SE500682C2 - Sätt och anordning för avmagnetisering av borstlösa synkrongeneratorer - Google Patents

Description

10 15 20 25 30 35 ÜÛ 682 Un 2 fältlindningsströmmen till noll genom att påverka matarmaski- nens fältlindningsström, så att det levererande ankarets EMK blir noll. Emellertid kvarstår då den magnetiska energin i synkrongeneratorns fältlindning och hindrar ett snabbt ned- regleringsförlopp. Om synkronmaskinens belastande linje då är svagt belastad, med väsentligen kapacitiv last, kan till och med spänningen momentant stiga, vilket kan vara en stor nackdel. En särskilt för säkerhetssystemen betänklig spän- ningsstegring kan onödigtvis utlösa felkorrektioner.

Borstlösa synkrongeneratorer har hittills använts i begränsad utsträckning för vattenkraftsgeneratorer, speciellt för stora sådana, men föga för turbogeneratorer. Bakgrunden till att de fått en förhållandevis begränsad tillämpning trots uppenbara fördelar har att göra med de nämnda välkända problemen vid nedreglering av synkrongeneratorns statorspänning, vilka kan lösas väsentligt enklare vid borstmatade synkrongeneratorer, eftersom man då kan montera fasta regleranordningar. Kända och använda lösningar innefattar inkoppling i serie av ett dämpmotstånd, polvändning av fältlindningens strömkälla för motströmsinkoppling och s.k. vibrationsregulatorer. På senare tid har styrda tyristorströmriktare komit till användning, vilka tillåter smidig reglering och invertering.

Om man bortser från alla praktiska hänsyn finns det ingenting som hindrar att dylika anordningar av känd typ och som vid "borstmatade" synkrongeneratorer är allmänt förekommande, monteras på den roterande axeln, så att man även vid borst- lösa maskiner får en reglering av i princip känd typ. Emel- lertid måste man i så fall anordna en kontinuerlig och säker tillförsel av styrsignaler till den roterande styrutrust- ningen, antingen via släpringar eller trådlöst. Uppenbarligen blir detta komplicerat redan vid måttliga varvtal. Vid högre varvtal, t.ex. för ångturbingeneratorer, tillkommer den ytterligare svårigheten att montera styrutrustning roterande och utsatt för stora centrifugalkrafter. Med hänsyn till att kraven på störningsfrihet i generatorerna i elnät är särdeles höga har man därför med all rätt tvekat att införa dylika komplicerade och i princip störningsbenägna utrustningar, och 10 15 20 25 30 35 Tj CU 682 LH 3 såvitt känt har därför alla dylika konstruktioner stannat på papperet eller möjligen lett till prototyp.

Ett exempel på en tidigare känd avmagnetiseringsanordning, sådan som avses i ingressen till krav 1 resp krav 6, åter- finnes i DE-OS-1.763.299. Ett släckmotstånd serieinkopplat i magnetiseringskretsen är vid drift shuntat av en första tyristor, vilken medelst en släckkoppling kan släckas, så att magnetiseringsströmmen kan dämpas genom motståndet. Släck- kopplingen innefattar en hjälplindning, som är inkopplingsbar genom tändning av en andra tyristor för att göra den första tyristorn strömlös under en halvperiod, så att den slocknar.

Under nästa halvperiod blir den andra tyristorn strömlös och slocknar i sin tur, varefter magnetiseringsströmmen är hän- visad till släckmotståndet. En allvarlig nackdel med denna konstruktion är behovet av en ganska stor extralindning i huvudmataren, som dessutom under en del av släckförloppet måste genomgås av huvudmaskinens hela fältström. Så vitt känt har denna konstruktion ej fått någon utbredning, vilket är förklarligt.

Vid för rotorns fältlindningsmatning borstlösa synkrongene- ratorer av modern typ kvarstår likväl problemet med magneti- seringsenergin i huvudmaskinens fältlindning, innebärande att det i representativa fall kan ta storleksordningen 5 sekunder att få ned utspänningen till hälften, och att vid obelastad linje (kapacitiv belastning) en spänningsstegring dessutom kan uppstå under förloppet.

Det är därför ett syfte enligt uppfinningen att åstadkomma en praktisk, föga kostsam lösning av det uppfinningsmässiga problemet att vid spänningsneddragning av en synkrongenerator av borstlös typ med huvudmaskinens fältmatning via en axel- monterad likriktare från ett medroterande ankare till en matarmaskin öka elimineringshastigheten av magnetiserings- energin. Detta och andra syften uppnås enligt uppfinningen genom ett sätt och en anordning som företer de i den känne- tecknande delen av krav 1, respektive krav 6 angivna särdra- gen. 10 15 20 25 30 35 (JÜ C.) (__-J Û\ _) 2 4 Enligt uppfinningen förutses att tyristorns släckning skall ske genom en strömpuls, som företrädesvis tillföres via borstar även om trådlös överföring är möjlig. Likväl måste generatorn anses borstlös, eftersom inga sådana borstar föreligger, vilka överför annat än signalströmar. Även tidigare kända borstlösa synkrongeneratorer är försedda med borstar för signalöverföring för övervakning, t ex för jord- felsskydd. Uppfinningens borstar kan därmed lämpligen anord- nas på gemensam borstbrygga tillsammans med andra signalöver- förande borstar, för kontakt med en släpringsuppsättning.

Det kan påpekas att borstar för magnetiseringsström vid icke borstlösa synkrongeneratorer kan överföra storleksordningen 100-1 000 A vid 100-1 000 V, beroende på maskinstorlek.

Styrströmmar för tyristorer av släckbar typ rör sig vid dylika magnetiseringsströmmar om storleksordningen 1-5 A vid spänningar om enstaka volt. Uppfinningsföremålet kallas därför med rätta för borstlöst.

Genom uppfinningen kan neddragningstiden kraftigt minskas genom att den effektiva tidskonstanten i fältkretsen minskas med en faktor typiskt = 5. Därigenom minskas risken för spän- ningsstegring som vid t ex 400 kV-nät kan ha betänkliga följder även vid måttliga belopp, t ex 10 %.

Uppfinningen skall nu beskrivas utifrån ett icke begränsande exempel, åskådliggjort i ritningarna.

Fig 1 visar ett schematiskt kopplingsschema av en borstlös synkrongenerator utrustad enligt uppfinningens princip. Fig 2 visar en generatorrotor på sama axel som en rotor till en matarmaskin.

Vad Fig 1 visar är schematiskt en synkrongenerator, med lindningar på själva huvudmaskinen och på den på samma axel (ej visad i Fig 1) monterade matarmaskinen. Huvudmaskinen har en trefasig arbetslindning 1 på sin stator och en magnetise- ringslindning 2 för likström på sin rotor. Matarmaskinen 3 har en trefaslindning 4 på sin rotor och en magnetiserings- lindning 5 med anslutningar 6 och 7 på sin stator. Det som i 10 15 20 25 30 35 .l 5-“0 682 5 Fig 1 visas mellan generatorns magnetiseringslindning 2 och matarmaskinens trefaslindning 4 är sålunda monterat på en roterbar axel.

En med halvledardioder på konventionellt sätt bestyckad sexpulslikriktare 8 är ansluten till trefaslindningen 4 och avger därmed en likström till magnetiseringslindningen 2, vid normal drift via en tänd tyristor 10, som är släckbar, före- trädesvis en GTO-tyristor. Parallellt med tyristorn 10 är inkopplat ett dämpningsmotstånd 9. För styrning via dess styrelektrod av tyristorn 10, som alltså sitter monterad vid det roterbara systemet i synkrongeneratorn, finns en släp- ringsanordning ll med släpring på axeln och borste på en borstbrygga. En annan liknande släpringsanordning möjliggör förbindelse med tyristorns 10 anod och kan samtidigt eventu- ellt fullgöra andra, här ej beskrivna funktioner, t ex som signal- eller skyddsjord för mätsystem.

Under det förlopp när maskinen startas för infasning bör tyristorn 10 tändas genom en tändpuls, t ex via anslutningar- na 13 och 14 och släpringsanordningarna ll och 12. Tyristorn 10 kommer därefter att vara ledande så länge magnetiserings- ström ledes till magnetiseringslindningen 2. Det är också möjligt att anordna så att tyristorn 10 tänds genom att spänningen över motståndet 9, som uppstår när magnetiserings- ström börjar levereras, bringas att påverka tyristorn (ej visat). För tyristorns 10 släckning erfordras då vid avmagne- tisering att denna inverkan kompenseras genom att en släck- signal då under hela förloppet levereras via släpringsanord- ningarna. Fackmannen inser att detta kan ordnas på flera olika sätt. ' Den uppfinningsmässiga anordningen medför inte några nämn- värda säkerhetsproblem. Om tyristorn 10 blir obrukbar, sker sådant i stort sett alltid i form av att tyristorn blir kortsluten och därmed ostyrbar, medförande att sättet enligt uppfinningen inte längre kan tillämpas. Detta utgör inte något katastrofförlopp. 10 15 20 25 30 35 682 556 6 Den normala styrningen av maskinen under drift sker på för fackmannen välbekant sätt via matarmaskinens 3 stillastående magnetiseringslindning 5, som matas med en varierbar likström från en källa 15.

När man emellertid vill snabbt nedbringa magnetiseringsström- men i fältlindningen 2, är det enligt uppfinningen otill- räckligt att minska spänningen från matarmaskinen 3, eftersom strömmen i fältlindningen 2 med sin höga impedans fortsätter sitt kretslopp genom likriktaren 8. Vid kapacitiv last kan detta till och med innebära en tillfällig spänningsökning på synkronmaskinen.

För att minska dessa effekter och göra nedgången av magneti- seringsströmmen snabbare inkopplas därför enligt uppfinningen motståndet 9, därigenom att en släckpuls tillföres via an- slutningarna 13 och 14.

Genom en alltför snabb dämpning kan överspänningar i vissa fall komma att uppträda över fältlindningen, medförande genomslag. För att bemästra detta och ändå få en optimerad dämpning kan det i vissa fall vara lämpligt att montera flera motstånd, som inkopplas genom släckning av var sin tyristor (ej visat i figurerna). Man kan då inställa neddragningsför- loppet så att dämpningen till en början är begränsad till vad fältlindningen tål, för att så småningom ökas under det fortsatta förloppet.

Det är lämpligt att utföra dämpningsmotståndet så att impe- dansen eller dämpningsmotstånden blir möjligast rent resis- tiv, i regel genom känd bifilarlindning.

GTO-tyristorer ("Gate Turn 0ff") är kommersiellt tillgängliga komponenter, och tillämpliga data är tillgängliga hos till- verkarna, varför det för fackmannen är känt hur själva till- och avslagningen av tyristorn 10 skall tillgå. Den styrkrets som skall anslutas till anslutningarna 13 och 14 behöver därför ej närmare förklaras. 10 “I Ü (Å OI) BJ 5 7 Fig. 2 visar schematiskt de roterande delarna i en synkronge- nerator, med en axel 20, på vilken sitter en rotor 21 för själva generatorn och en rotor 22 för synkrongeneratorns matarmaskin. På axeln 20 finnes vidare släpringar 23, avsedda för övervakning samt också för att släcka den i Fig. 1 visade tyristorn 10. Lindningarna 4 enligt Fig. 1 är placerade i rotorn 22, medan lindningarna 2 är placerade i rotorn 21.

Motståndet 9 och tyristorn 10 kan lämpligen placeras antingen vid huvudmaskinens rotor 21, t ex som vid 24, eller vid matarmaskinens rotor 22, som 24'. I det senare fallet kan dessa komponenter lämpligen monteras samman med likriktarmed- len 8 till en dynamiskt välbalanserad och mot centrifugal- krafter hållfast enhet.

Claims (9)

10 15 20 25 30 Cfi CJ CD O\ OD NJ Patentkrav

1. Sätt för avmagnetisering av en borstlös synkrongenerator, vars fältlindning (2) är anordnad i dess på en axel roterbara rotor (22) och är likströmsmatad från en medroterande lik- riktare (8) kopplad till en med generatorn medroterande rotor (22) till en matarmaskin (3), vars stators fältlindning (5) är matad från en reglerbar strömkälla (15),varvid i serie med synkrongeneratorns fältlindning (2) inkopplas ett dämpnings- motstånd parallellkopplat med en tyristor jämte medel för dess släckning, k ä n n e t e c k n a t av att som tyris- tor användes en styrd, vid normaldrift ledande, släckbar tyristor (10), som är försedd med en styrelektrod till vilken vid avmagnetisering utifrån tillföres en släckpuls för släck- ning av tyristorn (10), så att den genom fältlindningen gående strömmen tvingas att gå genom dämpningsmotståndet.

2. Sätt enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att tyristorns (10) styrelektrod är kopplad till en på den nämnda axeln monterad släpring (ll) som står i kontakt med en bor- ste.

3. Sätt enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att dämpningsmotståndet dimensioneras så att fältlindningens (2) strömkrets vid dämpningsmotståndets (9) inkoppling erhåller en väsentligt minskad tidskonstant, företrädesvis med en faktor av omkring 5.

4. Sätt enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att dämpningsmotståndet och tyristorn monteras på matarmaskinens rotor.

5. Sätt enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att dämpningsmotståndet och tyristorn monteras på synkronmaski- nens rotor. 10 15 20 25 SÛÛ 682 9

6. Borstlös synkrongenerator innefattande en på dess axel (20) monterad matarmaskin, varvid synkrongeneratorns fält- lindning (2) är anordnad på dess på axeln roterbara rotor (21) under det att matarmaskinens rotor (22) har lindningar (4) kopplade via en medroterande likriktare (8) till syn- krongeneratorns fältlindning (2), varvid mellan likriktaren (8) och synkrongeneratorns fältlindning (2) är inkopplat i serie ett dämpningsmotstånd, och en därmed parallell tyris- tor, varjämte medel är anordnade för att släcka tyristorn, k ä n n e t e c k n a d av att tyristorn är en släckbar tyristor (10), vars styrelektrod är kopplad till en på axeln monterad släpring (11), mot vilken löper en borste anslut- ningsbar till en för tändning och släckning av tyristorn anordnad strömkälla.

7. Borstlös synkrongenerator enligt krav 6, k ä n n e - t e c k n a d av att dämpningsmotståndet är anordnat att vid . inkoppling minska den effektiva tidskonstanten för den ström- krets, vari fältlindningen (2) ingår, och företrädesvis med en faktor om ungefär S.

8. Borstlös synkrongenerator enligt krav 6, k ä n n e - t e c k n a d av att dämpningsmotståndet och tyristorn är monterade vid matarmaskinens rotor (22).

9. Borstlös synkrongenerator enligt krav 6, k ä n n e - t e c k n a d av att dämpningsmotståndet och tyristorn är monterade vid synkronmaskinens rotor (21).