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Entregungsanordnung
Die Erfindung betrifft eine Entregungsanordnung für Synchronmaschinen, deren Induktor von minde- stenseiner Erregermaschine mit einer selbsterregten Feldwicklung gespeist ist, wobei ein durch den Abbau des Magnetfeldes an einem Steuerwiderstand, zu dem ein Hilfswiderstand in Serie geschaltet ist, hervorgerufener Spannungsabfall zur Steuerung eines Schaltelementes dient.
Bei Auftreten von fehlerhaften Zuständen in der Synchronmaschine (Überspannungen, Kurzschlüsse, Ständererdschlüsse) soll das Induktorfeld möglichst rasch und vollständig abgebaut werden. Schwächt man jedoch lediglich das Feld der Erregermaschine durch Einschalten eines Widerstandes in den Feldkreis der Erregermaschine, so erfolgt bedingt durch die Zeitkonstanten des Feldkreises der Erregermaschine sowie des Induktorkreises der Synchronmaschine eine verhältnismässig langsame Reduktion des Feldes der Synchronmaschine. Infolgeder weiterhin wirksamen Remanenz von Erregermaschinen und Induktor der Synchronmaschine erfolgt der Feldabbau auch nicht vollständig. Eine raschere und vollständigere Entregung kann man dadurch erzielen, dass man während des Entregungsvorganges die Ankerspannung der Erregermaschine umpolt.
Zur Umpolung der Erregermaschine kann man mittels eines Umschalters die Enden der Feldwicklung vertauscht an ihren Anker anschliessen, um über einen negativen Erregerstrom den Feldabbau des Induktors zu erreichen. Hiebei ist die Zeitdauer des Feldabbaues von der Zeitkonstante der Erregermaschine abhängig. Wird die umgekehrt gepolte Spannung der Erregermaschine nicht zeitgerecht zurückgeholt, besteht die Gefahr, dass in der Induktorwicklung der Synchronmaschine nach dem Abbau des Magnetfeldes ein solches mit entgegengesetzter Richtung entsteht.
In der deutschen Patentschrift Nr. 1164556 ist eine Schnellentregungseinrichtung für einen Syn- chrongenerator beschrieben, bei dem in seinen Sternpunktverbindungen Stromwandler und zwischen seinen Klemmen Spannungswandler vorgesehen sind. An die Spannungswandler sind mittelbar Unterspannungsrelais und Spannungsänderungsrelais und an die Stromwandler sind mittelbar Unterstromrelais und Stromänderungsrelais angeschlossen. An deren Kontakte ist ein Hilfsrelais angeschlossen, das die Unterbrechung der Gegenerregung veranlasst, wobei ein vom Strom und/oder von der Stromänderung beaufschlagtes und ein von der Spannung und/oder der Spannungsänderung beaufschlagtes Relais abgefallen sein muss.
Nachteilig an dieser Einrichtung, die die Gegenerregung des Stromgenerators im Augenblick des Nulldurchganges des Ständerwechselfeldes ausschaltet, ist, dass sie trotz ihres Aufwandes nur eine Teilaufgabe der Entregung löst. Sie zeigt keine Möglichkeit den Strom in der Feldwicklung der Erregerma- schine zuerst abklingen zu lassen, bevor er zur Erzeugung der Gegenerregung der Synchronmaschine entgegengesetzt zum Fliessen gebracht wird, ihn also weder umkehr noch in seiner Grösse steuert.
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Inder österr. Patentschrift Nr. 172867 ist ein Verfahren zur Entregung elektrischer Generatoren beschrieben, bei dem der Entregungsvorgang von Schnellentregung auf verlangsamte Entregung umgeschal- tet wird. Der Erregerkreis des Generators zeigt zwei in Serie geschaltete Widerstände, deren einer an ein Relais angeschlossen ist, welches stromabhängig (d. h. abhängig vom Spannungsabfall am Widerstand) geschaltet wird. Dieses Relais schaltet dann mittelbar einen Widerstand in den Erregerstromkreis des Generators, wodurch die Erregung stark herabgesetzt wird.
Diese Schaltung ermöglich aber nachteiligerweise bei selbsterregender Feldwicklung der Erregermaschine keine völlige Abschaltung der Er-
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gung eines den Generator rasch und zuverlässig entregenden Gegenfeldes nur möglich, wenn die Feld- wicklung durch eine Hilfserregermaschine fremd erregt wird. Durch Öffnen des Entregungsschalters, wo- mit der Entregungsvorgang eingeleitet wird, wird die Umpolung unmittelbar durchgeführt.
Aufgabeder Erfindung ist es, eine Entregungsanordnung für eine Synchronmaschine derart auszubilden, dass zwecks rascher Entregung bei allen Fehlerfällen, die Umpolung der Erregermaschine zum Ab- bau des Induktorfeldes so lange anhält, bis das Induktorfeld der Synchronmaschine und damit deren Stänspannung und Ständerstrom vollständig verschwunden ist.
Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist die Entregungsanordnung der eingangs erwähnten Art gemäss der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass zwecks Einleitung der Entregung Steuerwiderstand und Hilfswiderstand parallel zur Feldwicklung der Erregermaschine zuschaltbar sind, und dass als Schaltelement ein Relais oder ein steuerbares Ventil vorgesehen ist, das eine einen dem Erregerstrom entgegengesetzten Strom (Gegenstrom) liefernde Einrichtung an die Feldwicklung anschaltet.
Damit die Einrichtung unabhängig von fremden Energiequellen ist, kann man die den Gegenstrom in die Feldwicklung liefernde Einrichtung, deren Stellzeit klein ist gegenüber der Zeitkonstante des Induktors, von der Synchronmaschine anspeisen.
Gemäss einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung besteht die den Gegenstrom liefernde Einrichtung aus einem primärseitig an die Maschinenspannung angeschlossenen Spannungstransformator, ferner einem von den Strömen zweier Phasen gespeisten Stromtransformator sowie zwei an die Sekundärwicklungen beider Transformatoren angeschlossenen Gleichrichteranordnungen, die zueinander parallel an einen gemeinsamen Ausgang geschaltet sind, an den die Feldwicklung über das steuerbare Ventil angeschlossen ist.
Zum Anschalten der aus dem Steuerwiderstand und dem Hilfswiderstand bestehenden Serienschaltung sowie zum Zuschalten des Spannungstransformators und des Stromtransformators an die Synchronma- schine dient ein Entregungsschütz, das mit einem Hilfskontakt einen Selbstschalter auslöst, dessen Hauptkontakte die Feldwicklung vom Anker der Erregermaschine trennen.
Bei Verwendung von Synchronmaschinen mit herausgeführten Sternpunkt ist es vorteilhaft, in allen drei Phasen sternpunktseitig je einen Stromwandler einzuschalten. Der Stromtransformator ist dann mit drei Primärwicklungen mit unterschiedlicher Windungszahl versehen, von denen jede Wicklung vom Strom je einer Phase durchflossen wird, so dass in der Sekundärwicklung des Stromtransformators bei allen Kurzschlussfällen eine für die Umpolung der Erregermaschine ausreichende Spannung induziert wird.
Zur Einleitung der Entregung wird der selbsterregten Feldwicklung der Erregermaschine ein aus dem Steuerwiderstand und dem Hilfswiderstand bestehender Strompfad parallel geschaltet ; hierauf wird die Feldwicklung von ihrer Normalspeisung abgeschaltet und statt dieser wird die Feldwicklung über ein steuerbares Ventil, das an die Verbindungsleitung der beiden Widerstände angeschlossen ist, an eine zur Entregung des Induktors dienende Einrichtung geschaltet, wobei das Ventil durch den am Steuerwiderstand auftretenden Spannungsabfall aufgesteuert wird. Mit der einen Gegenstrom in die Feldwicklung liefernden Einrichtung wird bei allen Fehlerfällen eine gegenüber dem Normalbetrieb verkehrt gepolte Klemmenspannung der Erregermaschine erreicht und diese an den Induktor der Synchronmaschine gelegt.
Mit der zur Selbstentregung dienenden Einrichtung wird von der Erregermaschine der Feldabbau in der Induktorwicklung beschleunigt vorgenommen. Mit dem Absinken der Maschinenspannung bzw. des Maschinenstromes nimmt der die Feldwicklung speisende Strom zwar ab, bleibt aber so lange aufrecht, bis die Spannung bzw. der Strom der Synchronmaschine und damit deren Gesamtdurchflutung auf Null zurückgeht.
Bei Absinken des durch die Entregungseinrichtung in die Feldwicklung der Erregermaschine speisenden Stromes sperrt das steuerbare Ventil, wenn sein Haltestrom unterschritten wird. Das gesperrte Ven- til verhindert eine neuerliche Magnetisierung des Induktors. Mit dem Verschwinden der Generatorspannung und des Generatorstromes klingt ein noch vorhandener negativer Erregungsstrom über den aus bei-
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den Widerständen bestehenden Strompfad ab, wobei ein neuerliches Öffnen des Ventiles nicht möglich ist, da der Spannungsabfall des Steuerwiderstandes an der Zündelektrode des Ventiles ein Sperrpotential hervorruft.
Als Ausführungsbeispiel der Erfindung ist eine Entregungsanordnung in den Zeichnungen dargestellt.
InFig. l ist eine Anordnung für eine Synchronmaschine gezeigt, bei der ein Stromtransformator der den Gegenstrom an die Feldwicklung liefernden Einrichtung von zwei Phasenströmen gespeist wird. Dagegen istinFig. 2 eine Anordnung für eine Synchronmaschine mit herausgeführtem Sternpunkt (Nulleiter) wiedergegeben ; hiebei werden alle drei Phasenströme dem Stromtransformator zugeführt.
Die zu entregende Synchronmaschine --1-- ist mit einer eine Induktorwicklung --2-- speisenden Erregermaschine --3-- mechanisch gekuppelt, deren Feldwicklung --4-- normalerweise in Selbsterregerschaltung angeordnet ist. Hiezuist die Feldwicklung --4-- in Serie mit einem Spannungsregler --5-- über die Kontakte eines Selbstschalters --6-- an den Anker der Erregermaschine --3-- geschaltet. Die Feldwicklung --4-- ist zusätzlich über die Kontakte-e, f- eines elektromagnetisch betätigbaren Ent- regungsschalters--7-- an die aus dem Hilfswiderstand --8-- und dem Steuerwiderstand --9-- bestehende Serienschaltung anschaltbar.
Die Primärwicklung eines zur Entregung dienenden Spannungstransformators --10-- ist über dieKontakte-a, b-des Entregungsschalters-7-an die Sekundärwicklung eines Spannungswandlers-11-- geschaltet, an dessen Primärwicklung die verkettete Maschinenspannung angelegt ist. Die Enden der Primärwicklung eines Stromtransformators --12-- sind mit den Sekun- därwicklungen zweier die Phasenströme übersetzender Stromwandler --13, 14-- verbunden. Über die Kon- takte-c, d- des Entregungsschalters--7-, die bei Normalbetrieb der Synchronmaschine geschlossen sind, sind die Sekundärwicklungen der Stromwandler-13, 14- kurzgeschlossen.
Die Sekundärwicklungen des Spannungstransformators--10-- und des Stromtransformators--12-sind mit je einer Gleichrichteranordnung --15, 16-- verbunden, deren Gleichstromausgänge parallel ge-
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Durch die Parallelschaltung der Ausgänge der Gleichrichteranordnung-15, 16-ergibt sich dort bei verschiedenen Fehlerfällen stets eine bestimmte Spannung. Um die Spannung zu glätten, sind Konden-
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einen gesteuerten Gleichrichter (Thyristor) vorsehen. Zur Steuerung des Ventiles--17-- in Durchlassrichtung übernimmt die Zündelektrode den am Steuerwiderstand --9-- auftrerenden spannungsabfall.
Zur Entregung der Synchronmaschine wird die Magnetspule--g--des Entregungsschützes--7--an eine Hilfsspannung gelegt ; hierauf wird die aus den beiden Widerständen-8, 9-bestehende Serienschaltung an die Feldwicklung --4-- der Erregermaschine --3-- geschaltet und gleichzeitig werden die Primärwicklung des Spannungstransformators-10-mit der Maschinenspannung, sowie die beiden Primärwicklungen des Stromtransformators --12-- mit den Maschinenströmen beaufschlagt. In Abhängigkeit von einem Hilfskontakt-h-des Entregungsschützes-7--wird der Selbstschalter --6-- ausgeschaltet und dadurch wird die Speisung der Feldwicklung --4-- aus dem Anker der Erregermaschine--3-unterbrochen.
Diebeiden zugeschalteten Widerstände -8, 9-- bilden mit der Feldwicklung --4-- einen geschlossenen Stromkeis, in dem der Feldstrom abklingt. Der Spannungsabfall am Steuerwiderstand--9-dient zum Steuern des Ventiles --17-- in Durchlassrichtung. Gegenüber seiner Kathode erhält die Zünd- elektrode ein positiveres Potential und die Anoden-Kathodenstrecke des Ventiles --17-- wird strom-
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--15, 16--einentretenden Strom der Synchronmaschine-l-und dessen Grösse sich in Abhängigkeit von der Summe der Ströme der Gleichrichteranordnungen-15, 16- ändert.
Der über das geöffnete Ventil--17-- fliessen- de, zurfelderregung dienende Gegenstrom erzeugt eine verkehrt gepolte Ankerspannung, deren absolute Grösse gegebenenfalls die bei Normalbetrieb der Synchronmaschine vorhandene übertrifft. Der von der Erregermaschine --3-- an die Induktorwicklung --2-- gelieferte verkehrt gepolte Strom verursacht einen beschleunigten Feldabbau des Induktors. Mit dem Absinken der Maschinenspannung, deren Grösse mit dem Abbau des Induktorfeldes zurückgeht, nimmt auch der von der Einrichtung --15, 16-- gelieferte Gegenstrom ab und der Strom für die Felderregung sinkt unter den Wert des Haltestromes für das Ven-
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til--17--, dashierauf sperrt und eine neuerliche Erregung der Synchronmaschine verhindert.
Ein neuer- liches Öffnen des steuerbaren Ventiles --17-- ist nicht möglich, da der am Zündwiderstand-9-auf- tretende Spannungsabfall die Zündelektrode des Ventiles--17-- auf ein negativeres Potential als das
Kathodenpotential bringt.
Für eine Synchronmaschine-l-mit herausgeführtem Sternpunkt zeigt Fig. 2 eine vorteilhafte
Ausgestaltung des Stromtransformators-20--. Der Stromtransformator --20-- besitzt drei Primärwick- lungen-21, 22, 23- mit unterschiedlicher Windungszahl, wobei jede dieser Wicklungen an die Sekun- därwicklung je eines der in den drei Phasen angeordneten Stromwandler --24,25,26-- angeschlossen ist.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Entregungsanordnung für Synchronmaschinen, deren Induktor von mindestens einer Erregerma- schine mit selbsterregender Feldwicklung gespeist ist, wobei ein durch den Abbau des Magnetfeldes an einem Steuerwiderstand, zu dem ein Hilfswiderstand in Serie geschaltet ist, hervorgerufener Spannungs- abfall zur Steuerung eines Schaltelementes dient, dadurch gekennzeichnet, dass zwecks Ein- leitung der Entregung Steuerwiderstand (9) und Hilfswiderstand (8) parallel zur Feldwicklung (4) der Er- regermaschine (3) zuschaltbar sind, und dass als Schaltelement ein Relais oder ein steuerbares Ven- til (17) vorgesehen ist, das eine einen dem Erregerstrom. entgegengesetzten Strom (Gegenstrom) liefern- de Einrichtung an die Feldwicklung (4) anschaltet.