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Anordnung zur Erfassung von Fehlern an Erregergleichrichtern einer
schleifringlosen Synchronmaschine Schleifringlose Synchronmaschinen können so ausgebildet
sein, daß sie mit Wechselstrom-Erregermaschinen gekuppelt sind. Deren Induktionswicklungen
sind dann auf dem Rotor angeordnet und elektrisch über mitrotierende Gleichrichter
an die Erregerwicklung der Synchronmaschine angeschlossen. Die Erregerwicklung der
Wechselstrom-Erregermaschine wiederum ist dabei auf dem Ständer feststehend aufgebracht.
Sie wird von einem Gleichstrom aus einer beliebigen Gleichspannungsquelle gespeist.
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Für den Fall, daß in einem oder zwei Zweigen der Gleichrichter-Schaltung
Zellen defekt werden, d. h., daß diese entweder durchschalten, einen Kurzschluß
bilden oder aber auch öffnen, bedeutet das eine unsymmetrische Belastung der Wechselstrom-Erregermaschine.
Diese unsymmetrische Belastung führt zu einem gegenläufigen Drehfeld, das in der
Erregerwicklung der Wechselstrom-Erregermaschine Wechselspannungen induziert. In
diesem Zusammenhang ist es bekannt, diese induzierten Wechselspannungen zur Auslösung
von Anzeige- oder Schaltfunktionen zu verwenden (deutsche Auslegeschrift 1 181 805),
wobei insbesondere über einen Wandler und nachgeschaltete Steuerorgane die Trennung
der Hauptwicklung der Hauptmaschine vom Netz erfolgen kann. Eine derartige Anordnung
bedeutet eine rein qualitative Feststellung der induzierten Wechselkomponenten,
ohne daß deren tatsächlicher Ursache selektiv nachgegangen werden kann: Beispielsweise
würde diese bekannte Anordnung auch dann ansprechen, wenn eine Stoßbelastung oder
ein Kurzschluß zu induzierten Wechselspannungen im Erregerkreis der Erregermaschine
führt. In einem solchen Fall ist es aber keineswegs notwendig oder wünschenswert,
den Maschinensatz beispielsweise stillzusetzen.
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Weiterhin ist es durch die deutsche Auslegeschrift 1 169 577 bekannt,
als Meßwicklung bei schleifringlosen Synchronmaschinen eine ruhende Wicklung anzuordnen.
In dieser Meßwicklung werden auch während des ungestörten Betriebes Spannungen verschiedener
Höhe und Frequenz, unter anderem infolge der Nutung des Läufers der Erregermaschine,
infolge von Wicklungsunsymmetrien und der Schaltung der Gleichrichter, induziert.
Das Verfahren nach der deutschen Auslegeschrift 1 169577 sieht vor, bezüglich dieses
Frequenzgemisches die sich ergebenden Änderungen zu erfassen. Wird demzufolge vor
und während des Störungsfalles die Summenspannung in der ruhenden Meßwicklung erfaßt,
so zeigt sich, daß die Summenspannung im Störungsfalle nur unwesentlich größer,
in ungünstigem Falle sogar gleich, wenn
nicht kleiner als im Betriebsfalle ist. Eine
Erfassung der Änderungen nach dieser Methode wirft also Schwierigkeiten auf und
kann auch nicht in allen Fällen zuverlässig sein.
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Die Erfindung geht nun aus von der Erkenntnis, daß bei Fehlern in
einem oder zwei Gleichrichterzweigen deutlich Wechselkomponenten von der einfachen
und/oder doppelten Frequenz der Erregermaschine induziert werden. Hat beispielsweise
die Erregermaschine eine Frequenz von 150Hz, dann werden bei unsymmetrischen Fehlern
in der Erregerschaltung 150 und/oder 300 Hz induziert werden.
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Davon ausgehend wird bei einer Anordnung zur Erfassung von Fehlern
an mit der Welle umlaufenden Erregergleichrichtern einer schleifringlosen Synchronmaschine,
die von einer mitumlaufenden Erregermaschine mit feststehender Erregerwicklung gespeist
werden, mittels in einer ruhenden Meßwicklung induzierten Wechselspannungen erfindungsgemäß
vorgeschlagen, daß der Meßwicklung Filter nachgeschaltet sind, die so bemessen sind,
daß sie ausschließlich Spannungen der einfachen und/oder doppelten Grundfrequenz
des Ankers der Erregermaschine aussieben, die den nachgeschalteten Überwachungsorganen
zugeführt sind.
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Um nicht in jedem Fall bei einem Ansprechen der an sich bekannten,
nachgeschalteten Filter (deutsche Auslegeschrift 1 185 285), die beispielsweise
als Resonanzkreise ausgebildet sind, eine Folgefunktion auszulösen, wird in Weiterbildung
des Gegenstandes der Erfindung vorgeschlagen, daß den filterartig wirkenden Resonanzkreisen
ein Zeitglied nachgeschaltet
wird. Diese Einrichtung verhindert
das unmittelbare Ansprechen des dort angekoppelten Schaltmechanismus bzw. der Waruvorrichtung,
um beispielsweise die bei einem dreipoligen Kurzschluß der Hauptmaschine in der
Meßwicklung induzierten Frequenzen, die im Durchlaßbereich der Resonanzfilter liegen,
nicht sofort zur Auswirkung kommen zu lassen. Dieses Zeitglied sollte einstellbar
ausgebildet sein, um den gegebenen Erfordernissen angepaßt werden zu können.
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Durch diese Art der Schutzeinrichtung können praktisch nur unsymmetrische
Fehler im Lastkreis der Erregermaschine festgestellt werden. Ein dreipoliger Kurzschluß,
bei dem also die Zellen der drei Phasen gleichzeitig beschädigt werden, kann man
durch die Anordnung nach der Erfindung nicht feststellen; jedoch ist mit einem derartigen
Fall praktisch nicht zu rechnen.
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Die Erfindung wird an Hand von Beispielen in der Zeichnung beschrieben.
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Die F i g. 1 stellt das Prinzipschaltbild einer schleifringlosen
Synchronmaschine dar. Diese besteht aus der Hauptmaschine 2 mit den ruhend angeordneten
Ständerwicklungen 3 und der auf dem rotierenden Teil 4 befestigten Haupt-Erregerwicklung
5, welche zum Erregerstromkreis gehört. Die Erregermaschine 1 wiederum besteht aus
der festen Erregerwicklung 6 und der auf dem rotierenden Teil 4 angeordneten Ankerwicklung
7. Die von dieser ausgehende Wechsel spannung wird über die Gleichrichterbrücke
8 gleichgerichtet und in die Haupt-Erregerwicklung 5 eingespeist.
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Die als Meßwicklung 9 ausgebildete ruhende Wicklung ist dann die
Signalquelle für die nachgeschaltete Überwachungseinrichtung entsprechend der F
i g. 2.
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In der Meßwicklung 9 entsteht im Störungsfalle eine Wechselspannung
mit einfacher oder doppelter Frequenz, bezogen auf die der Erregermaschine. Diese
wird eingegeben in eine Transistorstufe 11, welche der Entkopplung und gleichzeitig
der Gleichrichtung dient und als Empfindlichkeits- oder Verstärkungsregler arbeitet
und so die Einstellung eines Schwellwertes gestattet. Damit wird erreicht, daß der
unvermeidliche Fremdstörpegel nicht zu ausgangsseitigen Meldungen am Resonanzfilter
Anlaß gibt.
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Infolge der Gleichrichtung in der Transistorstufe 11 wird grundsätzlich
eine Oberwellenerzeugung der Eingangsfrequenzen vorgenommen, so daß neben der Grundwelle
der Eingangsspannung auch noch die doppelte Grundwellenfrequenz mit genügend hohem
Signalpegel erzeugt wird. Mit Hilfe der Transistorstufe 11 gelingt es infolge der
Oberwellenerzeugung, mit nur einem Filter zwei verschiedene Frequenzen, deren Verhältnis
1 : 2 beträgt, herauszusieben, wenn das Filter auf die höhere von beiden Frequenzen
abgestimmt ist.
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Bei einer Nennfrequenz der Erregermaschine 1 von 150 Hz treten für
den zu registrierenden Fehlerfall stets 300-Hz-Anteile im Ausgang der Transistorstufe
11 auf, gleichgültig ob eingangsseitig 150Hz oder 300 Hz eingespeist werden.
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Als Filter kann beispielsweise hinter die Transistorstufe 11 ein
einfacher RC-Generator 12 zur Anwendung kommen, wenn er durch Schaltungsmaßnahmen
so weit bedämpft ist, daß er ohne ein fremdes Zusatzsignal noch nicht selbst schwingt.
Die zusätzliche Information erhält der RC-Generator 12 vom Ausgang der Transistorstufe
11. Stimmt die Frequenz dieses Signals mit der Resonanzfrequenz (z. B. 300 Hz)
des
RC-Generators 12 überein, so wird der Generator für die Zeitdauer des Störsignals
zu kontinuierlichen Schwingungen angeregt.
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Auf diese Art und Weise ist es relativ einfach möglich, Niederfrequenz-Filter
hoher Güte zu erzeugen.
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Die vom RC-Generator 12 abzugreifende Sinus-Funktion wird einem Impulsformer
13 zugeführt, der sie in eine Rechteckspannung umformt. Diese Rechteckspannung wird
zur Steuerung des Zeitgliedes 14 benutzt und außerdem einem Eingang des UND-Gatters
15 zugeführt. Der zweite Eingang des UND-Gatters 15 wird vom Ausgang des Zeitgliedes
14 gespeist und erhält erst nach Ablauf der dort eingestellten Verzögerungszeit
ein Signal. Daher kann das UND-Gatter 15 erst ein Rechtecksignal abgeben, wenn die
Störung länger andauert als die am Zeitglied 14 eingestellte Verzögerungszeit. Kurzzeitstörungen
ergeben daher im Ausgang vom UND-Gatter 15 keine Information.
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Das vom UND-Gatter 15 ausgehende Signal wird dann über eine Zündimpulsstufe
16 weitergeleitet und kann so die Thyristorstufe 17 steuern. Von dort aus kann dann
beispielsweise über den Ausgang 18 der Leistungsschalter zum Ausschalten der Hauptmaschine
2 gesteuert werden, wobei gleichzeitig eine Meldelampe 19 aufleuchtet. Diese ist
so ausgebildet, daß das an ihr anstehende Signal so lange stehenbleibt, bis es vom
Bedienungspersonal quittiert wird.
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Man hat also dadurch eine Kontrollmöglichkeit.
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Zur erhöhten Sicherheit wird in Weiterbildung des Gegenstandes der
Erfindung vorgeschlagen, die ganze Schutzeinrichtung einschließlich der Meßwicklung
9 doppelt auszubilden, wobei dann die Thyristorstufen 17 parallel geschaltet sind
und vorzugsweise gemeinsam auf dem Hauptschalter arbeiten. Eine derartige Anordnung
ist weiter unten in der F i g. 3 im einzelnen dargestellt.
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Nach der F i g. 3 speist die Hauptmaschine 2 die über ihre Klemmen
U, V, W und den Hauptschalter 20 in das mit RST bezeichnete Netz ein. Die Hauptmaschine
2 wird über die Gleichrichterbrücke 8 von den Ausgängen U, V, W der Erregermaschine
1 gespeist. Diese wiederum wird über die Klemmen I, K mittels einer beliebigen Gleichstromquelle
21 erregt.
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Zusätzlich sind auf den feststehenden Polen der Erregermaschinel zwei
Meßwicklungen9 angebracht; diese werden unabhängig voneinander ausgewertet in dem
nach der Erfindung ausgebildeten Teil 22 der Schutzeinrichtung, die über zwei Kanäle
23 gespeist wird und alle Einheiten doppelt enthält.
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Zusätzlich werden die Meßwicklungskreise mit Hilfe einer Ruhestromeinrichtung
überwacht, die aus einer weiteren Gleichspannungsquelle 24 gespeist wird. Das heißt,
bei Drahtbruch in der Meßwicklung 9 oder in deren nachgeschaltetem Leitungskreis
erfolgt eine Anzeige durch den Melder 25.
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In dem Teil 22 der Schutzeinrichtung befindet sich eine Eingangs
elektronik 26, der sich eine Auswerteelektronik 27 anschließt. Man kann im wesentlichen
davon ausgehen, daß der Teil 22 der Schutzeinrichtung so ausgebildet ist, wie es
prinzipiell in der F i g. 2 beschrieben wurde.
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In der Auswerteelektronik 27 kann man den Schwellwert an den Widerständen
28 einstellen und die Ansprechzeitverzögerung an dem Widerstand 29.
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Der Auswerteelektronik 27 ist ein Ausgangsverstärker 30 nachgeschaltet,
der zwei Thyristoren 31 unabhängig voneinander schaltet. Wird solch ein Thyristor
31
durchgeschaltet, so leuchtet zunächst ein Leuchtmelder 32 auf,
der vom Bedienungspersonal quittiert werden muß. Außerdem wird mit diesen Thyristoren
31 ein Kreis kurzgeschlossen, der einerseits den Feldkurzschließer 33 betätigt und
somit das Feld der Erregermaschine 1 kurzschließt, der andererseits aber auch den
Hauptschalter 20 öffnen kann.
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Man sieht, daß alle wesentlichen Teile der Schutzeinrichtung doppelt
ausgeführt sind, einschließlich der Netzhilfsgeräte.