<Desc/Clms Page number 1>
Einrichtung zum Erstregen und Gegenerregers von stromrichtergespeisten Feldwicklungen einer Maschine, insbesondere eines Generators FürdietFeldleistungvon Generatoren grössererLei stung führt sich in zunehmendem Masse der gesteuerte Stromrichter als robustes und praktisch trägheitslos arbeitendes Stellglied ein.
Seine Verwendung eröffnet zudem noch die Möglichkeit, beim Erstregen der Feldwicklungen die in diesen gespeicherte magnetische Energie an das Versorgungsnetz zurückzuliefern, indem der Stromrichter vom Gleichrichter- in den Wechselrichterbetrieb umgesteuert wird.
In vielen Fällen tritt die Forderung auf, die Feldwicklung auch mit negativem Erregerstrom, sogenanntem Gegenstrom, zu beaufschlagen, um die Ströme in den Dämpferkreisen zu kompensieren und vor allem auch, um die Beseitigung der Remanenz zu gewährleisten. Da ein Stromrichter wohl seine Spannung, nicht aber seinen Strom umkehren kann, ist es für diesen Betriebsfall üblich und bekannt, zum Zeitpunkt des Nulldurchganges des Erregerstromes, den Stromfluss im Polradkreis mittels eines Polwendeschalters umzukehren und den Stromrichter sodann zur Lieferung des Gegenstromes im Gleichrichterbetrieb auszusteuern.
Diese Anordnung hat jedoch den Nachteil, dass während einer Umschaltung des Polwendeschalters der Polradkreis kurzzeitig geöffnet ist, und dass damit die Gefahr besteht, dass z. B. bei zu früher Umschaltung infolge fehlerhafter Erfassung des Nulldurchganges des Erregerstromes überspannungen wegen der grossen Induktivität der Erregerwicklung entstehen, die zu Überschlägen bzw. Durchschlägen führen können. Der gleiche Effekt würde sich ergeben können, wenn bei fliessendem Erregerstrom der Polwendeschalter betätigt wird und der Stromrichter dabei noch im Wechselrichterbetrieb ausgesteuert ist.
Die Erfindung bezieht sich auf eine einfache und ständig betriebssichere Anordnung zum Erstregen und Gegenerregers von stromrichtergespeisten Feldwicklungen einer Maschine, insbesondere eines Gene- rators. Sie ist dadurch gekennzeichnet, dass die Feldwicklung im Mittelzweig einer aus vier jeweils paarweise betätigbaren Schaltern gebildeteten, von der Stromrichterspannung gespeisten Brückenschaltung liegt, und dass mindestens einem der beiden zum Erregen zu schliessenden Schalter, welche in gegenüberliegenden Brückenzweigen angeordnet sind, ein Ent- regungswiderstand parallel geschaltet ist.
Der Vorteil der erfindungsgemässen Anordnung besteht darin, dass weitgehend unabhängig von dem Nulldurchgang des Erregerstromes von dem zum Erstregen erforderlichen Wechselrichterbetrieb der die Feldwicklung beaufschlagenden Stromrichter auf den zum Gegenerregers erforderlichen Gleichrichterbe- trieb umgeschaltet werden kann. Zu keinem Zeitpunkt wird der Polradkreis auch nur kurzzeitig geöffnet bzw. gesperrt, unabhängig davon, ob die Steuereinrichtung für die Stromrichter fehlerfrei arbeitet oder nicht. Auch bei Ausfall derselben lässt sich eine Generatorfeldwicklung mit der erfindungsgemässen Anordnung betriebssicher erstregen.
Die Erfindnung lässt sich auch dort anwenden, wo nur mit ungesteuerten Ventilen gearbeitet wird. Vorteilhaft wird hier in Reihe mit der aus unge- steuerten Ventilen bestehenden Speisespannungsquelle ein von einem Schalter überbrückbarer Schutzwiderstand angeordnet. Es ist zweckmässig, diesem Schutzwiderstand den dreifachen Wert des Ohmschen Widerstandes der Feldwicklung zu geben.
Ein Öffnen des dem Schutzwiderstand parallel liegenden Schalter während der Umschaltzeit der in der Brückenanordnung liegenden Schalter verhindert einen Kurzschluss der Speisespannungsquelle.
<Desc/Clms Page number 2>
Im folgenden sei die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert.
In der Figur ist eine bekannte halbgesteuerte Brückenschaltung dargestellt, bestehend aus den unge- steuerten Ventilen 1 und den gesteuerten Ventilen 2, welche vom sekundärseitig angezapften Stromrichtertransformator 3 gespeist sind. Mit 4 ist ein Steuersatz und mit 5 ein Spannungsregler bezeichnet. Diesem wird ein Sollwert U und ein von den Ausgangsklemmen S und T eines Synchrongenerators 6 abgeleiteter Spannungsistwert U zugeführt.
Am Steuersatz 4 kann eine Eingriffsmöglichkeit in Form eines Befehlgebers 13 vorgesehen werden, um eine Umsteuerung in den Wech.selrichterbetrieb und .anschliessend darauf wieder in den Gleichrichterbetrieb auszulösen.
Zwischen den Ausgangsklemmen 7 und 8 der steuerbaren Gleichspannungsquelle fliesst der Strom is über die erfindungsgemässe Anordnung, wobei im Gleichrichterbetrieb die Spannung Us die in der Figur angegebene Richtung aufweist. Im Mittelzweig der von den Schalterpaaren S1 und S2 gebildeten Brückenschaltung liegt die Feldwicklung 9 des Dreh- stromgenerators 6. Sowohl die Schaltkontakte S1 als auch die Schaltkontakte S2 werden miteinander betätigt, so dass sich je nach der Stellung derselben ein Feldstrom in der einen oder der anderen Richtung durch die Erregerwicklung ergibt.
Die in der Figur dargestellte Stellung der Schaltkontakte gilt für das Erregen der Feldwicklung. Ein Entregungsvorgang mit anschliessender Gegenerregung läuft ausgehend von dem dargestellten Zustand folgendermassen ab:
Die Stromrichtergefässe 1 und 2 werden durch Betätigung des auf den Steuersatz 4 wirkenden Befehlsgeber 13 in den Wechselrichterbetrieb gesteuert. An den Klemmen 7 und 8 kehrt sich daher die Spannung bei beibehaltener Richtung des Stromes ie um und wirkt als stromvermindemde Gegenspannung. In der Nähe des Nulldurchganges des Erregerstromes i" erfolgt zweckmässigerweise ein Schliessen der Schalter S1 und ein sich daran anschliessendes Öffnen der Schalter S2.
Hervorzuheben ist hier, dass die Herbeiführung dieses Schaltzustandes unkritisch gegenüber dem Nulldurchgang des Erregerstromes i, ist, da für ihn, unabhängig von den Stellungen der Schalter S1 und S2 stets ein geschlossener Stromkreis vorhanden ist. In diesem Schaltzustand tritt eine Widerstandsent- regung über die jetzt nicht mehr überbrückten Ent- regungswiderstände 10 auf, welche jetzt über die geschlossenen Schalter S1 der Induktorwicklung 9 parallel angeordnet sind.
Vorteilhaft ist es, wenn der Widerstandswert des der Induktorwicklung 9 parallel liegenden Gesamtwiderstandes so bemessen wird, dass er nicht mehr als den dreifachen Wert ihres Ohmschen Widerstandes ausmacht. Nach dem Öffnen des Schalters S2 werden die Stromrichter wieder in den Gleichrichterbetrieb ausgesteuert, was ohne Rücksicht auf die Vorgänge im Kreis des Erregerstromes erfolgen kann,- wie ja überhaupt eine sichere Entre- gang auch bei Ausfall der Stromrichter durch die Entregungswiderstände gewährleistet ist.
An den Klemmen 7 und 8 erscheint daher wieder eine Spannung in der eingezeichneten Richtung, welche den Gegenstrom ig. durch die Erregerwicklung 9 zu treiben versucht und einen etwa noch vorhandenen Erregerstrom i. beschleunigt abbaut.
In Abwandlung der bisher erläuterten Anordnung lassen sich die Massnahmen der Erfindnug auch mit Vorteil bei einer Schaltung mit ungesteuerten Stromrichtern verwenden. Wenn die Klemmen 7 und 8 die Ausgangsklemmen einer Gleichrichterschaltung aus durchweg ungesteuerten Ventilen sind, beispielsweise in Mittelpunkt oder Brückenschaltung, so besteht die Abwandlung darin, dass die zwischen den Klemmen 8 und 11 liegende Brücke entfernt und stattdessen dazwischen der von einem Schalter S3 überbrückte Widerstand 12 geschaltet wird.
Dieser so zwischen die Speisespannungsquelle und der aus den Schaltern S1 und S2 bestehenden Brückenschaltung angeordnete Reihenwiderstand 12 hat die Aufgabe, einen Kurzschluss der Speisespannungsquelle während des gleichzeitigen Schliessens der Schalter S1 und S2 zu verhindern.
Die Entregung erfolgt nun, ausgehend vom Zustand voller Erregung in der Weise, dass zunächst der Schalter S3 geöffnet und dann der Schalter S1 geschlossen wird. Im Anschluss daran wird der Schalter S2 geöffnet und bewirkt ein Umpolen des Erregerstromes, so dass sich in kurzer Zeit ein negativer Erregerstrom i,. einstellt. Nach dem Öffnen des Schalters S2 kann der Schalter S3 geschlossen werden, so dass sich das Anwachsen des Gegenerregerstromes noch beschleunigt.
Die Erfindung bringt eine sehr einfache und betriebssichere Anordnung für das Erregen von Feldwicklungen in Vorschlag, welche komplizierte Steuer- und Überwachungseinrichtungen entbehrlich macht und unabhängig von einem Defekt der Stromrichter eine Entregung sicherstellt. Sie ist selbstverständlicherweise in ihrer Anwendung nicht auf Generatorfeld- wicklungen beschränkt, sondern kann auch z. B. bei Gleichstrommotorenantrieben mit Feldumkehr Bedeutung haben.
<Desc / Clms Page number 1>
Device for excitation and counter-excitation of converter-fed field windings of a machine, in particular a generator. For the field power of generators of greater power, the controlled converter is increasingly being used as a robust and practically inertia-free actuator.
Its use also opens up the possibility of returning the magnetic energy stored in these to the supply network when the field windings are energized, in that the converter is switched from rectifier to inverter operation.
In many cases there is a requirement to apply a negative excitation current, so-called countercurrent, to the field winding in order to compensate for the currents in the damper circuits and, above all, to ensure that the remanence is eliminated. Since a converter can reverse its voltage but not its current, it is common and known for this operating case to reverse the current flow in the pole wheel circuit by means of a pole reversing switch at the time of the zero crossing of the excitation current and then to control the converter to supply the countercurrent in rectifier mode.
However, this arrangement has the disadvantage that the pole wheel circuit is briefly open during a changeover of the pole reversing switch, and that there is thus the risk that z. B. when switching too early as a result of incorrect detection of the zero crossing of the excitation current, overvoltages arise due to the high inductance of the excitation winding, which can lead to flashovers or breakdowns. The same effect could result if the pole reversing switch is actuated when the excitation current is flowing and the converter is still controlled in inverter operation.
The invention relates to a simple and constantly operationally reliable arrangement for exciting and counter-exciting field windings of a machine, in particular a generator, fed by a converter. It is characterized in that the field winding is located in the middle branch of a bridge circuit formed from four switches that can be operated in pairs and fed by the converter voltage, and that at least one of the two switches to be closed for excitation, which are arranged in opposite bridge branches, has a de-excitation resistor in parallel is switched.
The advantage of the arrangement according to the invention is that, largely independently of the zero crossing of the excitation current, the converter operating the field winding can be switched from the inverter operation required for excitation to the rectifier operation required for the counter-exciter. At no point in time is the pole wheel circuit opened or blocked even for a short time, regardless of whether the control device for the converter is working properly or not. Even if the same should fail, a generator field winding can be energized reliably with the arrangement according to the invention.
The invention can also be used where only uncontrolled valves are used. A protective resistor that can be bridged by a switch is advantageously arranged here in series with the supply voltage source consisting of uncontrolled valves. It is advisable to give this protective resistor three times the value of the ohmic resistance of the field winding.
Opening the switch located in parallel with the protective resistor during the switching time of the switches located in the bridge arrangement prevents a short circuit of the supply voltage source.
<Desc / Clms Page number 2>
In the following the invention will be explained in more detail using an exemplary embodiment.
The figure shows a known semi-controlled bridge circuit, consisting of the uncontrolled valves 1 and the controlled valves 2, which are fed by the converter transformer 3 tapped on the secondary side. 4 with a tax rate and 5 with a voltage regulator. A nominal value U and an actual voltage value U derived from the output terminals S and T of a synchronous generator 6 are fed to this.
An option to intervene in the form of a command generator 13 can be provided on the control set 4 in order to trigger a changeover to inverter operation and then back to rectifier operation.
The current is flows between the output terminals 7 and 8 of the controllable DC voltage source via the arrangement according to the invention, the voltage Us having the direction indicated in the figure during rectifier operation. In the middle branch of the bridge circuit formed by the pairs of switches S1 and S2 is the field winding 9 of the three-phase generator 6. Both the switch contacts S1 and the switch contacts S2 are operated with one another, so that, depending on their position, a field current is generated in one or the other Direction through the field winding results.
The position of the switching contacts shown in the figure applies to the excitation of the field winding. A de-excitation process with subsequent counter-excitation proceeds as follows based on the state shown:
The converter vessels 1 and 2 are controlled by activating the command generator 13 acting on the control set 4 in the inverter mode. The voltage at terminals 7 and 8 is therefore reversed while maintaining the direction of the current ie and acts as a current-reducing counter voltage. In the vicinity of the zero crossing of the excitation current i ″, it expediently closes the switch S1 and then opens the switch S2.
It should be emphasized here that bringing about this switching state is not critical with respect to the zero crossing of the excitation current i, since a closed circuit is always present for it, regardless of the positions of switches S1 and S2. In this switching state, resistance de-energization occurs via the de-energization resistors 10, which are now no longer bridged and which are now arranged in parallel via the closed switches S1 of the inductor winding 9.
It is advantageous if the resistance value of the total resistance lying parallel to the inductor winding 9 is dimensioned in such a way that it does not amount to more than three times the value of its ohmic resistance. After the switch S2 is opened, the converters are switched to rectifier mode again, which can take place regardless of the processes in the circuit of the excitation current - as in general, safe de-energization is guaranteed even if the converters fail by the de-excitation resistors.
At the terminals 7 and 8 a voltage appears again in the direction shown, which the countercurrent ig. Tried to drive through the excitation winding 9 and any excitation current i. accelerates degradation.
In a modification of the arrangement explained so far, the measures of the invention can also be used with advantage in a circuit with uncontrolled power converters. If terminals 7 and 8 are the output terminals of a rectifier circuit made up of uncontrolled valves, for example in the center or bridge circuit, the modification consists in removing the bridge between terminals 8 and 11 and instead the resistor 12 bridged by a switch S3 between them is switched.
This series resistor 12, thus arranged between the supply voltage source and the bridge circuit consisting of switches S1 and S2, has the task of preventing a short circuit of the supply voltage source while switches S1 and S2 are closing at the same time.
The de-excitation now takes place, starting from the state of full excitation, in such a way that first switch S3 is opened and then switch S1 is closed. Then switch S2 is opened and reverses the polarity of the excitation current so that a negative excitation current i,. adjusts. After the switch S2 has been opened, the switch S3 can be closed so that the increase in the counter-excitation current is accelerated.
The invention proposes a very simple and reliable arrangement for exciting field windings, which makes complicated control and monitoring devices unnecessary and ensures de-excitation regardless of a defect in the converter. It goes without saying that its application is not limited to generator field windings. B. have meaning in DC motor drives with field reversal.