DE2647060C3 - Überwachungsschaltungsanordnung für Stromerzeugungsaggregate - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die bekannten Überwachungsschaltiingcn bzw. Überwachungseinrichtungen für Stronierzcugungsaggregate. bei denen die Belastung mittels Anzeigeinstrumenten, beispielsweise mittels eines Amperemeters oder eines Gesamtbelastungsmessers, angezeigt wird, sind lediglich für die Überwachung stationärer Vorgänge geeignet. Beim Einschalten bestimmter elektrischer Verbraucher, wie z. B. Asynchronmotoren, Halogenlampen u. dgl., tritt jedoch ein kurzzeitiger Belastungsstoß auf, der zur Überlastung des Stromerzeugungsaggregates führen kann. Entsprechend dem dabei auftretenden Wirk- und Blindleistungsanteil und der gewählten Leisrungsdimensionierung des Stromerzeugungsaggregats 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 Generator-Kennlinie in Verbindung mit dem verwendeten Erregersyscem erreichen läßt. Dabei wird die Belastungskennlinie des Generators so ausgelegt, daß die Klemmenspannung bei Erreichen des Grenzleistungsbereichs 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 Antriebsinotors bei weitem nicht ausgenutzt werden können.

Durch die CH-PS 565475 ist eine eine Hilfserregermaschine und eine nachgeordnete Haupterregermaschine aufweisende Wechselstrom-Generatoranlage mit einer zusätzlichen Differentialschutz-Anordnung bekanntgeworden. Diese Differentialschutz-Anordnung überwacht den Erregerstromkreis und insbesondere dort vorgesehene Dioden. Die Differentialschutz-Anordnung enthält zu diesem Zweck einen am Ausgang des Generators angeschlossenen Spannungswandler und einen mit diesem in Reihe geschalteten Stromwandler sowie einen Abgriff an der Feldwicklung der Erregermaschine. Ein Ausgang des Spannungswandlers und ein Ausgang des Stromwandlers sind an eine erste Gleichrichterbrücke angeschlossen. Mit dem Ausgang der Gleichrichterbrücke ist ein Glättungskondensator verbunden. Eine Ausgangsklemme der ersten Gleichrichterbrücke ist mit einer Klemme an dem Abgriff der Feldwicklung der Erregermaschine verbunden. Die andere Ausgangsklemme der Gleichrichterbrücke ist mit einer Eingangsklemme einer zweiten Gleichrichterbrücke verbunden. Die zweite Klemme am Abgriff an der Feldwicklung ist mit der zweiten Eingangsklemme der zweiten Gleichrichterbrücke verbunden. An die beiden Ausgänge der zweiten Gleichrichterbrückc sind in Reihe ein Differentialrelais und ein Transistor angeschlossen. Außerdem sind an die beiden genannten Ausgänge, ebenfalls wieder in Reihenschaltung, ein Widerstand und ein Kondensator angeschlossen. Zwischen dem Widerstand und dem Kondensator ist eine Zcnerdiode angeschlossen, die ihrerseits mit der Basis des Transistors verbunden ist. Vom Generator abgegebene Ströme und Spannungen induzieren in den Wandlern Spannungen, deren Summe zur Vektorsiimme von Strom und Spannung an der Wechselstromankerwicklung in einem vorgewählten Verhältnis stehen. Die genannte Spannungssumme wird mittels der ersten Gleichrichterbrückc gleichgerichtet und mittels des Kondensators geglättet. Die dieserart erzeugte Gleichspannung und die an der Feldwicklung

abgegriffene Spannung werden addiert und der zweiten Gleichrichterbrücke zugeführt. Aus der zweiten Gleichrichterbrücke gelangt die Summe dieser letztgenannten Spannungen in vorgewählter Polarität an das Differentialrelais und den Transistor und über den Widerstand an den Kondensator. Liegt innerhalb des Erregerkreises eine Störung vor, so lädt der Widerstand den Kondensator so weit auf, bis schließlich die Zenerdiode leitend wird und den Transistor durchschaltet. Der durchgeschaltete Transistor bringt das Differentialrelais zum Anziehen, welches eine Abschart- bzw. Fehleranzeigevorrichtung in Betrieb setzt. Diese Differentialschutz-Anordnung dient zur Abschaltung der Generatoranlage, wenn innerhalb des Erregerstromkreisesein Fehler auftiitt. Eine Anzeige der Belastung des Generators und seiner Antriebsmaschine sowie eine Begrenzung der vom Generator abgegebenen Leistung wird von der den Transistor enthaltenen Differentialschutz-Anordnung nicht durchgeführt.

Es stellte sich die Aufgabe, eine Übcrwachungsschaltungsanordnung zu schaffen, die laufind die Belastung des Generators unter Berücksichtigung des Leistungsfaktors (cos phi) anzeigt und/oder ein Signal einem Spannungsregler zum Abregein der Erregerleistungdes Generators zuführt, derart, daß der Generator und seine Antriebsmaschine vor Überbelastung geschützt werden, und die übersichtlich aufgebaut ist.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Überwachungsschaltung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß sie vollkommen automatisch und entsprechend schnell reagiert. Das von den Auswerteeinrichtungen erzeugte Ausgangssignal führt 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 Generatorstroms erreicht wird und damit gleichzeitig eine Entlastung des Antriebsmotors.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der Überwachungsschaltung gemäß dem Hauptanspruch möglich, insbesondere wenn die Auswertceinrichiungen im wesentlichen durch einen als Emitterfolger geschalteten Transistor gebildet werden, dessen Speisespannung durch das erste charakteristische Signal gebildet wird, dessen Steuerspannung durch das zwüite 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 Überwachungsschaltungsanordnung gemäß der Erfindung.

Beschreibung der Erfindung.

Die in der Zeichnung gezeigte Schaltung besitzt ₍ zwei Satze von Eingangsklemmen 1Ö 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 ι Spannungswandlers 16 die Generatorspannung anliegt. Bei Drehstromi'.stemen ist der Stromwandler im allgemeinen komplizierter aufgebaut und kann beispielsweise ein Transformator sein, der zwei Primärwicklungen und eine Sekundärwicklung aufweist, wie dies bei dem als Stromwandler eingesetzten Transformator gemäß der DE-AS 2 155 609 der Fall

Ί 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 dreh-

» strommäßig 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 angordnet sind, deren Windungszahl im Verhältnis von 3:2 steht, wobei die Wicklung mit der größeren Windungszahl mit der verstärkten Phasenwicklung für der. Wechselstrom in Reihe geschaltet ist, während die andere Wicklung, die eine kleinere Windungszahl aufweist 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 Windungszahl als die beiden übrigen Primärwicklungen aufweist und entgegengesetzt zu diesen gewickelt ist. Vorzugsweise beträgt die Windungszahl der beiden mit den einfachen Phasenwicklungen des Generators verbundenen Primärwicklungen etwa das Dreifache der Windungszahl der dritten Primärwicklung mit dem entgegengesetzten Wickelsinn. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Windungszahlen der Primärwicklungen des Stromwandlers 14 auch noch die unterschiedlichen Wirkungsgrade des Generators bei V-'echselstrombelastung einerseits 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 Lastwiderstand 20, dessen eines Ende mit Bezugspotential verbunden ist und dessen anderes Ende mit dem Kollektor eines Transistors 22 verbunden ist. Die durch den Ausgangsstrom des Stromwandlers 14 an dem Lastwiders'and 20 erzeugte Spannung wird durch eine Diode 24 gleichgerichtet und stellt die Speisespannung für den Transistor 22 dar.

Die Sekundärwicklung des Spannungswandler 16 liegt parallel zu einem RC-GIied mit einem Kondensator 26 und einem Widerstand 28. Das dem Kondensator 26 abgewänne 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 für die Ausgangsspannung des Spannungswandlers 16. Die Diode 32 dient der Gleichrichtung der Ausgangsspannung des Spannungswandlers 16 und die Zenerdiode 36 dient dazu, die Basisspannung 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 Rasissnannnne für den Transistor 22 führen würde. Außerdem kann im Hinblick auf das Vorhandensein der Zenerdiode 36 die Ausgangsspannung des Span- '" nungswandlers 16 während praktisch aller Betriebszustände des Generators so hoch gehalten werden, daß der Basis des Transistors 22 im wesentlichen Rechteckimpulse bzw. impulsförmige Spannungssignale mit verhältnismäßig steilen Flanken zugeführt · werden.

Der Transistor 22 ist als Emitterfolger geschaltet, dessen Emitter über einen Widerstand 38 mit Bezugspotential verbunden ist. Der Transistor 22 schaltet dann durch, wenn an seiner Basis eine geeignete Steu- ;■ erspannung anliegt und wenn gleichzeitig vom Ausgang 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 diese 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 Generator- u strom als auch von der gegenseitigen Phasenlage von üencraiorsiruiii uiiü Gcnciaiuispamiuug a'uiiäiigig,

d. h. von dem jeweiligen Leistungsfaktor cosip. Mit Hilfe eines parallel zu dem Widerstand 38 geschalteten größeren Kondensators 40 wird der Emitterstron des Transistors 22 geglättet. Parallel zu dem Konden sator 40 liegt ein Meßinstrument 42, normalerweisi ein Amperemeter, welches den Mittelwert des Emit terstroms des Transistors 22 und somit die Gesamtbe lastung des Aggregats unter Berücksichtigung de Phasenlage anzeigt. Der Ausschlag des Meßinstru ments 42 ist mit Hilfe eines dazu parallel geschaltete) Potentiometers 44 einstellbar.

Grundsätzlich ist bei der erfindungsgemäßen Über wachungsschaltung das Vorhandensein eines Meßin struments entbehrlich, da die dynamische Uberlastunj sofort automatisch ausgeregelt wird. Andererseit zeigt das Meßinstrument die jeweilige stationäre Be lastung an und gibt damit Auskunft über den BeIa stungszustand des Aggregates.

Der Emitter des Transistors 22 stellt gleichzeiti] den Ausgang A Her Schaltung dar. an dem als Aus gangssignal eine Steuerspannung für den Regler de Generators abgreifbar ist. Wenn diese Steuerspan nungeine vorgegebene Höhe erreicht, dann reduzier der Regler des Generators den Speisestrom für dii Feldwicklung des letzteren, so daß die Klemmenspan nung des Generators abfällt, wodurch einerseits eini Reduzierung des Generatorstroms und als Folge da von eine Entlastung des Antriebsmotors erreicht wird Die Eingangsstufe des Reglers, welche mit dem Aus gang A der Schaltung verbunden ist, ist in der Zeich nung in gestrichelten Linien angedeutet. Man erkennt daß der Ausgang A mit der Basis eines Transistor verbunden ist, dessen Emitter über eine Zenerdiod« am Bezugspotential liegt und dessen Kollektor übe einen Kollektorwiderstand an eine geeignete Speise spannung ( + ) angeschlossen ist.

Als Ausgangssignal am Ausgang A der erfindungs gemäßen Überwachungsschaltung wird also ein Signa erhalten, welches erstens mit Hilfe eines Meßinstru ments angezeigt werden kann, um eine Informatioi über den stationären Belastungszustand des Strom erzeugungsaggregats zu liefern, als auch unmittelba dem Regler des Generators zugeführt werden kann um beicinci Muuai iigcn υ uci tastung auiuiiiatiMii um sehr schnell eine Abregelung des Generators herbei zuführen.

Hierzu I Blatt Zcichnunccn

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Überwachungsschaltungsanordnung für Stromerzeugungsaggregate mit einem Antriebsmotor und einem davon angetriebenen Generator, mit einem Stromwandler zur Erzeugung eines für die Generatorströme bei ein- und dreiphasiger Belastung charakteristischen ersten elektrischen Signals, und mit einem Spannungswandler zur Erzeugung eines dem Leistungsfaktor (cosip) entsprechenden zweiten elektrischen Signals, wobei Auswerteeinrichtungen mit wenigstens einem Transistor vorgesehen sind, mit deren Hilfe ein Ausgangssignal erzeugbar ist, dessen Größe von der auftretenden Gesamtstrombelastung des Generators unter Berücksichtigung des Leistungsfaktors abhängig ist und das einem Anzeigeinstrument zur Kontrolle der Belastungssituation des Aggregates und/oder einem Spannungsregler zum Abregein der Erregerieistung des Generators zuführbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Transistor (22) der Auswerteeinrichtungen als Emitterfolger geschaltet ist, dessen Kollektorspannung dem Ausgangsstrom des Stromwandlers (14) entspricht und dessen Basis eine der Ausgangsspannung des Spannungswandlers (16) entsprechende Spannung zuführbar ist und über dessen Emitterwiderstand (38) das Ausgangssignal abgreifbar ist.

2. Ütx."-wachungsschaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal über dem Emitterwiderstand (38), vorzugsweise mittels ein«:s Kondensators (40), integriert und einem Meßinstrument (42), insbesondere einem Amperemeter, zugeführt wird.

3. Überwachungsschaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromwandler (14) als Transformator mit mindestens zwei Primärwicklungen und einer Sekundärwicklung ausgebildet ist und daß die Windungszahl und der Wicklungssinn der Primärwicklungen derart gewählt ist, daß der Strom in der Sekundärwicklung sowohl bei einphasiger als auch bei dreiphasiger Belastung des Generators in an sich bekannter Weise ein Maß für den jeweils charakteristischen Generatorstrom darstellt.

4. Übcrwachungsschaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Windungszahlen der mindestens einen Primärwicklung, welche von einem Strom durchflossen wird, der dem Generatorstrom bei Wechselstrombelastung entspricht, zur Windungszahl bzw. zu den Windungszahlen der Primärwicklungen, welche nur bei Drehstrombelastung beaufschlagt sind, so gewählt ist, daß ein unterschiedlicher Wirkungsgrad des Generators bei Drchstrombelastung einerseits und Wcchsclstrombelastung andererseits berücksichtigt ist.