DE3100373C2

DE3100373C2 - Schaltungsanordnung zur Messung des Wertes des Erregerstromes einer Synchronmaschine mit bürstenlosem Erregersatz

Info

Publication number: DE3100373C2
Application number: DE19813100373
Authority: DE
Inventors: Lorand Dipl.-Ing.-Mech. Budapest Marton
Original assignee: GANZ VILLAMOSSAGI MUEVEK BUDAPEST HU; Ganz Villamossagi Muevek Budapest
Current assignee: Ganz Ansaldo Villamossagi Rt Budapest Hu
Priority date: 1981-01-09
Filing date: 1981-01-09
Publication date: 1985-06-27
Also published as: DE3100373A1

Abstract

Nach dem Verfahren wird die Erregerspannung an den mit der Erregerwicklung verbundenen Schleifringen (7) gemessen und ein dem Erregerstrom des Haupterregers (2) proportionales Analogsignal erzeugt, danach ein der Erregerspannung proportionales elektrisches Signal erzeugt, das mit dem Analogsignal vor der Bemessung kombiniert wird. Die Schaltungsanordnung ist mit ersten, mit den Polen der Erregerwicklung durch Schleifringe (7) verbundenen, sowie mit zweiten, mit einem zwischen dem Haupterreger (2) und einem Hilfserreger (3) geschalteten Nebenschluß (6) gekoppelten Eingangspunkten versehen und die ersten und die zweiten Eingangspunkte sind einem Strommesser (9) zugeführt. Das Verfahren und die Schaltungsanordnung gewährleisten eine einfache, nicht kostspielige Bemessung des Erregerstromes der in der Energietechnik verwendeten Synchronmaschinen (1).

Description

31 OO

ist die Verwirklichung des dargestellten Verfahrens sehr erschwert, da sie eine sehr genau kompensierte Anlage erfordert, wenn die Messung des Erregerstromes mit einer Genauigkeit durchzuführen ist, die die Möglichkeit der genauen Bestimmung des Widerstandes bzw. der Temperatur der Erregerwicklung der Synchronmaschine gewährleistet

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Schaltungsanordnung zu schaffen, die die Messung des Wertes des Erregerstromes einer mit einem eine Drehdiodeneinheit enthaltenden Haupterreger verbundenen Synchronmaschine bei guter Annäherung und einfacher als die bekannten Lösungen sicherstellt

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale der nebengeordneten Ansprüche 1 und 2 gelöst

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß der Haupterreger der mit einem eine Drehdiodeneinheit enthaltenden Haupterreger versehenen Synchronmaschine durch eindeutig bestimmte Eingangs- und Ausgangsfunktionen charakterisiert ist, und diese Funktionen als Grund zur Schaffung einer vorteiligen Schaltungsanordnung dienen können.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen enthalten.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung gewährleistet im Vergleich zu den bekannten Lösungen eine einfachere, weniger kostspielige Messung des Erregerstromes der in der Energietechnik angewendeten Synchronmaschinen.

Die Erfindung ist im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 die Änderungsfunktion des Ausgangsstroms / des Haupterregers, abhängig von der Ausgangsspannung U, bei verschiedenen Werten des Erregerstromes G,

F i g. 2 eine beispielsweise Annäherung der in F i g. 1 dargestellten Ausgangsfunktion des Haupterregers,

F i g. 3 das Schema eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung mit in Reihe geschalteten Ausgangspunkten, und

F i g. 4 das Schema eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung mit parallel geschalteten Ausgangspunkten.

Die Ausgangs- und Eingangsfunktionen des mit einer Drehdiodeneinheit versehenen Haupterregers sind in einer neuartigen Form in F i g. 1 dargestellt Der Ausgangsstrom / des Haupterregers ist abhängig von der Ausgangsspannung U des Haupterregers bei verschiedenen Werten des Erregerstromes G des Haupterregers gezeichnet In F i g. 1 zeigen die dicken Linien die betrieblichen Ausgangsfunktionen, die im Bereich lie-"gen, dessen Grenzen durch die Widerstandswerte Rh und R_n, bestimmt sind, wobei Ri, den Widerstand der Läuferwicklung der Maschine in kaltem und R_n, in warmem Zustand der Wicklung bedeutet

Aufgrund F i g. 1 kann der Strom mit der Funktion I^c ■= ate — bU⁰ gekennzeichnet werden, wo »a«, »Zx< und »c.< Konstanten sind. Die obige Beziehung gibt einen genauen Wert sowohl bei U=O, als auch bei / = 0, d. h. sowohl bei geschlossenem als auch bei offenem Zustand des Haupterregers, ohne die Sättigung des Haupterre-'gers in Betracht zu ziehen. Weiter, liegt der Wert »c« zwischen 1,3 und 1,7, kann demzufolge die obige Beziehung auf einer kurzen Strecke durch eine Gerade ersetzt werden. Die Widerstände des kalten und des warmen Zustandes der Synchronmaschine bestimmen eine kurze Strecke, die auch mit einer Geraden dargestellt werden kann.

Aufgrund der obigen Beziehung und der Annäherung sind in F i g. 2 die den betrieblichen Zustand des Haupterregers charakterisierenden Ausgangsfunktionen mit dicker Linien gezeichnet, und die dicken Linien sind bis zu dem Wert U=O entsprechenden Geraden mit einer dünnen Linie verlängert Die Geraden sind zueinander parallel, erstrecken sich vom Anfangspunkt in proportional dem Erregerstrom des Haupterregers bestimmten Abständen und sind im mit den Widerständen R_n bzw. R_n, des kalten und des wärmen Zustandes der Maschinenwicklung begrenzten Bereich den tatsächlichen Ausgangsfunktionen des Haupterregers gut angenähert Daraus folgt daß aufgrund Fig.2 und der beschriebenen Kennzeichen im Bereich der betrieblichen Arbeitsparameter des Haupterregers die Ausgangsfunktion des Haupterregers in Form I = rG — SU beschrieben werden kann, wobei »r« und »s« Konstante sind.

Aufgrund der linearen Beziehung folgt daß, wenn der dem Strom des Haupterregers proportionale Spannungswert mit der Ausgangsspannung des Haupterregers linear kompensiert wird, d. h. wenn dem Eingang des Strommessers parallel zu oder in Reihe mit dem dem Eingangsstrom des Haupterregers proportionalen elektrischen Analogsignal ein anderes, der Ausgangsspannung dei Haupterregers entsprechendes elektrisches Signal mit entsprechender Polarität zugeschaltet wird, die Eingangsparameter des Strommessers im Bereich der betrieblichen Arbeitsparameter des Haupterregers unabhängig von der Temperatur der Erregerwicklung der Synchronmaschine dem Ausgangsstrom des Haupterregers proportional werden.

Die Kompensation kann demgemäß in einer Reihenschaltung, und in einer Parallelschaltung durchgeführt werden. In Fig.3 ist eine Reihenschaltung zur Durchführung der Kompensation dargestellt wo ein dem Strom der Haupterregers sowie ein der Spannung des Haupterregers proportionales Signal durch einen Strommesser in Reihe geschaltet sind. Die Arbeitsweise der dargestellten Reihenschaltung ist folgende.

Ein eine Drehdiodeneinheit enthaltender Haupterreger 2 erzeugt eine Gleichstromleistung zur Erregung einer Synchronmaschine 1. Der eine Drehdiodeneinheit enthaltende Haupterreger 2 ist unmittelbar mit der Welle der Synchronmaschine 1 gekoppelt und die zu seiner Erregung benötigte Leistung wird durch einen Hilfserreger erzeugt. Der Hilfserreger ist auch unmittelbar mit der Welle der Synchronmaschine 1 gekoppelt und enthält einen Permanentmagnet-Generator 3 und einen mit dem Generator verbundenen gesteuerten Gleichrichter 4. Die Ausgänge sowohl des Hilfserregers als auch der Wicklung des Haupterregers sind zu einem Nebenschluß 6 zugeführt, der ein dem Erregerstrom des Haupterregers proportionales Signal, gegebenenfalls ein Spannungssignal erzeugt. Die zwei Pole des Nebenschlusses 6 sind in Reihe mit einem Regelwiderstand 8, mit einem den Erregerstrom der Synchronmaschine 1 anzeigenden Galvanometer 9 sowie mit einem Ausgleichswiderstand 10 verbunden. Die Erregerspannung der Synchronmaschine 1 wird durch Schleifringe 7 gemessen und ihr Wert wird mit einem Galvanometer 11 angezeigt. Die Erregerspannung wird an einem Festwiderstand 12 und an einem Regelwiderstand 13 geteilt und die verminderte Spannung dem Pole des Ausgleichwiderstands 10 zugeführt, in welchem ein Überflußstrom fließt dessen Wert der Erregerspannung propor-

31 OO

tional ist. Unter der Wirkung dieses Stroms wird der dem Galvanometer 9 zugeführte Teil der Ausgangsspannung des Nebenschlusses 6 proportional der Erregerspannung der Synchronmaschine 1 vermindert, d. h. bei richtiger Wahl der Widerstände gemeinsam mit dem Widerstand des Galvanometers 9 zeigt das Galvanometer 9 den in F i g. 2 dargestellten Wert /an.

Eine andere Möglichkeit der Kompensation besteht in einer Parallelschaltung, deren Beispiel in F i g. 4 dargestellt ist. Bei dieser Schaltung sind die der Ausgangsspannung und dem Ausgangsstrom des Haupterregers 1 proportionalen elektrischen Signale zu dem den Erregerstrom der Synchronmaschine 1 anzeigenden Strommesser 9 parallel geschaltet. Die Spannungssignale der dargestellten Schaltungsanordnung werden von den Schleifringen 7 sowie von dem Nebenschluß 6 Wandlern 14 bzw. 15 zugeführt, deren Ausgangsstrom praktisch unabhängig von dem Widerstand der Belastung der Ausgangsspannung bzw. dem Erregerstrom des Haupterregers 2 proportional ist.

Der ganze Strom des Wandlers 14 fließt durch das die Erregerspannung der Synchronmaschine 1 anzeigende Galvanometer 11, danach fließt ein Teil des Stroms durch einen Regelwiderstand 17, ein anderer Teil kehrt über einen Festwiderstand 16 und den Wandler 15 zum Wandler 14 zurück. Auf solche Weise wird erreicht, daß durch das den Erregerstrom der Synchronmaschine anzeigende Galvanometer 9 nur ein der Ausgangsspannung des Haupterregers proportionaler Teil des Ausgangsstroms des Wandlers 15 fließt, und demzufolge zeigt das Galvanometer 9 — im Falle richtiger Auswahl der Widerstände und der Ferngeber — den in F i g. 2 dargestellten Wert, wie bei der Reihenschaltung. Bei der Verwendung eines Galvanometers 18 mit Kreuzwicklung kann die Temperatur der Erregerwicklung der Synchronmaschine 1 mittels des Galvanometers 18 derart festgestellt werden, daß der auf obige Weise erzeugte und dem Erregerstrom der Synchronmaschine 1 proportionale Strom einer Wicklung des Galvanometers 18 und der aus dem Wandler 14 erhaltene, der Spannung proportionale Strom der anderen Wicklung des Galvanometers 18 zugeführt wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

45

50

55

60

Claims

31 OO 373 1 2 Erregerwicklung der Synchronmaschine ermitteln. Patentansprüche: Bei Synchronmaschinen kleinerer Leistungen hat die Bemessung der Erregungsparameter der Synchronma-

1. Schaltungsanordnung zur Messung des Wertes schine keine spezielle Bedeutung, demzufolge wird sie des Erregerstromes einer Synchronmaschine mit 5 oft auch als nicht notwendig erkannt Bei der Erhöhung bürstenlosem Erregersatz, wobei die Erregerspule der Leistung nimmt die Bedeutung der Kenntnis der der Synchronmaschine (i) als ein mit einer Drehdio- Erregungsparameter zu. Deswegen werden bei wie aus deneinheit versehener Haupterreger (2) ausgebildet den BBC-Nachrichten bekannten Synchronmaschinen ist, die Erregerspannung der Synchronmaschine (1) größerer Leistungen die Werte der Erregerspannung über Schleifringe (7) abgreifbar ist und der Erreger- io gemessen sowie des Erregerstromes angenähert ermitstrom des Haupterregers erfaßt ist g e k e η η - telt, um dadurch einerseits die Fehlerfreiheit der Errez e ichnet durch eine Reihenschaltung (F i g. 3), gerwicklung der Maschine, andererseits die Auflast und die an ihrem einen Ende von Meßpunkien (Neben- den Widerstand der Wicklung aufgrund ihrer Temperaschluß 6) gespeist ist, die ein dem Erregerstrom des tür prüfen zu können.

Haupterregers (2) proportionales Signal liefern, die 15 Wird zur Signalisierung des Erdschlusses ein Relais an ihrem anderen Ende die Erregerspannung der verwendet, so wird das Relais mit der Läuferwicklung Synchronmaschine (1) empfängt und die aus einem durch einen Schleifring verbunden, der auf einem Pol Netzwerk von ohmschen Widerständen (8, 10, 13, des Ausgangs des Erregers angeordnet ist In diesem 12) zur Kombination der Eingangssignale der Rei- Falle wird der andere Pol des Ausgangs des Erregers henschaltung und aus wenigstens einem Anzeigege- 20 mit einem Schleifring gekoppelt und die zwei Schleifrinrät (9) zur Anzeige des Erregerstromes der Syn- ge ermöglichen die Bemessung der Erregerspannung chronmaschine (1) besteht der Synchronmaschine durch Anwendung von Meßbür-

2. Schaltungsanordnung zur Messung des Wertes sten.

des Erregerstromes einer Synchronmaschine mit Eine weitere Möglichkeit zur Messung des Erregerbürstenlosem Erregersatz, wobei die Erregerquelle 25 stromes besteht in der Übertragung von Hochfrequenzder Synchronmaschine (1) als ein mit einer Drehdio- Signalen, bei der der Erregerstrom mit Hilfe von drehendeneinheit versehener Haupterreger (2) ausgebildet den Signalgebern in ein Hochfrequenzsignal umgewanist, die Erregerspannung der Synchronmaschine (1) delt und ßbermittelt wird und danach das Signal mit über Schleifringe (7) abgreifbar ist und der Erreger- Hilfe eines Empfängers umgekehrt in ein Analogsignal, strom des Haupterregers erfaßt ist, gekennzeichnet 30 eventuell in ein Digitalsignal umgewandelt wird. Die durch eine Parallelschaltung (F i g. 4), die an ihrem Übertragung der Hochfrequenzsignale ist schwer anzueinen Ende von Meßpunkten (Nebenschluß 6) ge- wenden, nicht nur wegen der Schwierigkeiten im Aufspeist ist, die ein den Erregerstrom des Haupterre- bau des drehenden Signalgebers, sondern auch deswegers proportionales Signal liefern, die an ihrem an- gen, weil die Übertragung sowohl durch die betrieblideren Ende die Erregerspannung der Synchronma- 35 chen und vorübergehenden Prozesse der in der Nähe schine (1) empfängt und die aus einem Netzwerk von angeordneten elektrischen Anlagen hoher Leistung als ohmschen Widerständen (16, 17, 19) zur Kombina- auch durch die Prozesse in anderen Hochfrequenztion der Eingangssignale der Parallelschaltung und Übertragungsanlagen des Elektrizitätswerkes bedeuaus wenigstens einem Anzeigegerät (9) zur Anzeige tend gestört wird.

des Erregerstromes der Synchronmaschine (1) be- 40 Nach einem anderen Verfahren werden die Schleifsteht ringe zur Signalübertragung verwendet. Bei diesem

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, Verfahren wird ein drehender Hochspannungs-Stromdadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei der wandler verwendet der sich mit dem Haupterreger geWiderstände (8, 13; 17, 19) des Widerstandsnetz- meinsam bewegt. Zweckmäßig arbeitet der Stromwerks aus veränderbaren Widerständen bestehen. 45 wandler auf dem Prinzip der mit Gleichstrom durchge-

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, da- führten Vormagnetisierung und sein Starkstrom-Ausdurch gekennzeichnet, daß die Parallelschaltung gangssignal wird durch die Schleifringe ausgeführt Die (F i g. 4) ein multiplizierendes Anzeigegerät (18) ent- dargestellte Anlage sichert eine Messung des Stromhält, dem der Strom durch das Anzeigegerät (9) und wertes ohne Störungen, jedoch wirft die Realisierung ein der Erregerspannung der Synchronmaschine 50 des drehenden Stromwandlers komplizierte Konstrukproportionales Signal zugeführt ist tionsprobleme auf, die kostspielige Lösungen benötigen.

Weiter brauchen die zur Strommessung verwendeten

Schleifringe einen großen Platz in Längsrichtung und

einen hohen Arbeitsaufwand bei der Bedienung.

55 Zur Messung des Erregerstromes ist weiter die induk-

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanord- tive Signalübertragung bekannt Bei diesem Verfahren

nung zur Messung des Wertes des Erregerstromes einer wird der Erregerstrom in eine stehende, unbewegliche,

Synchronmaschine mit bürstenlosem Erregersatz ge- allgemein mit einem Eisenkern versehene Wicklung ein-

mäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. geführt und die induzierte Spannung gemessen. Die Hö-

Aus BBC-Nachrichten, 1977, Heft 2, Seiten 83 bis 88 60 he der induzierten Spannung hängt von dem Wert des

ist eine Synchronmaschine mit bürstenlosem Erreger- Erregerstromes ab. Diese Anordnung wird auch im FaI-

satz bekannt geworden, wobei die Erregerquelle als ein Ie der Parallelschaltung mehrerer Dioden in einem

mit einer Drehdiodeneinheit versehener Haupterreger Gleichrichterkreis verwendet, wobei zur Erregung der

ausgebildet ist, die Erregerspannung der Synchronma- unbeweglichen Meßwicklung der über die einzelnen Di-

schine über Schleifringe abgreifbar ist und der Erreger- 65 öden fließende Strom verwendet wird. Der Vergleich

strom des Haupterregers erfaßt ist. Der Erregerstrom der über die Dioden fließenden Stromwerte kann auch

der Synchronmaschine läßt sich dort nur angenähert zur stetigen Fernprüfung des Standes der Dioden ange-

und unter zusätzlicher Schätzung der Temperatur der wendet werden. Den praktischen Erfahrungen gemäß