Stabiler Inselbetrieb mit Asynchrongenerator - mögliche Lösungsansätze

bluwi · 30. März 2020

Zitat von alikante

Es wäre wohl Sinnvoller wenn Du die Betrachtungen dazu in einem eigenen Tread zusammenfasst dann kommt

OK, sehe ich inzwischen auch so. Vielleicht könntest Du so nett sein, und das Zeug hier in einen neuen Thread verlagern?

Zitat von alikante

Ein x-beliebiger Asynchrongenerator wird der angelegten Spannung folgen und als Motor seinen Dienst tun bis eine wie auch immer geartete Antriebsmaschiene den Läufer über Nenndrehzahl beschleunigt. Eine einfache AVR wird nicht funktionieren da diese nicht mit Fremdspannung - vom Synchrongenerator kommend - umgehen kann.

Das wäre dann wohl Thema in einem neuen Thread?

Zitat von stephans-garage

Die Spannungsregelung übernimmt die Blindleistungsregelung im Zusatzschaltkasten,

Mir ist bisher nicht klar, ob der NE-Dachs mit SynGen order AsyGen ausgerüstet ist.

Wenn ich das mit der Spannungsregelung durch Kondensatoren lese, tendiere ich zur Annahme, dass das ein AsyGen ist, aber mit 2 Kondensatoren kann die Spannung wohl nicht sehr genau sein ?

alikante · 30. März 2020

So, hab nen neuen Tread erstellt und alle Beiträge die zum Thema passend waren rüber verschoben.

bluwi alle Dachse haben den selben Asynchrongenerator, die Spannungsregelung ist hinreichend genau - je größer die ohmsche Grundlast ist umso weniger muß nachgregelt werden. Den NE kenne ich hauptsächlich aus Hotels bei denen die Grundlast aus Beleuchtung, Gefriertruhen und Haustechnik besteht, dort hab ich schon Kaskaden bis 5Stück gesehen ( 1NE+ 4Normale ).

stephans-garage · 30. März 2020

bluwi

es ist ein Asynchrongenerator

der erste Kondensator ist im Inselbetrieb permanent parallel zum Generator geschaltet als Grunderregung

der zweite Kondensator wird bei zunehmender Last zugeschaltet

Gleichzeitig wird die Spannung gleitend über die am Stromrichter hängende induktive Drossel, die ja gegen die Kondensatorerregung arbeitet, eingeregelt

Die Spannungskonstanz dieser Regelung finde ich beachtlich - da kann kein Notstromer mithalten.

bluwi · 30. März 2020

Zitat von alikante

So, hab nen neuen Tread erstellt und alle Beiträge die zum Thema passend waren rüber verschoben.

Danke dafür

Zitat von alikante

Ein x-beliebiger Asynchrongenerator wird der angelegten Spannung folgen und als Motor seinen Dienst tun bis eine wie auch immer geartete Antriebsmaschiene den Läufer über Nenndrehzahl beschleunigt. Eine einfache AVR wird nicht funktionieren da diese nicht mit Fremdspannung - vom Synchrongenerator kommend - umgehen kann.

Hier sind wir beim eigentlichen Thema: Was passiert warum. Meine Denke:

Zunächst dreht der AsyGen, weil mechanisch angetrieben, mit einer gewissen Drehzahl (kann 50Hz sein, kann aber auch weniger). Das ist Leerlauf, weil noch kein Feld anliegt.

Der SynGen wird aufgeschaltet, sagen wir zunächst in stehendem Zustand. Da passiert noch nichts. (Man könnte ihn auch mit einer gewissen Drehzahl aufschalten. Was besser ist, muss der Versuch zeigen)

Dann wird der SynGen in Drehung versetzt, bis sich ein minimales Drehfeld aufbaut. Ob das selbsterregend geht oder einen Akku zur Basiserregung braucht, hängt vom Generator ab.

Dieses minimale Drehfeld liegt nun auch am AsyGen an, ist zunächst aber deutlich langsamer, als die Drehzahl des AsyGen. D. h. da besteht ein „negativer“ Schlupf, der dazu führt (meine These), dass Energie ins „Netz“, sprich den SynGen zurückgespeist wird. Dadurch wird der SynGen bis zur Drehzahl des AsyGen hochgedreht. Dabei sollte der SynGen auch über den AVR eine saubere geregelte Spannung aufbauen (meine These).

Da der SynGen nur unwesentlich Verlustenergie ausgleichen muss, wird er immer im Wesentlichen die Drehzahl des AsyGen annehmen und praktisch als Synchron-Motor mit minimaler Leistungsaufnahme im Leerlauf weiterlaufen. (Meine These, was sollte er sonst tun?)

In der Kombination aus Syn- und AsyGen macht der Syn die Spannung und der Asy die Drehzahl. Der AsyGen merkt gar nicht, wer ihm das Netz liefert. Der SynGen weiß nicht ob er mechanisch belastet oder angetrieben wird, er kann ja auch beide Richtungen. Nach meiner Meinung recht klare Verhältnisse.

Die Blindleistung führt zu einem Phasenversatz des Stromdrehfeldes und damit des SynGen zum Spannungsdrehfeld, das tut er auch, wenn mechanisch angetrieben. Das sollte unkritisch sein, solange irgendwelche Lasten symmetrisch sind. Etwas unklar ist mir noch, was passiert, wenn die Lasten durch Verbraucher an einer Phase unsymmetrisch werden. Dann muss sich die unsymmetrische Blindleistung über Massekräfte ausbalancieren. Das muss sie aber an einem mechanisch angetriebenen SynGen genauso tun. Evtl. ist dafür noch eine Schwungscheibe am SynGen sinnvoll, weil ja kein Verbrennungsmotor zusätzliche Massenträgheit bringt. Auch das muss ein Versuch zeigen.

Soweit erscheint mir meine Denke recht geradlinig.

Jetzt wäre es natürlich hilfreich, wenn jemand darin Denkfehler aufzeigen kann.

stephans-garage · 30. März 2020

Das was du schreibst, liest sich schlüssig und scheint so zu funktionieren - ich verstehe aber die genaue elektrische und mechanische Verschaltung nicht wirklich bzw deren Zweck.

Wenn du einen Notstromer bauen möchtest - da muss doch ein ( Verbrennungs ) Motor mit im Spiel sein? und dann da einen Generator dran und fertig?

Peter vdl · 30. März 2020

Eine Synchronmaschine macht nur dann Frequenzmeister für 50 Hz, wenn sie auf 1500 u/min als Vierpol oder 3000 u/min als Zweipolmaschine gehalten wird, dreht sie ohne Drehzahlvorgabe fängt sie auf das ihr angebotene Netz. Ne ideale Synchronmaschine muß auch mit einem von 0 Hz anfangenden Netz angefahren werden, sonst macht die nur schreckliche Geräusche und vibriert leicht mit ihrer Welle hin- und her, genau das macht ja nen FU.

Damit ist als Generator die Synchronmaschine im Notströmer nicht zu schlagen, treib ihn mit 1500 u/min an, regel die Spannung nach und alles ist schön. Drehzahlregler bringen die Motoren meißt von Hause aus mit, ist ne Zugfeder an nem Fliehgewicht, vonne Dampfmaschien 1:1 übernommen. Fehlt die Spannungsregelung, bei einem Synchrongenerator mit Elektromagnet auf dem Läufer hat man noch eine zweite Synchronmaschine mit an die Welle geflanscht die sich Erregermaschine nennt und nichts weiter macht als nen Gleichstrom durch die Läuferspulen der Hauptmaschine zu schicken. Die Spannungshöhe dieses Gleichstroms regelt direkt die Ausgangsspannung des Generators und muß nachgeregelt werden, denn
dummerweise ist die abhängig davon, was für eine Last da dran baumelt. Bei kapazitiver Last muß sie verringert werden und bei Induktiver erhöht werden. Ich hab nen alten Generator in der Werkstatt, da hat's im Fuß Drahtpotis mit nem Handrad zum nachregeln dafür gehabt bis der umgebaut wurde auf AVR. Der Nachteil ist wenn man so nen Vieh Netzparallel betreiben will muß man ihn Synchronisieren, das heißt Spannung, Phasenfolge und Phasenlage vom Netz und Generator müssen nahezu gleich sein, sonst knallt's gewaltig. Kriegt man das hin benimmt der sich ganz friedlich... Nagut, er versucht seine Drehzahl auf das Netz zu fangen und erzeugt bis er das geschafft hat entsprechend Blindleistung, aber dann ist wirklich gut...

Nen Asynchroner ist da ne andere Hausnummer. Der kann ohne externes Netz - besser gesagt ohne, daß ihm Blindleistung angeboten wird, gar nichts. Dafür kann man ihn direkt ans Netz anschalten, die Synchronisation macht der selber sozusagen, auch die Spannungs- und Frequenzregelung. Motor, gib alles, der Generator hält dich schon fest. Ideal für den Netzparallelbetrieb, da kommt solch eine Maschine völlig ohne aktive Regelung aus. Interessant wird es erst, wenn der von sich aus Strom machen soll. Im einfachsten Fall ist das nen Kompensationskondensator, und ab dafür. Will man nun einigermaßen genau die Spannung regeln sind's mehrere geschaltete Kondensatoren, die kann man ja exponentiell auslegen wenn man sie einzeln schalten kann. Bei Kleinmoppeln hab ich aber bisher nur einen Kondensator gesehen und dann Vogel friß und Stirb... Auf die Art haben wir lange zwei unserer Maschinen (ich bin Ölwutz bei einem BHKW-Hersteller) Notstromfähig gemacht. Das Brötchen lebt mit einer wesentlich feiner und besser geregelten Kompensation dank BDEW und AR-N4105 weiter, allerdings auch nicht Inselfähig, was dazu fehlt ist die Frequenzregelung. Ich gehe davon aus, daß die Drossel mit den Kondensatoren zusammen in einer verdrosselten Kompensation nen Schwingkreis macht, der die Frequenz stabilisiert. Wenn dem so ist ist's wieder einfach, ne verdrosselte Kompensation, eventuell noch Regelbar, ne Drehzahlregelung an den Motor - und der Asynchrone kann Insel.

Kleine Anekdote am Rand: BDEW und AR-N4105 fordern ja, daß man genug Leistung in einen Kurzschluß reinfahren können muß, daß eine Sicherung sicher auslöst. Nen Synchroner schafft das nur ne relativ kurze Zeit, dann bricht ihm selber das Magnetfeld zusammen, er muß vom Netz, weil sonst geht er durch. Nen Asynchroner hingegen kann das Stundenlang ohne, daß ihm das etwas antut.

Rußige Grüße

Peter

bluwi · 30. März 2020

Zitat von stephans-garage

ich verstehe aber die genaue elektrische und mechanische Verschaltung nicht wirklich bzw deren Zweck.

Der Zweck ist ganz einfach der, dass im Normalfall im Netzparallelbetrieb mit einem AsyGen Strom erzeugt wird. Wenn das Netz ausfällt, dann geht da nix mehr.

Wenn dann mit demselben Antrieb eine Insel „gebaut“ werden soll, dann gibt es prinzipiell zwei Optionen:

a) Den AsyGen durch einen SynGen ersetzen, z. B. durch mechanische Eingriffe

b) Dem AsyGen irgendwie eine „Netz“ zur Verfügung stellen. Das kann z. B. mit el. Wechselrichtern oder mit bestimmten Kondensatorschaltungen geschehen.

Nun ist meine These, am einfachsten geht das mit einem lediglich el. zugeschalteten SynGen.

D. h. Wenn Netz down, dann Netzhauptschalter aus und SynGen ein.

Zitat von Peter vdl

Ne ideale Synchronmaschine muß auch mit einem von 0 Hz anfangenden Netz angefahren werden, sonst macht die nur schreckliche Geräusche und vibriert leicht mit ihrer Welle hin- und her

Was Du beschreibst ist ein Aufschalten des SynGen auf ein laufendes Netz. Da kann der dann aber nur mit Netzfrequenz (geteilt durch n bei n-poligen Maschinen) laufen. Und weil er das nicht in einem Sprung schafft, vibriert er. Wobei ich feststellen möchte, wenn Du diese Erfahrung schon gemacht hast, dass Du dann schon ganz schön üble Sachen gemacht haben musst )

Das Aufschalten eines SynGen darf heute eigentlich nur noch mit zertifizierten Automatikschaltungen erfolgen.

Auch was Du mit mehr oder weniger Erregerstrom bei kapazitiven und induktiven Lasten beschreibst gilt nur beim Betrieb am Netz. Da versucht der SynGen seine eigene Spannung durchzusetzen und weil er das gegen das Netz nicht schafft, führt das dann zu Blindstrom. Das muss man jetzt aber alles nicht verstehen, weil ich ja den SynGen nicht ans Netz bringe, sondern das Netz ersetzen will. Und da kann er dann „seine Vorstellungen“ von Spannung durchsetzen, weil es niemanden anderen gibt, der was dagegen hätte.Wenn der AsyGen schneller läuft, dann bringt der Energie in den SynGen, macht ihm aber nicht den Spannungsverlauf streitig.

Aber in der Tat ist es so, dass man eine Induktive Last im Netz mit einem über-erregten SynGen kompensieren kann. Dass das denselben Effekt hat, wie eine Kapazität zuzuschalten, hat mich erst auf die Idee gebracht, die wir hier diskutieren.

Anders formuliert: Der SynGen wirkt am AsyGen wie ein Kondensator mit flexibler Kapazität, mit dem wesentlichen Unterschied, dass sich das selbst stabilisiert. (So meine These die es zu beweisen gilt).

Peter vdl · 30. März 2020

Jetzt verstehe ich langsam. Jup, dat sollte gehen, zum Mindest wenn ich das hier richtig interpretiere. Andererseits wenn ich mir Kleinmoppel so anschaue scheinen da soviele Selbstregeleffekte dabei zu sein, daß ne geschaltete Kompensation aus wenigen Kondensatorstufen ausreichen sollte. Das würde ich erst einmal ausprobieren, weil deutlich billiger.

Schade, daß es sowas nicht in klein gibt... Zum Mindest habe ich's bisher nicht gefunden.

alikante · 30. März 2020

Wenn das System einmal läuft - oder besser schwingt, den Kondensator+Spule bilden ja auch nur einen Schwingkreis - kann das durchaus funktionieren.

Ein Synchrongenerator wird ohne Last erstmal auf Nenndrehzahl=Nennfrequenz und Nennspannung gebracht, dann Eingekuppelt und mittels Erregerstrom langsam auf Leistung geregelt. Ohne Netz ist das nicht anders.

Der Asynchrongenerator hingegen hat meist noch etwas Remanenz was beim hochdrehen zu Eigeninduktion und damit zu ungewollten Spannungspitzen führen würde.

Insofern sehe ich das Problem im Start- und Abschaltvorgang! Grundsätzlich sollte erst der Synchrongenerator starten um ein "Netz" zu erzeugen darauf kann dann der Asynchrongenerator aufgeschalten werden.

Aber ein Generator/E-Motor ist ja im Einschaltmoment ein großer Kurzschluß, um diesen Kuzschluß bzw. Anlaufstrom zu bewältigen müsste der Synchrongenerator erstmal aktiv angetrieben werden - mit Handkurbel wird das nix.

bluwi · 30. März 2020

Zitat von alikante

Insofern sehe ich das Problem im Start- und Abschaltvorgang!

Ja, das Starten ist noch unklar. Da gibt es ja verschiedene Vorschläge, einer wird dann schon tun

Aber wo siehst Du ein Problem beim Abschalten?

bluwi · 31. März 2020

Zitat von Peter vdl

daß ne geschaltete Kompensation aus wenigen Kondensatorstufen ausreichen sollte. Das würde ich erst einmal ausprobieren, weil deutlich billiger.

Kennst Du was, was man kaufen kann? Und was würde das dann kosten?

Wo ich lese, geht es immer um > €2.000 oder wie beim NE-Dachs von deutlich mehr, allerdings ist da dann die Frequenzregelung mit drin.

Was würde denn an Kosten für einen entsprechenden Schaltkasten zusammenkommen, wenn man das selber macht, sagen wir für 20kW el. (sofern man das selber machen kann)

stephans-garage · 31. März 2020

bluwi

da musst du dir erst mal die Frage beantworten, welche Spannungs- und Frequenzkonstanz du erwartest bzw. was du benötigst. Dem entsprechend feinfühlig wird dann die Regelung.

Die Senertec-Lösung regelt sehr akkurat, 230V +- 5 Volt, ein billiger Notstromer liegt bei 230V +- 30 Volt, ein Guter kann schon 230V +- 15 Volt

Die Frequenz ist ja von der Motordrehzahl abhängig, und selbst wenn da ne bescheidene Drehzahlregelung dran hängt, solte damit ein Bereich 45 - 55 Hz eingehalten werden, was meiner Meinung nach ( wir sprechen doch immer noch von einer begrenzten Notstromzeit? ) ausreichend ist.

Spannungsregelung: für 20kW würde ich zwei Kondensatorbatterien hernehmen für je 5kW sowie eine für 10kW und dieser wie folgt ansteuern:

Last 0-5 kW eine 5kW Batterie

Last 5-10 kW eine 10kW Batterie

Last 10-15 kW eine 5kW und eine 10kW Batterie

Last 15-20 kW alle zusammen

wobei die Größe der Kondensatoren natürlich nicht in kW angegeben wird sondern entsprechend des Generators berechnet werden muss.

Meles meles · 2. April 2020

Wow! Die schiere Menge an Text! Grundsätzlich glaube ich schon, dass das funktionieren kann. Aber:

Ich habs noch nicht im Detail verstanden. Ein Regelschema sagt mehr als 1000 Worte. Die ganze Kaskade, Frequenz, Spannung, Ströme …
Grundsätzlich ist das sehr alte Technologie, macht man heute nicht mehr so. Neue Notstromer laufen ja auch mit Inverter. Du wirst grössenordnung 15% Leistung in der Synchronmaschine verlieren.
Ich trau mir nicht zu, die Regelung (AVR in der synchronmaschine, Spindelantrieb BHKW) selbst zu bauen, kaufen kann ich es nicht. Geht was schief, sind alle Geräte am A…
Mein Bauchgefühl sagt: Wird es gut umgesetzt, dann kostet es mehr als die Lösung mit Umweg über Gleichstrom.

stephans-garage · 3. April 2020

Zitat von Meles meles

Grundsätzlich ist das sehr alte Technologie, macht man heute nicht mehr so. Neue Notstromer laufen ja auch mit Inverter. Du wirst grössenordnung 15% Leistung in der Synchronmaschine verlieren.

ja, alte, zuverlässige und bewährte Technik, die auch nach Jahren des Stillstands und Nichtbenutzens funktioniert. Wenn ich mich zwischen einem Notstromer mit Invertertechnik und einem mit kondensatobeschaltetem Asynchrongenerator entscheiden muss, nehme ich letzteren.

Zitat von Meles meles

Ich trau mir nicht zu, die Regelung (AVR in der synchronmaschine, Spindelantrieb BHKW) selbst zu bauen, kaufen kann ich es nicht. Geht was schief, sind alle Geräte am A…

Ich dachte es geht um Asynchrongeneratoren? Der Spindelantrieb ist in jedem Dachs HR serienmässig zur Leistungsregelung verbaut.

Stabiler Inselbetrieb mit Asynchrongenerator - mögliche Lösungsansätze

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