DE924574C - Schaltanordnung fuer Stromerzeugungsanlagen mit Synchrongeneratoren - Google Patents

Schaltanordnung fuer Stromerzeugungsanlagen mit Synchrongeneratoren

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DE924574C
DE924574C DEB24875D DEB0024875D DE924574C DE 924574 C DE924574 C DE 924574C DE B24875 D DEB24875 D DE B24875D DE B0024875 D DEB0024875 D DE B0024875D DE 924574 C DE924574 C DE 924574C
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Germany
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generator
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DEB24875D
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English (en)
Inventor
Siegmund Dipl-Ing Bauer
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ADELHEID BAUER
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ADELHEID BAUER
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K19/00Synchronous motors or generators
    • H02K19/16Synchronous generators
    • H02K19/38Structural association of synchronous generators with exciting machines

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Eletrric Generators (AREA)

Description

  • Schaltanordnung für Stromerzeugungsanlagen mit Synchrongeneratoren Bei Synchrongeneratoren ist es mitunter erwünscht, .die Erregermaschine nicht unmittelbar mechanisch mit dem Synchrongenerator zu kuppeln, sondern einen elektromotorischen Hilfsantrieb vorzusehen, der von der Generatorspannung gespeist wird. Beispielsweise ist es bei vertikalen Wasserkraftgeneratoren, die mit Kaplanturbinen gekuppelt sind, nicht zweckmäßig, die Erregermaschine, wie sonst üblich, auf das obere Ende der Generatorwelle zu setzen, da von dem oberen Ende aus bereits die Steuerung des Laufrades der Kaplanturbine vorgenommen wird. Auch in anderen Fällen hat oft mit Rücksicht auf Drehzahl und Bauart die mechanisch gekuppelte Erregermaschine Nachteile. Wenn jedoch ein besonderes, vom Generator elektrisch gespeistes Erregeraggregat vorgesehen ist, so ergeben sich andererseits Schwierigkeiten bei einer Betriebsstörung des Generators, insbesondere bei einem Kurzschluß. Die Spannung an dem Antriebsmotor der Erregermaschine sinkt dann auf einen Betrag, bei dem das Kippmoment des Motors bereits kleiner ist als das für die Erregermaschine notwendige Antriebsdrehmoment. Der Motor kommt dann zum Stillstand, so daß nach dem Aufhören des Kurzschlusses keine Spannung für die Erregung des Generators zur Verfügung steht. Dadurch wird eine erhebliche Verlängerung der Dauer der Störung herbeigeführt, wobei das ganze Kraftwerk außer Betrieb kommen kann. Ähnliche Störungen ergeben sich für die Antriebsmotoren von anderen Hilfsmaschinen der Stromerzeugungsanlage (Ölpumpen, Kesselspeisepumpen bei Wärmekraftwerken u. dgl.).
  • Die Erfindung betrifft eine Schaltanordnung für Stromerzeugungsanlagen mit Synchrongeneratoren, bei der dieser Nachteil vermieden wird und den mit Erregerumformern ausgestatteten Synchrongeneratoren oder den elektromotorischen Hilfsantrieben für die anderen Hilfsmaschinen (Ölpumpen, Kesselspeisepumpen u. dgl.) die gleiche Betriebsbereitschaft bei Störungen im Netz verliehen wird, welche Kraftwerke mit Generatoren mit aufgebauten Erregermaschinen haben. Erfindungsgemäß wird der Antriebsmotor für die Erreger- oder anderen Hilfsmaschinen dauernd gleichzeitig einerseits von der Generatorspannung, andererseits von dem Generatorstrom gespeist, und der Generatorstrom erzeugt bei einem Kurzschluß des Generators einen wesentlichen Teil des Hilfsantriebsdrehmoments. Dadurch wird erreicht, daß auch bei einem Kurzschluß des Generators die Erregermaschine oder die anderen Hilfsmaschinen mit einer Drehzahl angetrieben werden, die eine ausreichende Leistungsabgabe der Erregermaschine bzw. einen ordnungsgemäßen Betrieb der anderen Hilfsmaschinen ermöglichen.
  • Es ist bereits eine Anordnung zur Erregung von Synchronmaschinen mit einem die Erregerwicklung der Maschine oder ihrer Erregermaschine speisenden, wechselstromseitig an den Klemmen der Synchronmaschine liegenden Gleichrichter bekannt, an der eine selbsttätige Umschaltvorrichtung (ein im Gleichrichterstromkreis liegendes Umschaltrelais) vorgesehen ist, die beim Ausbleiben der Synchronmaschinenspannung infolge einer Störung im Netz den Gleichrichter an einen im Hauptstromkreis der Synchronmaschine liegenden Stromwandler zwecks Aufrechterhaltung der Erregung legt.
  • Bei der bekannten Einrichtung handelt es sich also um eine mechanisch gekuppelte Erregermaschine, die lediglich vom Netz über einen Gleichrichter fremderregt wird, während bei der Erfindung ein mechanisch von der Hauptmaschine unabhängiges, sich selbst erregendes Erregeraggregat vorhanden ist. Ferner soll bei der bekannten Einrichtung ein bestimmter Nachteil der Fremderregung beseitigt werden, da beim Sinken der Netzspannung die Fremderregung aufrechterhalten werden soll. Bei der Erfindung soll ein bestimmter Nachteil des selbständigen Erregeraggregats beseitigt werden, da hier beim Sinken der Netzspannung ein Zusammenbruch der Drehzahl des Erregeraggregats vermieden werden soll. Ferner ist zu beachten, daß bei der bekannten Einrichtung die Speisung der Fremderregung von der Netzspannung auf die Speisung durch den Strom der Synchronmaschine umgeschaltet wird, während bei der Erfindung eine solche Umschaltung nicht vorhanden ist. Der Antrieb der Erregermaschine wird vielmehr dauernd von der Netzspannung und dem Generatorstrom gespeist. Dies bedeutet einen wesentlichen Vorteil, da, .die bei der bekannten Anordnung notwendige Umschaltung erstens Verzögerungen herbeiführt und zweitens 'die Betriebssicherheit infolge der Schaltkontakte und des . Umschaltmechanismus leidet.
  • Zwar ist bei der Erfindung ebenso wie bei der bekannten Anordnung zwischen :dem Generator und dem Netz dauernd die Impedanz des den elektromotorischen Hilfsantrieb bzw. die Zusatzerregung speisenden Stromwandlers geschaltet. Dies ist aber kein wesentlicher Nachteil, da diese zusätzliche Impedanz im Verhältnis zur Impedanz des Generators ganz geringfügig gehalten und in ihrer Auswirkung berücksichtigt werden kann. Da der Generator zur Aufrechterhaltung seiner Spannung bzw. seines Blindstromes bereits mit einem selbsttätigen Spannungsregler ausgerüstet ist, so wird dieser die durch die Impedanz des Stromwandlers hervorgerufenen Spannungsabfälle oder Spannungsschwankungen ebenfalls mit ausregeln. In vielen Fällen kann die Impedanz des Stromwandlers mit Rücksicht auf die Dämpfung von Kurzschlußströmen sogar erwünscht sein.
  • Vorstehende Darlegungen behandeln vergleichend die Vorteile der Erfindung gegenüber der bekannten Anordnung bei Verwendung für den Sonderfall ,der Erregung von Generatoren. Die Erfindung ermöglicht jedoch die Verwendung für jeden zu einem Generator gehörigen motorischen Hilfsantrieb, wie z. B. Ölpumpen von Reglern und Lagerkühlwasserpumpen usw. bei Wasser- und Dampfturbinen. Es wird also die mechanische Welle für diese Antriebe gemäß der Erfindung durch eine elektrische Welle ersetzt.
  • Im folgenden .ist die Erfindung an Hand der Ausführungsbeispiele der Zeichnung näher erläutert. In Fig. I ist I ein Synchrongenerator, 2 :ist seine Erregermaschine, die von einem Asynchronmotor 3 mit Kurzschlußläufer angetrieben wird. Die Ständerwicklung des Motors 3 ist nun einerseits über den Transformator 4 an die Generatorspannung angeschlossen, andererseits wird sie über den Stromtransformator 5 von .dem Generatorstrom gespeist. Der Stromtransformator 5 ist in diesem Fall in dem Sternpunkt der Ständerwicklung des Generators I eingeschaltet. Die der Ständerwicklung des Motors 3 insgesamt aufgedrückte Spannung ist daher einerseits von der Spannung des Generators, andererseits von .dessen Belastungsstrom abhängig. Betriebsmäßig liefert die Generatorspannung den größeren Teil dieser dem Motor 3 aufgedrückten Spannung. Im Kurzschlußfall sinkt die Generatorspannung auf einen Bruchteil, jedoch steigt dafür der Generatorstrom stark an, und der Ständerwicklung des Motors 3 wird nach wie vor eine ausreichend hohe Spannung zugeführt. Die Schaltung der für die Speisung des Motors 3 dienenden Transformatoren ist zweckmäßig so zu wählen, daß die aufgedrückte, vom Strom herrührende Zusatzspannung bei Nennlast keine unzulässige Erhöhung der Motorspannung bewirkt, sich aber im Kurzschlußfall `bestmöglich zur Restspannung - des Eigenbedarfstransformatoxs 4 - hinzuaddiert. Hierzu ist eine solche Schaltung der Transformatoren am zweckmäßigsten, bei der die stromabhängige Spannung gegenüber der spannungsabhängigen Spannung 30° voreilt. Der Stromtransformator 5 ist im übrigen unter Wahrung wirtschaftlich vertretbarer Abmessungen möglichst derart auszuführen, daß er erst bei Kurzschluß in das Gebiet der Eisensättigung kommt, um die Speisung des Motors 3 durch den Generatorstrom im Kurzschlußfall nicht infolge Eisensättigung zu schwächen. Der Motor 3 kann auch im Ständer mit zwei z. B. in Stern oder in Dreieck geschalteten Wicklungen ausgerüstet sein, von denen die eine von der Generatorspannung, die zweite vom Generatorstrom gespeist wird.
  • Ein weiterer Vorteil .der beschriebenen Anordnung liegt darin, daß sie auch bei dem häufig auftretenden zweipoligen Kurzschluß im Netz ein hohes Drehmoment des Motors sicherstellt. Bei einem zweipoligen Kurzschluß wird das Spannungssystem unsymmetrisch und enthält außer einer mitläufigen Komponente auch eine gegenläufige, deren Entstehungsort an der Störungsstelle im Netz liegt. Von der Ständerwicklung des Motors aus betrachtet ist die Energierichtung des gegenläufigen Drehfeldes an den beiden Wicklungsenden entgegengesetzt; daher hebt sich die Wirkung des gegenläufigen Drehfeldes, welches das nützliche Drehmoment vermindert, auf.
  • Bei der Anordnung nach Fig. 2 dient für den Antrieb der Erregermaschine ein Schleifringläufermotor 6. Die Ständerwicklung des Motors 6 ist wieder an die Generatorspannung angeschlossen, die Läuferwicklung an den im Sternpunkt der Generatorwicklung liegenden Stromtransformator 5. Bei Leerlauf des Generators entwickelt die Sekundärwicklung des Stromtransformators 5 keine Spannung, und der Läuferstrom des Motors 6 kann sich über diese Wicklung schließen, die wie ein Wechselstromwiderstand wirkt. Der Motor läuft dabei asynchron mit etwa der Hälfte der Drehzahl des doppeltgespeisten Betriebs, was zulässig ist, da bei Leerlauf des Hauptgenerators auch die Erregerleistung bei Maschinen der üblichen Ausführung nur ein Bruchteil der Nennerregerleistung beträgt. Bei Belastung des Generators und insbesondere bei dessen Kurzschluß wird hingegen vorn Stromtransformator 5 aus der Läuferwicklung ein: Strom zugeführt, der bewirkt, daß der Motor 6 wie ein doppelt gespeister Synchronmotor läuft und dabei ein erhebliches Drehmoment entwickelt. Bei diesen doppelt gespeisten Motoren sind besondere Maßnahmen zum Intrittbringen nicht erforderlich, vielmehr laufen diese Maschinen von selbst in den Synchronismus hinein, wenn Ständer und Läufer den dem Lastmoment entsprechenden Strombelag erreicht haben. Es wird dabei der vom Stromtransformator 5 gespeiste läuferseitige Strombelag nach Maßgabe der Belastung des Hauptgenerators anwachsen, und die Maschine muß so bemessen sein, daß sie nach Erreichen eines bestimmten Wertes des läuferseitigen Strombelags die Betriebsdrehzahl erreicht. Sofern der Generator auf das Netz arbeitet, wird er normalerweise stets Wirkleistung oder Blindleistung in einem zu seiner Nennleistung angemessenen Verhältnis abgeben, so daß der Umformermotor mit seiner vollen Drehzahl läuft. Der Fall, daß der Generator im Leerlauf am Netz liegt, wobei der Umformermotor nur die halbe Betriebsdrehzahl hat, ist nur ein kurzzeitiger Übergangszustand.
  • Die Anordnung nach Fig. 3 der Zeichnung ist ähnlich der nach Fig. I. Der als Asynchronmotor ausgebildete Motor 7 wird also im Ständer einerseits vom Generatorstrom, andererseits von der Generatorspannung gespeist. Neben dem Motor 7 ist jedoch noch ein nur von der Generatorspannung gespeister Asynchronmotor 8 für den Antrieb der Erregermaschine vorgesehen. Die Anordnung nach Fig. 3 hat den Vorzug, daß bei der Auslegung des Hauptantriebsmotors 8 auf die Stabilisierung des Antriebes nicht so weitgehend Rücksicht genommen werden muß. Die Daten der Richtmaschine 7 und des Sternpunkttransformators 5 können leichter aufeinander abgestimmt werden.
  • Die Anordnung nach der Erfindung kann man auch derart ausbilden, daß außer bzw. an Stelle des Motors für den Antrieb der Erregermaschine andere wichtige Hilfsmotoren einerseits von der Generatorspannung, andererseits vom Generatorstrom gespeist werden, so daß diese Motoren beim Generatorkurzschluß ihre Drehzahl und Leistung annähernd beibehalten.

Claims (7)

  1. PATENTANSPRÜCHE: I. Schaltanordnung für Stromerzeugungsanlagen mit Synchrongeneratoren, bei denen vom Generator gespeiste elektromotorische Hilfsantriebe für die Erreger- oder andere Hilfsmaschinen (Ölpumpen, Kesselspeisepumpen u. dgl.) vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsmotor (3) für die Erreger- oder anderen Hilfsmaschinen (2) dauernd gleichzeitig einerseits von der Generatorspannung (Transformator 4), andererseits von dem Generatorstrom (Transformator 5) gespeist wird und der Generatorstrom bei einem Kurzschluß des Generators (I) einen wesentlichen Teil des Hilfsantriebsdrehmoments erzeugt.
  2. 2. Schaltanordnung nach Anspruch i, dadurch .gekennzeichnet; daß der Antriebsmotor (3) der Erreger- oder Hilfsmaschine (2) an derselben oder an getrennten Wicklungen von der Generatorspannung und vom Generatorstrom gespeist wird.
  3. 3. Schaltanordnung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen im Sternpunkt der Generatorwicklung liegenden Stromtransformator (5) für die Speisung des Antriebsmotors (3) der Erreger- oder Hilfsmaschine (2). q..
  4. Schaltanordnung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen in den netzseitigen Ableitungen des Generators (i) liegenden Stromtransformator für die Speisung des Antriebsmotors (3) der Erreger- oder Hilfsmaschine (2).
  5. 5. Schaltanordnung nach Anspruch I, gekennzeichnet durch einen mit Primär- und Sekundärwicklung versehenen, doppelt gespeisten Motor (6, Fig. 2) für den Antrieb der Erreger-oder Hilfsmaschine (2), dessen eine Wicklung von der Spannung des Generators (I) gespeist wird, während die andere Wicklung, zweckmäßig über einen in den Generatorableitungen oder in dem Sternpunkt der Generatorwicklung eingeschalteten Stromtransformator (5), vom Generatorstrom gespeist wird.
  6. 6. Schaltanordnung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß außer dem von der Generatorspannung und dem Generatorstrom gespeisten Antriebsmotor (7) noch ein nur von der Generatorspannung .gespeister Motor (8) für den Antrieb der Erreger- oder Hilfsmaschine (2) vorgesehen ist, der betriebsmäßig den größeren Teil des Antriebsdrehmoments liefert (Fig.3).
  7. 7. Schaltanordnung nach den Ansprüchen I bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die stromabhängige Spannung des Stromtransformators (5) :gegenüber der spannungsabhängigen Spannung des Spannungstransformators (q.) um 30'° voreilt.
DEB24875D 1938-09-20 1938-09-20 Schaltanordnung fuer Stromerzeugungsanlagen mit Synchrongeneratoren Expired DE924574C (de)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3252066A (en) * 1961-08-31 1966-05-17 Ass Elect Ind Control of dynamo-electric machines

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US3252066A (en) * 1961-08-31 1966-05-17 Ass Elect Ind Control of dynamo-electric machines

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