DE3135919A1 - SHORT CIRCUIT DIODE PROTECTION - Google Patents
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Description
Sundstrand Corporation Rockford, Illinois 6II0I, V.St.A.Sundstrand Corporation Rockford, Illinois 6II0I, V.St.A.
Kurzschlußdioden-SchutzanordnungShort circuit diode protection arrangement
Die Erfindung betrifft eine Kurzschlußdioden-Schutzanordnung für einen bürstenlosen Wechselstromgenerator.The invention relates to a short circuit diode protection arrangement for a brushless alternator.
Seit längerer Zeit werden bürstenlose Wechselstromgeneratoren hergestellt, bei denen eine Felderregung von einem Wechselstromerreger zugeführt wird, und bei einer umlaufenden Gleichrichtereinheit tritt zwangsläufig das Problem auf, eine kurzgeschlossene Diode (auch Kurzschiußdiode genannt) in der umlaufenden Gleichrichtereinheit zu erfassen. Das Vorhandensein einer Kurzschlußdiode in der Gleichrichtereinheit bedeutet einen intermittierenden Kurzschluß über der Erregerwicklung, und falls' eine Erregung über das Erregerfeld aufrechterhalten wird, fließen starke KurζSchlußströme in die Erregerankerwicklung. Diese starken Kurzschlußströme können zu einer übermäßigen Beschädigung oder Zerstörung des Erregers führen und möglicherweise den Hauptgenerator und andere Komponenten der Anordnung beschädigen.For a long time, brushless alternators have been manufactured in which a field excitation of is fed to an alternating current exciter, and with a rotating rectifier unit this inevitably occurs Problem with a short-circuited diode (also called short-circuit diode) in the rotating rectifier unit capture. The presence of a short-circuit diode in the rectifier unit means an intermittent one Short circuit across the excitation winding, and if excitation is maintained via the excitation field, Strong short-circuit currents flow into the exciter armature winding. These strong short-circuit currents can lead to excessive damage or destruction of the exciter and possibly damage the main generator and other components of the arrangement.
Eine der wirksamsten Lösungen dieser auf Kurzschlußdioden beruhenden Probleme (vgl. US-PS 3 210 603) zeigt einen Drehfeldgenerator, in dem der ErregerfeldstromOne of the most effective solutions to these short-circuit diode-based problems (see US Pat. No. 3,210,603) is shown a rotating field generator in which the excitation field current
572-(B O1396)-e'572- (B O1396) -e '
überwacht und die Feldschaltung nach e'Lhem Ausfall einer
umlaufenden Diode unterbrochen wird. Ein Stromwandler koppelt ein den Strom darstellendes Signal
zu einem Diodenbruckengleichrxchter und zu einem RC-Filter. Nach Ausfall einer Diode steigt die Wechselet
stromwelligkeit/amplitudenmäßig an und verringert sich frequenzmäßig. Die gleichgerichtete Spannung vom Diodenbrückengleichrichter
und vom RC-Filter nimmt amplitudenmäßig zu und betätigt ein Relais, um die Feldschaltung
zu öffnen. Dies ist zusätzlich vorteilhaft, damit die Gleichstromkomponente des Feldstromes von der Wechselstromkomponenten
isoliert wird. Es ist zu ersehen, daß der Aufbau des Stromwandlers kritisch ist, da der Wandler
mit Gleichstrom vorgespannt ist. Der Gleichvorstrom ist dabei gleich der mittleren Erregerfeldamperezahl.
Dieser GIeichvorstrom erfordert einen großen und aufwendigen
Wandler. Die weiter unten näher erläuterte Erfindung benötigt keinen Wandler und ist frei von allen
Problemen einer Isolation, die mit der Erfassung einer Stromkomponenten auftreten.monitored and the field circuit is interrupted after failure of a rotating diode. A current transformer couples a signal representing the current to a diode bridge rectifier and to an RC filter. If a diode fails, the change rate increases
current ripple / amplitude and decreases in frequency. The rectified voltage from the diode bridge rectifier and the RC filter increases in amplitude and actuates a relay to open the field circuit. This is additionally advantageous in that the DC component of the field current is isolated from the AC component. It can be seen that the construction of the current transformer is critical because the transformer is DC biased. The direct bias current is equal to the mean excitation field amperage. This equal bias current requires a large and complex converter. The invention, which is explained in more detail below, does not require a converter and is free from all problems of isolation which occur with the detection of a current component.
Eine andere Lösung des Kurzschlußdiodenproblems (vgl. US-PS 3 534 228) zeigt eine Fühlerschaltung einschließlich eines Reihenwiderstandes in der Erregerfeldschaltung mit einem Spannungswandler, der am Widerstand über einen Gleichstrom-Sperrkondensator liegt. Die Ausgangsspannung des Wandlers ist über ein RC-Filter mit. einem Diodenbruckengleichrxchter und einem Feldstromregler verbunden. Diese Anordnung benötigt eine wechselstrommäßig leitende Kopplungsschaltung mit dem Erregerfeld, um eine Wechselstrom-Abweichungsspannung proportional zur Oszillation oder Welligkeit im Feldstrom zu erzeugen. Ein Kurzschlußdiodenschutz wird durch eine Einrichtung gewähr1 eistet, die den Erregerfei dstrom begrenzt,Another solution to the short-circuit diode problem (see US Pat. No. 3,534,228) shows a sensor circuit including a series resistor in the exciter field circuit with a voltage converter connected to the resistor via a DC blocking capacitor. The output voltage of the converter is via an RC filter with. connected to a diode bridge rectifier and a field current regulator. This arrangement requires an alternating current conductive coupling circuit with the excitation field in order to generate an alternating current deviation voltage proportional to the oscillation or ripple in the field current. A short circuit protection diode is eistet by means provides 1, which dstrom the Erregerfei limited,
/ xn der Feldschaltung/ xn of the field circuit
wenn eine Wechselstrom-Abweichungsspannung einen Bezugswert überschreitet. Die weiter unten näher erläuterte Erfindung ermöglicht einen Kurzschlußdiodenschutz^, ohne Starkstrombauelemente in den Feldschaltungsleitungen zu benötigen, wodurch die Wahrscheinlichkeit eines Ausfalles von Bauelementen insgesamt als ein wesentlicher Faktor für die Zuverlässigkeit des Kurzschlußdiodenschutzes ver-. xingert wird.when an AC offset voltage exceeds a reference value. The one explained in more detail below Invention enables a short-circuit diode protection ^, without Heavy current components in the field circuit lines too need, making the overall likelihood of component failure as a significant factor for the reliability of the short-circuit diode protection. is xinged.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Kurzschlußdioden-Schutzanordnung für einen bürstenlosen Wechselstromgenerator von der Art, die eine erregbare Erregerfeldwicklung besitzt..Die Anordnung umfaßt eine Schaltungseinheit zum Abfühlen des Spannungsdifferentials über dem Erregerfeld und zum Vereinigen des Spannungsdifferentials mit einem Generatorlaststrom, um dadurch ein Ausgangssignal zu erzeugen, das innerhalb vorherbestimmbaren Werteberei*- ches über einem normalen Generatorlaststrombereich abfällt. Das Ausgangssignal· hat einen soichen Veriauf, daß es innerha^ eines höheren Wertebereiches nach dem Auftreten einer Kurzschiußdiode abfällt. Eine andere Schaltungseinheit spricht auf das Ausgangssignal so an, daß - wannimmer das Aur.gangssigna 1 einen voreingestcl Iten Wert über dem normalen \,anl si L ronibo ro i ch üborschrc i Let - ein Ausgangssignal erzeugt wird, das arbeitet, um die Unterbrechung · des Erregerfeldes zu bewirken.The invention relates to a short-circuit diode protection arrangement for a brushless alternator of the type having an excitable field winding. The arrangement comprises a circuit unit for sensing the voltage differential across the excitation field and for combining the voltage differential with a generator load current to thereby produce an output signal generate that falls within a predeterminable value range * - over a normal generator load current range. The output signal has such a course that it drops within a higher value range after the occurrence of a short-circuit diode. Another circuit unit is responsive to the output signal in such a way that - whenever the Aur.gangssigna 1 a voreingestcl Iten value above the normal \, anl si L ronibo ro i ch üborschrc i Let - an output signal is generated which operates the interrupt · of the excitation field.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen bürstenlosen Wechsel·stromgenerator mit einem Kurzschiußdiodenschutz anzugeben, der nicht einen Feldstrom oder eine FeldstromWeUigkeit erfassen und ausnutzen muß, um den Schutz zu iiefern; außerdem soil· eine Kurzschiußdioden-Schutζanordnung für einen bürsteniosen Wechseistromgenerator geschaffen werden,, die ein Spannungsdifferential· bzw. eine Spannungsdifferenz überIt is therefore the object of the invention to provide a brushless alternating current generator with short-circuit diode protection indicate that does not have to detect and use a field current or a field current flow in order to achieve the To provide protection; in addition, a short-circuit diode protection arrangement should be used be created for a brushless AC generator, which have a voltage differential · resp. a voltage difference over
einer Erregerfeldwicklung erfaßt und eine Unterbrechung der Erregung des Erregerfeldes verursacht, wenn das Spannungsdifferential über der Erregerfeldwicklung einen voreingestellten Wert überschreitet; schließlich soll ein Mikroprozessor in einer Kurzschlußdioden-Schutzanordnung verwendbar sein, in dem ein Bereich von voreingestellten Werten über einem normalen· Generatorlaststrombereich so gespeichert ist, daß - wenn ein Spannungsdifferential, das über der Erregerfeldwicklung erfaßt wird, den gespeicherten Wert des voreingestellten Wertebereiches überschreitet - ein Relais aktiviert wird, um die Erregung des Erregerfeldes zu unterbrechen.an excitation field winding detected and an interruption the excitation of the excitation field caused when the voltage differential across the excitation field winding a exceeds preset value; Finally, a microprocessor in a short-circuit diode protection arrangement is intended can be used in a range of preset values over a normal · generator load current range is stored so that - if a voltage differential is detected across the field winding exceeds the stored value of the preset value range - a relay is activated to to interrupt the excitation of the excitation field.
Zur Lösung der obigen Aufgabe sieht die Erfindung einen Generator vor, der zusammen ein stationäres Ankerglied und ein eine Feldwicklung tragendes drehbares Glied umfaßt. Ein Erreger, der ein stationäres Glied aufweist, trägt eine Erregerfeldwicklung. Mit dem drehbaren Glied sind auch eine Gleichrichtereinheit und ein Ankerglied drehbar. Die Gleichrichtereinheit ist elektrisch zwischen dem Erregerankerglied und der Generatorfeldwicklung verbunden, um dorthin eine Gleichstromerregung zu speisen. Eine Schaltung ist vorgesehen, die einen Gleichstrom zur Erregerfeldwicklung speist.To achieve the above object, the invention provides a generator which together has a stationary armature member and a rotatable member carrying a field winding includes. An exciter, which has a stationary member, carries an exciter field winding. With the rotating link a rectifier unit and an armature member are also rotatable. The rectifier unit is electrically between connected to the excitation armature element and the generator field winding in order to feed a direct current excitation there. A circuit is provided which feeds a direct current to the field winding.
Die Generatoranordnung umfaßt weiterhin eine Schaltungseinheit zum Abfühlen des Spannungsdifferentials über der Erregerfeldwicklung und zum Vereinigen des Spannungsdifferentials mit einem Generatorlaststrom, um dadurch ein Ausgangssignal zu erzeugen, das innerhalb eines vorbestimmbaren Wertebereiches über einem normalen Generatorlaststrombereich abfällt. Das Ausgangssignäl ist von einer solchen Art, daß es innerhalb eines höheren Wertebereiches nach dem Auftreten einer Kurzschlußdiode ab-The generator arrangement further comprises a circuit unit for sensing the voltage differential across the excitation field winding and to unite the voltage differential with a generator load current to thereby produce an output signal that is within a Predeterminable range of values falls above a normal generator load current range. The output signal is of such a kind that within a higher range of values after the occurrence of a short-circuit diode it
fällt. Eine andere Schaltungseinheit spricht auf das Ausgangssignal so an, daß - wannimmer das Ausgangssignal einen voreingestellten Wert über dem normalen Laststrombereich überschreitet - ein Ausgangssignal erzeugt wird, •das einwirkt, um die Unterbrechung des Erregerfeldes zu verursachen.falls. Another circuit unit speaks to that Output signal so that - whenever the output signal exceeds a preset value above the normal load current range - an output signal is generated, • that acts to cause the interruption of the excitation field.
Die Schaltungseinheit zum Abfühlen des Spannungsdifferentials ist elektrisch über der Erregerfeldwicklung gekoppelt und umfaßt einen Multiplexer, der elektrisch mit der Erregerfeldwicklung gekoppelt ist. Ein Mikroprozessor ist ein Teil der anderen Schaltungseinheit, die auch elektrisch mit dem Multiplexer gekoppelt ist. Der Multiplexer ist so gestaltet, daß er Signale von jeder Seite der Erregerfeldwicklung sowie ein Steuersignal vom Mikroprozessor empfangen kann.The circuit unit for sensing the voltage differential is electrical across the excitation field winding coupled and includes a multiplexer electrically coupled to the excitation field winding. A microprocessor is part of the other circuit unit, which is also electrically coupled to the multiplexer. The multiplexer is designed to receive signals from each Side of the exciter field winding and a control signal from the microprocessor can receive.
Eine Laststromfühlerschaltung ist mit einem Ausgang des Generators gekoppelt und weist einen Ausgang auf, der mit dem Multiplexer gekoppelt ist.A load current sensing circuit is coupled to an output of the generator and has an output which is coupled to the multiplexer.
Die Schaltungseinheit zum Abfühlen des Spannungsdifferentials hat weiterhin einen Digital/Analog-Umsetzer, der elektrisch mit einem Ausgang des Multiplexers gekoppelt ist. Der Umsetzer liefert das oben erwähnte Ausgangssignal für den Mikroprozessor, wobei dieses Ausgangssignal entweder im vorherbestimmbaren Wertebereich oder in den höheren Wertebereichen nach dem Auftreten einer Kurzschlußdiode liegt.The circuit unit for sensing the voltage differential also has a digital / analog converter, which is electrically coupled to an output of the multiplexer. The converter delivers the output signal mentioned above for the microprocessor, this output signal either in the predeterminable value range or lies in the higher value ranges after the occurrence of a short-circuit diode.
Dio andere Schaltungseinheit, die auf das Ausgangs- ■ signal anspricht-, hat weiterhin ein Generator Steuerrelais-Ans teuer glied, das elektrisch mit einem Relais gekoppelt ist. Die Betätigung des Relais steuert die Unter-Dio other circuit unit that is based on the output ■ signal responds, a generator still has control relay Ans expensive link that is electrically coupled to a relay. The actuation of the relay controls the sub-
brechung der Erregung des Erregerfeldes.breaking of the excitation of the excitation field.
Im Mikroprozessor ist ein Bereich von voreingestellten Werten über dem normalen Laststrombereich so gespeichert, daß - wannimmer das Ausgangssignal einen voreingestellten Wert bei irgendeinem gegebenen Laststrom im normalen Bereich überschreitet - das Relais betätigt wird/ um das Erregerfeld zu unterbrechen. Schließlich ist ein Widerstandselement steuerbar elektrisch über der Erregerfeldwicklung nach Betätigung des Relais verbunden, um dadurch jede Generatorselbsterregung zu dämpfen, wenn eine Kurzschlußdiode erfaßt und die Erregung der Erregerfeldwicklung unterbrochen wird.There is a range of preset values in the microprocessor above the normal load current range stored so that - whenever the output signal has a preset value at any given Load current exceeds normal range - the relay is actuated / to interrupt the excitation field. Finally, a resistance element is controllable electrically across the field winding after actuation of the relay connected to thereby dampen any generator self-excitation if a short-circuit diode detected and the excitation of the field winding is interrupted.
Die Einrichtung zum Abfühlen des·Spannungsdifferentials hat also eine Umsetzereinrichtung, die elektrisch mit einem Ausgang von der Multxplexerexnrichtung gekoppelt ist; die ümsetzereinrxchtung liefert das Ausgangssignal für die Mikroprozessoreinrichtung; dieses Ausgangssignal ist im vorherbestimmbaren Wertebereich und in einem höheren Wertebereich nach dem Auftreten der Kurzschlußdiode. Eine auf das Ausgangssignal ansprechende Einrichtung hat außerdem ein Generatorsteuerrelais-Ansteuerglied,, das elektrisch mit einem Relais gekoppelt ist, welches die Unterbrechung der Erregung des Erregerfeldes steuert. In der Mikroprozessoreinrichtung ist ein Bereich von voreingestellten Werten über dem normalen Laststrombereich derart gespeichert, daß - wannimmer das Ausgangssignal einen voreingestellten Wert bei irgendeinem gegebenen Laststrom im normalen Bereich überschreitet - dieses Relais betätigt wird, um das Erregerfeld zu unterbrechen. Eine Widerstandseinriehtung ist steuerbar elektrisch über der ErregerfeldwicklungThe means for sensing the voltage differential thus has a converter device which is electrically connected to an output from the multiplexer device is coupled; the converter device supplies the output signal for the microprocessor device; this The output signal is in the predeterminable range of values and in a higher range of values after occurrence the short-circuit diode. A device responding to the output signal also has a generator control relay trigger element. which is electrically coupled to a relay, which interrupts the excitation of the excitation field controls. There is a range of preset values in the microprocessor device stored over the normal load current range in such a way that - whenever the output signal is a preset Value at any given load current in normal Range exceeded - this relay is actuated to interrupt the excitation field. A resistance device is controllable electrically via the excitation field winding
a-a-
nach Betätigung des Relais verbunden, um dadurch jede Generatorselbsterregung zu dämpfen.after actuation of the relay connected to thereby each To dampen generator self-excitation.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:The invention is explained in more detail below with reference to the drawing. Show it:
Fig. 1 eine Generatoranordnung nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,1 shows a generator arrangement according to an embodiment of the invention,
Fig. 2a Signaldiagramme zur Erläuterung des bis 2d Betriebs an verschiedenen Punkten in der Generatoranordnung von Fig. 1 mit und ohne Auftreten einer Kurzschlußdiode, FIG. 2a shows signal diagrams to explain the operation at various points in FIG. 2d through FIG the generator arrangement of Fig. 1 with and without occurrence of a short-circuit diode,
Fig. 3 das Spannungsdifferential an einer : Generatorerregerwicklung über einem normalen Laststrombereich mit und ohne einer vorhandenen Kurzschlußdiode und3 shows the voltage differential across a generator excitation winding over a normal load current range with and without an existing short-circuit diode and
Fig. 4 ein Diagramm, das die Lage der voreingestellten Werte beim vorliegenden Mikroprozessor zeigt, der zwischen den kurzgeschlossenen und nicht kurzgeschlossenen Betriebseigenschaften von Fig. 3 vorgesehen ist.Fig. 4 is a diagram showing the location of the preset values in the present microprocessor shows which is provided between the shorted and non-shorted operating characteristics of FIG is.
Im folgenden wird die Fig. 1 näher erläutert, die schematisch eine bürstenlose Wechselstromgeneratoranordnung nach der Erfindung zeigt. Der Generator ist insoweit von herkömmlicher Art, als er mit einer drehbaren Einheit 10 ausgestattet ist, die eine nicht gezeigte Welle aufweist, auf der zur Drehung hiermit eine Feldwicklung 11, eine Dreiphasenankerwicklung 12 und eineIn the following, FIG. 1 is explained in more detail, which schematically shows a brushless alternating current generator arrangement according to the invention shows. The generator is of a conventional type in that it has a rotatable one Unit 10 is equipped, which has a shaft, not shown, on which a field winding for rotation therewith 11, a three-phase armature winding 12 and a
Gleichrichtereinheit 13 befestigt sind. Die Gleichrichtereinheit 13 ist elektrisch mit der Feldwicklung 12 verbunden, wie dies dargestellt ist,und umfaßt Dioden 14, 15, 16, 17, 18 und 19. Eine Dreiphasenständerwicklung 20 ist vorgesehen, die einen Teil der nicht gezeigten Ständer- bzw. Statorstruktur bildet. Generatorausgangsleiter 21, 22 und 23 sind angegeben, die die mit einer strichlierten Umrißlinie versehene Dreiphasenständerwlcklung 20 erregen und zu einer Stromwandlereinheit führen, die durch einen strichlierten Block 26 gezeigt ist. Die Funktion der Strorawandlereinheit 26 wird weiter unten näher erläutert. Ein Dauermagnetgenerator 30 von herkömmlicher Art wird zusammen mit einer Zweiweggleichrichterbrücke 31 gemeinsam mit herkömmlichen Spannungsreglerkomponenten, wie beispielsweise einem Transistor Q1, einem Kondensator C, einem Widerstand R1 sowie Dioden CR1 und CR2^verwendet, die ihrerseits elektrisch zwischen elektrische Leiter 32, 33 zu jeder Seite einer Erregerfeldwicklung 36 geschaltet sind. Die Erregerfeldwicklung 36 ist auf einem Ständer (nicht gezeigt) befestigt und mit einer Gleichstromerregung vom Dauermagnetgenerator 30 über die Zweiweggleichrichterbrücke 31 durch die oben beschriebenen und angegebenen elektrischen Verbindungen und Komponenten versehen. Ein nicht gezeigtes Dauermagnetfeldglied, das von der Hauptgeneratorwelle (ebenfalls nicht gezeigt) angesteuert wird, führt in und über Verbindungen und Komponenten zu einer Erregerspannung, die an die Erregerfeldwicklung 36 abgegeben wird, wannimmer sich die Hauptgeneratorwelle dreht. Gewöhnlich geschlossene Unterbrecherkontakte 37, 38 und 39 sind in Leitungen 41, 42 und gezeigt, wobei diese Leitungen den Dauermagnetgenerator 30 mit der Zweiweggleichrichterbrücke 31 verbinden. Das Öffnen dieser gewöhnlich geschlossenen Unterbrecherkontak-Rectifier unit 13 are attached. The rectifier unit 13 is electrically connected to the field winding 12 as shown and includes diodes 14, 15, 16, 17, 18 and 19. A three phase stator winding 20 is provided which forms part of the stator structure, not shown. Generator output conductors 21, 22 and 23 are indicated which energize the three-phase stator winding 20 shown with a dashed outline and lead to a current converter unit shown by a dashed block 26. The function of the current converter unit 26 is explained in more detail below. A permanent magnet generator 30 of conventional type is used together with a full-wave rectifier bridge 31 together with conventional voltage regulator components, such as a transistor Q 1 , a capacitor C, a resistor R 1 and diodes CR1 and CR2 ^, which in turn are electrically connected between electrical conductors 32, 33 each side of an excitation field winding 36 are connected. The excitation field winding 36 is mounted on a stator (not shown) and provided with direct current excitation from the permanent magnet generator 30 via the full-wave rectifier bridge 31 through the electrical connections and components described and specified above. A permanent magnetic field member, not shown, which is driven by the main generator shaft (also not shown) leads in and via connections and components to an excitation voltage which is delivered to the exciter field winding 36 whenever the main generator shaft is rotating. Commonly closed breaker contacts 37, 38 and 39 are shown in lines 41, 42 and 40, these lines connecting the permanent magnet generator 30 to the full wave rectifier bridge 31. The opening of this normally closed breaker contact
te 37, 38 und 39 wird weiter unten näher erläutert. An dieser Stelle der Beschreibung ist der Hinweis ausreichend, daß das öffnen dieser Unterbrecherkontakte 37, 38 und 39 die Gleichstromleistung zur Erregerfeldwicklung 36 unterbricht.te 37, 38 and 39 will be explained in more detail below. At At this point in the description, it is sufficient to point out that the opening of these breaker contacts 37, 38 and 39 the direct current power to the field winding 36 interrupts.
Zwei Spannungsteilernetzwerke 46 und 47 sind elektrisch jeweils mit der Leitung 33 an einem Punkt 48 und mit der Leitung 32 an einem Punkt 49 verbunden. Die Spannungsteilernetzwerke 46, 47 liefern über Leitungen 50 und 51 an einen Multiplexer 52 verringerte Spannungssignale abhängig von Werten, die für Spannungsteilerwiderstände R?, R-., R., R1- und Spannungsteilerkondensatoren C1, Cp gewählt sind.Two voltage divider networks 46 and 47 are electrically connected to line 33 at point 48 and to line 32 at point 49, respectively. The voltage divider networks 46, 47 supply reduced voltage signals to a multiplexer 52 via lines 50 and 51 as a function of values which apply to voltage divider resistors R ? , R-., R., R 1 - and voltage divider capacitors C 1 , Cp are selected.
Eine Schaltungseinheit 55 oder eine Fühlereinrichtung, die mit strichliertem Umriß dargestellt ist, erfaßt das Spannungsdifferential an der Erregerfeldwicklung 3() und vereinigt das Spannungsdiffcrential mit einem Generatorlas tstrom auf eine Art und Weise, die weiter unten näher erläutert wird. Der oben beschriebene Multiplexer empfängt kontinuierlich Spannungssignale über die Leitungen 50, 51, wobei diese Spannungssignale direkt proportional zu der Spannung sind, die auf jeder Seite der Erregerfeldwicklung 36 auf den Leitungen 32, 33 abgefühlt wird.A circuit unit 55 or a sensing device, which is shown with a dashed outline, detects the voltage differential at the excitation field winding 3 () and combines the voltage differential with a generator laser tstrom in a manner that will be explained in more detail below. The multiplexer described above continuously receives voltage signals over lines 50, 51, these voltage signals being directly proportional to the voltage sensed on leads 32,33 on either side of excitation field winding 36 will.
Die schematisch dargestellte Stromwandlereinheit 26· liefert kontinuierlich auf Leitungen 27, 28 und 29 an eine Dreiphasenlaststrom-Mittelwertschaltung 56 Signale, die den Laststrom anzeigen, den der Generator abgeben soll. Die Laststrom-Mittelwertschaltung 56 hat einen einzigen Ausgang auf einer Leitung 57, die zum Multiplexer 52 führt. Der Multiplexer 52 wird durch ein Signal von ei-The schematically shown current transformer unit 26 continuously supplies signals on lines 27, 28 and 29 to a three-phase load current averaging circuit 56, which indicate the load current that the generator is delivering target. The load current averaging circuit 56 has a single output on a line 57 leading to the multiplexer 52 leads. The multiplexer 52 is activated by a signal from a
nein Mikroprozessorsystem 60 über eine Leitung 61 gesteuert. Der Multiplexer 52 hat einen einzigen Ausgang, der über eine Leitung 58 zu einem Analog/Digital-ümsetzer 59 führt. Der Analog/Digital-Umsetzer 59 setzt die Signalinformation auf der Leitung 58 in eine Digitalform auf der Leitung 62 zur Verwendung durch das Mikroprozessorsystem 60 um.no Microprocessor system 60 controlled via a line 61. The multiplexer 52 has a single output which, via a line 58, leads to an analog / digital converter 59 leads. The analog / digital converter 59 converts the signal information on the line 58 into a Digital form on line 62 for use by microprocessor system 60 µm.
Das Mikroprozessorsystem 60 ist so programmiert, daß der Multiplexer 52 unter der Steuerung des Signales auf der Leitung 61 vom Mikroprozessor sequentiell die verringerten Spannungssignale auf den Leitungen 50, 51 und das mittlere LastStromsignal auf der Leitung zuläßt und zu seinem Ausgang 58 führt. Die Sequenz, in der die Spannung und der Laststrom abgetastet werden, hängt vom Mikroprozessorsystemprogramm ab. Auf jeden Fall muß aus weiter unten näher erläuterten Gründen der Mikroprozessor zwei Zustände oder Bedingungen aufweisen, damit die Mikroprozessorlogik bestimmen kann, ob eine erfaßte Differentialsparinung bei einem gegebenen · mittleren Laststrom einen voreingestellten Wert überschreitet, der im Mikroprozessor für den gegebenen mittleren Laststrom gespeichert ist. Wannimmer eine Differentialspannung erfaßt wird, die den gespeicherten voreingestellten Wert bei einem gegebenen Laststrom überschreitet, wird ein Signal auf einer Leitung 68 zu einem Generatorsteuerrelais-Ansteuerglied und einem Relais 63 gespeist, das betätigt wird und die Unterbrechung der Erregung der Erregerwicklung 36 durch das Öffnen der gewöhnlich geschlossenen Unterbrecherkontakte 36, 38, über eine mechanische Verbindung 64 verursacht, die in Strichlinienform dargestellt ist.The microprocessor system 60 is programmed so that the multiplexer 52 is under control of the signal on line 61 from the microprocessor sequentially the reduced voltage signals on lines 50, 51 and the average load current signal on the line and leads to its output 58. The sequence in which the voltage and load current are sampled depends on the microprocessor system program. In any For reasons explained in more detail below, the microprocessor must have two states or conditions so that the microprocessor logic can determine whether a detected differential saving exceeds a preset value for a given mean load current, which is stored in the microprocessor for the given mean load current. Whenever a differential voltage is detected that exceeds the stored preset Value at a given load current, a signal on line 68 becomes a Generator control relay control element and a relay 63 fed, which is actuated and the interruption of the Excitation of the excitation winding 36 by opening the normally closed interrupter contacts 36, 38, caused by a mechanical connection 64, which is shown in dashed lines.
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Es ist zu beobachten, daß die mechanische Verbindung 64 vom GeneratorSteuerrelais-Ansteuerglied und Relais 63 das Schließen des gewöhnlich offenen Unterbrecherkontaktes 66 über eine mechanische Verbindung 64a steuert. Das Schließen des ünterbrecherkontaktes 66 bringt den Widerstand 67 an die Leitungen 32, 33 zur Erregerfeldwicklung 36, wodurch jede Generatorselbsterregung gedämpft wird, wannimmer eine Kurzschlußdiode erfaßt wurde und die Erregung der Erregerfeldwicklung un-* terbrochen ist.It can be observed that the mechanical connection 64 from the generator control relay drive element and Relay 63 closes the normally open break contact 66 via a mechanical connection 64a controls. Closing the breaker contact 66 brings resistor 67 to lines 32, 33 to exciter field winding 36, thereby dampening any generator self-excitation whenever a short-circuit diode is sensed and the excitation of the excitation field development is interrupted.
Das Mikroprozessorsystem 60 und das Generatorsteuer relais -Ans teuer glied und Relais 63 sind in einem strichlierten Block 65 dargestellt und bilden eine Einrichtung, die auf ein Ausgangssignal auf der -Leitung 62 anspricht, so daß - wannimmer das Ausgangssignal einen voreingestellten Wert über dem normalen Laststrombereich überschreitet - ein Ausgangssignal auf einer Verbindung 64 erzeugt wird, das die Erregung der Erregerfeldwicklung 36 unterbricht.The microprocessor system 60 and generator control relay -Ans expensive member and relay 63 are shown in a dashed block 65 and form a device which responds to an output signal on line 62 responds so that - whenever the output signal is a preset value above the normal load current range exceeds - an output signal is generated on a connection 64, which the excitation of the exciter field winding 36 interrupts.
Bevor der Betrieb der in Fig. 1 dargestellten Anordnung anhand der Signaldiagramme der Fig. 2a bis 2d näher erläutert wird, soll auf die Fig. 3 eingegangen werden, die graphisch die Erscheinung darstellt, die die Erfindung ermittelt und erfaßt und auf die eingewirkt wird. Entsprechend zeigt Fig. 3 eine Kurve des Spannungsdifferentials an einer Generatorerregerwicklung, wie beispielsweise an der Wicklung 36 in Fig. 1, aufgetragen über einem normalen Laststrombereich mit und ohne vorhandener Kur ζ s chlußdiode.Before the operation of the arrangement shown in FIG. 1, refer to the signal diagrams of FIGS. 2a to 2d in more detail Reference should be made to Figure 3 which graphically illustrates the phenomenon that the invention makes determined and recorded and acted upon. Correspondingly, FIG. 3 shows a curve of the voltage differential on a generator excitation winding, such as on winding 36 in FIG. 1, plotted over a normal load current range with and without an existing short-circuit diode.
In Fig. 1 ist an jedes Ende der Erregerfeldwicklung 36 eine elektrische Leitung 32 bzw.33 angeschlossen. DasIn Fig. 1 is at each end of the field winding 36 an electrical line 32 or 33 is connected. That
Bezugszeichen "A" und dessen zugeordneter Pfeil bezeichnen den Punkt 48 auf der Leitung 33, während das Bezugszeichen "B" und dessen zugeordneter Pfeil für den Punkt 49 auf der Leitung 32 vorgesehen sind.The reference symbol "A" and its associated arrow designate the point 48 on the line 33, while the reference symbol "B" and its associated arrow for the point 49 are provided on the line 32.
Wenn die Dioden 14 bis 19 der umlaufenden Gleichrichtereinheit 13 in einem guten Betriebszustand sind, wird die Spannung am Punkt "A" durch eine Spannungskurve 70 dargestellt, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist, nämlich verringert durch das Spannungsteilernetzwerk 46. Wenn in ähnlicher Weise die Dioden 14 bis 19 in einem guten Betriebszustand sind, wird die Spannung am Punkt "B" durch eine Spannungskurve 71 angegeben. Bei jedem gegebenen Laststrom stellt der Abstand zwischen den Spannungskurven 70, 71 das Spannungsdifferential an der Erregerfeldwicklung 36 dar.When the diodes 14 to 19 of the rotating rectifier unit 13 are in good operating condition, the voltage at point "A" is indicated by a voltage curve 70 as shown in Fig. 3, namely reduced by the voltage divider network 46. When in Similarly, the diodes 14-19 are in good working order, the voltage at point "B" will flow through a voltage curve 71 is given. For any given load current, the distance between the voltage curves 70, 71 the voltage differential across the field winding 36 represent.
Es wurde nun beobachtet, daß - falls eine der Dioden 14 bis 19 kurzgeschlossen sein sollte - das Drehgeneratorfeld 11 als eine Spannungsenergiequelle hinsichtlich der Erregerfeldwicklung 36 wirkt. Diese Spannungsenergiequelle beeinflußt die Spannung an den Punkten "A" und "B" hinsichtlich Erde. Wenn das Generatorfeld 11 als eine Spannungsquelle wirkt, wie wenn eine Kurzschlußdiode vorhanden ist, dann ist die negative Seite der Erregerfeldwicklung 36 lediglich durch den Wert von CR2 unter Erde begrenzt. Das positive Ende der Erregerfeldwicklung 36 pumpt Energie in den Kondensator C über die elektrische Leitung 3-2, um dadurch die Spannung am Punkt "B" aufzubauen. Dieser Spannungsaufbau am Punkt "B" wächst bis zu einem Pegel, der ausreicht, um rückwärts die Dauermagnet-Zweiweggleichrichterbrücke 31 vorzuspannen. Die Spannung am Punkt "B" wird nunmehr auf den Kondensator C zurückgeworfen oder gespiegelt und bedingt, daß ein Feldstrom vom Punkt "B" durch den Kondensator C und die Diode CR2 fließt, um dadurch die Spannung am Punkt "A" zu beeinflussen.It has now been observed that if one of the diodes 14 to 19 should be short-circuited - the rotary generator field 11 acts as a voltage energy source with respect to the excitation field winding 36. This voltage energy source affects the voltage at points "A" and "B" with respect to earth. When the generator field 11 as a voltage source acts as if a short-circuit diode is present, then the negative side is the field winding 36 limited only by the value of CR2 below ground. The positive end of the exciter field winding 36 pumps Energy into capacitor C via electrical line 3-2, thereby building up the voltage at point "B". This Stress build-up at point "B" increases to a level which is sufficient to reverse the permanent magnet full-wave rectifier bridge 31 preload. The voltage at point "B" is now thrown back to the capacitor C or mirrored and causes a field current to flow from point "B" through capacitor C and diode CR2 to thereby to influence the voltage at point "A".
In der Fig. 3 sind die Kurzschlußdioden-Spannungskurve 72 für den Punkt "A" und die Kurzschlußdioden-Spannungskurve 73 für den Punkt "B" gezeigt. Es ist zu ersehen, daß bei allen Lastströmen die Differentialspannung zwischen den Spannungskurven 70 und 71 für gute Dioden immer kleiner als die Differentialspannung zwischen den Spannungskurven 72 und 73 für kurzgeschlossene Dioden ist.In Fig. 3, the short-circuit diode voltage curve 72 for point "A" and the short-circuit diode voltage curve 73 for point "B" shown. It can be seen that for all load currents the differential voltage between the voltage curves 70 and 71 for good diodes always smaller than the differential voltage between voltage curves 72 and 73 for short-circuited diodes.
Fig. 4 zeigt eine Darstellung von Erregerfeldwicklungs-Spannungsdifferentialkurven, die über dem normalen Generatorlaststrombereich aufgetragen sind. Volle Differentialspannungskurven 74 und 75 für "gute Dioden" fallen innerhalb eines vorherbestimmbaren Wertebereiches ab, wobei der Generator mit der gleichen Frequenz, jedoch bei verschiedenen Temperaturen, arbeitet. Strichlierte Differentialspännungskurven 76 und 77 für eine "kurzgeschlossene Diode" fallen innerhalb eines höheren Wertebereiches ab.Fig. 4 shows a representation of exciter field winding voltage differential curves, which are plotted over the normal generator load current range. Full differential stress curves 74 and 75 for "good diodes" fall within a predeterminable range of values with the generator operating at the same frequency but at different temperatures. Dashed lines Differential voltage curves 76 and 77 for a "short-circuited diode" fall within a higher range of values away.
Eine SchutzeinSteilkurve 78 stellt voreingestellte Werte dar, die im Mikroprozessor 60 gespeichert sind. Wannimmer der Absolutwert der Differentialspannung an der Erregerfeldwicklung 36 über der Schutzeinstellkurve 78 ist, wird das Generatorsteuerrelais-Ansteuerglied und Relais 63 betätigt, um die Erregung der Erregerfeldwicklung 36 durch Öffnen der gewöhnlich geschlossenen Unterbrecherkontakte 37, 38, 39 über die mechanische Verbindung 64 zu unterbrechen, wie dies in Fig. 1 gezeigt ist.A SchutzeinSeilkurve 78 represents preset Represent values stored in microprocessor 60. Whenever the absolute value of the differential voltage the excitation field winding 36 over the protection setting curve 78 is, the generator control relay driver and relay 63 is actuated to excite the excitation field winding 36 by opening the normally closed breaker contacts 37, 38, 39 via the mechanical Interrupt connection 64, as shown in FIG. 1.
Im folgenden werden die Fig. 2a bis 2d näher erläutert, die Zeitdiagramme für einen Generatorbetrieb ohne Last bei 400 Hz angeben. Die Fig. 2a bis 2d werden da-2a to 2d are explained in more detail below, the timing diagrams for a generator operation without Specify load at 400 Hz. Figs. 2a to 2d are there-
bei zusammen mit der in Fig. 1 gezeigten Generatoranlage betrachtet.in together with the generator system shown in FIG considered.
Fig. 2a gibt die Spannung am Punkt "A" abhängig von der Zeit an und zeigt idealisierte zweiweggleichgerichtete Rechteckwellenformen 80, 81, 82 und 83, die .von der Zweiweggleichrichterbrücke 31 abgegeben sind. Zeitlich tritt am Ende einer Rechteckwelle 83 eine kurzgeschlossene Diode auf, und es'ist zu ersehen, daß während eines Anstiegs der Spitzenspannung die mittle-. re Spannung von 131,6 V Gleichspannung auf 115 V Gleichspannung abfällt.Fig. 2a gives the voltage at point "A" as a function of time and shows idealized full-wave rectifiers Square waveforms 80, 81, 82 and 83, the . From the full-wave rectifier bridge 31 are delivered. Temporally occurs at the end of a square wave 83 a shorted diode on, and it can be seen that during an increase in the peak voltage, the mean. Right voltage from 131.6 V DC to 115 V DC falls off.
Fig. 2b zeigt den Verlauf der Spannung im Punkt "B"' über der gleichen Zeitdauer wie Fig. 2a undbeschreibt während des Zustandes einer kurzgeschlossenen Diode eine erhöhte Spannung, wie dies durch das Bezugszeichen 85 angedeutet ist. Fig. 2b shows the course of the voltage at point "B" 'over the same period of time as Fig. 2a and describes an increased voltage during the state of a short-circuited diode, as is indicated by the reference symbol 85.
In Fig. 2c sind die Punkte "A" und "B" darstellende Widerstandsteilerausgangsspannungen getrennt aufgetragen, wie dies an der Ordinate angegeben ist. Der plötzliche Anstieg um Δ (Vn-V7.) in einem Zeitpunkt 86 wird durch den Mikroprozessor 60 als Wert erkannt, der größer als der voreingestellte Wert der Schutzeinstellkurve 7 8 von Fig. 4 ist, und der Mikroprozessor 60 liefert das in Fig. 2d gezeigte Ausgangssignal.Resistor divider output voltages representing points “A” and “B” are plotted separately in FIG. 2c, as indicated on the ordinate. The sudden increase by Δ (V n -V 7. ) At a point in time 86 is recognized by the microprocessor 60 as a value which is greater than the preset value of the protection setting curve 7 8 of FIG. 4, and the microprocessor 60 supplies that in FIG Output signal shown in Figure 2d.
Die Erfindung ermöglicht so einen bürstenlosen Wechselstromgenerator mit Kurzschlußdioden-Schutz, ohne einen Feldstrom oder eine Feldstromwelligkeit zu erfassen und zu verwenden, um den Kurzschlußdioden-Schutz zu liefern. Dies wird in vorteilhafter Weise durch die Erfassung eines Spannungsdifferentials bzw. einer Spannungs-The invention thus enables a brushless alternator with short-circuit diode protection without detecting a field current or a field current ripple and used to provide short circuit diode protection. This is done in an advantageous manner through the detection a voltage differential or a voltage
differenz an der Erregerfeldwicklung erreicht, was bewirkt, daß die Erregung des Erregerfeldes unterbrochen wird, wannimmer das Spannungsdifferential an der Erregerfeldwicklung einen voreingestellten Wert übeschreitet, der in einem Mikroprozessorsystem gespeichert ist.difference reached in the exciter field winding, which causes the excitation of the exciter field to be interrupted whenever the voltage differential across the field winding exceeds a preset value stored in a microprocessor system.
Obwohl die Erfindung oben anhand eines besonderen Ausführungsbeispiels erläutert wurde, können beispielsweise Analogschaltungen für den Multiplexer, den Umsetzer und den Mikroprozessor vorgesehen werden. Although the invention has been explained above with reference to a particular embodiment, for example Analog circuits can be provided for the multiplexer, the converter and the microprocessor.
L e e r s e i t θL e r s e i t θ
Claims (10)
dadurch gekennzeichnet,2. Protection arrangement according to claim 1,
characterized,
gekennzeichnet durch3. Protection arrangement according to claim 2,
marked by
dadurch gekennzeichnet,4. Protection arrangement according to claim 3,
characterized,
dadurch gekennzeichnet,5. Protection arrangement according to claim 4,
characterized,
dadurch gekennzeichnet,6. Protection arrangement according to claim 5,
characterized,
gekennzeichnet durch7. Protection arrangement according to claim 6,
marked by
dadurch gekennzeichnet,9. Protection arrangement according to claim 8,
characterized,
gekennzeichnet durch10. Protection arrangement according to claim 9,
marked by
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