DE1463599C3

DE1463599C3 - Einrichtung zur Einleitung der Selbsterregung eines Wechselstromgenerators

Info

Publication number: DE1463599C3
Application number: DE1463599A
Authority: DE
Inventors: Manfred Dipl.-Ing. 8000 Muenchen Liska; Herbert 8000 Muenchen Poppinger; Werner Dr.-Ing. Erie Pa. Volkmann (V.St.A.)
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1964-05-14
Filing date: 1964-05-14
Publication date: 1974-01-03
Also published as: DE1463599A1; DE1463599B2; US3378753A; GB1104781A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Einleitung der Selbsterregung eines Wechselstromgenerators, dessen Erregerwicklung über Gleichrichter und gegebenenfalls über einen Gleichstromregler an die Klemmen des Generators angeschlossen ist, mit einem steuerbaren Gleichrichter^ der den Gleichrichter und den Regler überbrückt, bei welcher Einrichtung der steuerbare Gleichrichter von der Spannung des Generators über einen Hilfstransformator derart steuerbar ist, daß er bei Erreichen der zur Selbsterregung erforderlichen Spannung sperrt.

Bei selbsterregten Wechselstromgeneratoren besitzt häufig die zur Einleitung der Erregung erforderliche Remanenzspannung entweder von vornherein nicht den notwendigen Mindestwert, oder sie weist ihn nicht mit genügender Sicherheit auf. Dieser Spannungsmindestwert kann unter Umständen ein beträchtliches Ausmaß erreichen. Das ist insbesondere bei Wechsel- oder Drehstromgeneratoren der Fall, die sich über Halbleiter-Gleichrichter erregen sollen, sowie bei Maschinen mit anderen im Erregerkreis angeordneten Halbleiterelementen, z. B. Thyristoren. Die Elemente erfordern einen gewissen Spannungsschwellwert, um Ströme führen zu können. Wenn sich mehrere Schwellwerte im Erregerkreis summieren, kann ein Remanenzspannungs-Mindestwert von 3 Volt oder mehr erforderlich sein, um die Selbsterregung mit Sicherheit einzuleiten. Bei Maschinen mit kleinen Spannungen ergibt sich dadurch eine prozentual sehr hohe Remanenzspannung. Bei 25 V Nennspannung sind 3 V bereits 12 ⁰Zo. 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.

Es sind wohl durch bekannte Maßnahmen, wie z.B. Einbau von permanenten Magneten bzw. Verwendung von Werkstoffen mit breiter Hystereseschleife für den Induktor der Maschine, hohe Remanenzspannungen erzielbar, jedoch werden Preis, Abmessungen und Gewicht des Generators gesteigert.

Bekanntlich ist auch bei Generatoren höherer Nennspannung, bei denen der vorstehend erläuterte Remanenz-Spannungs-Mindestwert prozentual klein und daher meist ohne besondere konstruktive Maßnahmen erreichbar ist, dieser Wert nicht immer mit ausreichender Sicherheit vorhanden. So kann z.B. nach Kurzschlüssen oder langen Stehzeiten bzw. me-

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chanischen Erschütterungen die Remanenz auf einen dioden gewinnen, vorausgesetzt, daß die zur Verfü-

Bruchteil ihres Normalwertes zurückgehen. gung stehende schwankende Spannung niemals den

Bekannt ist beispielsweise aus der deutschen Pa- Wert der Zenerspannung unterschreitet. Solche Vertentschrift 680 712 eine Einrichtung der eingangs ge- hältnisse liegen beispielsweise immer vor, wenn der nannten Art, wobei jedoch der selbsterregte Wech- 5 Generator mit einer Gleichspannungsbatterie zusamselstromgenerator in den unteren Drehzahlbereichen menarbeitet. Einer Weiterbildung der Erfindung entfremderregt ist. sprechend, lassen sich die Steuersignale für den

Es besteht die Aufgabe, eine Einrichtung der ein- Hilfsthyristor auch dann mit relativ geringem Aufgangs genannten Art so auszugestalten, daß die wand erzeugen, wenn keine unter allen Betriebsbe-Selbsterregung durch Schwellwerte von Halbleiter- io dingungen konstante Spannung zur Verfügung steht, bauelementen im Erregerkreis auch bei kleinen Man kann dann nämlich die Sekundärspannung des Drehzahlen weder gestört noch unterbunden wird. Hilfstransformators gleichrichten und diese Span-Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch ge- nung unmittelbar als Steuerspannung dem Hilfsthyrilöst, daß die Einrichtung von der Spannung des Ge- stör zuführen. Der Transformator wird unter Berücknerators speisbar ist und daß der steuerbare Gleich- 15 sichtigung des Ansprechwertes des Hilfsthyristors richter ein Hilfsthyristor ist, der derart steuerbar ist, und der Schwellwerte der Gleichrichter so gewählt, daß er bereits bei sehr kleiner Spannung des Genera- daß der Hilfsthyristor bereits bei einer sehr niedrigen tors durchgesteuert ist. Generatorspannung anspricht. Diese Steuerspannung

Der Hilfsthyristor kann abhängig vom Erreger- wird dann mit Hilfe einer zusätzlichen Schalteinrich-

strom oder von der Generatorspannung so gesteuert 20 tung kurzgeschlossen, sobald die Generatorspannung

werden, daß er bereits bei kleiner Klemmenspannung den für die Selbsterregung erforderlichen Grenzwert

des Generators geschlossen und bei Erreichen der erreicht hat. Zur Steuerung der Hilfsschalteinrich-

zur Selbsterregung erforderlichen Grenzspannung rung kann ebenfalls die Steuerspannung verwendet

wieder geöffnet wird. und hierzu über eine Zenerdiode geführt werden, wo-

In besonderer Weise zur Steuerung des Hilfsthyri- 25 bei der Ansprechgrenzwert dann durch die Zenerstors geeignet ist eine Kippstufe, die durch die Se- spannung der Diode bestimmt ist.
kundärspannung des Hilfstransformators gesteuert Einzelheiten der Erfindung werden an Hand wird. Meist wird es dabei vorteilhaft sein, diese Se- zweier Ausführungsbeispiele erläutert,
kundärspannung zuvor gleichzurichten. Die Kipp- In F i g. 1 ist das Blockschaltbild einer Anordnung stufe soll ein Verhalten besitzen, das dem eines 30 gemäß der Erfindung wiedergegeben. Mitl ist ein Schmitt-Triggers vergleichbar ist. Das heißt, sie lie- Wechselspannungsgenerator bezeichnet, der beifert ein erstes Signale, durch das der Hilfsthyristor spielsweise mit stark veränderlicher Drehzahl angegeöffnet wird, sobald die Eingangsspannung der trieben wird und dessen Erregerwicklung mit 11 und Kippstufe einen ersten Grenzwert α erreicht. Dieses dessen Ausgangs-Klemme mit 12 bezeichnet ist. Die Signal und damit auch der Zustand der Schaltein- 35 Erregerwicklung 11 ist über einen Gleichstromregrichtung bleibt auch dann noch erhalten, wenn die ler 3 und einen Gleichrichter 2 an die Klemme 12 der Kippstufe zugeführte Eingangsspannung diesen des Generators angeschlossen. Mit Hilfe des Gleichersten Grenzwert α unterschreitet. Erst wenn die Ein- Stromreglers 3, der vorteilhaft mit Thyristoren arbeigangsspannung kleiner als ein zweiter Grenzwert b tet, soll die Klemmenspannung des Generators auf wird, liefert die Kippstufe ein zweites Signal B, das 40 einen konstanten Wert geregelt werden. Der Gleichdann so lange erhalten bleibt, wie die Eingangsspan- richter 2 und der Regler 3 sind durch wenigstens nung unterhalb des ersten Grenzwertesa bleibt. Mit einen Hilfsthyristor4 überbrückt, der von einer Hilfe dieses zweiten Signals B wird der Hilfsthyri- Kippstufe 5 gesteuert wird, die ihrerseits die Steuerstor wieder geschlossen, spannung von einem Hilfstransformator 6 zugeführt

Mit Rücksicht auf die Kennlinie des Generators, 45 bekommt. Dieser Hilfstransformator 6 liegt ebenfalls die die Abhängigkeit der Spannung von der Drehzahl an den Klemmen des Generators 1. Seine Sekundärwiedergibt und die in dem unteren Drehzahlbereich spannung wird zweckmäßig zunächst gleichgerichtet eine Hysterese aufweist, ist darauf zu achten, daß das und erst die so gewonnene Spannung als Steuerspan-Halteverhältnis, d. h. das Verhältnis des ersten nung der Kippstufe 5 zugeführt.
Grenzwertes α zu dem zweiten Grenzwert b, ausrei- 50 Die Charakteristik der Kippstufe 5 ist so gewählt, chend groß ist. Die Kippstufe soll jedenfalls erst daß durch sie der Hilfstransistor 4 im geschlossenen dann das zweite Signal B abgeben, das dann ein er- Zustand gehalten wird, solange die Generatorspanneutes Schließen des Hilfsthyristors veranlaßt, wenn nung unter dem für die Selbsterregung erforderlichen die Generatorspannung einen Wert erreicht hat, der Wert liegt. Das wird z. B. immer während der Hochmit Sicherheit nicht mehr zur Selbsterregung aus- 55 laufzeit des Generators der Fall sein. Die Erregerreicht. Umgekehrt sollen das Übersetzungsverhältnis wicklung ist dann direkt an die Klemmen des Genedes Hilfstransformators, die Kennlinie des Genera- rators angeschlossen. Die Schwellwerte des Gleichtors und der erste Grenzwert α der Kippstufe so auf- richters 2 und gegebenenfalls noch des Reglers 3 sind einander abgestimmt werden, daß diese ein öffnen daher in diesem Fall unwirksam. Der Generator wird erst veranlaßt, wenn die Generatorspannung einen 60 bereits bei verhältnismäßig niedrigen Drehzahlen die für die Selbsterregung ausreichenden Wert erreicht zur Selbsterregung erforderliche Spannung erreichen, hat. Sobald dies der Fall ist, kippt die Stufe 5 in den an-

In vielen Betriebsfällen werden sich mit den be- deren stabilen Zustand und öffnet dadurch den Hilfs-

kannten, elektronisch arbeitenden Schmitt-Triggern transistor 4, so daß dann die Erregerwicklung 11

zufriedenstellende Ergebnisse erreichen lassen. Vor- 65 über den Gleichrichter 2 und den Regler 3 gespeist

aussetzung ist hierbei jedoch, daß immer eine stabili- wird, der dann wirksam werden kann,

sierte Versorgungsspannung zur Verfügung steht. Eine besonders einfache Ausführungsform für den

Diese läßt sich beispielsweise mit Hilfe von Zener- Erregerstrom ergibt sich, wenn der Generator drei-

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phasig ausgeführt und die Erregerwicklung über zwei regerwicklung 11 unmittelbar zwischen den Klem-Einweggleichrichter lediglich zwischen zwei Phasen- men R bzw. 5 und der Klemme Mp liegt. Die Wickklemmen und dem Sternpunkt angeschlossen wird. lung bekommt dann einen pulsierenden, hackenden Ein derartiges Ausführungsbeispiel ist in F i g. 2 Gleichstrom. Schwellwerte sind in diesem Stromwiedergegeben. Dabei sind Teile, die denen der 5 kreis, der sehr niederohmig gehalten werden kann, F i g. 1 entsprechen, mit gleichen Bezugszeichen ver- praktisch nicht mehr vorhanden. Das Übersetzungssehen. Die Erregerwicklung 11 liegt über einen der verhältnis der Hilfstransformatoren 65 und 66 wird Spannungsregelung dienenden Thyristor 3 und die dabei so hoch gewählt, daß dieser Zustand bereits beiden Gleichrichter 21 und 22 zwischen den Klem- bei sehr kleinen Generatorspannungen eintritt. men R, S und der Klemme Mp. Die Diode 21 und io Solche lassen sich praktisch infolge der restlichen der Thyristor 3 sind durch den Hüfsthyristor 41 und Remanenz des Generators immer erzielen,
die Diode 22 und der Thyristor 3 durch den Hilfsthy- Erreicht die Klemmenspannung des Generators ristor 42 überbrückt. Die Steuerspannung für diese den für die Selbsterregung notwendigen Wert, dann Hilfsthyristoren wird von zwei zwischen den Klem- wird die Zenerdiode 55 durchlässig und der Thyrimen/? und Mp bzw. 5 und Mp liegenden Transfer- 15 stör 50 zündet. Dadurch wird die Steuerspannung matoren 65, 66 geliefert, deren Sekundärspannungen der Thyristoren 41 und 42 kurzgeschlossen, so daß mit Hilfe der Dioden 61, 62,63 und 64 gleichgerich- diese während der folgenden Perioden der Wechseltet werden. Die so gewonnene Gleichspannung wird spannung erlöschen. Die Erregerwicklung 11 wird den Steuerstrecken der Hilfsthyristoren 41 und 42 dann über die Gleichrichter 21 und 22 und den der über zwei Entkopplungsdioden 51, 52 und einen 20 Reglung dienenden Thyristor 3 gespeist, mit dessen nichtlinearen Widerstand 53 zugeführt. Letzterer Hilfe dann die Klemmenspannung des Generators dient der Spannungsbegrenzung und weist einen auf einen konstanten Wert geregelt werden kann. Widerstandswert auf, der mit steigender Spannung Der in diesem Betriebszustand über den Thyristor 50 zunimmt. fließende Strom und damit auch die Spannung an

Parallel zu den Steuerstrecken der Hilfsthyristoren 25 den Hilfstransformatoren wird durch den nichtlinea-

41 und 42 liegt ein weiterer Thyristor 50, dessen ren Widerstand 53 begrenzt.

Steuerstrecke die von den Hilfstransformatoren abge- Der Thyristor 50 soll wieder erlöschen, wenn die

leitete Gleichspannung über eine Zenerdiode 55 und Generatorspannung auf einen zweiten Grenzwert 6

einen Widerstand 54 zugeführt wird. absinkt, der selbst bei eingeschalteten Hilfsthyristo-

Überschreitet die Sekundärspannung der Transfer- 30 ren 41 und 42 nicht mehr zur Selbstregelung ausrei-

matoren 65 und 66 einen ersten Grenzwert«, der chen würde. Steigt die Generatorspannung wieder

durch die Schwellwerte der Dioden 61 bis 64 sowie auf einen geringfügig größeren Wert an, dann werden

der Dioden 51, 52 und der Steuerstrecken der Hilfs- die Hilfsthyristoren 41 und 42 wieder durch den von

thyristoren 41 und 42 bestimmt wird, dann werden den Hilfstransformatoren und den Dioden 61 bis 64

die Hilfsthyristoren durchlässig, so daß dann die Er- 35 gelieferten Strom durchgesteuert.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Einleitung der Selbsterregung eines Wechselstromgenerators, dessen Erregerwicklung über Gleichrichter und gegebenenfalls über einen Gleichstromregler an die Klemmen des Generators angeschlossen ist, mit einem steuerbaren Gleichrichter, der den Gleichrichter und den Regler überbrückt, bei welcher Einrichtung der steuerbare Gleichrichter von der Spannung des Generators über einen Hilfstransformator derart steuerbar ist, daß er bei Erreichen der zur Selbsterregung erforderlichen Spannung sperrt, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung von der Spannung des Generators speisbar ist und daß der steuerbare Gleichrichter ein Hilfsthyristor (41,42) ist, der derart steuerbar ist, daß er bereits bei sehr kleiner Spannung des Generators durchgesteuert ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung des Hilfsthyristors (4) eine Kippstufe (5) vorgesehen ist, die mit der Sekundärspannung des Hilfstransformators (6) steuerbar ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kippstufe (5) so ausgebildet ist, daß sie ein erstes Signal (A) liefert, durch das der Hilfsthyristor (4) offenbar ist, sobald ihre Eingangsspannung einen ersten Grenzwert (a) erreicht, und daß sie ein zweites Signal (B) liefert, durch das der Hilfsthyristor schließbar ist, wenn ihre Eingangsspannung unter einen zweiten Grenzwert (b) gesunken ist, der kleiner als der erste Grenzwert (a) ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Halteverhältnis der Kippstufe (5), d. h. das Verhältnis des ersten Grenzwertes (a) zu dem zweiten Grenzwert (b), etwa den Wert 5 besetzt.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Übersetzungsverhältnis des Hilfstransformators (6) den Grenzwerten (a, b) der Kippstufe (5) so angepaßt ist, daß die Eingangsspannung der Kippstufe gerade dann den ersten Grenzwert (α) erreicht, wenn die Klemmenspannung des Generators den für die Selbsterregung erforderlichen Mindestwert erreicht hat.

6. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärspannung des Hilfstransformators (6) gleichgerichtet und die so gewonnene Steuergleichspannung unmittelbar zur Steuerung des Hilfsthyristors (41,42) verwendet ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuergleichspannung der Steuerstrecke des Hilfsthyristors (41,42) über Entkopplungsdioden (51,52) zugeführt ist.

8. Einrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Hilfsschalteinrichtung (50) vorgesehen ist, mit deren Hilfe die Steuergleichspannung kurzgeschlossen wird, sobald die Klemmenspannung des Generators den für die Selbsterregung notwendigen ersten Wert (a) erreicht hat.

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsschalteinrichtung (50) mit einer Gleichspannung steuerbar ist, die über eine Zenerdiode (55) geführt ist.

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 Phasenwicklungen (R, S) angeschlossen ist, zwei Hilfsthyristoren (41,42) vorgesehen sind, die zwischen der Erregerwicklung (11) und den Klemmen der beiden Phasen liegen und immer gleichzeitig gesteuert werden.