DE3009102C2

DE3009102C2 - Erregersystem einer Synchronmaschine

Info

Publication number: DE3009102C2
Application number: DE19803009102
Authority: DE
Inventors: Rodion Grigorievitsch Goldin; Vladimir Yakovlevitsch Tuchman; Valentin Gerasimovitsch Sverdlovsk Yakimenko
Original assignee: Proizvodstvennoe Ob"edinenie Uralelektrotjazmas Imeni Vi Lenina Sverdlovsk Su
Current assignee: Proizvodstvennoe Ob"edinenie Uralelektrotjazmas Imeni Vi Lenina Sverdlovsk Su
Priority date: 1979-03-11
Filing date: 1980-03-10
Publication date: 1985-04-11
Also published as: DE3009102A1; SU873370A1; CH653190A5

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Erregersystem einer Synchronmaschine, das einen an eine Erregerwicklung der Synchronmaschine angeschlossene Erregereinrichtung und ein auf Überspannungen beider Polarität ansprechendes Anlaß- und Schutzgerät enthält, das über die Erregerwicklung eines Stromrelais parallel an die Erregerwicklung angeschaltet ist und das mehrere Parallelstränge aufweist, die jeweils aus einer Reihenschaltung aus einem Widerstand und antiparallel geschalteten Thyristorschaltern bestehen, zwischen deren Anode und Steuerelektrode jeweils ein erstes Schwellwertglied mit einem Ansprechspannungswert geschaltet ist. Ein Erregersystem dieser grundsätzlichen Bauart ist uns dem KnliiUi£ »Ί liyiislorvorrichliingssiil/ 0er Serie K I'Uh der Talliner elektrotechnischen Fabrik M. I. Kalinin,Tallin 1978, bekannt.

Dieses Erregersystem ist deswegen von erhöhter Zuverlässigkeit, weil eine Unterbrechung in einem der Parallelstränge bei Normalbetrieb der übrigen die Schutzfunktionen des Erregersystems nicht verlorengehen und es zu keiner Notabschaltung des Erregers und der Synchronmaschine vom Netz kommt

Andererseits kann es wegen der Parallelstränge beim Anlassen der Synchronmaschine und in manchen anderen vom Durchfluß größerer Ströme über das Anlaß- und Schutzgerät begleiteten Betriebszuständen zu Störungen kommen, weil die die Thyristoren der Thyristorschalter steuernden Schwellwertglieder bezüglich ihrer Ansprechspannungswerte und Zündzeitpunkte der Thyristoren streuen. Bereits mit der Einschaltung des ersten Parallelstranges des Anlaß- und Schutzgeräts (beispielsweise beim Anlassen des Synchronmotors) sinkt die Spannung an der Erregerwicklung der Synchronmaschine ab, was die Einschaltung der übrigen Parallelstränge des Anlaß- und Schutzgerätes erschwert und unter Umständen auch ausschließt. Infolgedessen fließt der gesamte Anlaßstrom über einen Parallelstrang, was zu dessen Überhitzung führt und die Betriebssicherheit des Erregersystems im ganzen herabsetzt

Aus der DE-OS 28 26 325 ist ein Erregersystem eines Synchrongenerators bekannt bei dem parallel zur Erregerwicklung der Maschine zwei Reihenschaltungen aus je einem Thyristorschalter und einem Widerstand liegen, wobei bei der Ansteuerung der Thyristoren der ThyristorenschaltCT ein Relaisschalter sowie unabhängig hiervon ein Überspannungsglied mitwirkt

Bei dieser bekannten Ausbildung gibt der Relaisschalter bei seiner Betätigung unmittelbar für jeden der Thyristorschalter ein über Dioden und Widerstände anstehendes Steuersigna! frei, so daß die Thyristorschalter unmittelbar und gleichzeitig leitend gesteuert werden. Dabei sind aus Gründen der Sicherheit die Kontakte des Relaisschalters Ruhekontakte, die im Normalbetrieb des Synchrongenerators dadurch offengehalten werden, daß der Relaismagnet über einen Speisekontakt von einer Hilfstromquelle gespeis: wird. Beim Auftreten von Überspannungen wird der Erreg^schalter von Auslöseorganen betätigt und trennt mittels seiner Kontakte die Erregerwicklung vom Stromrichter der Erregereinrichtung sowie öffnet gleichzeitig den Speisekontakt, so daß der Relaisschalter seine Kontakte schließt, die Thyristoren leitend gesteuert werden und eine sofortige Entregung der Erregerwicklung stattfindet.

Zusätzlich hat die betrachtete Ausbildung zur Erhöhung der Sicherheit bei einem etwaigen Ausfall der beschriebenen Zündvorrichtung für den Normalbetrieb einen Reservezündkreis mit einem Überspannungsglied,

so nämlich einer Zenerdiode, welche über einen Hilfsthyristor ebenfalls gleichzeitig auf beide Thyristorschalter wirkt. Eine Störung im Bereich des mit dieser Zenerdiode aufgebauten Reservezündkreises würde also sofort, auch wenn keine Überspannung vorliegt, die Leitendsteuerung aller Thyristoren bewirken. Damit ist die Gefahr des Fehlansprechens groß und eine Eingrenzung der Störung auf einen der beiden parallelen Stränge nicht möglich.
Ähnliches gilt fü- ein aus der DE-OS 26 19 385 bekanntes Erregersystem einer Synchronmaschine, bei welcher ebenfalls parallel zur Erregerwicklung einer Synchronmaschine zwei Thyristorschalterstränge liegen, deren Thyristoren über einen steuerimpulsformcntii?M Thyristor angesteuert werden, in dessen Steucrkreis

b5 wiederum Shockley-Dioden als Schwellenwertelemente liegen. Wegen der Zwischenschaltung des steuerimpulsformenden Thyristors können die leistungsschwachen Shockley-Dioden Anwendung finden.

Auch hier wurden jedoch bei einem Durchschlagen der Shockley-Dioden oder des steuerimpulsformenden Thyristors alle Leistungsthyristoren des Anlaß- und Schutzgeräts auch ohne Vorliegen einer Oberspannung gezündet, was zu einer Überhitzung des in Reihe mit den Leistungsthyristoren geschalteten Widerstandes und zu einer Überlastung der Erregereinrichtung führen würde. Ebenso würde eine Unterbrechung im Kreis der Shockley-Dicden oder des steuerimpulsformenden Thyristors das gesamte Anlaß- und Schutzgerät unwirksam machen.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Erregersystems einer Synchronmaschine mit erhöhter Ansprech- und Betriebssicherheit; insbesondere soll es zur Einschaltung aller Parallelstränge des Anlaß- und Schutzgeräts tatsächlich nur bei Überspannungen an der Erregerwicklung in den Übergangsbetrieben der Synchronmaschine kommen.

Ausgehend von einem Erregersystem einer Synchronmaschine der gattungsgemäß vorausgesetzten Bauart wird diese Aufgabe erfindungsgeir.äß durch die im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruriies genannten Merkmale gelöst Bei dieser erfindungsgemäßen Ausbildung ist jedem der Stränge eine Zenerdiode als Überspannungsglied zugeordnet und bei einem Ansprechen einer derselben wird zunächst auch nur deren Thyristor leitend gesteuert Der jetzt über einen der parallelen Stränge fließende Strom bewirkt ein Schließen (Leitendwerden) der Kontakte des Stromrelais, so daß über diese ein Steuerimpuls zum Leitendsteuern der anderen Thyristorschalter zu diesen gelangt, wenn ein solcher von der Speichereinheit her aufgrund einer vorangegangenen Überspannung ansteht

Mithin wird durch die erfindungsgemäße Ausbildung erreicht, daß die Zündung eines Thyristorschalters in einem der Stränge sich auf die übrigen Stränge sofort ausbreitet, wenn eine in der Speichereinheit registrierte Überspannung vorausging, diese Ausbreitung bei Nichtvorliegen dieser Voraussetzung aber verhindert wird.

Im Patentanspruch 2 ist angegeben, wie in zweckmäßiger Weiterbildung der Erfindung die Speichereinheit und das Impulsformerglied ausgebildet und zu einer Auslöseschaltung zusammengefaßt sind.

Die Erfindung wird nachstehend durch die Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung weiter erläutert; diese zeigt die Prinzipschaltung des Erregersystems einer Synchronmaschine.

Zum Erregersystem der Synchronmaschine 4 gehört eine Erregereinrichtung 1 aus einem an die Ständerwicklung 3 der Synchronmaschine 4 angeschlossenen Transformator 2, einem an diesen angeschlossenen steuerbaren Stromrichter 5, an dessen Ausgang die Erregerwicklung 6 der Synchronmaschine 4 angeschlossen ist, sowie aus einem Steuersystem 7, dessen Ausgang an die Steuerelektroden der Thyristoren 8 des steuerbaren Stromrichters5 angeschlossen is·-

Parallel zum Ausgang des Stromrichters 5 liegt ein Anlaß- und Schutzgerät 9. Ein Stromrelais 10 überwacht den im Anlaß- und Schutzgerät 9 fließenden Strom, und zwar schließen die Kontakte 33,34 und 35 des Stromrelais 10, wenn ein Strom durch das Anlaß- und Schutzgerät 9 zu fließen beginnt.

Das Anlaß- und Schutzgerät 9 besteht aus Parallelsträngen 11, 12 und 13. Deren Anzahl hängt von der Leistung der Synchronmaschine 4 und den Forderungen nach einer Reservehaltung ab, beispielsweise wenn ein Anlassen der Synchronmaschine 4 auch bei Abschaltung eines Parallelstranges des Anlaß- und Schutzgerätes 9 möglich sein soll.

Den Parallelsträngen 11, 12 und 13 ist eine Aus'iöseschaltung 14 zugeordnet, die bei der Einschaltung aller Parallelstränge 11,12,13 mitwirkt.

In jedem der Parallelstränge 11,12,13 sind hintereinander geschaltet ein Widerstand 15, ein aus gegenparailelgeschalteten Thyristoren 17, 18 bestehender Thyristorschalter 16 und eine Einrichtung 19 zur Notabschaltung des Parallelstranges, z. B. eine Sicherung. Zwischen der Anode und der Steuerelektrode der Thyristoren 17, 18 jedes Parallelstranges liegt ein erstes Schwellwenglied 20, das aus einer Gegenreihenschaltung einer Zenerdiode 21 und einer Diode 22 besteht An die Steuerelektrode der Thyristoren 17, 18 ist die Kathode einer Diode 22' angeschlossen, die ebenso wie auch die Diode 22 zur Entkopplung des Stromkreises des Schwellwertgliedes 20 und des Stromkreises der Auslöseschaltung 14 für die Pararallelstränge dient.

Die Auslöseschaltung 14 für die Parallelstränge 11, 12,13 besteht aus einem Schwellwtrtgüed 23 mit Zenerdioden 24 und Dioden 25. einer Speienereinheit 26 und einem Impulsformerglied 27. Diese letzteren Baugruppen sind aufgebaut aus einer Gegenparallelschaltung von Thyristoren 28, 29, mit der ein Widerstand 30 und Zenerdioden 31,32 in Reihe liegen. Zwischen den Anoden und den Steuerelektroden der Thyristoren 28, 29 liegen die Zenerdioden 24 und die Dioden 25. Der Ansprechspannungswert der Zenerdioden 24 ist höher als die Spannung am Ausgang des Stromrichters 5 bei störungsfreiem Betrieb des Synchrongenerators, liegt aber unterhalb des Ansprechspannungswertes der Zenerdioden 21.

Die Kathoden der Zenerdioden 31, 32 sind über die Kontakte 33, 34 des Stromrelais 10 an die Steuerelektroden der Thyristoren 18, 17 der jeweiligen Parallelstränge 11,12,13 angeschlossen.

Parallel zum Widerstand 30 liegt ein KontroUrelais 36 für den Strom der Thyristoren 28 und 29, dessen Kontakt 37 parallel zum Kontakt 35 des Stromrelais 10 und t j den Eingang des Steuersystems 7 des Stromrichters 5 angeschlossen ist.

Der Betrieb des Erregersystems verläuft wie folgt:
Im Normalbetrieb liegt die Spannung am Ausgang der Erregereinrichtung 1 unterhalb aes Ansprechspannungswertes der Zenerdioden 24 und 21, so daß das Anlaß- und Schutzgerät 9 und die Auslöseschaltung 14 nicht ansprechen. Die Erregereinrichtung 1 speist in bekannter Weise die Erregerwicklung 6 der Synchronmaschine.

In mit Überspannungen an der Erregerwicklung 6 der Synchronmaschine 4 verbundenen Übergangszustände" der Synchronmaschine 4 (Asynchronlauf, Anlauf eines Synchronmotors u. ä.) können Spannungen an der Erregerwicklung oberhalb des Ansprechspannungswertes der Zenerdioden 24 auftreten. Dann schalten diase durch und es füeßt ein Strom von ihrer Anode zur Steuerelektrode des zugehörigen Thyristors 28 (falls die in der Erregerwicklung zu diesem Zeitpunkt induzierte Spannung positiv ist) oder 29 (falls die in der Erregerwicklung induzierte Spannung negativ ist). Wenn z. B. die Spannung positiv ist, zündet der Th> ristor 28.

Über die Zenerdiode 31, den Thyristor 28, den Widerstand 30 und die Zenerdiode 32 fließt jetzt ein Strom.

Aufgrund des am Widerstand 30 auftretenden Spannungsabfalls spricht das Relais 36 an. An der Zenerdiode 32 tritt eine Spannung auf, die betragsmäßig zum Zünden der Thyristoren 17,18 der Parallelstränge 11,12,13

ausreichen würde, jedoch ist der Steuerkreis dieser Thyristoren durch den offenen Kontakt 34 unterbrochen, so daß die Thyristoren 17,18 nicht zünden.

Bei einem weiteren Spannungsanstieg schaltet die im Steuerkreis des Thyristors 17 eines Parallelstrangs, beispielsweise im Parallelstrang 11, liegende Zenerdiode 21 durch. Jetzt fließt ein Steuerstrom über die Anode des Thyristors 17, die Zenerdiode 21, die Diode 22, die Steuerelektrode des Thyristors 17 und die Kathode des Thyristors 17. Dieser zündet den Thyristor 17, so daß der zugehörige Widerstand 15 dieses Paralielstranges U zur Erregerwicklung 6 der Synchronmaschine 4 hinzu an die Erregereinrichtung 1 angeschlossen wird. Über den Parallelstrang 11 fließt ein Strom, die Spannung an der Erregerwicklung 6 fällt unter den Ansprechspannungswert der Zenerdioden 21 der Parallelstränge 12, 13 ab und diese bleiben stromlos.

Über den Thyristor 28 fließt aber der Strom weiter, ur.ii über der Stabiiisatordiode 32 fällt nach ^%"\° "τ »i»»·» Spannung ab, die zum Zünden der Thyristoren 17 ausreicht, weshalb in dem Augenblick, wo ein über den Parallelstrang 11 fließender Strom zum Anziehen des Relais 10 führt, der Kontakt 34 schließt und das Impulsformerglied 27 an die Steuerelektroden oder Thyristoren 17 der Parallelstränge 12, 13 angeschaltet wird. Dann werden auch die Thyristoren 17 dieser Parallelstränge leitend, so daß alle Parallelstränge an die Erregerwicklung 6 angeschlossen sind. Infolgedessen verteilt sich der Anlaßstrom auf alle Parallelstränge 11, 12, 13 und die Spanneng an der Erregerwicklung 6 sinkt in einem noch höheren Maße ab.

Ist die Spannung an der Erregerwicklung 6 negativ, so verlaufen die Vorgänge analog, wobei jeweils der Thyristor 29 der Auslöseschaltung 14 für die Parailelstränge und die Thyristoren 18 der Parallelstränge 11, 12, 13 gezündet werden.

Nach Abschluß des Übergangsvorganges. wenn die in der Erregerwicklung 6 der Synchronmaschine 4 induzierte Spannung unter die Spannung am Eingang des Stromrichters 5 abfällt, werden das Anlaß- und Schutzgerät 9 und die Auslöseschaltung 14 für die Parallelstränge mit Hilfe des Kontaktes 35 des Stromrelais 10 und des Kontaktes 37 des Kontrollrelais 36 abgeschaltet. Deren Schließen bewirkt, daß das Steuersystem 7 die Spannung am Ausgang des Stromrichters 5 kurzzeitig auf Null herabsetzt, wodurch es zu einem Nulldurchgang an den Thyristoren 28 bzw. 29 und 17 bzw. 18 und damit zur Abschaltung des Anlaß- und Schutzgerätes 9 und der Auslöseschaltung 14 kommt.

Tritt im Übergangsvorgang der Synchronmaschine 4 nur eine geringfügige Spannungserhöhung auf einen Pegel oberhalb des Ansprechspannungswertes der Zenerdiode 24, aber unterhalb des Ai sprechspannungswertes der Zenerdiode 21 auf, so spricht nur die Auslöseschaltung 14 für die Parallelstränge an, wodurch das Vorhandensein der Überspannung im Stromkreis der Thyristoren 28,29 gespeichert wird. Da die Thyristoren 17,18 mit keiner Steuerspannung beaufschlagt werden, werden die Stränge 11, 12, 13 nicht stromdurchflossen. Die Auslöseschaltung 14 für die Parallelstränge wird bei einem Spannungsabfall an der Erregerwicklung 6 auf einen Pegel gleich oder unterhalb der Spannung am Eingang des Stromrichters 5 mit Hilfe des Kontaktes 37 des Kontrollrelais 36 wieder abgeschaltet, indem, wie beschrieben, das Steuersystem 7 die Spannung am Aus- bs f-üing.lrs Siiomrirlilrrs 5 kinv/oilis /11 Null macht.

Beim Ausfall eines der Parallelsirängc. beispielsweise des Parallelstranges 11, infolge eines Durchschlages des Thyristors 17 fließt im Normalbetrieb der Synchronmaschine 4 über den Parallelstrang 11 ein Havariestrom. Das Stromrelais 10 zieht an. Da aber keine Überspannungen aufgetreten waren, liegt die Spannung an der Erregerwicklung 6 unterhalb des Ansprechspannungswertes der Zenerdiode 24, und die Auslöseschaltung 14 steht nicht bereit zur Zündung der Parallelstränge. Es kommt also nicht zu einer Ansteuerung der Thyristoren 17, 18 der Parallelstränge 12, 13, so daß diese stromlos bleiben und die Störung eingegrenzt bleibt. Der ausgefallene Parallelstrang 11 wird in bekannter Weise von der Einrichtung 19 zur Notabschaltung, hier einer Sicherung, abgeschaltet.

Bei einer Störung in der Auslöseschaltung 14 für die Parallelstränge, beispielsweise bei einem Durchschlag des Thyristors 28, tritt an der Zenerdiode 32 eine Spannung auf, die zur Einschaltung der Parallclstränge 11, 12,13 ausreichend wäre. Da aber in den Strängen 11,12, 13 kein S'.rorr: Hießt, ist das Strorrirelais 10 offen und die Steuerspannung gelangt nicht zu den Steuerelektroden der Thyristoren 17, 18. Die Parallelstränge 11, 12, 13 werden nicht leitend geschähet und die Störung in der Auslöseschaltung 14 für die Parallelstränge hat keine weiteren Auswirkungen. Wegen der geringen Leistung der Auslöseschaltung 14 ist ein dauernder Siromdurchfluß über diese bis zur planmäßigen Stillsetzung der Synchronmaschine 4 zulässig;. Ist das nicht erwünscht, kanfi im Stromkreis der Auslöseschaltung 14 noch ein besonderer Ausschalter vorgesehen werden, mit dem sie im beschriebenen Fall dann abgeschaltet werden könnte.

Es ist zu sehen, daß es im beschriebenen Erregersystem nur dann zu einer Einschaltung aller Parallelstränge 11, 12, 13 des Anlaß- und Schutzgeräts 9 kommt, wenn in den Übergangszuständen der Synchronmaschine 4 tatsächlich Überspannungen an der Erregerwicklung 6 auftreten. Dagegen is;t beim Ausfall nur eines Parallelstranges oder bei einer Störung der Auslöseschaltung 14 die Einschaltung aller Parallelstränge 11, 12,13 des Anlaß- und Schutzgeräts 9 verhindert.

Die erforderlichenfalls sichere Einschaltung aller Parallelstränge 11, 12, 13 des Anlaß- und Schutzgeräts 9 gestattet es. deren Strombelastung zu erhöhen und somit die Abmessungen und die Masse sowohl des Geräts 9 als auch des Erregersystems im ganzen ohne Verringerung seiner Betriebszuverlässigkeit zu reduzieren. Auch sind zum Betrieb der Speichereinheit 26 und des Impulsformers 27 keine zusätzlichen Speisequellen notwendig.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Erregersystem einer Synchronmaschine, das einen an eine Erregerwicklung der Synchronmaschine angeschlossene Erregereinrichtung und ein auf Oberspannungen beider Polarität ansprechendes Anlaß- und Schutzgerät enthält, das über die Erregerwicklung eines Stromrelais parallel an die Erregerwicklung angeschaltet ist und das mehrere Parallelstränge aufweist, die jeweils aus einer Reihenschaltung aus einem Widerstand und antiparallel geschalteten Thyristorschaltern bestehen, zwischen deren Anode und Steuerelektrode jeweils ein erstes Schwellwertglied mit einem Ansprechspannungswert geschaltet ist, gekennzeichnet durch eine Auslöseschaitung (14) mit einem zweiten zum Ausgang der Erregereinrichtung (i) parallel geschalteten Schwellwertglied (23) mit einem Ans.prechspannungjvert unterhalb des Ansprechspannungs-•A'crtes des ersten SchweHwertgüedes (20), mit einer den Überspannungszustand speichernden Speichereinheit (26), die durch das Schwellwertglied (23) in den Speicherzustand versetzt wird, und mit einem durch die Speichereinheit (26) auslösbaren Impulsformerglied (27), das einen der Dauer und der Polarität der Überspannung entsprechenden Spannungsimpuls bildet, wobei der Ausgang des Impulsformergliedes über Kontakte (34, 35) des Stromrelais (10) derart an die Steuerelektroden der Thyristorschalter (16) anges hiossen ist, daß bei Auftreten einer Überspannung nach dem Ansprechen des Stromrelais (10) infolge des Stromflusses durch einen Parallelstrang (11,12 oder 13) de? Spannungsimpuls die Thyristoren der anderen Parallelsuänge durchschaltet.

2. Erregersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichereinheit (26) aus antiparallel geschalteten Thyristoren (28, 29) und des Impulsformerglied (27) aus Zenerdioden (31,32) besteht, wobei die Anoden der Zenerdioden (31, 32) jeweils an eine Äusgangsklemme der Erregereinrichtung, und die Kathode einer Zenerdiode (31) direkt an einen Pol der Speichereinheit (26) und die Kathode der anderen Zenerdiode (32) über einen Widerstand (30) mit dem anderen Pol der Speichereinheit verbunden sind.