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Entregungsanordnung für Synchronmaschinen mit über Gleichrichter aus
einer Wechselspannungsquelle erregter Induktorwicklung Gegenstand der Erfindung
ist eine Entregungsanordnung für Synchronmaschinen mit Gleichrichtern im Induktorkreis.
Maschinen mit Gleichrichtern haben bei allen regeltechnischen Vorzügen jedoch den
Nachteil, daß bei der Entregung oder bei Störungen im Netz der im Induktor fließende
Strom seine Richtung nicht ändern kann, obwohl ihm eine solche Änderung von außen
an sich aufgezwungen werden kann. Dadurch wird der Abbau des Feldes verzögert oder
es können Überspannungen an der Induktorwicklung auftreten, die zu Schäden führen.
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Es ist bereits eine Anordnung bekannt, bei der neben einem Haupterregergleichrichter
ein Hilfsgleichrichter antiparallel, z. B. in Kreuzschaltung, geschaltet ist. Beide
Gleichrichter werden von je einer Regleranordnung gesteuert. Mit dieser Anordnung
ist es möglich, bei einer Entregung der Synchronmaschine vorübergehend eine Stromumkehr
im Induktor, d. h. eine Gegenerregung zu erreichen. Dabei wird zunächst bis zum
Nulldurchgang des Erregerstromes der Haupterregergleichrichter in den Wechselrichterbetrieb
umgesteuert. Erreicht der Erregerstrom den Wert Null, so übernimmt die antiparallel
geschaltete Hilfsgleichrichter den Strom und treibt über die Induktorwicklung einen
dem normalen Erregerstrom entgegengesetzt gerichteten Strom. Bei dieser bekannten
Anordnung ist zumindest ein in den W echselrichterbetrieb umsteuerbarer Erregergleichrichter
neben dem Hilfsgleichrichter zur Gegenerregung erforderlich. Beide Gleichrichter
müssen von relativ aufwendigen Reglern gesteuert werden. Demgegenüber ergibt die
Anordnung nach der vorliegenden Erfindung einen wesentlich vereinfachten Aufbau.
Sie betrifft eine Entregungsanordnung für Synchronmaschinen mit über Gleichrichter
aus einer Wechselspannungsquelle erregter Induktorwicklung, bestehend aus mindestens
zwei parallel zur Induktorwicklung angeordneten Parallelpfaden mit sperrbaren Gleichrichtern,
über die die Induktorwicklung aus einer Wechselstromquelle entregt wird. Das Neue
besteht darin, daß die Parallelpfade jeweils aus der Reihenschaltung einer Diode
mit sperrbaren Vierschichthalbleitern mit über der Erregerspannung liegender Durchbruchspannung
und gegebenenfalls einem Vorwiderstand bestehen, und daß die Verbindungen zwischen
Dioden und Vierschichthalbleitern im Entregungsfall bei Steuerung der Halbleiter
in den stromdurchlässigen Zustand an eine Wechselspannungsquelle anschaltbar sind.
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Eine Entregungsanordnung nach der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch
an Hand zweier Beispiele dargestellt. In F i g. 1 ist eine Anordnung mit Konstantspannungsgenerator,
in F i g. 2 eine solche mit Stützschaltung gezeigt.
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Der zu entregende Generator 1 treibt einen Konstantspannungsgenerator
14 an, der den Erregergleichrichter 3 über geschlossene Schalter 13 in der Verbindungsleitung
speist. Der Erregergleichrichter 3 ist durch einen Regler 4 spannungsgeregelt, wobei
der Regler über einen Spannungswandler 5 an die Generatorspannung angeschlossen
ist. Aufgabe und Wirkungsweise des Reglers sollen hierbei außer acht gelassen werden,
da dies für die Erfindung ohne Bedeutung ist.
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Der Generator 1 hat eine Induktorwicklung 2, die an die Gleichstrompole
des Erregergleichrichters 3 angeschlossen ist, und zwar über einen normalerweise
geschlossenen Entregungsschalter 12, dem ein Entregungswiderstand 11 parallel
liegt. Zwischen Induktor 2 und Schalter 12 sind parallel zum Induktor mindestens
zwei, im vorliegenden Fall sogar drei Parallelpfade 6 angeordnet, die aus der Reihenschaltung
von Vorwiderständen 7 mit steuerbaren Vierschichthalbleitern 8 und Trockengleichrichtern
9 bestehen. Die Verbindung zwischen Gleichrichter 9 und Vierschichthalbleiter 8
ist je über einen Schalter 10 an die einzelnen Phasen des Konstantspannungsgenerators
von dem Schalter 13 angeschlossen.
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In F i g. 2 ist eine ähnliche Anordnung dargestellt, bei der gleiche
Teile mit gleichen Bezugszeichen wie in F i g. 1 versehen sind. An Stelle eines
Konstantspannungsgenerators zum Speisen des Erregergleichrichters 3 dient hier eine
sogenannte Stützschaltung, bei der die Speisespannung für den Gleichrichter der
Synchronmaschine selbst entnommen wird. Hierzu
dienen ein Transformator
15 und ein Transformator mit Luftspalt 16, so daß sich die Speisespannung für den
Erregergleichrichter 3 aus einer Strom- und einer spannungsabhängigen Komponente
zusammensetzt.
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Wie man sieht, kommt man bei der vorliegenden Erfindung mit einem
einzigen nicht in den Wechselrichterbetrieb umsteuerbaren Erregergleichrichter aus,
der bei der Entregung im Gegensatz zum Bekannten gleichstromseitig nicht abgeschaltet
oder gesperrt wird. Beim Schließen des Schalters 10 liegt ohne besondere Regelung
an der Induktorwicklung 2 eine von den Parallelpfaden 6 herrührende konstante Gegenspannung
an. Der Erregergleichrichter 3 wird entweder wechselstromseitig abgeschaltet oder
gleichstromseitig kurzgeschlossen, so daß der Gleichstrom in beiden Fällen weiter
in Durchlaßrichtung über den Erregergleichrichter 3 fließen kann, ohne daß dieser
eine treibende Spannung abgibt. Um dabei einen Kurzschluß zu vermeiden, wird der
bei normalen Betrieb überbrückte Widerstand 11 in den Erregerkreis durch
Öffnen des Schalters 12 eingeschaltet. Der Widerstand 11 hat damit eine grundsätzlich
andere Funktion als der bei einer bekannten Schaltung zur Schwingungsentregung übliche
überbrückbare Entregungswiderstand, der als Dämpfungswiderstand die Amplitude der
Schwingung beeinflußt. Bei der vorliegenden Entregungsanordnung tritt dagegen keine
Schwingung auf, sondern es fließt zunächst ein zusätzlicher Strom über den Widerstand
11 und den Erregergleichrichter 3. Nach der Stromumkehr in der Induktorwicklung
entsteht außerdem ein Stromfiuß von den Parallelpfaden 6 über die Induktorwicklung
2.
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Verwendet man bei der vorliegenden Erfindung einen in den Wechselrichter
umsteuerbaren Erregergleichrichter 3, so wird dieser vor teilhafterweise bei Beginn
der Entregung in den Wechselrichterbetrieb umgesteuert. Dies hat, keinen Einfluß
auf die Dauer der Entregung, da die von den Parallelpfaden 6 erzeugte Gegenspannung
an der Induktorwicklung 2 nicht beeinfiußt wird. Allerdings verringert sich durch
die Gegenspannung am Erregergleichrichter 3 der Spannungsabfall an dem Widerstand
11, so daß dieser gegebenenfalls kleiner dimensioniert werden kann als bei einer
Anordnung mit nicht in den Wechselrichterbetrieb umsteuerbarem Erregergleichrichter.
Auf jeden Fall liegt während der Entregung durch die aus den Parallelpfaden 6 gebildete
Brükkenschaltung ohne einen zusätzlichen Regler immer die gerade zulässige Gegenspannung
an der Induktorwicklung an.
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Sowohl in der Schaltung nach F i g. 1 als auch in der nach F i g.
2 kann die feldschwächende Spannung bei geschlossenem Schalter 10 und stromdurchlässig
ausgesteuerten Halbleitern 9 so lange aufrechterhalten werden, bis die Spannung
des Generators 1 bzw. die Gesamtdurchflutung oder die Hauptfeldspannung durch Null
geht. Sobald dies geschieht, werden die Halbleiter wieder in den sperrenden Zustand
gebracht. Auch bei der Anordnung nach F i g. 2 ist ein vorübergehendes Fließen eines
negativen Erregerstromes in der Induktorwicklung unabhängig davon möglich, ob im
Leerlauf oder Kurzschluß entregt werden soll. Für den Fall, daß der Erregergleichrichter
3 nicht auf Wechselrichterbetrieb umsteuerbar ist, werden die Schalter 13 gleichzeitig
mit dem Entregungsschalter 12 geöffnet, dagegen bleiben bei auf Wechselrichterbetrieb
umsteuerbaren Erregergleichrichtein die Schalter 13 zweckmäßig geschlossen, bis
der Entregungsvorgang beendigt ist.
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Bei Anwendung einer bereits anderweitig vorgeschlagenen Anordnung
mit mitrotierenden Gleichrichtern, insbesondere in Form von Vierschichthalbleitern,
können die Parallelpfade ebenfalls im Läufer mitrotierend angeordnet sein. Die Steuerbefehle
für das Sperren oder Öffnen der Halbleiter werden dann vorzugsweise induktiv übertragen,
wobei die Sperrbefehle für den negativen Induktorstrom beispielsweise von einer
Flußmessung im Luftspalt vom Läufer aus erfolgen kann. Falls eine Spannungsregelung
bei einer solchen Anordnung über die Erregerwicklung einer Drehstromhilfsmaschine
vorgenommen wird, wird diese Hilfsmaschine während der Entregung der Hauptmaschine
auf konstanter Spannung gehalten.
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Neben der Möglichkeit zur schnellen Entregung der Synchronmaschine
auf einfachste Weise ohne eine zusätzliche Regelung für die Brückenschaltung gestattet
die vorliegende Entregungsanordnung bei nur schwach erregter oder bei unerregter
Synchronmaschine die Aufrechterhaltung dieses Zustandes für den Fall, daß vom Netz
her infolge von Störungen oder Belastungsänderungen im Erregerkreis Ströme bzw.
Spannungen induziert werden. Dies kann einmal dadurch erfolgen, daß bei einer Störung
im Netz oder einer schnellen Belastungsänderung unmittelbar in der Induktorwicklung
2 eine hohe Wechselspannung induziert wird, oder es kann über die Stützschaltung
nach F i g. 2 und den Erregergleichrichter 3 eine unzulässig hohe Spannung an der
Induktorwicklung 2 auftreten. Bei nicht oder schwach erregter Maschine würde eine
Halbwelle der in der Induktorwicklung induzierten Spannung lediglich den Strom im
Erregergleichrichter 3 verstärken, während die zweite Halbwelle diesen bis auf Null
vermindern kann. Da hierbei der Gleichrichter sperrt, ergibt sich möglicherweise
eine hohe Spannung an der Induktorwicklung. Hierbei wirken die Vierschichthalbleiter
mit den dazu in Reihe geschalteten Widerständen 7 genau wie die Reihenschaltung
von Vierschichthalbleitern und Widerständen bei einer bekannten Anordnung zum Schutz
von Induktivitäten gegen Überspannungen, d. h. bei Erreichen der Durchbruchspannung
wird ein Vierschichthalbleiter 8 durchgesteuert, so daß ein weiterer Spannungsanstieg
unterbunden wird. Bei der Erfindung wird die Spannung, die nach dem Durchbruch eines
Vierschichthalbleiters an dem zugehörigen Vorwiderstand 7 auftritt, dazu ausgenutzt,
um sofort auch die übigen parallel geschalteten Vierschichthalbleiter in nicht näher
dargestellter Weise stromdurchlässig zu machen. Die Vorwiderstände sorgen dann gleichzeitig
auch für eine gleichmäßige Stromaufteilung auf die Parallelpfade. Die an den Vorwiderständen
7 dabei auftretenden Spannungen können weiterhin auch zum Auslösen von Abschalt-
und'oder Entregungsbefehlen herangezogen werden.
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Während Störungen oder Belastungsänderungen im Netz seitlich nicht
vorhergesehen werden können, so ist es jedoch bekannt, daß z. B. bei einer Grobsynchronisierung
leicht Ströme und Spannungen in der Induktorwicklung 2 induziert werden. Es ergibt
sich also schon beim Hochfahren der Maschine eine vom Netz herrührende Erregung,
die an sich vermieden
werden soll. In diesem Fall ist es zur Aufrechterhaltung
des unerregten Zustandes und zur gleichzeitigen Vermeidung von Überspannungen vorteilhaft,
eine Vorrichtung einzuschalten, welche die Vierschichthalbleiter 8 bei gleichzeitig
geöffnetem Schalter 10 durchsteuert. Dadurch wird schon vor Erreichen der Durchbruchspannung
an den Vierschichthalbleitern 8 ein Stromfluß über die Widerstände 7 ermöglicht
und so eine vom Netz herrührende vorzeitige Auferregung sowie überspannungen an
der Induktorwicklung vermieden.
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Zu steile Spannungsanstiege in den Induktoren können in allen Fällen
in an sich bekannter Weise durch Parallelschaltung von Kondensatoren allein oder
in Reihe mit Widerständen verhindert werden.
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An Stelle des in F i g. 1 angedeuteten Konstantspannungsgenerators
kann selbstverständlich auch jede andere Wechselstromhilfsmaschine, beispielsweise
eine Permanentpolmaschine oder ein Hilfssynchrongenerator mit einer anderen Erregungseinrichtung
dienen.