Einrichtung zur Schwingungsentregung von elektrischen Maschinen Es ist zum Beispiel durch die deutsche Pa tentschrift Nr.70712'4 bekannt, bei grösseren elektrischen Maschinen mit Erregermaschine zur Schnellentregung einen Widerstand (Schwingungswiderstand) mit der Erreger- masehine in Reihe zu legen,
den Nebensehluss- reIgler der Erregermaschine kurzzuschliessen und an seiner Stelle entweder sofort oder nach einer gewissen Zeit einen Ersatzwiderstand bestimmter Grösse einzuschalten.
Die Einschal tung des Schwingungswiderstandes bewirkt eine Umpolung der Erregermaschine und löst damit, eine Sehwingungsentregung aus, die durch das Kurzschliessen des Nebenschluss- reglers noch beschleunigt wird und zu einem raschen periodischen Vorgang führt, bei dem die Erregungsrichtung wiederholt wechselt und der ohne besondere Vorkehrungen mir allmählich ausklingt.
Man hat daher zur Ab kürzung dieses periodischen Vorganges sofort einen Dämpfungswiderstand in den Erreger kreis der Erregermaschine als Ersatz für den kurzgeschlossenen Nebenschlussregler einge schaltet oder auch den Zeitpunkt des Ein- sebaltens durch ein Zeitmelais festgelegt. Die Ansprechzeit desselben entspricht der Zeit, in welcher die Leerlaufspannung des Generators erstmals auf Null abgesunken ist.
Sie berück sichtigt aber nicht, da.ss diese Leerlaufspan- nung je nach den vorausgegangenen Bela stungsverhältnissen- bzw. dem bei Beginn der Sehwingmngsentregimg vorliegenden Erre- gungszustand des Generators zu unterschied lichen Zeiten zu Null wird und dass das Zeit relais auch im Falle einer Störung, zum Bei spiel bei einem Klemmenkurzschluss der Ma schine, den richtigen Einschaltzeitpunkt für den Ersatzwiderstand nicht trifft.
Es ist auch bekannt, das Einschalten des Ersatzwiderstandes von einer einzigen Be triebsgrösse, nämlich vom Strom des Polrad kreises der zu entregenden Maschine abhän gig zu machen. Aber auch hierbei wird nicht die kürzestmögliche Entregungszeit erreicht, denn das Einschalten des Ersatzwiderstandes wird dabei vielmehr erst beim zweiten Rich tungswechsel des Polradstromes vorgenommen, also zu einem Zeitpunkt, in dem die 'Span nung der zu entregenden Maschine bereits wiedergekehrt. ist.
Auch der Nulldurchgang des Polradstromes kann allein nicht als Kri terium für das Einschalten des Ersatzwider standes benutzt, werden, da. der NTTulldurch- gang des Polradstromes und der Nulldurch- gang der Leerlaufankerspannung zeitlich nicht identisch sind.
Durch die Erfindung wird die Beendi gung des Entregungsvorganges durch Ein schalten des Ersatzwiderstandes dem jeweils vorliegenden Betriebszustand der Maschine angepasst und in jedem Falle die kürzestmög- liche Entregiingszeit mit einfachen Mitteln erreicht. Es ist, dabei gleichgültig, ob der beim Einleiten der Entregung vorhanden gewesene Betriebszustand der Maschine einem Leerlauf, irgendeiner Belastung oder einer Störung, zum Beispiel einem Teil- oder vollkommen mehrphasigen Klemmenkurzsehluss, entspro chen hat.
Die Erfindung besteht darin, dass das Ein schalten des Ersatzwiderstandes selbsttätig und angepasst an den jeweils zuletzt vorhan den gewesenen Betriebszustand durch 'Schalt mittel erfolgt, die in gleichzeitiger Auslöse abhä.ngigkeit von zwei elektrischen Grössen stehen, von denen mindestens eine an den Elementen des Polradstromkreises entnommen ist, und die so gewählt sind,
da.ss die sieh durch die Auslöseabhängigkeit ergebende Aus lösefunktion für die Schaltmittel zumindest im Auslösebereich einen ähnlichen eindeutigen Verlauf hat wie die durch das Einschalten des SehwingUnngswiderstandes erzeugte, das Verschwinden der Betriebskenngrössen (Span nung, Strom) der zu entregenden elektrischen Maschine kennzeichnende Funktion.
Es wäre an sich zwar denkbar, allein den Ankerstrom der zu entregenden llasehine oder auch deren Erregerfluss als Kriterium für den Zeitpunkt der Einschaltung des Er satzwiderstandes zu verwenden. Die hierzu er forderlichen Mittel und Massnahmen wären jedoch z11 umfangreich und umständlich.
Die Erfindung sei a.11 Hand einiger in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt: Fig.1 das Prinzip der bekannten Schwin g iinngsentregungsschaltung, Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel der Erfin dung, Fig.3 eine Darstellung der Strom- und Spannungsverhältnisse als Erläuterung zu Fig. 2, Fig. 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Fig. 5 eine graphische Darstellung als Er- läuterung z11 Fig. 4, Fig.6 ein anderes Ausführungsbeispiel, Fig.7 ein den Bleiehen Zweck wie Fig. 6, jedoch mit andern Mitteln erreichendes Schal tungsbeispiel.
In Fig. 1 ist die Ankerw ieklung einer zii entregenden Synehronmaseh.ine mit. 1 und deren Polrad, das die Erregerwicklung trägt, mit ?, bezeichnet. Die Svnehronmasehine 1, wird durch eine E1,Te,ermaschine 3, 5 eizelt, deren Anker 3- über einen normalerweise durch einen Kontakt k1, kurzgesehlossenen rein Ohm sehen.
Widerstand, den sogenannten 'Schwin- gungswiderstand 4 im Polra:dstroinkreis der Synchronmaschine liegt. Die Erregerwicklung der Erregermaschine ist mit 5 bezeichnet und erregt diese über den Regelwiderstand 6 i111, Nebenschluss. Die Stromrichtungen in den Er regerkreisen der beiden Maschinen für den Normalzustand -sind durch die dünnen Pfeile dargestellt.
Zur Schnellentregung wird ein nicht dargestelltes Schütz mit den Kontakten k1, und k. ausgelöst. Es bewirkt zunächst ein Einschalten des Schwing < Zngsv-iderstandes 4 durch Öffnen des Kontaktes k1 und ein Kurz schliessen des Regelwiderstandes 6 durch Schliessen des Kontaktes k@. Statt dessen wird entweder sofort.
oder nach einer gewissen Zeit die Einschaltung eines Ersatzwiderstandes 7 durch Öffnen des Kontaktes k' bewirkt. Die dünn gezeichneten Pfeile deuten die Strom richtungen vor der Entregung an. Die dick gezeichneten Pfeile -eben die Stromrich tungen unmittelbar nach dem Einschalten des Seh-,vingungswiderstandes 4 an; die gestri- ehelten Pfeile zeigen die Stromrichtungen, nachdem der Strom in dem Schwingungs widerstand 4 zum erstenmal zu Null geworden ist und seine Richtung gewechselt hat. Dies gilt gleichermassen auch für die weiteren Fig.2, 4, 6 und 7.
In Fig. \? bezeichnen die mit. den gleichen Bezugszeichen versehenen Elemente die glei chen Gegenstände wie in Fig. 1. Es ist der Zu stand dargestellt, nachdem der Schwingungs widerstand 4 bereits eingeschaltet, der Ersatz widerstand 7 jedoch noch überbrückt ist.
Die Einschaltung erfolgt durch Öffnen des Kon- taktes cr, der zu einem Sehaltinittel, dein Re lais A, gehört. Das Relais<B>_A</B> und damit der Kontakt, a. stehen in gleichzeitiger Auslöse- abhänMig'keit von der Differenzwirkung zweier S <B>0</B> pannungen,
von denen die eine der Polrad- spannung und .die andere dem Polradstrom proportional ist. Die Auslösewicklung A1 liegt über einem Schaltkontakt 1;.3 unmittelbar an den Klemmen der Erregerwicklung der Syn- elironmasehine 1, 2.
Die zweite Wicklung < 12 liegt parallel zum Sellwinglingswiderstand -1-, dessen Spannungsabfall proportional dem Strom im Polradstromkreis ist.
Der Kontakt f3 wird zweckmässig bei Einleiten der Sehnell- entregung selbsttätig mitgeschlossen. Die bei den R'ieklungen @li und A2 des Relais A sind so eingeschaltet, dass sieh, eine Differenzwir- 1tllTlg' ergibt.
In Pig.31 ist in Abhängigkeit von der Zeit t der Verlauf verschiedener Spannungen im Erreger- bzw. Ankerkreis der 'Synchron maschine 1, 2 (Fig.2,) dargestellt. Die Aus lösung der SSSehnellentreglmg habe im Zeit punkt t" stattgefunden, in dem der Sehwin- #-qiTig."ividerstand 4 durch Öffnen von k1 ein- geselialtetwurde. Es sei ferner angenommen,
dass zuvor ein Betriebszustand der Synchron- masehine vorhanden gewesen ist, der einem. Leerlauf entsp'rieht. Die Kurve 1,1 zeigt den Verlauf der Ankerspannung der Synchron maschine 1, 2. Die Kurve 12 stellt.
(mit umge kehrtem Vorzeichen) die Spannung U, an der Erregerwicklung des Polrades 2 sowie an der Erregerspule Eil, das ist die Spannung zwischen den Punkten I und II in Fig. 2', und die Kurve 13 die am Sehwinglingswiderstand 4 sowie an der E1-1 egerspule E12 auftretende Spannung Tr", das ist die Spannung zwischen den Punkten 1I und III in Fig. 2; dar.
Beim Einselialten des Schwingungswiderstandes 4 im Zeitpunkt t" entlädt sich die in der Erre- gungswieklung des Polrades 2 gespeicherte Energie über den Schwingungswiderstand 4. Der auftretende Spannungsabfall erzeugt. über den noch kurzgeschlossenen Kontakt n einen dein Erregerstrom in der Erregernvieklung 5 der Erregermaschine 3 entgegengerichteten Strom.
Das Feld der Erregerwicklung 5 wird dadurch zum Verschwinden gebracht, und nachdem die Remanenz überwunden ist, kehrt der Strom im Ankerkreis der Erregermaschine seine Richtung um. Dies ist im Zeitpunkt t1 der Fall, von dem ab die bis dahin ständig abnehmende Spannung TT, an dem Sehwili- gungswiderstand 4 (Kurve 13) negativ wird.
Die mit umgekehrtem Vorzeichen gezeichnete Kurve 12 der Polradspannung TT, nimmt bis zum Zeitpunkt t1 zunächst zu, fällt dann jedoch ebenfalls ab. Die Kurve 14 stellt die Differenz der Polradspannung TT, und der Spannung TT, am Schwingungswiderstand 4 dar. Da die Kurve 12 mit entgegengesetzten Vorzeichen dargestellt ist, ergibt sich in Fig. 3 die Kurve 14 durch Addition der Kurven 12 und 13.
Sie stellt die Auslösefunktion für das Einschalten des Ersatzwiderstandes 7 dar, das etwa im Zeitpunkt t2 bei einem bestimmten Mindestwert der Kurve 14 durch Öffnen des Kontaktes a bewirkt wird. Die gestrichelte Kurve 11, die den Verlauf der Ankerspan- nung der Synchronmaschine 1, 2 zeigt, hat vor allem im Auslöseber eich einen ähnlich ein deutigen Verlauf wie die als Auslöseflmktion für das Einschalten des Ersatzwiderstandes verwendete Kurve 14. Letztere stellt also ge wissermassen eine Nachbildung der Anker spannung dar.
Im Falle des Auslösens einer Schnellent- regLing in einem Erregungszustand der Syn chronmaschine 1, 2, der einem bestimmten Lastzustand entspricht, ändern sich die grund sätzlichen Verhältnisse der Darstellung nach Fig.3 nicht.
Je nach der Höhe der vorhan den gewesenen Last und der dieser entspre chenden, in der Erregerwicklung des Polrades 2 gespeicherten Energie (Fig. 2) liegt der das Ansprechen des Relais El bewirkende Weit der Differenzfunktion (Kurve 14) mehr oder we niger weit links von dem Zeitpunkt t2, der sich bei Entregung aus dem Leerlaufbetriebs- zustand ergibt, das heisst der Einsatzwiderstand wird entsprechend früher eingeschaltet.
Bei Schnellentregung aus einem Betriebs zustand, der einem innern Kurzschluss oder einem Klemmenkurzschluss der 'Synchron- maschine entspricht, ergeben sieh analoge Ver- hä.ltnisse, jedoch liegt der Zeitpunkt t@ für das Einschalten des Ersatzwiderstandes 7 noch weiter links von der Zeitlinie tg, also noch früher.
Im Kurzschlussfall ist zwar die bei Entregung aus andern Betriebszuständen langsamer verschwindende Ankerspannung der Synchronmaschine 1, 2 von vornherein nicht mehr vorhanden. Dies ist für das An sprechen des Relais A jedoch ohne Belang, da die Spannung der St-nchronmaschine für den Vorgang selbst nicht massgebend ist.
Es er geben sieh somit. je nach der Art des vorhan den gewesenen Erreg ingszustandes der Syn- ehronmasehine angepasste kürzeste 'Schnellent- reg zngszeiten.
Bei der Einrichtung nach Fig. 4, die eine der Fig.2 ähnliche Schaltung mit zum Teil gleichen 'Schaltelementen und Bezugszeichen darstellt, wird ein selbsttätiges Umschalten der 5 der Erregermaschine 3 während des Entregluigsvorganges so vorge nommen, da.ss die Wicklung stets an den Punk ten des Polrades mit, der höchsten Spannung liegt.
Als selbsttätiges Umschaltmittel ist par allel zu dem Schwingungswiderstand 4 ein riehtimgsempfindliehes Relais 33 vorgesehen, das einen Umschaltkontakt b parallel zu einem Widerstand 7' aufweist. Die Kontakte h.1 bis k?, sowie die Stromrichtungspfeile entsprechen denen der Fig. 1. Ausserdem wird bei der Be- tätigunig der Kontakte 1,;1 bis k3 ein weiterer Kontakt k4 geöffnet.
Das Relais B kann bei spielsweise ein normales, richtungsunempfind liches Relais sein, das durch ein vorgeschal tetes Ventil 15 richtungsempfindlich gemacht ist.
Die Wirkungsweise der Schaltung nach Fig.4 sei an Hand von Fig.5 näher erläu tert. Die Kurve<B>1</B>6 gibt die Spannung LT., am Anker der Erregermaschine 3 wieder, das ist die Spannung zwischen den Punkten I und III in Fig. 4.
Im Zeitpunkt t1, in dem die Spannung U, am Sehwing-Lingswiderstand 4 infolge des sich umkehrenden Polradstromes durch Null geht (vgl. hierzu Fig.3), über schreitet die anfänglich geringe Ankerspan nung ZT, der Erregermaschine (Kurve 16) die zwischen den Punkten<B>1</B> und II auftretende Polradspannung ITe (Iiui--e 12 mit Ue). Das Relais R spricht deshalb kurz nach t,, an, so dass der Kontakt b aus der gezeichneten Ruhe stellung,
in der er den Widerstand 7' kurz schliesst, auf Arbeit umgeschaltet wird. Hier durch wird einerseits der Widerstand 7' par allel zum Schwingungswiderstand 4 gelegt und anderseits die Erregerwieklung 5 über den noch geschlossenen. Kontakt a. unmittelbar an den Anker 3 der Erregermaschine ange schlossen. Die Polradspannung I-, verläuft dann etwa nach der gestrichelten Kurve 12' und die Ankerspannung I'@ der Erreger maschine 3, 5 etwa naeli der Kurve 16'.
Nach Umkehr der Stromrichtung im Haupterreger kreis " bis 4, das heisst nachdem die Erreger maschine auf Grund ihrer höheren Spannung die Gegen-EMK des Polrades 2 überwunden hat, wird also durch das Relais 13 eine ver stärkte Gegenspannung erzeugt, so dass die Remanenz des Polrades 2 noch schneller als im vorhergehenden Ausführungsbeispiel nach Fig.2 vernichtet und die Synchronmaschine 1, 2 noch rascher entregt wird.
Die Spannung am Anker 1 der Synchronmaschine verläuft dadurch nicht mehr nach der Kurve 11, son dern etwa nach der Kurve 11'. Das Relais < 1 spricht wieder entsprechend Fig. 2. und 3 an, wenn die Differenz zwischen der Spannung L', am Schwingungswiderstand 4, das ist die Spannung zwischen den Punkten II und III in Fig. 4 und der Spannung Ue am Polrad 2 (zwischen den Punkten I und II) den einge stellten Mindestwert erreicht hat.
Es ist. auch möglich, die gleichzeitige Aus löseabhängigkeit des den Ersatzwiderstand 7 ('Fug. 1) einschaltenden Schaltmittels durch eine andere als in den Beispielen nach Fig. 2 -und 4 gewählte Auslösefunktion zu bewirken. So kann gegebenenfalls durch Summen\vir- kung zweier Spannungen, von denen die eine der AnkerspannungderErregermaschine3 und die andere dem Polradstrom proportional ist, ebenfalls eine Funktion erzielt werden,
die mindestens im Auslösebereich einen ähnlich eindeutigen Verlauf hat wie die oben erwähnte Funktion, die das Verschwinden der Anker spannung und/oder des Ankerstromes der Synchronmaschine im Entregmngsfall kenn zeichnet.. Von den beiden zusammenwir kenden. Spannungen kann dabei die eine unmittelbare, an den Klemmen des An kers a' der Erregermaschine und die an dere wie in den vorhergehenden Beispielen am Schwingungswiderstand 4 entnommen werden.
Bei der Einrichtung nach Fig. 6 werden die die Ataslösefunktion für das Einschalten des Ersatzwiderstandes bildendenGrössen eben. falls durch das Zusammenwirken zweier Span nungen gebildet. Im Gegensatz zu Fig. 2 wird jedoch die Spannung des Ankers 1 der Syn ehronmaschine 1, 2 als eine der für das Ein schalten des Ersatzwiderstandes 7 massgeb- lielie Grösse verwendet. Die andere Grösse ist wieder die an dem Schwingungswiderstand 4 entstehende Spannung bzw. der :Strom. im Pol radkreis.
Ausser dem Relais B mit dem Kon takt. b und einem Relais D mit den Kontak ten d, und d2 ist noch ein weiteres Relais C mit den Kontakten cl und c2 vorgesehen, das über einen Wandler 20 und einen beim Ein leiten des EntregLUigsvorganges zu schliessen den Kontakt 1c5 die Abhängigkeit der Ein- selialtung des Ersatzwiderstandes von der An kerspannung der Synchronmaschine herstellt. Den Relais D und Bist je ein Ventil 21 bzw.
'? 2 in verschiedener Durchlassrichtung vorge- sehaltet, so dass je nach der Richtung der Spannung am Schwingungswiderstand 4 stets nur eines der Relais ansprechen kann. Es können jedoch auch polarisierte Relais ange ordnet werden.
Die Wirkungsweise der Einrichtung nach I'ig. 6 ist für den Fall, dass im Augenblick der Entregung ein einem Leerlauf oder einem Belastungsfall entsprechender Erregungszu stand der Synchronmaschine 1, 2 vorgelegen hat, wie folgt: Nachdem die Kontakte lel und ki geöffnet und die Kontakte<I>7c2</I> und 1c5 ge- selilossen haben, sprechen sofort die Relais h und C an. Das Relais D erhält zunächst noch keinen. Strom, da das Ventil 22 sperrt. Die Kontakte b, cl und c2 schliessen.
Sobald der Strom im Polradkreis und damit die Span nung am Schwingungswiderstand 4 auf Null die Richtung wechseln, fällt Relais B wieder ab, und der Kontakt b öffnet wieder. An schliessend spricht das Relais D an, öffnet sei nen Ruhekontakt d1 und schliesst den Kon takt d2.
Dieser Vorgang erfolgt verhältnis mässig rasch, so dass das Abfallen des Kon taktes b fast mit ,dem Ansprechen des Relais D zusammenfällt. Beim Schliessen des Kon taktes d2 wird die, Erregerwicklung 5 unmit telbar über die geschlossenen Kontakte e2 und k2 an den Anker 3 der Erregermaschine an geschlossen und damit der Entregungsvorgang beschleunigt. DieserZeitpunkt entspricht etwa dem Zeitpunkt ti in Fig. 5.
Unterschreitet die Spannung der Synchronmaschine einen be stimmten Mindestwert, so fällt Relais C ab und öffnet die Kontakte ci und c2 wieder. Dies bewirkt ein Einschalten des Ersatzwider standes 7 für den Regelwiderstand 6 und damit eine Beendigung des Entregungsvor- ganges. Beim Öffnen des Kontaktes di war auch der Widerstand 7' eingeschaltet worden. Da dieser hochohrig ist, blieb es aber ohne Wirkung.
Wird die Entregung im Störungsfalle aus einem Kurzschluss heraus eingeleitet, so kann infolge fehlender Ankerspannung der Syn chronmaschine das Relais C nicht ansprechen. Das Relais B spricht jedoch an, wodurch der Kontakt b geschlossen wird.
Nach Umkehr der Stromrichtung im Polradstromkreis der Syn chronmaschine und Umkehr der (Spannung am Schwingungswiderstand 4 öffnet der Kontakt b wieder. Wenn. dann das Re lais D anspricht und den Kontakt cl, öffnet und d2 schliesst, so wird gleichzeitig mit der Umschaltung der Erregerwicklung 5 auf den Anker 3 der Erregermaschine der Ersatz widerstand 7 eingeschaltet.
Das selbsttätige Umschalten der Erreger wicklung der Erregermaschine über den Er- Satzwiderstand unmittelbar vom Polrad der Synchronmaschine auf den Anker der Erre germaschine kann anstatt durch eine Relais anordnung, wie in den Fig.4 und 6 darge stellt, auch relais- und kontaktlos durch eine besonders geschaltete Ventilanordnung erfol- gen. Hierzu zeigt Fig.7 ein Beispiel, bei dem die Schaltung nach Fig. 2 zugrunde gelegt ist.
Parallel zum Schwingungswiderstand 4 liegen zwei einander entgegengerichtete Ventile 31 und 32, deren Verbindungspunkt über den durch das Relais A einschaltbaren Ersatz- ividerqtand 7 zur Erregerwicklung 5 der Erre germaschine 3 führt. Vor dem Einleiten des Entregungsv organges hat der .'Strom im Pol radkreis die durch dünne Pfeile angedeutete Richtung.
Nach Einschalten des Schwingungs widerstandes 4 durch öffnen der Kontaktre k11, k12 fliesst der Strom dann, wie durch dicke Pfeile angedeutet., über das Ventil 31 und polt die Erregung 5 der Erregermaschine um. Sobald dann nach Umpolung der Erre germaschine deren 'Spannung die Spannung am Polrad 2 überwunden hat, fliesst der Strom in Richtung der gestrichelt gezeichneten Pfeile über das Ventil 32 und den Schwingungs widerstand 4.
Auf diese Weise wird ähnlich wie im vorhergehenden Beispiel die Erreger maschine durch die höhere Spannung erregt und dadurch der Entregungsvorgang be schleunigt. Das Relais A schaltet anschliessend den Ersatzwiderstand 7 beim Erreichen des schon an Hand der Fig. 2 beschriebenen Zu standes durch öffnen des Kontaktes a ein.
Die Erfindung ist nicht auf die an Hand der Figuren beschriebenen Beispiele be schränkt; insbesondere nicht auf eine An wendung bei Synchronmaschinen. Die Erfin dung kann beispielsweisse auch zur Sehnellent- regung von Gleichstromgeneratoren oder Syn chronmotoren dienen, die über eine Er r eger- maschine betrieben werden.