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Überwachungsscha Itung fur Stromerzeugungsaggregate
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Zeichnung Die einzige Figur der Zeichnung zeigt ein schematisches
Prinzipschaltbild einer bevorzugten Ausführungsform einer Überwachungsschaltung
gemäß der Erfindung.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.