SE449675B - Skyddssystem for kortsluten diod for en borstlos vexelstromsgenerator - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 40 449 675 2 En annan lösning på problemet med kortsluten diod framgår ur den ameri- kanska patentskriften 3 534 228, som visar en avkänningskrets innefattande ~ ett seríemotstånd i excitationsfältkretsen med en spänníngstransformator kopplad över motståndet genom en likspänningsblockeringskondensator.

Spänningsutgången från transformatorn är via en diodbrygga och ett RC-filter förbunden med en fältströmsregulator. Kopplingen enligt den amerikanska patentskriften erfordrar en kopplingskrets för växelström till excitations- föltspolen för att alstra en växelspänningsfelsignal proportionell mot svängningarna eller ripplet i fältströmmen. Skydd mot kortsluten diod åstad- kommes medelst en anordning för att begränsa excitationsfältströmmen när växelspänningsfelsignalen överskrider en referensnivå. Den uppfinning som beskrives här nedan åstadkommer skydd mot kortsluten diod utan behov av stora strömkomponenter i fältkretsledningarna, varigenom reduceras den totala risken för fel hos komponenter såsom en faktor i tillförlitligheten hos avkänningen av kortsluten diod.

Föreliggande uppfinning hänför sig till ett skyddssystem för kortsluten diod för en borstlös växelströmsgenerator av typen som har en aktiverbar excítationsfältlindning.

Systemet innefattar en avkänningsanordning för att avkänna en spännings- skillnad över excitationsfältlindningen och para ihop spänníngsskillnaden med generatorbelastningsströmmen vid den tidpunkt då spänningsskillnaden avkännes, varvid avkänningsanordningen därvid åstadkommer en utgångssignal, som är beroende av den avkända momentana spänningen och belastningsströmmen och som faller inom ett förutbestämt intervall av spänningsskillnadvärden vid ett normalt intervall för generatorbelastningsströmmen och som faller inom ett högre intervall av spänningsskillnadsvärden vid uppträdandet av en kortsluten diod; varjämte nämnda avkänningsanordning är elektriskt kopplad över nämnda excitationsfältlindning och innefattar en multiplexeranordning, som är elektriskt kopplad över nämnda excitationsfältlindning och till en mikroprocessoranordning, som ingår i nämnda anordning och är i beroende av . nämnda utgångssignaler, vilken multiplexeranordning är anordnad att motta signaler från ömse sidor av excitationslindningen och en reglersignal från mikroprocessoranordningen; och en anordning, som är i beroende av utgångs- signalen, så att närhelst utgångssignalen, som representerar en spännings- skillnad, överstiger ett förutbestämt spänningsskillnadsvärde vid vilken som helst given belastningsström i det normala belastningsströmintervallet alstras en utgångssignal, som avbryter aktiveringen av excitationsfältet.

Systemet innefattar företrädesvis en kretsanordning för avkänning av belastningsströmmen kopplad till en utgång från generatorn, vilken kretsanordning har en utgång kopplad till multiplexeranordningen. 15 20 25 30 35 40 449 675 3 Vidare är det föredraget att nämnda anordning för avkänning av spänningsskillnaden innefattar en omvandlaranordning, som är elektriskt kopplad till en utgång från multiplexeranordningen, vilken omvandlaranordning åstadkommer utgångssignalen till mikroprocessoranordningen, varvid omvandlar- anordningen åstadkommer utgångåsignalen som motsvarar nämnda förutbestämda intervall av spänningsskillnadsvärden och ligger inom nämnda högre intervall av spänningsskillnadsvärden vid uppträdande av en kortsluten diod.

Enligt uppfinningen kan anordningen, som är i beroende av utgångs- signalen, vidare innefatta en generatorstyrrelädrivkrets, som är elektriskt kopplad till ett relä, varvid reläet styr avbrytningen av aktiveringen av excitationsfältet.

Enligt en föredragen utföringsform har mikroprocessoranordningen lagrat ett intervall av förinställda spänningsskillnadsvärden över det normala belastningsströmintervallet, så att så snart utgångssignalen överstiger ett förinställt spänningsskillnadsvärde vid en given belastningsström i det normala intervallet reläet aktiveras för att avbryta aktiveringen av excitationsfältet.

Dessutom kan en motståndsanordning vara styrbart elektriskt förbunden över excitationsfältlindningen vid aktiveringen av reläet för att därigenom utdämpa eventuell generatorsjälvexcitering.

Andra ändamål och fördelar med föreliggande uppfinning framgår av nedan- stående beskrivning under hänvisning till bifogade ritningar. Därvid är fig 1 ett delvis schematiskt kopplingsschema över ett generatorsystem enligt upp- finningen. Fig 2a - 2d är tidsschema som anger funktionsegenskaperna hos olika punkter i generatorsystemet enligt fig 1 med och utan närvaro av en kortsluten diod. Fig 3 är ett diagram över spänningsskillnaden över en generatorexcitationslindning över ett normalt belastningsströmområde med och utan en kortsluten diod. Fig 3 är ett diagram över spänningsskillnaden över en generatorexcitationslindning över ett normalt belastningsströmområde med och utan en kortsluten diod. Fig 4 är ett diagram som visar placeringen av de förutbestämda värdena i mikrodatorn och visar placeringen mellan kortsluten och icke kortsluten funktion enligt fig 3.

I fig 1 visas schematiskt ett borstlöst växelströmsgeneratorsystem enligt uppfinningen. Generatorn är konventionell och innefattar ett roterbart aggregat 10, som innefattar en icke visad roterbar axel, på vilken är mon- terad för rotation med axeln en fältlindning 11, en trefas ankarlindning 12 och ett likriktaraggregat 13. Likriktaraggregatet 13 är elektriskt förbundet med fältlindningen 12 såsom visas på ritningen och innefattar dioder 14, 15, 16, 17, 18 och 19. En trefas statorlindning 20 är anordnad och utgör en del av statorkonstruktionen (ej visad). Utgångsledningar 21, 22 och 23 för 10 15 20 25 30 35 40 449 675 4 generatorn visas utgående från trefasstatorlindningen 20 och ingående i ett strömtransformatorarrangemang inom kvadraten 26 med streckade linjer. Funk- tionen hos strömtransformatorarrangemanget 26 förklaras mer i detalj här nedan. En permanentmagnetgenerator 30 av konventionell utformning används i samband med en helvågslikriktarbrygga 31 och en konventionell spännings- regulator innefattande en transistor 01, kondensator C, motstånd R1 samt dioder CR1 och CR2, vilka i sin tur är elektriskt förbundna medelst elektris- ka ledare 32, 33 till vardera sidan av excitationsfältlindningen 36. Excite- tionsfältlindningen 36 är monterad på en stator (ej visad) och förses med likströmsexcitation från permanentmagnetgeneratorn 30 via helvågslikriktar- bryggan 31 och de elektriska ledningarna och komponenterna som beskrivits ovan. Ett permanentmagnetfältelement (ej visat) drivet av huvudgeneratoraxeln som inte heller visas, medför att en excitationsspänning avges via nämnda ledningar och komponenter till excitationsfältlindningen 36 så snart huvud- generatoraxeln roteras. Normalt slutna brytarkontakter 37, 38 och 39 visas i ledningarna 41, 42 och 43 som förbinder permanentmagnetgeneratorn 30 med helvågslikriktarbryggan 31. Üppningen av dessa normalt stängda brytar- kontakter 37, 38 och 39 förklaras mer i detalj här nedan. Fram till denna punkt i beskrivningen är det tillräckligt att notera att öppningen av dessa brytarkontakter 37, 38 och 39 avbryter likspänningen till excitationsfält-I lindningen 36.

Ett par spänningsdelarnätverk betecknade med hänvisningsbeteckningarna 46 och 47 och tillhörande delade pilar, är elektriskt förbundna med ledningen 33 vid punkt 48 och ledningen 32 vid punkt 49. Spänningsdelarnëtverken 46, 47 åstadkommer på ledningarna 50 och 51 till en multiplexer 52 reducerade spänningssignaler beroende på de värden som väljes för spänningsdelarmotstån- den R R5 och spänningsdelarkondensatorerna C1, C2. 2' RB' Ra' Ett kretsarrangemang S5 eller en avkänningsanordning, som visas med streckade linjer, avkänner spänningsskillnaden över excitationsfältlindningen 36 och parar ihop spänningsskillnaden med generatorbelastningsströmmen på ett sätt som beskrivas här nedan. Multíplexern mottager kontinuerligt spännings- sígnaler på ledningar 50, 51 såsom beskrivits ovan, vilka spänningssignaler är direkt proportionella mot spänningen avkänd på varje sida av excitations- fältlindningen 36 på ledningarna 32, 33.

Strömtransformatorarrangemanget 26 som visas schematiskt avger kontinu- erligt signaler på ledningarna 27, 28 och 29 till en medelvärdeskrets 56 för trefasbelastningsströmmen, vilken signal anger den belastningsström som generatorn skall avge. Medelvärdeskretsen 56 har en enda utgång på ledningen 57, som leder till multiplexern 52. Multíplexern S2 styres av en signal från ett mikrodatorsystem 60 via ledningen 61. Multíplexern 52 har en enda utgång 15 20 25 30 35 40 449 675 5 på ledningen 58 som leder till en analog/digital-omvandlare 52. Analog/- digital-omvandlaren 59 omvandlar signalinformationen på ledningen 58 till en digital form på ledningen 62 för användning av mikrodatorsystemet 60.

Mikrodatorsystemet 60 är programmerat på ett sådant sätt att multi- plexern 52 styrs av signalen på ledningen 61 från mikrodatorn att i följd mottaga och vidarebefordra till utgången 58 de reducerade spänningssígnalerna på ledningarna 50, 51 och medelvärdessignalen på ledningen 57. Ûrdningsfölj- den som spänningarna och belastningsströmmen samplas på är beroende av utformningen av mikrodatorsystemprogrammet. Under alla omständigheter och av skäl som framgår här nedan erfordrar mikrodatorn att ett par tillstånd finns för att medge för mikrodatorns logik att avgöra om en skillnadsspänning avkänd vid en given medelbelastningsström överskrider ett förutbestämt värde lagrat i mikrodatorn för den givna medelvärdesströmmen. Så snart en skillnadsspänning avkännes som överskrider det lagrade förutbestämda värdet vid en given belastningsström alstras en signal på ledningen 68 till en drivanordning för generatorstyrreläet och till reläet 63, som aktiveras och förorsakar avbrott av aktiveringen av excitationslindningen 36 genom öppning av de normalt slutna brytarkontakterna 37, 38 och 39 via den mekaniska förbindelsen 64 som visas med streckad linje.

Det bör också noteras att den mekaniska förbindelsen 64 från generator- styrrelädrivkretsen och reläet 63 styr stängningen av en normalt öppen brytarkontakt 66 via den mekaniska förbindelsen 64a. Slutningen av brytar- kontakten 66 medför att motståndet 67 förbindes med ledningarna 32, 33 till excitationsfältlindningen 36, varigenom utdämpas eventuell generatorsjälv- excitation så snart en kortsluten diod har avkänts och aktiveringen av excítationsfâltlindningen avbrutits.

Mikrodatorstyrsystemet 60 och generatorstyrrelädrivkretsen och reläet 63 visas inom ett med streckade linjer avgränsat område 65 och utgör en anord- ning som svarar på en utgångssignal på ledningen 62, så att så snart utgångs- signalen överskrider ett förutbestämt värde över det normala belastnings- strömområdet alstras en utgångssignal på ledningen eller förbindelsen 64 som avbryter aktiveringen av excitationsfältlindningen 36.

Innan den detaljerade funktionen av systemet i fig 1 beskrives i samband med signaltidsschemana i fig 2 till fig 2d hänvisas till fig 3 som grafiskt visar fenomenet som uppfinningen igenkänner, detekterar och reagerar på. Fig 3 år ett diagram över spänningsskillnaden över en generatorexcitations- lindning, såsom lindningen 36 i fig 1 över ett normalt belastningsströmområde med och utan en kortsluten diod närvarande.

I fig 1 har excitationsfältlindningen 36 elektriska ledningar 32 och 33 förbundna till sina bägge ändar. Hänvisningsbeteckningen "A" och tillhörande 10 15 20 25 30 40 449 675 6 pil betecknar punkten 48 på ledningen 33, medan hänvisningsbeteckningen "B" och tillhörande pil betecknar punkten 49 på ledningen 32. När dioderna 14-19 på det roterande likriktaraggregatet 13 fungerar korrekt motsvaras spänningen vid punkten "A" av spänningskurvan 70 som visas i Fig 3 reducerad med spänningsdelarnätverket 46. På liknande sätt motsvaras spänningen vid punkten B av spänningskurvan 71, när dioderna 14-19 fungerar riktigt. Vid en given belastningsström motsvarar avståndet mellan spänningskurvorna 70, 71 spänningsskillnaden över excitationsfältlindningen 36.

Vi har Funnit att om en av dioderna 14-19 skulle bli kortsluten verkar det roterande generatorfältet 11 som en spänningsenergikälla med avseende på excitationsfältlindningen 36. Denna spänningsenergikälla påverkar spänningen vid punkterna "A" och "B" med avseende på jord. När generatorfältet 11 verkar som en spänningsenergikälla, dvs när det Finns en kortsluten diod, begränsas den negativa sidan av excitationsfältlindningen 36 endast av värdet på CR2 under jord. Den positiva änden av excitationsfältlindningen 36 pumpar energi till kondensatorn C via den elektriska ledningen 32, varigenom uppbygges en spänning vid punkten "B". Denna spänningsuppbyggnad vid punkten "B" ökar till en nivå, som är tillräcklig För att backförspänna helvågslikriktarbryggan 31.

Spänningen vid punkten "B" återfinns nu över kondensatorn C och förorsakar att en fältström flyter från punkten "B" genom kondensatorn C och dioden CRZ, varigenom påverkas spänningen vid punkten "A".

Under hänvisning åter till fig 3 visas där spänningskurvan 72 vid punkten "A" med kortsluten diod och spänningskurvan 73 vid punkten "B" med kortsluten diod. Det framgår att vid alla belastningsströmmar är spänningsskillnaden mellan spänningskurvorna 70 och 71 för en fungerande diod alltid mindre än spänningsskillnaden mellan spänningskurvorna 72 och 73 vid kortsluten diod.

Fig 4 är ett diagram över spänningsskillnadskurvorna över excitations- fältlindningen uppritade över det normala generatorbelastningsströmområdet.

De heldragna kurvorna 74 och 75 för fungerande diod visas belägna inom ett Förutbestämt område av värden, när generatorn drives vid samma Frekvens men vid olika temperaturer. Spänningsskillnadskurvorna 76 och 77 med streckade linjer för kortsluten diod visas belägna inom ett område med högre värden.

En skyddsinställningskurva 78 motsvarar förinställda värden lagrade i mikrodatorn 60. Så snart det absoluta värdet av skillnadsspänningen över excitationsfältlindningen 36 är ovanför skyddsinställningskurvan 78 aktiveras generatorstyrrelädrivkretsen och reläet 63 för att avbryta aktiveringen av excitationsfältlindningen 36 genom att öppna de normalt slutna brytarna 37, 38, 39 via den mekaniska förbindelsen 64 såsom visas i fig 1.

Hänvisning göres nu till fig 2a - Zd, vilka är tidsschema För ,ø 10 15 Z0 25 30 7 449 675 generatorns Funktion utan belastning vid 400 Hz. Fig Za - Zd bör betraktas i samband med generatorsystemet i fig 1.

I fig 2a anges spänningen vid punkten "A" relativt tiden och visar den idealiserade helvågslikriktade fyrkantvågformen 80, 81, 82 och 83, som avges av helvågslikriktarbryggan 31. Vid slutet av Fyrkantvågen 83 uppträder en kortsluten diod och det framgår att toppspänningen höjes medan medelspänningen sjunker från 131,6 V DC till 115 V DCQ Fig 2b visar spänningen vid punkten "B" över samma tidsperiod som i fig Za och visar under tillståndet med kortsluten diod en ökad spänning såsom anges med hänvísningsbeteckningen 85.

I fig Zc visas motståndsdelarutgångsspänningarna motsvarande punkterna "A" och "B" separat såsom anges i figuren. Den plötsliga ökningen i ¿§(VB-VA) vid tidpunkten 86 avkännes av mikrodatorn 60 såsom ett värde större än det förinställda värdet hos skyddsinställningskurvan 78 enligt Fig 4 och mikrodatorn 60 åstadkommer utgångssignalen som visas i fig 2d.

Av det ovanstående framgår att uppfinningen beskriven ovan förser en boratlös växelspänningsgenerator med skydd För kortsluten diod utan att fältströmmen eller Fältströmripplet måste avkännas för att åstadkomma skyddet mot kortsluten diod. Allt detta är fördelaktigt utfört genom avkänningen av en spänningsskillnad över en excitationsfältlindning, som förorsakar att excitationen av excitationsfältet avbrytas så snart spänningsskillnaden över excitationsfältlindningen överskrider ett Förutbestämt värde lagrat i ett mikrodatorsystem. Även om uppfinningen har beskrivits och visats i samband med den beskrivna speciella utföringsformen inses av en fackman att olika ändringar kan utföras däri utan att frångå uppfinningens idé. Detaljerna i denna uttöringsform kan utbytas mot analoga kretsar För multiplexern, omvandlaren och mikrodatorkombinationen som visats och beskrivits, Uppfinningen begränsas endast av nedanstående patentkrav.

Claims (1)

1. \H o PÅTENTKRAV 1, Skyddseystem För kortsluten diod för en borstlös växelströmsgenerator av typen som har en aktiverbar excitationsfältlindning (36), k ä n n e - z. L, e c k n a t av: en avkënningsanordning (55) för att avkänna en spänningsskillnad över exeitatlonsfältlindningen och para ihop spänningsskillnaden med generator- belaetningsströmmen vid den tidpunkt då spänningsskillnaden avkännes, varvid f avkänningsanordningen därvid åstadkommer en utgångssignal (62), som är teroende av den avkända momentana spänningen och belastningsströmmen Joh som faller inom ett Förutbestëmt intervall av spänningsskillnadvärden vid ett normalt intervall för generatorbelastningsströmmen och som faller inom ett högre intervall av spänningsskillnadsvärden vid upptrådandet av en kortsluten diod; varjämte nämnda avkänningsanordning (55) är elektriskt kopplad över nämnda excitationsfältlindning och innefattar en multiplexeranordning (52), som är elektriskt kopplad över nämnda excitationsfältlindning och till en mikroprocessoranordning (60), som ingår i nämnda anordning och är i beroende av nämnda utgångssignaler, vilken multiplexeranordning är anordnad att motta signaler trån ömse sidor av excitationslindningen och en reglersignal trån mikroprocessoranordningen; och en anordning (65), som är i beroende av utgångssignalen, så att närhelst -f1ångssignalen, som representerar en spänningsskillnad, överstiger ett förutbestämt spänningsskillnadsvärde vid vilken som helst given belastnings~ ström i det normala belastningsströmintervallet alstras en utgångssignal, som avbryter aktiveringen av excitationsfältet. Z. System enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att en kretsanord- ning (26, 56) för avkänning av belastningsströmmen är kopplad till en utgång från generatorn, vilken kretsanordning för avkänning av belastningsströmmen nar en utgång (57) kopplad till multiplexeranordningen. 3. System enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a t av att nämnda anord- ning (55) för avkänning av spänningsskillnaden innefattar en omvandlaranord- ning (59), som är elektriskt kopplad till en utgång (58) från multiplexer- znordningen, vilken omvandlaranordning åstadkommer utgängssignalen (62) till s mikroprocessoranordningen, varvid omvandlaranordningen åstadkommer utgångs~ G signalen som motsvarar nämnda förutbestämda intervall av spänningsskillneds« värden och ligger inom nämnda högre intervall av spänningsskillnadsvärden vid uppträdande av en kortsluten diod. 4. System enligt krav 3, k ä n n e t e c k n a t av att anordningen, KH 10 15 20 25 30 lb 40 som är i beroende av utgångssignalen, vidare innefattar en generatorstyrrelä- drívkrets, som är elektriskt kopplad till ett relä; varvid reläet styr (64) avbrytningen av aktíveringen av excitationsfältet. 5. System enligt krav 4, k ä n n e t e c k n a t av att mikroprocessor- anordníngen (60) har lagrat ett intervall av förinställda spänningsskillnads~ värden över det normala belastningsströmintervallet, så att så snart utgångs- signalen överstiger ett Förinställt spänningsskillnadsvärde vid en given belastningsström i det normala intervallet aktiveras reläet (63) För att avbryta aktiveringen av excitationsfältet. 6. System enligt krav 5, k ä n n e t e c k n a t av att en motstånds- anordning (67) är styrbart elektriskt förbunden över excitationsfältlind- ningen vid aktiveringen av reläet (63) för att därigenom utdämpa eventuell generatorsjälvexcitering.