DE956247C - Anordnung zur selbsttaetigen gleichmaessigen bzw. verhaeltnisgleichen Strom- und Lastverteilung auf mehrere zueinander parallel arbeitende Asynchronmaschinen mit Drehstromerregermaschinen - Google Patents

Description

• Anordnung zur selbsttätigen gleichmäßigen bzw. verhältnisgleichen Strom- und Lastverteilung auf mehrere zueinander paraliel arbeitende Asynchronmaschinen mit Drehstromerregermäschinen Zur Erregung von Asynchronmaschinen, vorzugsweise von Asynchrongeneratoren, kann man diese Erregung unter der Differenzwirkung einer Fremdspannung und der Spannung der Asynchronmaschine selbst zustande kommen lassen. Man erreicht auf diese' Weise ohne Regler eine 'sehr genaue Spannungshaltung, die auch größte Blindlaststöße in kürzester Zeit ausregelt. Eine gleichmäßige bzw. verhältnisgleiche Strom- und Lastverteilung auf mehrere zueinander parallel arbeitende Maschinen, von denen jede ihre eigene Erregermaschine hatf ist jedoch mit diesen Anordnungen nicht ohne weiteres möglich, wenn man nicht besondere Regelumspanner in den Erregerstromkreisen vorsieht, die von Hand oder durch Regler betätigt werden und die gewünschte Stromverteilung sicherstellen.
• Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur selbsttätigen gleichmäßigen bzw. verhältnisgleichen Strom- und Lastverteilung auf mehrere zueinander parallel arbeitende Asynchronmaschinen mit Drehstromerregermaschinen, die mit der aus der Spannung eines Hilfsnetzes und des von den Asynchronmaschinen gespeisten Hauptnetzes gebildeten Differenzspannung unmittelbar oder mittelbar erregt werden. Nach der Erfindung wird jede Maschine noch mit einem Differenzstrom erregt, der aus mindestens zwei Maschinenströmen bei Abweichungen von ihrem Sollwert entsteht. Erreicht wird dies dadurch, daß jeder Maschinenstrom über Stromwandler mit den Strömen von mindestens zwei weiteren aus der Gesamtzahl der zueinander parallel arbeitenden Maschinen verglichen wird. Der Differenzstrom wird dem von der Differenzspannung herrührenden Erregerstrom im Erregerumspanner einer jeden Maschine überlagert und hat zur Folge, daß jeder Abweichung des Maschinenstromes von seinem Sollwert sofort entgegengewirkt wird.
• Einige Beispiele lassen den Erfindungsgedanken besser erkennen. In der Zeichnung bedeuten i, a und 3 Asynchröngeneratoren, die von drei Kraftmaschinen 4, 5 und 6 angetrieben werden. Jeder Asynchrongenerator sei durch eine läufererregte, kompensierte Drehstromerregermaschine 7, 8 bzw. y erregt. Die Schleifringe jeder Erregermaschine werden über je einen Erregerumspanner 10, i i bzw.12 gespeist. Die Primärwicklungen dieser Erregerumspanner sind mit den Sekundärwicklungen der Umspanner 13, 14 bzw. 15 (Überlagerungsumspanner) in Reihe geschaltet, die den von der Differenzspannung gelieferten Strom in den Erregerstromkreis übertragen. 16, 17, 18, 19, 20 und 21 sind Stromwandler, mit denen die Differenzbildung der Maschinenströme vorgenommen wird. 22 stellt das Hauptnetz dar, auf das alle Asynchrongeneratoren zueinander parallel arbeiten, und 23 ein Hilfsnetz, durch das Frequenz und Spannung bestimmt werden. Das Hilfsnetz 23 ist über alle miteinander in Reihe geschalteten Primärwicklungen der Überlagerungsumspanner 13, 14 und 15 und über den Drehumspanner 2.4 mit dem Hauptnetz 22 verbunden. Die Kupplung beider Netze über den frei einstellbaren Drehumspanner 24 verhindert, daß aus dem Hilfsnetz 23 Wirkleistung in das Hauptnetz 22 geliefert wird, wodurch die Frequenzhaltung unnötig erschwert würde. Es ist lediglich Blindleistungsübertragung zwischen beiden Netzen möglich. Die Summenspannung an den Primärwicklungen der drei Überlagerungsumspanner 13, 14 und 15 ist klein gegenüber den Spannungen von Haupt- und Hilfsnetz, die Summenleistung der drei Umspanner 13, 1.1 und 15 klein gegenüber der Blindleistung des Drehumspanners 24. Jedem Asynchrongenerator sind zwei Stromwandler zugeordnet, deren Primärwicklungen miteinander und mit der Ständerwicklung der Maschine in Reihe liegen, und zwar die Stromwandler 16 und 17 in Reihe mit der Maschine i, die Stromwandler 18 und i9 in Reihe mit der Maschine :2 und die Stromwandler 20 und 21 in Reihe mit der Maschine 3. Der Stromwandler 16 vergleicht den Strom der Maschine i über den Stromwandler 21 mit dem Strom der Maschine 3, der Stromwandler 18 den Strom der Maschine :2 über den Stromwandler 17 mit dem Strom der Maschine i und der Stromwandler 2o den Strom der Maschine 3 über den Stromwandler i9 mit dem Strom der Maschine 2. Die Sekundärwicklungen von je zwei zusammengehörigen Stromwandlern sind in Parallelschaltung zueinander an die Mittelanzapfungen der Überlagerungsumspanner 13, i-1. bzw. 15 angeschlossen, und zwar die Sekundärwicklungen der Stromwandler 16 und 21 an die Mittelanzapfung des Überlagerungsumspanners 13, die Sekundärwicklungen der Stromwandler 18 und 17 an die Mittelanzapfung des Überlagerungsumspanners 14 und die Sekundärwicklungen der Stromwandler 2o und i9 an die Mittelanzapfung des Überlagerungsumspanners 15. Außerdem weisen noch die Erregerumspanner io, i i und 12 je eine Mittelanzapfung auf, die mit denen der Nachbarphasen je einen Sternpunkt bildet. Die Anordnung wirkt nun folgendermaßen: Unter dem Einfluß der Differenzspannung zwischen Haupt- und Hilfsnetz werden die Umspanner 13, 14 und 15 von einem entsprechenden Strom durchflossen, den sie ver hältnisgleich an die Erregerumspanner io, i i und 12 weitergeben. Bei völliger Gleichheit der Maschinen i bis 3 würden sie hierbei gleiche Span -nungen und Ströme führen. Eine Differenzstrombildung der Stromwandler 16 bis 21 in bezug auf die Mittelanzapfungen der Umspanner 13 bis 15 käme hierbei nicht zustande, weil sich die von den Sekundärwicklungen zweier zusammengehöriger Stromwandler, z. B. der Stromwandler 16 und 21, gelieferten gleichen Ströme in der zugehörigen Mittelanzapfung, also z. B. in der Mittelanzapfung des Überlagerungsumspanners 13, infolge der gewählten gegensinnigen Schaltung gegenseitig aufheben. Infolge irgendwelcher Ungleichheiten führe jedoch z. B. die Maschine 3 einen Blindstrom voll :4 Amp. zuviel und die Maschine i einen Blindstrom von 4 Amp. zu wenig. Nach den eingetragenen Strompfeilen und beim Übersetzungsverhältnis i : i bei den Umspannern fließen der Mittelanzapfung des Umspanizers 13 8 Amp. zu, während von den Mittelanzapfungen der Umspanner 14 und 15 je 4 Amp. abfließen. In den Sekundärwicklungen der Umspanner 13, 14 und 15 muß sich wegen des Gleichgewichtes der Amperewindungen der Strom der Mittelanzapfung zu gleichen Teilen auf die beiden Wicklungshälften verteilen. Demgemäß fließen in der oberen Primärwicklungshälfte des Umspanners 10 4 Amp. und in der unteren 2 Amp. von oben nach unten, im Umspanner 12 dagegen die gleichen Ströme von unten nach oben, während sich in der Primärwicklung des Umspanners i i beide Amperewicklungen gegenseitig aufheben. Demnach erhält die Maschine i eine Zusatzerregung von 3 Amp., die Maschine 3 dagegen einee Absatzerregeung von 3 Amp., während die Erregung der Maschine 2 unverändert bleibt. Die geringste Ungleichheit in der Stromverteilung der Maschinen hat also einen Ausgleichsvorgang im Erregerstromkreis zur Folge, durch den der gestörte Zustand wieder beseitigt wird. Dadurch, daß die Differenz der Maschinenströme in einer Brückenschaltung über Mittelanzapfungen der Umspanner io bis 15 geführt wird, verhindert man eine gegenseitige Störung der beiden Einflüsse. Auch die Spannungen der Erregerumspanner io bis 12 sind völlig unabhängig voneinander, weil sie durch die Sekundärwicklungen der Überlagerungs -umspanner 13 bis 15 voneinander getrennt sind, an denen sich die Spannungen nach Bedarf einstellen Die Einstellung der Kupplung zwischen jedem Asynchrongenerator und seiner Drehstromerregermaschine muß so erfolgen, daß ein abgegebener Blindstrom über die Stromwandler 16 bis a1 die Erregung schwächt und ein aufgenommener Blindsirom die Erregung verstärkt. Dann wirkt auch ein aufgenommener Wirkstrom drehzahlsenkend und ein abgegebener drehzahlerhöhend. Das Ansprechen auf Blindleistung hat zur Folge, daß sich alle Maschinen an der Spannungshaltung in gleichbleibendem Verhältnis beteiligen. Nachteilige Wirkungen können hierbei nicht entstehen. Beim Ansprechen auf Wirkleistung kann es jedoch vorkommen, daß bei der einen oder der anderen Maschine der zulässige Schlupfbereich überschritten würde, wenn die von der Kraft- oder Arbeitsmaschine umgesetzte Leistung dem eingestellten Leistungsverhältnis der Maschinen untereinander nicht ganz entspricht. In diesem Falle müßte bei Erreichung der Schlupfgrenzen die Leistung der Kraft- bzw. Arbeitsmaschinen beeinflußt werden.
• Man kann den Mittelanzapfungen der Umspanner 13 bis 15 statt der Differenz der zugehörigen Stromwandlerströme auch deren Summe zuführen Dies hat zur Folge, daß beim Sollzustand der verhältnisgleichen Belastung jeder Mittelanzapfung an den Umspannern 13 bis 15 der gleiche Strom zufließt. Dadurch heben sich in der Primärwicklung der Erregerumspanner io bis 12 die stromabhängigen Amperewindungen gegenseitig auf, so daß den Schleifringen nur spannungsabhängige Anteile zufließen. Man kann ferner die Stromwandler 16 bis 21 auch als sich frei einstellende Drehumspanner ausführen. Die Einstellung im Erregerstromkreis muß dann so erfolgen, daß sich bei Leerlauf alle Maschinen anteilmäßig an der Blindleistung beteiligen. Wird nun eine der Maschinen mit Wirkleistung belastet, so ändert sich lediglich die Vektorlage des zugehörigen Ständerstromes, während seine Größe im Verhältnis zu denjenigen de:-anderen Maschinen unverändert bleibt. Zugleich werden die Drehumspanner vom Strom bei Änderung seiner Phasenlage mitgenommen, so daß sich die Änderung der Phasenlage des Primärstromes bei den Stromwandlern in ihrer Wirkung auf dic Phasenlage des Sekundärstromes wieder aufhebt Es herrscht demnach im Erregerstromkreis der Maschinen 1, 2 und 3 bei allen cos-g9-Werten des Ständerstromes eine unveränderte Phasenlage des Erregerstromes, die sich nur auf die Blindleistung. aber nicht auf den Schlupf auswirkt. Es kann daher der- gleiche anteilige Stromwert bei verschiedenen cos-g9-Werten gefahren werden. Eine solche Anordnung, bei der die Stromwandler als Drehumspanner ausgeführt sind, eignet sich auch dazu, die starre Kupplung der Drehstromerregermaschinen mit ihren zugehörigen Hauptmaschinen aufzuheben und sie getrennt anzutreiben. Die Hauptmaschinen bekommen dadurch synchrone Verhalten, ihre Umdrehungsfrequenz wird hierbei durch die fremd angetriebene Erregermaschine bestimmt. Auch bei dieser Anordnung führen alle Hauptmaschinen unabhängig von ihrem cos 9p den gleichen anteilmäßigen Strom, und alle Maschinen beteiligen sich an der Spannungshaltung, die trotzdem für alle Maschinen gemeinsam von einer Stelle durch das Hilfsnetz gesteuert werden kann.
• Eine Änderung des auf eine Maschine entfallenden Strom- bzw. Lastanteiles erfolgt durch Änderung der Übersetzung der zugehörigen Stromwandler und gegebenenfalls der Phasenlage ihre Stromes. Die Erregung der z-lauptmaschinen kann auch über eine ständererregte Stromwendermaschine als Zwischenglied erfc-gen. Mit Anordnungen der beschriebenen Art :.,nn man demnach Kraftwerke betreiben, bei denen nicht mehr einzelne Maschinen spannungshaltend sind; wegen des erzwungenen Stromes übernehmen vielmehr alle Maschinen diese Aufgabe, die sich demnach auch viel leichter erfüllen läßt. Auch an der Frequenzhaltung beteiligen sich im Falle der mechanisch gekuppelten Drehstromerregermaschinen alle Maschinen, ohne daß jede Maschine durch hochempfindliche Regler dazu erst befähigt werden muß. Da die Maschinen schlüpfen können, genügen einfache Regler mit großer Statik. Frequenz und Spannung werden ausschließlich durch das Hilfsnetz vorgeschrieben, das wegen der losen Kopplung mit dem Hauptnetz keinen Leistungsaustausch vornehmen kann, so daß Frequenz- und Spannungsregler günstigste Bedingungen vorfinden. Das ganze Kraftwerk verhält sich demnach nach außen hin wie eine einzige Maschine. Arbeiten mehrere solche Kraftwerke zueinander parallel, so kann man durch den Frequenzregler des jeweiligen Hilfsnetzes die Leistung des ganzen zugehörigen Kraftwerkes steuern.

Claims (7)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Anordnung zur selbsttätigen gleichmäßigen bzw. verhältnisgleichen Strom- und Lastverteilung auf mehrere zueinander parallel arbeitende Asynchronmaschinen mit Drehstromerregermaschinen, die mit der aus den Spannungen eines Hilfsnetzes und des von den Asynchronmaschinen gespeisten Hauptnetzes gebildeten Differenzspannung unmittelbar oder mittelbar erregt werden, dadurch gekennzeichnet, daß jede Maschine noch mit einem Differenzstrom erregt wird, der aus mindestens zwei Maschinenströmen bei Abweichungen von ihrem Sollwert entsteht.
2. 2. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregerstromkreise der Drehstromerregermaschinen in bezug auf den der Differenzspannung zwischen Haupt- und Hilfsnetz entsprechenden Erregerstrom miteinander in Reihe geschaltet sind und daß der von der Differenz der Maschinenströme abhängige Erregerstrom in Brückenschaltung überlagert wird.
3. 3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schleifringe der Drehstromerregermaschinen von Erregerumspannern gespeist werden, deren Primärwicklungen mit den Sekundärwicklungen einer gleichen Anzahl von Umspannern in Reihe geschaltet sind, die der Überlagerung der spannungsabhängigen und der stromabhängigen Erregerströme dienen (Überlagerungsumspanner), und deren Primärwicklungen in Reihenschaltung von der Differenzspannung zwischen Haupt- und Hilfsnetz gespeist werden, wobei sich in der Schaltfolge Erregerumspanner und Überlagerungsumspanner miteinander abwechseln.
4. 4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daB die Sekundärwicklungen der Überlagerungsumspanner und die Primärwicklungen der Erregerumspanner je eine Mittelanzapfung aufweisen, über die der stromabhängige Erregerstromanteil geführt wird.
5. 5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelanzapfungen des Überlagerungsumspanners einer jeden Asynchronmaschine in Parallelschaltung von den Sekundärwicklungen zweier Stromwandler gespeist werden, von denen die Primärwicklung des einen Stromwandlers im Ständerstromkreib einer zweiten, der ersten in kreisläufiger Reihenfolge zugeordneten Asynchronmaschine liegt, während die Mittelanzapfungen der Erregerumspanner zu einem Sternpunkt zusammengeschlossen sind.
6. 6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daB die Stromwandler als frei bewegliche Drehumspanner ausgeführt sind, die nur Blindleistung übertragen.
7. 7. Anordnung nach Anspruch i bis 6, dadurch gekennzeichnet, daB dieDrehstromerregermaschinen mit ihren Asynchronmaschinen in starrem Drehzahlverhältnis stehen. B. Anordnung nach Anspruch i bis 6, dadurch gekennzeichnet, daB die Drehstromerregermaschinen fremd angetrieben werden. g. Anordnung nach Anspruch 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromwandler regelbar sind.