Verfahren zur Synchronisierung von Synchronmaschinen. Zur schnellen Inbetriebnahme von Syn- ehronmaschinen, wie sie beispielsweise bei der Einsetzung von bTaschinen zur Deckung von Spitzenleistungen im Netz erforderlich ist. hat man Synchronisierungseinrichtungen geschaffen, bei denen die Synchronmaschine, nachdem sie eine mit der Netzfrequenz an n*hernd übereinstimmende Drehzahl erlangt hat, unter Vorschaltung von Drosselspulen oder Ohmschen Widerständen unmittelbar an das Netz angeschlossen wird. Die Erregung der Synchronmaschine ist dabei auf einen Wert eingestellt, der etwa 10 bis 20 % der normalen Erregung beträgt.
Die Maschine synchronisiert sich dann mit einer der Er regungsverminderung entsprechenden grossen Eigenschwingungsdauer, wobei sich der Sta- torstrom unter Pendelungen allmählich aua' den der grossen Untererregung entsprechen den erheblichen Blindstrom einstellt. Die Erfindung betrifft ein Verfahren, bei dem diese Eigenschwingungspendelungen der Syn- chronmaschine erheblich abgekürzt werden und bei dem ausserdem die für das Netz schädliche Blindstromaufn.ahme der Syn chronmaschine auf ein Minimum reduziert wird.
Erfindungsgemäss wird zur Synchroni sierung von Synchronmaschinen, die unter Vorschaltung von Impedanzen an das Netz angeschlossen werden und bei denen beim Schliessen des Hauptschalters an der Syn chronmaschine bereits eine geschwächte Er regung vorhanden ist, unmittelbar nach dem Schliessen des Hauptschalters und vor dem Ausschalten der Impedanzen die Erregung der Synchronmaschine verstärkt. Die An ordnung zur Ausführung dieses Verfahrens kann derart sein, dass Mittel vorgesehen sind, die beim Schliessen des Hauptschalters die Verstärkung der Erregung der Synchron maschine selbsttätig herbeiführen.
Durch die Verstärkung der Erregung wird das synchronisierende Moment der einschwin- genden Maschine erhöht, was dann besonders wichtig ist, wenn die Synchronisierung un ter Last oder unter Antrieb der Maschine vor sich geht. (Letzteres pflegt bei Wasser- turbinenantrieben aus Reguliergründen der Fall zu sein.) Die Verstärkung der Erregung ist ferner vorteilhaft, wenn bei Vorhanden sein eines Kraftmomentes im übersynchronen Verlauf synchronisiert werden soll" bezie hungsweise im untersynchronen Verlauf bei Vorhandensein eines Lastmomentes.
Mit der Verstärkung der Erregung nach dem Ein legen des Hauptschalters sinkt, trotzdem die Synchronmaschine noch Schwingungen aus führt, auch die aufgenommene Blindleistung. Man kann nun diese Verminderung des die vorgeschalteten Drosselspulen oder Ohm- sehen Widerstände durchfliessenden Blind stromes bei Unterschreitung einer bestimm ten Grösse zur selbsttätigen Ausschaltung der Drosselspulen oder Ohmschen 'Widerstände (zum Beispiel durch Schliessen eines K'urz- schlussschalters) benutzen.
Dadurch wird die Zeitdauer des gesamten Synchronisierungs- vörganges weiterhin abgekürzt.
Die Erfindung ist anhand der Fig. 1 an einem ersten Ausführungsbeispiel erläu tert. Der Synchrongenerator 1 soll über den Transformator 2 und den. Hauptschalter 3 an das Drehstromnetz 4 angeschlossen wer den. 5 ist die mit dem Synchrongenerator gekuppelte eigenerregte Erregermaschine, die den Erregerstromkreis 6 des Generators speist.
7 ist ein Ohmscher Widerstand in diesem Erregerstromkreis. der bei voller Einschal tung die Erregung der Maschine 1 auf etwa 10 bis 20 % der normalen Erregung herab setzt. ä ist ein in Abhängigkeit von dem Schalter 3 stehendes Relais,, das den Wider stand 7 beim Schliessen des Schalters 3 kurz schliesst. 9 sind der Synchronmaschine vor ,geschaltete Drosselspulen.
Der #Synchro)ni- sierungsvorgang vollzieht sich nun folgen dermassen: Der beispielsweise mit einer Wasserturbine gekuppelte Generator 1 wird zunächst auf annähernd synchrone Drehzahl gebracht, wobei seine Erregung infolge der Einschaltung des Widerstandes 7 auf den genannten Betrag vermindert ist. Hierauf wird der Schalter 3 geschlfl!ssen, so dass die Maschine 1 unter Pendelungen in den syn chronen Zustand übergeht. Gleichzeitig mit dem Schliessen des Schalters 3 wird nun durch die Kurzschliessung des Widerstandes 7 auch die Erregung der Maschine 1 ge stärkt.
Diese Verstärkung tritt nicht mo- inentan ein, sondern in Abhängigkeit von einer Zeitkonstanten, die im wesentlichen durch die Induktivität und den Ohmschen Widerstand des Erregerkreises gegeben ist.
Je nach der Grösse des durch Kurzschliessen ausgeschalteten Widerstandes 7 kann das aIlmäkliche Anwachsen der Erregung in weiten Grenzen beeinflusst werden. Nähere Untersuchungen haben ergeben, da,B bei den üblichen Anfangserregungen;
von 10 bis 20 % die Zeitkonstante, gemäss der die Erregung nach dem Schliessen des. Hauptschalters an wächst, etwa den doppelten Wert der Eigen schwingungsdauer der Synchronmaschine haben soll, wobei für diese Eigenschwin- gungsdauer volle Erregung vorausgesetzt ist.
In diesem Falle wird der Stator-Pendelstrom im weiteren Verlauf der P'endelung von sei nem Anfangswert schnell heruntergedrüch und besonders schon die ersten Amplituden. des Polradwinkels, welche die Stabilität der Maschine beeinflussen, stark vermindert.
Zur rechtzeitigen und automatischen Aus schaltung der Drosselspulen 9 nach bezvF. am Ende der E;inschwingungsp,eriode der Maschine 1 ist ein Relais 10 vorgesehen. das von der Spannung an den Drosselspulen 9 gesteuert wird und das beim Unterschreiten einer bestimmten Spannung die Drossel spulen durch Schliessen eines E!ur7,schluss- achalters 11 ausschaltet.
Da während der Einschwingungsperiode der die Drosselspulen. 9 durchfliessende Strom sich nicht kontinuier lich vermindert, sondern mit überlagerten Schwingungen, so besitzt zweckmässig das Relais 10 eine Zeitverzögerungsvorrichtung,
die den Einfluss dieser Schwingungen aus gleicht und ein zu frühzeitiges Ansprechen bei einem durch die überlagerten Schwin- 6 -mngen herbeigeführten Stromminimum ver- hindert. Selbstverständlich könnte das Re lais 10 statt durch die Spannung der Dros selspulen auch durch einen Stromtransfor mator im Primärkreis der Maschine 1 ge steuert werden.
Wenn der Synchronmaschine Ohmsche Widerstände vorgeschaltet sind, so ist es zweckmässig" mit der Verstärkung der Er regung gleichzeitig auch die Grösse dieser Ohmqchen Widerstände zum Beispiel durch allmähliches Kurzschliessen zu vermindern. Geschieht dies nicht, so können unter Um ständen die Ohmschen Widerstände das Syn- ehronisierungsmoment bei steigender Er- re!ri?ng: verkleinern.
Die Kurzschliessung der @@'iderstände kann selbsttätig mit bekannten Nitteln durchgeführt werden.
Bei dem eingangs geschilderten Verfah ren wird die Maschine zu einem bezüglich der Phasenübereinstimmung willkürlichen Zeitmoment an das Netz angeschlossen. Aus diesem Grunde ist auch die Maschine unter erregt, um einen Stosskurzschlussstrom nach Möglichkeit zu verhindern.
Trotzdem kann auch hier ein Einlegen des Hauptschalters im ungünstigsten Moment bei Phasen opposition starke Ausgleichsströme hervor rufen und den Synchronisierungsvargang -,egebenenfalls gefährden oder verzögern. Man kann aber auch bei dem geschilderten Verfahren Relaisschaltungen - vorsehen, die difiir sorgen,
da.ss das Einlegen des Haupt schalters nur in der Nähe der Phasengleich heit und unterhalb eines bestimmten Be trages der gegenseitigen Schlupffrequenz der zu synchronisierenden Spannungen möglich i@t. wobei ausserdem die Anordnung zweck- mässim derart sein kann. dass der Impuls für cla-_-:
Einle,-en des Hauptschalters bereits vor dem Erreichen der Phasengleichheit erteilt wird, um die durch den Schaltmechanismus me!rebene Verzögerung zu kompensieren. Der artige selbsttätige Sperrschaltungen für S S ynehronisierungsvorrichtungen sind an sich bereits bekannt.
Ihre Anwendung für das Verfahren der Erfindung ist jedoch insofern zweckmässig, als man hier nicht auf eine aena.ue Übereinstimmung der Phasenspan- nung des Netzes und der Maschine zu achten braucht, sondern wegen der Untererregung und Jer Drosselspulen grössere Abweichungen unbedenklich zulassen kann. Auch die Ab weichungen der beiden Frequenzen können erheblich grösser sein.
Ist der Genauigkeits grad der Relais sicher, so ist es auch mög lich, die Anfangserregung des Generators bei entsprechender Sicherung von vornherein zu erhöhen, wodurch die Stabilität, namentlich bei erheblichen Überschussdrehmomenten der . Antriebsmaschine gesichert wird.
Abb. 2' der Zeichnung zeigt ein Aus- fÜhrungsbeispiel der geschilderten Anord nung. Die Drosselspulen J der Abb. 1 ;sind dabei der Einfachheit halber weggelassen. 21 ist das Drehstromnetz, an das über den Transformator 2'2 der Drehstromgenerator 23 anzuschliessen ist. 24 ist der Iiauptscha.l- ter. dessen Betätigungsspule 25 von der Stet,terleitung 26 aus dem. Einscbaltimpuls n bekommt.
In die Steuerleitung 26 sind nun Relais eingeschaltet, die bewirken, dass die Spule 25 den Schalter 24 nur dann einlegen kann, wenn annähernde Phasengleichheit: und die Schlupffrequenz nicht zu gross ist. _Es@ ist dazu ein Synchronoskop 27 vorgesehen.
Dieses besteht zum Beispiel aus einer klei nen 1-synchronmaschine, deren Ständerwick- l.ung vom Netz 21 aus und deren Läufer wicklung von dem Transformator 22 aus mit gleichsinnig umlaufenden Drehfeldern erregt werden,: so da.ss das Synchronoskop mit Schlupffrequenz umläuft. Infolge des syn chronen Verhaltens der Vorrichtung 27 ist daher dem Zeitmomente der Phasengleich heit der beiden zu synchronisierenden Span nungen eine bestimmte räumliche Lage des umdrehenden Teils der Vorrichtung 27. zu geordnet.
Mit dem Synchronoskop sind zwei umlaufende Scheiben 28 und 218 gekuppelt. Die Scheibe 28 besitzt auf einem Teile ihre .Umfanges ein metallisches Segment 29, das (zum Beispiel über einen Schleifring) mit der Leitung 21.0 in Verbindung steht und auf dem eine Bürste 211 schleift. Eine Gleichstromsteuerquelle 212 ist über die Bürste und über die Leitung 210 geführt und beeinflusst das Relais 213. Da das Seg ment 29 die Scheibe 28 am Umfange nur teilweise bedeckt, so bekommt das Relais 213 Steuerimpulse, die in ihrer Zeitdauer pro portional der Umdrehungszahl der.
Vorrich tung 27 bezw. der -Schlupffrequenz zwischen den beiden zu synchronisierenden Spannun gen sind. - Das Diagramm der Fig. 3 der Zeichnung zeigt an der Kurve a den zeit lichen Verlauf der (Schlupffrequenz auf weisenden Differenzspannung OP zwischen dem Netze 21 und dem zu synchronisieren den Generator 23. In ,dem Zeitpunkt der Phasengleichheit ist die Differenzspannung gemäss Fg. 3 gleich Null.
beziehungsweise sie besitzt bei verschiedener Grösse .der Netz- und der Maschinenspannung, dann ihr Mini mum. In diesem Momente oder einige Zeit vorher muss der Schalter 2'4 eingelegt wer den.
Das Segment 29 an der Scheibe 28 ist nun derart bemessen und eingestellt, dass es im Zeitpunkte, der durch die Vertikale b in Abb. 3 dargestellt ist, einen Steuerimpuls am Relais 213 einleitet, der bis,
zum Zeit punkte -der Vertikalen c andauert. Das Re lais 2'13 ist mit Zeitverzögerung ausgestattet. Es erteilt daher erst zum Zeitpunkte der Vertikalen d dem Relais 214 einen Steuer impuls. Das Relais 2,14 verursacht über das Relais 215 .das Schliessen des Hauptschalters )4.
Das Relais 214 ist ähnlich wie eine Schaltuhr derart ausgebildet, dass es von dem Moment an, von dem es von dem Relais 213 dem Impuls bekommt, eine bestimmte Zeit hindurch das Schliessen dies Schalters 24 er möglicht. Diese Zeit ist in Ab@b. <B>3</B> durch den Abstand, zwischen den Geraden d und e veranschaulicht.
Damit der Impuls zur Ein legung des Schalters 24 ausserdem bereits zu einem bestimmten Zeitpunkte vor der Er reichung der ;Phasengleichheit erfolgt, ist noch in dem vom Relais 214 gesteuerten Strom kreis ein Relais 216 eingeschaltet, das von dem Steuerstromkreis 212 über die zweite rotierende Scheibe 218 gesteuert wird.
Diese zweite Scheibe besitzt am Umfang einen schmalen Belag 217, so dass der Steuer stromkreis 212 nur während einer kurzen, durch die Geraden c und f in Abb. 3 an gedeuteten Zeit imstande ist, die Sperrung des Stromkreises für die Betätigung des Schalters 4 durch Schliessung des vom Re lais 216 gesteuerten Stromkreises aufzuheben. Dieser zwischen den Geraden c und f lie gende kurze Zeitmoment kann an der :Scheibe 218 auf einen vor Erreichung der Phasen gleichheit liegenden Wert eingestellt wer den.
Bei der Anordnung nach Abb. 2 wird bereits der Stromimpuls, der das Einlegen des Hauptschalters mittelst der Spule 25 herbeiführt, zu einem Zeitpunkte gegeben, der vor dem Moment der Phasenüberein stimmung der beiden zu synchronisierenden Spannungen liegt. Diese Vorverlegung des Stromimpulses ist notwendig, um die Ver zögerungszeit, die durch den Schaltmecha, nismus am Ölschalter bedingt ist, auszu gleichen.
Man kann durch die Vorverlegung erreichen, da.ss das effektive Schliessen -der Xontakte am ülschalter genau mit dem Zeitpunkte der Phasengleichheit der beiden zu synchronisierenden Spannungen überein- .stimmt. Dies gilt jedoch nur, wenn der Im puls für das Einlegen des Hauptschalters stets bei ein und! .derselben Grösse der Schlupf frequenz gegeben wird.
Besitzt hingegen die Schlupfspannung im Zeitpunkte des Strom impulses eine andere Schlupffrequenz, dann ändert sich auch die absolute Zeitdifferenz zwischen dem Moment des Stromimpulses und dem Moment der Phasenübereinstimmung der beiden zu synchronisierenden Spannun gen, da bei der Anordnung nach Abb. der Impuls für das Einlegen des Haupt schalters stets bei derselben Phasenlage des Vektors der Schlupfapannung gegeben wird.
so dass zwar die Zahl: der Perioden der Schlupfspannung zwischen den beiden Zeit punkten konstant bleibt, hingegen in folge der 'Änderung der Schlupffrequenz die absolute Zeit zwischen 'den beiden Zeit punkten sich derart ändert, dass sie bei wach sender @Schlupffrequenz kleiner wird.
Nach dem nun die .durch den Schaltmechanismus gegebene Verzögerungszeit am Ölschalter konstant bleibt, so sieht man, dass bei der Anordnung nach Abb.2 das effektive Schlie ssen der Schaltkontakte bei Änderungen der ;schlupf f requenz nicht mehr mit deal Momert der Phasengleichheit der beiden zu synchro nisierenden Spannungen genau übereinstimmt.
1_'m diesen Nachteil zu vermeiden, kann man noch Einrichtungen vorsehen, die proportio nal dein Anwachsen der Frequenz der Schlupfspanllung eine Vergrösserung der auf die Sch:lupffrequenz bezogenen Phasenver- sehiebung zwischen dem Zeitpunkte, in dem der Stromimpuls für das Einlegen des Haupt- ,#chalters"gegeben wird, und dem Zeitpunkte di=r Phasenübereinstimmung der beiden zu Synchronisierenden Spannungen herbeiführt.
Diese Vergrösserung ist zweckmässig derart, da.ss der zeitliche Abstand der beiden Zeit punkte bei wachsender Schlupffrequenz kon stant bleibt.
Die Zeichnung zeigt in den Abb. 4, 5 und (-) Ausführungsbeispiele für die oben beschriebene Anordnung. In Abb. A-- ist 31 ein Drehstromnetz, an das eine Synchron maschine 32 mittelst sogenannter Grob- oder Schnellsynchronisierung anzuschliessen ist. Die Synchronmaschine wird dazu auf etwa. 30 % ihrer normalen E.rregu@lg erregt und Über Drosselspulen 33 an das Netz durch Einlegen des Hauptschalters 34 im geeigneten Zeitmomente angeschlossen.
Im einzelnen lledeuten 35 und 36 von der Netz- und von der 14laschinenspannung gespeiste Transfor matoren, die den Ständer und den Läufer eines wie ein Asynchronmotor ausgebildeten Synchronoskops 3 7 speisen. Zwischen dem Transformator 36 und der zugehörigen Wicklung am Synchronoskop ist ein weiterer Transformator 38 eingeschaltet.
In dem Se l;undä.rstromkreis dieses Transformators ist ausser der Wicklung des Sytlchronoskops noch ein Schalter 39 eingeschaltet, der mit dem Hauptschalter 34 mechanisch gekuppelt ist, und zwar derart, dass er nur bei geöff netem Hauptschalter geschlossen ist. 310 ist der Gleichstromkreis für das Einlegen des Hauptschalters mittelst der Spule 311.
Dieser Gleichstromkreis wird von dem Syn- chronoskop 37 über die beiden Relais 312 und 3:13 derart überwacht, dass die Spule 311 nur dann Strom bekommen und,#den Sthal- ter einlegen kann, wenn annähernde Phasen- und Frequenzübereinstimmung vorhanden ist. Die Frequenzübereinstimmung wird da bei durch die Zeitverzögerung an den Relais 312) und 313 in derselben Weise erreicht, wie dies anhand der Fig. 2 geschildert ist.
Das Synchronoskop 37 ist nun ausserdem noch derart ausgeführt, dass es den Schalter 34 bei wachsender Schlupf frequenz bereits früher freigibt.
Abweichend von der Anordnung nach Fig. 2 ist dazu die mit dem Synchro- noskop gekuppelte Kontaktscheibe mit dem für die bestimmten Kon takt drehbar zum Gehäuse angeordnet. Die Verdrehung aus der Lage der Frequenzüber- einstimmung muss proportional der Schlupf frequenz und entgegengesetzt dem Triebdreh feld des Ankers sein.
Dies wird dadurch erreicht, dass die Scheibe durch ein im ent gegengesetzten Sinne umlaufendes Schlupf drehf eld nach dem Prinzip des F'erraris- Systems (Wirbelstromanker) und entgegen der Kraft einer Feder gedreht wird. Für eine gröbere Anordnung genügt es, durch ein oder mehrere an der Synchronoskop- zeigera,chse anliegende Schlupfhebel zwei oder mehrere Elektromagnete zu steuern, welche die Kontaktscheibe in die für Über bezw. Untersynchronismus richtige Lage umlegen.
Parallel zu den Drosselspulen 33 ist ein Schalter 314 geschaltet, der wie in Abb. 1 nach dem Einlegen des Hauptschalters ge schlossen wird" wenn die Maschine 32 be reits derart erregt ist, dass ihre Spannung der Netzspannung annähernd gleicht. Um nun ein zu frühzeitiges Ausschalten der Drosselspulen 33 durch Schliessen des Schalters 314 zu vermeiden, wird die vom Stromkreise 310 aus gespeiste Schalterspule 315 von drei Relais 316, 317 und 318 in Hintereinanderschaltung überwacht.
Das Re lais 316 wird von der Spannung an den Drosselspulen<B>33</B> gesteuert und ermöglicht in der Spule 315 nur dann einen Strom und damit das Schliessen des Schalters 314, wenn die Spannung .an den Drosselspulen unter einen gewissen Betrag gesunken ist.
Dementsprechend ist dann auch der Aus gleichsstrom zwischen dem Netze 31 und der Maschine gering. Das Relais 317 wird von dem Erregerstrom in der Maschine 32 (im Nebenschluss zu einem Widerstand 329 im Erregerstromkreis) gesteuert. Erst wenn der Erregerstrom der Maschine 32 eine be stimmte Grösse erreicht hat, wird die Sper rung des Stromes in der Spule 315 durch das Relais 317 aufgehoben.
Im Momente des Schliessens des Hauptschalters 34 tritt ein erheblicher Ausgleichstromstoss zwischen dem Netz und der Maschine 32 auf. Dieser Stoss überträgt sich infolge magnetischer Kupp lung auch den Erregerstromkreis der Ma schine 32, so dass das Relais 317 auf Grund dieser vorübergehenden Verstärkung des Er regerstromes schon zu frühzeitig zum An sprechen kommen könnte. Um dies zu ver meiden, ist das mit Zeitverzögerung arbei tende Relais 318 vorgesehen, dessen Steuer stromkreis über den ,Schalter 39 geleitet ist.
Die Anordnung am Schalter 39 ist derart, dass erst mit dem Schliessen des Hauptschal ters 34 auch. der Steuerstromkreis des Re lais 318 ,geschlossen wird. Nach Ablauf der Zeitverzögerung gibt dann das Relais<B>31,8</B> den Strom für die Schaltspule 3,15 frei.
In dem die verschiedenen Relais und da,s Syn- ehronoskop speisenden Gleichstromsteuerkreis 310 ist noch ein Schalter 319 eingeschaltet, dessen Einschaltspule 320 von einem Relais < 321 überwacht wird,.
das seinerseits von der Spannung - der Gleichstromerregermaschine 322 gesteuert wird. Das Relais<B>321</B> schliesst den Schalter 310 erst, wenn die Erreger maschine 322 eine bestimmte Spannung bezw. eine bestimmte Drehzahl erreicht hat. Es wird also erst bei einem gewissen Schlupf der Maschine 32 ein Einschalten der Appa rate ermöglicht. Hierdurch werden Beschä digungen der Apparate bei hohem Schlupf vermieden.
Die Gleichstromerregermaschine 322 ist als sogenannte "Ossanna"-Erreger- masehine gebaut, wobei ein Zusatzerreger- Feld vorhanden, ist, das zuerst gegen das Haupterregerfeld geschaltet ist.
Nach dem Einlegen des Hauptschalters wird eine schnelle Erregung an. der "Ossanna"-Maschine dadurch erreicht, dass mittelst der Schalt spule 323 das gegengeschaltete Zusatzfeld reversiert wird und so das Hauptfeld ver stärkt.
Die Anordnung nach Abb. 5 bezieht sich nur auf eine spezielle Vorrichtung, die da für sorgt, dass die in Perioden der ,Schlupf frequenz gemessene Phasendifferenz zwischen dem Moment der Freigabe der Hauptschalter spule unfidemMo@ment der-Phasenübereinstim- mung der beiden zu synchronisierenden Span nungen proportional der Schlupffrequenz ver grössert wird,
so dass trotz der konstanten Schalterverzögerungszeit auch bei variablem Schlupf die Kontakte am Hauptschalter stets im Momente der vollen Phasenübereinstim mung geschlossen werden.
Für die Über a.e. les die Hauptschalterspule spei- w 'hung c senden Stromkreises 424 ist ein mit Zeitver- zögerung arbeitendes Minimalspannungsrela.is 425 vorgesehen, das von einer Spannung ,ge speist wird, die sich aus einer Spannung mit. Netzfrequenz und einer solchen mit Maschi- nenfrequenz zusammensetzt und so eine Sch.lupffrequenz aufweisende Spannung er gibt.
Das Relais 425 spricht dann an, wenn annähernde Phasenübereinstimmung in den beiden zugeführten Spannungen herrscht. Die Zeitverzögerung des Relais bewirkt da bei, dass das Ansprechen nur unterhalb einer bestimmten ,Schlupffrequenz mög lich ist. Die dem Relais 425 zuge führten Spannungen werden in zwei Hilfs- syncUronmaschinen 426 und 427 erzeugt, deren Gleichstromerregerkreise hinterein ander geschaltet sind, um. gleiche Grösse für die beiden Spannungen zu .erreichen.
Die Maschine 426 ist mit einem vom Netz ge speisten Synchronmotor 428 gekuppelt, die Maschine 427 mit einem von der zuzuschal- tenden Maschinenspannung gespeisten Syn chronmotor 429. Zwischen den Maschinen 427 und 429 ist eine elastische Kupplung 430 eingefügt. Zwischen der Kupplung 430 und der Synchronmaschine 427 ist ein Asy n- chronmotor 431 angeordnet, dessen Läufer auf einer die Welle der Maschine 427 um schliessenden und gesondert gelagerten Hohl welle sitzt.
Die rechte Seite der Kupplung 4-3J ist nun einerseits mit der Hohlwelle der :Maschine 431, anderseits mit der Welle der Maschine 427 verbunden. Die elastische Kupplung ist in an sich bekannter Weise derart ausgeführt, dass eine Verdrehung der Hohlwelle gegenüber dem mit dem Läufer der Maschine 429 starr verbundenen linken 'feil der Kupplung beispielsweise im Uhr zeigersinne eine entgegengesetzte relative Verdrehung der die Hohlwelle durchdringen den Welle der Maschine 427 (entgegen dem Uhrzeigersinne) herbeiführt.
Die Ständer- lvicklung des Asynchronmotors 431 ist an die Netzspannung angeschlossen. Stimmen nun die Frequenzen der Netz- und der Na schinenspannung nicht miteinander überein, so schlüpft der Läufer des Asynchronmotors 4,31 gegenüber dem Ständerdrehfeild, dadurch wird in der Läuferwicklung ein Strom und ein Drehmoment erzeugt, das, wie oben ge schildert, eine Verdrehung des Läufers der Maschine 427 relativ zum Läufer der Ma schine 429 herbeiführt,,
und zwar entgegen der Umlaufrichtung des Drehfel-d'es im Asyn- ehronmotor 431. Infolge dieser Verdrehung des Läufers der Snychronmaschine 427 än dert sich auch die Phasenlage der von der Maschine 427 gelieferten Wechselspannung und damit auch die Phasenlage der von den Maschinen 427 und 426, gemeinsam erzeug ten Spannung mit Schlupffrequenz. Diese Änderung ist derart,
dass bei wachsender Schlupffrequenz die Schlupfspannung der Hilfsmaschinen 426 und 427 gegenüber der durch die Netz- und die Maschinenspannung gegebenen Schlupfspannung in der Phase voreilt.
Da nun die Schlupfspannung der Maschinen 426 und 427 den Impuls für das Einlegen des Hauptschalters steuert, so kann man bei passender Bemessung dieser Vor- eilung erreichen, dass der Zeitintervall zwi schen dem Stromimpuls für das Einlegendes Hauptschalters und dem Moment der Pha- senübereinstimmung der beiden zu synchro nisierenden Spannungen trotz steigender Slchlupffrequenz ko@nstaät bleibt.
Zur Re gelung der Verdrehung an der Kupplung 430 sind in den Sekundärstromkreis des Asyn- ehronmotors 431 regelbare Ohmsohe Wider stände 432 eingeschaltet.
Bei der Anordnung nach Abb. 6 ist die Funktion des Synchronoskops 37 der Abb. 4 durch Relais ersetzt; im übrigen ist die An ordnung der Abb. 6 ähnlich wie die der Abb. 4.
541 bedeutet ein Relais in der Bau art eines Wattmeters, dessen zwei gegenein ander verdrehbare Spulen einerseits über den Spannungstransformator 35 von der Netz spannung, anderseits über den Spannungs- transfromator 36 von der Maschinenspannung gespeist werden, und zwar mit einer derarti gen Phasenlage, dass der mit der drehbaren Spule gekuppelte Kontakthebel 552 des Relais umschlägt, wenn die Netz- und die Maschinenspannung gleiche Phasenlage besit zen, beziehungsweise eine bestimmte Zeit vor diesem Momente.
Der Hebel 552 des wattmetrischen Relais steuert den von der Gleichspannung 553 gelieferten Erregerstrom für die Zeitrelais 543 und 544 derart, dass beim Ausschlag des Hebels 552 nach links das Relais 543 erregt wird, beim Ausschlag nach rechts das Relais 544. In dem in der Zeichnung dargestellten Momente des Kon taktumschlages steht der Hebel 552 sowohl mit seinem linken, als auch mit seinem rech ten Kontakte in Verbindung.
Die beiden Zeitrelais werden,, wie dargestellt, durch das Relais 541 abwechselnd während einer Halb periode der Schlupfspaunung erregt, sie über wachen den von ihnen gesteuerten Strom kreis der Schalterspule 554 in Hinterein- anderschaltung. Durch die Zeitrelais wird ein Schliessen des Hauptschalters bei zu gro ssem Schlupf verhindert, da dann während der eine Halbperiode der Schlupfspannung andauernden Erregung die Verzögerung an den Relais noch nicht abgelaufen ist, so dass die beiden Relais den Strom für die Spule 554 nicht freigeben können.
Der Strom für die Schalterspule 554 wird noch von den beiden Relais 542 und 555 in Hintereinander schaltung überwacht. Von diesen beiden Re lais wird das Relais 542 von der Spannung des Netzes und der Maschine über die Trans formatoren 35 und 3,6 und 546 in Reihen schaltung gespeist.
Das Relais ist derart eingestellt, dass es den Strom der Spule 55 freigibt, wenn es voll erregt ist, was infolge geeigneter Wahl der Phasenlage der das Relais 542 erregenden Spannungen während eines Zeitintervalles der Fall ist, der dein Zeitpunkt, in dem der Impuls für das Ein legen des Hauptschalters gegeben werden soll, überdeckt.
Das Relais 555, das von der Gleichspannung 553 erregt wird, ist ein Mi- nimalspannungsrelais, das heisst,, es gibt den 'Strom für die Spule 554 nur dann frei, wenn es unerregt ist. Dies ist dann der Fall, wenn der Hebel 552 des wattmetrischem Relais 541 die dargestellte Mittellage einnimmt, wo bei die Erregung des Relais 555 kurz geschlossen ist. Das Relais 555 gewährleistet daher, dass der Strom für die Spule 554 nur in einem kurzen ,Zeitmomente, der im Bereich der Phasengleichheit der beiden zu synchronisierenden Spannungen liegt, frei gegeben wird.
Der Zeitpunkt, in dem der Hebel 552 des wattmetrischen Relais Kontaktumschlag vornimmt, und damit auch der Zeitpunkt für den Stromimpuls der Spule 554, hängt davon ab, welche Phasenlage die das Relais 541 speisenden Netz- und Maschinenspannungen besitzen.
Die mit den Bezugsziffern 545 bis 551 versehenen Einrichtungen der Abb. 6 dienen nun dazu, eine Abhängigkeit der Phasenlage der von der Netzspannung her rührenden Erregerspannung am Relais 541 in Abhängigkeit von der Grösse der Schlupf- fr.equenz herbeizuführen, und damit' auch den Zeitpunkt des Stromimpulses, in der Spule 554 im oben geschildeitex,
Sinne der art zu beeinflussen" dass die in Perioden der Schlupfspa.nnung gemessene Differenz zwi schen dem Momente des Stromimpulses und dem Momente der Phasengleichheit der bei den zu synchronisierenden Spannungen mit wachsender Schlupffrequenz grösser wird, be- ziehungsweise, dass die absolute Zeitdifferenz zwischen diesen beiden Momenten bei wach sender Schlupffrequenz konstant bleib. Um dies zu erreichen, ist zwischen dem Span nungstransformator 35 und der von ihm er regten Spule am Relais 541 ein Autotrans formator 546 dazwischen geschaltet.
Die Windungen des Autotransformators zerfallen in zwei Hälften, die in Parallelschaltung die Spulen des Relais 541 speisen. Mit der einen Hälfte ist dabei noch der Ohmsehe Wider- s;and 545, mit der andern Hälfte die regel bare Induktivität 556 bezw. die regelbare Kapazität 557 in Reihe geschaltet.
Man er reicht dadurch, dass bei einer Änderung der Grösse der Induktivität 556 bezw. der Ka pazität<B>557</B> die Phasenlage der vom Auto transformator der Spule des Relais 541 zu geführten ,Spannung gegenüber der den Auto transformator speisenden Spannung sich än- dert. Die mit Anzapfungen versehenen In- duktivitäten 556 und Kapazitäten<B>557</B> wer den proportional den Änderungen der Schlupffrequenz in den,
.Stromkreis des Auto transformators eingeschaltet. Es ist dazu ein auf den Anzapfkontakten gleitender Schalthebel 547 vorgesehen, der von der Differenzspannung zweier Gleichstromma schinen 548 und 549 gesteuert wird. Die Gleichstrommaschinen werden von zwei Syn- ehronmotoren 550 und 551 angetrieben, von denen der eine an das Netz, der andere an die zu synchronisierende Hauptmaschine an geschlossen ist. Der Ausschlag des Hebels 547 ist daher proportional dem Schlupf zwi schen den beiden zu synchronisierenden Span- nungen.
Die Einschaltung der Synchronisier- apparatur ist noch von der Spannung der Gleichstromhilfsmaschinen 5-19 und 548 ab hängig. Die beiden Gleichstrommaschinen speisen dazu je ein Relais 558 und 449 Diese Relais steuern ihrerseits in Hinter einanderschaltung den Strom für eine Spule 560.
Die Spule 560 wirkt auf den die Syn- chronisierapparatur mit Gleichstrom versor genden Schalter<B>561</B> derart ein, da.ss der Schalter nur bei Erregung der Spule 560 geschlossen wird, beziehungsweise nur dann, wenn die Gleichstrommaschinen 548 und 549 infolge genügend hoher Drehzahl eine ge nügend hohe Spannung den Relais 558 und 559 zuführen. Dadurch wird erreicht, dass die Synchronisiera.pparatur nur bei Frequen zen des Netzes und der zuzuschaltenden Ma schine in Tätigkeit treten kann, die von der normalen Frequenz nicht allzusehr ab weichen.
An Stelle der Gleichstromhilfsmaschinen 548 und 549 kann jedoch auch eine andere Sehlup:fkontrolleinrichtung verwendet wer den, beispielsweise ein Synchronoskop, des sen Zeigergeschwindigkeit elektromagnetisch nach dem Ferrarissystem gemessen wird.
Abb. 7 der Zeichnung zeigt eine Aus bildung der Synchronisierapparatur, die in ihrer Wirkungsweise der Anordnung nach Abb. 2 ähnlich ist. Zur Überwachung des Stromimpulses für das Einlegen des Haupt schalters sind zwei wattmetrische Relais 64'. und 642 vorgesehen, deren Spulen ähnlich wie das Relais 541 der Abb. 6 einerseits an die Maschinenspannung, anderseits an die Netzspannung angeschlossen sind. Die mit a.
bezeichneten Herausführungen führen bei spielsweise zu einem von der Maschinen spannung gespeisten Transformator, :die mit b bezeichneten zu.einem von der Netzspän- nung gespeisten Transformator. c und d sind die zu der Auslösespule des Ölschalters (554 in Abb. 6) führenden Leitungen, die von der Gleichstromquelle 646 über die watt metrischen Relais und über die beiden Hilfs relais 643 und 645 gespeist werden.
Dia Phasenlage der die beiden wattmetrischen Relais 641 und 642 speisenden Wechsel spannungen ist derart eingestellt, da.ss der Kontakthebel des Relais 641 dann von der einen auf die andere Seite umschlägt und dabei für einen kurzen Zeitpunkt den Kon takt 647 berührt, wenn der Kontakthebel des Relais 642 bereits die linke oder die rechte Schaltlage eingenommen hat. Die Hebel der beiden wattmetrischen Relais besitzen also in ihrem periodischen Kontaktumschlag eine Phasenverschiebung von 90 .
Der Zeitpunkt, in dem der Hebel des Relais 641 den Schalt kontakt 647 berührt; stimmt dabei mit dem Zeitpunkt der Phasengleichheit der beiden zu synchronisierenden Spannungen überein, beziehungsweise er liegt eine bestimmte Zeit vor diesem Zeitpunkt. 6.43 ist ein Zeitrelais, das wieder dem Zweck dient, eine Einschal tung des Stromimpulses für den Hauptschal ter bei zu grosser Schlupffrequenz zu ver hindern.
Das Zeitrelais wird von dem Kipp- relais 645 gesteuert, welches der Schaltung gemäss' -das Zeitrelais bei Phasenopposition einschaltet und bei Phasengleichheit aus schaltet und hierdurch die geschilderte Schlüpfkontrolle bewirkt.
Das Kipprelais 645 besitzt zwei Erregerspulen, die bei Kon- taktumsehlag am Relais 642 abwechselnd während einer Halbperiode der Schlupfspan- nung mit Gleichstrom .erregt werden, und die entsprechend den Schalthebel am Relais 645 abwechselnd nach links und nach rechts legen. Die zeitlich richtige Auslösung wird dann nach Ablauf des Zeitrelais beispiels weise in der Stellung der Phasengleichheit durch Hintereinanderschaltung der Relais arbeitskontakte 641, 642, 643 analog den früher beschriebenen Schaltungen bewirkt.
Method for synchronizing synchronous machines. For the quick commissioning of synchronous machines, as is required, for example, when using b-machines to cover peak performance in the network. Synchronization devices have been created in which the synchronous machine, after it has attained a speed approximately matching the mains frequency, is connected directly to the mains with the upstream connection of choke coils or ohmic resistors. The excitation of the synchronous machine is set to a value that is approximately 10 to 20% of the normal excitation.
The machine then synchronizes itself with a long period of natural oscillation corresponding to the reduction in excitation, with the stator current gradually adjusting itself with oscillations to the substantial reactive current corresponding to the large underexcitation. The invention relates to a method in which these natural oscillation oscillations of the synchronous machine are considerably shortened and in which the reactive current consumption of the synchronous machine, which is harmful to the network, is reduced to a minimum.
According to the invention, synchronizing synchronous machines, which are connected to the network with upstream impedances and in which a weakened excitation is already present when the main switch is closed on the synchronous machine, immediately after closing the main switch and before switching off the impedances The excitation of the synchronous machine increased. The arrangement for carrying out this method can be such that means are provided which automatically increase the excitation of the synchronous machine when the main switch is closed.
By increasing the excitation, the synchronizing torque of the oscillating machine is increased, which is particularly important when the synchronization is under load or while the machine is being driven. (The latter is usually the case with water turbine drives for regulation reasons.) The amplification of the excitation is also advantageous if synchronization is to be carried out in the over-synchronous course when a moment of force is present, or in the sub-synchronous course when a load moment is present.
As the excitation increases after the main switch has been switched on, the reactive power consumed also falls, although the synchronous machine is still vibrating. You can now use this reduction in the reactive current flowing through the upstream choke coils or ohmic resistors if the value falls below a certain value to automatically switch off the choke coils or ohmic resistances (for example by closing a short-circuit switch).
This further shortens the duration of the entire synchronization process.
The invention is tert erläu with reference to FIG. 1 in a first embodiment. The synchronous generator 1 is to use the transformer 2 and the. Main switch 3 connected to the three-phase network 4 who the. 5 is the self-excited excitation machine coupled to the synchronous generator, which feeds the excitation circuit 6 of the generator.
7 is an ohmic resistance in this excitation circuit. which, when fully switched on, reduces the excitation of machine 1 to about 10 to 20% of normal excitation. ä is a depending on the switch 3 standing relay, the counter stand 7 when the switch 3 closes short. 9 are in front of the synchronous machine, switched choke coils.
The #synchronization process now takes place as follows: The generator 1, which is coupled to a water turbine, for example, is first brought to an approximately synchronous speed, its excitation being reduced to the stated amount as a result of the switching on of the resistor 7. The switch 3 is then closed so that the machine 1 switches to the synchronous state with oscillations. Simultaneously with the closing of the switch 3, the short-circuiting of the resistor 7 also strengthens the excitation of the machine 1.
This gain does not occur instantaneously, but as a function of a time constant, which is essentially given by the inductance and the ohmic resistance of the excitation circuit.
Depending on the size of the resistor 7 switched off by short-circuiting, the potential increase in excitation can be influenced within wide limits. Closer investigations have shown that, B with the usual initial excitations;
from 10 to 20% the time constant according to which the excitation increases after the main switch is closed, should have about twice the value of the natural oscillation period of the synchronous machine, full excitation being assumed for this natural oscillation period.
In this case, the stator pendulum current is rapidly reduced from its initial value in the further course of the oscillation, and especially the first amplitudes. the rotor angle, which influence the stability of the machine, is greatly reduced.
For timely and automatic switching off of the inductors 9 according to bezvF. At the end of the oscillation period of the machine 1, a relay 10 is provided. which is controlled by the voltage at the choke coils 9 and which switches off the choke coils by closing an E! ur7, circuit breaker 11 when the voltage falls below a certain level.
Because during the settling period of the choke coils. 9 current flowing through does not decrease continuously, but with superimposed oscillations, so the relay 10 expediently has a time delay device,
which compensates for the influence of these vibrations and prevents premature response in the event of a current minimum caused by the superimposed vibrations. Of course, the relay 10 could be controlled by a current transformer in the primary circuit of the machine 1 ge instead of the voltage of the Dros selspulen.
If ohmic resistances are connected upstream of the synchronous machine, then it is advisable to "reduce the size of these ohmic resistances at the same time as the excitation is amplified, for example by gradually short-circuiting them. If this does not happen, the ohmic resistances can possibly cause the moment of synchronization with increasing Erre! ri? ng: decrease.
The short-circuiting of the @@ 'resistances can be carried out automatically with known means.
In the method outlined above, the machine is connected to the network at an arbitrary time with respect to phase correspondence. For this reason, the machine is also under-excited in order to prevent a surge short-circuit current if possible.
Nevertheless, engaging the main switch at the most unfavorable moment with phase opposition can cause strong equalizing currents and, if necessary, endanger or delay the synchronization process. In the case of the procedure described, however, relay circuits can also be provided, which provide
da.ss inserting the main switch is only possible in the vicinity of the phase equality and below a certain amount of the mutual slip frequency of the voltages to be synchronized. in addition, the arrangement can expediently be of this type. that the impulse for cla -_-:
Einle, -en of the main switch is issued before the phase equality is reached in order to compensate for the delay measured by the switching mechanism. Such automatic blocking circuits for synchronization devices are already known per se.
Their use for the method of the invention is, however, expedient insofar as one does not have to pay attention to an aena.ue correspondence of the phase voltage of the network and the machine, but rather larger deviations can be safely allowed because of the underexcitation and the choke coils. The deviations between the two frequencies can also be considerably greater.
If the degree of accuracy of the relay is certain, it is also possible, please include to increase the initial excitation of the generator from the outset with the appropriate backup, which increases the stability, especially in the case of significant excess torques. Drive machine is secured.
Fig. 2 'of the drawing shows an exemplary embodiment of the described arrangement. The choke coils J of Fig. 1 are omitted for the sake of simplicity. 21 is the three-phase network to which the three-phase generator 23 is to be connected via the transformer 2'2. 24 is the chief executive. whose actuating coil 25 of the steady, subline 26 from the. Switch-on pulse n gets.
Relays are now switched on in the control line 26, which have the effect that the coil 25 can only insert the switch 24 when there is an approximate phase equality: and the slip frequency is not too high. A synchronoscope 27 is provided for this purpose.
This consists, for example, of a small 1-synchronous machine, the stator winding of which is excited by the network 21 and the rotor winding of the transformer 22 with rotating fields rotating in the same direction, so that the synchronoscope rotates at a slip frequency. As a result of the synchronous behavior of the device 27, a certain spatial position of the rotating part of the device 27 is therefore assigned to the time moments of the phase equality of the two voltages to be synchronized.
Two rotating disks 28 and 218 are coupled to the synchronoscope. The disk 28 has a metallic segment 29 on one part of its circumference, which (for example via a slip ring) is connected to the line 21.0 and on which a brush 211 grinds. A direct current control source 212 is passed over the brush and over the line 210 and influences the relay 213. Since the segment 29 only partially covers the disc 28 at the circumference, the relay 213 receives control pulses that are proportional to the number of revolutions in their duration.
Vorrich device 27 respectively. the slip frequency between the two voltages to be synchronized. - The diagram of Fig. 3 of the drawing shows on curve a the temporal course of the (slip frequency pointing to the differential voltage OP between the network 21 and the generator 23 to be synchronized. In, the time of phase equality is the differential voltage according to FIG. 3 equals zero.
or it has, with different sizes, the mains and machine voltage, then its mini mum. At this moment or some time before, switch 2'4 must be engaged.
The segment 29 on the disk 28 is now dimensioned and adjusted in such a way that it initiates a control pulse on the relay 213 at the point in time, which is represented by the vertical b in Fig. 3, which
at the time -the vertical c lasts. The relay 2'13 is equipped with a time delay. It therefore only gives the relay 214 a control pulse at the point in time of the vertical d. Relay 2,14 causes the main switch to close via relay 215) 4.
The relay 214 is designed in a manner similar to a time switch so that, from the moment it receives the pulse from the relay 213, this switch 24 can be closed for a certain period of time. This time is in Ab @ b. <B> 3 </B> illustrated by the distance between straight lines d and e.
So that the impulse for inserting the switch 24 also occurs at a certain point in time before the phase equality is reached, a relay 216 is switched on in the circuit controlled by the relay 214, which is fed by the control circuit 212 via the second rotating disk 218 is controlled.
This second disc has a narrow coating 217 on the circumference, so that the control circuit 212 is only able to block the circuit for actuating the switch 4 by closing it for a short time, indicated by the straight lines c and f in Fig. 3 of the circuit controlled by relay 216. This short moment in time, which lies between the straight lines c and f, can be set on the disk 218 to a value before the phase equality is reached.
In the arrangement according to Fig. 2, the current pulse, which brings about the insertion of the main switch by means of the coil 25, is given at a point in time which is before the moment of phase match between the two voltages to be synchronized. This forward movement of the current pulse is necessary to compensate for the delay time caused by the switching mechanism on the oil switch.
By bringing it forward, you can ensure that the effective closing of the contacts on the circuit breaker corresponds exactly to the point in time when the two voltages to be synchronized are in phase. However, this only applies if the pulse for engaging the main switch is always on and! .The same size of the slip frequency is given.
If, on the other hand, the slip voltage has a different slip frequency at the time of the current pulse, then the absolute time difference between the moment of the current pulse and the moment of phase matching of the two voltages to be synchronized changes, since with the arrangement according to Fig. The pulse for inserting the Main switch is always given with the same phase position of the vector of the slip voltage.
so that although the number: of the periods of the slip voltage between the two points in time remains constant, on the other hand, as a result of the 'change in the slip frequency, the absolute time between' the two points in time changes in such a way that it becomes smaller as the sender @ slip frequency increases.
After the delay time given by the switching mechanism at the oil switch remains constant, it can be seen that with the arrangement according to Fig. 2, the effective closing of the switching contacts when the slip frequency changes is no longer with the fact that the two are in phase equality synchronizing voltages exactly match.
In order to avoid this disadvantage, devices can also be provided which, in proportion to the increase in the frequency of the slip voltage, increase the phase shift related to the slip frequency between the times at which the current pulse for the insertion of the main, #chalters "is given, and brings about the point in time di = r phase coincidence of the two voltages to be synchronized.
This increase is expedient in such a way that the time interval between the two points in time remains constant as the slip frequency increases.
The drawing shows in Figs. 4, 5 and (-) exemplary embodiments for the arrangement described above. In Fig. A-- 31 is a three-phase network to which a synchronous machine 32 is to be connected by means of so-called coarse or high-speed synchronization. The synchronous machine is to about. 30% of their normal E.rregu@lg energized and connected via choke coils 33 to the mains by turning on the main switch 34 at the appropriate time.
Specifically, 35 and 36 are powered by the mains and the machine voltage transformers, which feed the stator and the rotor of a synchronoscope designed like an asynchronous motor 37. A further transformer 38 is connected between the transformer 36 and the associated winding on the synchronoscope.
In the se l; undä.rstromkreis of this transformer, in addition to the winding of the sytlchronoscope, a switch 39 is switched on, which is mechanically coupled to the main switch 34 in such a way that it is only closed when the main switch is open. 310 is the DC circuit for engaging the main switch by means of the coil 311.
This direct current circuit is monitored by the synchronoscope 37 via the two relays 312 and 3:13 in such a way that the coil 311 can only receive current and insert the holder if there is an approximate phase and frequency match. The frequency match is achieved in the same way as in the case of the time delay at the relays 312) and 313, as described with reference to FIG.
The synchronoscope 37 is now also designed in such a way that it releases the switch 34 earlier as the slip frequency increases.
In a departure from the arrangement according to FIG. 2, the contact disk coupled to the synchro noscope is arranged with the contact for the specific contact so that it can rotate relative to the housing. The rotation from the position of the frequency correspondence must be proportional to the slip frequency and opposite to the rotating drive field of the armature.
This is achieved by the fact that the disk is rotated by a slip rotating in the opposite direction according to the principle of the F'erraris system (eddy current armature) and against the force of a spring. For a coarser arrangement, it is sufficient to control two or more electromagnets by one or more slip levers resting on the synchronoscope zeigera, axis. Undersynchronism move correct position.
A switch 314 is connected in parallel with the choke coils 33, which is closed as shown in FIG. 1 after the main switch has been inserted "when the machine 32 is already so energized that its voltage approximately equals the mains voltage. To avoid switching off too early of the choke coils 33 by closing the switch 314, the switch coil 315 fed by the circuit 310 is monitored by three relays 316, 317 and 318 connected in series.
The relay 316 is controlled by the voltage at the choke coils 33 and only enables a current in the coil 315 and thus the closing of the switch 314 when the voltage at the choke coils has dropped below a certain amount is.
Accordingly, the equalizing current between the network 31 and the machine is then also low. The relay 317 is controlled by the excitation current in the machine 32 (shunted to a resistor 329 in the excitation circuit). Only when the excitation current of the machine 32 has reached a certain size, the lock tion of the current in the coil 315 by the relay 317 is canceled.
At the moment the main switch 34 is closed, a considerable equalizing current surge occurs between the network and the machine 32. As a result of the magnetic coupling, this shock is also transmitted to the excitation circuit of the machine 32, so that the relay 317 could respond too early due to this temporary increase in the excitation current. In order to avoid this, the delayed relays 318 are provided whose control circuit is routed via the switch 39.
The arrangement on the switch 39 is such that only when the main switch 34 is closed. the control circuit of relay 318 is closed. After the time delay has elapsed, the relay <B> 31,8 </B> then releases the current for the switching coil 3,15.
In the direct current control circuit 310 which feeds the various relays and the synchronous sonoscope, a switch 319 is also switched on, the switch-on coil 320 of which is monitored by a relay 321.
which in turn is controlled by the voltage of the DC exciter 322. The relay <B> 321 </B> closes the switch 310 only when the excitation machine 322 or a certain voltage. has reached a certain speed. It is therefore only possible to switch on the Appa rate when the machine 32 slips to a certain extent. This avoids damage to the equipment at high levels of slip.
The direct current exciter 322 is built as a so-called "Ossanna" exciter machine, with an additional exciter field being present, which is first switched against the main exciter field.
After turning on the main switch, a rapid excitement is generated. the "Ossanna" machine is achieved by reversing the counter-connected additional field by means of the switching coil 323, thus strengthening the main field.
The arrangement according to Fig. 5 only refers to a special device that ensures that the phase difference measured in periods of the slip frequency between the moment the main switch coil is released unfidemMo @ ment of the phase correspondence of the two spans to be synchronized voltage is increased proportionally to the slip frequency,
so that in spite of the constant switch delay time, even with variable slip, the contacts on the main switch are always closed at the moment of full phase agreement.
For the about a.e. For the main switch coil to transmit power supply circuit 424, a minimum voltage relay 425 operating with a time delay is provided, which is fed by a voltage which is also derived from a voltage. Mains frequency and one with machine frequency and thus a voltage with slip frequency.
The relay 425 responds when there is an approximate phase match in the two voltages supplied. The time delay of the relay means that the response is only possible below a certain slip frequency, please include. The voltages fed to the relay 425 are generated in two auxiliary syncUron machines 426 and 427, the DC exciter circuits of which are connected one after the other in order to. to achieve the same size for the two voltages.
The machine 426 is coupled to a synchronous motor 428 fed by the mains, the machine 427 to a synchronous motor 429 fed by the machine voltage to be switched on. An elastic coupling 430 is inserted between the machines 427 and 429. Between the clutch 430 and the synchronous machine 427, an asynchronous motor 431 is arranged, the rotor of which sits on a separately mounted hollow shaft closing the shaft of the machine 427.
The right side of the coupling 4-3J is now connected to the hollow shaft of the machine 431 on the one hand and to the shaft of the machine 427 on the other. The elastic coupling is designed in a manner known per se in such a way that a rotation of the hollow shaft with respect to the left hand side of the coupling rigidly connected to the rotor of the machine 429, for example in the clockwise direction, an opposite relative rotation of the hollow shaft penetrating the shaft of the machine 427 ( counterclockwise).
The stator winding of the asynchronous motor 431 is connected to the mains voltage. If the frequencies of the mains voltage and the Na machine voltage do not match, the rotor of the asynchronous motor 4.31 slips opposite the stator torsion, thus generating a current and torque in the rotor winding that, as described above, rotates the Runner of the machine 427 relative to the runner of the machine 429 brings about,
namely opposite to the direction of rotation of the rotating field in the asynchronous motor 431. As a result of this rotation of the rotor of the synchronous machine 427, the phase position of the alternating voltage supplied by the machine 427 changes and thus also the phase position of the one from the machines 427 and 426 , jointly generated voltage with slip frequency. This change is such
that as the slip frequency increases, the slip voltage of the auxiliary machines 426 and 427 leads in phase with the slip voltage given by the line voltage and the machine voltage.
Since the slip voltage of the machines 426 and 427 now controls the impulse for engaging the main switch, with a suitable dimensioning of this lead you can achieve that the time interval between the current impulse for engaging the main switch and the moment when the two phases match voltage to be synchronized despite increasing slip frequency remains constant.
To regulate the rotation on the coupling 430, controllable ohmic resistors 432 are switched on in the secondary circuit of the asynchronous motor 431.
In the arrangement according to Fig. 6, the function of the synchronoscope 37 of Fig. 4 is replaced by relays; Otherwise, the arrangement of Fig. 6 is similar to that of Fig. 4.
541 means a relay in the form of a wattmeter whose two coils, which can be rotated against each other, are fed on the one hand by the voltage transformer 35 from the mains voltage and on the other hand by the voltage transformer 36 from the machine voltage, with a phase position such that the with the rotatable coil coupled contact lever 552 of the relay turns over when the mains and machine voltage have the same phase position, or a certain time before this moment.
The lever 552 of the wattmetric relay controls the excitation current supplied by the DC voltage 553 for the timing relays 543 and 544 in such a way that when the lever 552 is deflected to the left, the relay 543 is excited, when the lever 552 is deflected to the right, the relay 544. In the illustrated in the drawing Moments of the contact envelope is the lever 552 both with his left, as well as with his right contacts.
The two timing relays are, as shown, alternately excited by the relay 541 during a half period of the slip voltage, they monitor the circuit of the switch coil 554 controlled by them in series connection. The timing relay prevents the main switch from closing if the slip is too high, since the delay on the relay has not yet expired during the half-cycle of the slip voltage, so that the two relays cannot release the current for the coil 554.
The current for the switch coil 554 is monitored by the two relays 542 and 555 connected in series. Of these two Re lais, the relay 542 is fed by the voltage of the network and the machine via the transformers 35 and 3,6 and 546 in series.
The relay is set in such a way that it releases the current of the coil 55 when it is fully excited, which is the case due to a suitable choice of the phase position of the voltages exciting the relay 542 during a time interval that corresponds to the time at which the pulse for the A lay of the main switch should be given, covered.
The relay 555, which is excited by the direct voltage 553, is a minimum voltage relay, that is to say "it releases the current for the coil 554 only when it is not excited. This is the case when the lever 552 of the wattmetric relay 541 assumes the central position shown, where the excitation of the relay 555 is short-circuited. The relay 555 therefore ensures that the current for the coil 554 is only released in a short moment in time, which is in the region of the phase equality of the two voltages to be synchronized.
The point in time at which the lever 552 of the wattmetric relay changes the contact, and thus also the point in time for the current pulse of the coil 554, depends on the phase position of the mains and machine voltages feeding the relay 541.
The devices of Fig. 6 with the reference numbers 545 to 551 now serve to bring about a dependency of the phase position of the excitation voltage at the relay 541 from the mains voltage as a function of the magnitude of the slip frequency, and thus also the point in time of the current pulse, in the coil 554 in the above Schildeitex,
In the sense of influencing "that the difference measured in periods of the slip voltage between the moment of the current pulse and the moment of phase equality of the voltages to be synchronized increases with increasing slip frequency, or that the absolute time difference between these two In order to achieve this, an autotransformer 546 is connected between the voltage transformer 35 and the coil at the relay 541 that it excites.
The windings of the autotransformer split into two halves that feed the coils of relay 541 in parallel. With one half there is still the ohmic resistance and 545, with the other half the adjustable inductance 556 and 545 respectively. the adjustable capacitance 557 connected in series.
It is enough that when there is a change in the size of the inductance 556 respectively. of the capacitance <B> 557 </B> the phase position of the voltage fed from the car transformer to the coil of relay 541 changes compared to the voltage feeding the car transformer. The inductances 556 and capacitances <B> 557 </B> provided with taps are proportional to the changes in the slip frequency in the
.Circuit of auto transformer switched on. To this end, a switching lever 547 sliding on the tapping contacts is provided, which is controlled by the differential voltage between two DC machines 548 and 549. The DC machines are driven by two synchronous motors 550 and 551, one of which is connected to the mains and the other to the main machine to be synchronized. The deflection of the lever 547 is therefore proportional to the slip between the two voltages to be synchronized.
The activation of the synchronizing equipment is still dependent on the voltage of the DC auxiliary machines 5-19 and 548. The two DC machines each feed a relay 558 and 449 for this purpose. These relays in turn control the current for a coil 560 in series connection.
The coil 560 acts on the switch 561 which supplies the synchronizing apparatus with direct current in such a way that the switch is only closed when the coil 560 is excited, or only when the direct current machines 548 and 549 are activated As a result of sufficiently high speed, a sufficiently high voltage to the relays 558 and 559 feed. This ensures that the Synchronisiera.pparatur can only operate at frequencies of the network and the machine to be switched on that do not deviate too much from the normal frequency.
Instead of the DC auxiliary machines 548 and 549, however, a different visual control device can also be used, for example a synchronoscope, whose pointer speed is measured electromagnetically according to the Ferrari system.
Fig. 7 of the drawing shows a training from the synchronizing apparatus, which is similar to the arrangement of Fig. 2 in its mode of operation. Two wattmetric relays 64 'are used to monitor the current pulse for inserting the main switch. and 642 are provided, the coils of which, like the relay 541 in FIG. 6, are connected on the one hand to the machine voltage and on the other hand to the mains voltage. Those with a.
For example, the lead-outs marked lead to a transformer fed by the machine voltage: those marked b lead to a transformer fed by the mains voltage. c and d are the lines leading to the trip coil of the oil switch (554 in Fig. 6), which are fed from the direct current source 646 via the watt metric relays and via the two auxiliary relays 643 and 645.
The phase position of the alternating voltages feeding the two wattmetric relays 641 and 642 is set in such a way that the contact lever of the relay 641 then flips over from one side to the other and touches the contact 647 for a short time when the contact lever of the Relay 642 has already taken the left or right switching position. The levers of the two wattmetric relays have a phase shift of 90 in their periodic contact reversal.
The time at which the lever of the relay 641 touches the switch contact 647; corresponds to the point in time when the two voltages to be synchronized are in phase, or it is a certain time before this point in time. 6.43 is a timing relay which again serves the purpose of preventing the current pulse for the main switch from being switched on if the slip frequency is too high.
The timing relay is controlled by the toggle relay 645, which, according to the circuit, switches the timing relay on in the event of phase opposition and switches it off in the event of phase equality, thereby effecting the described slip control.
The toggle relay 645 has two excitation coils which, if the contact on relay 642 fails, are alternately excited with direct current during a half-period of the slip voltage, and which move the switch lever on relay 645 alternately to the left and right. The timely correct triggering is then effected after the time relay has expired, for example in the position of phase equality by connecting the relay working contacts 641, 642, 643 in series in a manner analogous to the circuits described earlier.