Verfahren zur Speisung von Wechselstromnetzen durch Asynchrongeneratoren. Wie bekannt, geben Asynchronmotoren, wenn sie übersynchron angetrieben werden, elektrische Energie an das Netz ab, können in dieser Weise also als Generatoren ver wendet werden,. um an der Speisung des Netzes mit teilzunehmen. Dagegen ist es bisher nicht möglich gewesen, ein Netz lediglich durch Asynchrongeneratoren zu speisen. Diese Aufgabe wird durch die Er findung gelöst, und zwar dadurch, dass der speisende Asynchrongenerator von einer Wechselstromquelle erregt wird, deren Span nung und Periodenzahl von dem zu speisen den Netz unabhängig ist.
Die Erregerenergie wird dem Generator über eine Vorrichtung zugeführt, welche die Frequenz der Erreger stromquelle umzuformen in der Lage ist. Die Ursache nämlich, die bisher die aus schliessliche Speisung eines Netzes durch Asynchrongeneratoren verhinderte, lag darin, dass der Wechselstrom, der erzeugt wurde, selbst dazu dienen musste, die ihn erzeugende Maschine zu erregen. Das ergab unstabile Zustände, und bei jedem Versuch, mit Asyn- cbrongeneratoren allein zu arbeiten, traten mit der Belastung derartige Schwankungen der Spannung und Periodenzahl ein, dass jeder praktische Betrieb unmöglich war.
Da durch, dass gemäss der Erfindung eine Wechsel stromquelle zur Erregung verwendet wird, deren Spannung und Periodenzahl von dem zu speisenden Netz unabhängig sind, werden diese Schwierigkeiten beseitigt, und es er gibt sich eine Energieversorgung des Netzes; die der bekannten Energieerzeugung durch Synchrongeneratoren wesentlich überlegen ist, denn gemäss der Erfindung lässt sich die Energieerzeugung so ausbilden, dass auch bei schwankender Antriebsdrehzahl die Spannung und die Periodenzahl des erzeugten Wechsel stromes hinreichend konstant ist.
Ein Ausführungsbeispiel ist in Fig. 1 dargestellt. Die Asynchronmaschine 1 soll das Netz 5 selbsttätig speisen und wird hier zu von einer Kraftmaschine 2 angetrieben. Die Läuferwicklung des Generators 1 ist mit den Bürsten einer gommutatorhintermaschine 3 verbunden, die mit dem Generator mecha- nisch gekuppelt ist. Diese Kommutator- hintermaschine hat die Aufgabe der Fre- quenzumformung, 3liegt ausserdem mit ihren Schleifringen an einer Wechselstromquelle 4 selbständiger Art.
Ein solcher Maschinensatz hat die Eigen tümlichkeit, dass die Frequenz an den Netz klemmen der Asynchronmaschine 1 unab- härrgig von der Drehzahl und der Belastung stets ebenso gross ist, wie die Frequenz an den Schleifringen der Kommutatormaschine 3. Daraus folgt, dass die vom Generator er zeugte Frequenz nur von der Erregerfrequenz abhängig ist und dass Drehzahlschwankungen des Generators auf die Netzperiodenzahl keinen Einfluss haben. Es liegt hier der ein fachste und betriebsmässig wertvolle Fall vor, dass die Erregerperiodenzahl gleich der Netzperiodenzahl ist.
Die Erregung der Kommutatormaschine erfolgt hier mit kon stanter Netzfrequenz.
Es kann aber auch eine ständerseitig fremd erregte Kommutatorhintermaschine Verwendung finden. Dann muss die Erregung dieser Maschine mit veränderlicher Frequenz erfolgen, damit bei der jeweils auftretenden Generatordrehzahl die Netzfrequenz kon stant bleiben soll. Diese veränderliche Fre quenz kann in ihrem jeweils notwendigen Augenblickswert, zum Beispiel mit Hilfe einer Antriebsmaschine konstanter Drehzahl ge wonnen werden, die auf an sich bekannte Vorrichtungen zur Umformung der Frequenz, zum Beispiel auf Frequenzwandler, Diffe rentialgetriebe oder deren elektrische oder mechanisch elektrische Äquivalente arbeitet.
Zwei derartige Ausführungsbeispiele der Erfindung zeigen die Fig. 2 und 3. In Fig. 2 bedeutet wieder 1 den Asynchrongenerator, 2 die antreibende Kraftmaschine, 3 die Kom- mutatormaschine, welche diesmal ständer- seitig erregt wird, 4 ein Netz konstanter Periodenzahl, das durch eine Kraftmaschine konstanter Drehzahl erzeugt wird, 5 das zu speisende Netz und endlich 6 einen Frequenz- wandler, der mechanisch mit dem Generator gekuppelt ist.
Durch den Frequenzwandler 6 wird die der konstanten Drehzahl entsprechende konstante Erregerfrequenz 4 auf die bei der jeweils vorhandenen Generatordrehzahl und ge wünschten Netzfrequenz erforderliche Schlupf frequenz umgeformt. Die Kommutatormaschine 3 wird also hier mit veränderlicher Frequenz erregt.
Ähnlich liegt der Fall bei Fig. 3. Auch hier bedeutet 1 wieder den Generator, 2 die antreibende Kraftmaschine, 3 die ständer- seitig erregte Kraftmaschine, 5 das zu spei sende Netz, 8 ein sogenanntes elektrisches Differentialgetriebe, welches ständerseitig mit dem Maschinensatz gekuppelt, läuferseitig dagegen von einer besonderen Kraftmaschine 7 angetrieben wird. Die Maschine 8 ist wie ein gewöhnlicher Synchrongenerator gebaut, so dass zum Beispiel dem Ständer Dreiphasen strom entnommen werden kann, wenn dem Läufer aus einem Gleichstromnetz 9 Gleich stromerregung zugeführt wird.
Auch hier erhält die Kommutatormaschine 3 ihre Erre gung mit veränderlicher Frequenz, welche trotz konstanter Antriebsdrehzahl der Ma schine 7 durch die Eigenart des Differential getriebes stets den jeweils richtigen Wert hat.
Die bisher erwähnten Einrichtungen lassen sich noch weiter verbessern. Die den Erregerstrom 4 (siehe zum Beispiel Fig. 1) liefernde Stromquelle würde nämlich über den Generatorsatz zur Speisung des Netzes 5 mit herangezogen werden und daher einer nicht unbeträchtlichen mechanischen Antriebs energie bedürfen.
Soll das vermieden werden, so muss die Kommutatormaschine so eingerichtet sein, dass eine Leistungsübertragung auf induk tivem Wege von primären zum sekundären Teil ausgeschlossen ist. Sie wird daher als sogenannte kompensierte Maschine ausge führt, bei der zum Beispiel Ständer- und Läuferwicklungen so in Reihe geschaltet sind, dass sich ihre Amperewindungen gegenseitig aufheben. Eine der Maschine über den Ständer zugeführte Leistung kann sich des halb in mechanische Energie an der Welle umsetzen und umgekehrt, während an den Schleifringen lediglich Erregerstrom vor- handen ist.
Da diese Erregerströme nur die Magnetisierung und einen Teil der Ohmschen Verluste der Hintermaschine zu decken haben, kann die Grösse der Erregermaschine im Vergleich zu dem Hauptgen-erator ver schwindend klein gehalten werden.
Wird ein Maschinensatz zum Beispiel nach der Fig. 1 .von der Stromquelle 4 aus erregt und läuft der Generator mit einer der Erregerperiodenzabl 4 genau entspre chenden Synchrondrehzahl, so bat die von den Bürsten der Hintermaschinen dem Läufer der Asynchronmaschine aufgedrückte Span nung E$ lediglich die durch den Magneti- sierungsstrom im Läufer verursachten Ohm- sehen Spannungsabfälle zu decken. Denn in folge des synchronen Laufes werden irgend welche elektromotorischen Kräfte in der Läuferwicklung der Hauptmaschine nicht erzeugt.
In der Fig. 4 ist dieser Ohmsche Spannungsabfall durch den Vektor iur2 dargestellt; in Phase mit iur2 ist das Feld A Senkrecht zu diesem Feld steht die Ständerklemmenspannung A. Für die aufgedrückte Spannung E$ ist ein Kreis ge zeichnet, der der Amplitude dieser Spannung entspricht.
Dieser Kreis ist der geometrische Ort des Endpunktes dieses Vektors, denn die Phasenlage von E$ zii der Klemmen spannung El liegt nicht ohne weiteres fest und ist davon abhängig, welche Spannungs abfälle und EMKg im Läuferstromkreis der Vordermaschine zu überwinden sind. Wird jetzt dieser leerlaufende Generator vom Netz 5 aus mit einem Wirkstrom Ji belastet, so entsteht an der Welle des Generators ein verzögerndes Moment, das von der antrei benden Kraftmaschine überwunden werden muss. Die Drehzahl der Kraftmaschine wird entsprechend der Charakteristik ihres Reglers absinken und dadurch den Generator zu untersynchronem Lauf bringen.
Im Läufer stromkreis entsteht dadurch eine Gegen spanneng EMg2Z, ausserdem tritt im Läufer stromkreis ein weiterer Ohmscher Spannungs abfall des Wechselstromes J2'r2 auf. Dieser Spannungsabfall und die zusätzliche Gegen spannung EMK2Z liegen miteinander in Phase; sie müssen von der aufgedrückten Spannung F$ gedeckt werden, das heisst aber, die Bürstenspannung FB muss eine Komponente Er entwickeln, die der Summe der beiden ersten Spannungen gleich ist. Aus dem .Diagramm geht hervor, dass der Vektor E$ in der Lage E2' dieser Anforderung genügt.
Für die Deckung des durch den Magneti- sierungsstrom hervorgerufenen Ohmschen Spannungsabfalls bleibt aber dann nur noch der Vektor in'r? übrig, der bedeutend kleiner ist als der im Leerlauf zur Verfügung ste hende Vektor iur2, das heisst der Erreger strom sinkt im Verhältnis der beiden Vek toren, das Feld und damit die Ständer spannung Ei sinken also mit zunehmender Belastung. Die Fig. 5 zeigt das Verhalten des.
Generators für den Fall, dass die Leerlaufsdrehzahl der Kraftmaschine unter halb der der Erregerfrequenz 4 entsprechen den synchronen Drehzahl liegt, dass also der Generator von vornherein im untersynchronen Bereich arbeitet. In diesem Betriebszustand muss die aufgedrückte Hintermaschinenspan- nung E$ bei Leerlauf den durch den Magne- tisierungsstrom hervorgerufenen Spannungs abfall iur2 zind die durch den Schlupf her vorgerufene Läufer EMg2o decken.
Sie genügt dieser Bedingung in der Vektor lage .A. Wird der Generator belastet, so entsteht im Läuferstromkreis ein Ohmscher Spannungsabfall des Wattstromes Jz'r2 und eine durch Abfall der Kraftmaschinendreh- zahl verursachte zusätzliche Gegenspannung EHK2, Die aufgedrückte Spannung E$ muss nunmehr die drei in Phasen liegenden Vek toren EMg?,o, His und EMK2Z decken,
sie genügt dieser Bedingung in der Lage E2'. Die für den Ohmschen Spannungsabfall des Erregerstromes dann zur Verfügung stehende Komponente i'r2 ist abermals wesentlich kleiner als die ursprüngliche iur2 und ver ursacht ein starkes Fallen der Spannung mit der Belastung.
Wesentlich andere Verhältnisse liegen vor, wenn die Leerlaufsdrehzahl der Kraft maschine oberhalb der der Erregerfrequenz 4 entsprechenden synchronen Drehzahl gewählt wird. Die Fig. 6 zeigt das Diagramm für diesen Betriebszustand.
Infolge der über synchronen Drehzahl entsteht eine Gegen spannung EHK9o, die im Leerlauf von der Bürstenspannung E$ zu decken ist; sie genügt dieser Bedingung in der Lage E2. Die den Erregerstrom bestimmende Kompo nente ist dann iur2. Bei Belastung, das heisst bei sinkender Kraftmaschinendrehzahl findet zunächst eine Verkleinerung der sekundären MTIL auf den Wert @1VII@2Z statt.
Der gleichzeitig auftretende Ohmsche Spannungs abfall J2'r2 des Läuferwattstromes ist dieser E11K entgegengesetzt, so dass nur noch die Differenz dieser beiden Vektoren zu decken ist.
-Dieser Bedingung genügt die aufgedrückte Spannung ZB in der Lage E2'. Zur Deckung des durch den Erregerstrom verursachten Ohmschen Spannungsabfalls steht aber nun mehr der Vektor i" 'r-, zur Verfügung, und dieser ist jetzt grösser als der Vektor bei Leerlauf "r2, das heisst aber, der Magneti- sierungsstrom ist bei Belastung grösser, das Feld 0 stärker und die Klemmspannung L'r höher.
Es ist also dies eine selbsttätige Gegenkompoundierung der Spannung, die nur in jedem Fall erwünscht sein kann, da die zur Aufrechterhaltung einer bestimmten Netz spannung erforderliche Magnetisierung so wohl für den Generator, wie für alle Be lastungsmaschinen mit der Belastung wächst. Bei richtiger Einstellung der übersynchronen Leerlaufsdrehzahl kann die Steigerung der Magnetisierung bei Belastung in solchen Grenzen gehalten werden, dass ohne irgend welche Regelung die Netzspannung praktisch konstant bleibt.
Es sind also mit derartigen Anordnungen Asyrrchrongerreratoren gefunden, deren Fre quenz völlig und deren Spannung nahezu unabhängig von der Belastung ist. Während aran mit teueren und komplizierten Reglern bisher bemüht war, die Kraftmaschinendreh- zahl möglichst konstant zu halten, sind solche Regler nunmehr nicht mehr nötig.
Es ergibt sich aus der Fig. 6, dass die Spannung und die Magnetisierung um- sornehr steigt, je grösser der Drehzahl- abfall der Kraftmaschine bei wachsender Belastung ist.
Die Anordnungen können sogar so aus gebildet werden, dass bei wachsender Be lastung die Klemmenspannung steigt, das heisst, dass durch die Charakteristik des Asynchrongerrerators die im Netz entstehen den Spannungsabfälle und etwa vorhandener Mehrbedarf an Blindleistung selbsttätig ge deckt wird.
Für Fälle, in denen die Spannungs- charakteristik den gegebenen Verhältnissen nicht genau angepasst werden kann, ist es natürlich ohne weiteres möglich, die Erreger quelle 4 von Hand oder selbsttätig zu beein flussen. So kann zum Beispiel, wenn der Erregerstrom 4 einem kleinen Synchron generator entnommen wird, die Erregung des Synchrongenerators mit bekannten Mitteln, wie Schnellregler, Eilregler usw. nach bekannten Schaltungen in Abhängigkeit von Betriebszuständen des Hauptnetzes selbst tätig beeinflusst werden.
Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist am einfachsten die Erregerfrequenz 4 gleich der gewünschten Netzfrequenz zrr w ählen. Da infolge der Kompensation der i Kommutatorhintermaschine die den Erreger strom liefernde Quelle zu einer Wirkleistungs- abgabe nicht herangezogen wird, kann man die Frequenz dieses Stromes leicht konstant halten. Damit ist die Aufgabe der KoIrstant- haltung der Netzperiodenzahl in einfachster Weise gelöst.
Verwendet man zum Beispiel zur Erzeugung des Erregerstromes einen kleinen Synchrongenerator, so kann man mit an sich bekannten Mitteln die Drehzahl dieses Generators, damit die Erregerperioden- zahl und damit auch die Netzperiodenzahl konstant halten.
Arbeiten mehrere Asynchrongeneratoren auf das gleiche Netz, so ist ein pendelloses Parallelarbeiten gewährleistet, wenn sämtliche Generatoren aus ein- und derselben Erreger quelle gespeist werden. Da für diese Gene ratoren hierdurch die Bedingung des syn chronen Vektorlaufes von vornherein gegeben ist, so macht die Parallelschaltung keinerlei Schwierigkeiten.
Werden dagegen parallel arbeitende Gene ratoren von verschiedenen Erregerquellen ge speist, so sind Vorkehrungen zu treffen, dass die Erregerquellen synchron laufen. Dies kann mit Hilfe bekannter Mittel, zum Beispiel durch Synchronisierungsleitungen fürdieErregernetze oder mit mechanischen Anordnungen erreicht werden. Durch Verdrehung der Erregervektoren kann man die Belastung auf die verschiedenen Asynchrongeneratoren nach Belieben verteilen. Dieselbe Wirkung kann man erreichen durch Verstellung der Kraftmaschinenregler oder auch durch die Beeinflussung der Erreger spannung.
Mit jeder Änderung der Belastungsver teilung durch Drehung des Erregervektors ändert sich auch die Verteilung der Blind leistungserzeugung. Die Charakteristik der Blindleistungserzeugung richtet sich ins besondere nach der Einstellung des Genera- torsatzes auf über- und untersynchronen Teerlauf.
Sind in einem Netz mehrere räumlich voneinander getrennte Asynchrongenerator- anlagen vorhanden, so ist es zumeist nur notwendig, dass eine dieser Generatoranlagen als taktgebende Maschine mit einer kon stanten Periodenzahl das Netz speist. Alle übrigen Generatoren können Asynchrongene- ratoren bekannter Art sein, die zur selb ständigen Speisung des Netzes nicht geeignet sind. Dadurch entfällt die Notwendigkeit, die beim Vorhandensein mehrerer selbständig arbeitender Generatoren vorhanden wäre, die Erregermaschinen der einzelnen Generatore durch Synchronisierungsvorrichtungen mit einander zu verbinden.
Für den Fall, dass die takthaltende Generatorenlage ausfällt, muss eine andere Generatoranlage taktgebend zur Wirkung gebracht werden, damit die unselbständigen Generatoren weiter arbeiten können. Es wird sich also empfehlen, die jenigen Generatoranlagen, die infolge ihrer Grösse oder aus andern Betriebsbedingungen zur Takthaltung in Frage kommen, so aus zubilden, dass sie sowohl selbständig, wie nicht selbständig arbeiten können. Dies wird dadurch erreicht, dass zum Beispiel in einer Wasserkraftanlage die für selbständigen Betrieb bestimmte Erregermaschine von einer Wasserturbine mit konstanter Drehzahl an getrieben wird, wenn die Anlage takthaltend arbeiten soll.
Wird das Takthalten von einer andern Anlage übernommen, so wird die Erregermaschine durch einen Synchronmotor, der am Netz hängt, angetrieben, während die Wasserturbine abgekuppelt wird oder leer mitläuft. Der Generator wird dann je weils mit der Netzperiodenzahl über den Synchronumformer erregt, arbeitet also un selbständig. Durch die wahlweise Verlegung der takthaltenden Maschine ist es mit diesen Anordnungen möglich, auf einfachste Weise allen vorkommenden Betriebsbedingungen, zum Beispiel Bereitschaft, zur Verfügung stehende Energiemenge usw. nachzukommen und die Anordnung selbständig arbeitender Generatoranlagen auf ein Mindestmass zu be schränken.
Die Erfindung erstreckt sich im übrigen auf Maschinen beliebiger Phasenzahl.
Process for supplying alternating current networks with asynchronous generators. As is known, when they are driven over-synchronously, asynchronous motors emit electrical energy to the network, so they can be used as generators in this way. to participate in feeding the network. On the other hand, it has not been possible to date to feed a network using only asynchronous generators. This object is achieved by the invention, namely in that the feeding asynchronous generator is excited by an alternating current source, the voltage and number of periods of which to feed the network is independent.
The excitation energy is fed to the generator via a device which is able to transform the frequency of the excitation power source. The reason that has hitherto prevented the exclusive supply of a network by asynchronous generators was that the alternating current that was generated itself had to serve to excite the machine that generated it. This resulted in unstable conditions, and with every attempt to work with asynchronous generators alone, such fluctuations in voltage and number of periods occurred with the load that any practical operation was impossible.
Since, according to the invention, an alternating current source is used for excitation, the voltage and number of periods of which are independent of the network to be fed, these difficulties are eliminated, and there is a power supply for the network; which is significantly superior to the known energy generation by synchronous generators, because according to the invention the energy generation can be designed in such a way that the voltage and the number of periods of the alternating current generated is sufficiently constant even with fluctuating drive speed.
An exemplary embodiment is shown in FIG. The asynchronous machine 1 is intended to automatically feed the network 5 and is here also driven by an engine 2. The rotor winding of the generator 1 is connected to the brushes of a gommutator rear machine 3, which is mechanically coupled to the generator. This rear commutator machine has the task of frequency conversion, and its slip rings 3 are connected to an alternating current source 4 of an independent type.
Such a machine set has the peculiarity that the frequency at the mains terminals of the asynchronous machine 1, regardless of the speed and the load, is always the same as the frequency at the slip rings of the commutator machine 3. It follows that the generator generated frequency is only dependent on the excitation frequency and that speed fluctuations of the generator have no influence on the number of network periods. This is the simplest and operationally valuable case that the number of excitation periods is equal to the number of network periods.
The excitation of the commutator machine takes place here with a constant mains frequency.
However, a commutator rear machine that is externally excited on the stator side can also be used. Then the excitation of this machine must take place with a variable frequency, so that the mains frequency should remain constant at the generator speed that occurs. This variable Fre quency can be won in their respective necessary instantaneous value, for example with the help of a constant speed drive machine, which works on devices known per se for converting the frequency, for example on frequency converters, differential gears or their electrical or mechanical electrical equivalents.
Two such exemplary embodiments of the invention are shown in FIGS. 2 and 3. In FIG. 2, 1 again denotes the asynchronous generator, 2 the driving engine, 3 the commutator machine, which this time is excited on the stator side, 4 a network with a constant number of periods that runs through a constant speed engine is generated, 5 the network to be fed and finally 6 a frequency converter that is mechanically coupled to the generator.
Through the frequency converter 6, the constant excitation frequency 4 corresponding to the constant speed is converted to the slip frequency required for the respective existing generator speed and the desired network frequency. The commutator machine 3 is thus excited here with a variable frequency.
The case is similar in Fig. 3. Here, too, 1 means the generator, 2 the driving engine, 3 the engine excited on the stator side, 5 the network to be fed, 8 a so-called electrical differential gear, which is coupled to the machine set on the stator side, On the other hand, the rotor side is driven by a special engine 7. The machine 8 is built like a conventional synchronous generator, so that, for example, three-phase current can be drawn from the stator when direct current excitation is supplied to the rotor from a direct current network 9.
Here, too, the commutator machine 3 receives its excitation with a variable frequency, which despite the constant drive speed of the machine 7 always has the correct value due to the nature of the differential gear.
The facilities mentioned so far can still be improved. The current source supplying the excitation current 4 (see, for example, FIG. 1) would namely be used via the generator set to feed the network 5 and therefore require a not inconsiderable mechanical drive energy.
If this is to be avoided, the commutator machine must be set up in such a way that power transmission by inductive means from the primary to the secondary part is excluded. It is therefore carried out as a so-called compensated machine in which, for example, stator and rotor windings are connected in series so that their ampere turns cancel each other out. A power supplied to the machine via the stator can therefore be converted into mechanical energy on the shaft and vice versa, while only excitation current is present on the slip rings.
Since these excitation currents only have to cover the magnetization and part of the ohmic losses of the rear machine, the size of the excitation machine can be kept vanishingly small compared to the main generator.
If a machine set is excited, for example according to FIG. 1, from the power source 4 and the generator is running at a synchronous speed that corresponds exactly to the excitation period 4, the voltage E $ impressed on the rotor of the asynchronous machine by the brushes of the rear machine only asked the to cover ohmic voltage drops caused by the magnetization current in the rotor. Because as a result of the synchronous running, any electromotive forces are not generated in the rotor winding of the main machine.
In FIG. 4, this ohmic voltage drop is represented by the vector iur2; The field A is in phase with iur2. The stator terminal voltage A is perpendicular to this field. A circle is drawn for the applied voltage E $, which corresponds to the amplitude of this voltage.
This circle is the geometric location of the end point of this vector, because the phase position of E $ zii of the terminal voltage El is not readily fixed and depends on which voltage drops and EMKg in the rotor circuit of the front machine are to be overcome. If this idling generator is now loaded with an active current Ji from the network 5, a decelerating torque occurs on the shaft of the generator, which must be overcome by the driving engine. The speed of the prime mover will drop according to the characteristics of its controller, thereby causing the generator to run under-synchronized.
This creates a counter-voltage EMg2Z in the rotor circuit, and another ohmic voltage drop in the alternating current J2'r2 occurs in the rotor circuit. This voltage drop and the additional counter voltage EMK2Z are in phase with each other; they must be covered by the applied voltage F $, but that means that the brush voltage FB must develop a component Er which is equal to the sum of the first two voltages. The diagram shows that the vector E $ in position E2 'meets this requirement.
To cover the ohmic voltage drop caused by the magnetization current, however, only the vector in'r? The rest, which is significantly smaller than the vector iur2 available in no-load operation, i.e. the excitation current decreases in relation to the two vectors, the field and thus the stator voltage Ei decrease with increasing load. Fig. 5 shows the behavior of the.
Generator for the case that the idling speed of the engine is below half that of the excitation frequency 4 corresponding to the synchronous speed, so that the generator works from the outset in the subsynchronous range. In this operating state, the applied rear machine voltage E $ at idle must cover the voltage drop iur2 zind caused by the magnetization current for the rotors EMg2o caused by the slip.
It satisfies this condition in the vector position .A. If the generator is loaded, an ohmic voltage drop in the watt current Jz'r2 and an additional counter-voltage EHK2 caused by a drop in the engine speed occurs in the rotor circuit and EMK2Z cover,
it satisfies this condition in position E2 '. The component i'r2 then available for the ohmic voltage drop of the excitation current is again significantly smaller than the original iur2 and causes the voltage to drop sharply with the load.
Significantly different conditions exist when the idling speed of the engine is selected above the synchronous speed corresponding to the excitation frequency 4. 6 shows the diagram for this operating state.
As a result of the synchronous speed, a counter-voltage EHK9o arises, which is to be covered by the brush voltage E $ when idling; it satisfies this condition in position E2. The component that determines the excitation current is then iur2. When the engine is loaded, that is to say when the engine speed falls, the secondary MTIL is initially reduced to the value @ 1VII @ 2Z.
The simultaneously occurring ohmic voltage drop J2'r2 of the rotor watt current is opposite to this E11K, so that only the difference between these two vectors has to be covered.
-This condition is satisfied by the applied voltage ZB in position E2 '. In order to cover the ohmic voltage drop caused by the excitation current, the vector i "'r-, is now available, and this is now greater than the vector at no-load" r2, which means, however, that the magnetization current is greater under load, the field 0 stronger and the clamping voltage L'r higher.
So it is an automatic counter-compounding of the voltage, which can only be desirable in each case, since the magnetization required to maintain a certain network voltage grows as well for the generator as for all loading machines with the load. If the oversynchronous idling speed is set correctly, the increase in magnetization under load can be kept within such limits that the mains voltage remains practically constant without any regulation.
So there are Asyrrchrongerreratoren found with such arrangements, the Fre quency completely and the voltage is almost independent of the load. While aran tried to keep the engine speed as constant as possible with expensive and complicated regulators, such regulators are no longer necessary.
It can be seen from FIG. 6 that the voltage and magnetization increase all the more, the greater the drop in speed of the prime mover with increasing load.
The arrangements can even be designed in such a way that the terminal voltage rises as the load increases, which means that the characteristics of the asynchronous generator automatically cover the voltage drops and any additional reactive power requirement.
For cases in which the voltage characteristic cannot be adapted exactly to the given conditions, it is of course possible to influence the excitation source 4 manually or automatically. For example, if the excitation current 4 is taken from a small synchronous generator, the excitation of the synchronous generator can be actively influenced by known means such as fast regulators, rapid regulators, etc. according to known circuits depending on the operating states of the main network.
In the exemplary embodiment according to FIG. 1, the easiest way is to select the excitation frequency 4 equal to the desired network frequency zrr. Since, as a result of the compensation of the commutator rear machine, the source supplying the excitation current is not used for an active power output, the frequency of this current can easily be kept constant. This solves the task of maintaining the number of network periods in a very simple manner.
If, for example, a small synchronous generator is used to generate the excitation current, the speed of this generator can be kept constant with known means, so that the number of excitation periods and thus also the number of network periods.
If several asynchronous generators work on the same network, pendulum-free parallel work is guaranteed if all the generators are fed from one and the same excitation source. Since the condition of the synchronous vector run is given from the outset for these generators, the parallel connection does not cause any difficulties.
If, on the other hand, generators working in parallel are fed by different excitation sources, precautions must be taken to ensure that the excitation sources run synchronously. This can be achieved by known means, for example by synchronization lines for the excitation networks or with mechanical arrangements. By rotating the excitation vectors, the load can be distributed to the various asynchronous generators as desired. The same effect can be achieved by adjusting the engine controller or by influencing the excitation voltage.
With every change in the load distribution by rotating the excitation vector, the distribution of reactive power generation also changes. The characteristic of reactive power generation is based in particular on the setting of the generator set to over and under synchronous tar flow.
If there are several spatially separated asynchronous generator systems in a network, it is usually only necessary for one of these generator systems as a clock-generating machine to feed the network with a constant number of periods. All other generators can be asynchronous generators of a known type which are not suitable for supplying the network independently. This eliminates the need, which would be present in the presence of several independently operating generators, to connect the excitation machines of the individual generators to one another by means of synchronization devices.
In the event that the clock-keeping generator position fails, another generator system must be brought into effect to set the clock so that the dependent generators can continue to work. It is therefore advisable to train those generator systems which, due to their size or other operating conditions, are suitable for keeping the cycle in such a way that they can work both independently and not independently. This is achieved in that, for example, in a hydropower plant, the exciter machine intended for independent operation is driven by a water turbine at a constant speed when the plant is to work in a clocked manner.
If the clock is maintained by another system, the exciter is driven by a synchronous motor that is connected to the network, while the water turbine is decoupled or runs idle. The generator is then energized with the number of network periods via the synchronous converter, so it does not work independently. By optionally relocating the clock-keeping machine, it is possible with these arrangements to meet all operating conditions, for example readiness, available amount of energy, etc., and to limit the arrangement of independently working generator systems to a minimum.
The invention also extends to machines of any number of phases.