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Entregungseinrichtung für Synchronmaschinen
Bei der Entregung von Synchronmaschinen aus einem belasteten Zustand ist zu beachten, dass die Statorwicklung, die Polradwicklung und die Dämpfungswicklung magnetisch miteinander verkettet sind.
Der Einfluss der Magnetisierung der Eisenteile durch Wirbelströme kann durch eine weitere gedachte Wicklung berücksichtigt werden. Im wesentlichen beeinflussen die Dämpfungswicklung und die Eisenteile den Abbau des Induktorfeldes in der Weise, dass sie einen unzulässig verzögerten Abbau des Induktorfledes bewirken. Gefordert wird von einer Schnellentregung ein rasches Verschwinden des magnetischen Flusses, der den Stator der elektrischen Maschine durchsetzt, damit die Klemmenspannung bzw. die Kurzschlussentregung der Ständerstrom rasch Null wird.
Um den Feldabbau des Induktors in möglichst kurzer Zeit zu erreichen wäre es naheliegend, den Stromkreis des Polradkreises zu unterbrechen. Da die Induktivität des Induktors den im Schaltzeitpunkt fliessenden Strom aufrecht zu erhalten versucht, würde an den Klemmen des Induktors eine unzulässig hohe Spannung auftreten.
Für Synchronmaschinen, die ihre Erregung aus einer rotierenden Erregermaschine beziehen, ist die sogenannte Schwingungsentregung bekannt. Bei dieser Entregung wird zum Zwecke der Entregung in den Läuferkreis ein ohmscher Widerstand, der sogenannte Schwingungswiderstand, eingeschaltet. Durch das Einschalten des Widerstandes müsste der Polradstrom sofort reduziert werden. Dies ist jedoch nicht der Fall, sondern der Abbau des Polradstromes geschieht infolge der Induktivität der Polradwicklung nur allmählich, Es entsteht jedoch sofort nach Einschalten des Schwingungswiderstandes in der Läuferwicklung eine Selbstinduktionsspannung, die gleich dem Produkt aus Polradstrom und Schwingungswiderstand abzüglich der Ankerspannung der Erregermaschine ist.
Gleichzeitig mit dem Einschalten des Schwingungswiderstandes wird die Feldwicklung der Erregermaschine über einen Vorwiderstand, den sogenannten Nebenschlussersatzwiderstand, derart an die Polradwicklung angeschlossen, dass durch die an den Polradklemmen anstehende Spannung das Feld der Erregermaschine und damit die Erregermaschine selbst umgepolt wird. Ausserdem wird die Erregerwicklung der Erregermaschine von ihrer normalen Anspeisequelle abgetrennt.
Bei Auftreten der Gegenspannung der Erregermaschine kehrt sich der Induktorstrom um, der hierauf das Feld der Erregermaschine umpolt. Jetzt wechselt die Polarität der Erregermaschine neuerlich, damit kehrt sich der Polradstrom um usw. Bei dieser Schwingungsentregung mit gegebenenfalls mehrfach wechselnder Polarität der Erregermaschine erfolgt lediglich eine Schalthandlung zu Beginn der Entregung während des Entregungsvorganges wird weder der Schwingungswiderstand abgeschaltet noch sonst eine Schaltungsänderung vorgenommen.
Zur Erklärung dieses Ausgleichsvorganges, der in Form einer stark gedämpften Schwingung abklingt, kann die selbsterregte Gleichstrommaschine durch einen Kondensator mit Parallelwiderstand ersetzt werden der Ersatzkondensator und die Polradinduktivität bilden einen Schwingkreis, in dem der angeschaltete Schwingungswiderstand als Dämpfungsglied dient. Für den optimalen Verlauf der gedämpften Schwingung ist der Schwingungswiderstand derart dimensioniert, dass die Frequenz der Schwingung möglichst gross ist, damit die Spannung des Induktors bald verschwindet, und dass ausserdem eine starke Däm-
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pfung der Schwingung vorliegt. Die Frequenz und Dämpfung dieser Schwingung sind Funktionen des Schwingungswiderstandes.
Die grösste Frequenz und damit die kürzeste Entregungszeit ergibt sich, wenn die Erregermaschine möglichst lange aux-viner möglichst hohen negativen Ankerspannung gehalten werden kann. Die Spannung der Erregermaschine Um kann wie folgt bestimmt werden :
Um = f (Jm). wobei Jm der Erregerstrom der Erregermaschine ist. Man muss daher trachten, dass Jm möglichst grosse negative Werte annimmt und diese möglichst lange hält. Im Feldkreis der Erregermaschine gilt
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wobei UL die Spannung am Induktor, Rm der Feldwiderstand der Erregermaschine und RE der Nebenschlussersatzwiderstand bedeutet.
Ausserdem gilt für die Spannung UL am Induktor der Synchronmaschine der Zusammenhang
UL = Um-JL. RS. wobei JL der Polradstrom und RS der Schwingungswiderstand ist. Damit der Erregerstrom Jm einen grossen negativen Wert erreicht, ist eine grosse negative Induktorspannung UL erforderlich. Solange der Polradstrom JL positiv ist, ist die Induktorspannung UL umso stärker negativ, je grösser der Schwingungswiderstand RS ist. Nimmt jedoch der Polradstrom JL im Zuge der Entregung negative Werte an, so wird durch den grossen Schwingungswiderstand RS die negative Induktorspannung UL stark geschwächt, dadurch die negative Spannung der Erregermaschine verringert und die Entregungszeit vergrössert.
Es ist eine Einrichtung zur Schwingungsentregung für Synchronmaschinen (vgl. die deutsche Patentschrift Nr. 976267) bekannt, bei der mindestens in einem der Widerstandsstromkreise kontaktlose Mittel in Form eines Gleichrichters vorgesehen sind, der in einem der Widerstandsstromkreise parallel zu einem von mehreren in Reihe geschalteten bzw. in Reihe zu einem von mehreren parallel geschalteten Widerständen angeordnet ist. Hiebei ist die Durchlassrichtung des Gleichrichters derart festgelegt, dass sich bei Entregungsbeginn vor der Umkehr des Polradstromes ein kleiner wirksamer Schwingungswiderstand einstellt ; in dieser Phase der Entregung ist die Grösse des Verhältnisses von Schwingungs-zu Nebenschlussersatzwider- stand klein.
Nach der Umkehrung des Polradstromes, also nach seinem ersten Nulldurchgang befindet sich der Gleichrichter im gesperrten Zustand und es stellt sich ein grösserer wirksamer Schwingungswiderstand ein als jener Wert des Schwingungswiderstandes, der bei Beginn der Entregung wirksam ist. Es er- folgt ein Abklingen des Induktorfeldes der Synchronmaschine in Abhängigkeit von dem wirksamen Schwingungswiderstand und von dem Erregerstrom der Erregermaschine. Bei der bekannten Einrichtung ist für eine kurze Entregungsdauer der Synchronmaschine nach der Richtungsumkehr des Polradstromes ein möglichst grosser Schwingungswiderstand erforderlich ; doch dieser kann wegen der hochohmigen Feldwicklung der Erregermaschine nur im begrenzten Masse vergrössert werden.
Daher ist die bekannte Einrichtung zur schnellen Entregung bei dem Auftreten einer Schadensstelle in einer Synchronmaschine nicht anwendbar ; in solchen Betriebsfällen ist eine besonders schnelle Entregung erforderlich, um eine Vergrösserung des Schadens der Synchronmaschine zu vermeiden.
Ferner ist eine Einrichtung zur Schwingungsentregung von elektrischen Maschinen (vgl. die Schweizer Patentschrift Nr. 314464) bekannt, bei der das Einschalten des Schwingungswiderstandes in den Polradstromkreis und das Einschalten des Ersatzwiderstandes in den Erregerstromkreis der Erregermaschine selbsttätig durch Schaltmittel erfolgt, die in gleichzeitiger Auslöseabhängigkeit von zwei elektrischen Grössen stehen, von denen mindestens eine an den Elementen des Polradstromkreises entnommen ist. Hiebei ist die gleichzeitige Auslöseabhängigkeit durch die Differenzwirkung zweier Spannungen gegeben, von denen die eine der Polradspannung und die andere dem Polradstrom proportional ist. Bei der bekannten Einrichtung wird während des Entregungsvorganges ein selbsttätiges Umschalten der Erregerwicklung der Erregermaschine vorgenommen.
Als selbsttätiges Umschaltmittel ist parallel zu dem Schwingungswiderstand ein Relais vorgesehen, das durch ein vorgeschaltetes Ventil richtungsempfindlich gemacht ist. Bei dem Ansprechen des Relais wird einerseits ein Widerstand parallel zum Schwingungswiderstand gelegt und anderseits wird die Erregerwicklung der Erregermaschine über einen geschlossenen Kontakt eines weiteren Re-
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lais, das in Abhängigkeit von der Differenz zweier Spannungen arbeitet, unmittelbar an den Anker der
Erregermaschine geschaltet. Nach Umkehr der Stromrichtung im Polradstromkreis wird in Abhängigkeit von dem Ansprechen des Relais, dessen Spulenwicklung in Serie mit dem Gleichrichter an dem Schwingungswiderstand liegt, eine verstärke Gegenspannung erzeugt, mit der die Remanenz des Polrades der
Synchronmaschine beseitigt wird.
Weiters ist eine Schaltungsanordnung zur Verminderung der Zeitkonstante einer Erregerwicklung einer
Verstärkermaschine (vgl. die franz. Patentschrift Nr. 1. 311. 979) bekannt, die als Generator in einem
Leonard-Umformer angeordnet ist. Bei der Verstärkermaschine sind die Erregerwicklung und der Anker in
Serie geschaltet und diese Serienschaltung ist über einander entgegengeschaltete steuerbare Ventile an eine Wechselstromquelle angeschlossen ; ausserdem ist die genannte Serienschaltung mit einem Kondensa- tor überbrückt. In Abhängigkeit von einem Synchron-Detektor werden die Ventile über eine Steuerein- richtung in Durchlassrichtung gebracht, so dass über die verstellbare Erregung der Verstärkermaschine die
Drehzahl des Umformermotors geregelt wird.
Hiebei dient der Kondensator zur Aufrechterhaltung des
Erregerstromes während der Sperrzeit der Ventile. In der Sperrperiode der Ventile ist die Zeitkonstante des Stromkreises, der aus der Erregerwicklung und der Ankerwicklung der Verstärkermaschine sowie dem Kondensator gebildet ist, wesentlich kleiner als die Zeitkonstante desjenigen Stromkreises, in dem die
Verstärkermaschine über die Ventile von einem Wechselstromnetz gespeist wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Entregungseinrichtung für Synchronmaschinen mit einer den Induktor speisenden Erregermaschine zu schaffen, mit der eine kürzere Entregungszeit als mit den bekannten Einrichtungen erreicht wird.
Synchronmaschinen stellen kostenspielige Einrichtungen dar. Bei Störungen, speziell bei Auftreten einer Schadensstelle in einer Synchronmaschine, muss eine besonders schnelle Entregung durchgeführt werden, um eine Vergrösserung der Beschädigung der Synchronmaschine zu vermeiden.
Gegenstand der Erfindung ist eine Entregungseinrichtung für Synchronmaschinen mit einer den Induktor speisenden Erregermaschine, deren Feldwicklung betriebsmässig an die Erregermaschine selbst oder eine andere Gleichspannungsquelle, z. B. Hilfserregermaschine, angeschlossen, ist, mit einem der Erregermaschine vorschaltbaren Widerstand (Schwingungswiderstand), durch dessen Einschaltung im Induktor eine Selbstinduktionsspannung auftritt, die bei Entregungsbeginn über einen Vorwiderstand (Nebenschluss-Ersatzwiderstand) einen Strom gegensinnig zu dem im Normalbetrieb fliessenden durch die Feldwicklung der Erregermaschine treibt.
Zur Lösung der erwähnten Aufgabe ist die Entregungseinrichtung gemäss der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einem Teil des Schwingungswiderstandes ein Gleichrichter oder ein steuerbares Ventil parallelgeschaltet ist, dessen Durchlassrichtung der Richtung des im Normalbetrieb fliessenden Polradstromes entgegengesetzt ist.
Die erfindungsgemässe Entregungseinrichtung ist vor allem vorteilhaft bei Synchronmaschinen mit Haupt- und Hilfserregermaschinen anwendbar, bei welchen die Spannung der Feldwicklung der Haupterregermaschine wesentlich höher als deren Ankerspannung ist.
Gemäss einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann der Schwingungswiderstand aus zwei in Serie geschalteten Widerständen bestehen, von welchen einem eine als Gleichrichter dienende Halbleiterdiode parallelgeschaltet ist. Der dem Gleichrichter parallelgeschaltete Widerstand kann zur Verbesserung der Entregung auch ein spannungsabhängiger Widerstand sein.
Gemäss einem weiteren Erfindungsmerkmal kann man als steuerbares Ventil, das die Umsteuerung des wirksamen Schwingungswiderstandes vornimmt, einen steuerbaren Mehrschichthalbleiter (Thyristor) vorsehen, der mindestens zwei Grenzschichten und eine Steuerelektrode aufweist. Zur Veränderung des Schwingungswiderstandes wird der Mehrschichthalbleiter durch eine Steuereinrichtung erst bei Auftreten eines einstellbaren negativen Induktorstromes oder gegebenenfalls bereits bei einem einstellbaren Restanteil des abklingenden positiven Induktorstromes in den stromdurchlässigen Zustand gebracht. Es besteht auch die Möglichkeit, für die Umsteuerung des Schwingungswiderstandes eine Kombination aus einem steuerbaren Ventil und einem Gleichrichter vorzusehen, wobei die Durchlassrichtung des steuerbaren Ventiles nach eingeleiteter Durchsteuerung mit der des Gleichrichters übereinstimmt.
Bei mehrmaligem Richtungswechsel des Stromes im Induktor erfolgt entsprechend ein Übergang des steuerbaren Ventiles in den Sperrzustand ; hiebei vermeidet der dem Ventil vorgeschaltete Gleichrichter ein Auftreten von Rückströmen mit hohen Sperrspannungsspitzen, die sonst das steuerbare Ventil gefährden würden.
Entsprechend der Erfindung überbrückt ein Gleichrichter einen Teil oder den gesamten ohmschen Schwingungswiderstand, dessen Wert daher von der Stromrichtung des Induktorstromes abhängig ist. Bei positiven Induktorströmen (als solche sind hier jene bezeichnet, deren Richtung jener bei Normalbetrieb
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der Synchronmaschine entspricht), ist der Schwingungswiderstand mit seinem vollen Nennwert wirksam.
Zur schnellen Entregung ist es vorteilhaft, den Schwingungswiderstand der Synchronmaschine so gross zu bemessen, dass bei Beginn der Entregung ein rasches Umpolen der Erregermaschine und ein schnelles Abklingen des Induktorflusses erfolgt, dagegen im weiteren Verlauf der Entregung wird der wirksame Wert des Schwingungswiderstandes mittels eines oder gegebenenfalls mehrerer in Durchlassrichtung beauf- schlager Gleichrichter verkleinert. Da bei negativem Polradstrom der Spannungsabfall am Schwingungwiderstand den negativen Feldstrom der Erregermaschine schwächt, ergibt hier durch eine Verringerung des Wertes des Schwingungswiderstandes bei negativem Polradstrom eine kürzere Entregungszeit.
Eine Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass jeder Teil des Schwingungswiderstandes, der bei negativen Induktorströmen mittels eines in Durchlassrichtung betriebenen Gleichrichters kurzgeschlossen wird, als spannungsabhängiger Widerstand ausgeführt wird. Durch die Verwendung eines spannungsabhängigen Widerstandes lässt sich auch bei kleinen positiven Induktorströmennoch eine grosse Selbstinduktions- spannung erzielen und dadurch ein rascheres Umpolen der Erregermaschine erreichen.
An Hand der Zeichnung sind ein Ausführungsbeispiel der Erfindung und weitere Einzelheiten derselben in folgenden erläutert : Der Induktor 1 einer zur entregenden Synchronmaschine 2 ist mit einer Erregermaschine 3 verbunden.
Bei Normalbetrieb der Synchronmaschine 2 ist die Feldwicklung 4 der Erregermaschine 3 über die beiden Kontakte a, beines Selbstschalters 5 und einen Spannungsregler 6 an eine nicht näher dargestellte Gleichspannungsquelle 7 angeschlossen. Der geschlossene Kontakt c des Selbstschalters 5 überbrückt die zur schnellen Entregung der Synchronmaschine 2 dienende Widerstandsund Gleichrichteranordnung 8, die in Serie mit dem Anker der Erregermaschine 3 geschaltet ist.
Diese Entregungseinrichtung 8 besteht aus zwei in Serie geschalteten ohmschen Teilwiderständen 9, 10 und einem Gleichrichter 11, insbesondere einer Halbleiterdiode, die zu dem Teilwiderstand 10 parallelgeschaltet ist. Hiebei stimmt die Durchlassrichtung der Halbleiterdiode 11 mit der negativen Induktorstromrichtung überein.
Ein Entregungsschutz 12, dessen Magnetspule d zur Entregung der Synchronmaschine 2 an Spannung gelegt wird, besitzt zwei Kontakte e, f, die die Feldwicklung 4 der Erregermaschine 3 in Serie mit einem Nebenschluss-Ersatzwiderstand 13 an den Induktor 1 der Synchronmaschine 2 schalten, und einen weiteren Kontakt g, der den Selbstschalter 5 zum Abfallen bringt. Die beiden Kontakte a, b des Selbstschalters 5 trennen die Feldwicklung 4 der Erregermaschine 3 von der Gleichspannungsquelle 7 ab ; der dritte Kontakt c des Selbstschalters 5 schaltet die Entregungseinrichtung 8 in den Ankerstrom der Erregermaschine 3 und leitet den Entregungsvorgang der Synchronmaschine ein.
Zum Zwecke der Entregung wird die Entregungseinrichtung in den Ankerstromkreis der Erregermaschine geschaltet und die Feldwicklung der Erregermaschine über den Nebenschluss-Ersatzwiderstand an den Induktor der Synchronmaschine gelegt. Durch das Einschalten des Schwingwiderstandes 8 entsteht in der Induktorwicklung 1 eine Selbstinduktionsspannung, die im Feldkreis der Erregermaschine einen negativen Strom hervorruft und die Erregermaschine umpolt.
Die Halbleiterdiode 11 wird in Sperrichtung betrieben und es sind in dieser Phase des Ausgleichsvorganges beide Teilwiderstände 9 und 10 der Entregungseinrichtung 8 wirksam. Bei positivem Induktorstrom stellt sich daher zufolge der beiden in Serie geschalteten Teilwiderständen 9, 10 eine rasche Umpolung der Erregermaschine 3 ein. Nach der Umpolung der Erregermaschine 3 und Abklingen der Selbstinduktionsspannung in der Induktorwicklung 1 fliesst ein entgegengesetzt gerichteter Induktorstrom, dessen Richtung mit der Durchlassrichtung der Halbleiterdiode 11 übereinstimmt.
Mit dem Wechsel der Stromrichtung im Induktor 1 wechselt auch die Stromrichtung in der Widerstands- und Gleichrichteranordnung 8 ; damit würde zur Bildung des negativen Feldstromes in der Erregermaschine 3 erforderliche negative Läuferspannung infolge des Spannungsabfalles an den beiden Teilwiderständen 9, 10 reduziert werden. Durch den Gleichrichter 11 wird jedoch nur der Teilwiderstand 9 des Schwingungswiderstandes wirksam, so dass die negative Läuferspannung und damit der negative Feldstrom der Erregermaschine 3 nur wenig verringert werden. Es wird dadurch das Induktorfeld rascher auf Null gebracht, wobei auch die Remanenz vernichtet wird.
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De-excitation device for synchronous machines
When de-energizing synchronous machines from a loaded state, it should be noted that the stator winding, the rotor winding and the damping winding are magnetically linked to one another.
The influence of the magnetization of the iron parts by eddy currents can be taken into account by an additional imaginary winding. The damping winding and the iron parts essentially influence the breakdown of the inductor field in such a way that they cause an impermissibly delayed breakdown of the inductor field. Fast de-excitation requires the magnetic flux that penetrates the stator of the electrical machine to disappear quickly so that the terminal voltage or the short-circuit de-excitation of the stator current quickly becomes zero.
In order to reduce the field of the inductor as quickly as possible, it would be obvious to interrupt the circuit of the pole wheel circuit. Since the inductance of the inductor tries to maintain the current flowing at the time of switching, an impermissibly high voltage would occur at the terminals of the inductor.
For synchronous machines that get their excitation from a rotating exciter, so-called vibration de-excitation is known. With this de-excitation, an ohmic resistor, the so-called oscillation resistance, is switched on for the purpose of de-energizing in the rotor circuit. By switching on the resistor, the rotor current would have to be reduced immediately. However, this is not the case, rather the reduction of the rotor current takes place gradually due to the inductivity of the rotor winding.However, immediately after switching on the oscillation resistor, a self-induction voltage arises in the rotor winding, which is equal to the product of the rotor current and the oscillation resistance minus the armature voltage of the exciter.
At the same time as the oscillation resistor is switched on, the field winding of the exciter is connected to the pole wheel winding via a series resistor, the so-called shunt equivalent resistor, in such a way that the voltage applied to the pole wheel terminals reverses the polarity of the field of the exciter machine and thus the exciter itself. In addition, the excitation winding of the excitation machine is separated from its normal supply source.
When the counter voltage of the exciter occurs, the inductor current is reversed, which then reverses the polarity of the field of the exciter. Now the polarity of the exciter changes again, so the pole wheel current is reversed, etc. With this vibration de-excitation with possibly multiple changing polarity of the exciter, only one switching action takes place at the beginning of the de-excitation during the de-excitation process, neither the oscillation resistance is switched off nor any other circuit change is made.
To explain this equalization process, which subsides in the form of a strongly damped oscillation, the self-excited DC machine can be replaced by a capacitor with a parallel resistor.The equivalent capacitor and the pole wheel inductance form an oscillating circuit in which the oscillating resistor is used as a damping element. For the optimal course of the damped oscillation, the oscillation resistance is dimensioned in such a way that the frequency of the oscillation is as high as possible so that the voltage of the inductor soon disappears, and that there is also a strong damping
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the vibration is checked. The frequency and damping of this oscillation are functions of the oscillation resistance.
The highest frequency and thus the shortest de-excitation time results when the exciter machine can be kept aux-viner as high a negative armature voltage as possible. The voltage of the exciter Um can be determined as follows:
Um = f (Jm). where Jm is the excitation current of the exciter. One must therefore try to ensure that Jm assumes the largest possible negative values and keeps them as long as possible. The following applies in the field circle of the exciter
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where UL is the voltage at the inductor, Rm is the field resistance of the exciter and RE is the equivalent shunt resistance.
The relationship also applies to the voltage UL at the inductor of the synchronous machine
UL = Um-JL. RS. where JL is the rotor current and RS is the oscillation resistance. In order for the excitation current Jm to reach a large negative value, a large negative inductor voltage UL is required. As long as the flywheel current JL is positive, the greater the oscillation resistance RS, the more negative the inductor voltage UL. However, if the rotor current JL assumes negative values in the course of de-excitation, the negative inductor voltage UL is greatly weakened by the large oscillation resistance RS, thereby reducing the negative voltage of the excitation machine and increasing the de-excitation time.
A device for vibration de-excitation for synchronous machines (cf. German Patent No. 976267) is known in which contactless means in the form of a rectifier are provided in at least one of the resistance circuits, which in one of the resistance circuits parallel to one of several series-connected or . Is arranged in series with one of several resistors connected in parallel. The direction of passage of the rectifier is set in such a way that, at the start of de-excitation, before the pole wheel current is reversed, a small effective oscillation resistance is established; In this phase of de-excitation, the magnitude of the ratio of oscillation to shunt equivalent resistance is small.
After the pole wheel current has been reversed, i.e. after its first zero crossing, the rectifier is in the blocked state and the effective oscillation resistance is greater than the value of the oscillation resistance that is effective at the start of de-excitation. The inductor field of the synchronous machine decays depending on the effective oscillation resistance and the excitation current of the exciter. In the known device, the greatest possible oscillation resistance is necessary for a short period of de-excitation of the synchronous machine after the reversal of the direction of the rotor current; but this can only be increased to a limited extent because of the high-resistance field winding of the exciter.
Therefore, the known device for rapid de-excitation when a damage occurs in a synchronous machine cannot be used; In such operating cases, a particularly fast de-excitation is necessary in order to avoid increasing the damage to the synchronous machine.
Furthermore, a device for the vibration de-excitation of electrical machines (cf. Swiss Patent No. 314464) is known in which the switching on of the vibration resistor in the pole wheel circuit and the switching on of the equivalent resistor in the excitation circuit of the excitation machine takes place automatically by switching means that are simultaneously triggered as a function of There are two electrical quantities, at least one of which is taken from the elements of the pole wheel circuit. The simultaneous triggering dependency is given by the differential effect of two voltages, one of which is proportional to the rotor voltage and the other to the rotor current. In the known device, the excitation winding of the excitation machine is automatically switched over during the de-excitation process.
As an automatic switching means, a relay is provided in parallel to the oscillation resistor, which relay is made sensitive to direction by an upstream valve. When the relay responds, on the one hand a resistor is placed in parallel to the oscillation resistance and, on the other hand, the excitation winding of the exciter machine is
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lais, which works as a function of the difference between two voltages, directly to the anchor of the
Exciter switched on. After reversing the direction of current in the pole wheel circuit, depending on the response of the relay, the coil winding of which is connected to the oscillation resistor in series with the rectifier, an increased counter-voltage is generated with which the remanence of the pole wheel is generated
Synchronous machine is eliminated.
Furthermore, a circuit arrangement for reducing the time constant of an excitation winding is a
Amplifier machine (see. The French. Patent No. 1,311,979) known that as a generator in one
Leonard converter is arranged. In the amplifier machine, the excitation winding and the armature are in
Connected in series and this series circuit is connected to an alternating current source via controllable valves connected in opposite directions; in addition, said series circuit is bridged with a capacitor. Depending on a synchronous detector, the valves are brought into the flow direction via a control device, so that the adjustable excitation of the amplifier machine causes the
Speed of the converter motor is regulated.
The condenser serves to maintain the
Excitation current during the blocking time of the valves. In the blocking period of the valves, the time constant of the circuit, which is formed from the excitation winding and the armature winding of the amplifier machine and the capacitor, is significantly smaller than the time constant of that circuit in which the
Amplifier machine is fed from an alternating current network via the valves.
The object of the invention is to create a de-excitation device for synchronous machines with an excitation machine that feeds the inductor and with which a shorter de-excitation time is achieved than with the known devices.
Synchronous machines are expensive devices. In the event of malfunctions, especially when a point of damage occurs in a synchronous machine, a particularly rapid de-excitation must be carried out in order to avoid increasing the damage to the synchronous machine.
The invention relates to a de-excitation device for synchronous machines with an excitation machine feeding the inductor, the field winding of which is operationally connected to the excitation machine itself or to another DC voltage source, e.g. B. auxiliary excitation machine, is connected, with a resistor (oscillation resistance) that can be connected upstream of the excitation machine, through the activation of which a self-induction voltage occurs in the inductor, which at the start of de-excitation via a series resistor (shunt equivalent resistance) generates a current in the opposite direction to that flowing in normal operation through the field winding of the Exciter machine drives.
To achieve the above-mentioned object, the de-excitation device according to the invention is characterized in that a rectifier or a controllable valve is connected in parallel to at least part of the oscillation resistor, the direction of which is opposite to the direction of the rotor current flowing during normal operation.
The de-excitation device according to the invention can be used advantageously in synchronous machines with main and auxiliary excitation machines, in which the voltage of the field winding of the main excitation machine is significantly higher than its armature voltage.
According to an advantageous embodiment of the invention, the oscillation resistor can consist of two series-connected resistors, one of which is connected in parallel with a semiconductor diode serving as a rectifier. The resistor connected in parallel to the rectifier can also be a voltage-dependent resistor to improve the de-excitation.
According to a further feature of the invention, a controllable multilayer semiconductor (thyristor), which has at least two boundary layers and a control electrode, can be provided as a controllable valve that reverses the effective oscillation resistance. To change the oscillation resistance, the multilayer semiconductor is brought into the current-permeable state by a control device only when an adjustable negative inductor current occurs or, if necessary, already with an adjustable residual portion of the decaying positive inductor current. There is also the possibility of providing a combination of a controllable valve and a rectifier for reversing the oscillation resistance, the flow direction of the controllable valve coinciding with that of the rectifier after the control has been initiated.
If the direction of the current in the inductor changes several times, the controllable valve switches to the blocking state; The rectifier upstream of the valve avoids the occurrence of reverse currents with high blocking voltage peaks which would otherwise endanger the controllable valve.
According to the invention, a rectifier bridges part or all of the ohmic oscillation resistance, the value of which therefore depends on the direction of the inductor current. In the case of positive inductor currents (those are referred to here as those whose direction is that in normal operation
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corresponds to the synchronous machine), the oscillation resistance is effective with its full nominal value.
For rapid de-excitation, it is advantageous to dimension the oscillation resistance of the synchronous machine so large that at the beginning of the de-excitation the exciter's polarity is rapidly reversed and the inductor flux decays quickly several rectifiers applied in the forward direction reduced in size. Since the voltage drop across the oscillation resistor weakens the negative field current of the exciter when the pole wheel current is negative, a reduction in the value of the oscillation resistance results in a shorter de-excitation time when the pole wheel current is negative.
One embodiment of the invention consists in that each part of the oscillation resistor that is short-circuited in the case of negative inductor currents by means of a rectifier operated in the forward direction is designed as a voltage-dependent resistor. By using a voltage-dependent resistor, a large self-induction voltage can be achieved even with small positive inductor currents and thus a faster polarity reversal of the exciter can be achieved.
An exemplary embodiment of the invention and further details thereof are explained below with reference to the drawing: The inductor 1 of a synchronous machine 2 to be de-energized is connected to an excitation machine 3.
During normal operation of the synchronous machine 2, the field winding 4 of the excitation machine 3 is connected to a direct voltage source 7, not shown in detail, via the two contacts a, an automatic switch 5 and a voltage regulator 6. The closed contact c of the circuit breaker 5 bridges the resistor and rectifier arrangement 8 which is used for the rapid de-excitation of the synchronous machine 2 and which is connected in series with the armature of the exciter machine 3.
This de-excitation device 8 consists of two ohmic partial resistors 9, 10 connected in series and a rectifier 11, in particular a semiconductor diode, which is connected in parallel to the partial resistor 10. The forward direction of the semiconductor diode 11 corresponds to the negative inductor current direction.
A de-excitation protection 12, the magnet coil d of which is connected to voltage to de-excite the synchronous machine 2, has two contacts e, f, which connect the field winding 4 of the excitation machine 3 in series with a shunt equivalent resistor 13 to the inductor 1 of the synchronous machine 2, and one further contact g, which brings the self-switch 5 to fall. The two contacts a, b of the circuit breaker 5 separate the field winding 4 of the exciter 3 from the DC voltage source 7; the third contact c of the circuit breaker 5 switches the de-excitation device 8 into the armature current of the excitation machine 3 and initiates the de-excitation process of the synchronous machine.
For the purpose of de-excitation, the de-excitation device is switched into the armature circuit of the exciter and the field winding of the exciter is connected to the inductor of the synchronous machine via the shunt equivalent resistor. By switching on the oscillating resistor 8, a self-induction voltage arises in the inductor winding 1, which causes a negative current in the field circuit of the exciter and reverses the polarity of the exciter.
The semiconductor diode 11 is operated in the reverse direction and both partial resistors 9 and 10 of the de-excitation device 8 are effective in this phase of the equalization process. In the case of a positive inductor current, the two partial resistors 9, 10 connected in series result in a rapid polarity reversal of the exciter 3. After the polarity reversal of the exciter 3 and the self-induction voltage in the inductor winding 1 has decayed, an inductor current flows in the opposite direction, the direction of which corresponds to the forward direction of the semiconductor diode 11.
With the change in the direction of current in the inductor 1, the direction of current in the resistor and rectifier arrangement 8 also changes; this would reduce the negative rotor voltage required to form the negative field current in the exciter 3 as a result of the voltage drop across the two partial resistors 9, 10. Due to the rectifier 11, however, only the partial resistance 9 of the oscillation resistor becomes effective, so that the negative rotor voltage and thus the negative field current of the exciter 3 are only slightly reduced. As a result, the inductor field is brought to zero more quickly, and the remanence is also destroyed.
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