Generator-Synchronisation

Ein stationärer Generator darf niemals an lebende Busleitungen angeschlossen werden. Wenn ein Generator stillsteht, ist die induzierte elektromotorische Kraft (EMK) Null, was zu einem Kurzschluss führen würde, wenn er an lebende Busleitungen angeschlossen wird. Der Synchronisationsprozess und die zugehörige Ausrüstung zur Überprüfung bleiben gleich, ob es sich um das Parallelschalten eines Wechselstromgenerators mit einem anderen oder das Verbinden eines Wechselstromgenerators mit einem unendlichen Bus handelt.

Inhalt

• Synchronisation durch Synchronisierungslampen

• Vorteile der Dunkellampenmethode

• Nachteile der Dunkellampenmethode

• Drei-Helle-Lampen-Methode

• Zwei-Helle-Eine-Dunkel-Lampen-Methode

Die folgenden Methoden werden häufig für die Synchronisation elektrischer Maschinen eingesetzt:

Synchronisation durch Synchronisierungslampen

Ein Satz von drei Synchronisierungslampen kann verwendet werden, um die Bedingungen für das Parallelschalten einer ankommenden Maschine mit einer anderen Maschine oder zur Erreichung der Synchronisation zu bewerten. Die Dunkellampenmethode, die oft in Kombination mit einem Voltmeter verwendet wird, wird unten dargestellt. Diese spezielle Methode wird typischerweise auf elektrische Maschinen mit geringer Leistung angewendet.

Starten Sie zunächst den Antrieb der ankommenden Maschine und bringen Sie dessen Drehzahl nahe an den Nennwert. Stellen Sie dann den Feldstrom der ankommenden Maschine so ein, dass ihre Ausgangsspannung der Busspannung entspricht. Wenn die ankommende Maschine sich der Synchronisation nähert, flackern die drei Synchronisierungslampen mit einer Frequenz, die dem Unterschied zwischen der Frequenz der ankommenden Maschine und dem Bus entspricht. Wenn die Phasen korrekt verbunden sind, leuchten alle drei Lampen gleichzeitig heller und dunkler. Wenn dies nicht der Fall ist, deutet dies auf eine falsche Phasenfolge hin.

Um die Phasenfolge zu korrigieren, tauschen Sie einfach zwei der Leitungen der ankommenden Maschine aus. Stellen Sie dann die Frequenz der ankommenden Maschine fein ab, bis die Lampen sehr langsam flackern, mit einer Rate von weniger als einem vollständigen dunklen Zyklus pro Sekunde. Sobald die ankommende Spannung richtig eingestellt wurde, schließen Sie den Synchronisierungsschalter genau in der Mitte des dunklen Periodenabschnitts der Lampen.

Vorteile der Dunkellampenmethode

• Kostengünstig: Diese Methode ist relativ kostengünstig umzusetzen.

• Einfache Bestimmung der Phasenfolge: Sie ermöglicht eine einfache Identifizierung der korrekten Phasenfolge.

Nachteile der Dunkellampenmethode

• Risiko einer falschen Synchronisation: Die Lampen erscheinen dunkel, wenn die Spannung über ihnen etwa halb so groß wie ihr Nennwert ist. Dies kann dazu führen, dass der Synchronisierungsschalter vorzeitig geschlossen wird, auch wenn noch eine Phasendifferenz zwischen den Maschinen besteht.

• Anfälligkeit der Glühfaden: Die Glühfäden der Lampen neigen dazu, während des Betriebs durchzubrennen.

• Begrenzung der Frequenzanzeige: Das Flackern der Lampen gibt keine Information darüber, welche Quelle (die ankommende Maschine oder der Bus) eine höhere Frequenz hat.

Drei-Helle-Lampen-Methode

Bei der Drei-Helle-Lampen-Methode sind die Lampen über die Phasen gekreuzt verbunden: A1 ist mit B2, B1 mit C2 und C1 mit A2 verbunden. Wenn alle drei Lampen gleichzeitig heller und dunkler werden, bestätigt dies, dass die Phasenfolge korrekt ist. Der optimale Zeitpunkt, um den Synchronisierungsschalter zu schließen, ist der Höhepunkt des hellen Periodenabschnitts der Lampen.

Zwei-Helle-Eine-Dunkel-Lampen-Methode

In dieser Methode wird eine Lampe zwischen entsprechenden Phasen verbunden, während die anderen beiden Lampen zwischen den verbleibenden beiden Phasen gekreuzt verbunden sind, wie in der Abbildung unten dargestellt.

In dieser Methode werden die Verbindungen wie folgt hergestellt: A1 ist mit A2, B1 mit C2 und C1 mit B2 verbunden. Starten Sie zunächst den Antrieb der ankommenden Maschine und beschleunigen Sie ihn auf seine Nenndrehzahl. Stellen Sie dann die Erregung der ankommenden Maschine ein. Durch diese Einstellung induziert die ankommende Maschine Spannungen \(E_{A1}\), \(E_{B2}\), \(E_{C3}\), die den Busspannungen \(V_{A1}\), \(V_{B1}\) und \(V_{C1}\) entsprechen sollten. Das entsprechende Verbindungsschema wird unten dargestellt.

Der optimale Zeitpunkt, um den Schalter zu schließen, tritt ein, wenn die direkt verbundene Lampe dunkel ist und die gekreuzt verbundenen Lampen gleich hell sind. Wenn die Phasenfolge falsch ist, tritt dieses spezifische Moment nicht ein; stattdessen werden alle Lampen gleichzeitig dunkel.

Um die Drehrichtung der ankommenden Maschine zu ändern, werden zwei ihrer Leitungsverbindungen ausgetauscht. Da der dunkle Zustand der Lampe über einen relativ weiten Spannungsbereich auftreten kann, wird ein Voltmeter \(V_1\) über die direkt verbundene Lampe geschaltet. Der Synchronisierungsschalter wird dann exakt geschlossen, wenn die Voltmeteranzeige Null erreicht.

Sobald der Schalter geschlossen ist, ist die ankommende Maschine nun in einem "schwebenden" Zustand an den Busleiter angeschlossen, bereit, als Generator zu funktionieren und die Last zu übernehmen. Umgekehrt, wenn der Antrieb getrennt wird, arbeitet die Maschine als Elektromotor.

In Kraftwerken wird bei der Parallelschaltung kleiner Maschinen in der Regel eine Kombination aus drei Synchronisierungslampen und einem Synchroskop eingesetzt. Für die Synchronisation sehr großer Maschinen jedoch wird der gesamte Prozess automatisiert und durch ein Computersystem ausgeführt, um hohe Präzision und Zuverlässigkeit zu gewährleisten.