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Anordnung, um das Wiederfangen außertrittgefallener gekoppelter Synchronmaschinen,
Synchronkraftwerke oder -netze zu bewirken Gegenstand des Hauptpatentes. ist ein
Verfahren, um das Wiederfangen außertrittgefallener gekoppelter Synchronmaschinen,
Synchronkraftwerke oder Netze zu bewirken, indem unabhängig vom Sollwert der Frequenz
die außertrittgefallenen gekoppelten Maschinen bzw. Kraftwerke oder Netze oder ein
Teil von ihnen in Richtung auf eine Frequenz geregelt werden, die zwischen den augenblicklich
vorhandenen ungleichen Frequenzen liegt. Zu diesem Zweck wird eine Vorrichtung vorgesehen,
die auf den Richtungssinn des Frequenzunterschiedes der gekuppelten Maschinen, Kraftwerke
oder Netze anspricht. Gemäß der Erfindung des Hauptpatentes dienen dabei zur Feststellung
des Vorzeichens des Frequenzunterschiedes lediglich die Ströme in und die Spannungen
an den Kuppelleitungen der Maschinen bzw. Kraftwerke oder Netze. Vorteilhaft wird
jeder Maschine oder jedem Kraftwerk eine solche Vorrichtung beigegeben, die auf
die Leistung der Maschine direkt einwirkt. Beim Ansprechen der Vorrichtung wird
der normale Frequenz- oder Leistungsregler abgeschaltet, und die Maschinen der tiraftwerke
werden mit überschüssiger Leistung gedrosselt, während die Maschinen, und zwar vorzugsweise
alle des zweiten Kraftwerkes, mit geringer Leistung in ihrer Leistung gesteigert
werden. Man kann aber auch: nur in einem der Kraftwerke die normalen Regler abschalten
und nur auf diese die Vorrichtung, welche den Richtungssinn des Frequenzunterschiedes
feststellt, einwirken lassen. Wenn sich die Maschinen dann wieder gefangen haben,
setzt die normale Regelung wieder ein. Die Vorrichtung kann beispielsweise aus drei
Differenzrelais bestehen, die von Spannungen bzw. Strömen beeinflußt werden, welche
bei einer Störung des Synchronismus zyklisch nacheinander ihre Größe ändern, und
zwar in der Weise, daß die Reihenfolge der Größenänderung von dem Richtungssinn
des Frequenzunterschiedes abhängig ist. Zu diesem Zweck wird beispielsweise gemäß
dem Hauptpatent jeder Phase eines dreiphasigen .Spannungswandlers eine dem Strom
einer Phase proportionale Spannung zugeführt, und zwar derart, daß eine zyklische
Vertauschung
der den Strömen proportionalen Zusatzspannungen stattfindet.
Je zwei solcher Spalinungen wirken dann gemäß Fig. 1 des Haupt-., patentes auf zwei
Wicklungen eines Difl`eI renzrelais derart ein, daß die Reihenfolge,;i1.i' welcher
diese Relais ansprechen, vom Richtungssinn des Frequenzunterschiedes abhängig ist.
Je nach der Richtung des Frequenzunterschiedes wird dann das eine oder andere Impulsrelais
erregt, welches die Verstellung der Krafttnittelzufuhr bewirkt.
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Gemäß einer anderen Ausführungsform des Hauptpatentes wird jeder Phase
des dreiphasigen Spannungswandlers eine dem Strom ein und derselben Phase proportionale
Zusatzspannung zugeführt.
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Bei den Anordnungen nach dem Hauptpatent muß, wenn man größere Leistungen
zum Betrieb des Relais entnehmen will, der dreiphasige Spannungswandler einen festgelegten
Sternpunkt bekommen, d. h. die einzelnen Wicklungen müssen auf einem gemeinsamen
dreischenkligen Kern untergebracht sein oder eine geschlossene Dreiecksw ic
; klung erhalten.
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Gemäß der Erfindung werden zur Feststellung des Richtungssinns des
Frequenzunterschiedes Spannungen (Ströme) verwendet, von denen die erste einem Spannungs-oder
Stromvektor proportional ist, die zweite sich aus einem Strom- und einem Spannungsvektör
zusammensetzt und die dritte einem Stromvektor proportional ist oder sich aus einem
Spannungs- und Stromvektor zusamtnensetzt. Die Anordnung bietet den Vorteil, daß
man auch Spannungswandler verwenden kann, die keinen gemeinsamen Eisenkern besitzen,
und daß man trotzdem große Leistungen der Anordnung entnehmen kann.
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In der Zeichnung sind verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung
dargestellt. In Fig. i ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, bei
dem die erste Spannung einem Stromvektor proportional ist, während-die anderen beiden
Spannungen sich aus diesem Stromvektor und je einer Phasenspannung zusammensetzen.
R, S, T sind wieder die drei Phasen eines Wechselstromtietzes, an welche die Kraftwerke
2o und 21 angeschlossen sind. An die Leitung sind drei Spannungswandler 1o1, 102,
103 angeschlossen, deren Primärwicklungen in Stern geschaltet sind. Es können
drei Einphasenspannungswandler verwendet werden oder auch ein dreiphasiger Spannungswandler
mit einem zusätzlichen Schenkel. Parallel zur Sekundärwicklung des Spannungswandlers
1o1 -liegt erfindungsgemäß die Sekundärwicklung des Stromwandlers 104. Dadurch erreicht
man, daß sich der Sternpunkt der Sekundärspannungen U1, U., U3 verschiebt, so daß
die einzelnen Spannungen U1, U., L73 bei einer Störung des Synchronismus ihre Größe
in einer Reihenfolge ändern, die vom Üichtungssinn des Frequenzunterschiedes ab-.",.h-#ngig
ist. Im Ausführungsbeispiel speist # Sekundärwicklung Gleichrichter i11,
J - -de 112, 113, die aus je vier Gleichrichtern in Graetzscher Schaltung
bestehen. Die gleichgerichteten Spannungen sind über Widerstände 114, 11'5
und 116 in Dreieck geschaltet. Von der Differenz je zweier Spannungen wird das Relais
117 erregt. Dies kann beispielsweise ein Relais sein, wie es in Fig. q. des Hauptpatentes
beschrieben ist, nämlich ein nach dem Prinzip eines Drehstromlnotors gebautes Relais,
welches einen Kurzschlußanker und drei um 12o° versetzte Feldwicklungen besitzt.
Die Wicklungen des Relais können in Stern oder Dreieck geschaltet werden.
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In Fig. 2 ist das Vektordiagramm der Anordnung dargestellt. R, S,
7' bilden die drei Punkte des Spannungsdreiecks. LT" LT., L%3 sind die auf die Gleichrichter
einwirkenden Spannungen, und zwar ist die Spannung L'1 dem Strom proportional. Dieser
Vektor U1 muß beim Durcheinanderlaufen der Kraftwerke mit seiner Spitze stets einen
Kreis beschreiben, der irgendwie durch den Punkt l? hindurchgeht oder mindestens
sehr nahe daran vorbeiläuft. Der Mittelpunkt dieses Kreises soll nun nach Möglichkeit
mit dem Schwerpunkt 0 des Spannungsdreiecks zusammenfallen. In diesem Fall bekommt
rnan ein konstantes Drehmoment am Relaismotor. Das Drehmoment wird aber pulsierend,
wenn der Mittelpunkt des Stromverlaufkreises mit dem Schwerpunkt nicht jusammenfällt,
und kann sogar vorübergehend seine Richtung wechseln, falls der Schwerpunkt des
Spannungsdreiecks 0, wie in Fig. 2 für den gestrichelt gezeichneten Fall mit dem
Mittelpunkt 117" gezeigt ist, gänzlich außerhalb des Stromlaufkreises zu liegen
kommen. In den beiden Lagen mit dem Mittelpunkt M itnd ill' dagegen ergibt
sich zwar ein pulsierendes Moment, es behält aber stets ein gleichbleibendes Vorzeichen.
Wählt man nun die Anordnung so, daß bei den kleinsten Synchronismusstörungen, die
noch angezeigt werden sollen, der Kreismittelpunkt ungefähr mit dem Schwerpunkt
des Spannungsdreiecks zusammenfällt, so tritt zwar bei größeren Syiichronismusstörungen
ein pulsierendes @Ioment auf, dieses kann aber nicht vorübergehend seine Richtung
wechseln. Man kann aber auch die Bemessung so treffen, daß bei dem Strom, der im.
allgemeinen; bei einer Synchronismusstörung auftritt, der Mittelpunkt des Kreises
mit dem Schwerpunkt des Spannungsdre'--ecks zusammenfällt, und das Relais
so
bemessen, daß. bei kleinen Strömen, wenn das Moment negativ wird, die Kraft nicht
mehr genügt, um das Relais zum Ansprechen zu bringen.
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Die Relaiseinrichtung beim Kraftwerk 20 ist der Gbersichtlichkeit
halber nicht dargestellt. Sie kann genau so aufgebaut sein wie die Relaiseinrichtung
beim Kraftwerk 21.
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In Fig.3 ist ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt,
und zwar ist hierbei die erste Spannung einem Stromvektor proportional, die zweite
und dritte Spannung ist je aus einem Stromvektor-und einem Spannungsvektor zusammengesetzt.
R, S, T sind wieder die einzelnen Phasenleitungen der Koppelleitung. 121, 122, 123
sind Stromw-andler. Die Sekundärwicklungen der Stromwandler sind über Drosselspulen
12d., 125, 126 geschlossen. 127 ist ein Spannungswandler, der zwei Sekundärwicklungen
besitzt. Die eine Sekundärwicklung wird in Reihe rnit dein Widerstand 125 geschaltet,
die andere Sekundärwicklung ist in Reihe mit dem Widerstand 126 geschaltet, und
zwar sind diese Zusatzspannungen in beiden Stromkreisen um 18o° gegeneinander phasenverschoben.
Der Stromwandler 121 speist eine Gleichrichteranordnung i i i. Die Summe aus der
Spannung des Stromwandlers 122 und des Spannungswandlers 127 wird einer Gleichr:chterarlordnung
132 zog eführi, und die Summe aus der Spannung des Stromwandlers 123 und des Spannungswandlers
127 wird einem Gleichrichter 113 zugeführt. Diese Gleichrichter sind wieder über
Widerstände in Dreieck geschaltet, genau so wie bei der Anordnung nach Fig. i. Die
Differenz der gleichgerichteten Spannungen bzw. Ströme wirkt wieder auf ein Relais
117 ein.
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Die Dreiecksschaltung der Gleichrichter und die Erregung der Relais
von der Differenz zweier Spannungen bzw. Ströme bietet den Vorteil, daß das Gleichfeld
im Relais kompensiert werden kann. Man braucht dann keine besondere Kompensationswicklung
zu verwenden, wie sie beispielsweise bei der Anordnung nach Fig. 5 des Hauptpatentes
angewendet wurde. Diese Dreiecksschaltung der Spannungen der Gleichrichter ist nicht
auf die Anordnung nach den Fig. i und 3 der Erfindung beschränkt, sondern man kann
sie auch beispielsweise bei der Anordnung =nach Fig..I des Hauptpatentes verwenden,
wo der Spannungswandler 61 einen dreischenkligen Eisenkern erhält oder eilte Dreieckswicklung
bekommt, wenn man größere Leistungen entnehmen, will.
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In den Ausführungsbeispielen ist angenomrnen worden, daß ein Drehstrominotorrelais
verwendet wird. Man kann aber auch die erzeugten Spannungen' verwenden, um beispielsweise
eine Anordnung, wie sie in Fig. i des Hauptpatentes dargestellt ist, zu betreiben.
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Die Anordnung nach der Erfindung ist nicht auf die beiden Ausführungsbeispiele
beschränkt, bei denen Phasenstrom und Phasenspannung bzw. Phasenstrom und verkettete
Spannung verwendet, sind, sondern man kann auch beispielsweise bei der Arlordnurig
nach @Fig. 3 verkettete Ströme und eine Phasenspannung oder eine verkettete Spannung
verwenden.
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In Fig. 4 ist ein anderes Ausführungsbei- Ausführungsbeispiel der
Erfindung dargestellt, bei dein ein - spiel verwendet wird und bei dem eine
dem Strom proportionale Spannung, eine der Spannung proportionale Spannung und eine
Spannung verwendet wird, die sich aus einem Stromvektor und einem Spannungsvektor
zusammensetzt. Zunächst soll im Vektordiagramm der Fig. 5 die Wirkung erläutert
werden. R, S, T bedeuten die Endpunkte des Spannungsdreiecks. Der dem Strom
in einer Phase proportionale Vektor a soll bei eitler Pendelung einen Kreis beschreiben,
der durch die Punkte R, S, 7' hindurchgeht. Zu diesem Vektor wird eine Spar1-nung
b addiert, welche eine Sehne des Kreises bildet. Die Summe aus den Vektoren a und
b gibt den Vektor c, der annähernd um 9o° gegen den Vektor a, nach- bzw. voreilt,
je nach dem Richtungssinn des Frequenzunterschiedes. Subtrahiert man von den beiden
Vektoren a und c einen konstanten Vektor, z. B. den Vektor 0R, so bekommt matt um
Null schwankende Spannungen, die. man zum Betrieb eines Zweiphasenmotorrelais verwenden
kann. Bei dem Ausführungsbeispiel der Anordnung nach Fig. 4 ist an Stelle der Spannung
0R eine Spannung verwendet worden, die senkrecht zu dieser steht, und zwar die verkettete
Spannung ST. Diese wird über einen Spannungswandler 13o den beiden Gleichrichteranordnungen
131 und 132 zugeführt, die j e über einen Widerstand 133 bzw. 134 geschlossen sind.
Der stromproportionale Vektor a wird mittels des Stromwandlers 134 erzeugt, der
auf einen Widerstand 135 arbeitet und. die Gleichrichteranordnung 136 speist, die
über einen Widerstand 137 geschlossen ist. Von der Spannung S T und einem Teil der
Spannung SR, die mittels des Spannungswandlers 138 erzeugt werden, wird der Gleichrichter
140 gespeist. In diesem Stromkreis ist noch eine Zusatzspannung eingefügt über einen
Wandler 139, die dem Strom des Wandlers 134 proportional ist. Dadurch wirkt auf
den Gleichrichter i.Io eine Spannung, welche dem Vektor c entspricht. Der Gleichrichter
i,Io ist über einen Widerstand 141 geschlossen. 142 ist ein Zweiphasenmotorrelais,
welches
ähnlich wie das Drehstrommotorrelais bei den Anordnungen nach Fig. i und 3 gebaut
ist, nur mit dem Unterschied, daß es nur zwei Feldwicklungen 144 und 143 erhält.
Die Wicklung 1¢3 wird von der Differenz aus den Spannungen der Gleichrichter 131.und
136, die Wicklung 144 aus der Differenz der Spannungen des Gleichrichters
132 und i4.o gespeist. Je nach dem Richtungssinn des Frequenzunterschiedes
macht das Relais nach der einen oder' anderen Richtung Kontakt.
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Wie.bereits eingangs erwähnt, wird man diese.Anordnungen zweckmäßig
an den Enden jeder Koppelleitung vorsehen. Durch das R -'ais wird dann die Kraftmittelzufuhr
zu p - -
den Maschinen der zugehörigen Kraftwerke beeinflußt, indem beispielsweise
ein Steuermotor je nach. dein Ausschlag des Relais in der einen oder anderen Richtung
zum Umlauf gebracht wird, -und das Ventil der Treibmittelzufuhr verstellt.
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. Um zu erreichen, daß bei kurzzeitig aufeinanderfolgenden Impulsen
der Steuermotor dauernd läuft, kann man Speicherschaltungen verwenden. Zu diesem
Zweck kann man beispielsweise, wie in Fig. 6 dargestellt ist, die Wicklungen der
beiden Impulsrelais 150 und 151 über einen Widerstand. i52 von der Spannungsquelle
153 ,erregen. Das andere Ende der Wicklungen der beiden Relais i So und 151 ist
mit dem feststehenden Kontakt 155 bzw. 156 des von der Frequenzdifferenz
abhängigen Hauptrelais 154 verbunden. 158 ist ein Zeitrelais, dessen Wicklung in
Reihe mit den Haltekontakten 159 bzw. 16o der Relais 150
und 151 parallel
zu dem beweglichen Kontakt 157 und dem feststehenden Kontakt 155 bzw. 156 liegt.
161 und 162 sind die Steuerkontakte der beiden Relais, durch welche beispielsweise
.der Drehzahlverstellmotor einer Maschine beeinflußt wird: Die Kontakte, durch welche
die normale Regelung unterbrochen wird, Aind in der Abbildung nicht dargestellt.
Der Ruhekontakt 163 des Zeitrelais liegt in dem von der Batterie 153 ausgehenden
Stromkreis. Der Widerstand 152 hat den Zweck, zu verhindern, daß, wenn beispielsweise
das Relais 15o angezogen ist und das Relais 154 den Kontakt 155 öffnet und den Kontakt
156 schließt, auch das Relais 151 zum Ansprechen kommt. Die Wirkungsweise der Anordnung
ist folgende: Macht das Relais 154 nach links Kontakt, so wird von der Batterie
aus über den geschlossenen Kontakt 163, den beweglichen Kontakt 157 die Spule des
Relais i5o erregt. Dieses schließt seinen Haltekontakt 159 und den Steuerkontakt
161. Sobald das Relais 154 den Kontakt 155 öffnet, wird über den FläItekontakt 159
die Spule des Zeitrelais 158 erregt, welches nach seinem Ablauf den Ruhekontakt
163 öffnet und damit das Relais 150 wieder zum Abfall bringt. Wenn daher kurzzeitig
hintereinander das Relais 15,4 auf die linke Seite Kontakt gibt, so wird, da- das
Zeitrelais bei der Kontaktgabe immer kurzgeschlossen und dädurch in seine Anfangsstellung
zurückgeführt wird, bei genügend schneller Kontaktgabe ein Dauerimpuls erfolgen.
Wie- bereits erwähnt, wird durch den Widerstand 152 erreicht, daß bei schneller
Kontaktgabeumkehr die Spannung am anderen Impulsrelais so verringert ist, daß dieses
nicht zum Ansprechen kommen kann.