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Anordnung zur Schnellentregung von Synchrenmaschinen Es ist eine Entregungseinrichtung
für Synchronmaschinen nach dem Prinzip der Schwingungsentre# ,m,ng bekannt bei der
die Widerstandsverhältnisse in dem Stromkreis, der von der Feldwicklung der Synchroninaschine,
dem Ankerkreis der Erregerinaschine und dem Schwingungswiderstand gebildet wird,
während des Entregungsvorganges veränderbar sind. Zur Veränderung der Widerstandsverhältnisse
sind Gleichrichter vorgesehen. Dieser Gleichrichter ist so in den Haupterregerkreis
eingeschaltet, daß er das Wechseln der Stromrichtung in diesem Kreis verhindert.
Der Gleichrichter bewirkt also, daß der Erregerstrom beim Nulldurchgang unterbrochen
wird. Allerdings ist es notwendig, den Gleichrichter durch einen Schalter zu überbrücken,
um ihn bei gelegentlich auftretenden hohen Strömen zu schonen. Das Vorhandensein
eines solchen ÜberbrÜckungsschalters erfordert aber eine zusätzliche Relaiseinrichtung,
um bei plötzlich notwendig werdender Schnellentregung den Schalter rechtzeitig zu
öffnen und den Gleichrichter zur Wirkung zu bringen. Dadurch wird der Aufbau der
Einrichtung kompliziert. Man kann auch den überbrükkungssehalter weglassen, muß
dann allerdings den Gleichrichter für Dauerbelastung durch den mitunter recht hohen
Erregerstrom bemessen, was ebenfalls einen gewissen Aufwand bedeutet. Ein Nachteil
beider Einrichtungen liegt darin, daß der Ablauf des Entregungsvorganges nur vom
Strom abhängig ist und somit verschiedenartig verläuft, je nachdem, ob der
Entregungsvorgang bei Leerlauf, bei voller Belastung bzw. bei teilweisem oder vollkommenem
Kurzschluß einsetzt.
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Es ist auch eine Schnellentregelungsschaltung ohne, Gleichrichter
bekannt, die so ausgebildet ist, daß im Ankerkreis der Erregermaschine die Primärwicklung
eines Stromwandlers liegt, dessen Sekundärwicklung einem Widerstand im Feldkreis
der Erregermaschine parallel geschaltet ist. Tritt während des Entregungsvorganges
eine Änderung des Stromes. in der Primärwicklung auf, so Überträgt sich diese Stromänderung
über die Sekundärwicklung auf den Ersatzwiderstand. Dem durch den Ersatzwiderstand
fließenden Strom wird also ein der Anderungsgeschwindigkeit des Ankerstromes entsprechender
Strom überlagert. Bei dieser Schaltung wird also nur die zeitliche Änderungsgeschwindigkeit
des Erregerstromes erfaßt, die bei großen oder kleinen Erregerströmen gleich sein
kann. Eine vollkommene, jedem Belastungsfall angepaßte Entregung ist mit
dieser Einrichtung kaum zu erreichen.
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Auch ist eine Anordnung zur Schnellentregung von Synchronmaschinen
bekannt, bei der ein Schwingwiderstand zwischen dem Anker der Erregermaschine und
der Erregerwicklung der Synchronmaschine eingeschaltet ist. Es ist eine Relaiseinrichtung
vorgesehen, welche die Größe des Ständerfeldes der Synchronmaschine vorzugsweise
in der Nähe des Nulldurchgangs überwacht und bei Nulld-urchgang des Ständerfeldes
die Öffnung des Erregerkreises bewirkt. Auf diese Weise wird er-reicht, daß die
Gegenerregung spätestens in dem Augenblick unterbrochen oder wenigstens verringert
wird, in dem der Fluß im Generator Null geworden ist, so daß eine Wiederkehr der
Generatorspannung verhindert wird. Allerdings werden bei dieser Einrichtung Generatorspannung
und Generatorstrorn mit Hilfe von Relais überwacht, die mit ihren Kontakten die
zur Unterbrechung des Entregungsvorganges notwendigen Umschaltungen veranlassen.
Die relaismäßige, Feststellung jedoch, ob sich eine physikalische Größe in der Nähe
ihres Nullwertes befindet, und die sichere Weitergabe eines entsprechenden Schaltbefehls
erfordern außerordentlich hochempfindliche Geräte der Feininechanik. Hohe Empfindlichkeit
und robuste Ausführung sind aber für mechanische Meßglieder einander entgegenstehende
Prinzipien. Dabei muß gerade bei einem Gerät, das das Ende der Entregung feststellen
soll, auf unbedingte Betriebstüchtigkeit gesehen werden.
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Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Schnellentregung von Synchronmaschinen
mit überwachung des Nulldürchgangs des Ständerfeldes durch Messung der Statorspannung
in einem Transformator und Messung des Statorstromes in einem zweiten Transformator,
deren Ausgangsspannungen gleichgerichtet und
einer elektrischen
Schalteinrichtung zugeführt werden, die in Abhängigkeit von der ihr zugeführten
Spannung Umschaltungen im Erregerkreis vornimmt, um ein Wiederansteigen des magnetischen
Flusses in der Synchronmaschine zu verhindern. Erfindungsgemäß ist die Anordnung
so getroffen, daß die aus dem Statorstrom, und der Statorspannung gewonnenen gleichgerichteten
Spannungen der Eingangswicklung eines Transformators zugeführt werden und daß die
an der Ausgangswicklung dieses Transformators auftretende, der Änderungstendenz
des Ständerfeldes entsprechende Spannung einen kontaktlosen Verstärker steuert,
der je nach Polarität der ihm zugeführten Spannung Umschaltungen im Erregerkreis
vornimmt. Zwar ist es an sich bekannt, einerseits die Ausgangsspannung eines gleichstromerregten
Transformators zur Betätigung von Schaltvorgängen heranzuziehen, und andererseits
an sich bekannt, kontaktlose Verstärker, z. B. Magnetverstärker, im Zusammenhang
mit der Schnellentregung von Synchronmaschinen zu verwenden. Bei der Erfindung handelt
es sich aber um eine Anordnung, die zunächst feststellt, wann der Generator entregt
ist, und die dann auf Grund dieser Tatsache die Gegenerregung entweder unterbricht
oder wenigstens vermindert. Diese Feststellung wird nicht allein auf Grund der Beobachtung
des Erregerstromes oder seiner Änderungsgeschwindigkeit sondem auf Grund des magnetischen
Flusses getroffen, so daß alle etwa vorkommenden Lastzustände richtig berücksichtigt:
werden. Außerdem werden nur ruhende und robuste Bauteile verwendet, die sich in
anderen Anwendungsbereichen bereits als äußerst betriebssicher erwiesen haben. Beweglichr,
Kontakte sind nicht vorhanden. Der Zeitpunkt des Nullwerdens von Generatorspannung
und Generatorstrom kann, da die Bildung der Summe auf magnetischem Wege erfolgt,
als einwandfrei gesichert angesehen werden, weil das bei Relais sonst sehr wesentliche
Halteverhältnis keine Rolle --spielt.
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Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anordnung ist in Fig.
1 dargestellt. Hauptbestandteil ist eine Art Transformator mit einer Ausgangswicklung
1 und der Eingangswicklung 2. Die Eingangswicklung 2 wird von Gleichrichtem
3 und 4 in Reihenschalturig gespeist. Dem Gleichrichter 3 wird über
einen Zwischenwandler 5 die Generatorspannung U
zugefÜhrt, dem Gleichrichter
4 über den Isolierwandler 6 der Generatorstrom J. Es ist hier der
Strom- und Spannungspfad für nur eine Phase. angedeutet; man wird im praktischen
Anwend:ungsfall zweckmäßig mindestens zwei Phasen einführen.
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Von dem Augenblick an, in dem die Entregung des Generators eingeleitet
wird, nehmen Generatorspannung U bzw. Generatorstrom f stetig ab,
so daß der durch die Wicklung 2 getriebene, aus U und I gebildete Gleichstrom
eine analoge, Änderung erfährt. Dementsprechend tritt an den Klemmen der Ausgangswicklung
1 eine bestimmte, durch Schaltung und Wicklungssinn festgelegte Polarität
auf. Diese Polarität hält an, bis die Generatorspannung bzw. der Generatorstrom
Null geworden ist. Sollte aber der Strom oder die Spannung des Generators wieder
ansteigen, dann ruft dies eine Spannung entgegengesetzter Polarität an der Ausgangswicklung
1 hervor, d. h., die Polarität an den Klemmen der Wicklung
1 ist (mit gewissen Einschränkungen) ein eindeutiges Kriterium dafür, ob
der Fluß in der Maschine ansteigt oder abfällt. Ein derartiger »Nullindikator« für
den Fluß in der Synchronmaschine kann nun in verschiedener Weise dazu benutzt werden,
eine Gegenerregung zu unterbrechen oder abzubreinsen. Man kann z. B. in diesem Sinne
mit der an der Ausgangswicklung 1 auftretenden Spannung über einen Verstärker
ein geeignetes Schaltgerät steuern. Man kann auch Verstärker und Schaltgerät miteinander
vereinigen, indem an einen Schalttransduktor mit entsprechender Kennlinie verwendet.
Ein Ausführungsbeispiel für eine derartige Schaltung zeigt die Fig. 2. Es sind dabei
nur die Elemente gezeichnet, die notwendig sind, um die Einsatzmöglichkeit der Erfindung
darzustellen. Ferner sind von der oben beschriebenen Anordnung nach Fig.
1
nur die Wicklungen 1 und 2 gezeichnet. Sie sind in gleicher Weise
auch in Fig. 2 mit 1 und 2 bezeichnet. In Fig. 2 stellt ferner
13 eine sichere Wechselstromquelle dar. 14 ist ein als Schalttransduktor
ausgebildeter magnetischer Verstärker, dessen Steuerwicklung 15 von der Ausgangswicklüng
1 des oben beschriebenen Nullindikators gesteuert wird. 16 ist ein
Entregungszwecken vorbehaltendes Steuerfeld der Amplidyne 17. Die Amplidyne
17 speist das Feld 18 der Haupterregermaschine 19 und diese
schließlich die Induktorwicklung des Generators 10.
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Um die Entregung des Generators zu bewirken, sei z. B. mittels eines
nicht gezeichneten Entregungsschalters die Wechselspannungsquelle 13 auf
das Entregungsfeld 16 der Amplidyne 17 geschaltet worden. Während
vor dem Beginn der Entregung die Spannung der Haupterregermaschine z. B. die Richtung
des ausgezogenen Pfeiles hatte, kommt sie nun nach Zuschaltung des Entregungsfeldes
16 auf umgekehrte Polarität (gestrichelter Pfeil). Dadurch polt nach kurzer
Zeit auch der Induktorstrom J um mit dem Erfolg, daß der Fluß in der Synchmrunaschine
sehr rasch verschwindet. Während dieser Phase des Entregungsvorganges (abnehmender
Fluß) ist der Transduktor 14 vollkommen aufgesteuert. Infolge der starken Gegenerregung
wird aber der Fluß in der Synchronmaschine nach dein NuRdurchgang wieder ansteigen
und ebenso die, Generatorspannung bzw. der -strom. Dies ruft jedoch, wie oben ausgeführt,
eine Polarifätsumkehr an der Ausgangswicklung 1 des Nullindikators hervor,
auf die der Transduktor mit Sperrung reagiert, so daß eine Wiederauferregung des
Generators nicht stattfinden kann.
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Die Kennlinie des Transduktors 14 kann z. B. nach Fig. 3 ausgebildet
werden. Unter positiver Eingangsspannung (+ u) wird die Polarität verstanden, die
an den Klemmen der Ausgangswicklung 1 des Nullindikators auftritt, wenn Generatorspannung
bzw. -strom abnehmen; dementsprechend bedeutet negative Eingangsspannung
(- u), daß Generatorspannung bzw. -strom zunehmen. Der Transduktor ist also
durchlässig, solange der Fluß in der Synchronmaschine abnimmt, und sperrt von dem
Augenblick an, in dem der Fluß wieder anzusteigen beginnt.
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Durch kleine positive oder negative konstante Zusatzdurchflutungen
kann der senkrechte Ast der Transduktorkennlinie nach links oder rechts verschoben
werden. Dadurch kann, um die magnetische Trägheit der Erregermaschine zu berücksichtigen,
ein gewisser zeitlicher Vorhalt eingeführt werden, derart, daß der Transduktor bereits.
kurze Zeit vor dem Nullwerden des Maschinenflusses die Sperrung vornimmt.
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Man kann die Transduktorkennlinie vorteilhaft auch so ausbilden, daß
deren steiler Ast nicht senkrecht verläuft wie in Fig. 3, sondem. etwas geneigt,
so
daß innerhalb eines Bereiches sehr kleiner Flugänderungsgeschwindigkeit
Proportionalität zwischen dieser und der Größe der hervorgebrachten Gegenerregung
besteht. Man erzielt dadurch eine gewisse Dämpfung insofern, als dann bei
sehr kleiner Flußänderungsgeschwindigkeit, z. B. wenn nach Unterbrechung der Gegenerregung
der Fluß in der Maschine auf einen stationären Wert in der Nähe von Null
einschwingt, nicht gleich erneut mit voller Gegenerregung geantwortet wird.
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Eine vollkommene Unterbrechung der Gegenerre-, ist mit einem Transduktor
nicht möglich; es gung wird vielmehr immer noch ein sehr kleiner Reststrem fließen.
Diese Tatsache kann aber vorteilhaft ausge# nutzt werden, um die Remanenz des aus
Stahl bestehenden Induktors zu kompensieren, so daß nur noch eine verschwindend
geringe Remanenzspannung in der Ständerwicklung des Generators erzeugt werden wird.
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Da eine Entregungsanordnung, wie sie in Fig. 2 schematisch dargestellt
ist, in gewissem Sinne nach dem Arbeitsstromprinzip funktioniert, ist sie sehr störungssicher.
Sollte z. B. durch einen Drahtbruch dem Transduktor die Steuerdurchflutung fehlen,
dann kann dies niemals zu einer unkontrollierten Auferregung des Generators führen,
da der Transduktor seine Sperrfunktion erst verliert, wenn eine Steuerdurchflutung
vorhanden ist.