AT219160B

AT219160B - Einrichtung zur kompoundierten Erregung von Synchronmaschinen

Info

Publication number: AT219160B
Application number: AT662560A
Authority: AT
Original assignee: Siemens Ag
Priority date: 1959-09-05
Filing date: 1960-08-31
Publication date: 1962-01-10

Description

Einrichtung zur kompoundierten Erregung von Synchronmaschinen
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vorzugsweiseRaum- und Gewichtsbedarf. Ferner wird durch Blindstromaufnahme die Selbsterregung erschwert und die
Erregerleistung des Generators erhöht. Ausserdem sind bei Innenpolgeneratoren Schleifringe erforderlich.

Im folgenden wird nun eine dem gleichen Zweck dienende Einrichtung gezeigt, welche die genannten
Nachteile nicht besitzt.

Die Erfindung geht dabei von einer Einrichtung zur kompoundierten Erregung von Synchronmaschinen über einen Erregertransformator aus, die in an sich bekannter Weise aus mindestens einer primären Spannungs-undmindestens einer primären Strom wicklung sowie wenigstens einer. den Erregerkreis des Genera tors über Gleichrichter speisenden Sekundärwicklung besteht, wobei in mindestens einer Phase der primären Spannungswicklung des Erregertransformators ein kapazitives Element vorgeschaltet ist. Erfindungsgemäss ist nun der Erregertransformator als Resonanzelement ausgebildet und zweckmässig bemisst man ihn und das kapazitive Element so, dass die Spannungsresonanz zwischen diesen beiden Elementen bei Betriebsfrequenz auftritt.

Primäre Stromwicklungen des Erregungstransformators können hiebei erfindungsgemäss entgegengesetzt zu primären Spannungswicklungen'gepolt sein. Der Erregungstransformator ist ferner vorteilhaft als Luftspalttransformator (analog einer Luftspaltdrossel) ausgebildet. Ein solches Erregungsgerät hat den Vorteil, dass es einfacher und billiger in der Herstellung ist und ausserdem Blindleistung abgibt, wodurch die Selbsterregung des Generators gefördert und dessen Erregerleistung vermindert wird.

Ferner können gegebenenfalls bei Innenpolmaschinen Schleifringe vermieden werden.

Eine weitere zweckmässige Ausbildung-der erfindungsgemässen Erregungseinrichtung besteht darin, dass der Erregertransformator nach Art einer Induktionsmaschine ausgeführt ist, deren Läufer mit der zu erregenden Maschine gekuppelt ist und eine Wicklung trägt, die über mitrotierende Gleichrichter die Erregerwicklung speist. Dadurch lassen sich folgende Vorteile erzielen :
Werden mehrphasige Ständerwicklungen des Transformators so angeschlossen, dass sich die von ihnen erzeugten Drehfelder im Gegensinn zum Läufer bewegen, so wird ein Teil der sekundär abgegebenen Erregerleistung mechanisch erzeugt und dadurch der Primärkreis entlastet. Diese Entlastung, d. h.

Verminderung der auf der Primärseite elektrisch aufzubringenden Leistung, wird umso grösser, je höher die rela- tive, Drehfrequenz zwischen Ständer und Läufer des erfindungsgemässen Erregertransformators ist und kann daher durch Erhöhung der Polzahl gegenüber der der zu erregenden Maschine gesteigert werden. Die Sekundärwicklung (Läuferwicklung) gibt dann eine gegenüber der Primärfrequenz entsprechend erhöhte Frequenz ab, was die Glättung des gleichgerichteten Erregerstromes begünstigt. Werden - z.

B. bei Einpha- sengeneratoren-die Primärwicklungen des erfindungsgemässen Erregertransformators einphasig gespeist, erzeugen also ein räumlich stillstehendes Wechselfeld, so kann der Läuferwicklung ein symmetrischer, also von gegenläufigen Komponenten freier Mehrphasenstrom entnommen werden, sofern die Polzahlen von Transformator und zu erregender Maschine gleich gross sind. Diese Phasenwandlung zwischen Ständer und Läufer ist hinsichtlich der Welligkeit des gleichgerichteten Erregerstromes sehr vorteilhaft.

Wie leicht abgeleitet werden kann, bleibt bei primärer Spannungsresonanz des Erregertransformators mit dem vorgeschalteten Kondensatoren auch bei der erfindungsgemässen, mit Frequenz-bzw. Phasenwandlung arbeitenden und einen Teil der Erregerleistung mechanisch zugeführt erhaltenden Ausbildung des Transformators der Vorteil bestehen, dass der Sekundärstrom als eingeprägter, d. h. vom Widerstand seines Kreises unabhängiger Strom fliesst, wodurch die Generatorerregung temperaturunabhängig erfolgt.

Ein Ausführungsbeispiel einer Schaltung des erfindungsgemässen Erregungsgerätes ist wieder in Verbindung mit einem Einphasengenerator in Fig. 3 und das dazugehörige grundsätzliche Vektordiagramm in Fig. 4 dargestellt. Wie man hieraus ersieht, entfallen hiebei die Kondensatoren 5 und 7 sowie die Luftspaltdrossel 4 der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Schaltung. An ihre Stelle treten der Serienkondensator 8 und das induktive Element des Resonanzkreises. Es wird durch den Dreiwicklungstransformator 9 gebildet, von dem im Gegensatz zum Transformator 6 in Fig. 1 keinerlei Stromwandlereigenschaften verlangt werden. Mit Rücksicht auf die Resonanz sowie aus einem später noch erläuterten Grunde ist der Transformator 9 meist als Luftspalttransformator ausgebildet.

Bei den folgenden Ausführungen wird der ohmsche Widerstand der Wicklung wu nicht berücksichtigt. Die Wirkwiderstände der beiden andern sowie die Streureaktanzen aller drei Wicklungen des Transformators sind im übrigen grundsätzlich ohne Einfluss.

Befindet sich der einen kapazitiven Widerstand darstellende Kondensator 8 mit der Leerlaufreaktanz der Wicklung Wu in Resonanz, so kann ein Strom, der durch diese beiden Elemente fliesst, keine EMK ers zeugen, die Uv das Gleichgewicht hält, was ja das Wesen der Spannungsresonanz ist. Deshalb muss die Wirkung jenes Magnetisierungsstromes J Uw den die Wicklung Wu ohne vorgeschalteten Kondensator aufnehmen würde, von den beiden andern Wicklungen wJ und wE aufgebracht werden. Bei Annahme eines Übersetzungsverhältnisses l : l : l bedeutet dies, dass die Vektorsumme der beiden andern Wicklungsströme den Magnetisierungsstrom JU ergeben muss.

Da nun durch die Wicklung wj der eingeprägte Strom -j G fliesst, so muss der Strom durch die Wicklung wE der Vektorgleichung

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genügen, d. h. es ist die Erregerstromgleichung
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erfüllt, wie dies in Fig. 4 dargestellt ist. Während es bei der anfangs beschriebenen Schaltung von den Stromwandlereigenschaften des Erregertransformators abhängt, ob und wieweit diese Gleichung gilt, ist sie hier bei Resonanz und widerstandsfreier Wicklung wrJ streng und vollkommen unabhängig von den Widerständen im Erregerkreis erfüllt.

Der besondere Effekt einer solchen Schaltung besteht darin, dass im Resonanzfall nicht nur der Magnetisierungsstrom JU (gemäss dem an sich bekannten Boucheroteffekt), sondern auch der Strom ÎG dem Sekundärkreis aufgezwungen wird, obwohl zwischen dem Primärkreis iG und dem Kondensator 8 gar keine Resonanz herrscht.

In der Fig. 5 ist nun ein Vektorbild der Spannungen, Ströme und Durchflutungen für allgemeine Übersetzungsverhältnisse bei Resonanz und Vernachlässigung des Wirkwiderstandes von wu sowie der
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tor U1 noch ein in Gegenphase zu Ji liegender ohmscher Abfall hinzu.
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Claims

undPATENTANSPRÜCHE : EMI4.1 zitives Element (8) vorgeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Erregungstransformator als Resonanzelement ausgebildet ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine solche Bemessung des Erregungstransformators und des kapazitiven Elementes, dass die Spannungsresonanz zwischen diesen beiden Elementen bei Betriebsfrequenz auftritt.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass primäre Stromwicklungen (wJ) des Erregungstransformators entgegengesetzt zu primären Spannungswicklungen (wij) gepolt sind.

4. Einrichtung nach Anspurch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Erregungstransformator als Luftspalttransformator (analog einer Luftspaltdrossel) ausgebildet ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die primäre Spannüngswicklung des Erregertransformators statt an der Verbraucherspannung (Uv) an der Generatorspannung (UG) liegt.

6. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromwicklung (wj) in beliebigem Verhältnis unterteilt und die Spannungswicklung (wu) an den zwischen den beiden Teilwicklungen (wjl bzw. Wss) liegenden Anzapfungspunkt angeschlossen ist (Fig. 6).

7. Einrichtung nach Anspruch l, dadurch gekennzeichnet, dass Wicklungen des Erregertransformators mindestens teilweise zu einer Sparschaltung vereinigt sind (Fig. 7).

8. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,'dass der Luftspalttransformator in an sich bekannter Weise mit rotierendem Sekundärteil und ruhendem Primärteil ausgebildet ist.

9. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Erregertransformator nach Art einer Induktionsmaschine ausgeführt ist, deren Läufer mit der zu erregenden Maschine gekuppelt ist und eine Wicklung trägt, die über mitrotierende Gleichrichter die Erregerwicklung speist.

10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Erregertransformator mit anderer, vorzugsweise grösserer Polzahl ausgeführt ist als die von ihm erregte Maschine.

11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Erregertransformator primär für einphasigen und sekundär für mehrphasigen Betrieb eingerichtet ist.