DE1121706B - UEberstrombegrenzung bei Generatoren, insbesondere im Leonardbetrieb - Google Patents

UEberstrombegrenzung bei Generatoren, insbesondere im Leonardbetrieb

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DE1121706B
DE1121706B DES62579A DES0062579A DE1121706B DE 1121706 B DE1121706 B DE 1121706B DE S62579 A DES62579 A DE S62579A DE S0062579 A DES0062579 A DE S0062579A DE 1121706 B DE1121706 B DE 1121706B
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Germany
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voltage
excitation
overcurrent
leonard
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DES62579A
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English (en)
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Dipl-Ing Eberhard Meissner
Dipl-Ing Rupert Morawetz
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Siemens AG
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Siemens AG
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Publication date
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P9/00Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output
    • H02P9/10Control effected upon generator excitation circuit to reduce harmful effects of overloads or transients, e.g. sudden application of load, sudden removal of load, sudden change of load
    • H02P9/107Control effected upon generator excitation circuit to reduce harmful effects of overloads or transients, e.g. sudden application of load, sudden removal of load, sudden change of load for limiting effects of overloads
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63HMARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H21/00Use of propulsion power plant or units on vessels
    • B63H21/12Use of propulsion power plant or units on vessels the vessels being motor-driven
    • B63H21/17Use of propulsion power plant or units on vessels the vessels being motor-driven by electric motor
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B63H23/00Transmitting power from propulsion power plant to propulsive elements
    • B63H23/22Transmitting power from propulsion power plant to propulsive elements with non-mechanical gearing
    • B63H23/24Transmitting power from propulsion power plant to propulsive elements with non-mechanical gearing electric
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02HEMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/06Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for dynamo-electric generators; for synchronous capacitors
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Description

  • Überstrombegrenzung bei Generatoren, insbesondere im Leonardbetrieb In der Steuer- und Regeltechnik ist es üblich, einen Steuerwert durch Vergleich der Istspannung mit einer Sollspannung zu bilden. Bei einer Anordnung zur Konstanthaltung der Spannung eines Generators ist es bekanntgeworden, in den Erregerkreis eine Elektronenröhre einzuschalten, die von einer der Differenz von Soll- und Istwert proportionalen Spannung gesteuert wird.
  • Wollte man zur Überstrombegrenzung für einen Generator mit je einer Erregerwicklung für jede der beiden Generatorstromrichtungen derart gesteuerte Elektronenröhren in den Stromweg einer Felderregung legen, so käme man normalerweise zu umfangreichen und unwirtschaftlichen Anordnungen. Ebenso ließe sich eine andere bekannte Ausführung, bei der im Erregerkreis eines Gleichstromgenerators ein magnetfeldabhängiger Widerstand angeordnet ist, nicht zur Oberstrombegrenzung verwenden, da hier eine Steuerung im Sinne der Konstanthaltung der Ausgangsspannung des Generators erfolgt.
  • Die bekannten Einrichtungen zur überstrombegrenzung verwenden Relais bzw. Schütze im Generatorstromkreis, die bei Überschreiten eines vorgegebenen Höchstwertes des Generatorstromes die Erregung des Generators herabsetzen. Diese Anlagen bedürfen jedoch einer ständigen Wartung, da die Schaltkontakte der Schütze der Abnutzung und Verschmutzung unterliegen. Darüber hinaus sind in explosionsgefährdeten Räumen besondere Aufwendungen erforderlich, um die Funkenbildung an den Kontaktstellen zu vermeiden oder um die Kontaktstellen einzukapseln.
  • Die Erfindung bringt eine vorteilhafte Verbesserung an einer Oberstrombegrenzung für einen Generator mit je einer Erregerwicklung für jede der beiden Generatorstromrichtungen, insbesondere im Leonardbetrieb. Gemäß der Erfindung liegt zwischen je einem Pol der Erregerspannung und der zugehörigen Erregerwicklung in an sich bekannter Weise je ein magnetfeldabhängiger Widerstand, der in dem Spalt eines Elektromagneten angeordnet ist, und die Wicklung des Elektromagneten ist über eine Gleichrichteranordnung mit einem Generatorstrom-Meßfühler verbunden. Auf diese Weise wird eine überstrombegrenzung auch dann erhalten, wenn die Meßfühlerspannung infolge Stromumkehr im Generatorstromkreis ihr Vorzeichen ändert. Es wird gegenüber den bekannten überstrombegrenzern ein kontaktloses Schalten und außerdem noch eine große Stoß- und Erschütterungsunempfindlichkeit erzielt, die besonders bei Fahrzeugen eine große Betriebssicherheit gewährleistet. Im Gegensatz zu der mit einer Elektronenröhre arbeitenden Schaltung wird kein Vergleich zwischen Soll- und Istwert vorgenommen, so daß keine konstante Vergleichsspannungsquelle benötigt wird.
  • Es ist vorteilhaft, als magnetabhängigen Widerstand einen solchen aus einer halbleitenden Verbindung mit einer Trägerbeweglichkeit von etwa 6000 cm2/Vs oder mehr zu verwenden, da bei diesen Widerstandskörpern eine besonders große Abhängigkeit der elektrischen Eigenschaften von der Stärke des Magnetfeldes besteht. Zu diesen halbleitenden Verbindungen gehören besonders solche von der Form All, B" d. h. die Verbindungen eines Elementes A der 11I. Gruppe mit einem Element B der V. Gruppe des Periodischen Systems, beispielsweise Indiumarsenid u. dgl.
  • An Hand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles sei das Wesen sowie Einzelheiten der Erfindung näher erläutert. Dabei ist angenommen, daß es sich um eine Einrichtung zur überstrombegrenzung bei Leonardantrieben handelt, die für den Antrieb von Seefahrzeugen eingesetzt sind. Der die Schiffsschraube antreibende Propellermotor 1 wird von dem Leonardgenerator 2 gespeist. In dem Ausführungsbeispiel nach der Figur liefert die Erregung des Leonardgenerators 2 eine Erregermaschine 3 mit ihren Erregerwicklungen 3 a und 3 b. Je nachdem welche Erregerwicklung eingeschaltet ist, wird der Leonardgenerator 2 so gesteuert, daß der Propellerantriebsmotor 1 vorwärts oder rückwärts läuft. Der die Erregung des Generators beeinflussende steuerbare Halbleiterwiderstand ist in den Stromkreis der Erregerwicklung 3 a bzw. 3 b geschaltet. Statt dessen ist es natürlich grundsätzlich auch möglich, den Halbleiterwiderstand direkt in den Ankerstrom des Erregergenerators 3, d. h. in den Erregerstromkreis des Leonardgenerators 2, zu schalten.
  • Zur überstrombegrenzung wird in jedem Erregerstromkreis ein magnetfeldabhängiger Widerstand angeordnet, der in Abhängigkeit von der Stärke eines vom Generatorstrom erzeugten Magnetfeldes steuerbar ist. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist in den beiden Erregerkreisen für Vor- und Rückwärtsfahrt je ein magnetfeldabhängiger Widerstand 14 und 15 eingeschaltet, der in dem Luftspalt eines magnetischen Kreises 141 bzw. 151 angeordnet ist. Das Magnetfeld wird von der Hallspannung eines vom Magnetfeld des Generatorstromes gesteuerten Hallspannungserzeugers 16 gespeist. Wird der Steuerstrom Ist des Hallgenerators 16 konstant gehalten, so ist die abgegriffene Hallspannung ein direktes Maß für die Größe des auf den Hallspannungserzeuger einwirkenden magnetischen Feldes und somit ein Maß für die Größe des dieses Feld beispielsweise in einer Wicklung 161 hervorrufenden Generatorstromes.
  • Es ist vorteilhaft, als Generatorstrom-Meßfühler 16, 161 einen Hallgenerator zu verwenden, d. h. einen Halbleiterkörper mit einer Trägerbeweglichkeit von mindestens 6000 cmQ/Vs oder mehr, da ein solcher hallspannungsseitig belastbar ist, d. h. die Hallspannung unmittelbar zur Speisung der das Erregerfeld der magnetabhängigen Widerstände 14 und 15 liefernden Wicklungen 142 bzw. 152 verwendet werden kann. Bei Verwendung eines Hallspannungserzeugers, der aus einem Halbleiterkörper mit kleinerer Trägerbeweglichkeit besteht, wie beispielsweise Germanium, wäre nur eine indirekte Speisung der Wicklungen 142,152 möglich, da im anderen Fall die Hallspannung zusammenbrechen würde.
  • Die Verwendung von Hallgeneratoren als Meßfühler ist an sich bekannt. Man hat derartige Meßfühler bei einer Vorrichtung zur Drehmomentbegrenzung in dem Luftspalt von Elektromaschinen angeordnet. Bei der überstrombegrenzung nach der Erfindung ist der Generatorstrom-Meßfühler außerhalb des Generators angeordnet. Auf diese Weise läßt sich die erfindungsgemäße Überstrombegrenzung auch nachträglich leicht in Anordnungen einbauen.
  • Die im Ausgangskreis des Hallgenerators vorgesehene Gleichriohteranordnung 17 dient im wesentlichen zur Schwellwertbildung. Durch Veränderung ; des Steuerstromes Ist kann die Hallspannung so eingestellt werden, daß sie bis zur Größe des Generator-Nennstromes die Schwellspannung der Gleichrichteranordnung 17 nicht erreicht, so daß die Halbleiterwiderstände 14 und 15 nicht erregt sind und ihren ; kleinsten Widerstandswert besitzen. Bei überschreiten des Nennstromes übersteigt die Hallspannung die Schwellspannung der Gleichrichteranordnung 17, und das Magnetjoch 141 bzw. 151 der magnetfeldabhängigen Widerstände 14 und 15 wird erregt. Dadurch erhöht sich der Widerstand im Erregerkreis der Erregermaschine 3, so daß der Generatorstrom herabgesetzt wird.
  • Statt die Wicklung 142 an den Hallgenerator 16 anzuschließen, ist @ es auch möglich, die Erregerwicklung 142 bzw. 152 mit dem Spannungsabfall eines im Generatorstromkreis angeordneten Widerstandes zu speisen. Dabei ist jedoch dafür Sorge zu tragen, daß der Spannungsabfall an diesem Widerstand weitgehend proportional der Stärke des Generatorstromes ist und bei Änderungen der Temperatur und anderen Einflüssen nur unwesentlichen Schwankungen unterliegt. In gewissen Fällen ist es auch möglich, das Magnetjoch 141 bzw. 151 unmittelbar durch den Generatorstrom, beispielsweise nach Art eines Stromwandlers, zu erregen.
  • Es ist vorteilhaft, die überstrombegrenzung nach der Erfindung mit einer an anderer Stelle vorgeschlagenen überstrombegrenzung zu kombinieren, die hier lediglich die Funktion der Kurzschlußstrombegrenzung übernimmt. Die Kurzschlußstrombegrenzung erfolgt in diseem Fall durch je einen in den Erregerstromkreisen angeordneten Halbleiterwiderstand 4 bzw. 5, welcher in Abhängigkeit von dem Spannungsabfall des Generatorstromes an einem im Generatorstromkreis angeordneten Widerstand steuerbar ist. Dabei dient in dem Ausführungsbeispiel zur Steuerung des Halbleiterwiderstandes der Spannungsabfall an der Wendepolwicklung 2a des Leonardgenerators 2. Die Widerstandsänderung der Wendepolwicklung infolge Temperaturschwankungen kann bei der Kurzschlußstrombegrenzung unberücksichtigt bleiben, da die Kurzschlußströme die Nennströme um ein Vielfaches überschreiten, während die Widerstandsänderung der Wendepolwicklung kaum mehr als 20 % beträgt. Als Halbleiterwiderstand ist in diesem Fall ein Transistor verwendet, und zwar ein Flächentransistor vom Typ p-n-p, in der sogenannten Emitterschaltung. Statt dessen kann auch ein anderer Transistortyp oder eine andere Transistorschaltung verwendet werden. Die zusätzliche Schutzeinrichtung bewirkt eine sofortige Entregung bei einem plötz-lichen Überstrom, der durch einen Kurzschluß hervorgerufen werden kann.
  • Die Wendepolspannung des Leonardgenerators 2 wird über einen Brückengleichrichter 6 einem Potentiometer 7 zugeführt. Dabei ist in diesem Fall der Gleichrichter vorgesehen, um sowohl bei Vorwärtsals auch bei Rückwärtsfahrt eine eindeutige Steuerung der Transistoren 4 und 5 zu erreichen. Die Transistoren werden von der Differenz der am Potentiometer 7 anliegenden Wendepolspannung U= und einer festen Steuerspannung U1 gesteuert, die aus der Spannungsquelle 8 geliefert wird. Ist das Potentiometer 7 so eingestellt, daß bis zur Erreichung des Nennstromes im Generatorkreis die Spannung U, größer ist als UV so sind die beiden Transistoren 4 und 5 geöffnet. Sobald ein Kurzschluß im Generatorkreis auftritt und der Strom ansteigt, wird die Spannung U2 größer als die Spannung U1, d. h., die Basis der Transistoren 4 und 5 wird positiv gegenüber dem Emitter, so daß die Transistoren sperren. Damit wird aber die Erregermaschine 3 und somit auch der Leonardgenerator 2 nicht mehr erregt, so daß der Kurzschlußstrom absinkt. Die Gleichrichteranordnung 9 bewirkt eine Trennung der beiden Erregerstromkreise.

Claims (3)

  1. PATENTANSPRÜCHE: 1. überstrombegrenzung für einen Generator mit je einer Erregerwicklung für jede der beiden Generatorstromrichtungen, insbesondere im Leonardbetrieb, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen je einem Pol der Erregerspannung und der zugehörigen Erregerwicklung (3 a, 3 b) in an sich bekannter Weise je ein magnetfeldabhängiger Widerstand (14, 15) liegt, der in dem Spalt eines Elektromagneten ist und daß die Wicklung (142 bzw. 152) des Elektromagneten über eine Gleichrichteranordnung (17) mit einem Generatorstrom-Meßfühler (16, 161) verbunden ist.
  2. 2. Überstrombegrenzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Generatorstrom-Meßfühler ein Hallgenerator ist.
  3. 3. Überstrombegrenzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu den magnetfeldabhängigen Widerständen (14, 15) zwischen je einem gleichnamigen Pol der Erregerspannung und der zugehörigen Erregerwicklung (3a, 3b) je ein Transistor (4, 5) liegt, daß die Basen dieser beiden Transistoren über zwei entgegengesetzt geschaltete Gleichrichter (9b) verbunden sind, daß die beiden Zuleitungen zwischen Erregerwicklung und Emitter gleichfalls durch entgegengesetzt geschaltete Gleichrichter (9a) verbunden sind, die umgekehrt gepolt sind gegenüber den Basen-Verbindungsgleichrichtern (9 b), und daß die Transistor-Steuerspannung, einem Generatorstrom-Meßfühler (2a, 6, 7) entnommen, an die Mitte eines jeden Gleichrichterpaares (9a, 9b) gelegt ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 264 034; Siemenszeitschrift, Heft 8, 1954, S. 382.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE264034C (de) *

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