DE2826325C2 - Anordnung zur Fremderregung einer elektrischen Maschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Fremderregung einer elektrischen Maschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Eine solche Anordnung ist bekannt aus der ETZ-A, 1962, Seite 88. *

Bei Anordnungen zur Erregung einer elektrischen Maschine, wie beispielsweise eines Synchrongenerators, ist ein Erregerstromerzeuger, der beispielsweise als steuerbarer oder nicht steuerbarer Gleichrichter aufgebaut ist, an die Erregerwicklung der elektrischen Maschine angeschlossen und speist diese mit Gleichstrom. Beim Auftreten von Fehlern, wie beispielsweise einem Kurzschluß auf der Wechselstromseite des Generators, ist es wichtig, daß der Erregerstrom der Maschine unterbrochen wird. Zu diesem Zweck ist es üblich, einen ein- bzw. zweipoligen elektrischen Schalter, einen sogenannten Erregerstromschalter, in eine bzw. beide Gleichstromleitungen zwischen dem Erregerstromerzeuger und der Erregerwicklung einzufügen. Bei Fehlern der genannten Art wird der Erregerstromschalter ausgelöst und trennt die Erregerwicklung von dem Erregerstromerzeuger. Damit der Erregerstrom hierbei schnell auf Null abklingen kann, ohne daß infolge der in der Erregerwicklung gespeicherten magnetischen Energie Überspannungen auftreten, ist es aus der ETZ-A, 1&62, Seite 88 bekannt, am Erregerstromschalter einen zusätzlichen Kontakt vorzusehen, der dann geschlossen

ίο wird, wenn der Erregerstromschalter auslöst, und durch den ein Entregungswiderstand (Parallelwiderstand) an die Erregerwicklung angeschlossen wird. Durch diesen zusätzlichen Kontakt wird der Erregerstromschalter kompliziert und teuer, und zwar u. a. deshalb, weil ein Standardschalter nicht mehr verwendet werden kann. Es ist ferner von größter Bedeutung, daß bei Auslösung des Erregerschalters unter allen Umständen ein Entregungskreis für die Erregerwicklung bereitgestellt wird, da diese sonst infolge Überspannungen zerstört werden würde. Bei verschiedenen möglichen Fehlern, z. B. bei einem Kurzschluß auf der Wechselstromseite in einer Generatorstation, verschwinden die üblichen Speisespannungen und können daher nicht zum Einschalten des Entregungskreises verwendet werden. Es muß daher unter allen Umständen ein sicheres Einschalten des Entregungskreises gewährleistet sein, und dieses Einschalten darf nicht von evtl. Hilfsspeisespannungsquellen abhängig sein.
Aus der GB-PS 9 30129 ist eine Anordnung zur Selbsterregung eines Generators bekannt, bei welcher die Statorwicklung über zwei in Reihe geschaltete Thyristoren an die Erregerwicklung angeschlossen ist. Ein Parallelkreis zur Erregerwicklung, an weichen diese bei Abschaltung der Erregung zur Vermeidung hoher Spannungen angeschlossen werden soll, ist nicht vorhanden. Vielmehr sind Dioden fest parallel zur Erregerwicklung geschaltet. Die beiden genannten Thyristoren dienen zur Steuerung des Erregerstromes. Parallel zu diesen beiden Thyristoren liegt ein Schalter, der dann geschlossen wird, wenn der Generator aufgrund seines geringen remanenten magnetischen Flusses hochgefahren werden soll. Um Funken an diesem Schalter zu vermeiden und für den Fall eines Versagens dieses Schalters sind die Gitter der Thyristoren über einen weiteren Schalter an die Anoden der Thyristoren bei dem zuletzt genannten Betriebsfall angeschlossen. Sobald die Spannung des Generators beim Hochfahren einen bestimmten Mindestwert überschritten hat, werden der zuletzt genannte und der vorgenannte Schalter geöffnet. Mit der Entregung des Generators haben diese Schalter somit nichts zu tun.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung der eingangs genannten Art in der Weise weiterzuentwickeln, daß als Erregerstromschalter ein konventioneller Standardschalter verwendet werden kann und die Einschaltung des Entregungskreises unabhängig von evtl. Hilfsspannungsquellen sichergestellt ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Anordnung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 vorgeschlagen, die erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 genannten Merkmale hat.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen genannt.

Durch die Erfindung wird also eine Anordnung geschaffen, bei welcher ein elektrischer Standardschalter als Erregerstromschalter verwendet werden kann und bei welcher beim Auslösen des Erregerschalters ein sicheres Einschalten des Entregungskreises völlig unab-

hängig von äußeren Spannung erfolgt

Anhand der in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigt

F i g. 1 ein Ausführungsbeispiel einer Anordnung zur Fremderregung einer elektrischen Maschine gemäß der Erfindung,

F i g. 2 eine alternative Ausführungsform des Reservezündkreises für die Thyristoren in F i g. 1.

Fig. 1 zeigt einen aus den Dioden Dl — D6 bestehenden nicht steuerbaren Stromrichter, der Erregerstrom an die Erregerwicklung Feines dreiphasigen Synchrongenerators G liefert Ober die Anschlüsse R, S, T wird der Gleichrichter von einer dreiphasigen Wechselspannungsquelle gespeist Alternativ kann als Erregerstromerzeuger in an sich bekannter Weise ein steuerbarer Thyristorstromrichter oder eine rotierende Erregermaschine dienen.

In den beiden Leitungen zwischen dem Erregerstromerzeuger und der Erregerwicklung Hegen die beiden Hauptkontakte K 11 und K12 eines zweipoligen elektrischen Schalters K1. Der elektrische Schalter kann ein Leistungsschalter oder, bei kleineren Anordnungen, ein Schütz sein. Der elektrische Schalter hat ferner in üblicher Weise einen Hilfskontakt K 13 für niedrige Leistung. Bei normalem Betrieb sind die drei Kontakte des elektrischen Schalters geschlossen. Bei Fehlern der oben beschriebenen Art wird der elektrische Schalter von nicht dargestellten Auslöseorganen ausgelöst, wobei die Kontakte öffnen.

Zur Entregung der Erregerwicklung nach öffnung des elektrischen Schalters sind zwei ParallelwiderstSnde R 1 und R 2 vorhanden, die über je einen Thyristor 7*1 bzw. 7*2 zur Erregerwicklung parallelgeschaltet werden können. Die Widerstände haben vorzugsweise eine spannungsabhängige Resistanz, jedoch kommen auch lineare Widerstände in Betracht. Jeder Thyristor ist mit einer Schutzschaltung gegen transiente Überspannungen versehen, weiche aus einer Reihenschaltung aus einem Kondensator Cl bzw. C 2 und einem Widerstand All bzw. R2i parallel zum Thyristor besteht Jeder Thyristor hat ferner einen Zündkreis, der aus einer Diode D 11 bzw. D 21 besteht welche in Reihe mit einem Widerstand R 12 bzw. R 22 und einem Kontakt K 21 bzw. K 22 eines Relais K 2 zwischen der Anode des Thyristors und seiner Steuerelektrode angeschlossen ist. Wenn die Kontakte schließen, liefern die Anodenspannungen über die Widerstände (R 12 bzw. R 22) angepaßte Steuerströme von geeigneter Größe an die Steuereingänge der Thyristoren. Die Thyristoren zünden, der Erregerstrom fließt durch die Widerstände R 1 und R 2 und die in der Erregerwicklung Fgespeicherte magnetische Energie wird in den Widerständen verbraucht, ohne daß bei richtiger Dimensionierung der Widerstände schädliche Überspannungen auftreten.

Die Dioden DIl und D 21 verhindern, daß ein negativer Steuerstrom fließt, wenn an den Thyristoren eine Spannung in Sperrichtung auftritt.

Das Relais K 2 liegt in Reihe mit deni Hilfskontakt K 13 des elektrischen Schalters K 1 an die Gleichspannungsquelle B, die eine separate Batterie oder das Hilfsspeisenetz der Station sein kann. Bei ungestörtem Betrieb ist, wie bereits erwähnt der Kontakt K 13 geschlossen und das Relais K 2 ist angezogen, wobei die Kontakte K 21 und K 22 offen sind. Eine Auslösung des Erregerschalters K 1 hat zur Folge, daß K 2 stromlos wird, wobei die Kontakte K 21 und K 22 schließen, die Thyristoren zünden und die Parallelwiderstände R 1 und R2 eingeschaltet werden. Bei Ausfall der Spannungsquelle B erhält man dasselbe Resultat; die Einschaltung des Entregungskreises ist also von dem Vorhanden sein äußerer Speisespannungen völlig unabhängig-

Ebe Anzeigevorrichtung, die in dem gezeigten Fall aus einem Schütz K 3 besteht erhält Spannung über eine der Dioden D 7 und D 8, wenn einer der Thyristoren 7*1 und T2 ausfällt und seine Sperrfähigkeit verliert. Ein solcher Fehler bedeutet daß auch bei ungestörtem Betrieb ein Teil des vom Erregerstromerzeuger kommenden Stromes kontinuierlich durch den in Reihe mit dem defekten Thyristor liegenden Widerstand fließt, wodurch unnötige Leistungsverluste entstehen.

Das vorstehend beschriebene Verfahren gibt eine außerordentlich sichere Einschaltung des Entregungskreises. Da ein Versagen der Einschaltung des Entregungskreises wahrscheinlich eine Zerstörung der Erregerwicklung und dadurch große wirtschaftliche Verluste zur Folge hätte, kann es angebracht sein, zumindest bei größeren Anlagen einen Reservezündkreis für die Thyristoren 7*1 und 7*2 vorzusehen, um dadurch die Sicherheit zu erhöhen, daß der Entregungskreis bei Bedarf eingeschaltet wird. Dieser Reservezündkreis besteht in F i g. 1 aus einem parallel zum Thyristor T2 liegenden Spannungsteiler R4.R5. Zwischen den Spannungsteiler und der Steuerelektrode des Thyristors liegt eine bidirektionale Durchbruchsdiode D 10 in Reihe mit einer Diode D9, die einen negativen Steuerstrom verhindert. Wenn die Anoden-Kathodenspannung des Thyristors einen bestimmten Wert erreicht, erfolgt der Durchbruch in der Zenerdiode D10, und dem Thyristor wird Steuerstrom zugeführt. Die Größe des Steuerstroms wird mit Hilfe des Widerstandes des Spannungsteilers und des Widerstandes R 3 auf einen geeigneten Wert eingestellt.

In dem gezeigten Fall ist nur der Thyristor T2 mit einem Reservezündkreis versehen. Es besteht daher die Gefahr, daß bei einer Aktivierung des Reservezündkreises der Thyristor T2 überbelastet und zerstört wird. Da diese Fälle äußerst selten sind, kann diese Gefahr jedoch in Kauf genommen werden.

F i g. 2 zeigt eine alternative Ausführung des Reservezündkreises. Ein resistenter-kapazitiver Spannungsteiler C4-C5-R6-R7 liegt parallel zum Thyristor T2. Beim Auftreten einer vorbestimmten Sperrspannung am Thyristor T2 gibt die Zenerdiode D12 Steuerstrom an den Hilfsthyristor Γ3. der über die Schaltelemente R 13, R 10 und Ci eine geeignete Steuerspannung an die Thyristoren T1 und 7"2 gibt. Durch die Widerstände RS und R9 wird sichergestellt, daß jeder Thyristor einen Steuerstrom geeigneter Größe erhält

Vorstehend wurde eine Anordnung mit zwei parallelen Entregungskreisen beschrieben, wobei jeder Entregungskreis aus einem mit einem Widerstand in Reihe geschalteten Thyristor besteht. In Abhängigkeit von der Größe der Anordnung sowie anderer Faktoren kann man sich mit einem einzigen solchen Kreis begnügen oder es können auch mehr als zwei Kreise vorgesehen werden.

Es ist auch möglich, das Relais K 2 fortzulassen und die Kontakte K 21 und K 22 zu Hilfskontakten des Erregerschalters K 1 zu machen.

⁷um Einschalten der Parallelwiderstände R 1 und R 2 werden nach den obigen Ausführungsbeispielen vorzugsweise Thyristoren verwendet. An ihrer Stelle können aber auch andere steuerbare Halbleiterelemente, wie z. B. Schalttransistoren, verwendet werden.

Bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen ist der zwischen dem Erregerstromerzeuger (Di-D6) und der Erregerwicklung (F) angeordnete elektrische Schalter (K X) zweipolig. Hierdurch erhält man eine galvanische Trennung zwischen dem Erregerstromerzeuger und der Erregerwicklung, wenn der elektrische Schalter ausgeschaltet wird. Alternativ können zwei einpolige Schalter verwendet werden. In gewissen Fällen kann es genügen, einen einzigen einpoligen Schalter zu verwenden.

Der in den F i g. 1 und 2 gezeigte Erregerstromerzeuger ist ein Diodengleichrichter. Statt eines solchen kann ein gesteuerter Thyristorstromrichter verwendet werden. Der elektrische Schalter, der bei Fehlern den Erregerstrom ausschalten soll, kann dabei auf der Wechselstromseite des F.rregerstromerzeugers liegen und beispielsweise ein dreipoliger Schalter (Wechselstromschalter oder Schütz) sein.

Die in F i g. 1 verwendete bidirektionale Durchbruchsdiode D 10 kann auch durch eine Zenerdiode ersetzt werden, deren Durchlaßrichtung im Sinne der Zeichnung nach rechts gepolt ist. Eine bidirektionale Durchbruchsdiode sperrt bis zu einer bestimmten Durchbruchsspannung in beiden Richtungen. Bei höheren Spannungen steigt der Strom stark an, während der Spannungsfall sogar unter die Durchbruchsspannung zurückfällt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

30

35

40

45

50

55

60

65

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Fremderregung einer elektrischen Maschine mit einem Erregerstromerzeuger, der an die Erregerwicklung der Maschine angeschlossen ist, mit einem Schalter zum Abschalten des Erregerstroms und mit mindestens einem Widerstand, der beim Öffnen des getiannten Erregerstromschalters parallel zur Erregerwicklung geschaltet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Parallelwiderstand (R 1, R 2} in Reihe mit einem steuerbaren Halbleiterelement {Ti, Γ2) liegt und daß ein Kontakt vorhanden ist, über den beim öffnen des Erregerstromschalters (K 1) die Steuerelektrode des Halbleiterelement mit einem Hauptstromanschluß des Halbleiterelementes verbunden wird.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontakt ein Hilfskontakt (K 13) am Erregerstromschalter(K 1) ist

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontakt ein Kontakt (K21, K22) an einem von einem Hilfskontakt (K 13) des Erregerstromschalters (K 1) betätigten Schalter (K 2) ist

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontakt (K 21, K 22) bei spannungslosem Zustand des Schalters (K 2) geschlossen ist (Ruhekontakt).

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das steuerbare Halbleiterelement (TX, T2) ein Thyristor ist.

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daS ein spannungsabtastender Kreis (R4, R5, DU) mit dem Steueranschluß des steuerbaren Halbleiterelementes (T2) verbunden ist, welcher die Spannung an der Erregerwicklung oder eine dieser entsprechende Spannung erfaßt und dem Halbleiterelement ein Zündsignal zuführt, wenn die erfaßte Spannung einen vorgegebenen Wert überschreitet.

7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anzeigevorrichtung (K3, DT, D8) angeordnet ist, die eine während des nichtstromführenden Intervalls des Halbleiterelementes auftretende Spannung am Parallelwiderstand (R 1, R 2) erfaßt.