DE1488854B2 - Anordnung zur automatischen laufenden ueberwachung des stromes in den strompfaden der mitumlaufenden erreger gleichrichter bei einer schleifringlos erregten synchron maschine - Google Patents

Description

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Die vorliegende Anmeldung bezieht sich auf eine Einzelinduktoren zu magnetisieren. Dieses System

Anordnung zur automatischen, laufenden Über- vermag nicht zu befriedigen, da Fälle möglich sind,

wachung des Stromes in den Strompfaden der mit- bei denen trotz Unterbruch des Strompfades keine

umlaufenden Erregergleichrichter bei einer schleif- Sperrspannung an den Klemmen der Sicherung anringlos erregten Synchronmaschine mit m Gruppen 5 liegt, z. B. bei Leitungsunterbruch im Strompfad oder

(A, B, C ...) mit je η parallelen Strompfaden (a_v a₂, bei Ausbrennen eines Gleichrichterelementes. Außer-

a₃... b_v b₂, b_s...), bei der am Umfang eines auf der dem ist das gesamte rotorseitige Meßsystem galva-

Läuferwelle mitdrehenden Trägerkörpers entspre- nisch nicht vom Erregerkreis getrennt, was unter Be-

chend den m-n Strompfaden m-n magnetisierbare rücksichtigung der großen Beschleunigungskräfte die

Kerne zur Erregung von Signalen, welche ortsfest in- io Gefahren eines Isolationsdefektes auf dem Rotor in

duktiv von der Läuferwelle abgenommen und nach ungerechtfertigt hohem Maße vergrößert.

Zahl und Lage eventuell auftretender Gleichrichter- Bei einem älteren, aber nicht vorveröffentlichten

defekte in einem Auswertegerät ausgewertet werden, Recht (deutsche Patentschrift 1 232 252) sind ma-

angebracht sind, welche Kerne im ungestörten Zu- gnetisierbare Kerne vorhanden, die jeweils durch den

stand durch den Strom des zugehörigen Strompfades 15 Strom des zugehörigen Strompfades magnetisiert

magnetisiert sind. werden. Jedoch erfolgt die Magnetisierung der ent-

Bei einer schleifringlosen Erregung einer Synchron- lang eines Umfangkreises angeordneten Kerne mit maschine handelt es sich um eine Anordnung, bei jeweils abwechselnder Stromrichtung. Bei einer Erweicher der zur Speisung des Läuferfeldes notwendige regeranordnung, bei der die Stromrichtung vom Ort Gleichstrom zuerst als Wechselstrom in einem 20 der rotierenden Gleichrichter nach der Erregerwick-Wechselstromgenerator erzeugt wird, dessen Anker lung über Leiter mit durchwegs gleicher Stromrichsich auf der Läuferwelle befindet oder ein Teil der- tung erfolgt, wäre diese bekannte Anordnung nicht selben ist. Ein ebenfalls auf der Welle montierter verwendbar.

mitrotierender Gleichrichter besorgt die Umformung Ferner gehört es zum Stand der Technik, Meßdes Wechselstromes in Gleichstrom. Es handelt sich 25 sonden auf mehreren Umfangskreisen anzuordnen also um ein elektrisch in sich abgeschlossenes rotie- und justierbar zu montieren (deutsche Auslegerendes System, welches die Speisung des Feldes mit schrift 1151 311).

Gleichstrom ohne Schleifringe und Kommutator Auch ist es bekannt, eine Auswertung der Meßermöglicht, signale mit logischen Elementen vorzunehmen (deut-

Der mitrotierende Gleichrichter besteht aus Halb- 30 sehe Auslegeschrift 1166 362).

leiter-Gleichrichterelementen, welche je nach ge- Die Aufgabe der Erfindung ist es, bei einer Anwählter Schaltungsart zu m Gruppen zusammengefaßt Ordnung zur schleifringlosen Erregung einer Synwerden, wobei wiederum jede Gruppe in eine Anzahl chronmaschine die einzelnen mit Sicherungen ver- n an gleicher Spannung liegender paralleler Strom- sehenen Strompfade der mitrotierenden Gleichrichter pfade aufgeteilt ist. Zum Schutz gegen inneren Kurz- 35 kontaktlos zu überwachen, jedoch die Nachteile der Schluß ist den Gleichrichterelementen in Serie pro bekannten Anordnungen zu vermeiden.
Strompfad eine Sicherung vorgeschaltet. Im all- Die vorgenannte Aufgabe wird bei der eingangs gemeinen wird die Anzahl η paralleler Strompfade beschriebenen Anordnung erfindungsgemäß dadurch pro Gruppe so gewählt, daß bei Defekt einer oder gelöst, daß sämtliche Strompfade gleiche Stromrichmehrerer Sicherungen die verbleibenden Strompfade 40 tung aufweisen und entlang einem ersten Umfangshinsichtlich der Gleichrichterelemente nicht überlastet kreis diesen Kernen gegenüber η stationäre Absind. Gegebenenfalls wird man, speziell bei großen nahmespulen teilungsgleich einander unmittelbar fol-Turbogeneratoren, bis zu einem gewissen Grade gend so angeordnet sind, daß ihre maximale Induzieeine vorübergehende Leistungsreduktion durchführen, rung im Bereich der maximalen Magnetisierung der damit man bei Überschreiten der Anzahl zulässiger 45 Kerne erfolgt und daß auf einem zweiten Umfangs-Sicherungsdefekte pro Schaltgruppe für Nennbetrieb kreis auf dem Trägerkörper ein induzierender Eisennicht gezwungen ist, eine plötzliche Abschaltung kern und über diesem Umfangskreis m gleichverteilte vornehmen zu müssen. stationäre Abnahmespulen angeordnet sind und daß

Voraussetzung für diese wünschenswerte Betriebs- die feststehenden Spulen über den beiden Umfangsweise ist eine Überwachungseinrichtung, die es er- 50 kreisen mit je einem Eingang zu einem UND-Gatter laubt, jederzeit über den augenblicklichen Betriebs- von m ■ η Auswertekanälen des Auswertegerätes verzustand des Gleichrichters zu informieren. Es stellt bunden sind.

sich ferner für die Überwachungseinrichtung die For- An Hand eines Ausführungsbeispieles soll die Erderung einer kontaktlos arbeitenden automatischen findung näher erläutert werden. Es zeigt
Anzeige. Darüber hinaus sollen Befehle zur Leistungs- 55 Fig. 1 eine mögliche Halbleitergleichrichterschalreduktion oder Abschaltung gegeben werden können. tung,

Es sind verschiedene Anordnungen bekanntgewor- F i g. 2 eine Anordnung zur Überwachung,

den, die die Überwachung eines rotierenden Gleich- F i g. 3 das Prinzipschaltbild eines Auswertekanals,

richters zum Gegenstand haben. F i g. 4, 5 bzw. 6, 7 zwei Ausführungsbeispiele der

Eine bekanntgewordene Anordnung benutzt die 60 Magnetisierkerne.

während der Sperrphase des Gleichrichters an den Dem Ausführungsbeispiel ist ein Erregergleich-

Klemmen einer defekten Sicherung anstehende Sperr- richtersystem in Dreiphasensternschaltung für eine

spannung zur Magnetisierung eines Induktors, wobei schleifringlos erregte Synchronmaschine zugrunde ge-

die Sicherungen pro Schaltgruppe zusammengefaßt legt.

ein Signal induzieren, dessen Amplitude ein Maß 65 In F i g. 1 sind 1 die mitrotierenden, dreiphasig

für die Anzahl defekter Sicherungen darstellt. Hierbei angeordneten, induzierten Wicklungen einer Induk-

können aber Pendelungen Fehlanzeigen verursachen. tionsmaschine, welche mit dem Läufer der Synchron-

Auch wird vorgeschlagen, mittels dieser Spannungen maschine mitdreht. Die Statorwicklung der Induk-

tionsmaschine wirkt als Gleichstromerregerwicklung. Der umlaufende Erregergleichrichter weist somit m=3 Schaltgruppen (A, B, C) auf. Jede Schaltgruppe weist η = 4 Strompfade auf (al, al, a7>, a4; bl...; el...). Jeder Strompfad weist zwei in Serie geschaltete Halbleitergleichrichter 2 und eine Sicherung 3 auf. Im ganzen sind m ■ η — 12 Strompfade vorhanden.

In der Fig. 2 sind die Mittel zur Erzeugung von Signalen dargestellt, welche induktiv von der Läuferwelle abgenommen und ortsfest ausgewertet werden. Dazu ist jedem Strompfad ein magnetisierbarer Eisenkern 5 zugeordnet. Sämtliche m · η Kerne sind entlang einem Umfangskreis auf einem Trägerkörper 8 gleichmäßig verteilt angeordnet. Im ungestörten Zustand, also bei normalem Betrieb, erfolgt eine Magnetisierung jedes Kernes durch den Strom im zugehörigen Strompfad. Den rotierenden Kernen 5 gegenüber sind η stationäre magnetisierbare Kerne mit Abnahmespulen angeordnet. Sie haben gleiche Teilung wie die Teilung der Kerne auf dem Trägerkörper. Die Abnahmespulen U bis 14 liegen auf dem ersten Umfangskreis 8 a und sind mit den rotierenden Kernen 5 über den Luftspalt derart magnetisch koppelbar, daß sie durch Drehen in Umfangsrichtung in den Bereich der maximalen Induzierung der Kerne 5 gleicher Phasengruppe m gebracht werden. In diesem Bereich werden in den Abnahmespulen 11 bis 14 infolge der Rotation der Kerne 5 Spannungsimpulse induziert.

Wenn also z. B. die Phasengruppe A gerade stromführend ist, die zugehörigen Magnetkerne 5 auf den Polbogenpunkten al, al, a3, a 4 im ungestörten Zustand alle maximal magnetisiert sind und die Abnahmespulen 11,12,13, 14 in diesem Zeitmoment t_A den Polbogenpunkten genau gegenüberstehen, wird in allen Abnahmespulen 11 bis 14 gleichzeitig ein auswertbarer Impuls induziert.

Auf einem zweiten Umfangskreis 8 b ist auf dem Trägerkörper 8 ein induzierender Eisenkern 15 angebracht. Dieser Eisenkern kann ein Permanentmagnet sein, der das nötige Magnetfeld erzeugt. An dessen Stelle kann auch der Kern der Abnahmespule mit Gleichstrom vormagnetisiert sein, so daß beim Vorbeilaufen des Eisenkerns 15 in der Abnahmespule ebenfalls eine Spannung induziert wird. Diesem Eisenkern gegenüber sind m = 3 über den Umfang gleich verteilte, stationäre, mit Eisenkernen versehene Abnahmespulen A₁, R₂, R₃ angeordnet. Der Kern 15 steht dem Kern der Spule .R₁ gerade in dem Zeitmoment gegenüber, in welchem in allen Abnahmespulen 11 bis 14 durch die Kerne a_x bis a₄ gleichzeitig ein Impuls induziert wird.

In entsprechender Weise werden im Leitbereich der Phasengruppen B und C zu äquidistanten Zeitintervallen ig und t_c die jeweils den entsprechenden Gruppen zugehörigen Kerne 5 in allen Abnahmespulen 11 bis 14 und den korrespondierenden Spulen R₂ und R_s gleichzeitig Impulse induziert.

Die Abnahmespulen 11 bis 14 sowie die Abnahmespulen JR₁ bis R₃ sind auf das Auswertegerät geschaltet Dieses enthält Auswertekanäle all bis α 14, b 11 bis f>14, eil bis cl4_: zusammengefaßt in m = 3 Gruppen (A₀, S₀, C₀) zu je η = 4 Auswertekanälen. Jede Abnahmespule 11 bis 14 ist auf je den ersten Eingang eines UND-Gatters in jedem Auswertekanal geschaltet. Je eine der Abnahmespulen Rl bis R 3 sind auf je die zweiten Eingänge der UND-Gatter je einer Gruppe A₀, B₀, C₀ geschaltet. An die Ausgänge jedes Auswertekanals sind Anzeigelampen 24 angeschlossen.

In den Eingangsleitungen zu den Auswertekanälen all bis c 14 sind Impulswandler (A/C-Wandler) 21 eingebaut, welche die Impulse der Abnahmespulen in rechteckige Impulse für den Eingang in die UND-Gatter umwandeln. Den Aufbau eines Auswertekanals (z. B. O₁₁), wie er für jeden Strompfad vor-

handen ist, zeigt F i g. 3.

Die jeweils von den Abnahmespulen (11 bis 14) bzw. (R₁ bis R₃) kommenden Eingangsleitungen gelangen auf je einen A/C-Wandler 21, mit welchen die für die Gatter 22 notwendige Amplituden- und Impulsform erhalten wird. Aus der Menge der in den Abnahmekernen 11 bis 14 induzierten Impulse, die an allen Kanälen am UND-Gatter 22 entstehen, werden jene auf dem monostabilen Multivibrator 23 mit einstellbarer Abfallverzögerung durchgelassen, die mit dem Referenzirnpuls, z.B. von R₁, zeitlich zusammenfallen. Das ist dann der Fall, wenn auf Grund der mechanischen Zuordnung z. B. die Kerne der Strompfadea_x bis a₄ den Abnahmespulenkernenil bis 14 genau gegenüberliegen, wie in Fig. 2 gezeigt.

Dem Multivibrator folgt je eine Anzeigelampe (24). Der Multivibrator 23 dient als Verzögerungsglied mit einstellbarer Verzögerung. Dadurch sollen Fehlanzeigen durch fremde kurzzeitige Störimpulse oder durch transiente Vorgänge im Hauptgenerator verhindert werden. Eine Verzögerungszeit von etwa 2 Sekunden ist zweckmäßig.

Die Wirkungsweise ist folgende: Bei normalem Betrieb, also bei nicht durchgebrannten Sicherungen, führen die Schaltgruppen A, B, C abwechselnd während eines Zeitintervalls von einem Bruchteil einer Periode einen positiven Gleichrichterstrom. Wenn z. B. gerade die Gruppe A vollen Strom führt, befindet sich der induzierende Magnet 15 gerade der Spule R₁ gegenüber. Sämtliche UND-Gatter der

Gruppe A₀ sind infolgedessen auf Stromdurchlaß geschaltet. Dasselbe trifft auch in entsprechender Weise für die Gruppen Β_ϋ und C₀ zu. Sämtliche Anzeigelampen 24 leuchten. Ist eine der Sicherungen durchgebrannt, z. B. die Sicherung des Strompfades a_&,

dann wird im zugeöhrigen Kern kein Magnetfeld erzeugt, und in der Abnahmespule 13 wird in diesem Moment keine Spannung induziert, während der zugehörige Referenzimpuls in R₁ aber auftritt. Die zugehörigen Kanäle α 13, fcl3, cl3 sind also gesperrt, auch dann, wenn von der Spule R₁ der jeweils zweite Eingang der UND-Gatter der Gruppe A₀ Spannung erhält. Die zugehörige Anzeigelampe bleibt dunkel und zeigt damit an, daß die rotierende Sicherung im Strompfad α 3 defekt ist und durch eine neue ersetzt werden muß.

Es kann ein weiteres Gatter 25 angeschlossen sein zur Ausführung von Warnsignalen. Durch eine weitere, nicht näher dargestellte Vorrichtung 26 kann die Synchronmaschine beeinflußt werden. Es kann ein Abschalten vorgenommen oder eine Leistungsreduktion der Synchronmaschine eingeleitet werden. Der Aufbau der magnetisierbaren Kerne kann gemäß der Fig. 4 und 5 erfolgen. Auf dem mitrotierenden Trägerkörper 41 sind U-förmige Magnetkerne 42 eingelegt, wofür am Umfang radiale Schlitze 43 vorgesehen und in die Schenkel des Magnetkernes eingelegt sind. Die eingelegten Magnetkerne weisen an ihrem Mittelstück Nasen 41b auf. Über

Claims (1)

1. 5 6

   diese erfolgt die Festklemmung der Kerne am Träger- sind einfache Konstruktionselemente und können

   körper, indem diese Nasen gegen den Innenrand 41 b zudem sehr robust ausgeführt werden. Sie vermögen

   des Trägerkörpers gedrückt werden, mittels eines deshalb zusätzliche Zentrifugalkräfte aufzunehmen,

   Keilkörpers 44. Der Keilkörper wird durch eine so daß sie gleichzeitig zur Befestigung des Strom-Schraube 45 angezogen, wobei gleichzeitig auch der 5 letters dienen können. Es können ebene Polplatten

   benachbarte Kern festgeklemmt wird. 46 ist der verwendet werden und brauchen, wenigstens bei einer

   Stromleiter des Strompfades, durch den der Magnet- größeren Zahl von Luftspalten, der Krümmung des

   kern magnetisiert wird. Trägerkörpers nicht angepaßt zu werden.

   Den Schenkelenden 42« stehen entsprechende orts- Die Rückführung des Leiters 35 a kann, statt wiefeste Magnete 42 von gleicher Form gegenüber. Auf io der durch das Magnetsystem, zunächst radial nach

   diesen Magneten sind die Abnahmespulen 11 bis 14 innen verlaufen und direkt an den einen Pol der

   gemäß der F i g. 2 angebracht. Sicherung angeschlossen werden. Vorstehende

   Die Abnahmespulen auf den beiden Umfangs- Spulenköpfe können dadurch vermieden werden,
   kreisen sind zweckmäßig auf konzentrisch zur Wellen- Mit Hilfe der synchronen Abtastung wird es mögachse liegenden Ringen angebracht. Diese Ringe sind 15 lieh, die einzelnen Strompfade eines umlaufenden in Umfangsrichtung verstellbar und ermöglichen es, Erregergleichrichters vollkommen automatisch und die Abnahmespulen in den Bereich der maximalen selektiv zu überwachen, wobei im Störungsfall der Magnetisierung zu bringen. Bei den Magneten auf ausgefallene Strompfad nach Schaltgruppe und Lage dem Umfangskreis 8 a kann wegen des nur kleinen, innerhalb der Schaltgruppe exakt angezeigt wird,
   mit Magneten bedeckten Bogens auch nur ein Ring- 20 Für die Überwachung des Betriebes kann es notsegment verwendet werden. wendig sein, daß bei einer Verringerung der Er-Die in diesen Spulen induzierte Impulsspannung regung, z.B. bei Unterschreiten der Erregung bei weist eine ausgeprägte, positive und negative Span- Leerlauf um 20%, die Überwachungsanlage ausnungshalbwelle auf. Dies stellt an den A/C-Wandler geschaltet wird, damit nicht ein Sicherungsdefekt 21 in den Eingangsleitungen zu den Auswertekanälen 25 vorgetäuscht wird. Da hierfür die direkte Messung besondere Anforderungen, um daraus positive Im- des Erregerstromes nicht möglich ist, wird ersatzpulse für den Eingang an die UND-Gatter zu er- weise der damit etwa proportionale Felderregerstrom halten. zugezogen. Zu diesem Zweck ist im Erregerstrom-Für die Auswertung in den Auswertekanälen kann kreis der Erregermaschine ein Minimalstromrelais es wünschenswert sein, schon in den Abnahmespulen 30 eingeschaltet, dessen Betätigungskontakt beim AnImpulse zu erhalten, deren positive Halbwelle hoch sprechen eine Unterbrechung beim Auswertegerät und schmal ist, während die negativen Halbwellen bewirkt. Dazu kann der Schaltkontakt des Relais klein und breit sind, so daß diese direkt dem UND- beim Auswertegerät zwischen dem Multivibrator 23 Gatter zugeführt werden können. Die F i g. 6 und 7 und der Anzeigelampe 24 eingeschaltet werden. Es zeigen magnetisierende Kerne, die eine solche Span- 35 kann auch der Speisestromkreis des Auswertegerätes nungskurve ergeben und die Form von Polplatten unterbrochen werden. Das Einschalten erfolgt zweckhaben, mäßig mit einer zeitlichen Verzögerung, um allfällige, Auf dem Trägerkörper 31 (abgewickelt dargestellt) betriebsmäßig auftretende plötzliche kurzzeitige Sensind die Polplatten 32 befestigt, deren Enden 32 a kungen des Erregerstromes nicht wirksam werden zu sich gegenseitig mit einem bestimmten Abstand a 40 lassen.

   gegenüberstehen und so ein Luftspalt entsteht, in Es ist zweckmäßig, die rotierenden bzw. statiodessen Bereich sich ein magnetisches Streufeld aus- nären Kerne 42 (Fig. 4, 5) mit unterschiedlicher bildet. Die Befestigung auf dem Trägerkörper erfolgt Länge in der Richtung der Rotorachse auszuführen, mit versenkten Schrauben 33 unter Zwischenlage von derart, daß, wenn sich der Rotor infolge Temperatur-Distanzstücken 34. Unmittelbar unter jedem Luft- 45 dehnung verlängert, die einander gegenüberstehenden spalt liegt ein Leiter 35, der den Strom eines Strom- PohTächen in ihrer wirksamen Größe unverändert pfades führt. Es sind m ■ η Luftspalte bzw. Strom- bleiben. Dazu ist jeweils die Abmessung der einen leiter vorhanden. Die jeweilige Rückführung jedes Polfiäche gegenüber der anderen Polfläche in der Leiters 35 a erfolgt in der Mitte zwischen den Luft- Achsrichtung um den Betrag der Wärmedehnung spalten und zwischen zwei zusammengehörigen Ab- 50 verschieden.

   Stützungen 34. Ortsfest ist der prismatische Abnahme- Die F i g. 6 und 7 dienen lediglich der Erläuterung, kern 36 mit der Abnahmespule 11 bzw. 12, 13, 14 Für Merkmale, die nur in diesen Figuren, nicht hinangeordnet. Die Breite des Kernes an der Stirnfläche, gegen in Beschreibung und Anspruchsfassung entalso an der Eintrittsstelle des magnetischen Feldes, halten sind, werden Rechte nicht beansprucht,
   entspricht ungefähr der Luftspaltbreite a. Zur Ver- 55
   besserung der magnetischen Verhältnisse, also zur

   Verringerung des magnetischen Widerstandes vom Patentansprüche-Kern nach den Polplatten weist der Abnahmekern
   beidseitig Eisen-Rückschlüsse 36 a auf, welche bis in

   die Nähe der Polplatten reichen. Dabei verringert sich 60 1. Anordnung zur automatischen, laufenden

   der Luftspalt nach der Mitte hin. Das Verhältnis Überwachung des Stromes in den Strompfaden

   Abnahmekernbreite α zur Polplattenteilung t richtet der mitumlaufenden Erregergleichrichter bei einer

   sich nach der erforderlichen relativen Impulsbreite schleifringlos erregten Synchronmaschine mit

   und liegt im vorliegenden Fall zweckmäßig bei m Gruppen (A, B, C...) mit je η parallelen

   etwa 1:10. 65 Strompfaden (a_v a₂, a₃,... b_v b₂, b_z ...), bei der

   Die Anordnung der Abnahmespulen nach F i g. 6 am Umfang eines auf der Läuferwelle mitdrehen-

   und 7 ermöglicht es, gleichgerichtete Impulse direkt den Trägerkörpers entsprechend den m · η Strom-

   zu erzeugen. Die Polplatten und die Abstützungen pf aden m ■ η magnetisierbare Kerne zur Erregung