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Anordnung zur Entregung von Synchronmaschinen Die Erfindung betrifft
eine Anordnung zur Entregung von Synchronmaschinen nach dem Prinzip der Gegenerregung,
die durch Magnetverstärker gesteuert wird, wobei als Kriterium für die Abschaltung
der Gegenerregung das Verschwinden des Ständerfeldes durch Erfassung des Nulldurchganges
von Generatorstrom und Generatorspannung verwendet wird.
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Es sind bereits Entregungseinrichtungen für große Generatoren bekanntgeworden,
bei denen von schneller Entregung auf verlangsamte Entregung umgeschaltet wird,
indem die Unischaftmittel in Form von Umschaltrelais in Abhängigkeit vom Generatorstrom
oder vom Generatorstrom und der Generatorspannung oder von zu diesen Größen proportionalen
oder annähernd proportionalen Größen, insbesondere bei Verschwinden des Generatorstroms
oder des Generatorstroms und der Generatorspannung, den Entregungsvorgang von schneller
Entregung auf verlangsamte Entreguno, umschalten.
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Neben diesen bekannten Entregungseinrichtungen, bei denen eine Relaiseinrichtung
die Größe des Ständerfeldes der Synchronmaschine in der Nähe des Nulldurchganges
überwacht und beim Nulldurchgang des Ständerfeldes die Öffnung des Erregerkreises
bewirkt, ist auch eine Anordnung bekanntgeworden, bei der der Spannungsschnellregler
des Generators zur Entregung herangezogen wird. Im Störungsfall wird das Meßsystem
des Spannungsschnellreglers an eine Summenspannung geschaltet, die aus der gleichgerichteten
Generatorsekundärspannung. den gleichgerichteten Spannungen, die durch die Sekundärströme
der im Generatorstem liegenden Stromwandler an festen induktionsfreien Widerständen
erzeugt werden, und aus einer auf die Charakteristik des Spannungsschnellreglers
hinsichtlich des Gleichgewichts seines Meßsystems derart abgestimmten konstanten
Gleichspannung gebildet wird, daß der Schnellregler dann nicht mehr den Generator
auf normale Spannung, sondern auf die Spannung Null regelt. Weiterhin sind auch
Einrichtungen zur Schwingungsentregung von elektrischen Maschinen mit Erregerinaschinen
bekanntgeworden, bei welchen ein Umschalten durch Schaltmittel, Relais oder Gleichrichterventile
in Abhängigkeit einer Differenzwirkung zweier Spannungen erfolgt, von denen die
eine der Polradspannung und die andere dem Polradstrom verhältig ist.
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Um eine schnelle Entregung von Synchronmaschinen zu erzielen, ist
es vorteilhaft, den Generator mit umgepoltem Induktorstrom gegenzuerregen. Das Problem
hierbei ist, den Zeitpunkt zu erfassen, zu dem die Generatorspannung Null ist, und
dann die Gegenerregung abzustoppen. Man kann dazu empfindliche Relaiseinrichtungen
verwenden; aber zweckmäßiger ist es, die Steuerung kontaktlos durchzuführen, wie
dies unter Verwendung von Magnetverstärkem bereits vorgeschlagen wurde. Aber diesen
Vorschlägen haftet ein wesentlicher Mangel an, der auf die grundsätzlichen Eigenschaften
von Magnetverstärkern zurückgeht. Praktisch brauchbar für diesen Zweck sind an sich
nur spannungssteuernde Verstärker, die prinzipiell eine Kennlinie für den Ausgangsstrom
J" in Abhängigkeit vom Steuerstrom J, gemäß F i g. 1 besitzen. Die Sperrfähigkeit
erlangt ein solcher Verstärker erst, wenn durch eine bestimmte feste Vordurchflutung
die Kennlinie weit genug nach rechts verschoben wird. Ohne diese Vordurchflutung
werden mindestens zwei Drittel des Nennausgangsstroms durchgelassen. Die Nachteiligkeit
dieser Eigenschaft für die Steuerung einer Gegenerregung zum Zwecke der
C CD
Entregung von Synchrongeneratoren liegt auf der Hand: Die Funktionsfähigkeit
einer solchen Einrichtung steht und fällt mit dem Vorhandensein des Vorstroms. Fällt
dieser durch irgendeine technische Störung aus, dann wird zwar die Generatorspannung
zunächst bis auf Null abgebaut, steigt aber dann ebenso rasch wieder auf einen sehr
beträchtlichen Wert an und bleibt auf diesem Wert. Diese Einrichtunaen besitzen
also nicht den hohen Sicherheitsgrad, der für eine Entregungseinrichtung gefordert
werden muß. Um einen so wesentlichen Mangel zu beseitigen, ist auch bereits vorgeschlagen
worden, eine Magnetverstärkeranordnung in Gegentaktschaltun einzusetzen. Eine solche
Anordnung hat eine g C resultierende Kennlinie gemäß F i g. 2. Wie
man ZD sieht, verläuft diese symmetrisch durch den Nullpunkt, so daß bei Steuerstrom
Null stets auch der Ausgangsstrom Null ist. Eine konstante Vordurchflutung
ist
hier nicht mehr - wenigstens nicht zur Einstellung des Nullpunktes
- erforderlich. Damit ist also bereits ein wesentlicher Fortschritt erreicht.
Jedoch ist mit der Gegentaktschaltung wieder ein anderer Nachteil verbunden, weil
ihr Wirkungsgrad ziemlich klein ist, so daß eine verhältnismäßig leistungsstarke
Stromquelle notwendig ist. Sie kann deshalb vielfach nur aus dem allgemeinen Wechselstromhilfsnetz
des Kraftwerks versorgt werden, das aber nicht immer als ausreichend sicher im Hinblick
auf die unbedingte Funktionsbereitschaft einer Entregungseinrichtung angesehen werden
kann.
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Es sind nun auch Anordnungen für Spannungsregeleinrichtungen bekanntgeworden,
in denen mehrere Magnetverstärker in Reihe geschaltet sind. Mit diesen Anordnungen
kann aber ein Generator nicht entregt werden, denn Spannungsregeleinrichtungen und
Entregungseinrichtungen sind etwas Grundverschiedenes. Sie haben ganz andere Ziele
und müssen daher auch ganz unterschiedliche Eigenschaften aufweisen. Die bloße Tatsache,
daß in beiden Fällen zwei Magnetverstärker vorhanden sind, besagt gar nichts, denn
allein der Funktionssinn hinsichtlich Anordnung und Einsatzweise dieser Magnetverstärker
ist ausschlaggebend. Es ist bisher noch keine Anordnung bekanntgeworden, durch die
der für die praktische Brauchbarkeit einer mit eintaktigen Magnetverstärkern gesteuerten
Entregung entscheidende Gedanke auch nur nahegelegt ist.
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Erfindungsgemäß sind bezüglich der Arbeitswicklungen in Reihe liegend
ein spannungsteuemder und ein stromsteuernder Magnetverstärker vorhanden, wobei
der spannungsteuernde Verstärker mittels zweier von Generatorspannung bzw. Generatorstrom
proportional beaufschlagter Steuerwicklungen die Gegenerregung bis in die Nähe des
Nullwerdens des Ständerfeldes aufrecht hält und in Sperrung gelangt, wenn Generatorstrom
bzw. -spannung Null sind, während der stromsteuernde Verstärker bei Ausfall des
den Arbeitspunkt des spannungsteuernden Verstärkers bestimmenden Vorstroms automatisch
die Möglichkeit einer Gegenerregung blockiert.
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Der stromsteuernde Transduktor dient also gewissermaßen als Stromflußsicherung
oder Schaltglied, das den Stromkreis geschlossen hält, solange der Vorstrom des
spannungsteuernden Verstärkers und Steuerorgans im eigentlichen Sinn vorhanden ist,
und das den Stromkreis unterbricht, wenn dieser Vorstrom fehlt. Die Anordnung stellt
eine Sicherheitssehaltung dar, bei der automatisch der Ausgangsstrom auf Null gebracht
wird, wenn der Vorstrom, der für das eigentliche Steuerglied, den spannungsteuernden
Verstärkern, unabdingbare Voraussetzung für sinngemäßes Verhalten ist, ausfällt.
Ein gewöhnlicher Steuerverstärker an sich bekannter Schaltung und Bauart ist nur
in einer derartigen Sicherheitsschaltung für den Einsatz in Entregungseinrichtungen
brauchbar. Diese Einrichtung erfüllt alle vorstehend als für eine Entregungseinrichtung
unbedingt notwendig anerkannten Bedingungen und vermeidet gleichzeitig die geschilderten
Nachteile. Außerdem besteht ein großer Vorteil darin, daß eine Steuereinrichtung
zur Verfügung steht, deren Eigenverbrauch niedrig genug liegt, so daß sie aus den
Schleifringen der Gleichstromhilfserregermaschine versorgt werden kann.
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Die Anordnung beruht auf folgender überlegung: Die Magnetverstärkeranordnung
muß stoßweise eine recht beträchtliche Ausgangsleistung abgeben und dabei
- auf den Beginn des Entregungsvorganges bezogen - um ein Vielfaches
übersteuert werden, damit möglichst bis zum Ende des Entregungsvorganges die maximal
mögliche Gegenerregung ansteht. Die Steuerleistun- wird dabei den Strom- und Spannungswandlern
des Generators entnommen. Verwendet man nun einen stromsteuernden Verstärker, dessen
Kennlinie für den vorliegenden Zweck an sich idealen Verlauf hat (s. F i
g. 3), weil beim Steuerstrom Null ohne weitere Maßnahmen auch der Aus-"angsstrom
Null ist, dann werden so hohe Steuer leistungen benötigt, daß sie von den Strom-
und Spannungswandlern kaum mehr aufgebracht werden können; greift man aber auf spannungsteuernde
Verstärker zurück, dann bieten zwar die Steuerleistungen kein Problem, aber der
Ausgangsstrom ist, wie bereits geschildert, ohne konstanten Versteuerstrom nicht
auf Null zu bringen. Die erfindungsgemäße Anordnung kombiniert nun beide Elemente,
so daß die jeweiligen Vorteile zusammenfallen, die Nachteile aber ausgeschieden
werden.
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In F i g. 4 ist die prinzipielle schaltungsmäßige Anordnung
dargestellt. Der Induktor des Synchrongenerators 1 wird von der Haupterregerinaschine
2 erregt. Im Induktorkreis liegt ein Widerstand 3, der die Entregung durch
Verkleinerung der Zeitkonstante dieses Kreises unterstützt. Der Widerstand
3
wird bei normalem Betrieb von einem Kontakt 4 des nicht gezeichneten Entregungsschalters
überbrückt. Die Haupterregermaschine 2 wird von einer Hilfserregerinaschine in Form
einer Amplidyne-Verstärkennaschine 5 erregt. Diese besitzt mehrere Steuerfeldwicklungen,
von denen die Feldwicklungen 6, 7
für die Spannungsregelung bestimmt sind,
während die Feldwicklung 8 für die Entregung verwendet wird. Die Feldwicklung
8 wird über den Gleichrichter 9 aus einer Wechselspannungsquelle
10 gespeist, und zwar mit einer Spannung, die durch die beiden Magnetverstärker
11, 12 gesteuert wird. Der Magnetverstärker 11 besitzt eine Steuerwicklung
13, der Magnetverstärker 12 besitzt Steuerwicklungen 14, 15,
16.
Dabei wird die Steuerwicklung 14 entsprechend dem Strom, die Steuerwicklung
16 entsprechend der Spannung der Synchronmaschine gespeist, so daß damit
die charakteristischen Größen des Ständerfeldes in die Regelung eingehen. Die Steuerwicklung
15
wird über einen Einstellwiderstand 20 aus einer nicht dargestellten Hilfsstromquelle
gespeist und liefert einen Vorstrom. Die Steuerwicklungen 13 und
15
sind in Reihe geschaltet und werden daher von demselben Vorstrom durchflossen.
Die Feldwicklungen 6
und 7 der Hilfserregermaschine 5 stehen
über Kontakte 17, 18 des Entregungsschalters mit einem Spannungsregler 21
geeigneter Bauart in Verbindung. Im Stromkreis der Feldwicklung 8 liegt ein
weiterer Kontakt 19 des Entregungsschalters.
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Die Arbeitsweise ist wie folgt: Soll der Entregungsvorgang eingeleitet
werden, dann wird zunächst der Entregungsschalter 4 geöffnet, so daß der Entregungswiderstand
3 wirksam wird. Die Kontakte 17,
18 werden geöffnet, so daß
der Spannungsregler abgeschaltet ist. Der Kontakt 19 wird geschlossen, so
daß das Entregungsfeld 8 einen von den Magnetverstärkern 11 und 12
gesteuerten Strom erhält. Im eigentlichen Sinne obliegt die Steuerung des Stroms
dem Magnetverstärker 12. Es handelt sich dabei um einen spannungsteuernden Verstärker
mit einer
Vorstromwickluno, 15, die die Kennlinie so verschiebt,
daß der Ausgangsstrom Null wird, wenn die Steuerströme in den Wicklungen 14 und
16, die von Generatorstrom bzw. Generatorspannung gespeist werden, nach beendetem
Entregungsvorgang ebenfalls auf Null abgeklungen sind. Derselbe Vorstrom, der die
Steuerwicklung 15 des spannungsteuernden Verstärkers 12 durchfließt, durchfließt
auch die Steuerwicklung 13 des stromsteuernden Verstärkers 11. Die
Auslegung beider Verstärker ist so getroffen, daß der für den Verstärker 12 notwendige
Vorstrom mindestens ausreicht, um den Verstärker 11 voll aufzusteuern. Der
Verstärker 11 wirkt also wie ein Ventil, das voll geöffnet ist, solange der
Vorstrom fließt und damit für den Verstärker 12 einwandfreie Arbeitsbedingungen
gegeben sind, und das geschlossen ist, wenn der Vorstrom fehlt und der Verstärker
12 deshalb nicht mehr in der Lagge ist von sich aus die Sperrung herbeizuführen.
Zwischenzustände interessieren nicht, da der Vorstrom entweder vorhanden oder nicht
vorhanden ist und kleinere Schwankungen ohne Bedeutung sind. Mit Hilfe, des Vorwiderstandes
20 kann der Vorstrom auf bestimmte Werte eingestellt werden ' so daß z. B.
der Verstärker 12 seine Sperrfähigkeit schon erlangt, noch bevor die Generatorspannung
ganz auf Null abgesunken ist. Man gewinnt auf diese Weise eine mit Rücksicht auf
die Remanenzspannung erwünschte Unempfindlichkeit in der Nähe des Nullpunktes.