AT234852B - Überwachungseinrichtung für eine Stromrichtererregung von Synchronmaschinen - Google Patents

Description

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    Überwachungseinrichtung   für eine Stromrichtererregung von Synchronmaschinen 
Es ist bekannt, für die Gleichstromerregung des Läufers eines Synchrongenerators Stromrichter anzu- wenden, deren Ventilzweige mit Halbleiterventilen bestückt sind. Mit der Verwendung von Halbleiter- ventilen, die ungesteuert oder gesteuert sein können, hat es sich als vorteilhaft und möglich erwiesen, diese auf dem Läufer oder innerhalb der hohl ausgebildeten Läuferwelle anzuordnen, so dass der mit ih- nen gebildete Halbleiterstromrichter mit dem Läufer umläuft.

   Bei Anwendung, beispielsweise einer Drei- phasenbrückenschaltung, erfordert dieser Stromrichter eine Dreiphasenstromeinspeisung, also die Zuführung von drei   Wechselströmen,   welche induktiv auf den Läufer übertragen werden können, so dass eine
Stromzuführung über Schleifringe entbehrlich ist. 



   Für die Erzeugung und induktive Übertragung des   Dreiphasenwechselstromes   wird in der Regel ein mit dem Läufer des Synchrongenerators gekuppelter Erregergenerator vorgesehen, dessen Ständerwicklung gleichstromdurchflossen ist und dessen dreiphasig ausgebildete und mit dem Läufer des Synchrongenerators umlaufende Läuferwicklung mit dem Halbleiterstromrichter verbunden ist. 



   Bei derartigen Anordnungen einer Stromrichtererregung von Synchrongeneratoren ist es schwierig, den   ordnungsgemässen   Betriebszustand des Halbleiterstromrichters zu überwachen, da sowohl die Ventilzweige der Stromrichterschaltung als auch die Dreiphasenstromzuleitungen einer direkten Messung von Strömen oder Spannungen unzugänglich sind. Eine ständige Überwachung der Stromrichteranordnung und ihrer Zuleitungen ist aber unumgänglich notwendig, wobei es in erster Linie darauf ankommt, auftretende Defekte durch innere Kurzschlüsse   der Halbleiterzellen   und Unterbrechungen der Stromzuführungen zu erfassen. 



   Durch die Erfindung wird eine Lösung dieser Aufgabe angegeben. Sie bezieht sich auf eine Überwachungseinrichtung für eine Stromrichtererregung von Synchronmaschinen, bei welcher ein als Gleichrichter wirksamer, vorzugsweise in Brückenschaltung ausgebildeter Halbleiterstromrichter und die diesen speisenden, im normalen Betrieb synchrone und symmetrisch phasenverschobene Wechselströme gleichen Betrages führenden Dreiphasenstromzuleitungen mit dem Läufer der Synchronmaschine umlaufen. 



   Die Erfindung sieht vor,   dass   die Dreiphasenstromzuleitungen des Halbleiterstromrichters auf einem Teilabschnitt der Läuferwelle in symmetrisch um den Wellenumfang verteilten Längsnuten geführt und im Bereich dieses Teilabschnittes der Läuferwelle in geringem Abstand von der Wellenoberfläche eine oder mehrere feststehende Spulen mit einem mit der Läuferwelle einen magnetischen Kreis bildenden Eisenblechkörper mit ausgeprägten Polen angeordnet sind, deren induzierte Wicklungsspannungen an eine der Auswertung des Betriebszustandes des Halbleiterstromrichters dienenden Messeinrichtung an sich bekannter Art angeschlossen sind. 



   Ein Ausführungsbeispiel einer   Überwachungseinrichtung   nach der Erfindung ist in Fig. 1-4 wiedergegeben. In diesem Beispiel ist eine Läufererregung eines Synchrongenerators durch einen sechspulsigen Halbleiterstromrichter in   Dreiphasenbrückenschaltung   angenommen. 



   Das Anordnungsprinzip der Überwachungseinrichtung nach der Erfindung ist in Fig. 1 erkennbar. Darin ist mit der Kreislinie 1 ein Synchrongenerator angedeutet. Dieser besitzt eine dreiphasige Ständerwick- 

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    ganzenu. zw.   durch einen Richtungswechsel, sowohl wenn die Stromzuleitung 5 bei konstantem Strom infolge der Drehung der Läuferwelle den Pol passiert als auch wenn der Strom der zwischen den beiden Polen be- findlichen Stromzuleitung 5 seine Richtung wechselt. In beiden Fällen entsteht in der jeweils betrachte- ten Spule 10 des Poles eine induzierte Spannung, wobei die bei Passieren des Poles induzierte Spannung eine bestimmte Richtung und die anschliessend infolge Richtungsumkehr des Stromes induzierte Spannung die dazu entgegengesetzte Richtung hat. 



   In Fig. 2a und 2b sind die bei zwei Stellungen der Läuferwelle möglichen   Strom - und Flussverhält -   nisse veranschaulicht. Hiebei ist die eine Stromrichtung einer Stromzuleitung wie üblich durch einen
Punkt, die andere durch ein Kreuz gekennzeichnet. 



   Die induzierten Spannungen der beiden Spulen 10 und 11 werden durch eine Messeinrichtung an sich bekannter Art ausgewertet. Eine für diesen Zweck geeignete Messeinrichtung ist in Fig. 3 dargestellt. Sie besteht aus einer Gleichrichteranordnung aus zwei Einweggleichrichtern mit je einer Diode 16 bzw. 17, die auf der Gleichstromseite miteinander verbunden sind. Die Wechselspannungen der beiden Einweg- gleichrichter sind den beiden Spulen 10 und 11 entnommen. Durch diese Gleichrichter wird nur jeweils einer der beiden Spannungsimpulse der Spulen messtechnisch erfasst, im vorliegenden Falle beispielswei- se diejenige Spannung, welche bei dem Passieren einer Stromzuleitung vor dem Pol der Spule induziert wird.

   Für die weitere Auswertung der von der Gleichrichteranordnung abgegebenen Spannungsimpulse Ist eine Messeinrichtung 18 und ein parallel dazu liegender mit K 0 bezeichneter Anschluss für einen
Kathodenstrahloszillografen vorgesehen. Ausserdem ist an die Gleichrichteranordnung über einen
Spannungsteiler 19 eine Schaltanordnung 23 angeschlossen, die beispielsweise auf den Schalter im
Stromkreis der Ständerwicklung 8 des Erregergenerators 6 der Stromrichtererregung der Synchron- maschine einwirkt. Die Schaltanordnung 20 kann als Relais oder als eine kontaktlos arbeitende
Einrichtung, beispielsweise ein sogenannter Schmitt - Trigger, ausgebildet sein.

   Sie ist   zweckmä-   fig so eingestellt, dass bei normalem Betrieb des Halbleiterstromrichters des Synchrongenera- tors kein Ansprechen der Relaisanordnung stattfindet, dass dagegen bei auftretendem Überstrom infolge Kurzschlusses in einer Halbleiterzelle eine Auslösung der Relaisanordnung eintritt. Eine Unterbrechung eines
Ventilzweiges des Halbleiterstromrichters oder einer der Stromzuleitungen 5 kann gegebenenfalls in dem angeschlossenen Oszillographen beobachtet werden. 



   Bei Vorliegen eines gesteuerten Halbleiterstromrichters 4, beispielsweise mit Vierschichtenhalblei- terventilen, tritt mit der Steuerung eine sich ändernde Phasenlage der Stromumkehrzeitintervalle der
Wechselströme der Stromzuleitungen 5 ein. Um die Überwachungseinrichtung für einen grösseren Steuer- bereich verwendbar zu machen, ist es zweckmässig, eine Anordnung mit einem   Eisenblechkörper, ähnlich   dem Körper 14 nach Fig. 2 mit vier Polen 15, jedoch mit Besetzung aller Pole mit Spulen vorzusehen, wobei die Pole indessen nicht mehr symmetrisch angeordnet sind, sondern wobei je zwei benachbarte Pole abwechselnd die Winkel von 120 und 600 einschliessen, worin sich diese Winkel auf die Wellenachse beziehen. Je zwei um 1200 auseinanderliegende Spulen sind hiebei untereinander verbunden und damit messtechnisch zusammengefasst. 



   Mit diesem beschriebenen   Ausführungsbeispiel   sind die Ausbildungsmöglichkeiten der Erfindung nicht erschöpft.   Ausserdem.   ist die Anwendung der Überwachungseinrichtung nicht auf Synchrongeneratoren beschränkt, sondern auch für andere Synchronmaschinen von Bedeutung. 



   Bei grösseren Erregerleistungen der Synchronmaschine kann es notwendig sein, den Halbleiterstromrichter mit mehreren parallelgeschalteten Ventilen auszuführen. In diesem Falle ist es angebracht. mehrere Gruppen von Einzelstromrichtern in der Dreiphasenbrückenschaltung mit parallelgeschalteten Gleichstromleitungen, jedoch getrennten   Dreiphasenstromeinspeisungen   auszuführen, wobei die Verbindung der zusammengehörigen Wechselstromleitungen erst unmittelbar an der Läuferwicklung des Erregergenerators erfolgt. Auf diese Weise kann man die getrennt angeschlossenen Wechselstromzuleitungen in dem obengenannten Teilabschnitt der Läuferwelle einzeln in Längsnuten führen und durch die vorgesehenen Messspulen die Wechselströme der Einzelstromrichter getrennt überwachen. 



   Es ist prinzipiell auch möglich, die Stromzuleitungen im Bereich des obengenannten Teilabschnittes der Läuferwelle nicht symmetrisch um den Wellenumfang der Läuferwelle verteilt, sondern zu einem Leitungsbündel zusammengefasst in einer einzigen Nut zu führen. Diese Anordnung kann messtechnische Vorteile haben, hat indessen den Nachteil, dass es nicht einfach ist, die bei einer solchen Anordnung sich ergebende Unwucht der Läuferwelle auszugleichen. 

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Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE : 1. Überwachungseinrichtung für eine Stromrichtererregung von Synchronmaschinen, bei welcher ein <Desc/Clms Page number 4> als Gleichrichter wirksamer, vorzugsweise in Brückenschaltung ausgebildeter Halbleiterstromrichter und die diesen speisenden, im normalen Betrieb synchrone und symmetrisch phasenverschobene Wechselströme gleichen Betrages führenden Dreiphasenstromzuleitungen mit dem Läufer der Synchronmaschine umlaufen, dadurch gekennzeichnet, dass die Dreiphasenstromzuleitungen (5) des Halbleiterstromrichters (4) auf einem Teilabschnitt der Läuferwelle.

   (12) in symmetrisch um den Wellenumfang verteilten Längsnuten (13) geführt und im Bereich dieses Teilabschnittes der Läuferwelle in geringem Abstand von der Wellenoberfläche eine oder mehrere feststehende Spulen (10,11) mit einem mit der Läuferwelle einen magnetischen Kreis bildenden Eisenblechkörper (14) mit ausgeprägten Polen (15) angeordnet sind, deren induzierte Wicklungsspannungen an eine der Auswertung des Betriebszustandes des Halbleiterstromrichters dienenden Messeinrichtung und Schaltanordnung (16-20) an sich bekannter Art angeschlossen sind.

   2. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Eisenblechkörper (14) vier um einen zur Wellenachse gemessenen Winkel von 90 versetzt angeordnete Pole (15) besitzt, von denen zwei diametral gegenüberstehende Pole mit Spulen (10,11) versehen sind.

   3. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Eisenblechkörper (14) vier um die zur Wellenachse gemessenen Winkel von 120 bzw. 600 versetzt angeordnete Pole (15) besitzt, die sämtlich mit Spulen versehen sind, wobei je zwei um 1200 versetzte Spulen untereinander verbunden sind.

   4. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die an die Spulen (10, 11) oder Spulenpaare angeschlossene Messeinrichtung und Schaltanordnung aus einer Gleichrichteranordnung aus zwei Einweggleichrichtern mit je einer Diode (16, 17), die auf der Gleichstromseite untereinander verbunden sind, einer daran angeschlossenen Messeinrichtung (18), einem Anschluss eines Kathodenstrahloszillographen (KO) und einer über einen Spannungsteiler (19) angeschlossenen Schaltanordnung (20) besteht.