DE1463599A1

DE1463599A1 - Einrichtung zur Einleitung der Selbsterregung von Wechselspannungsgeneratoren

Info

Publication number: DE1463599A1
Application number: DE19641463599
Authority: DE
Inventors: Liska Dipl-Ing Manfred; Herbert Poppinger; Volkmann Dr-Ing Werner
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1964-05-14
Filing date: 1964-05-14
Publication date: 1969-02-20
Also published as: US3378753A; DE1463599B2; GB1104781A; DE1463599C3

Description

5IEMENS-SCHUCKBRIWEHKE " Erlangen,

Aktiengesellschaft Werner-von-Siemena-Str. 50

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Einrichtung zur Einleitung der Selbsterregung τοη Wechselspannungsgeneratoren·

Die Erfindung bezieht sich auf selbsterregte Wechsel spannung— generatoren, bei denen die zur Einleitung der Erregung erforder- . liehe Remanenzspannung entweder von vornherein nicht den notwendigen Mindestwert besitzt, oder ihn nicht mit genügender Sicherheit aufweiet. Dieser Spannungsmindestwert kann u.U. ein beträchtliches Ausmaß erreichen· Das ist insbesondere bei Wechsel« oder Drehstroe-Greneratoren der Pail, die sich über Halbleiter-Gleichrichter erregen sollen, sowie bei Maschinen mit anderen im Erregerkreis anpe-

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ordneten Halbleiterelementen z.B. Stromtoren und/oder beweglichen Kontakten, z.B. Schleifringen. Alle diese Eleraai te·erfordern einen gewissen Spannungsschwellwert, um Ströme führen zu können. Wenn sich mehrere Schwellwerte im Erregerkreis summieren, kenn ohne weiteres ein Remanenzspannungs-Mindestwert van 3 V oder mehr er~> forderlich sein, um die Selbsterregung mit Sicherheit einzuleiten· Bei Maschinen mit kleinen Spannungen ergibt sich dadurch eine' - " prozentual sehr hohe Remanenzspannung. Bei 25 V Nennsnannung "'sind 3 V bereits 12#. Das kann besonders nachteilig sein, wenn der Generator mit stark veränderlicher Drehzahl angetrieben wird, seine Klemmenspannung aber mit Hilfe eines Reglers konstant gehalten werden soll. Solche Verhältnisse treten bei der Stromversorgung von fahrzeugen auf und haben zur Folge, daß die Anlage erst bei einer verhältnismäßig hohen Drehzahl betriebsfähig ist.

üs sind wohl durch bekannte Massnatmen, wie z.B. Einbau von permanenten Magneten bzw. Verwendung von Werkstoffen mit breiter Hy-· etereseschleife für den Induktor der Maschine, hohe Remanenzspannungen erziel bar, jedoch werden P^eis, Abmessungen und Gewicht des Generators gesteigert.

Bekanntlich ist auch bei Generatoren höherer Wennspannung, bei denen der vorstehend erläuterte Remanenz—Spannungs-Mindestwert prozentuell nur klein und dahor meist ohne besondere konstruktive Massnahmen erreichbar ist, dieser Wert nichtimmer mit ausreichender Sicherheit vorhanden. So kann z.B. nach Kurzschlüssen oder langen Stehzeiten bzw. mechanischen Erschütterungen die Remanenz auf einen Bruchteil ihres Normalwertes zurückgehen.

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Eb wurde auch schon vorgeschlagen, einer. Hilfstransformator mit verhältnismäßig hohem Übersetzungsverhäl tnis zu verwenden, desr.en Primärwicklung an die Klemmen des Generators angeschlossen sind und dessen Sekundärwicklung nach Glei chrichtung zumindest vorübergehend der Erregerwicklung zugeführt wird. Diese ^MAuferregungs— hilfen* müssen jedoch vorübergehend einen verhältnismäßig hohen Erregerstrom liefern und hierfür bemessen werden. Außerdem ist dafür zu sorgen, daß die Sekund Urspannung des Hilfstransformatorο auf zulässige Werte begrenzt bleibt.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Einleitung der Selbsterregung von Wechseispanmmgsgeneratoren, deren Erregerwicklung über Gleichrichter und gegebenenfalls einen Gleichstromregler an die Klemmen des Generators angeschlossen ist, die sich sehr vorteilhaft von dem Stand der Technik unterscheidet.

Eine Einrichtung gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einem, einen Schv.^1 lwert aufweisende" Bauelement im Stromkreis der Erregerwicklung cles Generators eine Schalteinrichtung 'vorallelgeschaltet ist, die durch eine geeignete Einrichtung während der Auferregungszeit des Generators so gesteuert wird, daß das den Schwellwert aufweisende Bauelement überbrückt wird.

Hierbei kann jedem, einen Schwellwert aufweisenden Bauelement, z.B. dem Gleichstromregler und dem Gleichrichter eine Schalteinrichtung zugeordnet werden, Besonders vorteilhaft ist es jedoch, alle derartigen Bauelemente durch eine einzige Schalteinrichtung

zu überbrücken·

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Die Schalteinrichtungen können abhängig vom Erregerstrom oder von der Generatorspannung so gesteuert werden, daß sie bereits bei sehr kleiner Klemmenspannung des Generators geschlossen und bei Erreichen der zur Selbsterregung erforderliche Klemmenspannung wieder geöffnet werden. Dabei ist es zweckmäßig die Steuerspannung hierfür mit Hilfe eines an sich bekannten Hilfstransformators zu erzeugen, dessen Primärwicklung an die Klemmen des Generators angeschlossen ist und dessen Sekundärspannung gleichgerichtet wird.

In besonderer Weise zur Steuerung der Schalteinrichtung geeignet ist eine Kippstufe, die durch die Sekundärspannung des Hilfstransformators gesteuert wird. Meist wird es dabei vorteilhaft sein, diese Sekundärspannung zuvor gleichzurichten. Die Kippstufe soll ein Verhalten besitzen, das dem eines Schmitt-Triggers vergleichbar ist. Das heißt, sie liefert ein erstes Signal A,. durch das z.B· die Schalteinrichtung geöffnet wird, sobald die Eingangsspan— nung der Kippstufe einen ersten Grenzwert a erreicht, Dieses Signal und damit auch der Zustand der Schalteinrich tung bleibt auch dann

die
noch erhalten, wenn/der Kippstufe zugeführte Eingangsspannung diesen ersten Grenzwert a unterschreitet. -Erst wenrn die Eingangsspan— nung kleiner als ein zweiter Grenzwert b wird, liefert die Kippstufe ein zweites Signal B, das dann solange erhalten bleibt wie die Eingangsspannung unterhalb des ersten Grenzwertes a bleibt· Mit Hilfe dieses zweiten Signales B wird die Schalteinrichtung wieder geschlossen·

Mit Rücksicht auf die Kennlinie des Generators, die die Abhängig- · keit der Spannung von der Drehzahl wiedergibt und die in dem un-. teren Drehzahlbereich eine Hysterese aufweist, ist darauf zu ach-

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ten, daß das Halteverhältnis» d.h. das Verhältnis des Grenzwertes a zn dem Grenzwert b ausreichend groß ist. Die Kippstufe soll jedenfalls erst dann das Signal B abgeben, das dann ein erneutes Schließen der Schalteinrichtung veranlasst, wenn die Generatorapannung einen Wert erreicht hat, der mit Sicherheit nicht mehr zur Selbsterregung ausreicht« Umgekehrt sollen das übersetzungsverhältnis des Hilfetransformators, die Kennlinie des Generators und der Ansprechgrenzwert a der Kippstufe so aufeinander abgestimmt werden, dafl diese ein Offnen erst veranlasst, wenn dieGeneratorspannung einen flir die Selbsterregung ausreichenden Wert erreicht hat.

In vielen Betriebefällen werden sich mit den belennten, elektronisch arbeitenden Schmitt-Triggern zufriedenstellende Ergebnisse erreichen lassen. Voraussetzung ist hierbei jedoch, daß immer eine stabilisierte Versorgungsapannung zur Verfügung steht« Diese läßt sich beispielsweise mit Hilfe von Zenerdioden gewinnen, vorausgesetzt, dafl die zur Verfügung stehende schwankende Spannung niemals den Wert der Zenerapannung unterschreitet. Solche Verhältnisse liegen beispielsweise immer vor, wenn der Generator mit einer Gleichspanntingabatterie zusammenarbeitet· Einer Weiterbildung der Erfindung entsprechend, lassen sieh die Steuersignale für die Schalteinrichtung aueh dann mit relativ geringerem Aufwand erzeugen, wenn keine unter eilen Betriebsbedingungen konstante Spannung zur Verfugung steht« Man kann dann nämlich die Sekundärspannung des HiIfstransforeatore gleichrichten und diese Spannung unmittelbar als 3teuBespannung der Schalteinrichtung zuführen. Der Transfor-BMtor wird unter Berücksichtigung dee Ansprechwertes der Schalteinrichtung und der SchwelIwerte der Oleichrichter so gewählt,

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daß die Schalteinrichtung bereits bei einer sehr niedrigen Genera?·,, torspannung anspricht. Diese Steuerspannung wird dann mit Hilfe eines zusätzlichen Schalters kurzgeschlossen, sobald die ^eneratorspannung den für die Selbsterregung erforderlichen Grenzwert erreicht hat. Zur Steuerung des Schalters kann ebenfalls die Steuerspannung verwendet und hierzu über eine Zenerdiode geführt werden, wobei der Ansprechgrenzwert dann, durch die Zens rspannung der Diode bestimmt ist*

Zum Schalten können gewöhnliche Schütze oder Relais zur Anwendung kommen. Besonders- vorteilhafte Verhältnisse ergeben sich aber, wenn als Schalteinrichtungen steuerbare Gleichrichter, insbesondere steuerbare Halbleitergleichrichter verwendet werden« Aber auch mit sogenannten Peldplatten, d.h. Widerständen, deren Widerstandswert mit der Größe eines steuernden Magnetfeldes steigt, lassen ai-ch sehr einfache Anordnungen .erzielen» Das gilt vor allem für Peldplatten mit polarisiertem Verhalten, die bei einer bestimmten Polarität grundsätzlich sperren. Bei Verwendung derartiger Peldplatten läßt, sich der Steueraufwand zum Teil sehr niedrig halten. Man kann nämlich das steuernde Magnetfeld direkt von dem Strom der Erregerwicklung des Generators abhängig machen. Solange noch kein oder nur ein sehr niedriger Erregerstrom fließt, sind die Schwell— werte aufweisenden Bauelemente durch die äußerst niederohmigen Peldplatten überbrückt, sodaß sich eine Selbsterregung schpn bei sehr niedrigen Drehzahlen des Generators erzielen läßt. Mit steigendem Erregerstrom, d.h. praktisch nach Erreichen der Selbsterregung wird der Widerstand der Feldplatten sehr große Wert· erreionen. Das Verhalten des Erregerstromkreises ist dann wieder dureh die von den feldplatten Überbrückten Baueinheiten bestimmt.

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Einzelheiten der Erfindung werden an Hand zweier Ausführungsbeispiele erläutert.

In Figur 1 ist das Blockschaltbild einer Anordnung gemäß der Erfindung wiedergegeben. Mit 1 ist ein Wechselspannungsgenerator bezeichnet, der beispielsweise mit stark veränderlicher Drehzahl angetrieben wird und dessen Erregerwicklung mit 11 und dessen Klemme mit 12 bezeichnet ist. Die Erregerwicklung 11 ist über einen öleichetromregier 3 und einen Gleichrichter 2 an die Klemme 12 des Generators angeschlossen« Mit Hilfe des Gleichstromreglers 3, der vorteilhaft mit Halbleiterstromtoren arbeitet, soll die Klemmenspannung dee Generators auf einen konstanten lert geregelt werden· Der Gleichrichter 2 und der Regler 3 sind durch eine polarisierte Schalteinrichtung 4 überbrückt, die auch bei geschlossenem Schalter nur in einer Richtung Strom durehläßt und die von einer Kippstufe 5 gesteuert wird, die ihrerseits die Steuerspannung von einem Hilfstransformator 6 zugeführt bekommt. Dieser Transformator liegt ebenfalls an den Klemmen des Generators 1_e Seine Sekun— därspannung wird zweckmäßig zunächst gleichgerichtet und erst die so gewonnene Spannung als Steuerspannung der Kippstufe 5 zugeführt.

Die Charakteristik der Kippstufe 5 ist so gewählt, daß durch sie die Schalteinrichtung 4 im geschlossenen Zustand gehalten vä rd, solange die Generatorspannunp unter dem für die Selbsterregung erforderlichen Wert liegt. Das wird z.B. immer während der Hochlaufzeit des Generators der J?all sein. Die Erregerwicklung ist dann direkt an die Klemmen des Generators angeschlossen. Die Schwellwerte des Gleichrichters 2 und gegeben en f al In noch des Reglers 3 sind daher in diesem PnIl unwirksam. Der Generator wird" bereite bei.verbaltniamü3ip: niedrigen Drehzahlen, die zur Selbst-

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erregung erforderliche Spannung erreichen« Sobald dies der Fall ist, kippt die Stufe 5 in den anderen stabilen Zustand und öffnet dadurch-die Schalteinrichtung 4, sodaß dann die Erregerwicklung 11 über den Gleichrichter 2 und den Regler 3 gespeist wird, der dann wirksam werden kann.

Eine besonders einfache Ausführungsform für den Erregerstrom ergibt· sich, wenn der Generator dreiphasig susgeführt und die Erregerwicklung über zwei Einweggleichrichter lediglich zwischen zwei Phasenklemmen und dem Sternpunkt angeschlossen wird· Ein derartiges Ausführungsbeispiel ist in Figur 2 wiedergegeben· Dabei-sind Teile, die denen der Figur 1 entsprechen mit gleichen Bezugsζ-eichen versehen. Die Erregerwicklung 11 liegt über ein der Spannungsregelung, dienendes Stromtor 3 und die beiden Gleichrichter 21 und 22 zwischen den Klemmen R₉ S und der Klemme Mp. Die Diode 21 und dae Stromtor 3 sind durch das Hilfsstromtor 41 und die Diode 22 und das Stromtor 3 durch das Hilfestromtor 42 überbrückt« Die Steuerspannung für diese Hilfsstromtore wird von zwei sswischen den Klemmen R und Mp bzw« S und Mp liegenden Transformatoren 65, 66 geliefert, deren Sekundärspannungen mit Hilf· der Dioden 61, 62, 63 und 64 gleichgerichtet werden. Die so gewonnene Gleichspannung wird den Steuerstrecken der Hilfsstroatore 41 und 42 über zwei Entkopplungsdioden 51, 52 und einen nlchtlinearen Wider·* stand 53 zugeführt. Letzterer dient der Spannungsbegrenzung und weist einen Wideretandewert auf, der mit steigender Spannung au- . \^ nimmt« ■ ■ %>/ϊ«

Parallel eu den Steuerstrecken der Hilfsetroatoreliegt «In «ei- ^r j.

teree Stromtor 50, dessen Steuerstrecke die von den Hilfeträne- ■'

formatoren abgeleitete Gleichspannung über eine Zenerdiode 55 '

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und einen ?orwlderstand' 54 zugeführt wird.

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Oberschreitet die Sekundärspannung der Transformatoren 65, 66 einen Grenzwert, der durch die Schwellwerte der Dioden 61 bis 64 sowie der Dioden,51» 52 und der Steuerstrecken der Hilfsstromtore 41 und 42 bestimmt wird, dann werden die Hilfsstromtore durchlässig, sodaß dann die Erregerwicklung 11 unmittelbar zwischen den Klemmen R bzw, S und der Klemme Mp liegt. Die Wicklung bekommt dann einen pulsierenden, lückenden Gleichstrom. Schwellwerte sind in diese* Stromkreis,-der sehr niederohmig gehalten werden kann, praktisch nicht mehr vorhanden. Das übersetzungsverhältnis der Hilfs-transformatoren 65 und 66 wird dabei so hoch gewählt, daß dieser Zustand bereits bei sehr kleinen Generatorspannungen eintritt. Solehe lassen sieh praktisch infolge der restlichen Remanenz des Generators immer erzielen»

Erreicht die ÜemÄenepannung des Generators den für die Selbsterregung notwendigen Wert, dann wird die Zenerdiode 55 durchlässig und das Stromtor 50 zündet. Dadurch wird die Steuerspannung der Hilfsstromtore 41, 42 kurzgesohlosaen, sodaß diese wahrend der folgenden Perioden der Weeheelepanriung erlöschen. Die Erregerwicklung 11 wird dann Über' die Gleichrichter 21, 22 und das der Regelung dienende Stromtor 3 gespeist, mit dessen Hilfe dann die Klemmenspannung des Generatore auf einen konstanten Wert geregelt werden kann« Der in diese» Betriebszustand über das Stromtor 50 flieeeende 8tro» und damit aueh die Spannung an den HiIfstransformatoren dureh den nicbtlinearen Widerstand 53 begrenzt.

8tro*tor 50 «oll wieder erlöschen, wenn, di· Genera to rs pennung fla«ii tWi aliiinlrt, der selbst bei eingeschalteten Btroetoren

· . ; ÖOÖ808/OA»1 BADORlGlNAt.

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41 und 42 nicht mehr zur Selbstregelung ausreichen würde. Steigt die Generatorspannung wieder auf einen geringfügig größeren Wert an, dann werden die Stromtore 41 und 42 wieder durch den von den Hilfstransformatoren und den Dioden 61 bis 64 gelieferte Strom
durchgesteuert·

2 Figuren
Ansprüche

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Claims

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Patentansprüche

1, Einrichtung zur Einleitung der Selbsterregung von Weeheeispan— nungsgeneratoren, deren Erregerwicklung über Gleichrichter und gegebenenfalls einen Gleichstromregler an die Klemme des Generators angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einem, einen 8chwellwert aufweisenden Bauelement im Stromkreis der Erregerwicklung (11) des Generators (1) eine Schalteinrichtung (4) parallelgeschaltet ist, die durch eine geeignete Einrichtung während der Auferregungszeit des Generators so gesteuert wird, daß daa den Sehwellwert aufweisende Bauelement überbrückt wird«

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzel&net, daß ein en sich bekannter Hilfstransformator (6) vorgesehen ist, dessen Primärwicklung an die Klemmen des Generators angeschlossen ist und daß die Schalteinrichtung (4) mit Hilfe der Sekund&rspannung des Hilfstransformators so gesteuert wird, daß sie bereits bei sehr kleiner Klemmenspannung des Generators geschlossen und bei Erreichen der zur Selbsterregung erforderlichen Klemmenspannung wieder geöffnet wird. -

3· Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,'dafi zur Steu~ erung der Schalteinrichtung (4) eine Kippstufe (5) vorgesehen . let« die «it der Sekundärepannung des BlIfatransformator· (6) -gegebenenfalls über einen Gleichrichter - gesteuert wird und dia

. ähnlich wie tin Schmitt-Trigger ausgebildet ist, d.h. aiii erftee Signal A liefert, durch das die SehtIteinrichtunj"geöffnet werden, sobald die Kingingespannung dar "Kippetufe einen ersteh Örenewert

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a erreicht und erst dann ein zweites Signal liefert, durch das die Schalteinrichtungen wieder geschlossen werden, wenn die Eingangsspannung unter einen Wert b gesunken ist, der kleiner als der Grenzwert a ist. \

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,- daß das Halteverhältnis der Kippstufe, d.h. das Verhältnis de3 Grenzwertes a zu dem Grenzwert b etwa den Wert 5 besitzt.

5· Einrichtung nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß das Übersetzungsverhältnis des Hilfetransforinators (6)

en den Ansprechgrenzwert a, b der Kippstufe so angepasst ist, daß die Eingangsspannung der Kippstufe (5) gerade dann den Grenzwert β erreicht, wenn die Klemmenspannung des Generators den für die Selbsterregung erforderlichen Mindestwert erreicht hat. «.

6, Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärspannung des Hilfstransforms tors gleichgerichtet und die so gewonnene Steuergleichspannung unmittelbar zur Steuerung der Schalteinrichtung verwendet wird·

7· Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekenriseic hnet, deB bei Verwendung von Stromtoren (41, 42) elβ Sehalteinrichtung die SteuergleichBpennung über Entkopplungsdioden (51> $2) den Steuerstrecken zugeführt wird*

8. Einrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß' eine Hilfeachalteinrichtung (50) vorgesehen iat, mit deren Hilft

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die Steuergleichspannung kurzgeschlossen wird, sobald die Klemmenspannung des Generators den für die Selbsterregung notwendigen _:Wert a erreicht hat»

9» Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die HilfBschslteinrichtung (50) ebenfalls mit der Gleichspannung gesteuert wird, die über eine Zenerdiode (55) geführt wird.

10· Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines dreiphasigen Generators, dessen \ Erregerwicklung über je einen Gleichrichter (21, 22) an zwei Phaeenwicklungen (R₉ S) angeschlossen ist, zwei Schalteinrichtungen (41, • 42) vorgesehen sind« die zwischen der Erregerwicklung (11) und . den Klemmen der beiden Phasen (B, S» Mp) liegen und immer gleich» zeitig gesteuert werden*

11· Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Schal teinrientungen steuerbare Gleichrichter (Stromtore), insbesondere steuerbare Halbleitergleichrichter verwendet werden«

12· Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß als Schalteinrichtung Peldplatten verwendet werden·

13· Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeihnet, daß bei Verwendung einer Feldplatte al« Sehalteinrichtung das sie steuernde Magnetfeld von dem Irregerstrom des Generators abhängt·

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