DK170243B1 - Anlæg til fremstilling af elektrisk energi og fremgangsmåde til start af en større forbruger - Google Patents

Description

-1 - DK 170243 B1

Opfindelsen angår et anlæg til fremstilling af elektrisk energi, samt en ’ fremgangsmåde til start af en større forbruger ifølge indledningen til krav 1.

Et anlæg af denne art kendes fra DE-offentliggørelsesskrift nr. 28 45 930.

Her er en med en drivmotor koblet vekselstrømsmaskine med sin ankervikling 5 tilsluttet til et vekselspændingsnet med omdrejningstaluafhængig frekvens og med sin magnetiseringsvikling til vekselspændingsudgangen på en til det .samme vekselspændingsnet koblet omformer. Hvis vekselstrømsmaskinen ved et sådant anlæg udelukkende arbejder på nettet, modtager den ved en netkort-slutning ingen magnetiseringseffekt mere og kan derfor ikke levere den til en 10 udløsning af beskyttelsesindretninger tilstrækkelige kortslutningsstrøm.

Ved et fra DE-offentliggørelsesskrift nr. 34 25 330 kendt anlæg til forsyning af et vekselstrømsnet er en synkrongenerator, som leverer magnetiseringsydelsen, til sikring af en tilstrækkelig kortslutningsstrøm koblet til asynkrongeneratoren. Dermed står der ved en netkortslutning yderligere den 15 nødvendige magnetiseringsstrøm til rådighed. Den yderligere anvendelse af en synkrongenerator betyder imidlertid et væsentligt meropbud.

Fra DE-offentliggørelsesskrift nr. 18 00 040 kendes et anlæg til magnetisering af en synkrongenerator. Her tilføres den enfasede induktorvikling i generatoren magnetiseringseffekt samtidig gennem to parallelt arbejdende 20 magnetiseringsindretninger. Den første magnetiseringsindretning består af en vekselstrømsomformer, som er anbragt mellem enderne på faseviklingen i generatoren og udgangsklemmeme til forbrugeren. Denne er ved udgangen udstyret med en vekselstrøms-ensretterbro, som er forbundet med induktorvik-lingen i generatoren. Den anden magnetiseringsindretning består af en til en 25 fase tilsluttet ensretterdiode og en styret tyristor, som er tilsluttet ved stjerne-lederen. Denne strømkreds er ligeledes forbundet med induktorviklingen. De to magnetiseringsindretninger er dimensioneret således, at magnetiseringen ved lav belastning af generatoren hovedsagelig tilvejebringes af den anden magnetiseringsindretning. Med stigende belastning deltager den første magnetise-30 ringsindretning i stigende grad i tilvejebringelsen af magnetiseringseffekt, og overtager ved nominel belastning og ved overskridelse af denne, fx. i kortslutningstilfælde, næsten fuldstændigt magnetiseringen af generatoren.

Til grund for opfindelsen ligger den opgave at udforme et anlæg til fremstilling af elektrisk energi således, at den til fremstilling af en tilstrækkelig 35 kortslutningsstrøm nødvendige magnetiseringseffekt i tilfælde af en netkortslutning kan stilles til rådighed på en væsentligt mere økonomisk måde.

-2 - DK 170243 B1

Opgaven løses med anlægget ifølge krav l’s indledning, der er specielt ved det angivne i krav l’s kendetegnende del.

Til sikring af en tilstrækkelig magnetiseringseffekt er en modinduktans på ca. 10% af den nominelle impedans af vekselstrømsmaskinen tilstrækkelig. ’ 5 Via den til sekundærsiden af modinduktansen tilsluttede magnetiseringsensretter føres der en tilstrækkelig magnetiseringsstrøm til magnetiseringsviklin- ► gen i vekselstrømsmaskinen. Da jernet i modinduktansen mættes med stigende strøm, indstiller der sig en konstant kortslutningsstrøm. Størrelsen af den permanente kortslutningsstrøm er afhængig af dimensioneringen af mod-10 induktansen.

Ved at der i jemkredsen i modinduktansen er anbragt en luftspalte, virker denne under normal drift som en lineær drossel.

Særskilte koblingselementer til tilkobling af ensretteren til magnetiseringsviklingen i kortslutningstilfælde kan undværes ved, at magnetiserings-15 ensretteren har styrbare halvleder-koblingselementer, som i kortslutningstilfælde åbnes ved hjælp af en styreindretning.

Det tekniske opbud ved en trefaset vekselstrømsmaskine kan holdes lavt ved, at sekundærviklingeme i modinduktansen med deres ene viklingsende er stjemekoblet og med deres anden viklingsende hver er forbundet med et styr-20 bart halvleder-koblingselement i magnetiseringsensretteren, hvor de styrbare halvleder-koblingselementer med deres anden tilslutningspol ligeledes er koblet i stjerne, og at stjernepunktet for sekundærviklingeme er tilsluttet til en af indgangsledeme i magnetiseringsviklingen og stjemepunktet for halvle-der-koblingselementeme til en anden af indgangsledeme i magnetiserings-25 viklingen.

Overspændinger mellem den indgangsleder, som ikke er forbundet med et af stjemepunkteme, og de to andre indgangsledere i magnetiseringsviklingen kan undgås ved, at den indgangsleder i magnetiseringsviklingen, som ikke er forbundet med noget stjemepunkt, i kortslutningstilfælde kan kobles til en af 30 de to indgangsledere i magnetiseringsviklingen ved hjælp af et koblingselement. Derved undgås også en belastning af vekselretteren og magnetiserings-viklingen som følge af overspændinger.

En spændingsbegrænsning i mellemkredsen i omformeren opnås ved, at begge til sekundærviklingemes stjemepunkt og halvleder-koblingselemen- * 35 ternes stjemepunkt i magnetiseringsensretteren tilsluttede indgangsledere i magnetiseringsviklingen i kortslutningstilfælde er indbyrdes forbundne via en indkoblelig modstand i et tidsrum, indtil en strømafgivelse fra magnetise- ______________________ Λ - 3 - DK 170243 B1 ringsensretteren, eller også ved, at vekselretteren i omformeren består af styrbare halvleder-koblingselementer, til hvilke er koblet antiparallelle friløbsdioder, som er dimensioneret svarende til den i kortslutningstilfælde i magnetiseringsviklingen optrædende strøm, og hvor der i omformerens mellemkreds 5 er anbragt en overspændingsbortleder.

Med opfindelsen tilvejebringes ligeledes en fremgangsmåde til start af en større forbruger under anvendelse af anlægget ifølge opfindelsen, der er særpræget ved, at omformeren efter tilkoblingen af den store forbruger til nettet frakobles og magnetiseringsensretteren til magnetiseringsviklingen tilkobles, 10 når magnetiseringsstrømmen i magnetiseringsviklingen overstiger en tilladt værdi, og at vekselretteren efter start af forbrugeren overtager magnetiseringsstrømmen med frekvensen ferr * 0. hvorpå frekvensen af magnetiseringsstrømmen reguleres ved hjælp af en frekvensregulator til en til den ønskede netfrekvens svarende værdi.

is Ved hjælp af et på tegningen vist elektrisk diagram beskrives et udførel seseksempel for anlægget ifølge opfindelsen til fremstilling af elektrisk energi nærmere.

Med 1 betegnes anker- og med 2 magnetiseringsviklingen i en trefaset vekselstrømsmaskine. Som vekselstrømsmaskine egner sig især en asynkron-20 generator med slæberingsrotor. Via primærviklingeme 3 på en som en trefaset transformator udformet modinduktans 4 er ankerviklingen 1 i vekselstrømsmaskinen tilsluttet til et trefaset vekselspændingsnet 5. Sekundærviklingeme 6 i modinduktansen 4 er med deres ene viklingsende koblet sammen til et vik-lingsstjemepunkt 7. Med deres anden viklingsende er hver sekundærvikling 6 25 tilsluttet til den ene belastningselektrode på en som et styrbart halvleder-koblingselement tjenende tyristor 8. Med den anden belastningselektrode er tyristorerne 8 koblet sammen til et stjemepunkt 9. Tyristorerne 8 danner således en magnetiseringsensretter for to indgangsledere i magnetiseringsviklingen 2.

30 Under regulær drift af anlægget får magnetiseringsviklingen 2 tilført den nødvendige magnetiseringsydelse fra vekselspændingsnettet 5 via en af en styret ensretter 10 og en vekselretter 11 bestående omretter 13. I stedet for en ustyret ensretter 10 kan der også anvendes en ensretter med styrede halvleder-koblingselementer. Ensretteren 10 er tilsluttet til nettet 5 og magnetiserings-35 viklingen 2 er tilsluttet til vekselretteren 11. Som overspændingsbeskyttelse til magnetiseringsensretteren 8, magnetiseringsviklingen 2 og vekselretteren 11 er der mellem den indgangsleder i magnetiseringsviklingen 2, som ikke er for- DK 170243 B1 -4- bundet med et af stjemepunkteme 7 og 9, og en af de indgangsledere i magnetiseringsviklingen 2, som er forbundet med et af stjemepunkteme 7 og 9, anbragt et af to antiparallelt koblede tyristorer bestående koblingselement 14.

f

Dette koblingselement 14 åbnes i kortslutningstilfælde ved hjælp af en styre-5 indretning 15, som via et konstateringsapparat 16 får tilført styresignaleme fra strømmen og spændingen i ankerviklingen 1 i vekselstrømsmaskinen, og frembringer dermed en ledende forbindelse mellem de pågældende indgangsledere i magnetiseringsviklingen 2.

Til spændingsbegrænsning i mellemkredsen i omformeren 13 er der til-10 sluttet en overspændingsbortleder 17 mellem de to spændingspoler i mellemkredsen. Til de styrbare halvleder-koblingselementer 18 i vekselretteren 11 er der antiparallelt koblet friløbsdioder 19, som i kortslutningstilfælde kan lede den i magnetiseringsviklingen optrædende strøm.

Alternativt kan spændingsbegrænsningen i mellemkredsen også ske ved 15 hjælp af en i kortslutningstilfælde til de to med stjemepunkteme 7 og 9 forbundne indgangsledere i magnetiseringsviklingen 2 tilkoblelig modstand 20. I serie med modstanden 20 er der koblet en styretyristor 21, som i kortslutningstilfælde modtager en åbneimpuls fra styreapparatet 15 og dermed indkobler modstanden 20. Styringen er herunder udformet således, at styretyristoren 21 i 20 afhængighed af strømretningen i magnetiseringsviklingen 2 åbnes skiftevis med tyristorerne 8 i magnetiseringsensretteren.

Anlægget arbejder som følgen I kortslutningstilfælde spærres de styrbare halvleder-koblingselementer 18 i vekselretteren 11 ufortøvet ved hjælp af styreindretningen 15 således, at de 25 ikke belastes af stødamplituden fra rotorens kortslutningsstrøm. Under kortslutningsforløbet får magnetiseringsviklingen 2 derpå tilført magnetiseringseffekt fra modinduktansen 4 via tyristorerne 8. Umiddelbart efter spærringen af vekselretteren 11 åbnes tyristorerne i koblingselementet 14 og dermed forbindes de pågældende indgangsledere i magnetiseringsviklingen 2 ind-30 byrdes. Dermed forhindres forekomsten af overspændinger ved magnetiseringsensretteren 8, ved magnetiseringsviklingen 2 og ved vekselretteren 11.

Med den ved stjemepunkteme 7 og 9 ved en kortslutning opstående spænding kan der via friløbsdiodeme 19 udvirkes en forøgelse af spændingen i t mellemkredsen i omformeren 13. Den mellem de to spændingspoler i mellem-35 kredsen tilsluttede overspændingsafleder 17 begrænser derpå spændingen i mellemkredsen til tilladte værdier.

_____é - 5 - DK 170243 B1

En sådan begrænsning af mellemkredsspændingen kan også opnås ved hjælp af den mellem de to med stjernepunkterne 7 og 9 forbundne indgangsledere i magnetiseringsviklingen 2 anbragte modstand 20. Denne åbnes, som det ’ senere bliver forklaret, af styreindretningen 15 skiftevis med tyristorerne i 5 magnetiseringsensretteren 8 i afhængighed af strømretningen i de pågældende indgangsledere i magnetiseringsviklingen 2.

Det beskrevne anlæg kan også på hensigtsmæssig måde benyttes ved start af større forbrugere i nettet. Til dette formål tilkobles magnetiseringsensretteren 8 ved start af en større forbruger som i kortslutningstilfældet til magneti-10 seringsviklingen 2 og forsyner derved vekselstrømsmaskinen med magnetiseringseffekt. Vekselstrømsmaskinen leverer derpå en spænding, hvis frekvens svarer til drivomdrejningstallet for vekselstrømsmaskinen. Er der til nettet tilsluttet forbrugere, som heller ikke kortvarigt må drives med en højere frekvens, er det højeste tilladte drivomdrejningstal for vekselstrømsmaskinen 15 fastsat ved, at den tilladte netfrekvens i tilfælde af en jævnstrømsmagnetisering ikke overskrides. Under et sådant startforløb bliver frekvensreguleringen i omformeren 13 ikke aktiveret.

Ved starten af en større forbruger frakobles omformeren 13, når strømmen i magnetiseringsviklingen 2 er større end den nominelle strøm, og til dette 20 formål kobles magnetiseringsensretteren 8 til magnetiseringsviklingen 2. Efter gennemført start overtager vekselretteren 11 magnetiseringsstrømmen med frekvensen ferr = 0, og frekvensreguleringen i omformeren 13 ændrer frekvensen i magnetiseringsstrømmen på en sådan måde, at den ønskede netfrekvens opnås, og frekvensregulatoren atter aktiveres.

25

Claims (9)

1. Anlæg til fremstilling af elektrisk energi, hvor en med en drivmotor koblet asynkronmaskine med ankerviklingen (1) er tilsluttet til et vekselspæn- £ dingsnet (5) med omdrejningstaluafhængig frekvens og har en trefaset mag-5 netiseringsvikling (2), med £ a) en omformer (13), hvis ensretter (10) er tilsluttet til vekselspændingsnet-tetet (5), og hvis vekselretter (11) tilfører magnetiseringsenergi til den trefasede magnetiseringsvikling (2) under regulær drift, og 10 b) et yderligere magnetiseringsarrangement, kendetegnet ved, at 15 en modinduktans (4), over hvis primærvikling (3) ankerviklingen (1) i asynkronmotoren er tilsluttet til vekselspændingsnettet (5), og en magnetiseringsensretter (8) ved dennes sekundærvikling (6), c) et koblingselement (14) mellem to indgangsledere i magnetiseringsviklingen (2), og 20 d) en styreindretning (15), som i tilfælde af en netkortslutning dl) frakobler vekselretteren (11) i omformeren (13), d2) aktiverer et koblingselement (14) til forbindelse af de to indgangsledere i magnetiseringsviklingen (2), og d3) kobler en ledning (9) på jævnspændingssiden (7, 9) af magnetise-25 ringsensretteren (8) i den yderligere magnetiseringsindretning til den indgangsleder til magnetiseringsviklingen (2), som ikke er forbundet med koblingselementet (14), og kobler den anden ledning (7) på jævnspændingssiden (7, 9) til en af de indgangsledere til magnetiseringsviklingen (2), som er forbundet med koblingselementet (14). 30

2. Anlæg ifølge krav 1, kendetegnet ved, at der i jerakredsen i modinduktansen (4) er anbragt en luftspalte.

3. Anlæg ifølge krav 1 eller 2, kendetegnet ved, at magnetiseringsensret- teren (8) har styrbare halvleder-koblingselementer, som i kortslutningstilfæl- 35 de åbnes ved hjælp af styreindretningen (15).

4. Anlæg ifølge krav 1, 2 eller 3, kendetegnet ved, at sekundærviklingerne (6) i modinduktansen (4) med deres ene viklingsende er koblet i stjerne (7) i - 7 - DK 170243 B1 og med deres anden viklingsende hver er forbundet med et styrbart halvleder-koblingselement i magnetiseringsensretteren (8), hvor de styrbare halvleder-koblingselementer med deres anden tilslutningspol ligeledes er koblet i stjerne (9), og at stjernepunktet (7) for sekundærviklingeme (6) er tilsluttet til en ind-5 gangsleder i magnetiseringsviklingen (2) og stjemepunktet (9) for halvleder-koblingselementerne til en anden indgangsleder i magnetiseringsviklingen (2).

5. Anlæg ifølge krav 4, kendetegnet ved, at den indgangsleder i magnetiseringsviklingen (2), der er ikke forbundet med nogen af stjemepunkteme (7, 10 9), i kortslutningstilfælde kan kobles til en af de to med et af stjemepunkteme (7, 9) forbundne indgangsledere i magnetiseringsviklingen (2) ved hjælp af koblingselementet (14).

6. Anlæg ifølge ethvert af kravene 4 eller 5, kendetegnet ved, at de to indgangsledere i magnetiseringsviklingen (2), der er tilsluttet til stjemepunk- 15 tet (7) i sekundærviklingeme (6) og stjemepunktet (9) for et halvleder-koblingselementet i magnetiseringsensretteren (8), i kortslutningstilfælde er indbyrdes forbundne ved hjælp af en indkoblelig modstand (20) i et tidsmm, indtil en strømafgivelse fra magnetiseringsensretteren (8).

7. Anlæg ifølge krav 6, kendetegnet ved, at modstanden (20) kan tilkobles 20 til de to indgangsledere ved hjælp af et styrbart halvleder-koblingselement (21).

8. Anlæg ifølge ethvert af de foregående krav, kendetegnet ved, at vek-selretteren (11) i omformeren (13) består af styrbare halvleder-koblingsele-menter (18), til hvilke er koblet antiparallelle friløbsdioder (19), som er di- 25 mensioneret svarende til den i kortslutningstilfælde i magnetiseringsviklingen (2) optrædende strøm, og hvor der i omformerens (13) mellemkreds er anbragt en overspændingsbortleder (17).

9. Fremgangsmåde til start af en større forbruger under anvendelse af et anlæg ifølge ethvert af de foregående krav, kendetegnet ved, at omforme- 30 ren (13) efter tilkoblingen af den store forbruger til nettet frakobles og magnetiseringsensretteren (8) til magnetiseringsviklingen (2) tilkobles, når magnetiseringsstrømmen i magnetiseringsviklingen (2) stiger over en tilladt værdi, og at vekselretteren (11) efter start af forbrugeren overtager magnetiseringsstrømmen med frekvensen feir — 0, hvorpå frekvensen af magnetise-35 ringsstrømmen reguleres ved hjælp af en frekvensregulator til en til den ønskede netfrekvens svarende værdi.