Verschaltung eines Synchrongeneratos ermitteln

Hallo liebe Leute,

Und zwar geht es hier um ein Synchrongenerator (1100kVA). Er ist Statorseitig Sterngeschaltet also er hat 3 Leiter und ein N-Leiter. Jetzt wollte ich die Oberschwingungen der in dem Stator induzierten Spannungen mit einem Netzanalyasator ermitteln (GSC53A ziemlich altes Gerät). Ich habe in der Niederspannunghauptverteilung die Möglichkeit, die Spannung zu messen. Dort befinden sich aber nur 3 Leiter (siehe Anhang) L1, L2 und L3. Jetzt weiß ich nicht ob es sich um ein 3 leitersystem handelt und der N-Leiter geerdet ist oder ob der N-Leiter doch vorhanden ist und ich ihn nicht sehe ? Mein Netzanalysator zeigt mir die Werte im Anhang an. Also es wird aufjedenfall 230V gegen N angezeigt aber woher ? Er zeigt mir auch die 120° versetzte Spannungen an (gegen N!) und der zeigt mir ebenfalls Phase gegen Phase 400V. Mein Messaufbau ist auch im Anhang. Im Handbuch des Netzanalysators steht, wenn es sich um ein dreiphasensystem handelt, dann sollte man den letzen kabel, der eigentlich für den N-Leiter gedacht ist, auf Phase 2 legen und diese als bezugspotential nehmen und so habe ich das auch gemacht weil einfach kein N- Leiter zusehen ist! Ich stehe hier ziemlich auf dem Schlauch und muss hier eine Lösung finden. Im Anhang sieht man auch genau die 3 Leitungen L1 L2 und L3. Jede Phase hat 3 Kabeln und laut Messgerät wird ein Strom Inull gemessen obwohl kein N vorhanden ist ?

Für alle Lösungsvorschläge wäre ich sehr Dankbar

Beste Grüße

Ck91
 

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Er ist Statorseitig Sterngeschaltet also er hat 3 Leiter und ein N-Leiter.
Eine Sternschaltung bei einem Generator bedeutet noch lange nicht, dass er auch einen Neutralleiter hat. Wenn der Sternpunkt des Generators nicht belastbar ist, dann ist er auch nicht rausgeführt.
Jetzt weiß ich nicht ob es sich um ein 3 leitersystem handelt und der N-Leiter geerdet ist oder ob der N-Leiter doch vorhanden ist und ich ihn nicht sehe
Die Behandlung des Sternpunkts eines Generators ist wieder eine ganz andere Sache, man kann ihn starr, niederohmig, hochohmig erden oder auch frei lassen. Das hängt ganz von den Schutz- und Netzverhältnissen ab.
Also es wird aufjedenfall 230V gegen N angezeigt aber woher ? Er zeigt mir auch die 120° versetzte Spannungen an (gegen N!) und der zeigt mir ebenfalls Phase gegen Phase 400V.
Aufgrund des Anschlusses (N an L2) bildet der Netzanalysator einen künstlichen Sternpunkt, denn du selbst hast ja den Anschluss an N nicht vorgenommen, weil er nicht vorhanden ist.
Der Winkel von 120° liegt zwischen den einzelnen Phasen und nicht gegen N. Die Außenleiterspannungen dieses Generators werden mit 400V richtig angezeigt, die Strangspannungen von 230V bildet sich der Analysator selber.
Fazit: Dreiphasiger Generator, der einphasig nicht belastet werden darf.
Ratschlag: An dem Sinus sollte man was mittels Glättung was machen, der ist unter aller Sau!
 
Hi katode !

Ich danke dir erstmal für deine super schnelle und ausführliche Antwort! Ich könnte mir nur nicht erklären, wie er ein neutralleiterstrom mißt. Hättest du da vielleicht eine idee ? Ich würde gerne die netzqualität beschreiben( oberwellen, spannungsunsymmetrien) und ein lösungsvorschlag definieren. Wie muss ich da am besten vorgehen ?
 
Da gibt es keine Neutralleiterströme und es werden auch keine gemessen. Die Spannungen L1, L2, und L3 gegen den künstlichen Sternpunkt (so wie das Messgerät angeschlossen ist, misst man L2 gegen den Sternpunkt 0V) werden im Messgerät gebildet und mit einer Amplitude von 325V auf der Anzeige symmetrisch abgebildet.
Die zugeordneten Ströme ergeben sich aus deinem Messaufbau.
Die Netzqualität kann man nur beschreiben, wenn man eine Netzanalyse vornimmt, also Anteil der 3., 5., 7., Harmonischen etc. misst und nach Fourier analysiert. Außerdem muss bekannt sein, ob dieser verbogene Sinus der Ströme durch den / die Verbraucher entstanden ist oder aus einer Netzrückwirkung resultiert. Die gezeigten Stromkurven beinhalten deutlich einen Anteil der 3. Kosinusoberwelle. Erst nach genauer Analyse kann man Vorschläge zur Glättung mittels Filteraufbau und Kompensation machen.
 
Hallo Kathode!

Danke für deine Antwort ! Also mein Netzanalysator bietet mir die Oberwellen anzuzeigen, Strom und Spannungskurven natürlich und die Netzimpedanz zu messen. Wie wichtig ist hier die Netzimpedanz und was kann man mit der Netzimpedanz anfangen ?
3., 5., 7., Harmonischen etc. misst und nach Fourier analysiert.
Mein Netzanalysator misst die Oberwellen und zeigt die aus der FFT Analyse resultierende Linienspektrum als Verhältnis der Oberschwingungen zur Grundschwingung in form eines Balkendiagramms an und auch natürlich den THD wert.
Außerdem muss bekannt sein, ob dieser verbogene Sinus der Ströme durch den / die Verbraucher entstanden ist oder aus einer Netzrückwirkung resultiert.
Wie kann ich hier am besten vorgehen ? Muss ich das aus dem Schaltplan ermitteln ?

Beste Grüße

Ck91
 
Das Balkendiagramm ist üblich, nur muss man es bezüglich der Inhalte und der zu ergreifenden Maßnahmen analysieren können.
Die angeschlossenen Verbraucher sind zu ermitteln und deren Verhalten entsprechend Oberwellen und Netzrückwirkung zu analysieren.
Aus dem Schaltplan kann man zunächst nur verhaltenstypische Merkmale zu Grunde legen.
Messtechnisch sind diese Merkmale zu protokollieren und zu analysieren, dann können entsprechende Maßnahmen getroffen werden.
 
Hallo Kathode,

Danke erstmal für deine Hilfe! der notstromaggregat werden wir in den kommenden Tagen mal probelaufen und lade mal meine Messergebnisse hoch.Ich habe da eine Frage bezüglich des Generators selber. Ich bin mir nicht sich, ob er ein vollpolläufer hat oder eher ein Schenkelläufer. Die synchronmaschine ist ein 4 poler (p=2). Die Ersatzschaltbilder beider varianten weichen ja vonrinander a oder ? Oder gibt es ein gemeinsames äquivalentes ESB beider varianten? Icj tendiere zum Schenkel, da diese meistens in Generatoren bis 1500/min vorkommen und dieser dreht genau 1500. Im Anhang habe ich ein plan der internen verschaltung. Was passiert dort genau ? Das ist eine bürstenlose Erregung per Erregermaschine. Wie funktioniert genau die Regelung der Spannung ? Die Spannung wird wahrscheinlich über den Statorgleichstrom der Erregermaschine geregelt. Oder sehe ich das falsch ? Laut Schaltplan werden die Spannungen U, V und Neutralleiter in den Avr (spannungsregler) geführt. Was passiert dann anschließend? Was hat der Vari comp für eine Funktion?

Ich wäre für jede Hilfe sehr dankbar

Grüße

Ck91

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Das ist mit Sicherheit ein Schenkelpolläufer! Die Generatoren dieser Größe sind meist kompounderregte Maschinen, bei denen die Grunderregung mittels einer Luftspaltdrossel einem rotierenden Gleichrichter dem Polrad zugeführt wird, daher bürstenlos. Hier besteht immer Erregerüberschuß, der über einen Leistungstransistor oder Thyristor einem Absetzwiderstand zugeführt wird und damit in Wärme umgewandelt wird. Damit ist die Leerlaufspannung gegeben. Wird der Generator belastet, erfolgt über den Stromwandler Ta1 auf den Varicomp als Spannungsregler ein Zusatzsollwert, der die durch die Belastung sinkende Spannung anhebt und damit konstant hält.
Über die Spannung des Generators brauchst du dir nach Oszillogram keine Sorgen zu machen, die ist in Ordnung, die Stromkurven der Verbraucher sind verbogen und müssen analysiert werden.
 
Hallo Katode,
ist der AVR nicht der eigentliche Spannungsregler ? Soweit ich verstaden habe, ist der VARI COMP dazu da, um den AVR bei einer Spannungssekung von 70% zu unterstützen oder ? Also nochmal zusammengefasst: Die Spannungen U , V und N gehen in der Spannungsregler (SR AVR). Über U geht der Strom über ein Stromwandler TA1 in den Eingang des VARI COMP's. Der Erregerstator geht ebenfalls in den Spannungsregler (SR AVR) wobei ich denke, dass der Regler die Induzierte Spannungen über den Gleichstrom am Erregerstator regelt und somit auch den Erregerstrom im Rotor der Hauptmaschine regelt. Ich frage mich nur was die Rechteckigen Blöcke unten links ( U,V,W,N) genau zu bedeuten haben und warum W nicht an dem AVR angeschloßen ist.

Die Generatoren dieser Größe sind meist kompounderregte Maschinen, bei denen die Grunderregung mittels einer Luftspaltdrossel einem rotierenden Gleichrichter dem Polrad zugeführt wird, daher bürstenlos.

Hier komme ich leider nicht so ganz mit. Also sowie ich das verstanden habe wird die Erregermaschine mit einem Gleichstrom gespeist. Durch die Drehung des Rotors (Mechanische Energie vom Verbrennungsmotor) wird in einer Dreiphasen Wicklung eine dreiphasige spannung induziert, der anschließend in ein Gleichrichter (B6 siehe Anhang) gespeist wird und der Rotorwicklung (Rotor des Generators) zugeführt wird. Ich frage mich nur woher die Erregermaschine den Gleichstrom herbekommt ? Vorallem beim Anlaufen frage ich mich wie die 3 phasenspannung zustande kommt. Durch die Drehung des Verbrennungsmotors, bewegt sich ja auch der Rotor. Nur der Erregerstrom fehlt.

Beste Grüße

Ck91
 
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Merkwürdiger Spannungsregler, der sich in zwei Komponenten aufteilt! Natürlich ist der SRAVR der eigentliche Spannungsregler, den hatte ich neben dem Vari Comp ganz übersehen.
Die nicht normgerechte Darstellung von U,V,W,N stellt die Luftspaltdrossel dar, die über die Wicklungen von U und V den Spannungsregler speist. Der Gleichrichter hieraus speist entsprechend dem eingestellten Spannungssollwert die Erregerstatorwicklung der Erregermaschine ( Außenpolmaschine) und regelt damit die Drehstrom-Ausgangsspannung des Erregerrotors. Der wiederum speist, wie im letzten Anhang gezeigt, den rotierenden Gleichrichter und stellt damit die Erregung des Generators sicher.
Beim Anlaufen des Generators erfolgt über eine LC- Remanenzschaltung ein Hochschaukeln der Spannung. Es ist aus der Darstellung nicht ersichtlich, wie und wo das geschieht.
Das Ganze hat Ähnlichkeit mit einer Woodward-Spannungsregelung.
Ein Absinken der Spannung bei Belastung auf 70%, bevor der Last-Zusatzsollwert des Vari Comp eingreift, ist völlig unakzeptabel, damit kann man keine Verbraucher, nicht einmal Beleuchtung, vernünftig betreiben.
 
Der Gleichrichter hieraus speist entsprechend dem eingestellten Spannungssollwert die Erregerstatorwicklung der Erregermaschine ( Außenpolmaschine)
Also gibt es deiner Meinung nach noch ein 2. Gleichrichter der den Erregerstator mit Gleichstrom speist ? Was hat das genau mit den Luftspaltdrosseln aufsich ? könntest du mir das genauer erklären ?
Beim Anlaufen des Generators erfolgt über eine LC- Remanenzschaltung ein Hochschaukeln der Spannung. Es ist aus der Darstellung nicht ersichtlich, wie und wo das geschieht.

Wahrscheinlich bezieht der 2. Gleichrichter (Für den Erregerstator) den Strom aus dem Induzierten dreiphasennetz oder ? wie würde den genau so ein Hochlauf der LC-Remanenzschaltung funktionieren ?
 
Also gibt es deiner Meinung nach noch ein 2. Gleichrichter der den Erregerstator mit Gleichstrom speist ? Was hat das genau mit den Luftspaltdrosseln aufsich ? könntest du mir das genauer erklären ?
Ja klar, gibt es hier zwei Gleichstromkreise, wie Hilfserreger- und Haupterregermaschine. Das ist ja immerhin eine 1,1MVA-Maschine. Allerdings speist der 2. Gleichrichter (das ist der rotierende Gleichrichter) den Anker des Generators. Das hatte ich bereits beschrieben. >>1. Gleichrichter:Hilfserregung, 2.Gleichrichter:Haupterregung.<<
Die in einer Erregereinrichtung bezeichnete Luftspaltdrossel ist ein Transformator, bei dem das Jochblech der drei Schenkel nicht geblecht sondern verschraubt ist und somit ein Luftspalt konstruktiv gegeben ist, den man vergrößern oder verkleinern kann. Damit ist der Fluss und als Folge die induzierte Spannung veränderbar. Diese Grundeinstellung wird werksseitig im Prüffeld vorgenommen und bestimmt die Grund-Ausgangsspannung der Maschine.

Wahrscheinlich bezieht der 2. Gleichrichter (Für den Erregerstator) den Strom aus dem Induzierten dreiphasennetz oder ? wie würde den genau so ein Hochlauf der LC-Remanenzschaltung funktionieren ?
Das ist der 1. Gleichrichter als Hilfserregung, der über die Luftspaltdrossel gespeist wird!
Jeder Generator, der einmal betrieben wurde, hat eine magnetische Remanenz durch sein Blechpaket. Wird der Generator gestartet, erfolgt über den drehenden Rotor eine geringe Spannungsinduzierung, die über einen Kondensator verstärkt wird. So schaukelt sich die Spannung selber bis zum Nennwert hoch. Das kann man sehr schön an Hand eines Meßgeräts beobachten.
 
Ich danke dir für deine ausführliche Antwort ! Also wird die induzierte Spannung abgegriffen und über ein Luftspaltdrossel (Transformator) in eine andere Spannung übersetzt und dem Regler übergeben, in der noch ein Gleichrichter integriert ist der anschießend den Erregerstator bestromt ?
Weicht eigentlich das elektrische Ersatzschaltbild vom Vollpolläufer dem Schenkelläufer ab oder kann man beides mit einem Ersatzschaltbild beschreiben ? Da ja der Schenkelpolläufer einen nicht konstanten Luftspalt aufweist. Das was ich jetzt im Anhang hochgeladen habe ist ja Ständerseitig mit vernachlässigung der Eisenverlsute und den Ohmschen Strangwiderstand der Ständerwicklung. Im Anhang habe ich eine Vereinfachung (Schrittweise) des Ersatzschaltbildes hochgeladen. Gilt das für beide rotortypen ? Ich verstehe den übergang von Bild 2 auf 3 nicht so ganz.

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Ich wollte mich nochmal für die hochgeladenen Bilder entschuldigen, da ich hier neu bin und die Regeln nicht so beherrsche.
@Katode ich wollte dich fragen, ob es ein unterschied bei den Ersatzschaltbilder von Vollpol und Schenkelpol gibt ? Ist es überhaupt relevant deiner Meinung nach was mein Thema angeht ? oder sollte ich nicht wirklich näher drauf eingehen ? Ich habe mal die Ersatzschaltbilder von einer Literatur mal rausgezeichnet und die vereinfachung dargestellt. Ich weiß nur nicht ob es wirklich wichtig ist das Ersatzschaltbild genauer zu erläutern und zu erklären. Ich sollte im Rahmen meiner Arbeit beim Dieselaggregat im probebetrieb aufzeichungen von Strom und Spannung durchgeführen. Am Beispiel der aufgezeichneten Spannungsverläufe sollen alle Arten von Spannungsänderungen Oberwellen, flicker, Spannungsschwankungen und spannungs unsymmetrien dargestellt werden,klassifiziert, bewertet und Ursachen zu ergründen, um Abhilfe zu schaffen. Hierbei sollte die Funktion und Anlauf der Motor-Generator kombination kritisch untersucht und erklärt werden.
 

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Ja klar, den gibt es und du hast ihn doch selber skizziert. Das Ersatzschaltbild 1. Art stellt die Schenkelpolmaschine dar, die letzte Skizze zeigt das Ersatzschaltbild der Vollpolmaschine. Der Unterschied ist im magnetisch wirksamen Luftspalt zu suchen, der ist bei der Vollpolmaschine konstant, bei der Schenkelpolmaschine zwangsläufig nicht. Der Sinus der Klemmenspannung ist aber weitgehend gleich und deshalb für dein Thema nicht relevant.
Gemäß der Beschreibung deiner Arbeit ist es wichtig, entsprechende Schriebe von Spannung und Strömen in allen möglichen Betriebs- und Belastungszuständen zu machen und diese an Hand von Kurvenformen zu analysieren.
 
hallo Katode,

Danke für deine Antwort! Ist die zweite Schaltung von oben nicht äquivalent zu dem 3. von oben ?

Ich habe nun alles gemessen. Ich habe die Stromzangen alle in eine Richtung gelegt und die Spannungklemmen auf L1, L2, L3 und den vierten ebenfalls aus L2 geklemmt. Obwohl ich kein Neutralleiter angeschloßen habe rechnet er ein Effektivwertstrom von Inull=638.05A im "Neutralleiter". Ich habe das nochmal nachgerechnet und komme auf ein anderen Effektivwert. Ich habe auch Komplex gerechnet. Ich habe die Effektivwerte von der Grundschwingung aller Strangstränge genommmen und damit rumgerechnet und komme nicht auf die gemessene zahl vom netzanalysator.
 

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ich habe mir aus der Graphen den Nullphasenwinkel aller Ströme und Spannungen ausgerechnet und hingeschrieben (siehe Anhang) aber ich verstehe nicht ganz, wie er I null berechnet hat ? ich komme auf kleine Zahlen (ungefähr 10A Effektiv)
 

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Dem Netzanalysator solltest du schon Glauben schenken, denn der hat die Fourier-Analyse sicherlich bis zur 15.Harmonischen gemacht. Auch Inull sollte stimmen. Für die 3.Harmonische solltest du was tun, bei der Last abartig hoch.
 
Hallo Katode,

Ja ich glaube auch dem Netzanalysator. Mein Problem ist nur, wie er auf den Wert Inull kommt. Eigentlich müsste die Komplexe knotengleichung I1+I2+I3=Inull doch stimmen oder ? Es ist ja so, dass sich nur die durch 3 teilbare Oberschwingungen im Neutralleiter ansammeln. Müsste ich also in dem Fall alle Effektivwerte der durch drei teilbare Oberschwingungen addieren ? Wie sieht dann die phasenlage der Oberschwingungen aus ? Ich habe für I2 den nullphasenwinkel -85° berechnet ( wenn das stimmt) im scope ist die x-Achse mit X definiert und geht pber eine Periode von 0 bis 127. Durch ablesen und dreisatz habe ich den nullphasenwinkel berechnet. Welche Lage hätte zb. die dritte harmonische? Ich komme damit nicht ganz klar, da ich gewohnt bin, das die Spannungen in einem Drehstromnetz bei 0° nullphasenwinkel anfangen und jeweils um 120 versetzt sind. Aber die auf dem Scope haben andere Nullphasenlagen.
 
Irgendwie betrachte ich die Angelegenheit recht skeptisch. Der Grund der Phasenlagen sollte mal untersucht werden. Das kann man aber nur vor Ort klären, um nicht im Kaffeesatz zu lesen.
Auf jeden Fall sollte die Maschine nicht kapazitiv betrieben werden. Statt der gezeigten Situation, Blindleistungsaufnahme, wäre cosphi 0,9 ind. besser, dann hat der Generator bei Lastaufnahme eine Spannungsreserve.
 

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