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Einrichtung zur Ermittlung von Ausfällen der Sicherungen, die den
im rotierenden Teil elektrischer Maschinen befindlichen Stromrichtern vorgeschaltet
sind Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Einrichtungen mit rotierenden Stromrichtern,
die neben Stromrichterventilen zum Schutz von Teilen der Stromrichter bestimmte
Sicherungen enthalten.
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Derartige Einrichtungen werden insbesondere bei Maschinen mit rotierenden
Induktionen angewendet, wenn Schleifkontakte vermieden werden sollen. In der Regel
wird es sich um Synchrongeneratoren größter Leistung handeln. Die Kühlung der Stromrichterventile
(Halbleiterventile) und der Sicherungen ist wegen der Rotation und der großen Abmessungen
der vorgenannten Maschinen gut.
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Entsprechend der Art der Spannung und des Stromes werden die Stromrichterventile,
bei denen es sich um Dioden oder steuerbare Ventile handeln kann, in jedem Stromrichterzweig
erforderlichenfalls in Reihe und/oder parallel geschaltet. Die Teilventile eines
Stromrichters werden durch Sicherungen geschützt. Die Zahl der Stromrichterventile
bzw. der Teilventile wird im allgemeinen derart bestimmt, daß nach Ausfall eines
oder mehrerer Stromrichterventile des gleichen Stromrichterzweiges die hierdurch
bewirkte Überbeanspruchung der noch in dem gleichen Stromrichterzweig verbleibenden
gesunden Stromrichterventile von diesen ohne Gefahr ertragen werden kann. Ausfälle
von Stromrichterventilen können sich beispielsweise durch Überspannungen, die einer
zufälligen Öffnung des Erregerkreises einer Synchronmaschine folgen, ergeben. Falls
solche Störungen länger andauern, wird sich zunehmend die Zahl der gesunden Stromrichterventile
eines Stromrichterzweiges vermindern, so daß die verbleibenden Stromrichterventile
zunehmend überlastet werden und dann der gesamte Stromrichterzweig ausfällt.
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Es ist bereits eine Schaltungsanordnung zur Ermittlung von Ausfällen
der Sicherungen, die sich in rotierenden Stromrichterkreisen elektrischer Ma schinen
befinden, bekannt. In dieser Anordnung sind parallel zur Sicherung der Stromrichterventile
Anzeigelampen oder Hilfssicherungen zur Anzeige des Betriebszustandes jedes einzelnen
Stromrichterventils vorgesehen. Die Schmelzdrähte der Hilfssicherungen werden dabei
stroboskopisch oder magnetisch abgetastet. Auf diese Weise kann festgestellt werden,
wie viele Stromrichterventile ausgefallen sind. Mit der Signalübermittlung ist eine
Auswertungseinrichtung verbunden, die ein Warnsignal abgibt, wenn bei Ausfall einer
bestimmten Anzahl von Stromrichterventilen der Betrieb gefährdet ist.
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Andererseits ist es zur Übertragung elektrischer Meßwerte von rotierenden
Maschinen auf ruhende Anzeigegeräte bekannt, eine elektromagnetische tÇber-
tragungseinrichtung
zu verwenden, bei der ein von der Meßgröße erregter, mit dem umlaufenden Teil der
Maschine rotierender induktiver Geber vorgesehen ist, dessen Magnetfeld in einem
feststehenden induktiven Empfänger eine der Meßgröße entsprechende Spannung induziert.
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Es ist von wesentlichem Interesse, nicht nur die Zahl von ausgefallenen
Sicherungen eines Stromrichterzweiges zu erfassen und bei Ausfall jeder Signalisation
auszulösen, sondern auch von einer bestimmten Zahl von je Stromrichterzweig ausgefallenen
Sicherungen ab eine mehr oder weniger schnelle selbsttätige Herabsetzung der Belastung
der Einrichtung vorzunehmen.
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Die Erfindung bezieht sich nun auf eine Einrichtung zur Ermittlung
von Ausfällen der Sicherungen, die den im rotierenden Teil elektrischer Maschinen
befindlichen Stromrichtern vorgeschaltet sind, bei der rotierende Signalgeber vorgesehen
sind, welche von der an den Klemmen einer angesprochenen Sicherung auftretenden
Spannung erregt werden, und bei der außerhalb der rotierenden Signalgeber mindestens
ein die übertragenden Signale elektromagnetisch erfassender Signalempfänger fest
angeordnet ist, der mit einer Schaltungsanordnung in Verbindung steht, deren Ansprechen
von Zahl und Ort
der gegebenenfalls angesprochenen Sicherungen abhängig
gemacht ist. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Sicherungen aller
parallelgeschalteten Stromrichterventile eines Stromrichterzweiges an getrennte
Erregerwicklungen eines Magnetkernes angeschlossen sind, der zwischen den feststehenden
Schenkeln eines induktiven Empfängers rotiert daß jedem Stromrichterzweig ein derartiger
rotierender Magnetkern und ein induktiver Empfänger zugeordnet sind und daß die
zugehörige Schaltungsanordnung ein Relais aufweist, das bei Überschreitung eines
spannungs- oder strominäßig vorgegebenen Schwellwertes durch die von einem Stromrichterzweig
herkommenden Signale Steuerungsmaßnahmen einleitet. Hierdurch soll eine sichere
Arbeitsweise, eine selbsttätige und selektive Störungserfassung sowie der Anschluß
weiterer steuerungstechnischer Mittel ermöglicht bzw. gewährleistet werden.
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Bei einer anderen Ausführungsform ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet,
daß die Sicherungen aller Stromrichterzweige jeweils an die Erregerwicklung eines
durch diese und den zugehörigen Magnetkern gebildeten induktiven Gebers angeschlossen
sind, dessen Magnetkern zwischen den Schenkeln eines induktiven Empfängers rotiert,
daß den rotierenden Gebern zwecks Festlegung der Lage der angesprochenen Sicherungen
mindestens ein aus einem Dauermagneten bestehender B ezugsinduktor zugeordnet ist,
dessen Signale gegebenenfalls durch einen zusätzlichen induktiven Empfänger erfaßbar
sind, daß die Schaltungsanordnung von einer Koinzidenzzähleinrichtung gebildet ist,
die bei einer vorbestimmten Zahl der vom gleichen Stromrichterzweig herrührenden
Signale Steuerungsmaßnahmen einleitet.
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Zur weiteren Erläuterung der Erfindung dienen die Figuren.
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Fig. 3. zeigt eine Schaltungsmöglichkeit eines rotierenden Stromrichters;
F i g. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem jedem Stromrichterzweig ein rotierender
Geber zugeordnet ist; Fig.3 und 4 sowie 5 und 6 zeigen zwei Ausführungsbeispiele,
bei denen für jede Sicherung ein rotierender Geber vorgesehen ist.
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F i g. 1 zeigt als rotierenden Stromrichter einen dreiphasigen Gleichrichter
in Drehstrom-Brückenschaltung. Die drei Phasenanschlüsse sind mit 1, 2 und 3 bezeichnet.
Die Drehstrom-Brückenschaltung enthält sechs Stromrichterzweige A, B, C, D, E und
F. Jeder Stromrichterzweig (vgl. A) enthält vier Strompfade a, b, c und d. In jedem
dieser Strompfade sind zwei in Reihe geschaltete Stromrichterventile und eine vorgeschaltete
Sicherung 5 vorgesehen. Das von den beiden Stromrichterventilen gebildete resultierende
Stromrichterventil 4 wird nachfolgend als Teilventil bezeichnet.
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Die Dimensionierung jedes Stromrichterzweiges erfolgt derart, daß
der Ausfall nur eines Strompfades, d. h. der Ausfall nur eines Teilventils4, betriebsmäßig
noch zulässig ist. Wenn jedoch zwei Teilventile eines Stromrichterzweiges ausfallen,
dann wird die sich hieraus ergebende Überlastung - der noch verbleibenden gesunden
Teilventile kritisch und erfordert eine mehr oder weniger schnelle Herabsetzung
der Belastung dieses Stromrichterzweiges.
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In dem in F i g. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung
ist der Übersicht halber nur der
Stromrichterzweig A von Fig. 1 enthalten. Klemmein
6 und 7 einer der SicherungenS führen zu einem rotierenden induktiven Geber. Dieser
enthält einen lamellierten Doppel-T-Anker 9, der mit zugehörigen Erregerwicklungen
versehen ist. Dabei ist an die Klemmen 6 und 7 eine Erregerwicklung 8 angeschlossen.
Die Erregerwicklungen des Ankers 9 sind in ihrem Scheinwiderstand der Speisespannung
des Stromrichterzweiges angepaßt. Der rotierende Geber kann am Ende der Welle des
Trägers der rotierenden Stromrichterventile und Sicherungen angebracht sein. Jede
der Sicherungen der vier Teilventile bzw. der vier Strompfade a, b, c und d des
gleichen Stromrichterzweiges ist an eine der vier in F i g. 2 gezeigten Erregerwicklungen,
die sich untereinander gleichen, angeschlossen. In entsprechender Weise sind für
die anderen Stromrichterzweige B, C, D, E und F weitere rotierende Geber vorgesehen.
Jedem rotierenden induktiven Geber ist ein induktiver Empfänger zugeordnet. In F
i g. 2 ist dieser mit elektromagnetischen Mitteln gebildet. Es können jedoch auch
magnetogalvanische Mittel, beispielsweise ein vom Magnetfeld des rotierenden Gebers
erregter Wismutleiter, vorgesehen sein. Der dargestellte induktive Empfänger empfängt
nach dem Durchschmelzen einer der Sicherungen 5 mit Hilfe des rotierenden Gebers
8, 9 übertragene Signale, die einem Relais 12 zugeführt werden. Der induktive Empfänger
enthält hier im wesentlichen einen magnetischen Kern 10 und eine Spule 11. Das Relais
12 wird durch die bei Ausfall einer oder mehrerer Sicherungen 5 bedingten Signale
erregt und kann eine Signalisation auslösen.
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Bei Ausfall mehrerer Sicherungen eines Stromrichterzweiges kann eine
Verminderung der Belastung eingeleitet werden.
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Eine derartige Einrichtung erlaubt demnach, ohne weiterer Kunstgriffe
selbsttätig zu unterscheiden, ob mehrere Fehler in einem Stromrichterzweig oder
in verschiedenen Stromrichterzweigen vorliegen. Eine vorherige Eichung des induktiven
Empfängers 10, 11 und des Relais 12 gibt die Möglichkeit, mit Sicherheit die Zahl
der je Stromrichterzweig ausgefallenen Teilventile zu erkennen. Die Eichung kann
in Abhängigkeit von der Speisespannung des Stromrichterzweiges erfolgen. Ein Vergleich
der Speisespannung mit den vom induktiven Empfänger 10, 11 abgegebenen Signalen
ergibt mit Sicherheit vom Strom des Stromrichterzweiges unabhängige Ansprechwerte.
Somit können in jedem Augenblick die Zahl der je Stromrichterzweig in Betrieb befindlichen
Stromrichterventile festgestellt und bei im Inneren des rotierenden Stromrichtersystems
auftretenden Unterbrechungen unverzögert Steuerungsmaßnahmen eingeleitet werden.
Infolgedessen kann die Zahl von vollständigen Betriebsunterbrechungen erheblich
herabgesetzt werden.
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Wenn das Wellenende des Rotors, beispielsweise eines Synchrongenerators,
das die rotierenden Stromrichterventile trägt, nicht frei ist oder wenn eine Anbringung
von sechs (gemäß dem Beispiel von F i g. 1) rotierenden Gebern zu Schwierigkeiten
führt, kann man zu einer in Fig.3 und 4 dargestellten Einrichtung übergehen. In
diesen Figuren sind ein Längs- und ein Querschnitt eines Teiles des Trägers der
rotierenden Stromrichterventile dargestellt. In den Figuren ist für die Sicherheitsüberwachung
des gesamten rotierenden Stromrichters ein gemeinsamer rotierender Geber verwendet.
Letzterer wird unter
Verwendung des Trägers der Stromrichterventile
4 und der Sicherungen 5 gebildet. Jede Sicherung 5 ist an eine Erregerspule 13 angeschlossen.
Jeder Erregerspule 13 ist ein eigener Kern 14 zugeordnet, der in dem Träger 15 befestigt
ist. Somit rotieren alle diese induktiven Geber 13 und 14 auf einer Kreisbahn und
in einer zur Rotationsachse 16 senkrechten Ebene.
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In diesem Ausführungsbeispiel ist nur ein gemeinsamer induktiver Empfänger
vorgesehen, der einen magnetischen Kern 17 und eine Spule 18 enthält.
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Wenn die Zahl der Stromrichterzweige n beträgt und p zu überwachende
Teilventile je Stromrichterzweig vorhanden sind, dann wird man p n induktive Geber
vorsehen. Ein Bezugsinduktor 19, der von einem kleinen Dauermagnet gebildet sein
kann, ist gemäß F i g. 3 vorgesehen. Dieser Bezugsinduktor 19 kann sich auf der
gleichen Kreisbahn bewegen und an einer beliebigen Stelle der rotierenden Einrichtung
angeordnet sein. In dem letztgenannten Fall wird aber ein zweiter induktiver Empfänger
erforderlich.
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Wenn die rotierende Einrichtung ein axiales Spiel hat, wie es der
Fall bei Turbogeneratoraggregaten ist, dann wird man zu einer radialen Anordnung
der Magnetkerne der Geber, wie sie in den F i g. 3 und 4 dargestellt ist, greifen.
Wenn jedoch ein derartiges axiales Spiel nicht auftreten kann, dann ist auch eine
axiale Anordnung der Magnetkerne der Geber 13, 14 ohne weiteres möglich.
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Die Markierung und die Kontrolle des Zustandes der jeweiligen Sicherung
kann nun in der folgenden Weise erfolgen. Die Spulel8 des induktiven Empfängers
ist an eine Koinzidenzzähleinrichtung angeschlossen. Das vom Bezugsinduktor 19 (F
i g. 3) erzeugte Signal löst einmal bei jeder Umdrehung einen Zählvorgang aus. Dieser
Zählvorgang erlaubt zu erkennen, ob einer oder mehrere der p n rotierenden Geber
13, 14 erregt sind, und im bejahenden Fall deren Winkelstellung in bezug auf den
Bezugsinduktor 19 zu markieren. Die Koinzidenzkreise können beispielsweise derart
ausgebildet sein, daß im Fall eines einzigen Signals für eine der den n Stromrichterzweigen
zugeordneten Gruppen von Gebern die Einrichtung 20 nur einen hörbaren Alarm oder
eine optische Signalisation auslöst. Die optische Anzeige kann über eine mit Zahlen
versehene Leuchttafel erfolgen, bei der die leuchtenden Zahlen die in Betrieb befindlichen
Teilventile angeben. Sobald zwei oder mehrere der Geber 13, 14 des gleichen Stromrichterzweiges
erregt sind, kann die Einrichtung 20 einen weiteren Alarm oder eine weitere Signalisation
bewirken und durch weitere steuerungstechnische Maßnahmen eine unverzügliche Verminderung
der Belastung des Stromrichterzweiges bzw. eine Abschaltung bewirken. Die mit den
F i g. 3 und 4 gezeigte beispielsweise konstruktive Ausbildung der Einrichtung ist
nicht dem Zustand und den Abmessungen des Wellenendes, beispielsweise eines Turbogenerators,
unterworfen. Es ergibt sich jedoch eine geringfügige Vergrößerung der Abmessungen
des Trägers 15 der rotierenden Stromrichterventile 4 und der zugehörigen Sicherungen
5. In dem in den F i g. 5 und 6 gezeigten Ausführungsbeispiel ist eine Möglichkeit
weiterer Raumeinsparung gezeigt. Die Fig. 5 und 6 zeigen in Anlehnung an die Fig.
3 und 4 ebenfalls teilweise Darstellungen eines Längs-und eines Querschnittes des
Trägers der Stromrichterventile 4 und der Sicherungen 5. p n Erregerwicklungen 21
sind in einem Spezialrotor 22,
der dem Träger 15 zugeordnet ist, eingebettet. Die
Einbettung erfolgt nach Art eines vielpoligen Induktors einer elektrischen Maschine.
Wie gemäß dem Ausführungsbeispiel nach den F i g. 3 und 4, kann die Erfassung von
Stromunterbrechungen mit Hilfe eines einzigen induktiven Empfängers erfolgen.
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Letzteres ist mit Hilfe eines magnetischen Kernes 23 und einer Spule
24 gebildet. Am Wellenende befindet sich der Bezugsinduktor 19, der auf einen gesonderten
induktiven Empfänger 25 einwirkt. Mit 20 ist eine Koinzidenzzähleinrichtung bezeichnet,
wie sie bereits zu dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel beschrieben wurde.