DE138602C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

In der Praxis kommen Fälle vor, in welchen z.B. bestehende Wechselstromanlagen unter Zuhülfenahme einer Kraftübertragung vergrößert werden sollen. Angenommen, daß in einer Stadt eine durch Dampf kraft .betriebene Wechselstromzentrale besteht, welche durch eine entfernt gelegene Wasserkraft unterstützt werden soll, so wird man im allgemeinen durch die Wasserkraft die gleiche Stromart zu erzeugen trachten, die auch in der Dampfzentrale erzeugt wird.

Kann dies nun aus irgend welchen Gründen nicht geschehen, so tritt der Fall ein, daß die parallel unter sich oder mit der bestehenden Dampfzentrale zu schaltenden Wechselstromerzeuger durch Synchronmotoren angetrieben werden müssen, die ebenfalls parallel an ihren Betriebsstromkreis angeschlossen sind.

In Fig. ι der Zeichnung ist der Fall veranschaulicht, daß zwei Einphasenwechselstromerzeuger ab, die in Parallelschaltung auf ein Netz arbeilen, durch zwei von der gleichen Stromquelle gespeiste Drehstromsynchronmotoren c d angetrieben werden. Es sollen nun die Wechselstromerzeuger derart in Betrieb gesetzt werden, daß zunächst die elektrisch gekuppelten Synchronmotoren durch eine gesonderte Stromquelle erregt und alsdann die Generatoren der Wasserkraftanlage langsam in Betrieb gesetzt werden. Die Synchronmotoren werden also gleichzeitig mit den letzteren allmählich auf ihre volle Umdrehungszahl ansteigen , wobei die Wechselstromerzeuger allmählich in das Netz Energie abgeben werden, die sich gleichmäßig auf beide Generatoren verteilt, sofern beide von gleicher Größe und Bauart sind.

Sinkt nun der Energieverbrauch des Wechselstromnetzes unter die Hälfte der Leistung der zwei Maschinengruppen, so ist es wünschenswert, die eine derselben abschalten zu können und die Gesamtleistung nur einer einzigen Gruppe zu übertragen.

Es tritt also hier derselbe Fall ein wie in einer Wechselstromdampfzentrale, wenn wegen Sinkens des Verbrauchs eine Dampfdynamo abgeschaltet werden soll. Hier wird man einfach . die Regulatorfeder der Dampfmaschine allmählich belasten, so daß die Dampfmaschine weniger und weniger Kraft abgibt, bis auch die Wechselstrommaschine, infolge Zurückbleibens ihrer Pole gegenüber denen der noch im Betriebe befindlichen Generatoren, ihre Leistung allmählich auf die anderen Generatoren überträgt.

Bei den Wechselstromerzeugern jedoch, die durch Synchronmotoren angetrieben werden, läßt sich ein solches Überladen der Leistung eines Generators auf den oder die anderen im Betriebe befindlichen nicht ebensogut erreichen wie bei einer Dampfzentrale, da man die Synchronmotoren auf elektrischem Wege nicht entlasten kann.

Um dies zu ermöglichen, ist es erforderlich, Einrichtungen zu schaffen, welche in gleicher Weise wie in der Dampfzentrale die allmäh-

liehe Be- oder Entlastung auf mechanischem Wege bewirken. Zur Erläuterung der im nachfolgenden beschriebenen Anordnungen sollen zunächst die hierbei auftretenden elektrischen Verhältnisse kurz beschrieben werden.

Der jeweiligen Belastung des äußeren Schließungskreises der Erzeugermaschinen entspricht eine Ankerrückwirkung auf das erregende magnetische Feld, dessen maximale Stärke umsomehr von der geometrischen Polmitte in der Bewegungsrichtung rückwärts verschoben erscheint, je größer der Ankerstrom wird. Ist der letztere = o, so fällt der Nullwert der E. M. K. fast genau in den Moment, wo die geometrische Polmitte den induzierten Leiter passiert, bei wachsendem Ankerstrom dagegen wird das erregte Feld immer weiter zurückgedrängt, so daß die E. M. K. erst den Wert ο erreicht, wenn die geometrische Polmitte den induzierten Leiter bereits passiert hat.

Es ist bei diesen Betrachtungen vorausgesetzt, daß die Phasenverschiebung im äußeren Stromkreise = ο ist, für andere Verschiebungen behalten die nachstehenden Folgerungen ebenfalls ihre Gültigkeit, während die bisherigen Angaben sinngemäß abzuändern sind.

Der jeweiligen Leistung der Stromerzeuger oder der Belastung im äußeren Stromkreis entspricht also eine gewisse Verschiebung der geometrischen Polmittc des magnetischen Feldes gegenüber dem induzierten Leiter zur Zeit des Nullwertes der E. M. K.; es muß demnach bei zwei oder mehreren verschieden belasteten Stromerzeugern von sonst gleichen mechanischen und elektrischen Abmessungen die augenblickliche Stellung der Polmitten gegenüber dem induzierten Leiter verschieden sein, während bei gleichbelasteten Maschinen die geometrische Polmitte in allen gleichzeitig mit der Mitte des induzierten Leiters zusammenfällt.

So stellen z. B. α und b in Fig. 4 die augenblicklich gleichzeitigen Polstellungen zweier gleichbelasteter Erzeugermaschinen vor, während a^l und b^l (Fig. 5) bezw. a² und Z>² (Fig. 6) verschieden belastete Maschinen darstellen. Ist die Drehungsrichtung in allen Maschinen die durch den Pfeil angedeutete, so werden b^l und V¹ die schwächer belasteten Maschinen darstellen, da bei diesen die Polmitten später mit dem induzierten Leiter zusammentreffen als bei a¹ und d¹.

Sind die Wechselstromerzeuger durch Dampfmaschinen, Turbinen oder andere in ihrer Umdrehungszahl voneinander unabhängige Motoren angetrieben, so hat die absichtliche Hervorrufung dieser zeitlichen Differenz in der Polstellung zum induzierten Leiter keinerlei Schwierigkeiten. Man sperrt einfach die Kraftzufuhr zu der Antriebsmaschine mehr und mehr ab, bis schließlich bei vollkommenem Aufhören der Kraftzufuhr die bisher als Stromerzeuger arbeitende Dynamo von den noch im Betriebe befindlichen als Motor mitgezogen wird, wodurch die geometrische Polmitte gegen den induzierten Leiter immer weiter zurückbleibt, je größer die Leistung des Motors, d. h. seine Belastung wird. Gibt man dagegen der Antriebsmaschine eine wachsende Kraftzufuhr, so möchte sie unter deren Einwirkung eine wachsende Umdrehungszahl annehmen, da sie hieran aber durch die synchron arbeitenden Wechselstromerzeuger. gehindert wird, drängt sie gewissermaßen die von ihr angetriebenen Pole gegen die der anderen Maschine vor. Die letzteren werden dadurch entlastet, die erstere belastet, ein Vorgang, wie er täglich in jeder Wechselstromzentrale beobachtet werden kann und im regelrechten Betriebe ausgenutzt wird.

Ganz anders aber, wenn die Antriebsmaschinen Synchronmotoren sind, die in ihrer Umdrehungszahl voneinander vollständig abhängig sind. Wenn diese von der gleichen Stromquelle gespeist werden, so müssen sie bei gleicher Polzahl auch die gleiche Umdrehungszahl annehmen, so daß auch die Wellen der von ihnen angetriebenen Wechselstrommaschinen direkt miteinander gekuppelt erscheinen.

Sind nun deren Anker mit den Motorankern derart verbunden, daß bei allen Dynamos die geometrischen Polmitten zu genau gleicher Zeit die gleichartigen induzierten Leiter passieren, so ist auch die Belastung mehrerer parallel arbeitender Erzeuger unabänderlich die gleiche. Um die Belastung einer dieser Dynamos ändern zu können, müssen Einrichtungen getroffen werden, daß eben die Polmitten dieser Maschinen zu einer anderen Zeit den gleichwertigen Leiter passieren als in den übrigen Dynamos, und dies ist nur möglich, wenn bei der ab- oder zuzuschaltenden Maschine die Lage der Polmitten gegen den induzierten Leiter während des Betriebes geändert werden kann.

Da es hierbei nur auf eine relative Änderung der Lage ankommt, so ist es vollkommen gleichgültig, ob bei der abzuschaltenden oder zu entlastenden Dynamo die Pole rückwärts oder der Armaturleiter vorwärts verstellt wird (bei einer zuzuschaltenden, d. h. zu belastenden Maschine in umgekehrtem Sinne).

Das Wesentliche, Bedingende für die Anwendung des beschriebenen Verfahrens besteht darin, daß bei den von Synchronmotoren angetriebenen Wechselstromerzeugern während des Betriebes entweder die Polräder um ihre geometrische Achse im Sinne der Drehungsrichtung oder entgegengesetzt beweglich angeordnet sind, daß sie also um einen bestimmten Winkel gegen die Pole des antreibenden Motors verstellt werden können, während beide Armaturen feststehen, oder daß die Pole von Synchronmotor und Stromerzeuger unverrückbar fest miteinander gekuppelt sind, dagegen die

Armaturen der Erzeuger um ihre geometrische Achse gedreht werden können, so daß diese um einen bestimmten Winkel gegen die Armaturen der arbeitenden Motoren verstellbar sind. Da übrigens in einem solchen System die Rolle von Dynamo und Motor vertauscht werden kann, ist es vollkommen gleichgültig, ob die Verstellungsvorrichtung an den Motoren oder an den Stromerzeugern angebracht ist, oder endlich, ob alle beide solche erhalten.

'Das im Vorstehenden gekennzeichnete Hülfsmittel, die Verstellung des- induzierten gegen den induzierenden Teil, ist an sich bereits bekannt (vergl. Schweizerische Patentschrift 6653), und es bildet lediglich seine Verwendung zu dem besonderen Zweck der Belastungsänderung parallel geschalteter, durch Synchronmotoren angetriebener Wechselstromerzeuger den Gegenstand des Patentschutzes.

Ausführungsformen solcher Vorrichtungen zur Verstellung während des Betriebes sind durch die Fig. 2 und 3 veranschaulicht.

Fig. 2 zeigt die bauliche Ausführung der in Fig. ι skizzierten mechanischen Kupplungen e und f. Die Wellen des Synchronmotors und der Dynamo sind je, mit einem Flantsch gh gleichen Durchmessers ausgerüstet; über beide Flantschen ist ein Rohrstück i geschoben, dessen innerer Durchmesser gleich dem der beiden Flantschen ist und welches mittels einer verschiebbaren Gabel k in seiner Längsrichtung bewegt werden kann. Dieses Rohrstück i besitzt nun für jeden der beiden Flantschen einen nutenförmigen Einschnitt / und m, in welchen ein Stift oder Keil η und ο eingreift; die Stifte η ο stehen mit den Flantschen in fester Verbindung. Ist die Nut für den einen Flantsch axial eingeschnitten, während diejenige für den anderen Flantsch schräg dazu angeordnet ist, wie aus Fig. 2 ersichtlich, so findet beim Verschieben des Rohrstückes eine Verdrehung der Achsen gegeneinander statt, deren Größe von der Länge der Verschiebung und dem Winkel abhängig ist, welchen die schräge Nut mit der axialen einschließt.

Fügt man eine solche Kupplung, welche verschiedene Ausführungsformen annehmen kann, zwischen Synchronmotor und Generator ein, so ist ein Ent- oder Belasten der Maschinengruppe, ein Überleiten der erzeugten Energie von der einen auf die andere ebenso leicht zu bewerkstelligen wie bei einer Dampfzentrale durch Ent- oder Belasten des Dampfmaschinenregulators.

Da es für die Erreichung des oben angegebenen Zweckes nur darauf ankommt, die relativen Stellungen der Pole von Synchronmotor oder Generator gegen die zugehörigen Ankerwicklungen zu verändern, so läßt sich die angegebene Kupplung, die während des Betriebes verstellbar ist, auch durch eine vollständig gleich wirkende Anordnung ersetzen, die den Vorzug hat, daß die zu verstellenden Teile während des Betriebes nicht in Bewegung, sondern in Ruhe sind.

Anstatt die Polkränze gegeneinander zu verdrehen, kann man mit gleicher Wirkung auch die Anker gegeneinander beweglich anordnen, während die beiden Polkränze auf der gemeinsamen W'elle festsitzen.

In Fig. 3 der beiliegenden Zeichnung ist eine solche Vorrichtung dargestellt. Die beiden auf der gemeinsamen Welle sitzenden Polkränze sind unbeweglich fest miteinander verbunden. Von den beiden Ankern jedoch ist nur der eine fest mit der Grundplatte verbunden, während der andere auf Rollen gelagert ist. Durch Drehung des Handrades mit der Spindel wird nun die axiale Winkeldrehung des Ankers erzeugt, welche genau in derselben Weise wie die oben erläuterte Verstellung der drehbaren Kupplung, die Ent- oder Belastung der betreffenden Maschinengruppe bewirkt.

Claims (1)

1. Patent-Anspruch :
   Verfahren zur Belastungsänderung parallel geschalteter, durch Synchronmotoren angetriebener Wechselstromerzeuger, dadurch gekennzeichnet, daß zu dem Zweck, das Zu- oder Abschalten einer parallel auf das Netz arbeitenden Maschinengruppe während des Betriebes zu ermöglichen, die Zugkraft des Synchronmotors oder die Leistung des Wechselstromerzeugers durch gegenseitiges Verstellen des induzierenden und induzierten Teiles einer der beiden Maschinen um einen bestimmten Winkel in bekannter Weise mittels einer mechanischen Vorrichtung (verstellbare Kupplung der Läufer oder drehbare Anordnung eines der Ständer) geregelt wird.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.