-
Einrichtung zur Herstellung des Gleichlaufes bzw. zur Parallelschaltung
eines Generators mit einem zu kuppelnden Netz Bei der Parallelschaltung eines Generators
an Bein elektrisches. Netz besteht die Aufgabe, möglichst Stromstöße oder sonstige
Beunruhigungen zu vermeiden. Dies -gesehieht dann, wenn Spannung, Frequenz und Phasenlage
des zu kuppelnden Generators- mit den entsprechenden Werten des Netzes übereinstimmen..
Insbesondere macht es hierbei Schwierigj#2eiten, die richtige Phasenlage oder den
Augenblick des Gleichlaufes des zu kuppelnden Generators zu erfassen und gerade
in diesem Augenblick die erforderlichen °Schaltmaßnähanen auszuführen. Werden durch
das: Relais, das, den Durchlauf der Maschine mit dem zu kuppelnden Netz anzeigt,
besondere Schalteinrichtungen ausgelöst, dann spielen die mechanischen uni elektrischen
Trägheifien dieser Einrichtungen eine ausschlaggebende Rolle für die Zeit, die bis
zur Ausführung des Schaltkommandos Verstreicht. Während sich: die elektrischen Trägheiten
sehr genau erfassen lassen und auch im Betriebe dauernd konstant bleiben, ändern
sich die mechanischen Verhältnisse der Steuereinrichtungen durch: geringe Verlägerung
und Anderun,g der Reibungskräfte, so daß hier gewisse Unsicherheiten entstehen.
Um diese zu ver-
| meiden, strebt die Erfindung an, bewegte |
| mechanisiche Massen .möglichst zu vermeiden. |
| Das läßt .sich dadurch erreichen, daß @erfin- |
| dungsgemäß die Differenz der gleich;gerich:- |
| teten Awgenblickswerte zweier der Phase nach |
| in übexeinsti.mmung zu bringender Spannun- |
| gen beider Systeme zur Ladung ;eines Konden- |
| sators benutzt wird, dessen Spannung erst |
| dann, wenn ein bestimmter Extremwert,(Mini- |
| mal- oder Maximalwert) dieser Differenz eine |
| festgelegte Zeit besteht, den Ansprechkreis |
| betätigt. - |
| Es. sind zwar bereits, Pä.ralleIschalteinrich- |
| tungen bekannt, bei denen die Differenz der |
| Frequenzen zweier parallel zu schaltender Netze |
| zur Ladung eines-Kandensators' bexiutzt wird. |
| Die Spannung dieses. Kondensators betätigt |
| erst dann, wenn ein bestimmter Extremwert |
| dieser Differenz eine festgelegte Zeit besteht, |
| den Ansprech'kreis des Kuppelschalters. Erst |
| wenn.,der Schlupf Beingen gewissen. Mindestwert |
| erreicht hat, ist die Aufladung des Konden- |
| sators ausreichend groß., vm die Einschaltung |
| des Kup:pelschalters zu bewirken. Bei dieser |
| c Einrichtung ist. also. dieeLadezeiteines Kon- |
| densators nicht wie bei dem Gegenstand der |
| Erfindung von der Schlupffrequenz unab- |
hängig, sondern vielmehr abhängig. Das bekannte Verfahren arbeitet
also nach einem anderen Prinzip.
-
Der Gegenstand der Erfindung ist 'in d.er Zeichnung beispielsweise
veranschaulicht.
-
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Abb. i ist mit i die zu synchronisierende
Maschine bezeichnet. Dieser Maschine sind die Leitungen mit I', II', III' und die
entsprechenden Leitungen des Netzes. mit I, 1I, III bezeichnet; beide Leitungsgruppen
werden durch einen Kupplungsschalter 2 miteinander verbunden, der durch eine Betätigungsspule
3 eingeschaltet wird.
-
An die Leitungen II und III sind über einen Spannungswandler q. die
Leitungen c und a angeschlossen. Die Leitung c ist ferner über die Sekundärwicklung
eines Spannungswandlers 5 mit einer weiteren Leitung b verbunden. Die P 'runärwicklung
dieses Transformators. ist zwischen die Leitungen II' und III' gelegt. Infolgedessen
entspricht die Spannung zwischen den Leitungen c und a den Spannungen zwischen II
und III, die Spannung zwischen c und b der Spannung zwischen Il' und III'.
-
Ein Transformator 7, der zwischen die Leitungen C und a geschaltet
ist, speist über seine Sekundärwicklung -einen Kondensator iounter Zwischenschaltung
eines Gleichrichters 17.-Dieser kann beispielsweise ein Kupfer-Kupferoxyd-Gleichrichter
oder eine Entladungsröhre sein. Die Pfeilrichtung des Gleichrichters bedeutet die
Durchlaßrichtung, so daß der Kondensator i o auf seiner linken Seite positiv aufgeladen
wird. Durcheinen Widerstand 14 ist der Kondensator i o . derart überbrückt, daß
seine Ladung immer proportional der Wechselspannung zwischen den Leitungen c und
a verläuft.
-
In gleicher Weise ist ein Transformator 8 zwischen die Leitungen-
c und b geschaltet und auf seiner über einen Gleichrichter 18 mit einem Kondensator
i i verbunden, der sieinerseits wieder durch einen Widerstand 15 überbrückt ist.
Die linkeKlemme des Kondensators i z ist gegenüber seiner rechten Klemme auf einem
positiven Potential gehalten, das in jedem Augenblick der Spannung zwischen den
Leitungen c und b proportional ist. ' Ein weiterer Transformator 6 ist zwischen
die Leitungen a und b gelegt, derart, daß er von der Differenz der
Spannungen :der Leitungen II, III und 1:I', III',, also zweier entsprechender Spannungen
der beiden Systeme erregt wird. Die Schaltung ist dabei so getroffen, daß die Differenzspannung
ein Maximum ist in dem Augenblick, in. dem die Spannungen an der Maschine in Phase
mit den Spannungen des Netzes sind. In der Abb. q. sind durch die Vektoren 0A und
OB die Wechselspannungen in irgendeinem Augenblick an den Leitungen II, III
und II', III' bezeichnet. Die relative Lage der Vektoren @entspricht der relativen
Lage des Maschinenspannungsvektors und des Netzspannungsvektors. Nimmt man nun an,
daß die Winkelgeschwindiglkeit der Wechselspanmnmgsvektoren 0A und OB nicht
gleich groß ist, dann dreht sich der Vektor OB in bezug auf den Vektor 0A
mit einer Winkelgeschwindigkeit, die dem Unterschied der beiden Winkelgesöhwindigkeiten
entspricht. Die P'arallelschaltbedingungen sind in dem Augenblick die günstigsten,
in dem der Vektor OB, der die Spannung II', III' darstellt, mit dem Vektor
0A, der die Spannung II, III darstellt, zusammenfällt.
-
Die Spannung zwischen den Leitungen c und a ist in Phase mit der Spannung
II, III und kann infolgedessen durch einen Vektor ca dargestellt werden, der mit
dem Vektor 0A zusammenfällt. Die Spannung zwischen den Leitungen C und b ist in
jedem Augenblick um i 8o' gegenüber der Spannung OB verschoben. Sie kann
dargestellt werden durch den Vektor cb, der dem Vektor OB entgegengesetzt
,gerichtet ist. Die dem Transformator 6 aufgedrückte Spannung entspricht der Differenz
zwischen den Spannungen Ca und cb und kann demgemäß durch den Vektor ba dargestellt
werden. Im günstigsten Augenblick des Parallelschaltens nimmt der Vektor cb_ die
Lage cb' entgegengesetzt ca ein, und die Spannung, die dem Transformator 6 aufgedrückt
ist, geht durch ein Maximum, dargestellt durch den Vektor b', a. Der Transformator
6 speist einen Kondensator 9 über ,einen Gleichrichter 16. Ein im Ladekreis angeordneter
regelbarer Widerstand 19 gestattet, die Zeitkonstante des Ladekreises einzustellen.
Ein Parallelwiderstand 13 ist zur Entladung des Kondensators vorgesehen.
-
Man kann natürlich den Transformator 6 durch zwei gleiche Tertiärwicklungen
ersetzen, die in Reihe geschaltet und jeweils auf einem der Transformatoren 7 und
8 angeordnet :sind. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß ein ungewolltes Schalten
dann vermieden wird, wenn einer der Transformatoren außer Betrieb sich befindet.
-
Wie aus der Schaltung zu ersehen ist, sind die Kondensatoren 9; i
o und i i in Reihe geschaltet. Die linke Klemme des Kondensators 9 und - die rechte
.des Kondensators i i sind durch Leitungen 20 und 21 an die Kathode bzw. das Gitter
einer Dreielektrodenröhre 26 geführt. Diese Röhre kann entweder evakuiert oder mit
Gas oder Dampf gefüllt sein. Sie besitzt eine Kathode, die durch einen Draht 27
direkt oder indirekt geheizt ist. Die Anode
der Röhre ist an die
rechte Klemme der Sekundärwicklung des Transformators 6 unter Zwischenschaltung
der Primärwicklung eines Transformators 22 gelegt. Der Anodenkreis kann natürlich
auch durch eine besondere Stromquelle mit Gleichstrom betrieben werden. Die Sekundärwicklung
ödes Transformators 22 ist unter Zwischenschaltung eines Widerstandes
28 zwischen die Kathode 29-und das Gitter 30 einer weiteren Röhre 32 gelegt,
die vorteilhaft als gasgefülltest Entladungsgefäß, ausgebildet ist. Das Gitter 3o
ist durch einen Kondensator 33 überbrückt, der ein ungewolltes Ansprechen des Entladungsgefäßes
unter dem Einfluß von Stromstößen, die sich über die Leitungen, von der Gleichstromquelle
34 ausgehend, ausbilden können, verhindert. Die Betätigungsspule 3 des Schalters
2 ist in Reihe mit der Gleichstromquelle 34 und dem Entladungsgefäß 32 gelegt. Die
Gleichstromquelle kann ,auch vollkommen- in Fortfall kommen und durch eine Wechselspannung
ersetzt werden. Durch Hilfskontakte kä;nm das Entladungsgefäß bis zum Augenblick
des Parallelscbaltens. außer Betrieb genommen werden. Die Wirkungsweise der Einrichtung
ist folgende: Wenn die Frequenz f1 der Maschine mit der Frequenz f 2. des Netzes
nicht übereinstimmt, schwingt die Spannung am Kondensator 9 zwischen zwei Werten
mit einer Frequenz,. die der Hälfte der Differenz fl-12 entspricht. Wenn die Frequenzen
f 1 und f 2 sehr benachbart sind, dann sind diese Werte proportional
der Differenz bzw. der. Summe der Maximalwerte der zu vergleichenden Spannungen.
der Maschine und des Netzes. Wenn,die Differenz zwischen den Frequenzen/, und f2
zunimmt, dann gibt es einen Augenblick, von dem an, je nach der Zeitkonstanten dis.
Ladungskreises des Kondensators 9y der Strom in diesen nicht mehr die Zeit findet,
.den Spannungsschwankung en des Transformators zu folgen und daher die unteren und
oberen Werte seiner Ladung einander angenähert werden.
-
Anderseits ist die Summe der Spannungen in den Kbndensatoren io und
i i stets der Summe der' Maximalwerte der Spannungen des Netzes und der Maschine
,proportional. Wenn die Anordnung so getroffen wird, daß die Verhältnisse in den
Kondensatorkreise in einander ungefähr gleich sind, dann erscheint eine resultierende
Gleichspannung zwischen den Leitungen 20 und 21, die zwischen zwei negativen Werten
schwingt, von denen der niedrigste in demjenigen Augenblick erscheint, wo die entsprechenden
Spannungen der Maschine und des Netzes in Phase sich befinden. Wenn dieser Minimalwert
seiner absoluten Größe nach mindestens den Wert oder Blockierungsspannung des Entladungsgefäßes
an-nimmt, dann kann dieses nicht zünden und ein .Anodenstrom nicht zustande
kommen. Dieser Minimalwert der . Spannung zwischen 2o und 21 strebt nach Null zu,
sobald die Maschine in Synchronismus mit dem Netz sich dreht. In dem Augenblick,
in dem die Spannung zwischen 20 und n 2i einen gegebenen negativen Wert annimmt,
wird die Röhre 261eitend und schließt einen Strom durch die Primärwicklung des Transformators
22, über dessen Sekundärwicklung dann das Entladungsgefäß 32 zum Zünden und damit
der Schalter 2 zum Schließen gebracht ..wird. Das Entladungsge£äß.32 ist dabei.
vorzugsweise so ausgebildet, daß es eine positive Sperrspannung an dem Gitter benötigt.
-
Man kann die Differenz zwischen den Frequenzen f j. und f 2 einstellen,
bei denen die Parallelschaltung erfolgt, indem man den Wert des Widerstandes i c)
ändert.
-
Um die Zeit- zu berücksichtigen, die zur Schließung des Schalters,
gerechnet von der Kontaktgabe an, benötigt wird, kann man die Zündung der Röhre
32 um diese Zeit voreilen lassen, damit die Schalterbetätigung im tatsächlichen
Zustande des Synchronismus erfolgt. Diese Voreilung kann leicht dadurch erreicht
werden, daß man eine regelbare Kapazität in den Stromkreis des Gitters der Röhre
32 legt. Statt dessen kann man auch das. Übersetzungsverhältnis des Transformators
6 e4sprechend ändern. Die Röhre 26 ist nicht unbedingt erforderlich. Sie erhöht
nur die Empfindlichkeit, indem sie die Möglichkeit gibt, an das Gitter der Röhre
32 eine entsprechend hohe Spannung zu legen. Dadurch wird die Anordnung in hohem
Maße unabhängig von der Charakteristik der Röhre 32. Eine Schaltung ohne die Röhr-e-26
ist in Abb. 2 dargestellt, die im übrigen mit der Anordnung der Schaltung i übereinstimmt.
Die Röhre 32 wird in diesem Falle zweckmäßig so ausgebildet, daß -sie bei negativer
Gittervorspannung sperrt.
-
In Abb. 3 ist eine Einrichtung gezeigt, bei der die P'arallels-chaltung
in .demj,enigen Au;genblick erfolgt, in dem eine Röhre zum Erlöschen kommt. Diese
Anbrdnung verwendet zwei Spannungen, die im Augenblick des Syg,-chronisinus. angenähert
einander gleich sind, was dann der Fall ist, wenn,die Maschine mit einem selbsttätigen
Spannungsregler ausgerüstet ist.
-
Die Leitungen a, b, c sind; wie beim Aus.-führungsbeispiel
nach Abb. i über Wandler mit dem Netz bzw. der Maschine verbunden, jedoch derart,
daß die Spannungen cu und cb in Phase sind, wenn die entsprechenden Spannungen zwischen
Maschine und Netz in Phase sich befinden. Ein Transformator 43 ist mit seiner Primärwicklung
4o zwischen die Leitungen
a und b gelegt. Die Sekundärwicklung
42 ist mit einer Mittenanzapfung 42' versehen. Wenn die Bedingungen des Parallelscheltens
erfüllt sind, dann ist die Wechselspannung an den Klemmen der Sekundänzncklung 42
Null. Der Mittelpunkt der Wicklung 42 ist unter ZwischenschatItung der Widerstände
50 und 51 an die Kathode eines Entladungsgefäßes mit fünf Elektroden geführt.
Das Enfladungsgefäß besitzt eine Kathode 46, die beispielsweise indirekt geheizt
wird, zwei Hilfsanoden 44 und 45, ein Gitter 47 und eine Hauptanode 48. Die Außenklemmen
der Wicklung 42 sind an die Anoden 44 und 45 geführt. Der Widerstand 5 o von sehr
viel höherem Ohmwert als der Widerstand 51 ist parallel zu einer Kapazität 52 geschaltet.
Die Kathode ist an die Leitunga angeschlossen. Das Gitter 47 ist über :einen Leiter
5 5 an den Mittelpunkt der Transformatorwicklung 42 geführt, während die Anode 48
an den Leiter c -unter Zwischenschaltung eines Transformators 49 angeschlossen ist,
dessen Sekundärwicklung zwischen die Kathode 56 und das Gitter 57 eines gasgefüllten
Entladungsgefäßes 59 über einen Schutzwiderstand 6o gelegt ist. Das Gitter 57 ist
durch eine Kapazität 61 aus. dem gleichen Grunde wie bei der Ausführung nach Abb.
i mit seiner Kathode verbunden. Das Entladungsgefäß. ist vorzugsweise so ausgebildet,
daß, @es.. bei positiver Gitterspannung sperrt. Die Betätigungswicklung 3 des Neteschalters
ist über eine Gleichstromquelle 34 in den Anodenkreis der Röhre 59, geschaltet.
Wenn nun die Bedingungen zum. Parallelschelten nicht erfüllt, d. h. wenn die entsprechenden
Spannungen des Netzes und :der Maschine nicht in Phase sind, dann erscheint eine
Spannung an- der Sekundärwicklung des: Transformators 43, die dem Gitter des Entladungsgefäßes
aufgedrückt wird. Der Kondensator 52 ladet sich auf, und das Gitter des Entladungsgefäßes
ist so weit aufgeladen, daß die Gittervorspannung im Sperrbereich liegt. Wenn nun
die Masclünemfr-equenz sich mehr und mehr der Netzfrequenz nähert, dann verschwindet
die Wechselspannung jedesmal, wenn die Synchronisierbedingungen vorhanden sind.
Unter dem Einfluß des hohen Widerstandes 5o hat der Kondensator 52 nicht die Zeit,
um sich vollkommen bei 'jedem Durchgang der Spannung durch Null zu ,entladen, so
daß das Entladungsgefäß blockiert bleibt. Wenn nun von Hand oder unter dem Einfluß
eines selbsttätigen Synchronisators. die Geschwindigkeit der Maschine der Frequenz
des Netzes angepaß.t wird, kommt ein Augenblick, in dem der Kondensator 52 die Zeit
findet, um sich genügend weit zu entladen und damit das Gitter der Röhre 52 unter
die Blockierungsspannung zu bringen. Ein Anodenstrom kommt infolgedessen über die
Primärwicklung :des Transformators 49 zustande, der ,die Schließung des Netzschalters.
zur Folge hat.
-
Ebenso wie beim Ausführungsbeispiele kann die Röhre 53 in Wegfall
kommen, aber die Arbeitsweise der Einrichtung wird dadurch. weniger genau.
-
Die Frequenzdifferenz, bei der das Ansprechen erfolgt, hängt ab von
der Kapazität des Kondensators 52 und der Größe des Widerstandes 5o. Durch entsprechende
Einstellung kann man diese Frequenz genau festlegen.