DE950870C

DE950870C - Einrichtung zur Regelung der Belastung von parallel arbeitenden Synchronmaschinen

Info

Publication number: DE950870C
Application number: DEA1448D
Authority: DE
Inventors: Robert Keller
Original assignee: BBC BROWN BOVERI and CIE; Brown Boveri und Cie AG Germany
Current assignee: BBC BROWN BOVERI and CIE; BBC Brown Boveri AG Germany
Priority date: 1942-10-13
Filing date: 1942-10-13
Publication date: 1956-10-18

Description

Einrichtung zur Regelung der Belastung von parallel arbeitenden Synchronmaschinen Der Parallelbetrieb von Synchronmaschinen über lange Leitungen ist mit Zusatzmitteln, wie Drosselspulen od. dgl., kaum zu verbessern. Eine Verbesserung ist eher möglich, indem man den verwendeten Maschinen grundsätzlich verschiedene Charakteristiken gibt. Zunächst käme hier im Parallelbetrieb mit den Synchronmaschinen des Erzeugerwerks der Asynchrongenerator in Betracht, der zwar eine stabile Charakteristik für Leistung und Drehzahl apfweist, aber den Nachteil hat, eine große Blindlast aufzunehmen. Zur Erzeugung dieser Blindlast bedarf es besonderer Maschinen, sei es Synchronmaschinen, sei es Kollektormaschinen bzw. -kaskaden. Die Einfügung dieser Blindlasterzeuger macht die Anlage verwickelt. Es ist ferner bekannt, zur Belastungsverteilung zwischen Synchronmaschinen den Winkel zwischen induzierendem Erregerfeld und induziertem Wechsel- bzw. Drehfeld im Betrieb zu ändern. Dies kann man bei Maschinen mit umlaufendem Erregerfeld dadurch erreichen, daß man auch den Ständer umlaufen lädt, oder dadurch, daß man zwei Gruppen von Erregerpolen mit getrennter Regelung verwendet, oder dadurch, daß man eine innerhalb oder außerhalb der Maschine erzeugte, gegen Netz- bzw. Generatorspannung phasenverschobene, regelbare Zusatzspannung einfügt. Dabei ist vorgeschlagen worden, die Anker- oder die Feldwicklung der Maschine als geschlossene Gleichstromankerwicklung mit einigen räumlich versetzten Anzapfungen auszuführen und zwecks Regelung der Last einen Wanderkontakt auf einem zwischen diesen Anzapfungen liegenden Regelwiderstand entlangwandern zu lassen. Steht der Wanderkontakt still, so ist die Belastung der betreffenden Maschine konstant. Ein solcher Widerstand wird aber bei größeren Maschinen ziemlich umfangreich und verschlechtert den Wirkungsgrad der Maschine.
Es ist an sich bekannt, eine an ein Netz angeschlossene Synchronmaschine mit einem Gleichstromanker auszuführen, wobei der Erregerstrom zum Anker über synchron mit dem Statorfeld rotierende Bürsten zugeführt wird, deren. Winkelstellung relativ zum Feld zur Regelung der Spannung oder der Periodenzahl einstellbar ist. Eine selbsttätige Regelung der Belastung von parall laufenden Maschinen ist dabei nicht beabsichtigt und ohne weiteres auch nicht möglich.
Gegenstand der Erfindung ist eine Einrichtung zur Regelung der Belastung von parallel arbeitenden Synchronmaschinen, wobei der Läufer der zu regelnden Maschine als Gleichstromanker mit Kollektor und im Raum synchron rotierenden Bürsten ausgebildet ist. Die Erfindung besteht darin, daß zwecks Regulierung der Wirklast bei vorgeschriebener Generatordrehzahl die Bürsten durch einen Synchronmotor über ein Differentialgetriebe angetrieben werden, welches eine Verschiebung der Phasenlage des Rotorfeldes gegenüber der Achse des Statorfeldes ermöglicht, wobei diese Verschiebung in Abhängigkeit der Leistung erfolgt.
Die magnetische Achse des Läufers kann durch Verstellen des Differentialgetriebes gegenüber dem Ständerdrehfeld verdreht werden und so die Lastaufnahme bzw. -abgabe der Maschine sehr feinstufig geregelt werden.
Praktisch wird man die Regelung selbsttätig gestalten, wofür in der Zeichnung schematisch ein Ausführungsbeispiel dargestellt ist. Danach wird der Synchrongenerator mit der am taktgebenden Netz z angeschlossenen Ständerwicklung a und der Läuferwicklung b von der Wasserturbine c angetrieben. Auf seiner Welle sitzt noch die Erregermaschine e mit dem Feldregler f. Die Beaufschlagung der Turbine c unterliegt der Wirkung des auf den. Servomotor g einwirkenden, hier z. B. elektrischen Geschwindigkeitsreglers-d. Der Erregerstrom wird dem Läufer b des Generators a, b über die festen Bürsten h, die Schleifringe i, die beweglichen Bürsten m und den Kollektor k zugeführt, an den die Wicklung b angeschlossen ist. Die Kollektorbürsten na sind elektrisch isoliert auf der beweglichen Bürstenbrücke za angeordnet, die vom Synchronmotor o über das Differentialgetriebe p und die Zahnradübersetzung q angetrieben wird, deren Übersetzungsverhältnis gleich dem Verhältnis der Polzahlen der Maschinen a und o ist. Das Differentialgetriebe p ist der Einwirkung des Reglers r unterworfen, dessen Drehsystem über Zahnräder s das Gehäuse des Getriebes p verstellen kann und dann in Ruhe bleibt, wenn das vom Wirkstrom des Generators a in der Reglerspule t erzeugte Feld gleich dem in der Spule Z4 erzeugten Feld ist. Dieses wird von der Spannung erzeugt, die von dem einstellbarenWiderstandw abgegriffen wird. Wenn infolge abweichender Erregung ein Feld in der Richtung der Spulen t und 7c resultiert, dann übt dieses mit dem phasenverschobenen Feld der Spule v ein Drehmoment auf das Drehsystem des Reglers r aus.
Die Wirkungsweise der beschriebenen Einrichtung ist nun folgende: Da die Drehzahl der Bürstenbrücken zwangläufig mit derjenigen des gleichstromerregten Läufers b übereinstimmt, verhält sich die Maschine a, b wie eine Synchronmaschine. Da nun aber die räumliche Lage des Ständerdrehfeldes vom Netz z bestimmt wird, richtet sich die Belastung der Maschine nach dem Winkel, den das umlaufende Ständerfeld mit dem umlaufenden Läuferfeld bildet, unter der Voraussetzung, daß die Turbine vom Regler d selbsttätig auf diese Belastung nachgeregelt wird. Die Belastung der Maschine ist gleich Null, d. h., die Maschine läuft leer, wenn Ständer- und Läuferfeldachse übereinstimmen. Vorschieben der Läuferachse bedeutet generatorisches, Zurückschieben motorisches Arbeiten der Maschine. Bei einer stoßartigen Lastzunahme beispielsweise wird zunächst der Regler r ansprechen und über das aus dem Gleichlauf gebrachte Differentialgetriebe p die Bürsten in vorschieben, so daß der Generator mehr Last übernimmt; da er gleichzeitig in der Drehzahl zurückzubleiben sucht, wird der Regler d die Beaufschlagung der Turbine c entsprechend vergrößert. Die Stabilität bleibt auch bei Stößen vorhanden, denn das vielleicht verzögerte Eingreifen der Bürstenverstellung wird ausgeglichen durch die großen, umlaufenden Massen, die im allgemeinen weit größeren Beschleunigungen und Verzögerungen unterworfen sind. Die den Massen gegenüber leichten Regelvorrichtungen, besonders der praktisch masselose Bürstenverstellapparat, gewährleisten nicht nur eine große statische, sondern auch eine vorzügliche dynamische Stabilität, welch letztere nötigenfalls durch geeignete Dämpfungsvorrichtungen verbessert werden kann.
Die Einrichtung nach der Erfindung ist für die Lastverteilung in allen Anlagen brauchbar, in denen Synchronmaschinen an ein taktgebendes Netz angeschlossen sind, und sowohl bei Generatoren als auch bei Motoren anwendbar. Ferner eignet sie sich für Umformeranlagen, insbesondere zur Lastverteilung bei Netzkupplungen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Einrichtung zur Regelung der Belastung von parallel arbeitenden Synchronmaschinen, wo der Läufer der zu regelnden Maschine als Gleichstromanker mit Kollektor und im Raum synchron rotierenden Bürsten ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Regulierung der Wirklast bei vorgeschriebener Generatordrehzahl die Bürsten durch einen Synchronmotor über ein Differentialgetriebe angetrieben werden, welches eine Verschiebung der Phasenlage des Rotorfeldes gegenüber der Achse des Statorfeldes ermöglicht, wobei diese Verschiebung inAbhängigkeit von der Leistung erfolgt.
2. Einrichtung nach Anspruch r, dadurch gekennzeichnet, daß die Kollektorbürsten von einem Hilfssynchronmotor angetrieben werden, der am gleichen Netz angeschlossen ist wie die zu regelnde Synchronmaschine.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Hilfssynchronmotor und Bürstenantrieb ein Übersetzungsgetriebe eingeschaltet ist, dessen Übersetzungsverhältnis gleich dem Verhältnis der Polzahlen des Hilfssynchronmotors und der Hauptmaschine ist.
4. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ständer des Hilfssynchronmotors verdrehbar ist:
5. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Hilfssynchronmotor und Bürstenantrieb ein Differentialgetriebe eingeschaltet ist.
6. Einrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine selbsttätige Verstellv orrichtung für den Hilfsmotorständer.
7. Einrichtung nach Anspruch 4 und 5, gekennzeichnet durch eine selbsttätige Verstellv orrichtung für das unabhängige Glied des Differentialgetriebes. B. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die selbsttätige Verstellvorrichtung ein Ferrarismotor mit drei Spulen ist, von denen zwei gegeneinandergeschaltet sind, so daß ihrem Differenzfeld das Drehmoment entspricht. g. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die selbsttätige Verstellvorrichtung programmgesteuert ist. ro. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die selbsttätige Verstellvorrichtung von einer Betriebsgröße abhängig gemacht ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche. Patentschriften Nr. 170 910, 228 494.