DE1079185B - Einrichtung zum Begrenzen des Dauerkurzschlussstromes von Synchronkompoundgeneratoren - Google Patents

Description

• Einrichtung zum Begrenzen des Dauerkurzschlußstromes von Synchronkompoundgeneratoren Die Polradwicklung selbsterregter, kompoundierter Synchrongeneratoren wird in geometrischer Summierung von zwei Erregerströmen gespeist, von denen einer belastungsunabhangig und der andere dem Belastungsstrom proportional ist. Den belastungsabhängigen Erregungsanteil liefern dabei Kompoundierungsstromwandler, deren Primärwicklung vom Belastungsstrom durchflossen wurde. .
• Um die Spannung solcher Synohrongeneratoren bei allen normalen Betriebsfällen konstant halten zu können, müssen seine Kompoundierungsstromwandler so übersetzt sein, daß der von ihnen gelieferte Strom größer ist als der zugehörige Kurzschlußerregerstrom, wie dies die Fig. 1 der Zeichnung zeigt.
• Die für eine bestimmte Frequenz geltende Kurve a gibt den Verlauf des Ausgangsstromes Ip der Erregungsanordnung abhängig vom Generatorkurzschlußstrom JGK wieder, während die Kurve b den linearen Zusammenhang zwischen dem Erregerstrom im Polrad und dem von ihm erzeugten Generatorstrom darstellt. Die Steigung der Kurve a verrringert sich als Folge der Sättigung der Kompoundierungsstromwandler bis zum Gleichlauf mit der Generatorstromachse. Bei höheren Frequenzen des Synchrongenerators krümmt sich die Kurve a entsprechend später, wodurch sich der Schnittpunkt von a und b nach rechts verlagert.
• Bei Kurzschluß des Synchronkompoundgenerators steigt der Generatorstrom so lange an, bis die Kurve a die Kurve b schneidet und dadurch den Dauerkurzschlußstrom IKD bestimmt. Die Lage des den Dauerkurzschlußstrom JKD bestimmenden Schnittpunktes hängt von der Sättigungscharakteristik der Wandler ab. Durch geeignete Wahl der Arbeitssättigung der Kompoundierungsstromwandler kann deshalb der Dauerkurzschlußstrom, sofern sich die- Generatorfrequenz nicht wesentlich ändert, auf einen noch zulässigen Wert begrenzt werden.
• Da bei Drehstromkompoundgeneratören der beschriebenen Art bei Änderungen der Frequenz des Generatorstromes der Quotient aus Spannung und Frequenz konstant bleibt, werden diese Generatoren mit besonderem Vorteil zur Speisung von Verbrauchern verwendet, deren Betrieb eine Frequenzverstellung in einem großen Bereich verlangt. Solche-Verhältnisse liegen beispielsweise bei elektrischen Schiffsantrieben vor, bei denen Synchronkompoundgeneratoren Synchron- oder Asynchronmotoren speisen, die als Arbeitsmaschine eine Schraubenwelle antreiben.
• In einem solchen Verwendungsfalle dürfen. sich, mit Rücksicht auf den ordnungsgemäßen Betriebsverlauf bei höheren Frequenzen, die Kompoundierungsstromwandler bei der niedrigsten vorkommenden Frequenz und bei Nennstrom nicht in ihrem Sättigungsbereich befinden und müssen deshalb entsprechend ausgelegt werden: Das hat aber zur Folge, daß die magnetische Induktion dieser Wandler bei. der höchsten vorkommenden Frequenz und bei Nennstrom dann sehr viel kleiner ist als bei den niedrigen Frequenzen, da die magnetische Induktion im Verhältnis der Frequenzen abnimmt. Ein bei dieser hohen Frequenz auftretender Kurzschluß löst deshalb im vorliegenden Fall zwangläufig einen sehr starken Dauerkurzschlußstrom aus.
• Es sind schon kompoundierte Synchrongeneratoren mit gleichstromvormagnetisierbaren Kompoundierungsstromwandlern bekannt, deren Gleichstromvormagnetisierung sich spannungsabhängig ändert und die deshalb auf reine Frequenzänderungen ohne Spannungsänderungen nicht anspricht. Der Dauerkurzschlußstrom solcher Synchrongeneratoren ist daher ebenfalls noch in der Weise frequenzabhängig, daß er sich proportional mit der Frequenz ändert.
• Um diesen sich besonders nachteilig auf die Dimensionierung und den Betrieb der Synchronkompoundgeneratoren auswirkenden Nachteil zu beheben, wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, die Vormagnetisierung der Kompoundierungsstromwandler unmittelbar oder mittelbar über einen vom Erregerstrom abhängigen Stromkreis mit nichtlinearem Widerstand zu bewirken.
• Mit einer Einrichtung dieser Art können die Kompoundierungsstromwandler so beeinflußt werden, daß ihre Sättigung (Krümmung der Kurve a der Fig. 1) unabhängig von der Frequenz der Synchrongeneratoren herbeigeführt wird, wodurch bei geeigneter Auslegung der erfindungsgemäßen Anordnung auch der größtmögliche Dauerkurzschlußstrom auf ein Mindestmaß gebracht werden kann. In der Darstellung der Fig. 1 bedeutet dies eine Verlagerung des Schnittpunktes der Kurven a und b nach links.
• Die Fig. 2, 3 und 4 der Zeichnung stellen Schaltschemata verschiedener Ausführungsformen der Erfindung dar, wobei in den Fig. 3 und 4 die mit der Fig. 1 übereinstimmenden. Teile der Schaltung fortgelassen sind.
• Nach dem Schaltschema der Fig. 2 wird der Synchrongenerator 10 über die Luftspaltdrosseln 11 auf seine Leerlaufspannung erregt. Bei Belastung überlagert sich dem Erregerstrom der Luftspaltdrosseln 11 der Sekundärstrom der Kompoundierungsstromwandler 12. Die geometrische Summe beider Ströme wird über den Gleichrichter 13 der Polradwicklung 14 zugeführt. In Serie mit der Polradwicklung 14 liegt der Shunt 15, dessen Spannungsabfall über den nichtlinearen Widerstand 16 und die Vormagnetisierungswicklung 17 der Kompoundierungsstromwandler 12 einen Strom treibt.
• Der nichtlineare Widerstand 16 ist unterhalb seiner Schleusenspannung sehr groß und reduziert sich bei größeren Spannungen auf einen sehr kleinen Wert. Ein derartiges Verhalten zeigen z. B. in Durchlaßrichtung durchflossene Trockengleichrichterplatten.
• Fließt durch die Polradwicklung 14 ein Erregerstrom, der am Shunt 15 eine über der Schleusenspannung des nichtlinearen Widerstandes 16 liegende Spannung hervorruft, dann fließt infolge der auftretenden erheblichen Widerstandsverringerung bei 16 in der Vormagnetisierungswicklung 17 ein so starker Strom, daß die Kompoundierungsstromwandler 12 gesättigt sind und der von ihnen, sekundärseitig an die Polradwicklung abgebbare Strom nicht weiter ansteigen kann. Dadurch ist auch der Generatorstrom begrenzt.
• In dem Vormagnetnsierungsstromkreis der Schaltung nach Fig. 3 ist dem nichtlinearen Widerstand 18 eine Konstantstromquelle 19 gegengeschaltet. Bei dieser Anordnung fließt nur dann ein Vormagnetisierungsstrom, wenn die erregerstromabhängige Spannung am Shunt 15 größer ist als die feste Vorspannung der Konstantstromquelle 19.
• Mit der Schaltung nach Fig. 4 sollen die zusätzlichen Verluste vermieden werden, die - vor allem bei großen Erregerströmen - durch den Spannungsverlust am Shunt 15 entstehen. An die Stelle des Shuntes 15 tritt hier der Gleichstromwandler 20, der den Erregerstrom mißt und an seiner sekundärseitigen Bürde 22 mit Hilfe der Wechselspannungsquelle 21 einen Wechselspannungsabfall erzeugt, dessen Mittelwert dem Erregerstrom proportional ist. Die Schwellwertbildung kann hier, außer mit den vorbeschriebenen Mitteln vorteilhaft durch die Drosselspule 23 durchgeführt werden, die bei einer vorbestimmten anliegenden Spannung gesättigt ist und bei weiterer Spannungssteigerung einen großen Strom fließen läßt. Dieser Strom wird über den Gleichrichter 24 den Vormagnetisierungswicklungen zugeführt. Statt von der fremden Wechselspannungsquelle 21 kann der Gleichstromwandler 20 auch von den Drehstromeingängen des Gleichrichters 13 gespeist werden, da zwischen diesen Punkten auch im Kurzschluß Spannung liegt und ein Gleichstromwandler bekanntlich bei richtiger Auslegung spannungs- und frequenzunabhängig arbeitet. Die Schwellwertbildung muß dann allerdings wegen der Frequenzabhängigkeit der Drosselspule 23 auf eine andere Weise erfolgen. Hier sind unter anderem die in den Fig. 2 und 3 angegebenen Möglichkeiten anwendbar.
• Wenn zu Regelzwecken bereits eine Vormagnetisierungswicklung auf den Kompoundierungsstromwandlern vorhanden ist, kann der zur Begrenzung des Dauerkurzschlußstromes von den Schaltungen nach den Fig. 2, 3 oder 4 gelieferte Strom mit Hilfe eines Graetzgleichrichters ohne weiteres in diesen vorhandenen Regelkreis eingespeist werden.

Claims (5)

1. PATENTANSPRÜCHE. 1. Einrichtung zum Begrenzen des Dauerkurzschlußstromes von Synchronkompoundgeneratoren mit den belastungsabhängigen Erregeranteil liefernden, gleichstromvormagnetisierbaren Kompoundierungsstromwandlern, dadurch gekennzeichnet, daß deren Vormagnetisierung unmittelbar oder mittelbar über einen vom Erregerstrom abhängigen. Stromkreis mit nichtlinearem Widerstand bewirkt wird.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Vormagnetisierungsstromkreis mit nichtlinearem Widerstand, wie Trockengleichrichterplatten od. dgl., über ein Shunt am Feldstromkreis liegt.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß dein nichtlinearen Widerstand eine Konstantspannungsquelle gegengeschaltet ist.
4. 4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an den Gleichstrom-Erregerkreis über einen Gleichstromwandler ein Wechselstromkreis angeschlossen ist, der über ein Shunt einen weiteren, mit einer Drosselspule als nichtlinearem Widerstand versehenen Wechselstromkreis mit einer Gleichrichteranordnung speist, die gleichstromseitig an die Gleichstrom-Vormagnetisierungswicklungen der Kompoundierungs-Stromwandler angeschlossen ist.
5. 5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß an die Gleichstromvormagnetisierungswicklungen auch noch Einrichtungen zum Steuern und Regeln des Generators angeschlossen sind. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr. 1017 267; deutsche Auslegeschrift S 33407 VIII b /21 d2 (bekanntgemacht am 21. 6. 1956).