DE1144396B

DE1144396B - Damper winding protection for synchronous machines

Info

Publication number: DE1144396B
Application number: DEW29375A
Authority: DE
Inventors: Dean Macgregor
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1960-03-11
Filing date: 1961-02-01
Publication date: 1963-02-28

Description

Dämpferwicklungsschutz bei Synchromnaschinen Die Erfindung betrifft ein Steuersystern für einen ruhenden Dämpferwicklungsschutz bei Synchronmaschinen.Damper winding protection in synchronous machines The invention relates to a control system for a dormant damper winding protection in synchronous machines.

Die herkömmlichen Dämpferwicklungsschutzanordnungen enthalten frequenzabhängige Relais, die von einem Transformator gespeist werden, der seinerseits von der Feldwicklung abhängig ist. Ein solches Relais hat bewegliche, häufig korrodierende Teile und ist anfällig gegen Vibrationen, Stöße und Verschmutzung. Ferner müssen die Teile eines solchen Relais mit geringen Toleranzen gefertigt und sorgfältig justiert sein, wenn das Relais möglichst einwandfrei arbeiten soll. Daher sind solche Relais ungünstig für die Fertigung, Lagerhaltung und im Betrieb.The conventional damper winding protection arrangements contain frequency-dependent ones Relays fed by a transformer, which in turn is fed by the field winding is dependent. Such a relay has moving, often corrosive parts and is susceptible to vibrations, shocks and dirt. Furthermore, the parts must such a relay must be manufactured with low tolerances and carefully adjusted, if the relay should work as flawlessly as possible. Therefore, such relays are unfavorable for production, storage and operation.

Entsprechendes gilt auch für Dämpferwicklungsschutzeinrichtungen, die mit stromabhängigen Relais in Verbindung mit Zeitrelais bzw. mit stromabhängig verzögerten Relais arbeiten.The same applies to damper winding protection devices, those with current-dependent relays in connection with time relays or with current-dependent delayed relays work.

Die Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung einer Anordnung der genannten Art mit ruhenden Teilen, die bei einfachstem Aufbau wartungslos, klein, von geringem Gewicht und leicht auswechselbar sind. Die Lösung besteht nach der Erfindung darin, daß der in Sättigung betriebene Transformator eine nichtlineare Widerstandsanordnung speist, die entsprechend dem Schlupfverhalten ihren Widerstandswert in Ab- hängigkeit von der Ausgangsgröße des Transformators ändert, und daß Schaltmittel für die Stillsetzung der Maschine in Ausschaltabhängigkeit von dem Erreichen eines bestimmten Widerstandswertes der Widerstandsanordnung gebracht sind.The object of the invention is therefore to create an arrangement of the type mentioned with stationary parts which, with the simplest construction, are maintenance-free, small, light in weight and easily exchangeable. The solution according to the invention is that the operated in saturation transformer feeds a non-linear resistance device which changes according to the slip behavior its resistance value in dependence on the output of the transformer, and in that switching means for stopping the machine in Ausschaltabhängigkeit of reaching a certain resistance value of the resistor arrangement are brought.

Einige Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung sind nachfolgend näher erläutert.Some embodiments of the subject matter of the invention are given below explained in more detail.

In Fig. 1 ist der Synchronmotor mit 2, seine Dämpferwicklung mit 3 und seine Feldwicklung mit 4 bezeichnet. Er ist durch einen Leitungsschalter 10 an ein Drehstromnetz 6 anschaltbar. Seine Feldwicklung 4 wird über die Leitung 8 mit Gleichstrom gespeist. Der Leitungssehalter 10 hat eine an zwei Netzphasen gelegte Betätigungsspule 12, Hauptkontakte 14 in den einzelnen Phasen des Netzes sowie einen Haltekontakt 16 im Spulenstromkreis. Er schließt seine Kontakte im erregten Zustand der Spule 12, d. h. wenn der »Start«-Taster 18 gedrückt ist. Der »Start«-Taster 18 liegt in Reihe mit einem normalerweise geschlossenen »Stopp«-Taster 20 und in Reihe mit einem normalerweise geschlossenen Kontakt 22 eines Dämpferwicklungssehutzrelais mit der Betätigungswicklung 24 im Steuerkreis der Spule 12. Dieser Steuerkreis ist an zwei Phasen des Netzes 6 angeschlossen.In FIG. 1 , the synchronous motor is denoted by 2, its damper winding by 3 and its field winding by 4. It can be connected to a three-phase network 6 by a line switch 10. Its field winding 4 is fed with direct current via line 8. The line switch 10 has an actuating coil 12 connected to two mains phases, main contacts 14 in the individual phases of the mains and a holding contact 16 in the coil circuit. It closes its contacts in the energized state of the coil 12, i. H. when the »Start« button 18 is pressed. The “start” button 18 is in series with a normally closed “stop” button 20 and in series with a normally closed contact 22 of a damper winding protective relay with the actuating winding 24 in the control circuit of the coil 12. This control circuit is connected to two phases of the network 6 connected.

Beim Anlassen, d. h. Drücken des »Start«-Tasters 18, beschleunigt der Motor bis zur synchronen Drehzahl. Nach Erreichen der synchronen Drehzahl wird der Feldwicklungsschalter 26 durch nicht dargestellte Mittel betätigL Er schließt dann seine normalerweise offenen Kontakte 28 und 30 und öffnet seinen normalerweise geschlossenen Kontakt 32. Während des Hochlaufens des Motors auf synchrone Drehzahl hält der geschlossene Kontakt 32 den Feldentladewiderstand 34 parallel zur Feldwicklung 4 geschaltet. Vom Startbeginn bis zum Erreichen der Synchrondrehzahl ist daher der Dämpferwicklungsschutz wirksam. Es wird nämlich die während des Anlaufvorganges in der Feldwicklung 4 induzierte Wechselspannung an einem zur Feldwicklung 4 in Reihe liegenden verstellbaren Entladewiderstand 34 abgegriffen und der Primärwicklung 36 eines Sättigungswandlers 38 über einen Reihenwiderstand 40 zugefülut. Die induzierte Wechselspannung in der Feldwicklung 4 hat eine dem Schlupf des Motors entsprechende Frequenz. Die Größe der in der Feldwicklung 4 induzierten Spannung bleibt während eines überwiegenden Teiles der Anlaufzeitdauer im wesentlichen konstant. Da der Transformator 38 mit abnehmender Frequenz einen zunehmenden Erregerstrom abgibt, nimmt die Spannung an der Wicklung 36 wegen des Widerstandes 40 entsprechend der Frequenz ab. Damit nimmt auch die Spannung an der Sekundärwicklung 42 entsprechend ab. An die Sekundärwicklung 42 ist ein Lastkreis 44 angeschlossen, der einen veränderbaren Widerstand 46 in Reihe mit einem temperaturabhängigen Widerstand 48 mit positivem Teniperaturkoeff!-zienten enthält. Die Sekundärspannung im Lastkreis 44 teilt sich entsprechend den Widerstandswerten der Widerstände 46 und 48 auf.When starting, d. H. Pressing the »Start« button 18 accelerates the motor up to the synchronous speed. After reaching the synchronous speed of the field coil switch 26 by means not shown betätigL He then closes its normally open contacts 28 and 30 and opens its normally closed contact 32. During startup of the engine to synchronous speed, the closed contact 32 keeps the Feldentladewiderstand 34 parallel to the Field winding 4 switched. The damper winding protection is therefore effective from the start until the synchronous speed is reached. This is because the alternating voltage induced in the field winding 4 during the start-up process is tapped at an adjustable discharge resistor 34 in series with the field winding 4 and supplied to the primary winding 36 of a saturation converter 38 via a series resistor 40. The induced alternating voltage in the field winding 4 has a frequency corresponding to the slip of the motor. The magnitude of the voltage induced in the field winding 4 remains essentially constant during a major part of the start-up period. Since the transformer 38 emits an increasing excitation current with a decreasing frequency, the voltage on the winding 36 decreases due to the resistor 40 in accordance with the frequency. The voltage on the secondary winding 42 thus also decreases accordingly. A load circuit 44 is connected to the secondary winding 42 and contains a variable resistor 46 in series with a temperature-dependent resistor 48 with a positive temperature coefficient. The secondary voltage in load circuit 44 is divided according to the resistance values of resistors 46 and 48.

Der Widerstand 48 ist ein nichtlinearer Widerstand, der seinen Widerstandswert bei überschreiten einer bestimmten Temperatur auffällig ändert. Der Strom im Lastkreis 44 ist durch die Summe der Widerstände 46 und 48 bestimmt. Der Widerstand 48 wird wie die Dämpferwicklung nur bei Schlupf der Maschine stromdurchflossen. Er integriert somit auch die einzelnen augenblicklichen Erwärmungen der Dämpferwicklung und bildet demnach die gesamte Temperatur der Dämpferwicklung nach. Sobald der Widerstand 48 eine bestimmte Temperatur erreicht, die durch die Summierung der einzelnen Erwärmungen bestimmt ist, ändert er seinen Widerstand so merklich, daß eine entsprechende Anzeige ermöglicht wird. Die Anzeige besteht z. B. in der Abgabe eines Ausschaltsignals, das den Synchronmotor entregt, bevor eine thermische Cberlastung oder gar Beschädigung der Dämpferwicklung eintritt.Resistor 48 is a non-linear resistor that determines its resistance value changes noticeably when a certain temperature is exceeded. The current in the load circuit 44 is determined by the sum of resistors 46 and 48. Resistance 48 becomes like the damper winding, current only flows through it when the machine slips. He integrates thus also the individual instantaneous heating of the damper winding and forms accordingly the total temperature of the damper winding. As soon as the resistance is 48 A certain temperature is reached, which is achieved by adding up the individual warming is determined, it changes its resistance so noticeably that a corresponding display is made possible. The display consists e.g. B. in the delivery of a switch-off signal, that de-energizes the synchronous motor before thermal overload or even damage the damper winding occurs.

Das temperaturabhängige Widerstandsverhalten des Widerstandes 48 ist in Fig. 3 gezeigt. Der Widerstandswert steigt nach der Kurve F bei überschreiten des Temperaturwertes TS plötzlich steil an. Dadurch wird die Spannung am Widerstand 48 entsprechend plötzlich so zunehmen, daß sie die Auslösespule 24 des Dämpferwicklungsschutzrelais ausreichend erregen kann, wodurch das Relais mit seinem Kontakt 22 den Leitungsschalter 10 zum Abfallen bringt, der dann den Motor abschaltet. Die Auslösespule 24 ist zu diesem Zweck über einen vorgeschalteten Strombegrenzungswiderstand 52 an den Widerstand 48 angeschlossen. Der Strom durch den Widerstand 48 ist groß bei kleinen Motordrehzahlen und nimmt mit abnehmendem schlupf, d. h. bei steigender Motordrehzahl, ab. Die Spannung an der Spule 24 hat die Form A 1, solange die Spannung am Widerstand 48 verhältnismäßig klein ist. Dies trifft so lange zu, wie die Temperatur im Widerstand 48 unterhalb der Ansprechgröße TS ist. Sobald sich der Widerstand 48 genügend erwärmt hat und seine kritische Schalttemperatur TS erreicht, nimmt sein Widerstand plötzlich stark zu. Damit steigt auch der Spannungsabfall an ihm nach der Kurve A 2 an; er reicht dann zur Betätigung der Spule 24 aus.The temperature dependent resistance characteristic of the resistance 48 is shown in Fig. 3. The resistance value suddenly rises steeply according to curve F when the temperature value TS is exceeded. As a result, the voltage across the resistor 48 will increase suddenly so that it can sufficiently excite the trip coil 24 of the damper winding protection relay, whereby the relay with its contact 22 brings the line switch 10 to drop out, which then switches off the motor. For this purpose, the trip coil 24 is connected to the resistor 48 via an upstream current limiting resistor 52. The current through resistor 48 is large at low engine speeds and increases with decreasing slip, i.e. H. with increasing engine speed. The voltage across coil 24 is of the form A 1 as long as the voltage across resistor 48 is relatively small. This is true as long as the temperature in resistor 48 is below the response variable TS. As soon as the resistor 48 has heated up sufficiently and reaches its critical switching temperature TS, its resistance suddenly increases sharply. This also increases the voltage drop across it according to curve A 2; it is then sufficient to actuate the coil 24.

Der den Widerstand 48 durchfließende Strom kann durch Veränderung des Widerstandes 46 eingestellt werden. Dessen Widerstandswert wird zweckmäßig so eingestellt, daß die Zeitverzögerung der Speisefrequenz am Eingang des Transformators 38 etwas kleiner als die projektierte sichere Abbremszeit des Läufers ist. Er kann auch die Primärwicklung 36 in Reihe mit dem Entladewiderstand 34 an die Feldwicklung geschaltet werden, wobei jedoch die Wicklung 36 den vollen induzierten Feldstrom bekommt.The current flowing through resistor 48 can be adjusted by changing resistor 46. Its resistance value is expediently set so that the time delay of the supply frequency at the input of the transformer 38 is somewhat smaller than the projected safe braking time of the rotor. The primary winding 36 can also be connected to the field winding in series with the discharge resistor 34, but the winding 36 receives the full induced field current.

Die Fig. 2 zeigt eine abgeänderte Einrichtung nach der Erfindung. Gleiche Teile haben die gleichen Bezugszeichen wie Fig. 1. Bei der Einrichtung nach Fig. 2 wird ün Gegensatz zur Einrichtung nach Fig. 1 ein temperaturempfindlicher Widerstand 80 mit negativem Temperaturkoeffizienten benutzt. Der Sättigungstransformator 38, der Stellwiderstand 46 und der Widerstand 40 haben die gleiche Aufgabe wie i vorbeschrieben. Der Widerstandswert des Widerstandes 80 nimmt mit zunehmender Erwärmung gemäß Kurve G in Fig. 4 ab. Somit ist also die Spannung am kalten Widerstand 80 höher als am warmen Widerstand. Sie wird gleichgerichtet an den Klemmen des Gleichrichters 60 abgenommen. Die positive Ausgangsklemme des Gleichrichters 60 ist bei 62 geerdet, während die negative Klemme über eine Zenerdiode 64 mit einem Schalttransistor 100 vom Typ n-p-n verbunden ist, und zwar über einen Strombegrenzungswiderstand 108 mit der Basis 102 und über einen Kondensator 124 mit dem bei 62 geerdeten Emitter 104.Fig. 2 shows a modified device according to the invention. The same parts have the same reference numerals as FIG. 1. In the device according to FIG. 2, in contrast to the device according to FIG. 1, a temperature-sensitive resistor 80 with a negative temperature coefficient is used. The saturation transformer 38, the variable resistor 46 and the resistor 40 have the same function as i described above. The resistance value of the resistor 80 decreases with increasing heating according to curve G in FIG. 4. Thus, the voltage across the cold resistor 80 is higher than that across the warm resistor. It is rectified and removed from the terminals of the rectifier 60. The positive output terminal of the rectifier 60 is grounded at 62 , while the negative terminal is connected via a zener diode 64 to a switching transistor 100 of the npn type, namely via a current limiting resistor 108 to the base 102 and via a capacitor 124 to the emitter grounded at 62 104.

Die Basis 102 ist ferner an einen positiven Pol einer Hilfsspannung über einen Widerstand 110 angeschlossen. Außerdem wird der Basis von der Klemme 112 über einen Widerstand 114 ein negatives Spannungssignal zugeführt, wenn der Feldschalter 26 geschlossen ist während der Synchronisierungsphase, was eine falsche Betätigung der Dämpferwicklungsschutzeinrichtung nach erfolgter Synchronisierung verhindert. Der Basis 102 wird weiterhin ein negatives Eingangssignal von der Klemme 116 über einen Widerstand 118 zugeführt, so lange, bis der Leitungsschalter 10 geschlossen ist. Auf diese Weise wird die Dämpferwicklungsschutzeinrichtung keine fehlerhafte Ausgangsgröße abgeben können oder einen Start der Maschine durch öffnen des Kontaktes 22 unterbinden können. Die beiden Signale beschränken die Tätigkeit der Dämpferwicklungsschutzeinrichtung auf das Intervall, in dem der Motor beschleunigt wird. Der Kollektor 106 des Transistors 100 ist über einen Widerstand 120 an ein negatives Potential angeschlossen und außerdem mit einer Ausgangsklemme 122 verbunden, die über die Spule 24 für den Dämpferwicklungsschutzkontakt 22 an Erde 62 gelegt ist. Während der Startperiode, bei der der Widerstand 80 niedere Temperatur hat, wird die Spannung B an dem Widerstand hoch sein, und ihre gleichgerichtete Spannung C an den Ausgangsklemmen des Gleichrichters 60 über der Durchbruchsspannung der Zenerdiode 64 liegen. Es ffießt also Strom über die Basis 102 und macht den Transistor 100 leitend, so daß die Ausgangsklemme 122 auf Erdpotential bleibt. Der Kondensator 124 dient als Filter, um das negative gepolte Signal C bei ausreichender Verringerung an einer Sperrung des Transistors 100 zu hindern. Wenn sich der Widerstand 80 ausreichend erwärmt hat, fällt seine Spannung unter die Durchbrachsspannung der Zenerdiode. Das positive Potential am Widerstand 110 sperrt dann den Transistor, so daß an der Klemme 122 ein Ausgangssignal erscheint. Dieses Signal dient zur Erregung des Relais 24 und damit zur Abschaltung des Motors 2 in der vorbeschriebenen Weise.The base 102 is also connected to a positive pole of an auxiliary voltage via a resistor 110 . In addition, a negative voltage signal is fed to the base from the terminal 112 via a resistor 114 when the field switch 26 is closed during the synchronization phase, which prevents incorrect actuation of the damper winding protection device after synchronization has taken place. The base 102 continues to receive a negative input signal from the terminal 116 via a resistor 118 until the line switch 10 is closed. In this way, the damper winding protection device will not be able to output an incorrect output variable or will be able to prevent the machine from starting by opening the contact 22. The two signals limit the action of the damper winding protection device to the interval in which the motor is accelerated. The collector 106 of the transistor 100 is connected to a negative potential via a resistor 120 and is also connected to an output terminal 122 which is connected to earth 62 via the coil 24 for the damper winding protection contact 22. During the starting period when the resistor 80 is at low temperature, the voltage B across the resistor will be high and its rectified voltage C at the output terminals of the rectifier 60 will be above the breakdown voltage of the zener diode 64. Current therefore flows through base 102 and makes transistor 100 conductive, so that output terminal 122 remains at ground potential. The capacitor 124 serves as a filter in order to prevent the negative polarized signal C from blocking the transistor 100 when it is sufficiently reduced. When resistor 80 has warmed up sufficiently, its voltage will drop below the breakdown voltage of the zener diode. The positive potential at resistor 110 then blocks the transistor, so that an output signal appears at terminal 122. This signal is used to energize the relay 24 and thus to switch off the motor 2 in the manner described above.

Aus Fig. 5 ist als charakteristisches Merkmal der Erfindung eine zunehmende Auslösezeit bei abnehmender Schlupfdifferenz entnehmbar. Diese Charakteristik erlaubt eine längere Anlaufzeit für einen bestimmten Synchronmotor, als der zulässigen sicheren Abbremszeit des Läufers entspricht.As a characteristic feature of the invention, FIG. 5 shows an increasing release time with a decreasing slip difference. This characteristic allows a longer start-up time for a specific synchronous motor than corresponds to the permissible safe braking time of the rotor.

Die Erfindung betrifft eine Dämpferwicklungsschutzeinrichtung, die sehr einfach und sehr wenig platzbeanspruchend ist. Die Erfindung nutzt dabei die Frequenzempfindlichkeitscharakteristik eines üblicherweise vorhandenen Sättigungsstromtransformators aus. Die ganze Einrichtung ist leicht, auf engstem Raum zusammenfaßbar und robust. An Stelle von n-p-n-Transistoren können selbstverständlich ebenso gut p-n-p-Transistoren bei entsprechender Vertauschung der Polaritäten und an Stelle der Relaiskontakte vorteilhaft kontaktlose Mittel bekannter Art verwendet werden.The invention relates to a damper winding protection device which is very simple and takes up very little space. The invention uses the Frequency sensitivity characteristic of a commonly available saturation current transformer the end. The whole facility is light, can be summarized in a small space and is robust. Instead of n-p-n transistors, p-n-p transistors can of course just as well be used if the polarities are reversed accordingly and instead of the relay contacts advantageous contactless means of known type are used.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Damper winding protection for synchronous machines with a transformer which is fed by the alternating voltage (slip voltage) induced in the field winding during slip and which influences a relay arrangement for switching off the machine in the event of impermissible slip, characterized in that the transformer operated in saturation is a non-linear one Resistance arrangement feeds, which changes its resistance value in accordance with the slip behavior depending on the output variable of the transformer, and that switching means for stopping the machine are brought into Aussehalt dependent on the achievement of a certain resistance value of the resistance arrangement.

2. Protection according to claim 1, characterized in that the switching means are actuated depending on the voltage at current-dependent impedances which are influenced by the secondary current of the transformer. 3. Protection according to claim 1 or 2, characterized in that the resistor arrangement is chosen so that its change in resistance gives a measure of the heating of the damper winding during slip and triggers a shutdown of the machine when a certain resistance value is exceeded or not reached. 4. Protection according to claim 3, characterized in that the resistor arrangement contains a temperature-dependent resistor with a positive temperature coefficient, the resistance value of which rises disproportionately when a certain temperature is reached, which corresponds to the limit temperature of the damper winding, and reaches a value that the occurring at it Voltage leads to the triggering of the shutdown of the machine. 5. Protection according to claim 3, characterized in that the resistor arrangement contains a temperature-dependent resistor with a negative temperature coefficient, the voltage of which is brought into control dependency by inserting a semiconductor diode with a certain breakdown voltage, for example Zener diode, a controllable semiconductor switch in the trip circuit of the switching means for the machine, such that the semiconductor switch triggers the switching means only when the voltage at the temperature-dependent resistor is below the breakdown voltage. 6. Protection according to claim 5, characterized in that the voltage of the resistor is rectified and one pole of the rectifier is grounded, the other is connected via the Zener diode on the one hand via a base resistor to the base and on the other hand via a capacitor to the earthed emitter of a transistor that the base receives signals to keep the semiconductor switch in the current-permeable state as a function of the switching state of the line and field switches during the start-up period. 7. Protection according spoke 5 and 6, characterized in that the semiconductor switching element is a transistor which is connected in parallel to the coil of a switching means located in the excitation circuit of the line switch. 8. Protection according to one of the preceding claims, characterized in that the temperature-dependent resistor is preceded by a particular adjustable resistor in the secondary circuit of the transformer. 9. Protection according to claim 1, characterized in that the primary winding of the transformer is optionally connected via a series resistor to a variable resistor fed by the excitation winding. 10. Protection according to claim 9, characterized in that the variable resistor harbors parallel to the excitation winding and to the series connection of the primary winding of the transformer and the series resistor. Documents considered: German Auslegeschrift No. 1053 637.