DE963082C

DE963082C - Method for rapid re-excitation of a capacitor-excited asynchronous generator

Info

Publication number: DE963082C
Application number: DEM28972A
Authority: DE
Inventors: Willi Ingold
Original assignee: Werkzeugmaschinenfabrik Oerlikon Buhrle AG
Current assignee: Rheinmetall Air Defence AG
Priority date: 1954-12-31
Filing date: 1955-12-07
Publication date: 1957-05-02

Description

Verfahren zur Schnellwiedererregung eines kondensatorerregten Asynchrongenerators Es ist bekannt, daß ein Drehstromsynchrongenerator mit einem mehrphasig bewickelten Rotor unabhängig von einem Drehstromnetz arbeiten kann, wenn Kondensatoren für die Lieferung des Blindstromes zur Erregung des Generators verwendet werden. Voraussetzung für die Selbsterregung ist dabei, daß im Rotor vom früheren Betrieb als Generator 'oder Motor eine Restmagnetisierung vorhanden ist, die bei umlaufendem Rotor im Stator eine Wechselspannung induziert, welche den aus dem Asynchrongenerator und den Erregerkondensatoren bestehenden mehrphasigen Schwingkreis anfacht. Bei kleiner Restmagnetisierung und kleiner Remanenzspannung erfolgt das Anfachen dieses Schwingkreises nur langsam. Zur Verbesserung der Erregungszeit sind bereits verschiedene Mittel vorgeschlagen worden, wie z. B. Rotorbleche mit großen Hystereseverlusten, ein großer Überschuß an Erregerkapazitäten gegenüber den Induktivitäten des Generators im linearen Teil der Magnetisierungskurve, ein erhöhter Rotorwicklungswiderstand oder das Zuschalten von geladenen Kondensatoren auf .den Stator. Durch diese Mittel läßt sich jedoch die Wiedererregungszeit insbesondere nach Klemmenkurzschlüssen nicht genügend verkürzen, und Wiedererregungszeiten von weniger als o,I Sekunde, wie sie bei Notstromanlagen verlangt werden, lassen sich damit nicht erreichen.Method for the rapid re-excitation of a capacitor-excited asynchronous generator It is known that a three-phase synchronous generator is wound with a polyphase Rotor can work independently of a three-phase network if capacitors for the Supply of the reactive current can be used to excite the generator. pre-condition for self-excitation is that in the rotor from earlier operation as a generator 'or there is residual magnetization in the motor which, when the rotor is rotating, is in the Stator induces an alternating voltage, which is generated from the asynchronous generator and the excitation capacitors existing polyphase oscillating circuit. With smaller Residual magnetization and a small remanent voltage are used to fan this resonant circuit only slowly. Various means are already available to improve the excitation time have been proposed such. B. rotor laminations with large hysteresis losses, a large one Excess of excitation capacities compared to the inductances of the generator in the linear Part of the magnetization curve, an increased rotor winding resistance or the connection from charged capacitors to .the stator. By these means, however, can do not shorten the re-excitation time sufficiently, especially after terminal short-circuits, and re-excitation times of less than o, i second like them at Emergency power systems are required cannot be achieved with it.

Eine bedeutende Verkürzung der Wiedererregungszeit eines als Motor an ein Hauptnetz angeschlossenen und für die Speisung eines Notstromverbrauchernetzes vorgesehenen kondensatorerregten, mit einem Energiespeicher verbundenen Asynchrongenerators mit einem mehrphasig bewickelten, symmetrisch kurzgeschlossenen Rotor bei einer einem durch kurzschluß artige Generatorüberlastung durch das Hauptnetz verursachten Spannungszusammenbruch nachfolgenden, den Wiedererregungsvorgang einleitenden Kurzschlußschnellabschaltung läßt sich nach dem erfindungsgemäßen Verfahren dadurch erreichen, daß bei der Kurzschlußschnellabschaltung der symmetrische Kurzschluß des Rotors während des Wiedererregungsvorgangs kurzzeitig in einen asymmetrischen Kurzschluß übergeführt wird.A significant reduction in the re-energization time of a motor connected to a main network and for supplying an emergency power consumer network provided capacitor-excited asynchronous generator connected to an energy store with a multi-phase wound, symmetrically short-circuited rotor for one a short-circuit-like generator overload caused by the main network A short-circuit shutdown that follows a voltage breakdown and initiates the re-excitation process can be achieved according to the method according to the invention in that during the short-circuit shutdown the symmetrical short-circuit of the rotor briefly during the re-excitation process is converted into an asymmetrical short circuit.

Zur Ausführung dieses Verfahrens wird erfindungsgemäß eine Einrichtung benutzt, bei der außer einem Schalter zur Kurzschlußschnellabschaltung zur Vollziehung mindestens einer weiteren Schaltung Schaltmittel vorhanden sind, die bei der Kurzschlußschnellabschaltung zumindest eine der kurzgeschlossenen Rotorwicklungsphasen während der Wiedererregungszeit kurzzeitig abschalten.According to the invention, a device is used to carry out this method used, in addition to a switch for short-circuit shutdown for completion at least one further circuit switching means are present, which in the short-circuit shutdown at least one of the short-circuited rotor winding phases during the re-energization time switch off briefly.

Der Rotor, der im Normalbetrieb symmetrisch kurzgeschlossen ist, läuft somit während der Wie-_dererregungszeit mit einer asymmetrischen Kurzschlußwicklung, bei der sich das Rotorfeld in einer Richtung ungehindert ausbilden kann, so daß die Restmagnetisierung nach dem Spannungszusammenbruch so groß bleibt, daß der Spannungswiederanstieg sofort erfolgt. .The rotor, which is symmetrically short-circuited in normal operation, runs thus during the re-excitation time with an asymmetrical short-circuit winding, in which the rotor field can develop unhindered in one direction, so that the residual magnetization after the voltage breakdown remains so great that the voltage rises again done immediately. .

In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Einrichtung nach der Erfindung schematisch dargestellt, wobei auch das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutert wird.In the drawing, two exemplary embodiments of the device are shown of the invention shown schematically, with the inventive method is explained in more detail.

Fig. I zeigt eine Einrichtung zur Schnellwiedererregung, bei der ein Kurzschlußschnellschalter und ein Schalter zur Abschaltung einer Rotorwicklungsphase mechanisch zu einem gemeinsamen Schalter verbunden sind und bei der als Energiespeicher ein Schwungrad verwendet wird; Fig. 2 zeigt eine ähnliche Erfindung, bei der der gemeinsame Schalter Hilfskontakte zur Abschaltung von Zuleitungen zu einem Notstromverbrauchernetz des Asynchrongenerators während des Wiedererregungsvorganges aufweist.Fig. I shows a device for rapid re-excitation in which a Short circuit high-speed switch and a switch for switching off a rotor winding phase are mechanically connected to a common switch and when used as an energy store a flywheel is used; Fig. 2 shows a similar invention in which the common switch auxiliary contacts for disconnecting supply lines to an emergency power consumer network of the asynchronous generator during the re-excitation process.

In Fig. I bedeutet I einen Drehstromasynchrongenerator, dessen Rotor I2 mit einem Schwungrad 2 gekuppelt ist und dessen Stator II von in Dreieck geschalteten Kondensatoren 3 erregt wird Ein Hauptnetz 4 speist über einen Schalter 5 ein Notstromverbrauchernetz 6 und den Asynchrongenerator I, der im Normalbetrieb als Motor das Schwungrad 2 antreibt. Tritt nun beispielsweise an einer vom Generator I weit entfernten Stelle eine Abschaltung der Speisung des Hauptnetzes 4 ein, so ist dieses Hauptnetz 4 für den verhältnismäßig kleinen Generator I praktisch ein Kurzschluß, wie dies symbolisch durch einen Schalter 14 angedeutet ist, so daß die Spannung des Generators I zusammenbricht und das Hauptnetz 4, vom Generator I und seinem Notstromverbrauchernetz 6 durch den Schalter 5 abgetrennt wird. Die Wiedererregung des Asynchrongenerators I soll so rasch wie möglich erfolgen, damit im Notstromverbrauchernetz 6 eine möglichst kurze Unterbrechung in der Speisung entsteht. Dies wird dadurch erreicht, daß der Schalter 5 gleichzeitig mit der Kurzschlußschnellabschaltung eine Schleifringzuleitung 7 zum dreiphasig gewickelten, in Stern geschalteten Rotor I2 abschaltet, wodurch sich das Rotorfeld in einer Richtung ungehindert ausbilden kann. Nach der Wiedererregung des Asynchrongenerators I schließt ein Schütz 8 die unterbrochene Rotorwicklungsphase, und der Asynchrongenerator I liefert die im Schwungrad 2 gespeicherte Energie bis zur Betriebsbereitschaft beispielsweise eines nicht gezeigten Dieselmotors als elektrische Energie generatorisch in das Notstromverbrauchernetz 6.In Fig. I, I means a three-phase asynchronous generator, its rotor I2 is coupled to a flywheel 2 and its stator II is connected in a triangle Capacitors 3 is energized. A main network 4 feeds an emergency power consumer network via a switch 5 6 and the asynchronous generator I, which is the flywheel 2 drives. Now occurs, for example, at a point far away from generator I. a shutdown of the supply of the main network 4, then this main network 4 is for the relatively small generator I practically a short circuit, like this symbolically is indicated by a switch 14, so that the voltage of the generator I collapses and the main network 4, from the generator I and its emergency power consumer network 6 through the switch 5 is disconnected. The re-excitation of the asynchronous generator I should take place as quickly as possible, so that in the emergency power consumer network 6 as possible there is a short interruption in the supply. This is achieved in that the Switch 5 simultaneously with the short-circuit shutdown a slip ring lead 7 to the three-phase wound, star-connected rotor I2 switches off, whereby the rotor field can develop unhindered in one direction. After re-excitation of the asynchronous generator I, a contactor 8 closes the interrupted rotor winding phase, and the asynchronous generator I supplies the energy stored in the flywheel 2 to for the operational readiness, for example, of a diesel engine, not shown, as an electric one Energy as a generator into the emergency power consumer network 6.

Bei der Anordnung gemäß Fig. 2 verbindet im Normalbetrieb ein Schalter 8' das Notstromverbrauchernetz 6 mit dem Hauptnetz 4. Die Steuerung des Schalters 8' erfolgt über einen Haltekontakt 9 am Schalter 5'. Bei einem Netzkurzschluß fallen infolge Spannungszusammenbruch die Schalter 5' und 8' ab, so daß der Asynchrongenerator I sich ohne Belastung mit einer offenen Schleifringzuleitung 7 zum dreieckgeschalteten Rotor I2' wieder schnell erregt, die Anzugsspannung des Schalters 8' erreicht, diesen einschaltet und damit das Notstromverbrauchernetz 6 mit dem Asynchrongenerator I verbindet. Während des vorübergehenden Abschaltens des Notstromverbrauchernetzes 6 besteht für den leer laufenden Asynchrongenerator I ein Überschuß an Kondensatoren, was sich günstig auf die Erhaltung der Selbsterregung nach erfolgter Spannungswiederanfachung auswirkt. Mit dem Schalter 13 wird der normale Netzbetrieb wiederhergestellt Die Abschaltung des Notstromverbrauchernetzes während des Wiedererregungsvorgangs ist insbesondere von Vorteil bei einem Notstromverbrauchernetz niedriger Impedanz.In the arrangement according to FIG. 2, a switch connects in normal operation 8 'the emergency power consumer network 6 with the main network 4. The control of the switch 8 'takes place via a holding contact 9 on the switch 5'. Fall in the event of a network short circuit as a result of a voltage breakdown, the switches 5 'and 8', so that the asynchronous generator I unloaded with an open slip ring feed line 7 to the delta-connected Rotor I2 'excited again quickly, the pull-in voltage of switch 8' reaches this switches on and thus the emergency power consumer network 6 with the asynchronous generator I. connects. During the temporary shutdown of the emergency power consumer network 6 there is an excess of capacitors for the idle asynchronous generator I, which has a beneficial effect on the maintenance of self-excitation after the tension has been restored affects. The switch 13 restores normal network operation Shutdown of the emergency power consumer network is during the re-excitation process particularly advantageous in the case of an emergency power consumer network with low impedance.

Es wirkt sich vorteilhaft aus, wenn zur Abschaltung einer Rotorphase ein Schalter vorhanden ist, der über Schleifringe mit einem Rotor verbunden ist, dessen nicht abzuschaltende Rotorphasen auf dem Rotor selbst kurzgeschlossen sind. Dadurch wird die Selbsterregung des Asynchrongenerators vom Übergangswiderstand der Bürsten unabhängig.It is advantageous if a rotor phase is switched off there is a switch that is connected to a rotor via slip rings, whose rotor phases, which cannot be switched off, are short-circuited on the rotor itself. This causes the self-excitation of the asynchronous generator from the contact resistance of the brushes independently.

Zur Konstanthaltung der Spannung des Asynchrongenerators bei verminderter Schwungraddrehzahl sind zusätzliche Erregerkondensatoren. vorzusehen. Es ist nun zur Sicherstellung des Selbsterregungsvorgapges von Vorteil, wenn der gemeinsame Schalter Hilfskontakte zür kurzzeitigen Zuschaltung dieser zusätzlichen Kondensatoren während des Wiedererregungsvorgangs aufweist.To keep the voltage of the asynchronous generator constant when the Flywheel speed are additional excitation capacitors. to be provided. It is now to ensure the self-excitation process advantageous if the common Switch auxiliary contacts for brief connection of these additional capacitors exhibits during the re-excitation process.

Es kann auch vorkommen, daß im Hauptnetz 4 (Fig. i) eine Speisepunktabschaltung bei schwacher Netzbelastung eintritt, so daß die Spannung zu wenig abfällt, um den Schalter 5 auszulösen. Dies kann auch bei unsymmetrischen Netzkurzschlüssen eintreten, wenn die Spule des Schalters 5 an einer nur wenig abfallenden Netzspannung liegt. Es ist deshalb günstig, wenn bei hoher Kurzschlußimpedanz des Netzes und im Fall unsymmetrischer Netzkurzschlüsse die Schaltmittel Netzüberwachungsrelais umfassen.It can also happen that a feed point shutdown in the main network 4 (Fig. I) occurs when the network load is low, so that the voltage increases little drops to trip switch 5. This can also happen in the case of asymmetrical mains short-circuits occur when the coil of the switch 5 at a only slightly falling mains voltage lies. It is therefore beneficial if, when the network has a high short-circuit impedance, and in the case of asymmetrical network short-circuits, the switching means of the network monitoring relay include.

Claims

PATENT CLAIMS: I. A method for the rapid re-excitation of a capacitor-excited asynchronous generator connected to an energy store and connected as a motor to a main network and provided for the supply of an emergency power consumer network, with a multi-phase wound, symmetrically short-circuited rotor in the event of a voltage breakdown caused by a short-circuit-like generator overload through the main network and the following, the Short-circuit disconnection initiating the re-excitation process, characterized in that in the case of a short-circuit disconnection, the symmetrical short-circuit of the rotor is briefly converted into an asymmetrical short-circuit during the re-excitation process. a. Device for carrying out the method according to claim I, characterized in that in addition to a switch for quick short-circuit disconnection to complete at least one further circuit, switching means are present which briefly switch off at least one of the short-circuited rotor winding phases during the re-excitation process during short-circuit quick disconnection. 3. Device according to claim 2, characterized in that the short-circuit high-speed switch and a switch for switching off a rotor winding phase are mechanically connected to form a common switch. 4. Device according to claim 3, characterized in that the common switch has auxiliary contacts for disconnecting supply lines to the emergency power consumer network of the asynchronous generator during the re-excitation process. 5. Device according to claim 3, characterized in that the common switch has auxiliary contacts for connecting additional excitation capacitors during the re-excitation process. 6. Device according to claim a, characterized in that. To switch off a rotor phase there is a switch which is connected via slip rings to a rotor whose rotor phases that cannot be switched off are short-circuited on the rotor itself.