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Einrichtung zur Überwachung und/oder Messung des Gesamtstromes sowie
aller Einzelströme umlaufenden Leitungen Die Erfindung bezieht sich äuf eine Einrichtung
zur Überwachung und/oder Messung des Gesamtstromes sowie aller Einzelströme in umlaufenden
Leitungen, die von einer Wechselstrommaschine über umlaufende Stromrichter zu einer
weiteren Wechselstrommaschine führen, mittels eines umlaufenden Meßblechpaketes
und feststehender, über den Außenumfang desselben verteilt angeordneter, magnetfeldempfindlicher
Meßsonden, wobei die Leitungen durch Axialkanäle des Meßblechpaketes führen, die
über 3600 verteilt angeordnet sind. Eine solche Einrichtung ist schon vorgeschlagen
worden.
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Um bei dieser schon vorgeschlagenen Einrichtung eine t) Überwachung
und Messung des Gesamtstromes sowie aller Einzelströme zu ermöglichen, sind für
jede Meßsonde zusätzlich Gruppen von Steuergleichrichtern vorgesehen, die mittels
einer optisch-elektrischen oder magnetisch-elektrischen Synchronisiervorrichtung
durchschaltlbar sind. Diese Art der Messung und Überwachung kann bei einer Vielzahl
von Leitungen aufwendig und kompliziert werden vor allem dann, wenn mehr als eine
Leitung in einem Axialkanal liegt.
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Es ist ferner eine Überwachungseinrichtung bekannt, bei der die Dreiphasenstromzuleitungen
als Objekt der Überwachung dienen. Die Leitungen sind dabei in symmetrisch um den
Wellenumfang verteilten Längsnuten angeordnet. Sie können jedoch auch zusammen in
einer einzigen Nut liegen, was jedoch zu einer Unwucht des Läufers führt.
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Gemäß einer weiteren Bauart ist eine Anordnung zur Überwachung von
umlaufenden Gleichrichtern bekannt, wobei jedem Gleichrichterelement und/oder jeweils
einer Gruppe von Gleichrichterelementen eine signalgebende Meldeanordnung zugeordnet
ist. Die Meldeanordnungen sind auf einem oder mehreren Umfangskreisen des Läuferkörpers
angeordnet, wobei jedem Umfangskreis eine feststehende, optisch-elektrische oder
magnetisch-elektrische Abtasteinrichtung zugeordnet ist. Die Überwachung vollzieht
sich also in mehreren Meßebenen.
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Aufgabe gemäß der Erfindung ist, eine möglichst einfache Meß- und
Überwachungseinrichtung zu schaffen, die es ermöglicht, den Gesamtgleichstrom zu
messen und aber auch den in jeder einzelnen Stromrichterzuleitung fließenden Strom
in ein und demselben Zeitpunkt zu messen; ferner soll die Einrichtung die Ströme
überwachen und damit zur Erfassung von schadhaften Stromrichtern dienen.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß bei der
eingangs genannten Bauart das Meßblechpaket in mehrere axial aufeinanderfolgende,
magnetisch
voneinander getrennte Teilmeßblechpakete aufgeteilt ist, wobei, wie an sich bekannt,
durch jeden Axialkanal mehrere der Leitungen führen und wobei diese gleichsinnig
und zeitlich nacheinander vom Strom durchflossen sind, daß in an sich bekannter
Weise mehrere Meßebenen vorgesehen sind, daß genannte Meßsonden für jedes Teilmeßblechpaket
vorgesehen sind und mit ihm zusammen in einer Meßebene liegen und daß im Bereich
jedes Teilmeßblechpaketes jeweils einer der Axialkanäle eine radial nach außen offene
Axialnut ist, deren Öffnung durch einen nicht magnetisierbaren Nutenverschlußkeil
verschlossen ist, während das Teilmeßblechpaket radial außerhalb seiner anderen
Axialkanäle eine Brücke aus magnetisierbarem Werkstoff bildet oder aufweist.
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Auf der Welle der Erregermaschine - fast immer hat diese ihre eigene
Welle, die dann mit der des Turbogenerators starr gekuppelt ist - befindet sich
die Läuferwicklung der Erregermaschine, ferner das in genannter Art aufgeteilte
Meßblechpaket mit den genannten Axialkanälen, die insbesondere alle Axialnuten sind,
und schließlich ein koaxialer Ring, der die Stromrichter trägt. Die Anzahl und Lage
der Meßsonden richtet sich nach der Phasenzahl, der Anzahl der Stromrichter und
der Frequenz der Erregermaschine. In jeder Meßebene werden nun die Ströme der in
einer Axialnut liegenden Leitungen gemessen, d. h., bezüglich dieser Strommessung
gehört zu jeder Meßebene eine in einer Axialnut liegende Leitergruppe. Diese stromdurchflossenen,
umlaufenden Leitungen induzieren in den Meßsonden Spannungen, die ein Maß für die
zu messenden Ströme sind.
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In der Zeichnung ist schematisch ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
dargestellt, und zwar in
Fig. 1 in Form eines elektrischen Schaltbildes,
in F i g. 2 in Seitenansicht mit einem Teillängsschnitt und in Fig. 3 in einem Querschnitt
1-1 (s. F i g. 1 und 2), wobei Fig. 2 und 3 zueinander. nicht ganz maßstabsgerecht
gezeichnet sind.
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Gemäß Pig. r efindet sich auf der Welle 34 (s. Fig.2) einer Drehstromerregermaschine
für 100 Hz und 3000 Ulmin eine Läuferwicklung 13.
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Diese Maschine dient der Erregung eines Synchron generators und ist
vierpolig und schleifring- und kollektorlos. Die Läuferwicklung 13 ist mit einem
System von umlaufenden Gleichrichtern verbunden, die zwecks Lieferung des Erregergleichstromes
für den Synchrongenerator mit der Erregerwicklung 21 des Synchrongenerators verbunden
sind. Es ist der umlaufende Teil der gesamten Anordnung mit 10 Ibezeichnet und ihr
feststehender Teil mit 11. Die Läuferwicklung 13 ist in Stern geschaltet. Ihre Phasen
U, V, W führen zu Verbindungspunkten 14. Von hier aus führen Leitungen über Gleichrichtergruppen
15 und 19 zu einer positiven Sammelschiene 17 und Gleichrichtergruppen 16 und 20
zu einer negativen Sammelschiene 18. Die Gleichrichtergruppen15, 19 und 16, 20 sind
jeweils zueinander parallel geschaltet; die Gleichrichter-dieser Gruppen sind in
Brückenschaltung angeordnet. Zwischen der Sammelschiene 17 und der Sammelschiene
18 liegt die Erregerwicklung 21. Allen Gleichrichtern sind Sicherungen 22 vorgeschaltet.
Zu den vier Gleichrichtergruppen 15, 19, 16 und 20 gehören die vier Leitergruppen
23 bis 26 mit jeweils drei Leitungen; diese Gruppen liegen in vier Axialnuten 45
bis 48 (s. F i g. 3). Die Stromrichter können z. B. Dioden sein.
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Wie aus Fig. 1 und 2 hervorgeht, bedeuten 12 die Feldwicklung der
Drehstromerregermaschine und 27 a, 27 b, 27 c drei in einer achssenkrechten Meßebene
52 angeordnete, magnetfeldempfindliche Meßsonden; in dieser Ebene 52 ist ein zugehöriges
Teilmeßblechpaket 36 angeordnet. Mit 28, 29 und 30 sind drei weitere Meßsondengruppen
bezeichnet; sie sind jeweils in einer Ebene angeordnet, die parallel zur erstgenannten
liegt; die zugehörigen Teilmeßblechpakete sind mit 37, 38 und 39 bezeichnet. Diese
vier Teilmeßblechpakete 36 bis 39 bilden ein Meßblechpaket 35 aus Blechen aus magnetisierbarem
Werkstoff. Mit 44 sind magnetische Isolierungen bezeichnet. Diese können aus Aluminium
bestehen. Die Statorwicklung des Synchrongenerators ist mit 31 bezeichnet.
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Die in einer Richtung vom Strom durchflossenen Leitungen der Gruppen
23 und 24 sind mit U+, V+, W1+ und U2+, V+, W2+ und die in der entgegengesetzten
Richtung vom Strom durchflossenen Leitungen der Gruppen 25 und 26 sind mit U1 -,
V1-, W1- und U2-, v,-, V2, bezeichnet.
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Aus Fig. 2 und 3 ist folgendes ersichtlich: Die Axialnuten 45 bis
48 sind jeweils um 900 (180° el.Y in Umfangsrichtung versetzt angeordnet. Mit 33
ist das synchrongeneratorseitige, einen Wickelkopf ent haltende Ende der Erregermaschine
bezeichnet. -Von den zum Teilmeßblechpaket 36 gehörigen Meßsonde. ist in Fig. 2
die Meßsonde 27h zu sehen, dièt-aui einem geblechten Eisenjoch43 und zwei Meßspulen
50 und 51 besteht. Die Axialnut 48 ist im Bereich der-Ebene 52 radial nach außen
offen; die betreffende Öffnung ist durch einen nicht magnetisierbaren Nutenverschlußkeil
40 verschlossen. Im Bereich
der drei anderen Meßebenen ist die Axialnut 48 radial
innen offen und dort mit nicht magnetisierbaren Nutenverschlußkeilen 32 verschlossen.
Ein nicht magnetisienbarer Ring 42 umschließt im gesamten Bereich des Meßblechpaketes
35 die Welle 34, und auf diesem Ring 42 sitzt fest das Paket 35.
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Der Ring 42 dient der Verhinderung von Wirbelströmen. Mittels der
Meßsonden 27a bis 27c werden die Ströme der Leitergruppe 26 gemessen. Die drei anderen
Axialnuten 43 bis 47 innerhalb der Ebene 52 sind radial nach innen offen; die betreffenden
Öffnungen sind jeweils durch einen nicht magnetisierbaren Keil 41 verschlossen.
Es wird also vom Teilmeßblechpaket 36 radial außerhalb der Nutgründe der Axialnuten
45 bis 47 jeweils eine magnetisierbare Brücke 33 gebildet. In der nächsten Meßebene
ist der radial äußere Nutenverschlußkeil (40) gegenüber dem genannten in Umfangsrichtung
um 900 versetzt angeordnet. Entsprechend sind wieder drei radial innere Keile, hier
mit 32 bezeichnet, und drei Brücken (53) vorgesehen. Entsprechendes gilt für die
anderen beiden Meßebenen.
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Zur Erklärung des Meßvorganges werde die Ebene 52 betrachtet. Die
in der Axialnut 48 liegenden drei Leitungen ider Leitergruppe 26 werden gleichsinnig
und zeitlich nacheinander von Strömen durchflossen.
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Der Verschiebungswinkel zwischen zwei aufeinanderfolgenden Strömen
beträgt bei der Drehstrombrückenschaltung 1200 el.; es ergeben sich also am Umfang
den drei Gleichrichtern der Leitergruppe 26 bzw. zugehörigen Leitungen der Leitergruppe
26 zugeordnete, im Raum feststehende Stromfiußzonen. Steht nun z. B. die Axialnut
48 in demjenigen Zeitpunkt radial gegenüber der Meßsonde 27b, in dem der Strom in
der Leitung W2 - sein Maximum hat, dann existiert ein geschlossener magnetischer
Kreis, der in der Nähe der Axialnut 48 durch das Teilmeßblechpaket 36 und durch
die Meßsonde 27b hindurch verläuft.
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Zur Erklärung folgendes: Der Wirkungsbereich der Meßsonde 27b reicht
maximal über einen Winkel, der gleich dem Stromflußwinkel des zur Leitung W2 - gehörigen
Stromrichters ist. Dieser Winkel beträgt -1200 el., da es sich um eine Drehstrom-Brückenschaltung
handelt. In der Meßsonde 27b tritt eine Flußänderung nach der Zeit auf, die bei
der Drehung der Welle 34 von dem Stromfluß der Leitung W -erregt wird. In den Spulen
50, 51 der Meßsonde 27b wird eine lückende Wechselspannungsvollwelle induziert,
die bei ungesättigtem Eisenkreis proportional dem erregenden Strom ist. Es sind
also die induzierten Spannungen, die von den Strömen der Leitungen der Leitergruppe
26 herrühren, direkt ein Maß für die zu messenden Ströme in diesen Leitungen. Bei
den anderen Leitergruppen 23 bis 25 kann sich wegen der Brücke 53 kein magnetisches
Potential ausbilden. fm allgemeinen sind also die Meßsonden einer Meßebene innerhalb
einer Polteilung (s. Fig. 1 Teil 11) entsprechend dem zeitlichen Stromverlauf bzw.
dem Stromflußwinkel der Ströme in den einzelnen Leitungen über dem Außenumfang des
Meßblechpaketes verteilt angeordnet.
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Wie die Meßsonden und genannten Keile in den vrschiedenen Meßebenen
in Umfangsrichtung zueinander versetzt angeordnet sind, ist aus Fig. 1 (2 z f,.
120° el., <60° el.) und Fig. 3 (v1-, w1-, u1-usw.) ersichtlich. Zum Beispiel
sind die Meßsonden der dem Teilmeßblechpaket 58 zugeordneten Meßebene gegenüber
den Meßsonden 27a bis 27c in Umfangsrichtung
um 1800 versetzt angeordnet.
Somit können also die Ströme in sämtlichen zwölf Leitungen gleichzeitig gemessen
werden. Zum Beispiel wird der Strom in der Leitung v1 + (s. Fig. 1) mittels eines
Meßgerätes 49 gemessen.
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Im allgemeinen ist der gegenseitige Umfangsabstand aller Axialkanäle
gleich groß. Auch ist im allgemeinen ihre Anzahl gleich dem Quotienten aus der Gesamtzahl
der Stromrichter und der Phasenzahl der erstgenannten Wechselstrommaschine. Ferner
ist die Anzahl der in einem Axialkanal liegenden Leitungen gleich dieser Phasenzahl.
Es ist also im allgemeinen die Anzahl der Meßebenen und die Anzahl der Teilmeßblechpakete
gleich der Anzahl der Axialkanäle und die Anzahl der Meßsonden pro Meßebene gleich
der genannten Phasenzahl. Die Leitergruppen sind vorzugsweise so angeordnet, daß
die gleichsinnig stromdurchflossenen Leitungen gegenüber den gegensinnig stromdurchflossenen
Leitungen um einen Winkel von 1800 el. am Umfang verschoben sind. Da die Gesamtdurchflutung
über der Zeit in einem Axialkanal konstant ist, können keine Wirbelstromverluste
in nachfolgenden, durch eine Stromrichterträgerscheibe führenden Stromdurchführungen
entstehen.
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Vorzugsweise wird die Oberwachungs- und Meßeinrichtung zwischen der
Drehstromerregermaschine und den Stromrichtern angeordnet, um die Entstehung von
Wirbelströmen zu verhindern. Die Überwachungs- und Meßeinrichtung kann auch zwischen
den Stromrichtern und d den Gleichstromsammelringen angeordnet sein.
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Die Meßsonden weisen vorzugsweise jeweils zwei Wicklungen auf einem
Eisenjoch auf, von denen die eine mittels eines Meßgerätes zur Einzelstrommessung
dient und die zweite mit den auf allen anderen Meßsonden der Überwachungs- und Meßeinrichtung
angebrachten zweitenWicklungen in Reihe geschaltet ist und somit mittels eines weiteren
Meßgerätes zur Messung des Gesamtstromes verwendet wird. Im Falle des in der Zeichnung
dargestellten Ausführungsbeispiels sind also dreizehn Meßgeräte vorgesehen.
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An Stelle der Wicklungen können auch Hallgeneratoren verwendet werden.
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Die Einrichtung gemäß der Erfindung kann zur Überwachung der Einzelströme
Alarm- oder Meldevorrichtungen aufweisen, die jeweils bei der Strommessung Null
ein optisches oder akustisches Signal abgeben. Meist weist die Einrichtung gemäß
der Erfindung die obengenannten Meßgeräte und diese Meldevorrichtungen auf. Die
Alarm- oder Meldevorrichtung ist an die Zuleitungen der Meßspule oder des Hallgenerators
angeschlossen.
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Bei der Einrichtung gemäß der Erfindung sind die Stromrichter vorzugsweise
parallel geschaltet. An
die Stelle von Dioden als Stromrichter können auch steuerbare
Stromrichter treten.
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Die Meßsonden jeder Meßebene sind vorzugsweise an einem Ring bzw.
Ringsegment befestigt. Insbesondere ist zur Justierung der Meßsonden jeder Ring
bzw. jedes Ringsegment in Umfangsrichtung drehbar gelagert.