichstrommaschine eingeschaltet ist, so daß sie eine dem jeweiligen
Erregerstrom proportionale und diesen Strom miterzeugende Spannung entwickelt und
der Gleichrichter 5 nur noch eine geringfügige Restspannung zu liefern hat. Für
den Gleichrichter und damit auch für den Generatorwechselstromkreis ist also der
Ohmsche Widerstand des Erregerkreises auf einen geringen Bruchteil vermindert. Dies
muß sich für das Parallelarbeiten des Generators im geschilderten Sinne günstig
auswirken. Die Gleichstrommaschine kann mit der Synchronmaschine mechanisch gekuppelt
sein: