NO166610B

NO166610B - Fremgangsmaate og akselerasjonsanordning for akselerasjon av en asynkronmaskin med sleperingsrotor.

Info

Publication number: NO166610B
Application number: NO861910A
Authority: NO
Inventors: Walter Bruggisser; Rene Schaefer; Berislav Knaffl
Original assignee: Bbc Brown Boveri & Cie
Priority date: 1985-05-29
Filing date: 1986-05-13
Publication date: 1991-05-06
Also published as: DE3519138A1; ATE48350T1; NO166610C; EP0203436A1; EP0203436B1; NO861910L; DE3667229D1

Description

Ved oppfinnelsen tar man utgangspunkt i en fremgangsmåte for akselerasjon av en asynkronmaskin med sleperingsrotor, ifølge den innledende del av patentkrav 1. Oppfinnelsen vedrører også en akselerasjonsanordning for akselerasjon av en asynkron maskin med sleperingsrotor.

Ifølge den innledende del av kravet tar oppfinnelsen utgangspunkt i en teknikkens stilling med hensyn til fremgangsmåter og akselerasjonsanordninger for akselerasjon av en asynkronmaskin, slik denne fremgår av det tys-ke firmatidsskrift: Techn. Mitt. AEG-Telefunken 63 (1973) 7, S. 249 - 253. For akselerasjon av en frekvensomform-ergruppe på 50/16 2/3 Hz for der en 3-fase-asynkronmaskin tilført en redusert spenning via en startetransformator.

I armaturkretsen for rotoren er i den forbindelse anord-net en væskestarter, hvis regulering holder startstrøm-men i asynkronmaskinens stator på ca. konstant nominell verdi. Starttiden utgjør ca. 100 s. Ved oppnåelse av nominelt omdreiningstall finner tilførselen til asynkronmaskinens rotorkrets sted via en styreomformer, som fremskaffer strøm og spenning med slipp-frekvens og derved regulerer asynkronmaskinens omdreiningstall. Etter tilkobling av energiseringen til en med asynkronmaskinen tilkoblet enfase-synkronmaskin, kan denne synkroniseres med nettet.

Denne akselerasjonsteknikk krever

- et stort oppbud av sterkstrøm-hjelpeanordninger,

mange koblingsforløp i sterkstrømsdelen ved akselerasjon,

høy rotorspenningsstabilitet ved kobling, og en konstruksjon av omformergruppen for innkoblings-strømstøt ved omkobling og tilkobling til nettet.

Oppfinnelsen, slik den er definert i patentkrav 1 og 3, løser den oppgave å gi anvisning på en fremgangsmåte og en akselerasjonsanordning for akselerasjon av en asyn kronmaskin, som muliggjør akselerasjon av asynkronmaskinen til nettfrekvens med et lite utlegg av apparater og innretninger. Samtidig skal høye rotorspenninger i stillstand og ved kobling, såvel som innkoblingsstrømstøt ved omkobling og tilkobling av asynkronmaskinen til veksel-strømsnettet, bli redusert.

En fordel ved oppfinnelsen består deri at starttransfor-ma toren, startmotstanden samt de tilhørende brytere kan spares inn, slik at resultatet blir meget rimeligere.

Den dessuten foreliggende direkteomformer kan brukes som matekilde for akselerasjonen.

Oppfinnelsen vil i det følgende bli nærmere forklart ved hjelp av utførelseseksempler, idet der henvises til teg-ningsfigurene. Figur 1 viser en kobling for akselerasjon av en roterende frekvensomformer med en asynkronmaskin og en synkronmaskin, Figur 2 viser en kobling for akselerasjon av en asynkronmaskin med sleperingsrotor i parallellkobling, Figur 3 er en kobling for akselerasjon av en asynkronmaskin med sleperingsrotor i seriekobling.

På figur 1 betegner 1 et. trefase-vekselstrømsnett, respektive et dreiestrømnett med en vekselspenning på = 12,5 kV og en nettfrekvens f^= 50 Hz, mens 2 betegner et enfase-vekselstrømsnett med en vekselspenning U2= 12 kV

og en nettfrekvens på f2= 16 2/3 Hz, slik det er vanlig for jernbanedrift. Vekselstrømsnettet 1 er via en nettbryter Sl forbundet med statorviklingen for en asynkronmaskin 3. Rotorviklingen for asynkronmaskinen 3 står i forbindelse med en frekvensutgang A fra en omformer, respektive en direkteomf ormer 4, ved hvilken der kan taes, ut en innstillbar frekvens fxmellom 0 Hz og 26 Hz.

En tre x tre-faset inngang E av direkteomformeren 4 er via en transformator 8, som oppviser tre x tre-faser (bare fremstilt forenklet) tilkoblet vekselstrømsnettet 1. Utgangen A fra omformeren 4 er dessuten via en startskiller, respektive bryter S2 forbundet meH statorviklingene for asynkronmaskinen 3. En stiplet angitt annen start-direkteomformer er betegnet med 4', og en ytterligere startbryt-er betegnet med S2<1>. Dersom der foreligger en annen start-direkteomforrrer 4', kan rotor og stator for asynkronmaskinen 3 mates og reguleres uavhengig av hverandre.

Der foreligger også mulighet for separat stator- og rotormat-ning når der er tilstede en 12-pulsig omformer 4 for den under-/oversynkrone kaskade. Her kan den 12-pulsige omformer kobles om til to 6-pulsige omformere 4 og 4', med hver sin omformer for rotor og stator.

Rotoren i asynkronmaskinen 3 er via en koblingsaksel 7 stivt forbundet med rotoren i en enfase-synkronmaskin 5. n betegner omdreiningstallet for koblingsakselen 7. Statorviklingen i synkronmaskinen 5 er via en nettbryter S3 forbundet med det enfasede vekselstrømsnett 2. Rotorviklingen i synkronmaskinen 5 mates fra en likespen-ningsregulator 6 , som på inngangssiden er tilsluttet vekselstrømsnettet 1 via en transformator 9.

Figur 2 viser en asynkronmaskin 3 ifølge figur 1 med en parallellkobling som benyttes under akselerasjonen, idet de tre faser av vekselstrømsnettet 1 og nettilslutnings-punktene for statorviklingene i asynkronmaskinen 3 er betegnet R, S og T, og tilkoblingene av rotorviklingene i asynkronmaskinen 3 er betegnet med r, s og t. Såvel rotor- som statorviklingene er koblet i stjerne, idet pil-ene tilkjennegir den motsatte dreining av stator- og rotorfelt.

Med utførelseseksemplet ifølge figur 3 er til forskjell fra utførelseseksemplet ifølge figur 2, stator- og rotorviklingene i asynkronmaskinen 3 for akselerasjonen koblet i seriedriftskobling ( vist koblingsposisjon )

ved hjelp av omkoblingsbrytere S4 og S5.

Omkoblingen av seriedriftskobling ifølge figur 3, respektive fra parallelldriftskoblingen ifølge figur 2

til den normale kaskadekobling (S2 og S2<1>på figur 1

åpen, Sl lukket) finner sted etter oppnådd synkronisering. Rotoren i asynkronmaskinen 3 blir i den forbindelse fremdeles matet fra omformeren 4, og ved akselerasjon av asynkronmaskinen 3, dessuten også stator. Dreieretningen for stator- og rotorfelt er valgt motsatt.

Dersom man til stator i en vekselstrømsmotor tilfører

en strøm med frekvens fa, og til rotorenen strøm med frekvens f]-,, så får rotoren et omdreiningstall

n = (fa<±><f>b)/P

hvor p = polpartall. Når rotordreiefeltet oppviser sam-

me dreieretning som statorfeltet, gjelder minustegnet, mens ved motsatte dreieretninger av de to dreiefelter gjelder plusstegnet. I den forbindelse kan man ved dobbelt matning av motoren fra det samme nett innstille det dob-belte synkrone omdreiningstall, se T. Bodefeld og H. Sequenz, Elektrische Maschinen, 8. opplag, Springer-Verlag Wien, New York (1971), s. 276 og 277.

Under akselerasjonen av asynkronmaskinen 3 er bryterne Sl og S3 åpne, mens bryteren S2 og eventuelt S2<1>, er lukket. Den innstillbare frekvens fxved utgangen A og eventuelt A' fra omformeren 4 og eventuelt 4', blir nå kon-tinuerlig øket fra 0 Hz til en maksimal frekvens på f.eks.

<f>max<=><1>,<04>x fl/<2><=><f>Rmax<=><f>Smax svarende til (2)

n = 1,04 x 2 x fsmax x 60/P = i'04 x ^ x 60/p

= 1.04 x ns = 520 U/min (3)

hvor Ftj, = maksimal rotorf rekvens, fQm, = maksimal

Rmax amax<sta>torfrekv<ens>,ng = synkront omdreiningstall for asynkronmaskinen 3, p = 6.

Etter akselerasjon blir i rekkefølge

strømmen fra omformeren 4 og eventuelt omformeren 4'

redusert til 0.

startbryteren S2 og eventuelt S2' blir åpnet respektive S4 og S5 omkoblet,

- asynkronmaskinen 3 energisert via rotoren til kob-lingen for den over-/undersynkrone kaskade, inntil spenningen Ug over stator for asynkronmaskinen 3 er

lik veksedspenningen på vekselstrømsnettet 1, og nettbryteren Sl blir lukket.

Derved blir asynkronmaskinen 3 i fortsettelsen synkroni-sert støtfritt med landnettet 1 og overført til den under-/oversynkrone drift. Tilkoblingen av statorviklingene i asynkronmaskinen 3 til landnettet 1 ved hjelp av nett-kobleren Sl kan således for eksempel finne sted ved n = 520 O/m... 480 O/m, svarende til 104 %...96 % av synkrondreietallet ns for fasesynkronisme.

Deretter følger synkroniseringen av enfase-synkronmaskinen 5 med bane- eller vekselstrømsnettet 2 på kjent måte. Ved hjelp av omformeren 4 blir rotorviklingene i asynkronmaskinen 3 påført en slippfrekvensstrøm i området fra ca. -2,5 Hz til +2,5 Hz, og derved omdreiningstallet variert inntil man har oppnådd synkronisering av den tilsvarende energiserte synkronmaskin 5. Deretter blir nettbryteren S3 lukket. Omformergruppen er nå klar for lastoverfør-ing mellom 50 Hz-nettet og 16 2/3 Hz-nettet.

Roterende frekvensomformergrupper blir hovedsakelig an-vendt for overføring av elektrisk energi i området inntil ca. 90 MW fra et landnett med en frekvens på 50 Hz eller 60 Hz til et banenett med en annen frekvens som vanligvis er 16 2/3 Hz. Der kan også overføres energi

fra banenettet til landnettet.

Bryterne S2, S4 og S5 kan være konstruert for forholds-vis små koblingsstrømmer, da de blir koblet så å si be-lastnings f ritt .

Istedenfor enfase-synkronmaskin 5 kan der selvsagt anord-nes en flerfase-synkronmaskin, når vekselstrømsnettet 2 er flerfaset. Bryterne S4 og S5 kan også være slått sam-men til en bryter.

Claims

1. Fremgangsmåte for akselerasjon av en sleperingsrotor-asynkronmaskin (3), spesielt en roterende nettkoblingsom-former med en statisk under-/oversynkron. strømretterkas-kade, a) idet asynkronmaskinen (i3) i det minste ved starten av akselerasjonen er tilsluttet en omformer (4) og b) ved oppnåelse- av e.t omkoblingsomdreiningstall svar ende til nettfrekvensen (f^) blir stator omkoblet til vekselstrømsnettet (1; R, S, T),karakterisert vedc) at under akselerasjonsforløpet blir såvel stator-som rotorviklingene i asynkronmaskinen (3) matet med tiltagende frekvens fra minst en omformer (4, 4') d) idet matingen av asynkronmaskinen (3) under akselerasjonen finner sted slik at statordreiefeltet roterer motsatt rotordreiefeltet.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1,karakterisert veda) at akselerasjonen først forløper til omkoblingsomdreiningstall i parallell- eller seriedriftskobling, b) at strømmen i omformeren (4) deretter reduseres, til 0, c) hvoretter statorviklingene i asynkronmaskinen (3) skil-les fra"omformeren og d) asynkronmaskinen i fortsettelsen synkroniseres med vekselstrømsnettet (1) via rotorinnmatningen med den under- og oversynkrone strømretterkaskade.

3. Akselerasjonsanordning for akselerasjon av en.sleperingsrotor- asynkronmaskin (3), spesielt en roterende nett-koblingsomformer med en statisk under-/oversynkron strøm-retterkaskade, til en nettfrekvens (f-^) for et vekselstrøms- nett (1; R, S. T) a) med en omformer (4) som på utgangssiden kan tilsluttes rotorviklingene i asynkronmaskinen (3), og b) med en nettbryter (Sl) som statorviklingene i asynkron maskinen (3) kan tilkobles vekselstrømsnettet (1; R, S,T),karakterisert vedc) at statorviklingene i asynkronmaskinen (3) kan tilsluttes omformeren (4, 4') via i det minste en bryter (S2; S4, S5).

4.Anordning som angitt i krav 3,karakterisert veda) at asynkronmaskinen (3) er en sleperingsrotormaskin, og b) at stator- og rotorviklingene er koblet i parallell-ener seriedriftskobling, idet stator- og rotorfeltet under drift roterer motsatt.

5. Anordning som angitt i krav 4,karakterisert veda) at omformeren (4) er en 12-pulsig omformer som kan om-kobles til to-sekspulsige omformere, og b) at en av disse 6-pulsige omformere (4) kan tilsluttes rotorviklingene og den annen av de 6-pulsige omformere (4') kan tilsluttes statorviklingene i asynkronmaskinen.

6. Anordning som angitt i et av kravene 3-5,karakterisert vedat omformeren (4, 4') er en di-rektomformer eller en tvangskommutert omformer.