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Anordnung zur schleifringlosen Messung des Erregerstromes eines über
rotierende Gleichrichter erregten Synchrongenerators Die Erfindung betrifft eine
Anordnung zur schleifringlosen Messung des von einer Drehstrom-Erregermaschine mit
teststehender Erregerwicklung ausgehenden Erregerstromes eines bürstenlosen Drehstomgenerators.
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Bei Synchronnaschinen, die über rotierende Gleichrichter erregt werden,
soll auch der Erregerstrom kontaktlos gemessen werden, um eine bessere Kontrolle
über den Betriebsaustand der Maschine zu erhalten, die Maschine zu überwachen oder
auch zu regeln.
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Es ist zu diesem Zweck eine Meßeinrichtung bekannt geworden, bei der
das Magnetfeld einer Meßspule gemessen wird, die sich auf der Welle befindet und
vom Erregerstrom durchtlossen wird.
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Bei einer anderen Anordnung ist ein kleiner Wechselstrom- bzw.
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Drehstrongenerator vorgesehen, der sich auf der Hauptwelle befindet
und vom Hauptgenerator mit erregt wird und dessen induzierte Spannung dann ein MaX
für den Erregerstrom ist.
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Diese Meßverfahren sind sehr aufwendig und müssen bei der Konstruktion
der Maschine berücksichtigt werden. Bei der Verwendung eines Meßgenerators ist die
indusierte Spannung auIieri noch drehzahlabhängig.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache und billige
Anordnung zur kontakt losen Messung des Erregerstromes von bürstenlosen Drehstromgeneratoren
zu schaften, die eine für die Praxis ausreichende Genauigkeit aufweist, k£'ne besonderen
konstruktiven Ma#nahmen an der Erregermaschine erfordert und nachtraglich eingebaut
werden kann.
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Erfindungsgemä# ordnet man daher eine oder mehrere Me#spulen im Bereich
den zwischen den Polen der feststehenden Erregerwicklung übertretenden Streuflusses
an.
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Die Erfindung geht davon aus, daß der Laststrom der Drehstrom-Erregermaschine,
bedingt durch die Gleichrichterbelastung, oberwellenhaltig ist und demzufolge auch
der Magnetfluß des Ankers stark pulsiert. Sieht man von geringen durch die Sättigung
der Streuwege in der Maschine bedingte Nichtlinearitaten ab, so ist der Oberwellengehalt
des Ankerflusses dem Laststrom proportional.
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Man braucht also nicht den Ankerfluß direkt zu messen, sondern nur
dessen Oberwellengehalt, um ein MaX für den Erregerstrom des Hauptgenerators zu
erhalten. Es ist nämlich wesentlich einfacher, die Oberwellen des Lasttlusses mittels
einer Me#spule als den Magnetflu# selbst mittels Hall-Sonden oder Hall-Widerständen
zu messen.
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Die Erfindung ist anhand der Zeichnungen im folgenden näher erläutert:
Es zeigen Fig. 1 ein vereinfachtes Zeigerdiagramm einer Synchronmaschine Big. 2
und Fig. 3 Ausführungsbeispiele nach der Erfindung. lus dem stark vereinfachten
Zeigerdiagramm einer Synchronmaschine mit Gleichrichterlaat und der schematisch
angedeuteten Maschine in Fig. 1 erkennt man, da# der Ankerflu# bei Nennlast
unter
einem Winkel von etwa 400 zur Erregerachse steht. Will man also den gesamten Oberwellenanteil
des Ankerflusses messen, so muß man eine Neßspule, die eine Poiteilung umfa#t, unter
diesem Winkel zttr Erregerachse anordnen. Eine solche Anordnung ist jedoch aus konstruktiven
Grunden recht schwierig und aufwendig. Auch ist die Lage der Ankerdurchflutung zur
Erregerachse nicht konstant Betrachtet man eine Synchronmaschine, die auf eine konstante
Spannung erregt und mit einer Ohmschen Bürde belastet wird, so steht die Ankerdurchflutung
bei kleinen Strömen zuerst senkrecht zur Erregerachse (iiegt alsoin der Pollücke)
und schwenkt dann bei immer größer werdenden Strömen immer mehr in die Richtung
der Erregerachse. Die Lage der Ankerdurchflutung ist nur spann annähernd konstant,
wenn die oynchronmaschine auf eine konstante Bürde arbeitet, Bei Drehstrom-Erregermaschinen
ist die Bürde jedoch nicht konstant, denn durch die Erwärmung der Polradwicklung
ändert sich der Widerstand derselben. Bei kalter Polradwicklung liegt also die Achse
der Ankerdurchflutung mehr in Richtung der Erregerachse. Außerdem ändert sich der
Oberwellengehalt des hnkerflusses mit der Länge der Kommutierungszeit der Gleichrichter.
Der Zusammenhang zwischen der in einer Me#wicklung durch die Oberwellen des Ankerflusses
der Drehstrom-Erregermaschine induzierten Spannung un@ @em Unkerfluß ist vielschichtig
und nicht linear.
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Ordnet man eine Me#spule in der Pol lücke so an, daß sie den gesamten
aus dem Anker in den Raum zwischen den Polen austretenden Fluß umfaßt (Fig. 2, Stellung
a der Me#spule), so steigt die in der Meßspule induzierte Oberwellenspannung mit
dem Erregerstrom bei warner Polradwicklung viel schwächer und zudem noch weniger
lincar an als bei kalter Wicklung. Ordnet man die Meßspule auf dem Pol an (Fig.
2, Stellung b der Meßspule), so ergibt sich der umgekehrte Zusammenhang, d. h. bei
warmer Polradwicklung steigt die in der Meßspule induzierte Oberwellenspannung mit
dem Erregerstrom viel stärker als bei kalter Wickung
an. Jedoch
ist die Linearität Zwischen dem Erregerstrom und der induzierten Spannung noch schlechter.
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Wenn die Me#spule zwischen den Polen senkrecht zur Ankeroberflächc
so angeordnet wird, daß sie den zwischen den Polen durch die Luft übertretenden
magnetischen Streuflu# umschlie#t (Fig. 2, Stellung c der Me#spule), so ist die
Linearität zwischen dem Erregerstrom des Ilauptgenerators und der in der Me#wicklung
induzierten Spannung die beste. Bei konstantem Erregerstrom des Hauptgenerators
und veränderlichem Widerstand der Polradwicklung des Hauptgenerators steigt die
Spannung in der Me#wicklung mit steigendem Widerstand der Polradwicklung an. Bei
den im Betrieb üblichen Erwärmungswerten der Polradwicklung beträgt die Spannungsdifferenz
an der Me#spule bei gleichem Erregerstrom des Hauptgenerators zwischen kalter untl
warmer Polradwickiung weniger als 10 %. In vielen Fällen wird eine solche Me#genauigkeit
durchaus ausreichen. Bei Au#enpolmaschinen mit geblechtem Joch sollte die Me#wicklung
auch das Joch selbst mit umschlie#en, so wie es in Fig. 2, Stellung c der Meßspule
gestrichelt angedeutet ist. Dagegen ist bei Drehstrom-Erregermaschinen mit einem
massiven Joch der Anteil des Oberwellenflusses, der dort hindurchgeht, für die I1essung
vernachlässigbar.
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Es ist auch möglich, den Einflu# der durch die Erwärmung verursachten
Widerstandsschwankung der Polradwicklung auf die in der Meßspule induzierte spannung
zu kompensieren, und zwar durch eine Reihenschaltung (Fig. 3, Stellung a der Me#spulen)
einer senkrecht in der Pollücke (entsprechend Fig. 2, Stellung c) und einer gewölbt
angeordneten Me#spule (entsprechend Fig. 2.
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Stellung a). Die Windungszahlen der beiden in Reihe geschalteten Me#wicklungen
müssen nur entsprechend der Maschinendaten aufeinander abgestinnt werden. Man erreicht
hierbei eine weitgehende Übereinstimmung der Me#ergebnisse bei kalter und warmer
Polradwicklung. Das an diese Me#spulen angeschlossene Instrument kann dabei direkt
in Ampere geeicht werden. Auch kann die in
den Meßspule induzierte
Spannu für din Regelung der Maschine benutzt werden.
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Eine weitere Möglichkeit, den Einfluß der Wicklungserwärmung auszuschalten,
bietet die Schrägstellung der Meßspule in der Pollücke (Fig. 3, Stellung b der Me#spule).
Auch hierbei erhält man zwischen dem Erregerstrom des Hauptgenerators und der in
der Meßspule induzierten Spannung eine für die Praxis ausreichende Linearität. ohne
daß sich der Einfluß der Wicklungserwärmung störend bemerkbar macht.
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Sind mehrere Meßspule nach der Erfindung im Bereich zwischen den Polon
angeordnet, so können diese selbstverständlich auch in Reihen- oder Parallelschaltung
betrieben werden.
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5 Seiten Beschreibung 7 Patentansprüche