DE2018861A1

DE2018861A1 - Overvoltage protection for the excitation circuit of synchronous machines excited without slip rings

Info

Publication number: DE2018861A1
Application number: DE19702018861
Authority: DE
Inventors: Erich Dipl.-Ing. 1000 Berlin Schneider
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1970-04-14
Filing date: 1970-04-14
Publication date: 1971-10-28

Description

Üb@@@pa@@ung@@@@@@ für den Erregerkreis von @@hl@@ringlos erregten Synchronmaschinen Die Erfindung betrifft eine Erregerkreisschaltung einer schleifringlos erregten Synchronmaschine, bei der die den Erregerstrom gleichrichtenden Dioden mittels zu den Dioden antiparallel geschaltet er bzw. der Feldwicklung der Synchronmaschine parallelgeschalteter, von Impulsgebern beaufschlagter Thyristoren (Anlau£thyristoren) vor Uberspannung geschützt werden. Ub @@@ pa @@ ung @@@@@@ for the excitation circuit of @@ hl @@ ringless excited Synchronous machines The invention relates to an exciter circuit without a slip ring excited synchronous machine in which the excitation current rectifying diodes it or the field winding of the synchronous machine is connected in anti-parallel to the diodes thyristors connected in parallel and acted upon by pulse generators (starting thyristors) be protected from overvoltage.

Beim asynchronen Hochlauf von Synchronmaschinen wird in der umlaufenden Feldwicklung eine Spannung induziert. Vor der negativen Halbperiode dieser Feldspannung müssen die im Erregerkreis vorhandenen Dioden, die den vom Drehstrom-Erregergenerator im normalen Betriebsfall gelieferten Strom gleichrichten, geschützt werden, um Uberspannungsschäden zu vermeiden. Diesem Zweck dienen die erwähnten Anlaufthyristoren.When synchronous machines run up asynchronously, the rotating Field winding induces a voltage. Before the negative half cycle of this field voltage the diodes in the excitation circuit that are used by the three-phase exciter generator Rectify the current supplied in normal operation, protected from overvoltage damage to avoid. The starting thyristors mentioned serve this purpose.

Als Impuisgeberfür diese hat man bislang Zenerdioden verwendet, die, sobald die als Schutzpegel ausgewählte Zenerspannung von der Feldwechselspannung in der negativen Halbperiode überschritten wurde, die AnlauSthyristoren durchschalteten. Zur Verstärkung der Zündimpulse sind auch Zündtilyristoren üblich. Die spannungsabhängige Impulsgabe ist zwar schaltungstechnisch sehr einfach, bringt aber auch, wie nachfolgend gezeigt wird, beträchtliche Nachteile mit sich.So far, Zener diodes have been used as impulse generators for these, as soon as the Zener voltage selected as the protection level is different from the field alternating voltage exceeded in the negative half cycle, the starting thyristors switched through. Ignition tilyristors are also common to amplify the ignition pulses. The voltage-dependent Impulse generation is very simple in terms of circuitry, but it also brings about, as below is shown to have considerable disadvantages.

Die Zenerdioden werden bisher so ausgewählt, daß die Anlatifthyristoren dann durchgeschaltet werden, wenn die Amplitude der Feldwechselspannung etwa den 1,5 bis dreifachen Wert der Feldwlennspannurg überschreitet; damit wird im Betriebs£al'e eine nicht gewollte Durchschaltung infolge beabsichtigter instaLionärer Vorgänge verhindert. Ist die Amplitude der reldwechselspannung sehr hoch, wie es beim Anlauf bei großen Schlupfwerten der Fall ist, so erfolgt die Durchschaltung bereits kurz nach dem Nulldurchgang der Spannung. Der Feldstrom bleibt nahezu sinusförmig. Bei fast synchronen Drehzahlen erreicht die Feldwechselspannung nicht mehr die Zenerspannung, so daß der Feldstrom in der negativen Halbperiode nicht mehr fließen kann.The Zener diodes have so far been selected so that the Anlatifthyristors are then switched through when the amplitude of the alternating field voltage is about 1.5 to three times the value of the Feldwlennspannurg; thus in operation £ al'e an unwanted connection due to intentional instaLionary processes prevented. The amplitude of the alternating voltage is very high, as is the case during start-up is the case with large slip values, the connection takes place for a short time after the voltage has passed zero. The field current remains almost sinusoidal. at At almost synchronous speeds, the alternating field voltage no longer reaches the Zener voltage, so that the field current can no longer flow in the negative half cycle.

Zwischen diesen beiden Extremlagen gibt es einen Bereich, in welchem die Anlaufthyristoren erst durchgeschaltet werden, wenn die Feldwechselspannung einen beträch-tlichen Teil oder sogar ihre volle Amplitude erreicht hat. Der Feldstrom verläuft dann überhaupt nicht mehr sinusförmig, das Drehmoment ist gemindert, und die Pendelungen sind sehr stark. Bei einem Teilspannungsanlauf kann diese Störung sogar mehrfach auftreten.Between these two extreme positions there is an area in which the starting thyristors are only switched through when the field alternating voltage has reached a considerable part or even its full amplitude. The field current then no longer runs sinusoidally at all, the torque is reduced, and the oscillations are very strong. In the event of a partial voltage start-up, this fault can even occur several times.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache Erregerkreisschaltung mit einem Überspannungsschutz anzugeben, bei der die angeführten Nachteile mit Sicherheit vermieden werden können.The invention is based on the object of a simple exciter circuit with an overvoltage protection, with which the listed disadvantages with certainty can be avoided.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mitrotierende Impulsgeber vorgesehen sind, die bei Uberschreiten ds jeweiligen Schutzpegels für große Schlupfwerte bei niedriger Ansprechspannung von der Frequenz der Feldspannung abhängige und für kleine Schlupfwerte bei hoher Ansprechspannung von der Feldspannung selbst abhängige Zündimpulse abgeben.The object is achieved in that co-rotating Pulse generators are provided that when the respective protection level is exceeded for large slip values at low response voltage from the frequency of the field voltage dependent and for small slip values with high response voltage of the field voltage emit self-dependent ignition pulses.

Damit ist der Überspannungsschutz auch in dem Drehzahlbereich ohne nachteilige Wirkung gewährleistet, in dem bisher der durch die Feldwechselspannung hervorgerufene Feldstrom in seinem Verlauf nicht sinusförmig gehalten werden konnte. Es erfolgt also eine Aufgabenteilung: Im Bereich niedriger und mittlerer Drehzahlen werden die AnlaufthyriOtoren von den Impulsgebern infolge der hohen Frequenz bzw., was hier gleichbedeutend ist, infolge des starken Feldwechselspannungsanstieges (Spannungssteilheit dU ) durchgeschaltet. Dieses Kriterium kann verwendet werden, 7t da die Spannungssteiiheit hauptsächlich von der unabhängig vernnderlichen Größe, nämlich dem Schlupf abhängig ist. Die obere Drehzahlgrenze, ab der die frequenzabhängigen Impulse von den Impulsgebern nicht mehr abgebeben werden sollen, wird so gewählt, daß die normale maximale Feldwechselspannung mit Sicherheit die Ansprechspannung der spannungsabhängigen Impulsgeber nicht mehr übersteigt, d. h. der Feldstrom bleibt sinusförmig, bis er völlig unterbrochen werden kann, weil er für das Hochlaufverhalten der Maschine dann praktisch ohne weiteres Interesse ist. Somit ist es auch möglich, die Ansprechspannung der spannungsabhängigen Impulsgeber allein nach der normalen Feldnennspannung der Synchronmaschine, also höher als bisher üblich zu wählen.This means that the overvoltage protection is also without in the speed range disadvantageous effect ensured in the past by the alternating field voltage caused field current could not be kept sinusoidal in its course. So it happens a division of tasks: in the area of low and medium The starting thyriOtors are driven by the pulse generators as a result of the high frequency or, which is synonymous here, as a result of the strong increase in field alternating voltage (Voltage rate of rise dU) switched through. This criterion can be used 7t since the voltage gradient mainly depends on the independently variable quantity, namely the slip is dependent. The upper speed limit from which the frequency-dependent Pulses from the pulse generators are no longer to be emitted, is selected in such a way that that the normal maximum alternating field voltage is definitely the response voltage the voltage-dependent pulse generator no longer exceeds, d. H. the field current remains sinusoidal until it can be completely interrupted because it is responsible for the startup behavior the machine is then practically of no further interest. Thus it is also possible the response voltage of the voltage-dependent pulse generator only after the normal Nominal field voltage of the synchronous machine, i.e. higher than previously usual.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im fölgenden näher beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 eine Erregerkreisschaltung mit einem Anlaufthyristor, Fig. 2 die Aufteilung der Ansprechspannung eines frequenz-und eines spannungsabhängigen Impulsgebers in Abhängigkeit von der Drehzahl.An embodiment of the invention is shown in the drawing and is described in more detail below. They show: FIG. 1 an excitation circuit with a starting thyristor, Fig. 2 the division of the response voltage of a frequency and a voltage-dependent pulse generator depending on the speed.

In der Fig. 1 ist der rotierende Erregerkreis einer Synchronmaschine dargestellt, wobei im Betriebsfall der in der dreiphasigen Induktorwicklung 1 des Drehstrom-Erregergenerators erzeugte Erregerstrom von den Dioden 2 gleichgerichtet und der Feldwicklung 3 der Synchronmaschine zugeführt wird.1 shows the rotating excitation circuit of a synchronous machine shown, in the case of operation in the three-phase inductor winding 1 of the Three-phase excitation generator generated excitation current rectified by the diodes 2 and the field winding 3 of the synchronous machine is supplied.

Beim Hochlauf der Maschine wird in der Feldwicklung 3 eine Feldwechselspannung induziert, die in Sperrichtung der Dioden 2 an diesen anliegt und wegen ihrer Höhe diese gefährden kann. Zum Schutz gegen Überspannungen dient der Anlaufthyristor 4 parallel zur Feldwicklung 3, der diese, wenn er durchschaltet, kurzschliNt, Gemäß der Erfindung ist für große Schlupfwerte ein Impulsgeber 15 mit niedriger Ansprechspannung vorgesehen, der von der Frequenz des Feldwechselstromes abhängige Zündimpulse für den Anlaufthyristor 4 liefert. Dieser Impulsgeber 15 besteht aus dem Kondensator 7 (mit dem vorgeschalteten Widerstand 8), der - entsprechend dimensioniert - bei den hohen Frequenzen der Feldwechselspannung während der niedrigen und mittleren Drehzahlen Zündimpulse über die Vierschichtendiode 9 und den Gleichrichter 13 auf den Hilfsthyristor 5 gibt, mit dessen Hilfe dann der Anlaufthyristor 4 durchschaltet.When the machine starts up, an alternating field voltage is generated in the field winding 3 induced in the reverse direction of the diodes 2 is applied to these and can endanger this because of its height. The is used to protect against overvoltages Starting thyristor 4 parallel to the field winding 3, which, when it switches through, KurzschliNt, According to the invention, a pulse generator 15 is provided for large slip values Low response voltage provided, which depends on the frequency of the field alternating current delivers dependent ignition pulses for the starting thyristor 4. This pulse generator 15 consists from the capacitor 7 (with the upstream resistor 8), the - accordingly dimensioned - at the high frequencies of the alternating field voltage during the low and medium speeds ignition pulses via the four-layer diode 9 and the rectifier 13 is on the auxiliary thyristor 5, with the help of which the starting thyristor 4 then switches through.

Für den Bereich kleiner Schlupfwerte übernimmt die Zenerdiode 6 mit einer Ansprechspannung, die weit über der in diesem Drehzahlbereich normal üblichen maximalen Feldwechselspannung liegt, als spannungsabhängiger Impulsgeber 14 den von der Feldspannung selbst abhängigen Überspannungsschutz. Bei allen Überspannungen, die über dem mit dieser Zenerdiode 6 gewählten Schutzpegel liegen, liefert diese die Zündimpulse in an sich bekannter Weise.The Zener diode 6 also takes over for the range of small slip values a response voltage that is well above that which is normal in this speed range maximum field alternating voltage is, as a voltage-dependent pulse generator 14 the overvoltage protection dependent on the field voltage itself. With all overvoltages, which are above the protection level selected with this Zener diode 6, delivers this the ignition pulses in a manner known per se.

Damit nun aber der frequenzabhängige Impulsgeber 15 tatsächlich nur bei niedrigen Spannungen anspricht, dagegen bei hohen Spannungen nicht mehr, ist die weitere Zenerdiode 10 vorgesehen, deren Zenerspalmung so bemessen ist, daß der Kondensator 7 bei höheren Spannungen einem Spannungsanstieg nicht folgen kann.But now the frequency-dependent pulse generator 15 is actually only responds at low voltages, but no longer at high voltages the further zener diode 10 is provided, the zener palming is dimensioned so that the Capacitor 7 cannot follow a voltage rise at higher voltages.

Durchschaltungen des Anlaufthyristors 4 bei normalen Gleichrichterbetrieb werden somit verhindert, ebenfalls bei allen instationären Vorgängen außer beim Hochlauf, die doch beabsichtigt sind. wird der Anlaufthyristor 4 durch die Zenerdiode 6 infolge Überspannung durchgeschaltet, was beim Außertrittfall auftreten kann, so wird der Kondensator 7 entladen, und eine steilheits-, also frequenzabhängige Durchschaltung ist wieder möglich. Da der Erregergenerator über den .tnlaufthyristor 4 kurzgeschlossen wird, sollte die Ansprechspannung der Zenerdiode 6 so hoch wie möglich seil, Auch liegen die Anpassungswiderstände 11 parallel zum Feld, so daß dadurch ein Schutzwiderstand gegeben ist. Durch die Diode 12 wird bewirkt, daß die Zündimpulse in die gewünschte negative Halbperiode der Feldwechselspannung fallen.The starting thyristor 4 is switched through during normal rectifier operation are thus prevented, also for all transient processes except for Run-up that is intended. the starting thyristor 4 is made by the Zener diode 6 switched through due to overvoltage, which can occur in the event of an exit, so the capacitor 7 is discharged, and a slope, that is, frequency-dependent Switching through is possible again. Since the exciter generator via the .tnlaufthyristor 4 is short-circuited, should be the response voltage of the zener diode 6 as high as possible rope, also the matching resistors 11 are parallel to the Field, so that there is a protective resistance. The diode 12 causes that the ignition pulses in the desired negative half-cycle of the alternating field voltage fall.

Die Fig. 2 zeigt den Verlauf der maximalen Feldwechselspannung 17.2 shows the profile of the maximum alternating field voltage 17.

Durch die niedrige Ansprechspannung 18 des frequenzabhängigen Impulsgebers 15, der im Drehzahlbereich bis zum Punkt 16 anspricht, ist gewährleistet, daß bei großem und auch besonders bei mittlerem Schlupf stets ein Durchschalten des Anlaufthyristors 4 erfolgt. Damit bleibt bis zum Punkt 16 der Feldstrom, der durch die Feldwechselspannung hervorgerufen wird, nahezu sinusförmig, während danach infolge der hohen Ansprechspannung 19 des spannungsabhängigen Impulsgebers 14 der Anlaufthyristor 4 beim normalen Hochlauf nicht durchschaltet. Damit kann auch der Feldstrom, der ohnehin im Bereich nahe der synchronen Drehzahl ohne Bedeutung ist, nicht mehr über den Anlaufthyristor 4 fließen.Due to the low response voltage 18 of the frequency-dependent pulse generator 15, which responds in the speed range up to point 16, ensures that at high and especially with medium slip, the starting thyristor is always switched through 4 takes place. This means that the field current remains up to point 16, which is caused by the alternating field voltage is caused, almost sinusoidal, while thereafter due to the high response voltage 19 of the voltage-dependent pulse generator 14 of the starting thyristor 4 during normal run-up does not switch through. This also allows the field current, which is already in the area close to the synchronous speed is irrelevant, no longer via the starting thyristor 4 flow.

Durch die Aufgabenverteilung auf einen frequenz- und einen spannungsabhängigen Impulsgeber kann die Ansprechspannung 19 des spannungsabhängigen Impulsgebers 14 weit höher gewählt werden als es für die Ansprechspannung 20 der bislang allein für den gesamten Drehwahlberich als Überspannungsschutz verwendeten r enerdiode möglich war. Die Nachteile eines verminderten Drehmoments und der starken Pendelungen während des Hochlaufs infolge des von der Feldwechselspannung hervorgerufenen, nicht sinusförmigen Feldstromes werden somit mit einfachen, wenig aufwendigen Mitteln vermieden.By distributing tasks to one frequency and one voltage-dependent The pulse generator can generate the response voltage 19 of the voltage-dependent pulse generator 14 can be chosen to be far higher than for the response voltage 20 of the hitherto alone energy diode used as overvoltage protection for the entire rotary selection range was possible. The disadvantages of reduced torque and strong oscillations not during start-up due to the alternating field voltage sinusoidal field current are thus with simple, inexpensive means avoided.

5 Seiten Beschreibung 5 Patentansprüche 1 Blatt Zeichnung mit 2 Figuren5 pages description 5 claims 1 sheet of drawing with 2 figures

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e 0 Excitation circuit circuit of a loop-free excited synchronous machine, bea the the excitation current rectifying diodes by means of antiparallel to the diodes or

the field winding of the synchronous machine connected in parallel by the pulse generator loaded thyristors (starting thyristors) are protected against overvoltages, are, characterized in that co-rotating pulse generators (14,15) are provided are that when the respective protection level is exceeded for large slip values low response voltage dependent on the frequency of the field voltage (15) and for small slip values with high response voltage, depending on the field voltage itself (14) Deliver ignition pulses.

2. excitation circuit according to claim 1, characterized in that that the connection of the starting thyristors (4) with the pulses of the pulse generator (14,15) acted upon auxiliary thyristors (5) is provided.

3. excitation circuit according to claims 1 and 2, characterized in that that to generate the frequency-dependent ignition pulses parallel to one for the voltage-dependent Ignition used Zener diodes (6) a capacitor (7) or a resistor-capacitor combination (7,8) is present.

4. excitation circuit according to claim 3, characterized in that that the capacitor (7) is assigned a further Zener diode (10), which these can only be effective at low voltages.

Exciter circuit according to Claims 1 to 4, characterized in that that the response voltage of the pulse generator (14) for the voltage-dependent ignition pulses is more than 1.5 to three times the nominal field voltage of the synchronous machine.

Blank page