DE1588470C3 - Schutzschaltungsanordnung für den Erregerstromkreis einer von einem Erregergenerator über rotierende Gleichrichter erregten schleifringlosen Synchronmaschine - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Schutzschaltungsanordnung für den Erregerstromkreis einer von einem Erregergenerator über rotierende Gleichrichter erregten schleifringlosen Synchronmaschine mit einer Ausschaltvorrichtung.

Eine solche Schaltungsanordnung ist bekannt (deutsche Auslegeschrift 1 181 805). Sie arbeitet nach dem Prinzip, daß der unsymmetrisch belastete Erregergenerator bestimmte Spannungsoberwellen in seiner Feldwicklung aufweist, die ein Kriterium des Fehlers darstellen und die eine Abschaltung auslösen können. Es ergeben sich dabei jedoch erhebliche Nachteile, die zum Teil auch bei erhöhtem Aufwand nicht zu beseitigen sind. Die Schutzschaltungsanordnung spricht nämlich unter Umständen auch auf Oberwellen an, die im normalen Betrieb auftreten oder auftreten können. Diese betriebsmäßigen Oberwellen sind auf die Nutung der Ankerwicklungen der Maschinen, auf die Gleichrichterbelastung sowie auf die Erregerstrom-Oberwellen sowohl des Erregergenerators als auch der Synchronmaschine zurückzuführen. Es müssen die betriebsmäßigen Oberwellen also selektiv ausgefiltert werden, womit hohe Anforderungen an das Selektiyfiiter gestellt werden. Andererseits muß jedoch beachtet -werden, daß genügend breite Resonanzkurven bei den Filtern vorliegen, damit bei Frequenzverschiebungen durch Drehzahländerungen nicht etwa die Oberwellen, die durch Störungen auftreten, gerade ausgeschieden werden. Bestimmte Frequenzen von Ausgleichströmen, die infolge unsymmetrischer Zweige der Ankerwicklung des Erregergenerators in dessen Feldwicklung fließen und bestimmte Oberwellen, die durch netzseitige Schieflast oder netzseitigen Kurzschluß über die Synchronmaschine und den Erregerstromkreis auf die Feldwicklung des Erregergenerators übertragen werden, können dabei trotz bestmöglicher Filter in vielen Fällen nicht mehr herausgesiebt werden. Darüber hinaus spricht die bekannte Schutzschaltungsanordnung eben nur bei unsymmetrischen Fehlern an.

Auch ist allgemein bekannt, z. B. bei einem drehzahlgeregelten Antrieb ein Über- oder Unterdrehzahlrelais oder z. B. bei einer elektrischen Maschine neben einer Stromregelung noch eine Überstromüberwachung vorzusehen.

Weiterhin ist durch die deutsche Patentschrift 557 280 eine Regelanordnung für Kraftmaschinen bekannt, bei der durch Impulse ein auf die Energiezufuhr wirkendes Glied gesteuert wird, indem dem Regler Impulse zugeführt werden, wenn der Istwert der Leistungsabgabe vom Sollwert um einen bestimmten Betrag abweicht. Zur Anzeige von Gefahren wird dabei eine Einrichtung verwendet, welche die gleichsinnigen und aufeinanderfolgenden Impulse zählt und die nach Überschreiten einer gewissen Impulszahl die Störung anzeigt, sofern nicht zwischendurch Gegenimpulse auftreten.

Ferner ist durch die deutsche Patentschrift 713 031 eine Vorrichtung zur Einregelung elektrischer Größen, z. B. der Leistungsabgabe von Stromerzeugern, auf einen vorgeschriebenen Wert bekannt, bei der eine dem Sollwert der zu regelnden Größe entsprechende Geschwindigkeit mit einer dem Istwert der zu regelnden Größe entsprechenden Geschwindigkeit verglichen wird. Im Normalfall erfolgt periodisch eine Rückführung der Vergleichsglieder in ihre Ruhelage. Dabei wird der Zeitabstand zwischen dem Entkuppeln der Vergleichsanordnung und ihrem erneuten Ansprechen gemessen. Sofern der Zeitabstand eine den Störungsfall bedeutende Zeit unterschreitet, spricht die Vorrichtung an.

Derartige für Regelkreise bekannte Anordnungen sind als Schutzeinrichtung für den rotierenden Erregerstromkreis einer schleifringlosen Synchronmaschine nicht oder nur unter großem technischen Aufwand einsetzbar. Insbesondere spielt dabei eine Rolle, daß der Erregerkreis nicht direkt zugänglich ist, sofern man die Vorteile einer schleifringlosen Anordnung nutzen will, also Hilfsschleifringe nicht verwendet werden können.

Die Aufgabe der Erfindung besteht bei einer Schutzschaltungsanordnung der eingangs genannten Art darin, daß bei einfachem Aufbau und geringem Aufwand alle, also auch die symmetrischen Fehler der Gleichrichterschaltung erfaßt werden und gleichzeitig ein wirksamer Schutz gegen die Maschine ge-

fährdende Störungen für den gesamten rotierenden wert wird über einen Einstellwiderstand 8 und eine Erregerstromkreis gebildet wird. Gleichrichterbrücke 9 auf den einen Eingang der

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch ge- Vergleichseinrichtung 11 gegeben. Der andere Einlöst, daß eine Vergleichseinrichtung mit einstellbaren gang der Vergleichseinrichtung 11 wird mit dem von Ansprechwerten derart vorgesehen ist, daß der Ist- 5 der Erregerwicklung 17 des Erregergenerators 3 abwert des Erregerstromes des Erregergenerators mit gegriffenen Erregerstrom beaufschlagt. Die Einsteleinem aus Strom, Spannung und Leistungsfaktor der lung der Ansprechspannung für die Eingänge der Synchronmaschine gebildeten analogen Sollwert des Vergleichseinrichtung 11 im Betriebsfall kann zweckdafür benötigten Erregerstromes vergleichbar ist, daß mäßigerwise mit einem Kreuzzeigerinstrument 10 der Vergleichseinrichtung ein Zeitglied zur zeitlichen io vorgenommen werden. Mit diesem Instrument ist Abstimmung von Soll- und Istwert des Erregerstro- gleichzeitig eine optische Kontrolle der einzelnen mes zugeordnet ist und daß der Vergleichseinrichtung Werte und eine Ablesung des Quotienten möglich, eine Auswerteinrichtung derart nachgeschaltet ist, Da der aus Strom, Spannung und Leistungsfaktor der daß im Störungsfall die Ausschaltvorrichtung auslös- Synchronmaschine 1 gebildete analoge Sollwert des bar ist. 15 Erregerstromes nicht direkt mit dem Erregerstrom des

Somit ist es mit geringen Mitteln vorteilhaft mög- Erregergenerators 3 verknüpft ist, sondern über die Hch, für den gesamten rotierenden Erregerstromkreis Zeitkonstante des Erregerstromkreises 4 und die des einen wirksamen Schutz bei gefährlichen Störungen Erregergenerators 3, ist hier der Vergleichseinrichzu erhalten, wobei auch die symmetrischen Fehler bei tung 11 ein Zeitglied 12 nachgeschaltet. Das Zeitglied der Gleichrichterschaltung miterfaßt werden. 20 12 kann einstellbar sein. Die Vergleichseinrichtung

Zum Vergleich zwischen Ist- und Sollwert des Er- 11 und das Zeitglied 12 arbeiten auf eine Auswerteinregerstromes ist eine (an sich bekannte) Quotienten- richtung 13, hier eine Summierschaltungsanordnung, bildung vorgesehen. Dazu ist vorteilhaft als Ver- die im Störungsfall eine Ausschaltvorrichtung 14 ausgleichseinrichtung eine Komparatorschaltung vorge- löst.

sehen, und es ist dieser als Auswerteinrichtung eine 25 Neben den Zeitkonstanten, die durch den Erreger-Summierschaltungsanordnung nachgeschaltet. Bei generator 3 und den Erregerstromkreis 4 bedingt einfachen Schaltungen (z. B. bei einem Synchronmo- sind, gibt es noch weitere Störfaktoren, wie z. B. den tor) ist zum Vergleich zwischen Ist- und Sollwert des Temperatureinfluß in den elektrischen Wicklungen. Erregerstromes eine (an sich bekannte) Differenzbil- Besonders in der Polradwicklung 15 der Synchrondung vorgesehen, was z. B. durch Ansprechen eines 30 maschine 1 macht sich die Widerstandserhöhung Differenz-Relais erfolgen kann. Zur Anzeige von Ist- durch steigende Temperaturen bemerkbar, so daß und Sollwert des Erregerstromes und/oder zum Ein- sich der Istwert des Erregerstromes des Erregergenestellen des Quotienten oder der auftretenden Diffe- rators3 um den Faktor von 1,5 bei konstantem anarenz ist ein Kreuzzeigerinstrument angeordnet. logen Sollwert erhöhen kann.

Die Erfindung soll im folgenden an einem Ausfüh- 35 Dieser Temperatureinfluß kann durch einen grorungsbeispiel an Hand der Zeichnung näher beschrie- ßen Toleranzbereich innerhalb der Schutzschaltungsben werden, anordnung aufgefangen werden; denn bei gleich-

Ein Erregerstromkreis 4, der sich aus einer umlau- stromseitigen oder drehstromseitigen Kurzschlüssen fenden Polradwicklung 15 einer Synchronmaschine 1, und bei schweren Kurzschlüssen in der Gleichrichtereiner rotierenden Gleichrichteranordnung 2 und einer 40 schaltung, also allgemein bei Störungen, bei denen ebenfalls umlaufenden Ankerwicklung 16 eines Er- ein Stillsetzen der Maschine angebracht ist, ist der regergenerators 3 zusammensetzt, soll durch die Unterschied zwischen dem Istwert des Erregerstro-Schutzschaltungsanordnung nach der Erfindung ge- mes des Erregergenerators 3 und dem analogen Sollschützt werden. Diese ruhende Schutzschaltungsan- wert wesentlich größer. Die Schutzeinrichtung nach Ordnung arbeitet nach dem Prinzip des Stromverglei- 45 der Erfindung bietet somit den Vorteil, durch entches. Da jedoch nur der Erregerstrom des Erreger- sprechende Einstellung dann anzusprechen, wenn ein generators 3, der durch dessen Erregerwicklung 17 grober Fehler vorliegt, da ja erst dann ein Stillsetzen fließt, leicht meßbar ist (Istwert), wird für den nicht der Maschine erforderlich ist.
ohne weiteres zugänglichen Strom des Erregerstrom- Die Schutzschaltungsanordnung nach der Erfin-

kreises4 ein analoger Wert aus der Spannung, dem so dung hat neben ihrem eigentlichen Zweck, den Ro-Strom und dem Leistungsfaktor der Synchronma- torkreis zu schützen, noch den Vorteil, daß sie auch schine 1 gebildet (Sollwert). bei einigen Fehlern der Ständerwicklung der Syn-

Der Vergleich zwischen dem Istwert des Erreger- chronmaschine, etwa bei einem Leiterbruch, anstromes des Erregergenerators 3 mit dem aus Strom, spricht. Sofern also für derartige Fehler keine spe-Spannung und Leistungsfaktor der Synchronma- 55 zielle Schutzeinrichtung vorgesehen ist (z.B. bei schine zu bildenden analogen Sollwert des dafür be- kleineren Maschinen), übernimmt die beschriebene nötigten Erregerstromes erfolgt mittels einer Ver- Schutzschaltungsanordnung auch noch teiweise für gleichseinrichtung 11, hier z. B. durch Quotientenbil- den Generatorständer Schutzaufgaben,
dung mittels eines Komparators. Auftretende Schieflastfehler können durch einen

Die spannungsabhängige Sollwertkomponente er- 60 dreiphasigen Aufbau behoben werden. Fehler bei der hält man über einen Spannungswandler 6, die vom Bildung der Spannungskomponente für den Sollwert, Strom der Synchronmaschine 1 abhängige Kompo- die durch Sättigungserscheinungen der Synchronmanente (mit dazugehörigem Leistungsfaktor entspre- schine 1 auftreten können, lassen sich leicht durch Verchend dem Phasenwinkel zwischen Strom und Span- Wendung von nichtlinearen Widerständen korrigieren, nung) ergibt sich über einen Stromwandler 5 aus dem 65 Für die Bildung des analogen Sollwertes aus Span-Spannungsabfall an einem Widerstand?. Der am nung, Strom und Leistungsfaktor der Synchronma-Spannungswandler 6 und am Widerstand 7 gebildete, schine ist eine Verwendung der für die Regelung bedem Erregerstrom im Betriebsfall proportionale Soll- nötigten Blindstromstatik möglich.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Schutzschaltungsanordnung für den Erregerstromkreis einer von einem Erregergenerator über rotierende Gleichrichter erregten schleifringlosen Synchronmaschine mit einer Ausschaltvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vergleichseinrichtung (11) mit einstellbaren Ansprechwerten derart vorgesehen ist, daß der Istwert des Erregerstromes des Erregergenerators (3) mit einem aus Strom, Spannung und Leistungsfaktor der Synchronmaschine (1) gebildeten analogen Sollwert des dafür benötigten Erregerstromes vergleichbar ist, daß der Vergleichseinrichtung (11) ein Zeitglied (12) zur zeitlichen Abstimmung von Soll- und Istwert des Erregerstromes zugeordnet ist und daß der Vergleichseinrichtung (11) eine Auswerteinrichtung (13) derart nachgeschaltet ist, daß im Störungsfall die Ausschaltvorrichtung (14) auslösbar ist.

2. Schutzschaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Vergleich zwischen Ist- und Sollwert des Erregerstromes eine Quotientenbildung vorgesehen ist.

3. Schutzschaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Vergleichseinrichtung (11) eine Komparatorschaltungsanordnung vorgesehen ist.

4. Schutzschaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Vergleich zwischen Ist- und Sollwert des Erregerstronies eine Differenzbildung vorgesehen ist.

5. Schutzschaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Auswerteinrichtung (13) eine Summierschaltungsanordnung nachgeschaltet ist.

6. Schutzschaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Anzeige von Ist- und Sollwert des Erregerstromes und/oder zum Einstellen des Quotienten oder der Differenz von Ist- und Sollwert des Erregerstromes ein Kreuzzeigerinstrument (10) angeordnet ist.

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