CH670925A5 - - Google Patents

Description

BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft eine Bremsschaltanordnung für einen Generator mit bürstenlosem Erregersystem nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Eine derartige Bremsschaltanordnung dient zum Anhalten eines Generators, indem dieser einer elektrischen Bremswirkung ausgesetzt wird.

Bei dem Generator mit bürstenlosem Erregersystem, bei dem der Feldstrom der Verringerung der Rotationsgeschwindigkeit folgend abfällt, verringert sich die innere induzierte Spannung quadratisch mit der Drehzahl, wobei sich der Kurzschlussstrom verkleinert. Deshalb ist eine elektrische Bremsschaltung bisher aus Gründen der Effektivität nicht angewendet worden.

Eine elektrische Bremsvorrichtung schliesst die Generatorschaltung kurz, womit ein Kurzschlussstrom von ca. der Höhe des Nennstromes fliesst. Dadurch wird im Generator eine Bremsleistung von I2R erzeugt. Ein sich langsam drehender Generator in einem Wasserkraftwerk o.dgl. besitzt aufgrund seiner sich drehenden Teile eine grössere Rotationsenergie, so dass die mechanische Bremse, bei der Bremsbacken verwendet werden, eine grosse Verlustwärme erzeugt. Dies führt zu Wartungsproblemen der mechanischen Bremse, da die Bremsbacken stark verschleissen. Ausserdem hat diese Bremse nur eine geringe Bremswirkung. Daher ist man dazu übergegangen, im Normalfall eine elektrische Bremse und nur beim Abbremsen im Falle eines Nothalts die mechanische Bremse zu verwenden.

In Fig. 1 ist eine bekannte elektrische Bremsvorrichtung für einen herkömmlichen Generator mit Thyristor-Erregersystem dargestellt. Der dargestellte Generator 1 weist eine Feldwicklung 1A auf. Zum Ausschalten der elektrischen Bremse ist ein Unterbrecherschalter 2 vorgesehen. Mit 3 ist ein Schaltungsunterbrecher für den Generator 1, mit 4 ein Haupttransformator, mit 5 ein Messtransformator und mit 6 ein Erregertransformator bezeichnet. Ein automatischer Spannungsregler 7 (ASR), eine Zündschaltung 8 (GIG: Gate-Impuls-Generator) und eine Thyristor-Brückenschaltung 9 sind ebenso vorgesehen. Darüber hinaus ist ein Feldschaltungsunterbrecher 10, ein Dämpfungswiderstand 11 (Feldentladewiderstand), ein Schalter IIA, der geschlossen ist, wenn der Feldschaltungsunterbrecher 10 auf (ausgeschaltet) ist, ein Schalter 12 für die Anfangserregung und die elektrische Bremswirkung und eine Diodenbrückenschaltung 13 für die Anfangserregung und die elektrische Bremswirkung vorgesehen.

Auf einen Anhaltebefehl hin werden der Schaltungsunterbrecher 3 für den Generator 1 und den Feldschaltungsunterbrecher 10 ausgeschaltet sowie der Schalter IIA eingeschaltet, um den Feldstrom in der Feldwickung 1A des Generators 1 abzuer-regen, so dass der Unterbrecher 2 für die elektrische Bremsvorrichtung geschlossen ist, wenn nur eine Restspannung als Generatorspannung ansteht. Dann ist der Schalter 12 für die elektrische Bremsvorrichtung eingeschaltet, damit die Feldwicklung 1A des Generators 1 durch einen über die Diodenbrückenschaltung 13 durch die Feldwicklung 1A fliessenden Kurzschlussstrom mit ungefähr der Grösse des Nennstromes des Generators erregt wird. Dadurch wird der Generator 1 der elektrischen Bremswirkung ausgesetzt.

Der während des elektrischen Bremsvorganges fliessende Strom I ist durch die folgende Gleichung gegeben:

SV . V

I - , o =. —7" ,

y/R2 + (Sxd)2

wobei S der Schlupf, V die Generatorspannung, R der Ankerwiderstand und xd die synchrone Reaktanz ist.

Das herkömmliche Thyristor-Erregersystem speist die Erregerquelle auch dann, wenn sich die Rotationsgeschwindigkeit des Generators verringert, wodurch der durch die obige Gleichung ausgedrückte Strom fortwährend fliesst. Folglich bleibt die elektrische Bremswirkung bis zum Anhalten des Generators wirksam, weshalb bis jetzt derartige Systeme verwendet wurden.

In Fig. 2 ist eine elektrische Bremsschaltung für einen herkömmlichen Generator mit bürstenlosem Erregersystem dargestellt. Mit 1A ist eine Erregerwicklung für den Generator 1 bezeichnet. Die Schaltung beinhaltet darüber hinaus einen Schaltungsunterbrecher 3 für den Generator, einen Haupttransformator 4, einen Potentialtransformator 5, einen Erregertransformator 6, einen automatischen Spannungsregler 7 (ASR), eine Zündschaltung (GIG) 8, eine Thyristor-Brückenschaltung 9, einen Feldschaltungsunterbrecher 10, einen direkt mit dem Generator 1 verbundenen bürstenlosen AC-Erreger 14 (AC-Gene-rator), einen Drehstromgleichrichter 15, einen Anfangserregerschalter 16, eine Rückwärtsstrom-Sperrdiode 17, einen einstellbaren Widerstand 18 und eine Batterie 19.

Dieser Generator mit bürstenlosem Erregersystem benötigt keine Schleifringe oder Bürsten und hat somit den Vorteil der vereinfachten Wartung, weshalb er weitverbreitet ist. Da jedoch der bürstenlose AC-Erreger 14 direkt mit dem Generator 1 verbunden ist, verringert sich mit abnehmender Rotationsgeschwindigkeit des Generators 1 die Erregerkapazität des Erregers 14, was dazu führt, dass keine elektrische Bremswirkung erzeugt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Bremsschaltanordnung zu schaffen, welche auch bei einem Generator mit bürstenlosem Erregersystem eine elektrische Bremswirkung bewerkstelligt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruches 1 gelöst.

Die erfindungsgemässe Bremsschaltanordnung ist derart ausgebildet, dass eine Gleichrichterschaltung, die einen Feldstrom auf den bürstenlosen Erreger des Generators gibt, stets an den Erreger eine Erregerspannung anlegt, wenn der Generator läuft. Hierdurch ist es möglich, die elektrische Bremsschaltung auch für den bürstenlosen Erregerstromgenerator anzuwenden.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im abhängigen Anspruch 2 beschrieben.

Nachfolgend wird anhand der Figuren ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.

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Es zeigen:

Fig. 1 das Diagramm einer bekannten elektrischen Bremsschaltung für einen herkömmlichen Generator mit Thyristor-Erregersystem;

Fig. 2 das Diagramm einer bekannten elektrischen Bremsschaltung für einen herkömmlichen Generator mit einem bürstenlosen Erregerstromgenerator;

Fig. 3 das Diagramm der erfindungsgemässen elektrischen Bremsvorrichtung für einen Generator mit einem bürstenlosen Erregerstromsystem; und

Fig. 4 zur Verdeutlichung der Wirkungsweise der elektrischen Bremsvorrichtung nach Fig. 3 eine graphische Darstellung der Anhaltecharakteristik des Generators.

Das in Fig. 3 dargestellte Schaltungsdiagramm besteht aus einem Generator 1 mit seiner Feldwicklung 1A, einem Unterbrecherschalter 2 für die elektrische Bremse, einem Generatorschaltungsunterbrecher 3, einem Haupttransformator 4, einem Messtransformator 5, einem Erregertransformator 6, einem automatischen Spannungsregler 7 (ASR), einer Zündschaltung 8 (GIG: Gate-Impuls-Generator), einer Gleichrichterschaltung 9 mit einer Thyristorbrücke, einem Feldschaltungsunterbrecher 10, einem bürstenlosen AC-Erreger 14 (AC-Generator ACG), der direkt mit dem Generator 1 gekoppelt ist, einem Drehstromgleichrichter 15, einer Umschaltschaltung 20 zum Umschalten des Generators 1 von seinem normalen Betriebszustand auf den Auffangserregungs- oder elektrischen Bremszustand, einer Zündwinkel-Steuerschaltung 21 für die Anfangserregung oder die elektrische Bremsung und einer Detektionsschaltung 22 zur Erfassung der Tourenzahl des Generators 1.

Die in Fig. 3 dargestellte elektrische Bremsvorrichtung unterscheidet sich von der herkömmlichen nach Fig. 1 darin, dass der Schalter 2 für die elektrische Bremse so vorgesehen ist, dass der Erregertransformator 6 zwischen dem Generatorschaltungsunterbrecher 3 und dem Haupttransformator 4 angeschlossen ist. Dadurch wird im normalen Zustand Spannung vom Spannungsnetz aus durch den Haupttransformator 4 und den Erregertransformator 6 an die Gleichrichterschaltung 9, die eine Thyristorbrücke aufweist, angelegt. Ein zweiter Unterschied besteht darin, dass die Anfangserregerschaltung weggelassen worden ist und für die Anfangserregung die normale Erregerschaltung verwendet wird. Im Unterschied zu der Schaltung nach Fig. 1 dient bei der Schaltung nach Fig. 3 die Erregerschaltung der Anfangserregung oder der elektrischen Bremsung, so dass dann über die Umschaltschaltung 20 und die Zündwinkel-Steu-erschaltung 21 der Zündwinkelsteuerung dient.

Nachfolgend wird die Arbeitsweise der Vorrichtung erläutert. Wenn der Generator 1 mit einer (nicht dargestellten) Energiequelle verbunden ist und auf seine Nenndrehzahl gebracht wird, wird der Feldschaltungsunterbrecher 10 geschlossen. Die Gleichrichterschaltung 9 mit der Thyristorbrücke wird derart gesteuert, dass die Generatorspannung aufgrund der Zündwinkel-Steuerschaltung 21, der Umschaltschaltung 20 und der Zündschaltung 8 einen für die Anfangserregung geeigneten Zündwinkel aufweist, wodurch sich eine Spannung aufbaut. Wenn anschliessend die Spannung, die Phase und die Frequenz mit den entsprechenden Grössen des Spannungsnetzes übereinstimmen, wird der Generatorschaltungsunterbrecher 3 geschlossen. Daran anschliessend wird die Umschaltschaltung 20 auf den ASR 7 umgeschaltet, womit mit der Energieerzeugung begonnen wird.

Nachfolgend wir die elektrische Bremswirkung erläutert. Durch den Anhaltebefehl werden der Generatorschaltungsunterbrecher 3 und der Feldschaltungsunterbrecher 10 ausgeschaltet, und wenn die Klemmenspannung des Generators 1 auf die

Restspannung gefallen ist, wird der Unterbrecherschalter 2 für die elektrische Bremse eingeschaltet. Die Umschaltschaltung 20 wird von dem ASR 7 auf die Zündwinkel-Steuerschaltung 21 umgeschaltet, wodurch die Zündwinkel-Steuerschaltung 21 mit der Zündschaltung 8 verbunden ist, die auf einen für die elektrische Bremsung geeigneten Zündwinkel eingestellt ist. Der Feldschaltungsunterbrecher 10 ist eingeschaltet (geschlossen), und in dem Generator 1 fliesst durch den Unterbrecherschalter 2 für die elektrische Bremse ein Kurzschlussstrom, wodurch die elektrische Bremswirkung ausgeübt wird. Hierbei wird der Gleichrichterschaltung 9 Erregerenergie stets von dem Spannungsnetz über den Haupttransformator 4 und den Erregertransformator 6 zugeführt, auch wenn die Generatoranschlussklemmen kurzgeschlossen sind oder die Umdrehungsgeschwindigkeit abfällt. Dadurch kann stets Energie für die Erregung aufgebracht werden, wodurch die elektrische Bremswirkung erzielt wird. Bei einem derartigen Schaltungsaufbau verringert sich die durch den bürstenlosen Erreger 14 erzeugte Energie, wenn die Umdrehungsgeschwindigkeit abfällt, wodurch sich die elektrische Bremswirkung verringert. Daher weist die Vorrichtung nach Fig. 3 die Detektionsschaltung 22 zur Erfassung der Tourenzahl des Generators 1 auf, so dass der Verringerung der Generatorumdrehungsgeschwindigkeit folgend die Zündwinkel-Steuerschaltung 21 gesteuert wird. Die Steuerung erfolgt dabei derart, dass der Feldstrom If umgekehrt proportional zur Tourenzahl des Generators 1 ist, d.h. bei abfallender Tourenzahl des Generators 1 ansteigt, womit die elektrische Bremswirkung gefördert wird.

Die Wirkungsweise der elektrischen Bremsvorrichtung gemäss Fig. 3 auf die Anhaltecharakteristik des Generators ist in Fig. 4 dargestellt. Dabei ist in Fig. 4 auf der Ordinate die Umdrehungszahl (P.U.-Wert) und auf der Abszisse die vom Anhaltebefehl ab verstrichene Zeit in Sekunden aufgetragen. Die Kurve A stellt die natürliche Geschwindigkeitsabfallcharakteristik dar. Kurve B repräsentiert die Charakteristik, wenn der Generator 1 von dem Zeitpunkt ab, zu dem seine Umdrehungsgeschwindigkeit 20% derjenigen beim Auslösen des Anhaltebefehls erreicht hat, einer herkömmlichen mechanischen Bremswirkung ausgesetzt wird. Kurve C stellt die Anhaltecharakeri-stik bei einem Generator dar, der von dem Zeitpunkt ab, zu dem seine Umdrehungsgeschwindigkeit 50% derjenigen beim Auslösen des Anhaltebefehles erreicht hat, einer mit der erfindungsgemässen elektrischen Bremsvorrichtung erzeugten elektrischen Bremswirkung ausgesetzt wird, wobei der Erregerstrom konstantgehalten wird. Schliesslich stellt die Kurve D die Anhaltecharakteristik eines Generators dar, der von dem Zeitpunkt ab, zu dem seine Umdrehungsgeschwindigkeit 50% von derjenigen beim Auslösen des Anhaltebefehls erreicht hat, einer durch die erfindungsgemässe Bremsvorrichtung erzeugten elektrischen Bremswirkung ausgesetzt wird, wobei der Erregerstrom If dreimal so stark ansteigt, wie die Umdrehungsgeschwindigkeit des Generators abfällt. Die Wirkungsweise der elektrischen Bremsvorrichtung wird durch die in Fig. 4 dargestellten Kurven bestätigt.

Als Alternative zu dem beschriebenen Ausführungsbeispiel kann die Gleichrichterschaltung 9 auch mit einer unabhängigen Energiequelle o.dgl. verbunden sein, die eine permanente Energieversorgung garantiert, wodurch der gleiche Effekt wie bei dem obigen Ausführungsbeispiel erzielt wird.

Wie oben beschrieben, kann die elektrische Bremsvorrichtung auch wirkungsvoll für bürstenlose Erregerstromgeneratoren angewandt werden, die bisher mit einer derartigen Bremsvorrichtung wegen deren Ineffektivität nicht versehen worden sind.

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3 Blätter Zeichnungen

Claims (2)

670 925 2 PATENTANSPRÜCHE

1. Bremsschaltanordnung für einen Generator (1) mit einem Erregerstromsystem mit einem bürstenlosen Erregerstromgenerator (14), eine Thyristor-Gleichrichterschaltung (9) für den Feldstrom (If) durch die Feldwicklung (1A) des Erregerstromgenerators, einer Erregerspannungsquelle (6) zum Speisen der Thyristor-Gleichrichterschaltung und einer Zündschaltung (8), die über einen Spannungsregler (7) mit dem Ausgang des . Generators (1) verbunden ist, gekennzeichnet durch einen Kurzschlussschalter (2) zum Kurzschliessen des Ausgangs des Generators (1) und eine Umschaltschaltung (20) zum wahlweisen Verbinden der Zündschaltung (8) mit dem Spannungsregler (7) oder mit einer Zündwinkel-Steuerschaltung (21).

2. Schaltanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zündwinkel-Steuerschaltung (21) mit einer Sensorschaltung (22) zum Erfassen der Drehzahl des Generators (1) verbunden ist, die die Zündwinkel-Steuerschaltung derart steuert, dass der von der Thyristor-Gleichrichterschaltung (9) gelieferte Feldstrom (If) für den Erregerstromgenerator (14) umgekehrt proportional zur Drehzahl des Generators (1) ist.