Einrichtung zur Schnellentregung von elektrischen Maschinen Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Schn.ellentregung von elektrischen Ma schinen, insbesondere zur Schnellentregung von beispielsweise über Gleichrichter fremd erregten Maschinen. Zum Unterschied von eigenerregten Maschinen, die über einen me chanisch gekuppelten Erregersatz erregt wer den, sind im folgenden unter fremderregten Maschinen solche zu verstehen, bei denen nur eine elektrische Verbindung zwischen der Er regermaschine und der zu erregenden Ma schine vorhanden ist.
Beispielsweise handelt es sich um fremderregte Maschinen, wenn diese von einem besonderen Umformersatz oder von einer Gleichrichteranordnung oder auch von einem besonderen Gleichstromgene rator erregt werden, der beispielsweise gleich zeitig mehrere Maschinen erregt.
Die Schnellent.regung von elektrischen Ma schinen mit Eigenerregung, also durch einen gekuppelten Erregersatz oder eine einzelne Erregermaschine, erfolgt allgemein nach dem von Rüdenberg angegebenen Schwingungsent- r egungsprinzip, wobei durch verschiedene Schaltmittel erreicht wird, dass die Schwin gungsdauer, insbesondere die Dauer bis zum ersten Nulldurchgang der Wechselspannung, verkürzt wird.
Bei der Schwingungsentregung wird der durch den Abbau des Feldes im In duktor induzierte Strom zur Umpolung der selbsterregten Erregermaschine benutzt, so dass mit der Zeitkonstanten eine Gegenspan nung zustande kommt, die im Laufe des Vor ganges einen höheren Wert annimmt als die zu diesem Zeitpunkt durch Feldabbau auf rechterhaltene Spannung im Indiditor. Als Folge davon ändert der Strom nach einer ge wissen Zeit, gegeben durch die Zeitkonstanten der Maschine, seine Richtung und stellt da durch den restlosen Abbau des Remanenzflus- ses im Induktor sicher, das heisst die Wechsel spannung geht durch den Nullpunkt.
Bei fremderregten Maschinen, die beispiels weise über Gleichrichtergefässe mit Gitter steuerung aus dem Netz erregt werden, ist eine Schwingungsentregimg im vorerwähnten Sinne nicht ohne weiteres möglich, weil die Gegenerregung, welche zur restlosen Vernich tung des magnetischen Flusses im Luftspalt erforderlich ist, voraussetzt, däss zunächst das im Induktor vorhandene magnetische Feld ab gebaut wird. An sich ist aber ohne weiteres erkennbar, dass wegen der Trägheitslosigkeit,
mit der gittergesteuerte Gleichrichtergefässe arbeiten, eine Umpoliing des Induktors rascher vor sich gehen kann, als wenn eine Umpolung einer Erregermaschine vorgenommen werden müss.
Durch die Erfindung wird es mit ein fachen Mitteln möglich, eine Schnellentre- gung fremderregter Maschinen vorzunehmen. Die Erfindung besteht darin, dass zur -Er- zwingiing einer bestimmten Stromänderung im Induktor vom Beginn des Entregungsvorgan- ges bis zum Abbau der magnetischen Energie des Indiditors an diesem eine bestimmte Ge genspannung liegt. Durch Schaltmittel wird die Entladung des Induktors über einen ge sonderten Parallelpfad nach Massgabe der an gelegten Gegenspannung möglich.
Der Par allelpfad ist während des normalen Betriebs zustandes der Maschine wirkungslos; er kann mindestens einen nichtlinearen Widerstand enthalten, z. B. einen Gleichrichter, der mit einem Ohmschen Widerstand in Reihe ge schaltet ist. Dieser Gleichrichter, vorzugsweise ein Trockengleichrichter, sperrt dann wäh rend des normalen Erregungsvorganges den Parallelpfad und gibt ihn beim Abschalten oder Umpolen der Erregerstromquelle für den aus dem Induktor kommenden Strom frei, so dass sich der Induktor über den Wi derstand entladen kann.
Sofort nach Be endigung dieses Entladungsvorganges kann die zur Vernichtung der Remanenz der Ma schine erforderliche Gegenerregung wirksam werden, so dass der Entregungsvorgang in kürzester Zeit beendet wird. Besonders gün stig ist es für die Beschleunigung des Ent- regungsvorganges, wenn die Gegenspannung schon vorhanden ist, sobald die Induktorent- ladespannung gleich der Gegenspannung wird. Sie erzwingt dann eine bestimmte Induktor stromänderung, da eine weitere Entladung des Induktors nur dann stattfinden kann,
wenn
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gleich der anliegenden Gegenspan nung ist. Je höher daher die Gegenspannung ist, um so steiler erfolgt die Entladung des Induktors. Da die Erregereinheiten fast aus nahmslos mit selbsttätigen Spannungsschnell= reglern ausgerüstet sind, ergibt sich bei ihrer Verwendung als Gegenspannungsquelle auto, matisch der Vorteil, dass mit der Abnahme der Wechselspannung während des Entre gungsvorganges der Regler die Spannung der Erregereinheit erhöht und somit durch diese ansteigende Gegenspannung ein besonders ra scher Abbau des Induktorfeldes erzwungen wird.
Der Parallelpfad kann auch ein oder meh rere steuerbare Entladungsgefässe enthalten, die während des normalen Erregungszustan des der Maschine gesperrt sind. und beim Ent- regungsvorgang auf Wechselrichterbetrieb inngesteuert werden, so, dass sie die Energie des Induktors in das Netz liefern, bis das magnetische Feld im .Induktor abgebaut ist.
Anschliessend kann dann wieder die Gegen erregung auf die Maschine gegeben werden bis zum Abbau der Remanenz. Wird die Ma schine über ein oder mehrere steuerbare Ent ladungsgefässe fremderregt, so kann beim Ein leiten des Entregungsvorganges mindestens eines der Entladungsgefässe auf Wechsel richterbetrieb umgesteuert werden, bis die In- du ktorenergie aufgebraucht ist, und anschlie ssend kann es wieder als Gleichrichter aus gesteuert werden und mit entgegengesetzter Polarität bis zum Abbau der Remanenz auf die Induktorwicklimg geschaltet werden.
Fer ner besteht die Möglichkeit, in den Parallel pfad einen Kondensator zu setzen, der die beim Abschalten der Erregung freiwerdende Induktorenergie ganz oder teilweise über nimmt und dessen Ladung dann zur Gegen erregung wieder benutzt wird. Auch hierbei kann man zu dem Speicherkondensator ein Ventil in Reihe schalten, so dass während des normalen Erregungsvorganges der Parallel pfad wirkungslos bleibt.
Es ist ohne weiteres erkennbar, dass die neuen Mittel zur Schnellentregung gegebenen falls auch bei eigenerregten Maschinen ange wendet werden können, wenn bei diesen im Entladungsfalle die Erregermaschine oder der Erregersatz vom Induktor abgetrennt wird.
Im folgenden wird die Erfindung an Hand der Zeichnung noch näher erklärt, in welcher einige Ausführungsbeispiele schematisch dar gestellt sind.
In Fig.1 ist ebenso wie in den folgenden Ausführungsbeispielen von der zu entregen- den elektrischen Maschine nur die Induktor- w-icklung 1 dargestellt. Mit 2 ist eine Erreger stromquelle bezeichnet, welche ein Generator, ein Umformer oder eine sonstige Gleichstrom- quelle sein kann und im vorliegenden Aus führungsbeispiel ein gittergesteuerter Gefäss gleichrichter ist, der über den Transformator 3 an ein Wechselstromnetz angeschlossen und durch den Gittersteuersatz 4 regelbar ist. Mit dem Umschalter 5 kann die Induktorwicklung 1 umgepolt werden.
Parallel- zur Induktor wicklung 1 liegt die Reihenschaltung eines Widerstandes 6 mit einem Gleichrichter 7, welcher zweckmässig ein TrockQngleichrichter ist.
Im normalen Betrieb der Maschine wird der Induktor 1 von dem gleichgerichteten Strom der Gleichstromquelle 2 in der Pfeil richtung durchflossen. Der Parallelpfad über den Widerstand 6 ist durch den Gleichrichter 7 gesperrt.
Soll nun die Maschine entregt werden, so wird der Induktor 1 mittels des Umschalters 5, der gegebenenfalls auch durch zwei doppel polige Schalter ersetzt sein kann, umgepolt. Hierbei entlädt sich zunächst die durch den Abbau des magnetischen Feldes im Induktor 1 freiwendende Energie über den Widerstand 6 und den Gleichrichter 7 (wie in Fig. 2 durch die eingetragene Pfeilrichtung angedeutet ist). Solange die Spannung an der Induktorwick- lung 1 grösser ist als die an der Gleichstrom quelle 2, ist letztere nicht wirksam.
Sobald dann die Spannung im Induktor auf einen Wert abgesunken ist, welcher der Spannung an der Gleichstromquelle 2 entspricht, fliesst auch ein Strom der Gleichstromquelle über den Parallelpfad 6, 7. Dieser Zustand ist in Fig.3 durch die eingetragenen Pfeile ange deutet. Von diesem Augenblick an wird die Spannung am Parallelpfad 6, 7 durch die Gleichstromquelle 2 bestimmt, wodurch aus den bereits angeführten Gründen eine Be schleunigung des Feldabbaues im Induktor 1 erzwungen wird.
Sobald der Feldabbau be endet ist, setzt gemäss der in Fig. 4 eingezeich neten Pfeilrichtung auch der Stromfluss durch den Induktor 1 in entgegengesetzter Richtung ein, durch den eine rasche Vernichtung der 1Taschinenremanenz erreicht wird, so dass die Maschinenspannung in kürzester Zeit zusam menbricht. In Fig. 5 sind diese Verhältnisse schaubild lich dargestellt, wobei il den Induktorstrom, i2 den Strom der - Spannungsquelle 2 und i3 den Strom durch den Parallelpfad darstellt.
Der Zeitpunkt to entspricht dem Beginn des Entregllngsvorganges. Der Induktorstrom il, welcher dieselbe Richtung hat wie der ur sprüngliche Erregungsstrom (Fig.2), klingt zunächst nach einer e-Funktion ab.
Im Zeit punkt t1 ist die Spannung am Induktor gleich der Spannung an der Gleichstromquelle 2 ge worden (Fig.3). Von diesem Zeitpunkt ab fliesst somit durch den Parallelpfad ein kon stanter Strom i3. Der Induktorstrom, der ohne die anstehende Spannung der Stromquelle 2 etwa nach der gestrichelt gezeichneten Kurve abnehmen würde, sinkt jedoch wegen der re lativ hohen Spannung am Parallelpfad 6, 7 erheblich rascher auf Null ab.
Er erreiclit diesen Wert im Zeitpunkt t2, von dem ab (Fig.4) der Gegenstrom durch den Induktor 1 einsetzt und einen raschen Abbau der in der Maschine noch vorhandenen Remanenz be wirkt.
In Fig. 6 ist ein Ausführungsbeispiel für die zugehörige Schaltungsanordnung veran schaulicht, welche die Durchführung des Ent- regungsvorganges ermöglicht. In dieser sind St und S2 zwei Pressluftschalter mit den Hauptkontakten 1 und 2 und den Hilfskon- takten 3 und 4. Über die Hauptkontakte 1 und 2 des Schalters 8'1 bzw. S2 wird der In duktor 1 in der einen oder andern Richtung an die Gleichstrom-Erregerquelle angeschlos sen.
Der Pressluftantrieb zum Einlegen der Schalter ist mit D1 und D2, und die magne tischen Auslöser zum Öffnen der Schalter sind mit Al und A2 bezeichnet. Alle Kon takte sind in der Ruhelage gezeichnet.
Im normalen Erregungsfalle ist der Press- luftschalter Si eingelegt, seine Kontakte sind demgemäss geschlossen, so dass der Strom der nicht gezeichneten Erregerstromquelle den In duktor 1 in der durch den Pfeil angedeuteten Richtung durchfliesst.
Beim Einleiten des Entregtuigsvorganges wird durch den eintreffenden Entregungs- impuls das Relais Rx erregt, und es schliesst seine Kontakte 1 bis 5. Über den Kontakt 1 wird dadurch ein Schalterstromkreis geschlos sen, der über einen von Hand zu betätigenden Schalter, beispielsweise einen Steuergitter schalter Q, wieder unterbrochen werden kann. Durch Öffnen des Kontaktes 2 des Relais R1 wird der Kurzschluss für das Hilfsrelais R3 aufgehoben, welches als polarisiertes Relais den Strom durch den Indlllitor 1 überwacht.
Dieses Relais R3 spricht an und öffnet seinen Kontakt so lange, bis der Abbau des magneti schen Feldes im Induktor 1 beendet ist. Über den Kontakt 3 des Relais R1 und den ge schlossenen Kontakt 4 des Pressluftschalters S1 wird der magnetische Auslöser Al erregt, so dass die Kontakte 1 bis 4 des Schalters S1 in die gezeichnete Lage umgelegt werden. Da durch wird einerseits der Stromfluss des In- duktors 1 in der Pfeilrichtung unterbrochen.
Anderseits wird über den Kontakt 4 des Re lais Rl, über den Kontakt 1 des Relais R4 das Relais R5 erregt und dadurch über den ge schlossenen Kontakt 3 des Pressluftschalters S1 das Relais Pts erregt. Dieses öffnet das Ventil für den Pressluftantrieb D2 des Pressluftschal- ters S2.
Beim Schliessen dieses Schalters wird über seinen Kontakt 3 das Relais 5 kurz geschlossen, so dass der Pressluftantrieb ab geschaltet wird, und über die Hauptkontakte 1 und 2 wird an die Induktorwicklung 1 die Erregerspannungsquelle mit engegenge- setzter Polarität angeschlossen.
Sobald dann in der vorbeschriebenen Weise die Remanenz der Maschine abgebaut und die Maschinen spannung auf einen kleinen Wert gesunken ist, fällt das über den geschlossenen Kontakt 5 des Relais R1 an die Maschinenspannung an geschlossene und daher erregt gewesene Re lais R2 ab. In diesem Zeitpunkt hat gemäss Fig. 5 der Erregerstrom durch den Induktor entgegengesetzte Richtung wie im normalen Erregungsfalle.
Das Relais R3 ist also eben falls bereits abgefallen, so dass über den Kon takt 3 des Relais R1, den Kontakt 3 des Press- luftschalters S1 und die Kontakte der Relais R2 und R3 ein Erregerstromkreis für das Relais R4 zustande- kommt. Dieses legt seine Kontakte 1, 2 um, löst über seinen Kontakt 2 den magnetischen Auslöser A2 für den Selbst schalter S2 aus und öffnet gleichzeitig den Kontakt 1, so dass das Relais R5 beim Öffnen des Kurzschlusskontaktes 3 des Schalters S2 nicht mehr ansprechen kann.
Der Entregamgs- v organg ist damit beendet.
Beim Ausführungsbeispiel nach Fig.7 ist als Parallelpfad zum Induktor 1 je ein gitter gesteuertes Entladungsgefäss 8 und 9 vorge sehen. Über die Transformatoren 10, 11 liegen beide Entladungsgefässe am Netz. Die Entla- dungsgefässe,liegen in der sogenannten Kreuz schaltung an der Induktorwicklung 1, das heisst die zum Induktor 1 parallel liegenden Entladungsgefässe 8 und 9 haben die entgegen gesetzte Durchlassrichtung. Beim Einleiten des Entregungsvorganges wird dann das Ent ladungsgefäss 8 auf Wechselrichterbetrieb aus gesteuert,
so dass der Strom im Induktor rasch auf Null absinkt. Dann setzt das zweite Entladungsgefäss 9 ein und erregt die Induk- torwicklung 1 in entgegengesetzter Richtung bis zur Vernichtung der Maschinenremanenz bzw. bis zum Zusammenbruch der Maschinen spannung. Durch eine geeignete Schaltauto matik kann der selbsttätige Ablauf dieser Vorgänge ohne weiteres erreicht werden.
In den Fig. 8, 9 und 10 ist gezeigt, wie der rasche Abbau der Feldenergie des Induktors und der Maschinenremanenz durch Anord nung eines Parallelkondensators erreicht wer den kann. 1 ist wieder die Induktorwicklung der zu entregenden Maschine, 2 die Erregüngsspan- nungsquelle und 7 ein Gleichrichter, vorzugs weise ein Trockengleichrichter, im Parallel pfad zur Induktorviekhmg 1, der an Stelle des Widerstandes 6 in den Fig.1 bis 4 einen Kondensator 12 enthält.
Dieser Kondensator 12 ist durch einen Widerstand 13 über brückt, welcher gegebenenfalls durch einen Überspannungsableiter ersetzt werden kann. Der Überspannungsableiter kann aber auch ausser zum Widerstand 13 zum Kondensator 12 parallel liegen. Ferner ist der Gleichrich ter 7 mittels eines Schalters 14 -durch einen Widerstand 15 überbrückbar. Der Schalter 14 ist im normalen Erregungsbetrieb, in dem die Kontakte 16, 16' geschlossen sind, geöffnet.
Beim Einleiten des Entregungsvorganges wird durch Öffnen der Kontakte 16, 16' zu nächst die Fremderregung abgeschaltet und gleichzeitig der Schalter 14 geschlossen. Die ser kann daher gegebenenfalls mit den Be tätigungselementen für die Kontakte 16, 16' mechanisch gekuppelt sein. Die magnetische Energie des Induktors entlädt sich nun in dem Parallelpfad, der den Kondensator 12 als Speicher und den Gleichrichter 7 enthält, welcher im normalen Erregungsbetrieb den Parallelpfad sperrt, so dass der Kondensator in dieser Zeit nicht geladen werden kann. In Fig.9 ist die Stromrichtung während des Ladevorganges des Kondensätors 12 darge stellt.
Nachdem die magnetische Energie des Induktors sich restlos in elektrische Energie bzw. Oh.msche Wärmeverluste in dem Wider stand 13 umgewandelt hat, entlädt sich ent sprechend der Bemessung des Widerstandes 15 der Kondensator 12 teilweise auf die In- duktorwicklüng 1 und polt diese um, so dass die in der Maschine noch vorhandene Rema- nenz in kürzester Zeit vernichtet wird und die Klemmenspannung auf Null absinkt. In Fig.10 ist die Energierichtung durch einen Pfeil eingezeichnet.
Der besondere Vorteil dieser Anordnung liegt in der Vermeidung der Spannungsspitze, die sich in sonstigen Fällen im ersten Augen blick ergibt. Durch die Zuschaltung eines lee ren Kondensators wächst die Spannung in diesem proportional der Ladung, so dass im ersten Augenblick praktisch die Spannung Null am Kondensator liegt. Da dieser Kon densator der Induktivität der Induktorwick- lung 1 angepasst werden muss, kann er bei grossen Maschinen relativ teuer werden. Je kleiner die gespeicherten magnetischen Ener gien im Induktor sind, um so kleiner wird der Parallelkondensator und um so mehr kommen seine Vorteile zur Geltung.