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Einrichtung zur Überwachung umlaufender Gleichrichterelemente bei
elektrischen Synchronmaschinen Es sind elektrische Synchronmaschinen bekannt, bei
denen zur Vermeidung von Schleifringen Gleichrichterelemente mit dem Läuferkörper
umlaufen.
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Durch diese wird der auf gleicher Welle erzeugte Wechselstrom gleichgerichtet,
wonach dieser zur Erregung der Synchronmaschine in die Läuferwicklung derselben
eingespeist wird. Die Gleichrichterelemente sind dabei sowohl elektrisch als auch
mechanisch belastet, und es ist insbesondere im Dauerbetrieb der Synchronmaschine
möglich, daß einzelne Gleichrichterelemente dabei ausfallen. Damit ist dann die
Erregung der Synchronmaschine geschwächt, und zusätzlich besteht dabei die Gefahr
der Überlastung der anderen Gleichrichterelemente, so daß auch diese einer erhöhten
Gefährdung ausgesetzt sind. Andererseits kann aber eine Synchronmaschine mit einem
defekten Element oder mit einer begrenzten Anzahl defekter Gleichrichterelemente
in verschiedenen Gruppen durchaus noch in gewissem Umfang betriebsfähig bleiben,
bis ein geeigneter Zeitpunkt zur Auswechselung der Gleichrichterelemente gegeben
ist.
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Das bedingt jedoch eine genaue Überwachung, wieviel und welche Elemente
nicht mehr zuverlässig arbeiten. Da sich aber diese Gleichrichterelemente auf dem
umlaufenden Läuferkörper der Synchronmaschine befinden, ist diese Überwachung und
Meldung schwierig.
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Es ist zwar bekannt, bei stationären Stromrichteranlagen die einzelnen
Stromkreise und die Gruppen von Stromrichtern mittels Glinnulampen zu überwachen.
Im Falle eines Defektes melden die dann aufleuchtenden Lampen die Störung, wobei
sowohl die gestörte Phase angezeigt als auch die Reihenfolge weiterer Störungen
sichtbar gemacht wird. Derartige Anordnungen nutzen die unterschiedlichen Spannungsabfälle
an den Gleichrichterelementen, an den Sicherungen oder an Anzeigewiderständen in
gestörten und ungestörten Zweigen aus, wobei bei Überschreiten der Zündspannung
der Glimmlampe diese zündet und die Störung und gegebenenfalls die Lage der Störung
meldet. Es ist allerdings eine derartige Anordnung im rein stationären Betrieb der
Gleichrichter als wesentlich einfacher anzusehen, da zwischen der in keiner Weise
räumlich begrenzten Anzeigetafel und den zu schützenden Bauteilen beliebige Verbindungen
in Form von Leitungen vorgesehen werden können. Die Anzeigetafel ist einfach zu
übersehen, ohne daß es einer besonderen Auswertung be darf. Bei umlaufenden Gleichrichterelementen
sind die Anzeigemittel räumlich und gewichtsmäßig begrenzt, und es sind keine Leitungsverbindungen
nach außen möglich. Infolge der Rotation muß eine be
sondere Auswerteinrichtung vorgesehen
werden, da sonst zwar bestenfalls auf einem Umfangskreis ein Lichtsignal wahrgenommen
werden kann, aber eine Unterscheidung und Auswertung von mehreren Signalen eines
Umfangskreises nicht möglich ist.
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Für die Überwachung umlaufender Gleichrichterelemente ist es aber
schon bekannt, durch das jeweils defekte Element eine Anzeige zu geben, die von
einem feststehenden Punkt außerhalb der Maschine wahrgenommen werden kann. Es wird
in diesem Zusammenhang eine Anzahl von Möglichkeiten genannt, ohne daß jedoch die
Ausführung auch nur in Hinweisen beschrieben worden ist. Mit den umlaufenden Gleichrichterelementen
sind dabei jeweils ebenfalls umlaufende Sicherungen verbunden, deren Ausfall optisch,
akustisch, magnetisch oder elektrisch gemeldet wird.
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Als Beispiel hierfür sind angegeben: Die defekte Sicherung gibt optisch
eine Kontrastmarkierung auf einer weißgestrichenen Grundfläche des Sicherungsträgers
auf dem Läuferkörper; der Schmelzdraht oder ein Hilfsschmelzdraht jeder Sicherung
ist selbst unmittelbar sichtbar; Lampenanordnungen geben ein Signal nach außen.
Alle diese Signale sollen gemäß der in keiner Weise näher beschriebenen vorbekannten
Anordnung in ebenfalls nicht näher beschriebener Weise stroboskopisch oder magnetisch
von einem feststehenden Punkt außerhalb der Maschine ausgewertet werden, wobei sich
sowohl das defekte Element lokalisieren als auch die Anzahl der defekten
Elemente
ermitteln läßt. Auch hier fehlt jeder nähere Hinweis zur Ausführung der vorveröffentlichten
Anordnung.
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Eine besonders vorteilhafte und praktisch verwertbare Anordnung,
um von einem feststehenden Punkt außerhalb der Maschine die vorzugsweise durch Glimmlampen
vom Läuferkörper der Maschine gegebene Anzeige über den Zustand der mit dem Läuferkörper
umlaufenden Gleichrichterelemente erkennen und auswerten zu können, gibt nunmehr
die Erfindung an.
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Gegenstand der Erfindung ist eine Anordnung zur Uberwachung von auf
dem Läuferkörper von schleifringlos erregten Synchronmaschinen aufgebrachten Gleichrichterelementen,
wobei auf dem Läuferkörper jedem Gleichrichterelement und/oder jeweils einer Gruppe
von Gleichrichterelementen eine signalgebende Meldeanordnung, vorzugsweise eine
Meldelampe, zugeordnet ist, deren Signal optisch oder magnetisch von einem feststehenden
Punkt außerhalb der Synchrormaschine erfaßt und nach Lage und Anzahl der defekten
Gleichrichterelemente ausgewertet wird, die dadurch gekennzeichnet ist, daß im ungestörten
Zustand der Gleichrichterelemente signalgebende Meldeanordnungen, insbesondere Leuchtanzeige
gebende Meldelampen, auf einem oder mehreren Umfangskreisen des Läuferkörpers angeordnet
sind, wqbei jedem Umfangskreis eine feststehende optisch-elektrische oder magnetischelektrische
Abtasteinrichtung zugeordnet ist, die über eine an sich bekannte Zählstufe die Impulse
innerhalb eines vorgegebenen Drehwinkels des Läuferkörpers zählt, summiert und mit
dem Sollwert vergleicht, wobei die Anordnung derart mit der Drehzahl des Läuferkörpers
synchronisiert ist, daß - jeweils nach Vollendung eines vorgegebenen Drehwinkels
mit Ist- und Sollwertübereinstimmung über einen besonderen, den vorgegebenen Drehwinkel
markierenden, auf eigenem Umfangskreis eingeprägten Impuls die Lösohung des Summenwertes
erfolgt.
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Mit dem Gegenstand der Erfindung ist eine sehr zuverlässige Überwachungsanordnung
vorgeschlagen, die eine beliebig weitgehende Überwachung der mitrotierenden Gleichrichterelemente
erlaubt, wobei bei hinreichender Differenzierung der Anzeige sofort erkennbar ist,
welche Gleichrichterelemente in welcher Phase gestört sind, so daß eine Entscheidung
über den weiteren Betrieb der - Synchronmaschine sicher getroffen werden kann. Auf
einem Umfangskreis oder auf mehreren Umfangskreisen läßt sich dabei eine Anzahl
von Glimmlampen unterbringen, wobei eine Glimmlampe einem Gleichrichterelement oder
einer Gruppe von Elementen zugeordnet sein kann. Dabei können auch die einem Element
zugeordneten Lampen auf einem Umfangskreis und die einer Gruppe parallel geschalteter
Elemente zugeordneten Lampen auf einem anderen Umfangskreis angeordnet sein, so
daß sich beim Ausfall eines zweiten Gleichrichterelementes sofort erkennen läßt,
ob sich dieses in der gleichen Gruppe wie das erstausgefallene Element befindet.
Es kann auch jeder Gruppe ein eigener Umfangskreis zugeordnet sein, wenn diese Anordnung
baulich vertretbar ist. Insbesondere in Dreiphasenschaltungen würden dann sechs
Umfangskreise und ein Synchronisierkreis benötigt. Diese Anordnung gäbe jedoch eine
vollkommene Aussage über den Zustand der Gleichrichterelemente- auf der Welle der
Synchronmaschine.
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Die Abtasteinrichtullg kann auch jeweils die Impuls-
abstände des ihr
zugeordneten Umfangskreises vergleichen, wodurch sich die Möglichkeit ergibt, die
Impulse nicht nur zuj zählen, sondern auch fehlende Impulse selektiv zu ermitteln
und anzuzeigen. Beliebige andere Anordnungen und Kombinationen liegen dabei im Ermessen
des Fachmannes.
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Der Gegenstand der Erfindung wird in den Figuren erläutert, wobei
hierin Anwendungsbeispiele angeführt sind.
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Fig. 1 zeigt die zweckmäßige Schaltung einer Glimmlampe auf dem Läufer
einer Synchronmaschine, um im ungestörten Zustand der Gleichrichterelemente eine
Daueranzeige zu erhalten; Fig. 2 zeigt eine entsprechende Schaltung auf dem Läufer
einer Synchronmaschine, wobei jedoch die Lampe jeweils durch eine Stromspule ersetzt
ist; Fig. 3 gibt in einem Prinzipbild die Zuordnung zwischen den Anzeige anordnungen
auf dem Läuferkörper und den feststehenden Abtasteinrichtungen an; Fig. 4 erläutert
schematisch an Hand eines Blockschaltbildes den Aufbau der Anlage.
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Um eine sichere Daueranzeige der Glimmlampe-4 im ungestörten Zustand
des zwischen den Klemmen 5 liegenden zu schützenden Gleichrichterelementes 1 auch
in beiden Halbwellen zu erhalten, wird in der Fig. 1 die Glimmlampe parallel zu
dem Ladekondensator 3 geschaltet.. Dieser Kondensator 3 speist die Glimmlampe 4
und wird in der Sperrphase des zu schützenden Gleichrichters 1 aufgeladen, und in
der Durchlaßphase hält er dann für die Dauer dieser Halbwelle die Brennspannung
der Glimmlampe 4 aufrecht. Der Hilfsgleichrichter 2 ist in entgegengesetzter Richtung
wie der zu schützende Gleiche richter 1 geschaltet. Im Falle eines Kurzschlusses
des Gleichrichterelementes 1, also wenn dieses seine Sperrwirkung verloren hat,
ist die Glimmlampe 4 mit ihrem Ladekondensator 3 durch das gestörte Element 1 kurzgeschlossen,
so daß die Glimmlampe 4 erlöschen muß. Der obere Zweig der Schaltung mit dem Hilfsgleichrichter
6 und dem Vorwiderstand 7 dient der Sicherung gegen Trennung in den zu schützenden
Gleichrichterelementen, wenn z. B. durch mechanische oder elektrische Einwirkung
die Strom führung des Elementes unterbrochen ist. Dann führt der obere Zweig mit
dem Hilfsgleichrichter 6 den vollen Strom, wodurch die Sicherung 8 ausfällt. Auch
damit muß die Glimmlampe 4 erlöschen.
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Die entsprechende Schaltung wie in Fig. 1 mit einer Glimmlampe ist
in der Fig. 2 für eine magnetische Abtasteinrichtung dargestellt. Statt der Glimmlampe
ist hier eine Stromspule 14 geschaltet, die in den Fällen, in denen die Glimmlampe
nach Fig. 1 Dauerlicht gibt, vom Strom durchflossen und dann mit einem konstanten
magnetischen Feld verknüpft ist. Dieses rotiert mit dem Läufer und induziert in
einer Abtasteinrichtung in Gestalt einer einfachen feststehenden Induktionsspule
einen Spannungsimpuls, der ebenso wie der Lichtimpuls ausgewertet wird.
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Das zu schützende Gleichrichterelement ist hier mit 11, die Klemmen
sind mit 15 bezeichnet. 13 ist der Ladekondensator, 12 der Hilfsgleichrichter. Bei
galvanischer Trennung zwischen den Klemmen 15 übernimmt wieder der Zweig 16, 17
die Stromführung, womit die Sicherung 18 ausfällt und somit die Stromspule 14 keinen
Strom mehr führt und damit keine Anzeige geben kann.
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Die Glimmlampen oder die Stromspulen sind gemäß der Erfindung auf
Umfangskreisen des Läufers angeordnet
-und geben ihre Anzeige optisch
oder magnetisch an eine Abtasteinrichtung, die feststehend angeordnet ist und mit
einem Auswertsystem verbunden ist. In der Fig. 3 sind beispielsweise für den Fall
einer Drehstrombräckenschaltung sechs Gleichrichterelemente oder entsprechend parallel
geschaltete Gruppen von Gleichrichterelementen zu überwachen.
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Die Kreise 19 und 20 stellen dabei Umfangskreise auf dem Läufer einer
Synchronmaschine dar, wobei nur zur Erläuterung der zeichnerischen Darstellung die
beiden Kreise mit verschiedenen Durchmessern gezeichnet sind. Sie werden üblicherweise
gleiche Durchmesser haben. Es könnten nun bei dieser als Beispiel gewählten Anordnung
sechs Glimmlampen 21 auf einem Umfangskreis angeordnet sein. Ein zweiter Umfangskreis
enthält dann eine Glimmlampe, die den Löschimpuls geben soll. Ordnet man dieser
letztgenannten Glimmlampe jedoch auch ein zu überwachendes Gleichrichterelement
zu, so ergibt es sich, daß auf dem einen Umfangskreis 19 fünf Lampen und auf dem
anderen Umfangskreis 20 eine Lampe angeordnet sind. Diese rotieren mit dem Läuferkörper
der Maschine. Jedem Umfangskreis ist nun am feststehenden Teil der Maschine eine
Abtasteinrichtung zugeordnet. Diese sind hier mit 23 für den Umfangskreis 19 und
mit 24 für den Umfangskreis 20 bezeichnet. Auf dem Kreis 19 werden nun die fünf
Impulse gezählt, in dem Auswertsystem mit dem Sollwert verglichen und mit dem einen
Impuls des Kreises 20 bei Übereinstimmung gelöscht. Sind vom Kreis 19 nicht fünf
Impulse abgegeben worden oder fehlt der eine Impuls des Kreises 20, so findet eine
Anzeige statt, mit der die Störung gemeldet wird.
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Die Fig. 4 zeigt letztlich ein Blockschaltbild, wobei die einzelnen
Elemente dieses Schaltbildes bekannte Schaltungselemente sind, deren Erläuterung
sich im einzelnen erübrigt. Mit 23 und 24 sind wieder die Abtasteinrichtungen bezeichnet,
die feststehend an der Maschine angeordnet sind. 25 und 26 sind Impuls verstärker
bzw. Impulsformer. Die Impulse des Umfangskreises 19, deren Sollzahl nach Fig. 3
fünf beträgt, werden der Zählanordnung 27 zugeleitet. Diese Anordnung ist ebenfalls
an sich bekannt und besteht aus einzelnen bistabilen Kippstufen, deren Schaltzustände
sich jeweils nach Passieren eines Impulses zueinander ändern. 28 ist ein »Und«-Gatter,
dem der Einzelimpuls des Umfangskreises 20 zugeführt wird.
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Dieses »Und«-Gatter läßt den Impuls der Lampe 22 des Umfangskreises
20 jedoch nur im Ausgang 31 erscheinen, wenn die Zählanordnung 27 den für fünf erhaltene
Impulse maßgeblichen Zustand aufweist und über 29 das »Und«-Gatter vorbereitet hat.
Erst dann kann über 30 der Rückstellimpuls auf die Zählstufe 27 gegeben werden,
womit diese gelöscht wird. Ist eine Lampe 21 des Umfangskreises 19 dunkel, so bekommt
die Zählstufe 27 einen anderen Zustand, und der Impuls des Synchronisierkreises
20, der an sich die Löschung einleitet, kann das »Und«-Gatter nicht passieren, worauf
eine Meldung erfolgt. Sind alle Gleichrichterelemente ungestört, d. h. es leuchten
alle Glimmlampen 21 und die Glimmlampe 22, entsteht im Ausgang des »Und«-Gatters
ein vom Synchronisierimpuls der Lampe22 ausgelöster Impuls, der den Haltekreis eines
nachgeschalteten Schaltverstärkers auflädt, so daß dieses Relais weiterhin gehalten
bleibt und keine Fehlermeldung erfolgt.
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Dieser Haltekreis kann so dimensioniert werden, daß erst bei mehrmals
fehlenden Impulsen eine Fehler-
meldung erfolgt, wodurch man vor kurzzeitigen Störungen
in den Gleichrichterkreisen unabhängig ist.
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Mit dieser Anordnung werden die Gleichrichterelemente sowohl hinsichtlich
eines Kurzschlusses als auch einer Trennung überwacht, und außerdem wird eine Meldung
auch dann gegeben, wenn in der Überwachungseinrichtung Fehler auftreten, z. B. Glimmlampen
oder die Hilfsgeräte des Auswertsystems defekt sind.