FI116107B

FI116107B - Menetelmä ja laitteisto tahtigeneraattorin magnetoimiseksi

Info

Publication number: FI116107B
Application number: FI20011964A
Authority: FI
Inventors: Eino Silander
Original assignee: Abb Oy
Priority date: 2001-10-09
Filing date: 2001-10-09
Publication date: 2005-09-15
Also published as: FI20011964A; FI20011964A0; WO2003038989A1

Description

116107

MENETELMÄ JA LAITTEISTO TAHTIGENERAATTORIN MAGNETOIMISEKSI

Keksintö kohdistuu patenttivaatimuksen 1 johdanto-osan mukaiseen menetelmään ja patenttivaatimuksen 6 johdanto-osan mukaiseen laitteistoon tahtigeneraattorin 5 magnetoimiseksi.

Tahtikoneen, erityisesti tahtigeneraattorin magnetointi on järjestetty nykyisin harjattomana, jossa säädetty magnetointi virta syötetään magnetointikoneen välityksellä magnetointikäämiin. Magnetointivirta tuotetaan esimerkiksi verkkojännitteeseen 10 kytketyllä jännitemuuntajalla, jonka toisiojännitettä säädetään jännitesäätäjällä. Poikkeustilanteissa, erityisesti verkkojohtimissa tapahtuvaa oikosulussa, kun verkkojännite putoaa olennaisesti, ei näin kehitetty magnetointi ole riittävä.

Oikosulkutilanteessa on tunnetussa tekniikassa magnetointi varmistettu esimerkiksi 15 erillisellä virtamuuntajalla, joka on mitoitettu niin suureksi, että taataan riittävä magnetointitaso. Tämän ratkaisun haittapuolena on, että siinä ei magnetointivirtaa ole mahdollista säätää, vaan magnetoinnin määrää virtamuuntajan mitoitus. Tapauskohtaisesti on pitänyt tapauskohtaisesti suunnitella ja valmistaa jokaiseen kohteeseen erikseen sopiva muuntaja, mikä useinkaan ei ole kilpailukykyinen ratkaisu.

20 .:. Keksinnön tarkoituksena on ratkaista edellä kuvattu ongelma ja aikaansaada edullinen ja ; kustannustehokas tahtigeneraattorin magnetointi tilanteisiin, joissa verkon jännite on .' · *; olennaisesti pudonnut. Keksinnön mukainen menetelmä tunnetaan patenttivaatimuksen 1 •; · · tunnusmerkkiosan tunnuspiirteistä. Vastaavasti keksinnön mukainen laitteisto tunnetaan '; · * 25 patenttivaatimuksen 6 tunnusmerkkiosan tunnuspiirteistä. Keksinnön eräät muut edulliset .· suoritusmuodot tunnetaan epäitsenäisten patenttivaatimusten tunnuspiirteistä.

Keksinnön mukaisella ratkaisulla saadaan luotettavasti sopiva magnetointitaso oikosulkutilanteissa. Keksinnön mukainen ratkaisu on yksinkertainen ja edullinen 30 toteuttaa. Sama toteutus on helposti sovellettavissa laajalle tehoalueelle, mikä alentaa suunnittelu ja valmistuskustannuksia. Tällöin voidaan käyttää rajoitettua valikoimaa standardoituja oikosulkuvirtamuuntajia, millä merkittävä vaikutus koko tuotantoketjun tehokkuudessa. Keksinnön mukainen ratkaisu on mahdollista liittää myös olemassa 2 116107 oleviin generaattoreihin, koska laitteisto on yhdistettävissä helposti saatavilla oleviin komponentteihin. Myös aiempien asennusten viritys parempaan toimintapisteeseen on mahdollista, jos virtamuuntaja on mitoitettu virheellisesti ylisuureksi. Paitsi oikosulkutilanteita, keksintö on sovellettavissa myös muissa poikkeustilanteissa, kuten 5 käynnistettäessä suuria moottoreita, jolloin generaattorin jännite pyrkii laskemaan alle sallitun raja-arvon.

Keksintöä kuvataan seuraavassa viitaten oheisiin piirustuksiin, joissa - kuvio 1 esittää tunnettua ratkaisua tahtigeneraattorin magnetoimiseksi oikosulussa, 10 - kuvio 2 kuvaa tunnetun tekniikan mukaista tahtigeneraattorin oikosulkuvirtaa magnetointivirran funktiona, - kuvio 3 esittää keksinnön mukaista ratkaisua, - kuvio 4 kuvaa tahtigeneraattorin oikosulkuvirtaa magnetointivirran funktiona keksinnön mukaisella ratkaisulla.

15

Kuviossa 1 on kuvattu tahtigeneraattorin magnetointipiiri, joka huolehtii magnetoinnista normaalitilanteessa sekä tunnetun mukaisella ratkaisulla oikosulkutilanteessa.

Tahti generaattori a 10 magnetoidaan magnetointikäämiin 6 johdetulla magnetointivirralla Im. Generaattoriin vaihejohtimiin on kytketty kolmivaihemuuntaja 20 Tl, jonka toisiokäämi 1 on järjestetty syöttämään jännite jännitesäätäjälle 3. Muuntajan :.!·* Tl toinen toisiokäämi 7 tuottaa generaattorin jännitteen oloarvon säätäjälle 3.

Generaattorin vaiheeseen S kytketty virtamuuntaja T2 mittaa virran oloarvon, joka V : viedään myös jännitesäätäjälle. Normaalitoiminnassa jännitesäätäjältä saadaan ' ‘ generaattorin vaatima magnetointivirta Im, joka johdetaan diodin 12 kautta käämiin 6.

* · * · ♦ ' ’ 25 ···* Tunnetun tekniikan mukaisesti oikosulkutilanteita varten on tahtigeneraattorin päävirtapiirin vaihejohtimiin R-S-T järjestetty kolme virtamuuntajaa T3. Normaali ... käyttötilanteessa on virtamuuntajien toisiot on oikosuljettu kytkimellä K2, jota ohjataan jännitesäätäjästä. Vaihtoehtoisesti kytkintä K2 voidaan ohjata myös kontaktorilla, joka ’*··’ 30 on kytketty jännitemuuntajan Tl ulostuloon, jolloin kytkimen K2 koskettimet avautuvat jännitteen pudotessa niin paljon, että kontaktori päästää. Kytkimen ohjauksessa voidaan v ·' käyttää myös jänniterelettä. Virtamuuntajat ovat rakenteeltaan yksinkertaisia rengasmuuntajia, joiden ensiöpiirin muodostaa sinänsä tunnetulla tavalla generaattorin 3 116107 vaihejohdin ja joissa ei ole mitään säätövälineitä. Virtamuuntajien toisiot on liitetty tasasuuntaajaan 4, jonka ulostulo on yhdistetty syöttämään magnetointikäämiä 6 diodin 14 kautta. Virtamuuntaja on mitoitettu aikaansaamaan ainakin kolmen sekunnin ajaksi kolminkertaisen nimellisvirran suuruisen oikosulkuvirran. Suuremmat virrat voisivat 5 tuhota paitsi magnetointilaitteiston että myös itse generaattorin.

Kuviossa 2 on kuvattu tunnetun tekniikan mukaisen ratkaisun ominaiskäyrät. Käyrä la kuvaa generaattorin oikosulkuvirtaa magnetointivirran funktiona ja käyrä 2a virtamuuntajan ominaiskäyrää. Generaattorin toimintapiste asettuu generaattorin ja 10 virtamuuntajan leikkauspistettä vastaavaan kohtaan K2. Käyrä 2b kuvaa erään toisen virtamuuntajan ominaiskäyrää, jolloin toimintapiste vastaavasti saa arvon Ikj.

Kuviossa 3 on kuvattu keksinnön mukainen ratkaisu. Normaalitoiminnan osalta toteutus vastaa kuvion 1 mukaista laitteistoa ja vastaavat osat on merkitty samoilla 15 viitenumeroilla kuin kuviossa 1. Oikosulkutilanteessa tuotetaan magnetointivirta uudella tavalla. Sen mukaisesti on virtamuuntajien 2 toisioihin kytketty säätöpiiri 8, jonka ulostulo on liitetty tahtigeneraattorin 10 magnetointikäämiin 6. Tahti generaattorin 10 vaihejohtimiin R, S JA T liitetyn jännitemuuntajan Tl toisiokäämistä 7 saadaan jännitteen oloarvo kuten kuvion 1 yhteydessä kuvattiin. Jännitteen oloarvoa verrataan 20 jännitesäätäjässä 3 olevassa jännitteen vertailupiirissä ennalta määrättyyn jännitteen vertailuarvoon. Jännitteen laskiessa alle raja-arvon säätäjä avaa koskettimet K2, jolloin : virtamuuntajat syöttävät säätöpiirin 8 kautta magnetointikäämiä 6.

':*·· Säätöpiiri 8 muodostuu olennaisesti kolmesta osasta: suodattimesta 22, liipaisupiireistä *:··: 25 42 ja 44 sekä tyristoreista 28, 30, 32 ja 34. Suotimen 22 tehtävänä on suodattaa korkeajännitteiset ylijännitepiikit, jotka voivat tuhota tasasuuntauskomponentteja tai jopa säätäjän. Varsinainen säätöpiiri käsittää kaksi paria vastarinnan kytkettyjä tyristoreita. Tyristorit 28 ja 30 on kytketty virtamuuntajan ulostulojohtimien 36 ja 38 välille ja ...· vastaavasti tyristorit 32 ja 34 on kytketty viranmuuntajan ulostulojohtimien 38 ja 40 : 30 välille. Liipaisupiiri 42 ohjaa tyristoreita 28 ja 30 ja vastaavasti liipaisupiiri 44 ohjaa " tyristoreita 32 ja 34. Liipaisupiirit ohjaavat tyristorit johtaviksi, kun virtamuuntajan . ulostulon pääjännitteet ylittävät asetellun arvon. Virtamuuntajan ulostulojohtimet on edelleen kytketty tasasuuntaajan 46 kolmivaihesisääntuloon. Tasasuuntaajan 11 6107 4 tasajänniteulostulo on kytketty tahtigeneraattorin magnetointikäämiin 6. Säätöpiiri rajoittaa virtamuuntajien syöttämän virran haluttuun tasoon, jolloin voidaan käyttää standardoituja virtamuuntajia.

5 Oikosulkutilanteessa on magnetointivirran oltava toisaalta riittävän suuri, jotta saavutetaan sopivan suuruinen virtareletoiminta. Magnetointivirta ei kuitenkaan saa kasvaa liian suureksi, jotta magnetointipiiri tai generaattori ei vaurioituisi. Tyypillisesti pyritään toiminta suunnittelemaan niin, että generaattorin oikosulkuvirta 1¾ (Fig. 4) on noin kolme kertaa nimellisarvo In. Virtamuuntajan ominaiskäyrä (Fig. 4, käyrä 2c) antaa 10 oikosulkuvirta-arvon I^b, kun sitä vastoin virtamuuntajan virtaa rajoittamalla haluttuun arvoon In*, saadaan oikosulkuvirta rajoitettua haluttuun arvoon Ika. Keksinnön mukaisesti magnetointivirran maksimiarvoa voidaan säätää (Fig.4, viiva 3a) valitsemalla liipaisupiirin liipaisujännitteet sopivan suuruisiksi. Käytännössä tämä voidaan tehdä esimerkiksi hyppyjohtimilla (jumpers). Magnetointijännitteelle ja säätimen asetuksille 15 määritetään esiasetteluarvot suunni ttel ui askelmista ja ennen generaattorin käyttöönottoa suoritetaan oikosulkukoe, jossa tarkistetaan sopiva magnetointijännitteen arvo. Tämän jälkeen asetetaan liipaisupiirien hyppyjohtimet jännitetasoa vastaaville kohdille oikean oikosulkumagnetoinnin aikaansaamiseksi. Koska kyseessä on laitekohtainen ominaissuure, ei käytön aikana ole tarvetta asetusta muuttaa.

20

Generaattorin magnetointi voidaan keksintöä sovellettaessa toteuttaa nykyisin yleisesti ; käytetyn harjattoman magnetoinnin lisäksi myös erityisesti pienillä generaattoreilla harjallisen magnetoinnin yhteydessä. Normaalitilanteen magnetoinnin toteutus ei olennaisesti vaikuta esillä olevan keksinnön soveltamiseen. Vaikka oikosulkutilanteessa 25 normaalimagnetointi ei ole käytettävissä erityisesti edellä kuvatussa sovellutuksessa, voidaan keksintöä hyödyntää myös tilanteissa, joissa jännite laskee hetkellisesti, kuten suurta moottoria käynnistettäessä. Tällöin normaalimagnetointi on toiminnassa, mutta siihen yhdistetään virtamuuntajalla tuotettu ja säätäjällä säädetty lisämagnetointi kuormituksen vaatimalla tavalla.

’ *: 30 ' · ‘ ‘: Keksintöä on edellä kuvattu sen erään suoritusmuodon avulla. Esitystä ei ole kuitenkaan ' :·. katsottava patentin suojapiiriä rajoittavaksi, vaan sen sovellusmuodot voivat vaihdella ;' ’ ‘ · oheisten patenttivaatimusten määrittämissä rajoissa.

Claims

116107

1. Menetelmä tahtigeneraattorin (10) niagnetoimiseksi verkkojännitteen laskiessa alle 5 raja-arvon, jota tahtigeneraattoria magnetoidaan magnetointikäämillä, jossa menetelmässä mitataan verkkojännitettä ja verrataan verkkojännitettä vertailuarvoon, jolloin verkko-johtoon (R,S,T) järjestetään ainakin yksi virtamuuntaja (2), jonka ensiö on sarjassa verk-kojohdon kanssa, tunnettu siitä, että verkkojännitteen laskiessa alle vertailuarvon virta-muuntajan (2) toision oikosulkevat kytkimet (K2) avataan, ja että virtamuuntajan toisi- 10 oon liitetyllä säätöpiirillä (8) ohjataan tahtigeneraattorin magnetointipiiriin (6) virtaa.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että magnetointipiiriin säätöpiirillä (2) ohjattu virta (Im) on verrannollinen verkkovirtaan.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että virtamuuntajan avulla kehitetty magnetointivirta yhdistetään varsinaisen magnetointipiirin virtaan. 4

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että säätöpiirin asetuksia muuttamalla säädetään magnetointitaso, jotta riittävä magnetointitaso saavutetaan. 20

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että säätöpiirin toiminta- , : , piste säädetään tahtigeneraattorin nimellismagnetointijännitteen perusteella.

6. Laitteisto tahtigeneraattorin niagnetoimiseksi tahtigeneraattorin (10) verkkojännitteen 25 pudotessa alle ennalta asetetun raja-arvon, johon laitteistoon kuuluu verkkojännitteen mittauslaite sekä vertailuelin, jolla verkkojännitteen oloarvo on verrattavissa raja-arvoon, : jolloin tahtigeneraattorin verkkojohdon kanssa sarjaan on järjestetty ainakin yksi virta- : muuntajan (2) ensiö, tunnettu siitä, että ja virtamuuntajan (2) toisio on yhdistettävissä ,,,; säätöpiiriin (8) avaamalla toision oikosulkevat kytkimet (K2), joka säätöpiiri (8) on jär- , · . 30 jestetty tuottamaan tarvittava magnetointiteho verkkojännitteen laskiessa alle raja-arvon. 116107

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että oikosulkumagnetointi on kytkettävissä normaalimagnetoinnin rinnalle, jolloin generaattorin (10) kokonaismag-netointi on näiden yhdistelmä.

8. Patenttivaatimuksen 6 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että säätöpiiriin kuuluu sää- töelimet, joilla oikosulkumagnetoinnin suuruus on säädettävissä tahtigeneraattorin mag-netointijännitteen funktiona.

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että säätöelimet on muodos- 10 tettu hyppyjohtimina, joilla magnetointijännitteen taso on.

10. Jonkin patenttivaatimuksen 6-9 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että magnetointi on ohjattavissa säätämällä virtamuuntajan toisiojännitettä. * · • 1 i « i · t 1 i t » 1 » • « 1 1 » • I t I * · » t 116107