DE2555698A1

DE2555698A1 - Einrichtung zur ueberwachung des betriebes einer synchronmaschine

Info

Publication number: DE2555698A1
Application number: DE19752555698
Authority: DE
Inventors: Michael Dipl Ing Fiorentzis
Original assignee: BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1975-11-14
Filing date: 1975-12-11
Publication date: 1977-05-18
Also published as: CH592972A5

Description

Einrichtung zur Ueberwachung des Betriebes einer Synchronmaschine Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Ueberwachung des Betriebes einer Synchronmaschine durch Ueberwachung von Betriebsgrössen, die den Betriebszustand der Synchronmaschine beschreiben.
Es sind schon Einrichtungen bekannt, die der Ueberwachung bestimmter, den Betriebszustand einer Synchronmaschine kennzeichnenden Betriebsgrössen dienen. Eine solche Einrichtung ist in der DT-PS .................. (P 25 31 354.6) beschrieben und dient der Ueberwachung des Polradwinkels auf Annäherung an dIe Stabilitätsgrenzen der Maschine sowie der Ueberwachung auf eingetretenen Synchronismusverlaust (Aussertrittfallen) bzw. auf annäherndes oder vollständiges Erreichen des Synchronismus beim Hochlaufen oder Anfahren der Maschine.
Diese Einrichtung weist die Nachteile auf, dass bestimmte, für den Betriebszustand der Synchronmaschine wesentliche Betriebes grssen nicht überwacht werden können, so dass ZU ihrer Ueberwachung zusätzliche Einrichtungen notwendig sind, und damit die Einrichtung kostspielig und die Ueberwachung aufwändig wird, Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile des Vorbekannten zu vermeiden und eine Ueberwachungseinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche die Ueberwachung aller notwendigen Betriebsgrössen mit geringem Bauaufwand, sicherer Wirkungsweise und weitgehend ohne Verwendung beweglicher Schaltungselemente zu verwirklichen gestattet.
Die Ueberwachungseinrichtung zur Lösung dieser Aufgabe ist gekennzeichnet durch eine erste Vorrichtung zur Lieferung einer ersten Gleichspannung, die proportional der Grösse u#cos# ist und eine zweite Vorrichtung zur Lieferung einer zweiten Gleichspannung, die proportional der Grösse U#cos# ist, wobei U die als konstant angenommene Netzspannung, # der Polradwinkel und # der Lastwinkel ist, und durch eine Anzeigevorrichtung, die beide Gleichspannungen empfängt und aufgrund dieser die Winkel # und # bestimmt und anzeigt und zusätzliche Betriebsgrössen, wie z.B. der Erregerstrom IE, der Maschinenstrom I, dessen Wirk- und Blindkomponenten IW und IB, und die Wirk- und Blindleistung PW und PB, liefert.
Mit der erfindungsgemässen Einrichtung ist es möglich mehrere oder alle den Betriebszustand einer Synchronmaschine beschreibenden Betriebsgrössen zu bestimmen, anzuzeigen, und zur raschen visuellen Ueberwachung zu präsentieren. Die Einrichtung ist einfach, betriebssicher und billig, und erfüllt ihre Funktion einwandfrei.
Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine Blockschaltung einer Ueberwachungseinrichtung; Fig. 2 eine Variante der Einrichtung nach der Fig. 1; Fig. 3 die Variation der in der Abtastleitung 5 der Fig. 1 und 2 erscheinenden Gleichspannung.
In den Figuren sind gleiche Teile mit gleichen Bezugazeichen versehen.
Der Synchronmaschine 1, die ein Generator oder Motor sein kann, ist eine nachstehend als #-Vorrichtung 2 bezeichnete Vorrichtung zur Lieferung einer nachstehend als # -Spannung bezeichneten Gleichspannung, die proportional der Grösse u#cos# ist und eine nachstehend als #-Vorrichtung 3 bezeichnete Vorrichtung zur Lieferung einer nachstehend als #-Spannung bezeichneten Gleichspannung, die proportional der Grösse U#cos# ist, angeschlossen, wobei # der Polradwinkel, # der Lastwinkel und U die als konstant angenommene Netzspannung ist.
Den Vorrichtungen 2 und 3 ist eine Anzeigevorrichtung 4 nachgeschaltet, welche die #-Spannung über die Abtastleitung 5 und die #-Spannung über die Abtastleitung 6 empfängt. Die weiter unten eingehend beschriebene Anzeigevorrichtung 4 verwendet die von ihr empfangenen Spannungen zur Anzeige der Winkel # und # und anderer erfolderlicher Betriebsgrössen.
Die Vorrichtungen 2 und 3 können beliebige, dem Zweck entsprechende Vorrichtungen sein. In der Fig. 2 weist die #-Vorrichtung 2 ein statisches Drehfeldrelais 7 mit Stator und Rotor auf, dessen mehrphasige Statorwicklung an die Klemmen der Maschine 1 angeschlossen und von deren Klemmspannung gespeist ist.
Zwischen dem Drehfeldrelais 7 und der Maschine 1 ist eine nachstehend als # -Vorrichtung 8 bezeichnete, zur Bildung einer Abtastrotationsfrequenz a> für die zum Zweck der Erzeugung der dS #-Spannung in der Abtastleitung 5 notwendige Abtastung der Motorwicklungen des Drehfeldrelais 7 vorgesehen. Die #-Vorrichtung 8, die ebenfalls verschiedene Formen annehmen kann, weist in der Fig. 2 einen Drehzahlgeber 9, der ein Wellendynamo sein kann, auf, dessen Rotor mit dem Rotor der Maschine 1 mechanisch gekoppelt ist und dessen Ausgänge an die Eingänge eines Elektronenschalters 10 angeschlossen sind. Die Rotationsfrequenz # des Elektronenschalters 10 ist über eine Steuereinheit und dem Drehzahlgeber 9 direkt der mechanischen Rotationsfrequenz der Maschine 1 entnommen. Zu diesem Zweck wird die Drehzahlgeberfrequenz vervielfacht und als Impulsfolge für das Vorwärtsschalten des Elektronenschalters 10 (Analogschalter) verwendet. Der Elektronenschalter 10 tastet die Motorwicklungen des Drehfeldrelais 7 mit der Rotationsfrequenz # ab, wobei in der Abtastleitung 5 die #-Spannung erzeugt und der Anzeigevorrichtung 4 zugeführt wird.
Die in der Abtastleitung 5 erscheinende #-Spannung variiert in Abhängigkeit von der Stellung des Polrades entlang einer Sinuslinie, die zu Erläuterungszwecken in der Fig. 3 dargestellt ist. Bei Leerlauf der Maschine 1 deckt sich die Polradachse mit der Achse des Statorfeldes und in der Abtastleitung 5 erscheint die #-Spannung AB. Bei generatorischer oder motorischer Belastung der Maschine 1 gleitet die #-Spannung vom Punkt A nach rechts oder nach links in die Positionen CD oder EF. Die Unterscheidung zwischen den Gleichspannungen CD und EF ist ohne besondere Zusatzkriterien nicht möglich. Um die Zusatzkriterien zu ersparen, wird hier ein Kunstgriff angewendet, der in der Drehung des Drehzahlgeberstators um 900 elektrisch besteht. Dadurch kommt der Leerlaufpunkt A in der Position A zu stehen und die Strecken CD und EF in den Positionen C'D' und E'F'. Die Unterscheidung zwischen generatorischem und motorischem Lauf ist nun sehr einfach. Auch der Zustand ¢= 0 entspricht der Spannung Null auf der Abtastleitung 5, was für die weitere Verarbeitung einfacher ist.
In der Fig. 2 dient das Drehfeldrelais 7 auch als #-Vorrichtung 3 zur Abtastung des Lastwinkels + . An der Abtastleitung 6 erscheint die dem Lastwinkel # proportionale #-Spannung, die der Anzeigevorrichtung 4 zugeführt wird. Es könnte selbstverständlich ein separates Drehfeldrelais für die Abtastung des Lastwinkels # vorgesehen sein.
Die Anzeigevorrichtung 4 weist ein erstes Drehspulinstrument 11 zur Messung des Polradwinkels # und ein zweites Drehspulinstrument 13 zur Messung des Lastwinkels # auf. Die #-Spannung, die dem Ausdruck ist, proportional ist, wird direkt dem Drehspulinstrument 11 zugeführt. Durch geeignete Eichung des Drehspulinstrumentes 11 (Luftspaltform) wird erreicht, dass im Bereich 94 90° der Ausschlag des Zeigers 12 gleich dem Polradwinkel # der Maschine 1 ist. Die #-Spannung, die dem Ausdruck U#cos# proportional ist, wird direkt dem Drehspulinstrument 13 zugeführt. Der Ausschlag des Zeigers 14 entspricht dem Lastwinkel #, , d.h. dem elektrischen Winkel zwischen Spannung und Strom der Maschine 1.
Die zu überwachenden Betriebsgrössen sind in einem Koordinatensystem angezeigt, welches die Achse, die durch die Drehpunkte der Drehspulinstrumente 11 und 13 hindurchgeht als Abszissenachse, und die Achse, die quer zur Abszissenachse durch den Drehpunkt des Drehspulinstrumentes 13 hindurchgeht, als Ordinatenachse aufweist. Dabei sind die Drehpunkte der Drehspulinstrumente 11 und 13 in vorbestimmtem Abstand voneinander angeordnet und die Zeiger 12 und 14 mit Skalen mit Stromeinheitsteilungen ausgestattet. Auch die Koordinatenachsen weisen Teilungen auf, damit von der Abszissenachse die Blindleistung PB und/oder die Blindkomponente IB des Maschinenstromes I und der Ordinatenachse die Wirkleistung PW und/oder die Wirkkomponente des Maschinenstromes I entnommen werden können.
Aus den Positionen der beiden Zeiger 12 und 14 und ihres Schnittpunktes 15 können unter Annahme konstanter Netzspannung U folgende Betriebsgrössen abgelesen werden: a) Lage des Arbeitspunktes (Schnittpunkt 15 der beiden Zeiger) b) Maschinenstrom I (Auf der Skala des Zeigers 14) c) Erregerstrom IE (Auf der Skala des Zeigers 12) d) Wirk- und Blindleistung, bzw. Wirk- und Blindkomponente des Maschinenstromes I (Auf den Skalen der Koordinatenachsen) e) Polradwinkel f) Lastwinkel Die beschriebene Einrichtung eignet sich zur einfachen Ablesung aller wesentlichen Betriebsgrössen und damit zur Beobachtung bzw. Ueberwachung statischer Zustände der Synchronmaschine bei U=const.
L e e r s e i t e

Claims

Patentansprüche () Einrichtung zur Ueberwachung des Betriebes einer Synchronmaschine durch Ueberwachung von Betriebsgrössen, die den Betriebszustand der Synchronmaschine beschreiben, gekennzeichnet durch eine erste Vorrichtung (2) zur Lieferung einer ersten Gleichspannung, die proportional der Grösse U#cos g ist und eine zweite Vorrichtung (3) zur Lieferung einer zweiten Gleichspannung, die proportional der Grösse U#cos# ist, wobei U die als konstant angenommene Netzspannung, # der Polradwinkel und # der Lastwinkel ist, und durch eine Anzeigevorrichtung (4), die beide Gleichspannungen empfängt und aufgrund dieser die Winkel rund und bestimmt und anzeigt und zusätzliche Betriebsgrössen, wie z.B. der Erregerstrom IE, der Maschinenstrom I, dessen Wirk-und Blindkomponenten IW und IB, die Wirk- und Blindleistung und Pb, liefert.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die. Anzeigevorrichtung (4) ein über eine erste Abtastleitung (5) gespeistes erstes Drehspulinstrument (11) mit einem Zeiger (12), dessen Ausschlag den Polradwinkel anzeigt, und ein über eine zweite Abtastleitung (6) gespeistes zweites Drehspulinstrument (13) mit einem Zeiger (14) dessen Ausschlag den Lastwinkel # anzeigt, aufweist.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass weitere Betriebsgrössen in einem Koordinatensystem angezeigt sind, welches die Achse, die durch die Drehpunkte der Drehspulinstrumente (11, 13) hindurchgeht1 als Abszissenachse, und die Achse, die quer zur Abszissenachse durch den Drehpunkt des zweiten Drehspulinstrumentes (13) hindurchgeht, als Ordinatenachse aufweist, wobei die Drehpunkte der Drehspulinstrumente (11 und 13) in vorbestimmten Abstand voneinander angeordnet sind.
4. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Zeiger (12 und 14) je eine Skala mit Stromeinheitsteilungen aufweisen und dass die Stellung des Schnittpunktes (15) der beiden Zeiger (12 und 14) auf den Skalen den Erregerstrom IE und den Maschinenstrom I anzeigt.
5. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Koordinatenachse Leistungseinheitsteilungen aufweisen und dass die Abszisse des Schnittpunktes (15) der beiden Zeiger (12 und 14) die Blindleistung PB, und die Ordinate desselben die Wirkleistung PW anzeigt.
6. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Koordinatenachsen Stromeinheitsteilungen aufweisen, und dass die Abszisse des Schnittpunktes (15) der beiden Zeiger (12 und 14) die Blindkompnente IP, und die Ordinate desselben die Wirkkomponente IW des Maschinenstromes I anzeigt.
7. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Vorrichtung (2) ein statisches Drehfeldrelais (7) mit Stator und Rotor aufweist, dessen mehrphasige Statorwicklung an die Klemmen der Synchronmaschine (1) angeschlossen und von deren Klemmspannung gespeist ist.
8. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 und 7, gekennzeichnet durch eine zwischen das Drehfeldrelais (7) und die Synchronmaschine (1) geschaltete Vorrichtung (8) zur Bildung der Abtastrotationsfrequenz # für die Abtastung der Motorwicklungen des Drehfeldrelais (7).
9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (8) zur Bildung der Abtastrotationsfrequenz # einen Drehzahlgeber (9) aufweist, dessen Rotor mit dem Rotor der Synchronmaschine (1) mechanisch gekoppelt ist und dessen Ausgänge an die Eingänge eines Elektronenschalters (10) angeschlossen sind, der mit der Rotationsfrequenz # die Motorwicklungen des Drehfeldrelais (7) abtastet.
10. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Vorrichtung (3) ein statisches Drehfeldrelais (7) mit Stator und Rotor aufweist, dessen mehrphasige Statorwicklung an die Klemmen der Synchronmaschine (1) angeschlossen und von deren Klemmenspannung gespeist ist.
11. Einrichtung nach den Ansprüchen 7 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein gemeinsames statisches Drehfeldrelais (7) für die beiden Vorrichtungen (2 und 3) vorgesehen ist