DE958408C - Regelantrieb fuer die Hilfsmaschinen eines Dampfkraftwerkes - Google Patents

Description

• Regelantrieb für die Hilfsmaschinen eines Dampfkraftwerkes Die Erfindung betrifft den Antrieb der Kesselhilfsmaschinen in Dampfkraftwerken. Hierzu gehören in erster Linie die Speise- und Kühlwasserpumpen und die Saugzug- oder Unterwindgebläse. In größeren Kraftwerken erfordern diese Hilfsmaschinen erhebliche Antriebsleistungen, die bis zu iooo kW für jede Hilfsmaschine betragen können. Dabei handelt es sich um Turbomaschinen, die für eine hohe Drehzahl ausgelegt werden müssen. Außerdem muß aber die Drehzahl in ziemlich weiten Grenzen regelbar sein. Diese Anforderungen sind bisher mit einem elektrischen Antrieb der Hilfsmaschinen gar nicht oder nur schlecht zu erfüllen. Gleichstrommotoren besitzen zwar die erforderliche Regelbarkeit. Bei so hohen Drehzahlen, wie sie hier in Betracht kommen, liegt aber die Leistungsgrenze, bis zu der Gleichstrommotoren gebaut werden können, wesentlich unterhalb der Leistung, die zum Antrieb der Hilfsmaschinen erforderlich ist. Drehstrommaschinen lassen sich zwar bei den geforderten Drehzahlen beispielsweise für 3000 U/min für praktisch beliebig hohe Leistungen bauen, jedoch ist hier wieder eine Regelung nur mit Verlusten möglich. Aus diesem Grunde war man bisher zumindest bei größeren Dampfkraftwerken gezwungen, die genannten Hilfsmaschinen durch Dampfturbinen anzutreiben, was jedoch einen umständlichen und kostpieligen Aufbau sowie einen schlechten Wirkungsgrad bedeutet.
• Die Erfindung schlägt deshalb vor, zum regelbaren Antrieb der Hilfsmaschinen eines Dampfkraftwerkes Stromrichtermotoren zu verwenden. Stromrichtermotoren verhalten sich hinsichtlich ihrer Drehzahlregelmöglichkeit ähnlich wie Gleichstrommotoren, aber es fällt bei ihnen wegen des Nichtvorhandenseins eines Kommutators die BegTenzung hinsichtlich der Drehzahl und der Leistung weg, die bisher der Verwendung von Gleichstrommotoren für den vorliegenden Zweck entgegenstand. Besonders geeignet erscheint für den Antrieb der Kesselhilfsmaschinen eines Dampfkraftwerkes eine Gattung von Stromrichtermotoren, die mit Gleichstrom erregt werden und deren Drehstromankerwicklung über einen zur Frequenzumfo:rmung dienenden Stromrichter mit Gleichstromzwischenkreis an ein Drehstromnetz angeschlossen ist. Der Stromrichter eines solchen Motors besteht also aus einem an das Drehstromnetz angeschlossenen Gleichrichterteil und einem Wechselrichterteil, der den von dem Gleichrichter gelieferten Gleichstrom wieder in Wechselstrom veränderlicher Frequenz umformt. Das Anlassets eines solchen Motors geschieht in der Weise, daß die Frequenz des Wechselrichters, von Null beginnend, langsam hochgefahren wird, so daß in dem Motor ein Drehfelid entsteht, dessen Drehzahi in gleichem Maße .zunimmt. Im normalen Betrieb des Stromrichtermotors dient die in der Dreh stromwicklu:ng des Motors induzierte Wechselspannung als Kommutierungsspannung für den Wechselrichter, d. h. dazu, den Strom von einem Ventil auf das Ventil der nächstfolgenden Phase überzuleiten. Solange zu Beginn des Anlaßvorganges die in der Motorwicklung induzierte EMK zur Kommutierung des Wechselrichters noch nicht ausreicht, kann man mittels eines Hilfstransformators, dessen Sekundärwicklung mit der Drehstromwicklung des Motors in Reihe liegt, eine fremde Kommutierun.gsspannung in den Kommutierungsstromkreis einführen. Diese Spannung braucht nur wenige Prozent der normalen Wechselrichterspannung zu betragen. Sobald der Motor eine gewisse Drehzahl erreicht hat, kann der Hilfstransformator aus dem Stromkreis ausgeschaltet werden. Wegen des Fortfalles eines mechaninischen Kommutators können derartige Motoren auch unmittelbar für die Hochspannung gewickelt werden, so daß man den Stromrichter ohne besonderen Zwischentransformator an ein Hochspannungsdrehstromnetz von beispielsweise 6 oder io kV anschließen kann. Die Regelbarkeit des genannten Stromrichtermotors ist die gleiche wie die eines Gleichstrommotors. Man kann die Drehzahl entweder durch Ändern des Erregerfeldes oder aber auch durch Änderung der zugeführten Spannung regeln. Wenn die dem Stromrichter zugeführte Wechselspannung fest gegeben ist, so ruß man im letzteren Fall allerdings den Gleichrichterteil durch Gittersteuerung beeinflussen, so daß eine Drehzahlherabsetzung eine Verschlechterung des Leistungsfaktors bedeutet.
• Besonders einfach wird die Anlage gemäß der Erfindung, wenn für sämtliche Stromrichtermotoren oder zumindest für eine größere Anzahl von - ihnen nur ein gemeinsamer Gleichrichterteil vorgesehen wird, der auf ein Gleichstromhilfssammelschienensystem -arbeitet, an das die zu den einzelnen Motoren gehörigen Wechselrichter angeschlossen werden können. Es braucht auch für sämtliche Motoren nur ein einziger Hilfstransformator für die Lieferung der Kommutierungsspannung beim Anlassen vorgesehen zu werden, der dann jeweils in den Stromkreis des gerade anzulassenden Motors eingeschaltet wird. Die Drehzahl des Stromrichtermotors ist von der Frequenz des speisenden Drehstromnetzes völlig unabhängig. Man kann solche Motoren deshalb bei einer Netzfrequenz von 5o Hz auch für eine höhere Drehzahl als 3oooU/min auslegen, was für die Bemessung der anzutreibenden Hilfsmaschinen unter Umständen erwünscht ist. Das Anlassen der Motoren bereitet um so weniger Schwierigkeiten, weil das Drehmoment der Turbomaschinen, um deren Antrieb es sich hier ja handelt, quadratisch mit der Drehzahl zunimmt, bei niedrigen Drehzahlen also außerordentlich gering ist. Der Gleichrichteranteil kann, wenn das Drehstromnetz, aus dem die Motoren gespeist werden, mit einem Sternpunktsleiter verlegt ist, in gewöhnlicher Nullpunktsschaltung angeordnet werden. Bei den verhältnismäßig hohen Spannungen ist aber auch die Brückenschaltung sehr günstig, da die bei ihr vor-. handene Hintereinanderschaltung zweier Ventile hier bezüglich des Spannungsabfalles nicht ins Gewicht fällt.
• In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es sind dabei der Einfachheit halber nur zwei Antriebsmotoren angenommen, obwohl deren Zahl natürlich beliebig groß sein kann. Die Antriebsmotoren sind mit i und i' bezeichnet. Ihre Gleichstromerregung beziehen sie aus dem Gleichstromhilfsnetz 2, wobei die Regler 3 und 3' zur Regelung des Erregergleichstromes und damit der Drehzahl dienen. Die Ankerwicklungen der Motoren, die man in üblicher Weise auf den Ständer verlegen wird, werden aus dem Hilfsdrehstromnetz 7 unter Zwischenschaltung von Stromrichtern gespeist. Für beide Motoren ist zunächst ein gemeinsamer Gleichrichter 6 vorgesehen, der das Hilfsgleichstromnetz 5 speist. Außerdem gehört zu jedem Motor noch ein Wechselrichter 4 bzw. q.', an dessen Wechselstromklämmen die Ankerwicklung des betreffenden Motors angeschlossen ist. Mit 8 ist der Hilfstransformator bezeichnet, der mit Hilfe der Schalter 9 und io bzw. g' und io' wahlweise mit dem Motor i oder i' in Reihe geschaltet werden kann. Er ist, wie schon gesagt, nurr so@ lange erforderlich, wie zu Beginn des Anlaßvorganges die in der Drehstromwicklung des Motors induzierte EMK noch nicht als Kommutierungsspannung für den zugehörigen Wechselrichter ausreicht.
• Die Gitterspannungen für den Wechselrichter werden von einem rotierenden Kontaktapparat i i geliefert, der im normalen Betrieb von einem kleinen Synchronmotor 1q. synchron mit der Drehzahl des Motors i angetrieben wird. Die Phasenlage der Steuerimpulse läßt sich mittels der zweiachsigen Erregung des Hilfsmotors 14 durch Einstellen der Regelwiderstände 15 und 16 beeinflussen. Zu Beginn des Anlaßvorganges wird der Kontaktapparat i i von dem auf der gleichen Welle sitzenden Hilfsgleichstrommotor 12 in 13ewegung gesetzt und mittels des Regelwiderstandes 13 langsam hochgefahren. Sobald die Ankerspannung des Motors i ausreicht, um den SynchronmOtOr 14 in Synchronlauf zu halten, kann der Hilfsmotor 12 abgeschaltet werden. Der Motor r steuert dann selbst die Frequenz der von dem Wechselrichter 4 gelieferten Spannung nach Maßgabe seiner jeweiligen Drehzahl. Eine gleiche Steuer- und Anlaßeinrichtung ist für den zweiten Motor i vorgesehen. Sie ist nur der Einfachheit halber nicht dargestellt. Da die Drehzahlregelung mit Hilfe gewöhnlicher Regelwiderstände im Erregerstromkreis der Motoren erfolgen kann, ist auch eine automatische Regelung in Abhängigkeit von irgendwelchen Betriebsgrößen des Kessels ohne Schwierigkeiten durchführbar.

Claims (6)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Regelantrieb für die Hilfsmaschinen, z. B. die Speise- und Kühlwasserpumpen, die Saugzug- oder Unterwindgebläse, eines Dampfkraftwerkes, dadurch gekennzeichnet, daß als Antriebsmaschinen Stromrichtermotoren dienen.
2. 2. Regelantrieb nach Anspruch i, gekennzeichnet durch die Verwendung von gleichstromerregten Stromrichtermotoren, deren Drehstroimankerwicklung über einen aus einem Gleichrichter- und einem Wechselrichterteil mit Gleichstromzwischenkreis bestehenden Stromrichter aus einem Drehstromnetz gespeist wird und die durch Hochfahren der Wechselrichterfrequenz angelassen werden, wobei die Kommutierungsspannung für den Wechselrichter zu Beginn des Anlassers von einem in den Ankerkreis geschalteten Hilfstransformator geliefert wird.
3. 3. Regelantrieb nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß für alle oder mehrere Stromrichter ein gemeinsamer Gleichrichterteil vorgesehen ist.
4. 4. Regelantrieb nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleichrichterteil in Brückenschaltung der Ventile ohne Zwischentransformator an das Drehstromnetz angeschlossen ist.
5. 5. Regelantrieb nach Anspruch i oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das die Stromrichtermotoren speisende Drehstromnetz Hochspannung führt.
6. 6. Regelantrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß für alle oder mehrere Stromrichtermotoren ein gemeinsamer, auf die einzelnen Motoren umschaltbarer Kommutierungshilfstransformator vorgesehen ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 637 078, 639 322, 644 851, 733 430, 742 274, 631 172, 632 562, 656 278, 668 925; »Die elektrische Kraftübertragung« von Ky s er, 3. Band, 1936, S. 133 und 135; »Die elektrischen Maschinen« von L i e r s c h i t z , Bd. 3, 1934 S.291; »Elektrotechnik und Maschinenbau«, 1933, S. 589 ff .; »VDE-Fachberichte«, 1931, S. 26 ff.