AT121921B - Schutzvorrichtung für elektrische Maschinen bei Windungsschluß. - Google Patents

Description

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  Schutzvorrichtung für elektrische Maschinen bei   Windungsschtuss.   



   Die bisher bekanntgewordenen Vorrichtungen zum Schutz elektrischer Maschinen bei Windungsschluss lösen die Aufgabe dadurch, dass sie die durch den   Windungsschluss   hervorgerufene Spannungsverlagerung im Ankerkreis ausnutzen. 



   Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass im Falle eines Windungssehlusses in den kurzgeschlossenen Windungen ein Strom fliesst, der eine eigenartige Feldverteilung hervorruft, die in keinem andern Betriebszustand auftritt. 



   Diese eigenartige Feldverteilung wird erfindungsgemäss dazu ausgenutzt, Spannungen zu erzeugen, 
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 zum Ansprechen bringen. 



   Bei   Windungssehluss   fliesst   nämlich   in der   kurzgeschlossenen   Windung einer   2p-poligen Maschine   ein Strom : 
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 Maschine Felder von der   Polzahl 21"   wobei k eine ganze Zahl bedeutet. 



   Jede Harmonische des Feldes B lässt sich in zwei gegenläufige Drehfelder von der Form cos   (ka + 2#@t)   zerlegen. Der Läufer einer Synchronmaschine rotiert mit der   Umdrehungszahl # je   Sekunde. Es wird in den Polen eine Spannung von der Frequenz 
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 induziert, wenn   @¯p   = n gesetzt wird. 



   Da k jeden beliebigen ganzzahligen Wert annehmen kann, gilt das gleiche auch für   eu  
Die Komponente bo des Feldes   D,   die örtlich gleichmässig über den Umfang verteilt ist und nur 
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 Pole. Es wird demnach durch dieses Feld in den Polen eine Spannung von Netzfrequenz induziert. Da bei allen andern Belastungsfällen, wie aus der Gleichung für   B'hervorgeht,   eine mit dem Ort unver- änderliche Komponente nicht auftritt, ist das Feld bo und die von ihm hervorgerufene Spannung charakteristisch für den Windungsschluss. 



   Von den höheren   Harmonischen   des Feldes B werden im Gegensatz zu unsymmetrischer Last, 
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   Die in den einzelnen Polen induzierten Spannungen addieren sich geometrisch. Je nach der Schaltung der Pole bzw. der   Hilfswieklung   werden die in den einzelnen Polen induzierten Oberwellen sich verstärken oder schwächen. 



   In Fig. 2 sind die Pole einer achtpoligen Maschine aufgezeichnet und darunter die einzelnen Harmonischen des Feldes B. Man sieht die Felder aller ungradzahligen Oberwellen   (k = 1. 3. 5....)   in beiden Hälften des rmfanges einander entgegengerichtet, die durch sie in der Induktorwieklung hervorgerufenen Spannungen heben sieh daher in beiden   rmfangshälften   gegenseitig auf. addieren sieh jedoch, wenn die Spannungen der Pole beider   Umfangshälften   gegeneinander geschaltet werden. In   diesem Falle heben sieh die durch die geradzahligen Oberwellen des Feldes (k = 2, 4. 6... ) hervorge-   rufenen Spannungen auf. Dies gilt allgemein für Maschinen mit gerader Polpaarzahl. 



   Bei Maschinen mit ungerader Polpaarzahl ist es umgekehrt. Da die Frequenz der in den Polen 
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 ungeradzahligen Oberwellen in der Spannung auf. 



   Als Beispiele für praktisch ausführbare   Schutzeinrichtungen   seien die folgenden Schaltungen angegeben :
Im Ständer einer   2p-poligen Maschine   befindet sich eine   Hilfswieklung,   die ein oder mehrere Polpaare umfasst. Der mit dieser Wicklung verkettete Fluss wird nur bei   Windungsschluss   von Null verschieden sein. Ein mit dieser Wicklung in Reihe geschaltetes Relais oder eine sonstige Anzeigevorrichtung wird daher bei Windungssehluss und nur in diesem Falle ansprechen. 



   Die Verwendung der   Induktorwieklung   oder einer Hilfswieklung auf dem Induktor ist in zweierlei Weise möglich. Man kann die Anordnung so treffen, dass in dem verwendeten Stromkreis auch bei einphasiger Belastung Spannungen induziert werden. Dann ist es notwendig, auf eine der Frequenzen abzustimmen, die nur im Falle des Windungssehlusses erzeugt werden. 



   Eine zweite Gruppe von Einrichtungen benutzt die Wicklungen auf dem Rotor, in welchen nur bei   Windungssehluss   Spannungen erzeugt werden. 



   Legt man z. B. um die Welle des Generators innerhalb des Lagerschildes eine ruhende oder mit- 
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   Ein Ausführungsbeispiel einer Schaltung zeigt Fig. 3. Die   Induktorwieklung 2V. S' ist   in der Mitte bei c angezapft und mit den   Primärwicklungen   der Transformatoren   Tl   und T2 verbunden (bei   ).   deren anderes Ende an die Klemmen der Erregerwicklung a und b gelegt ist. Die   Sekundärwicklungen   beider Transformatoren sind gegeneinander geschaltet und mit ihnen ist die Spule eines Relais Rod. dgl. in Reihe geschaltet. Um ein Fliessen des   Erregergleichstromes Über Tl und T2 zu   verhindern oder zu vermindern, kann man zwischen die Transformatoren und die Erregerwicklung die Kondensatoren   C'i   und C2 bzw. Ohmsche Widerstände einschalten.

   Mit Hilfe der Kondensatoren kann zur Erhöhung der Empfindlichkeit auf Resonanz einer bestimmten Harmonischen abgestimmt werden. Auch kann durch Einschalten eines Kondensators C3 (vgl. Fig. 4) in den   Sekundärkreis   des Transformators dieser Kreis als Resonanzkreis ausgebildet werden. 



   In der Schaltung der Fig. 5 ist der Transformator direkt durch ein Relais Fi ersetzt, welches zwei Spulen besitzt, die gegeneinander geschaltet sind, so dass also ein Strom, der von a nach b   fliesst.   keine magnetische Wirkung ausübt. 



   Um bestimmte Oberwellen zu unterdrücken, wird ein   Sperrkreis   in bekannter   Anordnung   in den 
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 Pole legen. In diesem Falle kann man die Windungszahl und den   Wicklungssinn   der Hilfswicklungen um die verschiedenen Pole so wählen, dass einzelne Wellen besonders stark hervortreten oder sich aufheben. Auch kann die Wicklung um eine oder mehrere Pole gelegt werden. Beispielsweise sei folgende Schaltung angeführt. 



   Die Wicklungen um p nebeneinanderliegende Pole einer 2p-poligen Maschine seien alle im gleichen Sinne gewickelt, die Wicklungen um die andern p-Pole im entgegengesetzten Sinn. Alle   Windungen   besitzen gleiche Windungszahl und sind hintereinander geschaltet. Man kann diese Hilfswieklungen durch eine einzige um   p-Pole geschlungene Wicklung   ersetzen. 



   Jede Hilfswicklung um die Pole kann man auch durch Wicklungen ersetzen, die an zwei   um   die Spulenweite der betreffenden Hilfswicklung entfernten Stellen um die Joche geschlungen werden. Die Wirkungsweisen beider Wicklungsarten verhalten sich etwa wie die Wirkungsweise des   Grammeselten   Ringankers zu jener des Trommelankers. 
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 der Welle verbunden werden, oder, um die Gleichspannung gegen die Welle zu isolieren, über einen Kondensator mit der Welle verbunden werden. Von dem   Hilfsschleifring   bzw. von der Welle wird die Wechselspannung mittels einer Hilfsbürste abgenommen. In Fig. 7 ist dieser Kondensator   04   zwischen den Punkten c und d, im übrigen in der gleichen Schaltung wie in der Fig. 5 angeordnet.

   Selbstverständlich kann auch der Kondensator in alle andern angegebenen Schaltungen eingebaut werden. 



   Werden besondere Hilfswicklungen auf den Polen angebracht, so kann man die Enden dieser Wicklungen mit einer auf der Welle angebrachten konzentrischen Wicklung verbinden, mittels der dann die dem Relais zuzuführende Spannung transformatorisch auf eine feste die Welle   umschliessende   Wicklung übertragen wird. Mit den Enden dieser   Sekundärwicklung   ist dann der äussere Relaisstromkreis verbunden. 



   Bei den meisten Maschinen werden durch geringe Unsymmetrien der Bauart (z. B. Exzentrizität des Polrades) auch bei unbelasteter oder normal belasteter Maschine Weehselspannungen in den Polen induziert, die einen dauernd fliessenden Wechselstrom im äusseren Stromkreis hervorrufen. Durch Einschalten eines Ruhestromrelais kann man diesen Strom dazu benutzen, die Anordnung dauernd zu überwachen. 
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Claims (1)

1. zapft ist und die in beiden Wicklungsteilen induzierten Spannungen gegeneinander geschaltet sind.

   6. Schutzvorrichtung nach Anspruch 1 und 5. dadurch gekennzeichnet, dass die Induktorwicklung angezapft und zwischen den Klemmen der Erregerwicklung und der Anzapfleitung je ein Transformator geschaltet ist, dessen Sekundärseiten gegeneinander geschaltet und mit einem Relais od. dgl. verbunden sind.

   7. Schutzvorrichtung nach Anspruch 6. dadurch gekennzeichnet, dass zum Schutze gegen den Gleichstrom der Erregerwicklung Kondensatoren zwischen den Transformatoren bzw. den Relaisspulen und den Klemmen der Erregerwicklung geschaltet sind. EMI3.3 seite der Transformatoren mittels eines Kondensators zu einem Resonanzkreis ausgebildet ist.

   9. Schutzvorrichtung nach Anspruch 5. dadurch gekennzeichnet, dass die Induktorwicklung angezapft und mit den zwei Spulen eines Relais verbunden ist, wobei die Spulen so bemessen und gegeneinander geschaltet und mit der Erregerwicklung so verbunden sind, dass ein von der einen zur ändern Erregerklemme fliessender Strom keine Wirkung auf das Relais ausübt.

   10. Schutzvorrichtung nach Anspruch 6, 7. 8 oder 9. dadurch gekennzeichnet, dass zum Schutze gegen eine bestimmte Frequenz ein oder mehrere Sperrkreise für die betreffende Frequenz in den Stromkreis der Schaltungen gemäss Anspruch 6. 7 oder 8 eingebaut sind.

   11. Schutzvorrichtung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, dass Hilfswieklungen um die Pole gelegt sind, deren Windungszahl und Wicklungssinn derart gewählt ist und derart miteinander verbunden sind, dass die Spannungen bestimmter Frequenzen sieh gegenseitig aufheben oder verstärken.

   12. Schutzvorrichtung nach Anspruch l und 11, dadurch gekennzeichnet, dass um sämtliche Pole Hilfswicklungen von gleicher Windungszahl gelegt und in Reihe geschaltet sind, wobei p nebeneinander- EMI3.4 <Desc/Clms Page number 4> EMI4.1

   14. Schutzvorrichtung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, dass um das Joch der Pole Hilfswieklungen geschlungen sind, die so geschaltet und so miteinander verbunden sind, dass die Span- EMI4.2 die Spannung mittels einer Hilfsbürste abgenommen wird.

   16. Schutzvorrichtung naeh den Ansprüchen 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass bei Maschinen mit rotierendem Polrad die Induktorwicklung angezapft und leitend mit der Welle verbunden ist. von welcher die Spannung mittels einer Hilfsbürste abgenommen wird.

   17. Schutzvorrichtung nach den Ansprüchen 5 bis 10. dadurch gekennzeichnet, dass bei Maschinen mit rotierendem Polrad die Induktorwicldung angezapft und über einen Kondensator mit der Welle verbunden ist, von welcher die Spannung mittels einer Hilfsbürste abgenommen wird.

   18. Schutzvorrichtung nach den Ansprüchen 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Enden der Hilfswieklungen mit einer auf der Welle angebrachten Wicklung verbunden sind, mittels der die dem Relais zuzuführende Spannung auf eine ruhende, die Welle umschliessende Wicklung transforma- torisch übertragen wird, die mit dem Relaisstromkreis verbunden ist.

   19. Schutzvorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die infolge unsymmetrischer Bauweise der Maschine hervorgerufenen unsymmetrischen Ankerfelder dazu benutzt werden, einen Ruhestrom zu erzeugen, der durch ein entsprechendes Ruhestromrelais eine Überwachung der Schaltung ermöglicht. EMI4.3