DE970706C - Anordnung zur Stabilisierung von Synchronmaschinen bei ploetzlichen Leistungsaenderungen - Google Patents

Description

• Anordnung zur Stabilisierung von Synchronmaschinen bei plötzlichen Leistungsänderungen Der wirtschaftliche Betrieb von Synchron maschinen erfordert eine dauernde, möglichst hohe Leistungsabgabe. Es ist daher notwendig, daß die abgegebene Leistung möglichst nahe an der Kippgrenze der Maschine liegt. Dieser Betrieb bringt aber eine erhöhte Gefahr des Außertrittfallens der Maschine bei einer plötzlichen Leistungserhöhung mit sich. Es ist daher bei einem solchen Betrieb die dauernde Überwachung und nötigenfalls Erhöhung der Stabilität der Maschine durch einen geeigneten zusätzlichen Regler erforderlich. Außer diesem Regler, welcher lediglich zur Stabilisierung der Maschine bei plötzlichen Leistungserhöhungen dient, muß der normale Spannungsregler vorhanden sein.
• Die Stabilität einer im Betrieb befindlichen Synchronmaschine ist nur durch Erhöhung ihrer inneren EMK, also durch Erhöhung der Erregung des Polrades zu vergrößern. Von einem Stabilisierungsregler wird also folgendes verlangt: Er muß bei einer plötzlichen Leistungserhöhung eine Erhöhung des Erregerstromes der Synchronmaschine bewirken, was beispielsweise durch Kurzschließen von Regelwiderständen im Erregerkreis der Erregermaschine geschehen kann. Der Regler muß, nachdem die Leistungspendelung vorbei ist und die Leistung der Maschine ihren neuen höheren Wert erreicht hat, wieder in seine Ausgangsstellung zurückkehren.
• Es sind Anordnungen zur Stabilisierung von Synchronmaschinen vorgeschlagen worden, bei denen in Abhängigkeit vom Verbraucherstrom oder von der Verbraucherleistung die Erregung der Synchronmaschine im Takt der Leistungsänderung verstärkt wird. Das Verhältnis zwischen der jeweiligen vorhandenen Leistung und der ihr zugeordneten Erregung ist dabei entweder konstant, oder es wird bei Überschreiten eines bestimmten Leistungsbetrages die Erregung jeweils um einen bestimmten Betrag erhöht, unabhängig von der Größe, um den der Leistungsbetrag überschritten wird. Die Änderung der Erregung erfolgt also ohne Berücksichtigung der jeweiligen Amplituden der Le:,istungspendelung, die bei einer plötzlichen Leistungsänderung auftritt.
• Bei den bekannten. Anordnungen erfolgt die Einstellung der Größe der Erregung unabhängig davon, ob die Laständerung langsam oder plötzlich aufgetreten ist. Bei plötzlicher Laständerung ist die Amplitude der Pendelung der Synchronmaschine wesentlich größer als bei langsamer Laständerung. Es wird somit bei plötzlicher Laständerung die Zeit, bis die aufgetretene Pendelung abgeklungen ist, verhältnismäßig groß sein. Derartige Pendelungen sind unerwünscht, da sie den Betrieb auf der Erzeuger- und auf der Verbraucherseite stark beunruhigen.
• Die neue Anordnung verringert die Gesamtzeit der Pendelung, indem sie in Abhängigkeit von der Änderungsgeschwindigkeit der Leistung die Erregung beeinflußt. Im Gegensatz zu den bekannten Anordnungen besteht dabei die Möglichkeit, die Erregung bei plötzlicher Laständerung wesentlich stärker zu vergrößern, als dies bei langsamen Laständerungen der Fall ist. Durch die starke Erhöhung der Erregung bei plötzlichen Laststößen wird das synchronisierende Moment entsprechend verstärkt und somit die Gesamtzeit der'Pendelung verringert.
• Die neue Anordnung ermöglicht eine besonders wirkungsvolle Stabilisierung der Synchronmaschine bei plötzlichen Leistungsänderungen, indem in Abhängigkeit von der Differenz zwischen der mit Pendelungen behafteten und der aperiodischen, von Pendelurigen befreiten Leistungsänderung eine Regeleinrichtung die Erregung der Synchronmaschine beeinflußt.
• In Fig. 2 und 3 der Zeichnung ist die Erfindung an Hand zweier Ausführungsbeispiele näher erläutert.
• In Fig. 2 wird dabei die Regeleinrichtung in Abhängigkeit von der Drehstromleistung des Synchrongenerators gesteuert.
• In Fi.g. 3 dient die Synchronmaschine zur Speisung einer Leistungsübertragung mit Gleichstrom, und die Steuerung der Regeleinrichtung erfolgt in Abhängigkeit von plötzlichen Änderungen der Gleichstromleistung.
• In Fig. 2 ist i die Drehstromwicklung des Synchrongenerators. Zur Einwirkung der Leistung des Synchrongenerators auf die Regeleinrichtung dienen der Spannungstransformator 2 und der Stromtransformator 3. Die Sekundärwicklungen dieser Transformatoren speisen in Parallelschaltung je eine Spule an dem Solenoid 4 und an dem Solenoid 5. Auf die Anker dieser Solenoide werden also Kräfte ausgeübt, die der Leistung des Synchrongenerators proportional sind. Der Anker des Solenoids 4 verstellt bei seiner Bewegung einen Regelwiderstand 6, ebenso der Anker des Solenoids 5 einen Regelwiderstand 7. Die beiden Regelwiderstände werden, wie dargestellt, in Parallelschaltung. von einer Batterie 8 gespeist. Der drehbare Teil des Drehspulgerätes io besitzt zwei Spulen, von denen die eine an den Gleitkontakt des Widerstandes 7 und an das untere Ende der Batterie 8 angeschlossen ist, während die zweite Spule an den Gleitkontakt des Regelwiderstandes 6 und an das untere Ende der Batterie angeschlossen ist. Den Spulen werden also Spannungen zugeführt, die den Spannungsabfällen an den vom Gleitkontakt nach abwärts gerichtetenTeilen derWiderstände 6 und 7 entsprechen. Die in den beiden Spulen dabei zum Fließen kommenden Ströme wirken einander entgegen, so daß bei gleich großen Strömen der drehbare Teil des Drehspulgerätes in Ruhe bleibt. Würden die Anker der beiden Solenoide 4 und 5 bei Leistungsänderungen stets dieselben Bewegungen 'ausführen, so wären die den beiden Spulen des Drehspulgerätes io zugeführten Spannungsabfälle an den Widerständen 6 und 7 stets gleich groß, und das Drehspulgerät würde in Ruhe bleiben. Der Anker des Solenoidsq. ist jedoch noch mit einer Dämpfungseinrichtung 9 gekuppelt, die z. B. als Luft- oder Ölbremse ausgebildet ist. Diese Dämpfungseinrichtung ist auf die bei raschen Leistungsänderungen auftretenden Pendelungen abgestimmt, und sie unterdrückt an dem Solenoid derartige Pendelungen. Der Anker des Solenöids 4 und damit auch der Gleitkontakt am Widerstand 6 führt daher bei einer plötzlichen Leistungsänderung eine Bewegung aus, die der aperiodischen Kurve in Fig. i entspricht, während der Anker des Solsnoids 5 und damit der Gleitkontakt am Widerstand 7 Bewegungen ausführt, die der ungedämpften Pendelschwingung in Fig. i entsprechen. Den beiden Spulen des Drehspulgerätes io werden daher ebenfalls voneinander abweichende Spannungen bzw. Ströme zugeführt, so daß an dem Drehspulgerät ein resultierendes Drehmoment zustande kommt, das der in Fig. i der aperiodischen Leistungsverstärkung überlagerten Pendelschwingung entspricht, so daß der bewegliche Teil des Drehspulgerätes entsprechende Drehbewegungen ausführt. Mit dem Drehspulgerät ist nun noch der Wälzhebel i i eines Wälzwiderstandes 12 gekuppelt, der im Erregerstromkreis der Erregermaschine des Synchrongenerators liegt. Bei dieser Anordnung wird also der Erregerstrom der Synchronmaschine im Takte der bei Leistungsänderungen auftretenden Pendelurigen verstärkt, und zwar derart, daß den infolge der Pendelurigen verursachten Leistungsspitzen auch entsprechende Erregerstromverstärkungen gegenüberstehen. Nachdem die Leistungspendelung ausgeklungen ist, stellt sich das Drehwerk des Drehspulgerätes io und damit auch der Wälzhebel von selbst wieder in seine Anfangsstellung ein. Der durch den Differentialregler zur Stabilisierung der Maschine bewirkte Regelvorgang ist beendet. Fig. 3 der Zeichnung zeigt die Anordnung des Differentialreglers bei Leistungsübertragung mit Gleichstrom. Der die Gleichstromleitung speisende Synchrongenerator und der Gleichrichter sind dabei nicht dargestellt. Die Gleichstromleistung steuert über den an die Spannung der Leitung angelegten Widerstand 13 und über den vom Strom der Leitung durchflossenen Widerstand 14 die Regeleinrichtung. Diese besteht aus einem wattmetrischen System, wobei die drehbare Spule 21 des wattmetrischen Systems von der Spannung der Leitung über den als Spannungsteiler geschalteten Widerstand 13 gespeist wird. Der feststehende Teil des wattmetrischen Systems wird vom Strom der Leitung bzw. von der an dem Widerstand 14 auftretenden, dem Strom der Leitung proportionalen Spannung gespeist. Der feststehende Teil des wattmetrischen Systems besteht aus zwei Magneteisen 15 und 16, auf denen sich die Spulen 17 und 18 befinden. Diese Spulen sind in Reihenschaltung an den Widerstand 14 angeschlossen. Sie sind derart geschaltet, daß sie durch die Magneteisen magnetische Flüsse hindurchtreiben, die den Raum der drehbaren Spule 21 mit entgegengesetzter Richtung durchsetzen, so daß also bei einer nicht mit Pendelurigen behafteten Gleichstromleistung auf die drehbare Spule 2i kein Drehmoment ausgeübt wird. Auf dem Magneteisen 16 befinden sich nun noch Dämpfungsspulen i9 und.2o, die wiederum auf die bei plötzlichen Leistungsänderungen auftretenden Pendelurigen abgestimmt sind und die in dem Magneteisen 16 dann auftretenden Pendelflüsse unterdrücken, während dies am Magneteisen 15 nicht der Fall ist. Auf die Drehspule2i werden daher bei einer plötzlichen, mit Pendelurigen behafteten Leistungsänderung wiederum Drehmomente ausgeübt, die nur der überlagerten Pendelschwingung nach Fig. i entsprechen. Die drehbare Spule 2i verstellt dann wiederum den Wälzhebel i i eines im Erregerstromkreis der Erregermaschine des Synchrongenerators liegenden Wälzwiderstandes 12. Die Wirkung dieser Verstellung ist dieselbe, wie an Hand der Fig.2 geschildert. Nach dem Aufhören der Pendelschwingungen kehrt dabei der Wälzhebel i i in, die Ausgangsstellung zurück.

Claims (5)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Anordnung zur Stabilisierung von Synchronmaschinen, die bei plötzlichen Leistungsänderungen die Erregung der Synchronmaschine verstärkt, dadurch gekennzeichnet, daß in Abhängigkeit von der Differenz zwischen der mit Pendelurigen behafteten und der aperiodischen, von Pendelurigen befreiten Leistungsänderung eine Regeleinrichtung die Erregung der Synchronmaschine beeinflußt.
2. 2. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung der aperiodischen Leistungseinwirkung die mit Pendelungen behaftete Leistungseinwirkung über eine Dämpfungseinrichtung geleitet ist.
3. 3. Anordnung nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die urigedämpfte Leistung auf zwei Solenoide einwirkt, die in Differenz geschaltete Regelwiderstände eines auf die Erregung der Synchronmaschine einwirkenden Hilfsstromkreises verstellen und von denen das eine Solenoid eine auf die Leistungspendelungen abgestimmteDämpfungseinrichtung aufweist.
4. 4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die in Differenz geschalteten Spannungsabfälle der beiden Regelwiderstände ein Drehspulgerät speisen, das einen in dem zu verstärkenden Erregerstromkreis liegenden Wälzwiderstand verstellt.
5. 5. Anordnung nach Anspruch i, bei der die Synchronmaschine eine Leistungsübertragung mit Gleichstrom speist, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichstromleistung auf ein wattmetrisches System, das einen Wälzwiderstand im Erregerstromkreis der Synchronmaschine verstellt, einwirkt und daß der vom Strom gespeiste Teil des wattmetrischen Systems aus zwei Teilen besteht, die mit Differenzwirkung auf den von der Spannung gespeisten Teil des wattmetrischen Systems einwirken und daß auf dem einen vom Strom gespeisten Teil des wattmetrischen Systems eine auf die Pendelurigen der Leistungsänderung abgestimmte Dämpfungseinrichtung angebracht ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 492 814, 589318, 648 3o2, 652 997, 678 248, 7o6 65o; schweizerische Patentschrift Nr. 197 959; Buch von T i m a s c h e f f : »Die Stabilität elektrischer Drehstromkraftübertragungen«, 1940, S. 2O2.