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Beschreibung
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Die Erfindung betrifft die Elektrotechnik und bezieht sich insbesondere
auf Erregersysteme von Synchronmaschinen.
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(Unter dem Erregersystem wird hier der Komplex von Einrichtungen verstanden,
die in der Gesamtheit eine Stromversorgung der Erregerwicklung durch einen automatisch
regelbaren Gleichstrom, einen oberspannungsschutz der Erregerwicklung und des Erregers
in Übergangsbetrieben der Synchronmaschine und eine Reihe anderer Funktionen gewährleisten).
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Es ist ein Erregersystem einer Synchronmaschine (P.P.
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Wersehinin, L.J. Haschper "Anwendung synchroner Elektroantriebe in
der Metallurgie", moskau, 1974) bekannt, das einen Erreger enthält, an dessen Ausgang
ein Anlaß- und Schutzgerät liegt, das eine Reihenschaltung aus einem Widerstand
und einem durch ein Schwellenelement mit einem Ansprechspannungswert gesteuerten
Thyristorschalter aufweist.
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Dieses Erregersystem ist nicht zuverlässig genug auf Grund dessen,
daß eine beliebige Störung im Anlaß- und Schutzgerät (Unterbrechung des Stromkreises,
Verlust der Steuerbarkeit, Kurzschluß des Thyristorschalters) die Gefahr einer Notabschaltung
oder einer Beschädigung des Erregers und der Synchronmaschine nach sich zieht.
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Es ist ein Erregersystem einer Synchronmaschine (Katalog "Komplette
Tbyristoreinrichtungen der Serie serw OKn 341.631, Talin, 1978) bekannt, das einen
Erreger enthält, an dessen Ausgang ein Anlaß- und Schutzgerät liegt, das Parallelstränge
aufweist,
in deren Jedem eine Reihenschaltung aus einem Widerstand und einem Thyristorschalter
liegt, wobei zwischen der Anode und der Steuerelektrode des Thyristors vom Thyristorschalter
ein Schwellenelement mit einem Ansprechspannungswert geschaltet ist.
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Dieses Erregersystem besitzt eine hohere Zuverlässigkeit, weil ein
Bruch in einem der Parallelstränge bei Normalbetrieb der übrigen keinen Verlust
von Schutzfunktionen durch das Erregersystem bewirkt und also keine Notabschaltung
des Erregers und der Synchronmaschine vom Netz erfordert.
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Das Vorhandensein der Parallelstränge macht aber das Anlassen der
Synchronmaschine und manche andere vom Durchfluß größerer Ströme über das Anlaß-
und Schutzgerät begleitete Betriebsarten nicht sicher genug, weil die die Thyristoren
der Thyristorschalter steuernden Schwellenelemente eine Streuung von Ansprechspannungswerten
und Zündzeiten der Thyristoren aufweisen. Bereits mit der Einschaltung des ersten
Parallelstranges des Anlaß- und Schutzgeräts (beispielsweise im Anlaßbetrieb des
Synchronmotors) sinkt die Spannung an der Erregerwicklung der Synchronmaschine ab,
was die Einschaltung der übrigen Parallelstränge des Anlaß- und Schutzgeräts erschwert
und unter Umständen auch ausschließt. Infolgedessen fließt der gesamte Anlaßstrom
über einen Parallelstrang, was dessen tSberhitzung veranlaßt und die Betriebssicherheit
des Erregersystems im ganzen herabsetzt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Erregersystem einer
Synchronmaschine mit solch einer Schaltung zu
schaffen, in der die
Einschaltung aller Parallelstränge des Anlaß- und Schutzgeräts bei ttberspannungen
an der Erregerwicklung in den übergangsbetrieben der Synchronmaschine gewährleistet
ist.
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Das Erfindungswesen besteht darin, daß das Erregersystem der Synchronmaschine,
das einen an die Erregerwicklung der Synchronmaschine angeschlossenen Erreger enthält,
zu dessen Ausgang fieber ein Stromrelais ein Anlaß- und Schutzgerät parallelgeschaltet
ist, das Parallelstränge aufweist, in deren Jedem eine Reihenschaltung aus einem
Widerstand und einem Thyristorschalter liegt, zwischen dessen Anode und Steuerelektrode
ein Schwellenelement mit einem Ansprechspannungswert geschaltet ist, gemäß der Erfindung
zusätzlich einen Anlasser für die Parallelstränge des Anlaß- und Schutzgeräts aufweist,
das einen zum Ausgang des Erregers parallelgeschalteten Überspannungsgeber mit einem
Ansprechspannungswert des Schwellenelementes vom Thyristorschalter des Anlaß- und
und Schutzgeräts, eine Speichereinheit /einen Impulsformer enthält, wobei der Ausgang
des Oberspannungsgebers über die Speichereinheit an den Eingang des Impulsformers
angeschlossen ist, dessen Ausgang über die Kontakte des Stromrelais an die Steuerelektroden
der Thyristorschalter der Parallelstränge des Anlaß- und Schutzgeräts angeschaltet
ist.
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Zweckmäßig werden im Erregersystem gemäß der Erfindung die Schaltungen
der Speichereinheit und des Impulsformers in einem Stromkreis vereinigt und mit
einer Reihenschaltung aus einem Thyristor und einem Widerstand aufgebaut.
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Das vorliegende Erregersystem der Synchronmaschine mit dem Anlasser
für die Parallelstränge des Anlaß- und Schutzgeräts sorgt für die Einschaltung aller
Parallelstränge in den mit einem Auftreten von Überspannungen an der Erregerwicklung
g der Synchronmaschine zusammenhängenden Überganszuständen der Synchronmaschine
und verhindert die Einschaltung der Parallelstränge des Anlaß- und Schutzgeräts
bei einer Störung in einem von diesen oder einer Störung im Anlasser selbst, was
die Betriebssicherheit des Erregersystems der Synchronmaschine erhöht.
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Die Erfindung soll nachstehend an Hand der Beschreibung einesAusführungsbeispiels
unter Bezugnahme auf die eine Prinzipschaltung des Erregersystems der Synchronmaschine
darstellende Figur näher erläutert werden.
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Das Erregersystem der Synchronmaschine schließt einen Erreger 1 ein,
der sich aus einem an eine Ständerwicklung 3 der Synchronmaschine 4 angeschlossenen
Transformatcr 2, einem Wandler 5, dessen Eingang an den Transformator 2 und dessen
Ausgang an die Erregerwicklung 6 der Synchronmaschine 4 angeschlossen ist, und einem
Steuersystem 7 zusammensetzt, dessen Ausgang an die Steuerelektroden von Thyristoren
8 des Wandlers 5 angeschlossen ist. Parallel zum Ausgang des Wandlers 5 liegt ein
Anlaß- und Schutzgerät 9. Zur Überwachung des Stromwertes des Anlaß- und Schutzgeräts
9 schließt das Erregersystem ein Stromrelais 10 des Anlaß- und Schutzgeräts ein,
das zur Eingabe einer Information uber das Vorhandensein eines Stroms im Anlaß-
und Schutzgerät 9 in den Erreger 1 vorgesehen ist.
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Das Anlaß- und Schutzgerät 9 schließt Parallelstränge 11, 12, 13
ein. Deren Anzahl wird durch die Leistung der Synchronmaschine 4 und die Forderungen
nach einer Reservehaltung, beispielsweise im Falle der Ermöglichung des Anlassens
der Synchronmaschine 4 bei der Abschaltung eines Parallelstranges des Anlaß- und
Schutzgeräts 9, bestimmt. Das Erregersystem enthält auch einen Anlasser 14 für die
Parallelstränge 11, 12, 13, der zur Sicherung der Einschaltung aller Parallelstränge
11, 12, 13 vorgesehen ist. Die Schaltung eines Jeden der Parallelstränge 11, 12,
13 enthält einen Reihenkreis aus einem Widerstand 15, einem aus gegenparallelgeschalteten
Thyristoren 17, 18 aufgebauten Thyristorschalter 16, einer Einrichtung 19 zur Notabschaltung
des Parallelstranges (hier einer Sicherzung). Zwischen der Anode und der Steuerelektrode
der Thyristoren 17, 18 Jedes Parallelstranges liegt ein Schwellenelement 20, das
aus einer Gegenreihenschaltung von einer Stabilisatordiode 21 und einer Diode 22
besteht. An die Steuerelektrode der Thyristoren 17, 18 ist die Katode einer Diode
22 angeschlossen, die ebenso wie auch die Diode 22 zur Entkopplung (Trennung) des
Stromkreises des Schwellenelementes 20 und des Stromkreises des Anlassers 14 für
die Parallelstränge dient.
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Der Anlasser 14 für die Parallelstränge 11, 12, 13 enthält einen
aus Stabilisatordioden 24 und Dioden 25 aufgebauten Überspannungsgeber 23, eine
Speichereinheit 26 und einen Impulsformer 27.
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Die Schaltungen der Speichereinheit 26 und des Impulsformers 27 sind
vereinigt und mit einer Gegenparallelschal-(,ung von Thyristoren 28, 29 aufgebaut,
mit denen ein Widerstand 30 und Stabilisatordioden 31, 32 in Reihe liegen. Zwischen
den Anoden und den Steuerelektroden der Thyristoren 28, 29 liegen die Stabilisatordioden
24 und die Dioden 25.
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Der Ansprechspannungswert der Stabilisatordioden 24 ist größer als
die Spannung am Eingang des Wandlers 5, liegt aber unterhalb des Ansprechspannungswertes
der Stabilisatordioden 21.
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Das Stromrelais 10 ist mit hermetisch abgeschlossenen Kontakten (Rerkonen)
33, 34, 35 aufgebaut. Die Katoden der Stabilisatordioden 31, 32 sind über die hermetisch
abgeschlossenen Kontakte 33, 34 an die Steuerelektroden der Thyristoren 18, 17 der
jeweiligen Parallelstränge 11, 12, 13 angeschlossen.
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Parallel zu einem Widerstand 30 liegt ein Kontrollrelais 36 für den
Strom der Thyristoren 28 und 29.
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Der hermetisch abgeschlossene Kontakt 35 und ein Ausgangskontakt
37 des Relais 36 sind an den Eingang des Steuersystems 7 des Wandlers 5 angeschlossen
und liegen miteinander in Reihe.
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Das Erregersystem arbeitet wie folgt: Im Normalbetrieb liegt die Spannung
am Ausgang des Erregers 1 unterhalb des Ansprechspannungsertes der Stabilisatordioden
24 und 21, weshalb das Anlaß- und Schutzgerät 9 und der Anlasser 14 nicht betätigt
werden. Der Erreger 1 sorgt in bekannter Weise für einen Normalbetrieb der Synchronmaschine
4,
und deshalb wird die Arbeit des Erregers 1 des Erregersystems in diesem Betrieb
nicht beschrieben.
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In dem mit der Entstehung von Überspannungen an der Erregerwicklung
6 der Synchronmaschine 4 zusammenhängenden Übergangszustand der Synchronmaschine
4 (Asynchronlauf, Anlauf eines Synchronmotors u.a.) schaltet bei einer Spannung
an der Erregerwicklung (an den Anschlüssen des Erregersysteils) oberhalb des Ansprechspannungswertes
der Stabilisatordioden 24 die letztere durch, und über diese fließt von der Anode
zur Steuerelektrode des Thyristors 28 (falls die in der Erregerwicklung zu diesem
Zeitpunkt induzierte Spannung positiv ist) oder des Thyristors 29 (falls die in
der Erregerwicklung induzierte Spannung negativ ist) ein Strom. Nehmen wir an, daß
die Spannung positiv ist. In diesem Fall zündet der Thyristor 28. Im Stromkreis:
Stabilisatordiode 31, Thyristor 28, Stabilisatordiode 32 fließt ein Strom. Beim
Auitreteneiner Spannung am Widerstand 30 spricht das Relais 36 an.
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An der Stabilisatordiode 32 tritt eine Spannung auf, die betragsmäßig
zum Zünden der Thyristoren 17, 18 der Parallelstränge 11, 12, 13 ausreicht, Jedoch
ist der Steuerkreis dieser Thyristoren durch den hermetisch abgeschlossenen Kon-34
taktl unterbrochen, und deshalb zünden die Thyristoren 17, 18 nicht.
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Bei einem weiteren Spannungsanstieg schaltet die im Steuerkreis des
Thyristors 17, beispielsweise im Parallel -strang 11 liegende Stabilisatordiode
21 durch. Im Stromkreis Anode des Thyristors 17, Stabilisatordiode 21, Diode
22,
Steuerelektrode des Thyristors 17, Katode des Thyristors 17 fließt ein Steuerstrom
des Thyristors 17. Unter der Wirkung dieses Stroms zündet der Thyristor 17. Der
Widerstand 15 des Parallelstranges 11 wird über den geöffneten Thyristor 17 an die
Erregerwicklung 6 der Synchronmaschine 4 angeschlossen. ffber den Parallelstrang
11 fließt ein Strom, der Spannungswert an der Erregerwicklung 6 fällt unter den
Ansprechspannungswert der Stabilisatordioden 21 der Parallelstränge 12, 13 ab, und
deshalb bleiben die Parallelstränge 12, 13 stromlos.
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Über den Thyristor 28 fließt aber der Strom weiter, über der Stabilisatordiode
32 fällt nach wie vor eine Spannung ab, die zum Zünden der Thyristoren 17 ausreicht,
weshalb in dem Augenblick, wo über den Parallelstrang 11 ein Strom fließen und das
Relais 10 anziehen wird, der hermetisch;abgeschlosse ne Kontakt 34 schließt und
den Impulsformer 27 an die Steuerelektroden der Thyristoren 17 der Parallelstränge
12, 13 anschaltet. Die Thyristoren 17 der genannten Parallelstränge 12, 13 öffnen,
wobei sie an die Erregerwicklung 6 die Parallelstränge 12, 13 anschließen. Infolgedessen
verteilt sich der Anlaßstrom über alle Parallelstränge 11, 12, 13 und die Spannung
an der Erregerwicklung 6 sinkt in einem noch höheren Maße ab. Ist die Spannung an
der Erregerwicklung 6 negativ, setzen jeweils der Thyristor 29 des Anlassers 14
für die Parallelstränge und die Thyristoren 18 der Parallelstränge 11, 12, 13 ein.
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Nach Abschluß des Übergangsvorganges wenn die in der Erregerwicklung
6 der Synchronmaschine 4 induzierte Spannung
unter die Spannung
am Eingang des Wandlers 5 abfällt, werden das Anlaß- und Schutzgerät 9 und der Anlasser
14 für die Parallelstränge mit Hilfe des hermetisch abgeschlossenen Kon taktes 35
und des Kontaktes 37 des Relais 36 abgeschaltet, die, indem sie auf das Steuersystem
7 in bekannter Weise einwirken, die Spannung am Ausgang des Wandlers 5 kurzzeitig
auf Null herabsetzen, wodurch sie zur Abschaltung des obengenannten Geräts 9 und
des Anlassers 14 beitragen.
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Wird der Übergangsvorgang der Synchronmaschine 4 durch eine geringfügige
Spannungserhöhung auf einen Pegel oberhalb des Ansprechspannungswertes der Stabilisatordiode
24, aber unterhalb des Ansprechspannungswertes der Stabilisatordiode 21 gekennzeichnet,
setzt der Anlasser 14 für die Parallelstränge ein, wodurch das Vorhandensein der
Überspannung im Stromkreis der Thyristoren 28, 29 gespeichert wird. Da die Stränge
11, 12, 13 nicht stromdurchflossen werden, werden die Thyristoren 17, 18 mit keiner
Steuerspannung beaufschlagt. Es wird der Anlasser 14 für die Parallelstränge bei
einem Spannungsabfall an der Erregerwicklung 6 auf einen Pegel gleich oder unterhalb
der Spannung am Eingang des Wandlers 5 mit Hilfe des Kontaktes 37 des Relais 36
abgeschaltet, der auf das Steuersystem 7 des Wandlers 5 in Analogie zum oben beschriebenen
einwirkt.
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Beim Ausfall eines der Parallelstränge, beispielsweise des Parallelstranges
11, infolge eines Durchschlages des Thyristors 17 fließt im Normalbetrieb der Synchronmaschine
4 über den Parallelstrang 11 ein Not strom. Das Stromrelais
10
zieht an. In diesem Betrieb liegt aber die Spannung an der Erregerwicklung 6 unterhalb
des Ansprechspannungswertes der Stabilisatordiode 24, und der Anlasser 14 für die
Parallelstränge setzt nicht ein. Die Steuerspannung an den Steuerelektroden der
Thyristoren 17, 18 der Parallelstränge 12, 13 bleibt aus, und die Parallelstränge
12, 13 bleiben stromlos, wodurch die Störung eingegrenzt wird. Der ausgefallene
Parallelstrang 11 wird in bekannter Weise mit Hilfe der Einrichtung 19 zur Notabschaltung
des Parallelstranges, hier einer Sicherung, abgeschaltet.
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Bei einer Störung des Anlassers 14 für die Parallelstränge, beispielsweise
bei einem Durchschlag des Thyristors 28, tritt an der Stabilisatordiode 32 eine
Spannung auf, die zur Einschaltung der Parallelstränge 11, 12, 13 ausreichend ist,
da aber in den genannten Strängehll, 12, 13 kein Strom fließt, ist das Relais 10
offen, und die Steuerspannung gelangt nicht zu den Steuerelektroden der Thyristoren
17, 18. Die Parallelstränge 11, 12, 13 werden in die Arbeit nicht einbezogen, deshalb
beschwört die Störung im Anlasser 14 für die Parallelstränge keinen Havariefall
hierauf. Infolge der geringen leistung des genannten Anlassers 14 ist ein dauernder
Stromdurchfluß über den genannten Anlasser 14 für die Parallelstränge bis zur planmäßigen
Stillsetzung der Synchronmaschine 4 zulässig. Ist das nicht erwünscht, kann der
Anlasser 14 für die Parallelstränge in bekannter Weise, beispielsweise durch einen
in seinem Stromkreis liegenden (in Fig.
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nicht angedeuteten) Ausschalter abgeschaltet werden.
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Das vorliegende Erregersystem besitzt eine erhöhte Zuverlässigkeit
dadurch, daß es die Einschaltung aller Parallelstränge 11, 12, 13 des Anlaß- und
Schutzgeräts 9 in den Übergangszuständen der Synchronmaschine 4 ermöglicht, die
mit dem Auftreten von Überspannungen an der Erregerwicklung 6 zusammenhängen.
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Hierbei verhindert das angemeldete Erregersystem die Einschaltung
der Parallelstränge 11, 12, 13 des Anlaß- und Schutzgeräts 9 beim Ausfall des einen
davon oder bei einer Störung des Anlassers 14 für die Parallelstränge.
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Die sichere Einschaltune aller Parallelstränge 11, 12, 13 des Anlaß-
und Schutzgeräts 9 gestattet es, die Strombelastung der Stränge 11, 12, 13 des Anlaß-
und Schutzgeräts 9 zu erhöhen und also die Abmessungen und Masse sowohl des Geräts
9 als auch des Erregersystems im ganzen ohne Verringerung seiner Betriebszuverlässigkeit
zu reduzieren.
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Die Vereinigung der Speichereinheit 26 und des Impulsformers 27 und
deren Aufbau aus einer Reihenschaltung von hyristor 28 und Widerstand 30 (oder dem
Thyristor 29 und dem Widerstand 30) erlaubt es, die Konstruktion der genannten Einheit
26 und des genannten Formers 27 zu vereinfachen, sowie schließt die Notwendigkeit
aus, zusätzliche Speisequellen für diese Einheiten anzuwenden, sichert also die
Selbständigkeit ihrer Arbeit.
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EREEGERSTSTEM EINER STNC HROIMASCHINE Zusammenfassung Erregersystem
einer Synchronmaschine (4), das einen Erreger (1), zu dessen Ausgang über ein Stromrelais
(10) ein Anlaß- und Schutzgerät (9) parallelgeschaltet ist, das Parallelstränge
(11, 12, 13) aufweist, in deren Jedem eine Reihenschaltung aus einem Widerstand
(15) und einem Thyristorschalter (16) liegt, zwischen dessen Anode und Steuerelektrode
ein Schwellenelement (20) mit einem Ansprechspan-und nungswert geschaltet ist,/einen
Anlasser (14) für die Parallestränge des Anlaß- und Schutzgeräts enthält, der einen
zum Ausgang des Erregers parallelgeschalteten Überspannungsgeber (23) mit einem
Ansprechspannungswert unterhalb des Ansprechspannungswertes des Schwellenelementes
(20) der Parallelstränge (11, 12, 13) des Anlaß- und Schutzgeräts (9), eine Speichereinheit
(26), einen Impulsformer (27) einschließt, wobei der Ausgang des ttberspannungsgebers
(23) über die Speichereinheit (26) an den Eingang des Impulsformers (27) angeschlossen
ist, dessen Ausgang über Kontakte (33, 34, 35) des Stromrelais (10) an die Steuerelektroden
der Thyristorschalter (16) der Parallelstränge (11, 12, 13) des Anlaß- und Schutzgeräts
geschaltet ist.