DE2647060A1 - Ueberwachungsschaltung fuer stromerzeugungsaggregate - Google Patents

Ueberwachungsschaltung fuer stromerzeugungsaggregate

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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02HEMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/06Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for dynamo-electric generators; for synchronous capacitors
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P9/00Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output
    • H02P9/10Control effected upon generator excitation circuit to reduce harmful effects of overloads or transients, e.g. sudden application of load, sudden removal of load, sudden change of load
    • H02P9/102Control effected upon generator excitation circuit to reduce harmful effects of overloads or transients, e.g. sudden application of load, sudden removal of load, sudden change of load for limiting effects of transients

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Description

  • Überwachungsscha Itung fur Stromerzeugungsaggregate
  • Zusammenfassung Es wird eine Überwachungsschaltung fUr S tromerzeugungsaggregate vorgeschlagen, mit deren Hilfe bei stoßartiger Überlastung einerseits ein sicherer Schutz des Generators gegen Überlastung durch zu hohe Ströme und andererseits eine wirksame Sicherung des Antriebsmotors gegen eine Uber seine Nennleistung hinausgehende Belastung erreicht wird. Gleichzeitig ist gewährleistet, daß die zur Verfugung stehende Wirkleistung des Antriebsmotors und die Belastbarkeit des Generators im Bedarfsfall voll ausgenutzt werden. Zu diesem Zweck werden die Ist-Zustände von Generatorstrom und -spannung laufend überwacht und unter Berücksichtigung ihrer Phasen lage in ein entsprechendes Signal umgewandelt, das bei Erreichen einer vorgegebenen Grenzleistung zur Abregelung des Generators im Sinne der Reduzierung seiner Klemmenspannung führt. Durch die Einbeziehung der Phasenlage von Spannung und Strom ist ein wirksamer Überlastungsschutz sowohl fUr den Generator als auch für den Antriebsmotor unabhängig vom auftretenden Leistungsfaktor möglich, Außerdem besteht die Möglichkeit, das Ausgangssignal auch einem Anzeigeinstrument zuzuführen, dessen Anzeige dann Auskunft über die Gesamtstrombelastung des Generators unter Berücksichtigung des Leistungsfaktors gibt.
  • Stand der Technik Die bekannten Überwachungsschaltungen bzw. Überwachungseinrichtungen für Stromerzeugung saggregate, bei denen die Belastung mittels Anzeigeinstrumenten,beispielsweise mittels eines Amperemeters oder eines Gesamtbelastungsmesserstangezeigt wird, sind lediglich für die Überwachung stationärer Vorgänge geeignet. Beim Einschalten bestimmter elektrischer Verbraucher, wie z B. Asynchronmotoren, Halogenlampen und dgl." tritt jedoch ein kurzzeitiger Belastungsstoß auf, der zur Überlastung des Stromerzeugungsaggregates führen kann. Entsprechend dem dabei auftretenden Wirk-und Blindleistungsanteil und der gewählten Leistungsdimensionierung des Strom -erzeugungsaggregats wird entweder der Antriebsmotor oder der Generator überlastet oder es erfolgt gleichzeitig eine Überlastung beider Baugruppen.
  • Es ist ferner bekannt, daß sich prinzipiell ein Überlastungsschutz für den Antriebsmotor auch durch die Wahl einer geeigneten Generntor-Kennlinie in Verbindung mit dem verwendeten Erregersystem erreichen läßt. Dabei wird die Belastungskennlinie des Generators so ausgelegt, daß die Klemmenspannung bei Erreichen des Grenzleistungsbereiches stark abfällt und somit eine natürliche Leistungsbegrenzung gegeben ist.
  • Dieses Verfahren hat jedoch den Nachteil, daß bereits vor Erreichen der Nennleistung unerwünschte Spannungsabfälle auftreten oder die Leistungsreserven des Antriebsmotors bei weitem nicht ausgenutzt werden können.
  • Vorteileder Erfindung Die erfindung sgemä ße Überwachungsschaltung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß sie vollkommen automatisch und entsprechend schnell reagiert. Das von den Auswerteeinrichtungen erzeugte Ausgsmgssignal fUhrt nämlich bei Überschreiten eines der kritischen Werte automatisch zu einer Abregelung der Erregung des Generators und damit zu einem Absinken der Klemmenspannung derselben, wodurch eine Absenkung des Generator stroms erreicht wird und damit gleichzeitig eine Entlastung des Antriebsmotors.
  • Durch die in den UnteransprUchen aufgefUhrten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der Überwachungsschaltung gemäß dem Hauptanspruch möglich, insbesondere wenn die Auswerteeinrichtungen im wesentlichen durch einen als Emitterfolger geschalteten Transistor gebildet werden, dessen Speisespannung durch das erste charakteristische Signal gebildet wird, dessen Steuerspannung durch das zweite elektrische Signal gebildet wird und dessen Emitterstrom in eine Spannung umgesetzt wird, die geglättet wird und dann bereits das Ausgangssignal darstellt.
  • Zeichnung Die einzige Figur der Zeichnung zeigt ein schematisches Prinzipschaltbild einer bevorzugten Ausführungsform einer Überwachungsschaltung gemäß der Erfindung.
  • Beschreibung der Erfindung Die in der Zeichnung gezeigte Schaltung besitzt zwei Sätze von Eingangsklemmen 10 und 12, die mit der Eingangsseite eines Stromwandlers 14 bzw. eines Spannungswandlers 16 verbunden sind. Die Wandler sind bei einphasigen Wechselstromsystemen übliche Transformatoren, wobei an der Primärwicklung des Spannungswandlers 16 die Generatorspannung anliegt. Bei Drehstromsystemen ist der Stromwandler im allgemeinen komplizierter aufgebaut und kann beispielsweise ein Transformator sein, der zwei Primörwicklungen und eine Sekundärwicklung aufweist, wie dies bei dem als Stromwandler eingesetzten Transformator gemäß der DT-AS 2 155 609 der Fall ist. In diesem Fall ist es entscheidend, daß der Stromwandler 14 in der Lage ist, sowohl in den Fällen, in denen der Generator Wechselstrom abgibt, in denen also nur eine Phase des Generators belastet ist, als auch in den Fällen, in denen der Generator drehstrommäßig belastet ist, an seinem Ausgang 18 einen Strom abzugeben, welcher dem Strom durch die verstärkte Wechselstromwicklung bzw. durch die Drei-Phasen-Wicklungen des Generators proportional ist. Bei dem bekannten Stromwandler wird dies dadurch erreicht, daß auf der Primärseite zwei Wicklungen angeordnet sind, deren Windungszahl im Verhältnis von 3 : 2 steht, wobei die Wicklung mit der größeren Windungszahl mit der verstärkten Phasenwicklung für den Wechselstrom in Reihe geschaltet ist, während die andere Wicklung, die eine kleinere Windungszahl aufeist und welche den entgegengesetzten Wickelsinn besitzt, mit dem Mittelpunktleiter in Reihe geschaltet ist. Eine andere Möglichkeit, das gewünschte Ausgangssignal zu erhalten, besteht darin, drei Primärwicklungen vorzusehen, welche jeweils in Reihe mit den drei Phasen des Generators geschaltet sind und von denen die mit der verstärkten Wicklung für die Entnahme von Wechselstrom verbundene Primärwicklung eine geringere Winddungszahl als die beiden übrigen Primärwicklungen aufweist und entgegengesetzt zu diesen gewickelt ist. Vorzugsweise beträgt die Windungszahl der beiden mit den einfachen Phasenw icklungen des Generators verbundenen Primärwicklungen etwa das Dreifache der Windungszahl der dritten Primärwicklung mit dem intgegengesetztell Wickelsinn. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Windungszahlen der Primärwicklungen des Stromwandlers 14 auch noch die untsrschiedlichen Wirkungsgrade des Generators bei Wechselstrombelastung einerseit und bei Drehstrombelastung andererseits berücksichtigen, da hierdurch für den Fall der Drehstrombelastung eine noch bessere Ausnutzung der zur Verfügung stehenden Leistung erzielt werden kann. Die Tatsache, daß der Stromwandler 14 gemäß den vorstehenden Ausführungen vier oder sechs Eingangsklemmen aufweisen kann, ist in der Zeichnung dadurch berücksichtigt, daß nur zwei Eingangsklemmen dargestellt sind und daß zwischen diesen eine Reihe von Punkten zur Andeutung des Vorhandenseins weiterer Eingangsklemmen eingezeichnet ist.
  • Am Ausgang des Stromwandlers 14, d.h. zwischen den Anschlüssen der Sekundärwicklung, liegt ein Lastv; derstand 20, dessen eines Ende mit Bezugspotential verbunden ist und dessen anderes Ende mit dem Kollektor eines Trnnsistors 22 verbunden ist. Die durch den Ausgangsstrom des Stromwandlers 14 an dem Lastwiderstand 20 erzeugte Spannung wird durch eine Diode 24 gleichgerichtet und stellt die Speisespannung für den Transistor 22 dar.
  • Die Sekundärwicklung des Spannungswandlers 16 liegt parallel zu einem RC-Glied mit einem Kodensator 26 und einem Widerstand 28. Das dem Kondensator 26 abgewandte Ende des Widerstandes 28 liegt am Bezugspotential. Der Verbindungspunkt des Kondensators 26 mit dem Widerstand 28 liegt über die Reihenschaltung eines ersten Widerstandes 30, einer Diode 32 und eines zweiten Widerstandes 34 an der Basis des Transistors 22. Der Verbindungspunkt des zweiten Widerstands 34 und der Diode 32 ist über eine Zenerdiode 36 mit Bezugspotential verbunden. Das RC-Glied 26, 28 dient zur Einstellung einer gewünschten Phasendrehung trdie Ausgangsspannung des Spannungswandlers 16. Die Diode 32 dient der Gleichrichtung der Ausgangsspannung des Spannungswandlers 16 und die Zenerdiode 36 dient dazu, die Basispannung für den Transistor 22 auf einen vorgegebenen Höchstwert zu begrenzen. Dies ist deshalb zweckmäßig, weil die Schaltungsanordnung einerseits auch noch bei stark absinkender Klemmenspannung des Generators einwandfrei arbeiten soll und ein entsprechendes Übersetzungsverhältnis des als Spannungswandler 16 dienenden Transformators dann bei voller Generatorspannung zu einer zu hohen BasisspannrJng für den Transistor 22 führen würde. Außerdem kann im Hinblick auf das Vorhandensein der Zenerdiode 36 die Ausgangsspannung des Spannungswandlers 16 während praktisch aller Betriebszustände des Generators so hoch gehalten werden, daß der Basis des Transisotrs 22 im wesentlichen Rechteckimpulse bzw. impulsförmige Spannungssignale mit verhältnismäßig steilen Flanken zugeführt werden.
  • Der Transistor 22 ist als Emitterfolger geschaltet, dessen Emitter uber einen Widerstand 38 mit Bezugspotential verbunden ist. Der Transistor 22 schaltet dann durch, wenn an seiner Basis eine geeignete Steuerspannung anliegt und wenn gleichzeitig vom Ausga ng des Stromwandlers 14 über den Widerstand 20 und die Diode 24 eine Spannung an seinem Kollektor anliegt. Bei durchgeschaltetem Transistor 22 ist ferner der über dessen Kollektor-Emitter-Strecke fließende Strom der Spannung über dem Widerstand 20 proportional, wobei diesc Spannung wiederum dem Strom auf der Sekundärseite des Stromwandlers 14 proportional ist. Die Dauer und die Höhe des Emitterstroms des Transistors 22 sind damit sowohl vom Generatorstrom als auch von der gegenseitigen Phasen lage von Generatorstrom und Generatorspannung abhängig, d.h. von dem jeweiligen Leistungsfaktor cos S . Mit Hilfe eines parallel zu dem Widerstand 38 geschalteten größeren Kondensators 40 wird der Emijierstrom des Transistors 22 geglättet. Parallel zu dem Kondensator 40 liegt ein Meßinstrument 42, normalerweise ein Amperemeter, welches den Mittelwert des Emitterstromes des Transistors 22 und somit die Gesamtbelastung des Aggregats unter Berücksichtigung der Phasenlage anzeigt. Der Ausschlag des Meßinstruments 42 ist mit Hilfe eines dazu parallel geschalteten Potentiometers 44 einstellbar.
  • Grundsätzlich ist bei der erfindungsgemäßen Überwachungsschaltung das Vorhandensein eines Meßinstruments entbehrlich, da die dynamische Überlastung sofort automatisch ausgeregelt wird. Andererseits zeigt das Meßinstrument die jeweilige stationäre Belastung an und gibt damit Auskunft über den Belastungszustand des Aggregates.
  • Der Emitter des Transistors 22 stellt gleichzeitig den Ausgang A der Schaltung dar, an dem als Ausgangssignal eine Steuerspannung für den Regler des Generators abgreifbar ist. Wenn diese Steuerspannung eine vorgegebene Höhe erreicht, dann reduziert der Regler des Generators den Speisestrom für die Feldwicklung des letzteren, so daß die Klemmenspannung des Generators abfällt, wodurch einerseits eine Reduzierung des Generatorstroms und als Folge davon eine Entlastung des Antriebsmotors erreicht wird. Die Eingangsstufe des Reglers, welche mit dem Ausgang A der Schaltung verbunden ist, ist in der Zeichnung in gestrichelten Linien angedeutet. Man erkennt, daß der Ausgang A mit der Basis eines Transistors verbunden ist, dessen Emitter über eine Zenerdiode am Bezugspotential liegt und dessen Kollektor über einen Kollektorwiderstand an eine geeignete Speisespannung ( + ) angeschlossen ist.
  • Als Ausgangssignal am Ausgang A der erfindungsgemäßen Überwachungsschaltung wird also ein Signal erhalten, welches erstens mit Hilfe eines Meßinsftuments angezeigt werden kann,um eine Information über den stationären Belastungszustand des Stromerzeugungsaggregats zu liefern als auch unmittelbar dem Regler des Generators zugeführt werden kann, um bei einer stoßartigen Überlastung automatisch und sehr schnell eine Abregelung des Generators herbeizuführen.

Claims (5)

  1. Patentansprüche (+ j Überwachungsschaltungfür furStromerzeugungsaggregate mit einem Antriebsmotor und einem davon angetriebenen Generator und mit einem Stromwandler zur Erzeugung eines für die Generatorströme bei ein- und dreiphasiger Belastung charulcteristischen ersten elektrischen Signals, dadurch gekennzeichnet, daß ein Spannungswandler ( 16 ) zur Erzeugung eines dem Leistungsfaktor ( cos # ) entsprechenden zweiten elektrischen Signals vorgesehen ist und daß Auswerteeinrichtungen ( 22 - 44 ) vorgesehen sind, mit deren Hilfe ein Ausgangssignal erzeugbar ist, dessen Größe von der auftretenden Gesamtstrombelastung des Generators unter Berücksichtigung des Leistungsfaktors abhängigist und das einem Anzeigeinstrument zur Kontrolle der Belastungssituation des Aggregates und/oder einem Spannungsregler zum Abregeln der Erregerleistung des Generators zuführbar ist.
  2. 2. Überwachungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gek an n ze ich ne t, daß die Auswerteeinrichtungen einen Transistor ( 22 ) aufweisen, der als Emitterfolger geschaltet ist, dessen Kollektorspannung dem Ausawangsstromdes Stromwandlers entspricht und dessen Basis eine der Ausgangsspannung des Spannungswandlers ( 16 ) entsprechende Spannung zuführbar isr und über dessen Emitterwiderstand ( 38 ) das Ausgangssignal abgreifbar ist.
  3. 3. Überwachungsschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal Uber dem Emitterwiderstand ( 38 ), vorzugsweise mittels eines Kondensators ( 40 ), integriert und einem Meßinstrument ( 42), insbesondere einem Amperemeter, zugeführt wird.
  4. 4. Überwachungsschaltung nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromwandler ( 14 ) als Transformator mit mindestenizwei Primärwicklungen und einer Sekundärwicklung ausgebildet ist und daß die Windungszahl und der Wicklungssin der Primärwicklungen derart gewäh lt ist, daß der Strom in der Sekundärwicklung sowohl bei einphasiger als auch bei dreiphasiger Belastung des Generators h an sich bekannter Weise ein Maß fUr den jeweils charakteristischen Genratorstrom darstellt.
  5. 5. Überwachungsschaltung nach Anspruch 4, d a d u r c h g e ke n n z e i c h ne t,daß das Verhältnis der Windungszahlen der miridestens einen Primärwicklung, welche von einem Strom durchflossen wird, der dem Generatorstrom bei Wechselstrombelastung entspricht, zur Windungsahl bzw. zu den Windungszahlen der Primärwicklungen, welche nur bei Drehstrombelastung beaufschlagt sind, so gewählt ist, daß ein unterschiedlicher Wirkungsgrad des Generators bei Drehstrombelastung einerseits und Wechselstrombelastung andererseits berücksichtigt ist.
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