AT517397B1 - Anordnung mit einem Synchrongenerator und einer Asynchronmaschine - Google Patents

Anordnung mit einem Synchrongenerator und einer Asynchronmaschine Download PDF

Info

Publication number
AT517397B1
AT517397B1 ATA442/2015A AT4422015A AT517397B1 AT 517397 B1 AT517397 B1 AT 517397B1 AT 4422015 A AT4422015 A AT 4422015A AT 517397 B1 AT517397 B1 AT 517397B1
Authority
AT
Austria
Prior art keywords
synchronous generator
asynchronous machine
rotor
machine
arrangement
Prior art date
Application number
ATA442/2015A
Other languages
English (en)
Other versions
AT517397A1 (de
Inventor
Niedrist Helmut
Original Assignee
Ge Jenbacher Gmbh & Co Og
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ge Jenbacher Gmbh & Co Og filed Critical Ge Jenbacher Gmbh & Co Og
Priority to ATA442/2015A priority Critical patent/AT517397B1/de
Priority to US15/737,759 priority patent/US10622924B2/en
Priority to PCT/AT2016/050238 priority patent/WO2017004644A1/de
Priority to EP16740949.9A priority patent/EP3320614A1/de
Priority to CN201680039938.1A priority patent/CN107852119A/zh
Publication of AT517397A1 publication Critical patent/AT517397A1/de
Application granted granted Critical
Publication of AT517397B1 publication Critical patent/AT517397B1/de

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P1/00—Arrangements for starting electric motors or dynamo-electric converters
    • H02P1/16—Arrangements for starting electric motors or dynamo-electric converters for starting dynamo-electric motors or dynamo-electric converters
    • H02P1/46—Arrangements for starting electric motors or dynamo-electric converters for starting dynamo-electric motors or dynamo-electric converters for starting an individual synchronous motor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B63/00—Adaptations of engines for driving pumps, hand-held tools or electric generators; Portable combinations of engines with engine-driven devices
    • F02B63/04—Adaptations of engines for driving pumps, hand-held tools or electric generators; Portable combinations of engines with engine-driven devices for electric generators
    • F02B63/042—Rotating electric generators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02N—STARTING OF COMBUSTION ENGINES; STARTING AIDS FOR SUCH ENGINES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02N11/00—Starting of engines by means of electric motors
    • F02N11/04—Starting of engines by means of electric motors the motors being associated with current generators
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for AC mains or AC distribution networks
    • H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J9/00—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting
    • H02J9/04—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source
    • H02J9/06—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source with automatic change-over, e.g. UPS systems
    • H02J9/08—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source with automatic change-over, e.g. UPS systems requiring starting of a prime-mover
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/18—Structural association of electric generators with mechanical driving motors, e.g. with turbines
    • H02K7/1807—Rotary generators
    • H02K7/1815—Rotary generators structurally associated with reciprocating piston engines
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P5/00—Arrangements specially adapted for regulating or controlling the speed or torque of two or more electric motors
    • H02P5/74—Arrangements specially adapted for regulating or controlling the speed or torque of two or more electric motors controlling two or more AC dynamo-electric motors
    • H02P5/747—Arrangements specially adapted for regulating or controlling the speed or torque of two or more electric motors controlling two or more AC dynamo-electric motors mechanically coupled by gearing
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P9/00—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P9/00—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output
    • H02P9/04—Control effected upon non-electric prime mover and dependent upon electric output value of the generator
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P9/00—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output
    • H02P9/08—Control of generator circuit during starting or stopping of driving means, e.g. for initiating excitation
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P9/00—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output
    • H02P9/10—Control effected upon generator excitation circuit to reduce harmful effects of overloads or transients, e.g. sudden application of load, sudden removal of load, sudden change of load
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B63/00—Adaptations of engines for driving pumps, hand-held tools or electric generators; Portable combinations of engines with engine-driven devices
    • F02B63/04—Adaptations of engines for driving pumps, hand-held tools or electric generators; Portable combinations of engines with engine-driven devices for electric generators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02N—STARTING OF COMBUSTION ENGINES; STARTING AIDS FOR SUCH ENGINES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02N2200/00—Parameters used for control of starting apparatus
    • F02N2200/02—Parameters used for control of starting apparatus said parameters being related to the engine
    • F02N2200/022—Engine speed
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for AC mains or AC distribution networks
    • H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • H02J3/388—Islanding, i.e. disconnection of local power supply from the network
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P2101/00—Special adaptation of control arrangements for generators
    • H02P2101/25—Special adaptation of control arrangements for generators for combustion engines
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P2103/00—Controlling arrangements characterised by the type of generator
    • H02P2103/20—Controlling arrangements characterised by the type of generator of the synchronous type
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P2207/00—Indexing scheme relating to controlling arrangements characterised by the type of motor
    • H02P2207/01—Asynchronous machines
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P2207/00—Indexing scheme relating to controlling arrangements characterised by the type of motor
    • H02P2207/03—Double rotor motors or generators, i.e. electromagnetic transmissions having double rotor with motor and generator functions, e.g. for electrical variable transmission

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Business, Economics & Management (AREA)
  • Emergency Management (AREA)
  • Control Of Eletrric Generators (AREA)

Abstract

Anordnung mit einem Synchrongenerator (1) zur Umwandlung von mechanischer Leistung in elektrische Leistung, mit einer vorgegebenen Polpaarzahl, einer Asynchronmaschine (2), mit ausgeprägter Läuferwicklung, die mit einem Rotor (3) des Synchrongenerators (1) mechanisch gekoppelt ist und eine um wenigstens 1 größere Polpaarzahl als der Synchrongenerator (1) aufweist.

Description

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft eine Anordnung mit einem Synchrongenerator sowie ein Genset und ein Verfahren zum Betreiben eines Gensets.
[0002] Zur dezentralen Energieerzeugung werden häufig sogenannte Gensets eingesetzt, das sind mit einem Generator (meist einem Synchrongenerator) gekoppelte Brennkraftmaschinen. Für diese Anwendung gebräuchliche Brennkraftmaschinen können Leistungen bis 10 MW (Megawatt) oder sogar darüber erzielen und weisen dementsprechende Abmessungen auf.
[0003] Im Betrieb laufen diese Brennkraftmaschinen bei einer von der Netzfrequenz vorgegebenen Drehzahl, beispielsweise 1000 Umdrehungen pro Minute bei 50 Hz Netzfrequenz und einer Polpaarzahl von 3.
[0004] Üblicherweise wird die am Läufer benötigte Erregungsleistung der Synchronmaschine über eine bürstenlose Hilfsmaschine an den Läufer übertragen.
[0005] Zum allgemeinen Hintergrund sei beispielsweise auf die DE2235058 (A1) verwiesen, die eine Anordnung zur Erregung einer asynchron anlaufenden Synchronmaschine zeigt. Weiterer Stand der Technik ist gezeigt durch die EP2696464 (A1), die R0129273 (A0) und die DE880764 (C).
[0006] Zum Überwinden der hohen Anlaufmomente erfordert das Starten solcher Brennkraftmaschinen Startvorrichtungen mit großer Leistung. Für Brennkraftmaschinen über 5 MW werden in der Regel pneumatische Startvorrichtungen eingesetzt, darunter kommen meist elektrische Starter zum Einsatz. Insbesondere pneumatische Startvorrichtungen sind sehr kostspielig und erfordern viel Platz.
[0007] Es sind also sowohl für die Erregung des Synchrongenerators als auch zum Starten der Brennkraftmaschine teure Zusatzaggregate erforderlich.
[0008] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist eine Anordnung mit einem Synchrongenerator, ein Genset bzw. ein Verfahren zum Betreiben eines Gensets anzugeben, welche bzw. welches die Nachteile aus dem Stand der Technik umgeht.
[0009] Gelöst werden diese Aufgaben durch eine Anordnung nach Anspruch 1, ein Genset nach Anspruch 7 bzw. ein Verfahren nach Anspruch 9. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
[0010] Durch eine Anordnung mit [0011] - einem Synchrongenerator zur Umwandlung von mechanischer Leistung in elektrische
Leistung, mit einer vorgegebenen Polpaarzahl [0012] - einer Asynchronmaschine mit ausgeprägter Läuferwicklung, die mit einem Rotor des
Synchrongenerators mechanisch gekoppelt ist und eine um wenigstens 1 größere Polpaarzahl als der Synchrongenerator aufweist, [0013] wobei wenigstens eine Läuferwicklung eines Läufers der Asynchronmaschine mit wenigstens einer Erregerwicklung des Rotors des Synchrongenerators elektrisch gekoppelt ist, wird erreicht, dass die Asynchronmaschine bei einer vorgegebenen Drehzahl des Synchrongenerators gegenüber dem Synchrongenerator übersynchron und damit selbst als Generator wirkend läuft, d.h. es wird eine Asynchronmaschine gleichzeitig als Erregermaschine des Synchrongenerators und als Startermotor verwendet.
[0014] An einem Zahlenbeispiel illustriert bedeutet dies, dass bei einer Polpaarzahl des Synchrongenerators von 3 die Asynchronmaschine beispielsweise eine Polpaarzahl von 4 aufweist, also 8 Pole hat.
[0015] „Ausgeprägte Läuferwicklung“ bedeutet, dass es sich um eine gewickelte Spule und nicht um einen Kurzschlussläufer (Käfigläufer) handelt.
[0016] Bevorzugt ist die Asynchronmaschine in Bezug auf die elektrische Leistung wesentlich kleiner, zum Beispiel um einen Faktor 100, ausgebildet als der Synchrongenerator.
[0017] Bei einer als gegeben angesehenen Drehzahl des Synchrongenerators von beispielsweise 1000 Umin-1 läuft die Asynchronmaschine wegen der höheren Polpaarzahl mit konstanten Schlupf, also im generatorischen Betrieb. Schlupf wird üblicherweise mit „s“ abgekürzt, wobei ein negativer Schlupf einen generatorischen Betrieb bezeichnet. Der Betriebszustand lautet dem entsprechend s < 0.
[0018] Dies eröffnet die Möglichkeit, die Asynchronmaschine zur Versorgung der Erregerwicklung des Synchrongenerators mit elektrischer Leistung über den Rotor heranzuziehen.
[0019] Zur Steuerung der von der Asynchronmaschine erzeugten Erregerspannung des Synchrongenerators sind verschiedene Varianten möglich: [0020] So kann vorgesehen sein, dass am Läufer der Asynchronmaschine wenigstens eine gesteuerte, rotierende Gleichrichtereinheit angeordnet ist, vorzugsweise als rotierender Thyristorsatz ausgeführt. Das Steuersignal des Thyristorsatzes kann beispielsweise drahtlos mittels bekannten Systemen an den Läufer übertragen werden.
[0021] Damit kann aus der der induzierten Läuferspannung der Asynchronmaschine eine variable Erregerspannung für den Synchrongenerator erzeugt werden. Auf diese Weise lässt sich das Erregerfeld des Synchrongenerators gezielt regeln.
[0022] Gemäß einer anderen Variante kann vorgesehen sein, dass am Läufer der Asynchronmaschine wenigstens ein ungesteuerter Gleichrichter angeordnet ist.
[0023] Auf diese Weise lässt sich die Erregerspannung des Synchrongenerators durch Variation der Ständerspannung der Asynchronmaschine, beispielsweise über einen statischen Thyristorsatz steuern.
[0024] Besonders vorteilhaft an der Anordnung ist, dass eine so ausgebildete Asynchronmaschine auch zum Andrehen des Synchrongenerators, bzw., wenn der Synchrongenerator mit einer Antriebsmaschine, z.B. einer Hubkolbenmaschine (Brennkraftmaschine) verbunden ist, auch zum Starten der Antriebsmaschine verwenden lässt. In diesem Fall wird die Asynchronmaschine in herkömmlicher Weise als Elektromotor betrieben. Als Schlupf ausgedrückt, lautet der Betriebszustand dann 0 < s < 1.
[0025] Die Asynchronmaschine muss dazu für das zum Andrehen des Synchrongenerators und zum Starten der Antriebsmaschine aufzubringende Moment dimensioniert werden.
[0026] Auf diese Weise ist die Asynchronmaschine als Erregermaschine für den Synchrongenerator und gleichzeitig als Startermotor für die Antriebsmaschine nutzbar. Auf zusätzliche Startvorrichtungen und Erregermaschinen kann verzichtet werden.
[0027] Ein weiterer Vorteil der Anordnung ist es, dass die Drehzahl der Anordnung bei Verwendung der Asynchronmaschine im motorischen Betrieb annähernd bis auf Schlupf s = 0 gesteigert werden könnte, also fast 750 U/min im erwähnten Zahlenbeispiel. Somit sind wesentliche höhere Startdrehzahlen als bei herkömmlichen Startermotoren erzielbar, womit ein gekoppelter Hubkolbenmotor leichter zu starten ist. Herkömmliche Startermotoren erreichen in der Regel wesentlich niedrigere Drehzahlen.
[0028] Bevorzugt ist vorgesehen, dass es sich bei der Antriebsmaschine um einen Hubkolbenmotor handelt, besonders bevorzugt um einen stationären Gasmotor handelt. Die Erfindung eignet sich insbesondere für die Anwendung auf stationäre Brennkraftmaschinen, besonders Gasmotoren, insbesondere für Brennkraftmaschinen, die mit einem Synchrongenerator zu einem Genset zur dezentralen Energieversorgung gekoppelt sind.
[0029] Die Erfindung wird mit nachfolgenden Figuren näher erläutert.
[0030] Figur 1 und 2 zeigen Anordnungen eines Synchrongenerators und einer Asynchronmaschine in zwei Varianten, die sich bezüglich der Spannungsregelung unterscheiden. Ausführun- gen zu Figur 1 gelten für Figur 2 und umgekehrt.
[0031] Gezeigt ist ein Synchrongenerator 1 und eine leistungsmäßig wesentlich kleinere Asynchronmaschine 2, die an einem gemeinsamen Rotor 3 angeordnet sind. Angedeutet ist weiters eine Antriebsmaschine 6, die mit dem als Welle ausgebildeten Rotor 3 verbindbar ist. Zu erkennen ist weiters die Erregerwicklung 4 des Rotors der Synchronmaschine 1 sowie die Läuferwicklung 7 der Asynchronmaschine 2.
[0032] In beiden Ausführungsbeispielen weist der Synchrongenerator 1 drei Polpaare auf und die Asynchronmaschine 2 vier Polpaare auf. An dem als Welle ausgebildeten Rotor 3 kann beispielsweise eine Antriebsmaschine 6, etwa ein Flubkolbenmotor, über eine mechanische Kopplung 10 gekoppelt sein. Die Läuferwicklung 7 der Asynchronmaschine 2 ist elektrisch mit der Erregerwicklung 4 des Synchrongenerators 1 verbunden, je nach Variante über einen gesteuerten Gleichrichter 13 (Fig. 1) oder ungesteuerten Gleichrichter 14 (Fig. 2).
[0033] Für den motorischen Betrieb der Asynchronmaschine 2, d.h. während eines Startvorganges (die Asynchronmaschine 2 wirkt als Starter-Motor) ist die Läuferwicklung 7 optional mit einer verstellbaren Impedanz 11 beaufschlagt, um das Anzugsmoment zu erhöhen. Eine Steuereinrichtung 5 ist über Steuerleitungen (nicht gezeigt) mit den Wicklungen 4, 7, 8, 9, der Impedanz 11, der Antriebsmaschine 6 (falls vorhanden) und dem Rotor 3 verbindbar, vorzugsweise mittels kontaktloser Übertragung auf den Rotor.
[0034] In der gezeigten Variante von Figur 1 erfolgt die Spannungsregelung der Erregerspannung U2sy des Synchrongenerators 1 über eine gesteuerte, rotierende Gleichrichtereinheit 13, vorzugsweise mittels eines gesteuerten, rotierenden Thyristorsatzes.
[0035] In der Variante gemäß Figur 2 erfolgt die Spannungsregelung der Erregerspannung U2sy des Synchrongenerators 1 über eine ungesteuerte, rotierende Gleichrichtereinheit 14, vorzugsweise einen Diodengleichrichter, und einer statischen Spannungsregelung 15 der Asynchronmaschine 2, vorzugsweise mittels eines statischen Thyristorsatzes.
[0036] Zur Illustration der Leistungsverhältnisse zwischen dem Synchrongenerator 1 und der Asynchronmaschine 2 seien ganz beispielhaft Zahlenwerte für die Nennleistungen genannt: so kann die Nennleistung des Synchrongenerators 1 beispielsweise 12 MVA (Megavoltampere) betragen und die Nennleistung der Asynchronmaschine 2 ca. 50 kVA (Kilovoltampere).
[0037] Im Folgenden sei die Funktion der Asynchronmaschine 2 als Erregermaschine für den Synchrongenerator 1, das heißt die Funktion der Asynchronmaschine 2 im Generatorbetrieb erläutert. Das folgende Zahlenbeispiel ist selbstverständlich auch für andere als in Figur 1 und 2 gezeigte Ausführungsbeispiele anwendbar. Zunächst wird der Schlupf s der Asynchronmaschine 2 bestimmt. Die Asynchronmaschine 2 weise eine Nenndrehzahl nN von 750 Umin-1 auf, die Betriebsdrehzahl n des Synchrongenerators 1 sei 1000 Umin-1. Dann berechnet sich der Schlupf s der Asynchronmaschine 2 wie folgt: [0038] s=(nN -n)/nN = (750-1000)/750= - 0,3333 [0039] Daraus ergibt sich eine im Läufer vorhandene Leistung P2 von: [0040]
[0041] mit Pm der mechanischen Antriebsleistung der Welle (Rotor 3).
[0042] Diese Leistung P2 kann am Rotor 3 mit der Frequenz f2 [0043]
[0044] abgegriffen werden.
[0045] Die Läuferspannung der Asynchronmaschine 2 U2Asy liegt also mit der Frequenz f2 =16,66Hz an. Diese Spannung wird je nach Ausführungsvariante mittels gesteuerten oder ungesteuerten, rotierenden Gleichrichtern gleichgerichtet und dient als Erregerspannung U2Sy der Synchronmaschine.
[0046] Im Stator der Asynchronmaschine 2 ergibt sich folgende Leistung die ins Netz gespeist werden kann, nach Abzug der Verluste: [0047]
[0048] Im Folgenden sei die Funktion der Asynchronmaschine 2 im motorischen Betrieb erläutert: [0049] Durch Zuschalten der stillstehenden Asynchronmaschine 2 an ein Drehstromnetz 12 ist diese als Elektromotor betreibbar. Durch die ausgeprägte Läuferwicklung 7 der Asynchronmaschine 2 wird der Anlaufstrom geringer ausfallen als bei einem Kurzschlussläufer, und das Anlaufdrehmoment grösser sein.
[0050] Zusätzlich kann zur Verbesserung des Startverhaltens (d.h. während des Motorbetriebs der Asynchronmaschine 2, also bei untersynchronen Drehzahlen) an der Läuferwicklung 7 der Asynchronmaschine 2 eine Hilfsimpedanz 11 statt der Erregerwicklung 4 geschaltet werden, wie in Fig. 1 und Fig. 2 angedeutet. So kann das Anlaufdrehmoment optimiert werden. Die Auslegung der Hilfsimpedanz 11 richtet sich nach den elektrischen und mechanischen Größen der Anordnung.
[0051] Wird die Asynchronmaschine 2 nun aus dem Netz 12 mit Leistung versorgt, beschleunigt die Asynchronmaschine 2 die Anordnung auf eine Drehzahl nahe der Nenndrehzahl nNASYM der Asynchronmaschine 2 (ca. 750rpm im genannten Zahlenbeispiel). Diese Drehzahl ist wesentlich höher als bei herkömmlichen Startersystemen, was sich vorteilhaft auf den Start einer Hubkolbenmaschine auswirkt.
[0052] Ist an der Anordnung noch eine Brennkraftmaschine 6 vorgesehen, kann diese nun die Anordnung aus Synchrongenerator 1, Asynchronmaschine 2 und Antriebsmaschine 6 auf eine Nenndrehzahl des Synchrongenerators 1 (im genannten Beispiel 1000 Umin"1) weiter beschleunigen, wodurch die Asynchronmaschine 2 stufenlos in den vorhin beschriebenen Generatorbetrieb übergeht.
[0053] Zur Regelung der Erregerspannung des Synchrongenerators 1 bestehen zwei Varianten: [0054] In einer ersten Variante, wie in Figur 1 dargestellt, bewirkt eine gesteuerte, rotierende Gleichrichtereinheit 13, vorzugsweise ein Thyristorsteuersatz, eine variable Erregerspannung U2sy des Synchrongenerators 1.
[0055] Bevorzugt wird die Gleichrichtereinheit 13 als gesteuerter, rotierender Thyristorsteuersatz ausgeführt, der eine besonders schnelle Regelung der Erregerspannung U2sy des Synchrongenerators 1 erlaubt, und außerdem ohne Verzögerung zu- und weggeschaltet werden kann.
[0056] Figur 2 zeigt eine Anordnung eines Synchrongenerators 1 und einer Asynchronmaschine 2 gemäß der zweiten Variante: [0057] Hier erfolgt die Spannungsregelung der Erregerspannung U2Sy des Synchrongenerators 1 durch Variieren der Statorspannung der Asynchronmaschine 2 vorzugsweise durch einen statischen Thyristorsteuersatz 15 im Ständer der Asynchronmaschine 2 und über einen ungesteuerten Gleichrichter 14 im Rotor 3. Dadurch wird die induzierte Läuferspannung U2Asy verändert, und somit über den Gleichrichter 14 die Erregerspannung U2Sy.
[0058] Diese Anordnung erlaubt eine Regelung der Erregerspannung U2Sy des Synchrongenerators 1, für die keine Steuersignale im Rotor 3 erforderlich sind.
[0059] Zusätzlich kann der Thyristorsteuersatz 15 auch für einen Sanftanlauf der Asynchronmaschine 2 beim Starten der Antriebsmaschine 6 verwendet werden.
[0060] Die Vorteile dieser Variante sind die einfachere und günstigere Regelung als mit gesteuerten Thyristoren im Rotor und die Möglichkeit für einen Sanftanlauf der Asynchronmaschine 2 bei Startmodus. Nachteilig sind die längeren Regelzeiten der Erregerspannung des Synchrongenerators. LISTE DER VERWENDETEN BEZUGSZEICHEN: 1 Synchrongenerator 2 Asynchronmaschine 3 Rotor 4 Erregerwicklung des Synchrongenerators 1 5 Steuervorrichtung 6 Antriebsmaschine 7 Läuferwicklung der Asynchronmaschine 2 8 Statorwicklung des Synchrongenerators 1 9 Statorwicklung der Asynchronmaschine 2 10 mechanische Kopplung zur Antriebsmaschine 6 11 Hilfsimpedanz 12 Netz 13 gesteuerte, rotierende Gleichrichtereinheit (z.B. Thyristoren) 14 ungesteuerter, rotierender Gleichrichter (z.B. Dioden) 15 statische Spannungssteuerung (z.B. Thyristorsteuersatz) s Schlupf n Betriebsdrehzahl des Synchrongenerators 1 nN Nenndrehzahl der Asynchronmaschine 2 P1 von Asynchronmaschine 2 ins Netz 12 speisbare Leistung P2 Leistung im Läufer
Pm mechanische Antriebsleistung fi Netzfrequenz f2 Frequenz der Läuferspannung der Asynchronmaschine 2 U2Asy Läuferspannung der Asynchronmaschine U2Sy Erregerspannung des Synchrongenerators Z Impedanz

Claims (8)

  1. Patentansprüche
    1. Anordnung mit: - einem Synchrongenerator (1) zur Umwandlung von mechanischer Leistung in elektrische Leistung, mit einer vorgegebenen Polpaarzahl - einer Asynchronmaschine (2), mit ausgeprägter Läuferwicklung, die mit einem Rotor (3) des Synchrongenerators (1) mechanisch gekoppelt ist und eine um wenigstens 1 größere Polpaarzahl als der Synchrongenerator (1) aufweist, wobei wenigstens eine Läuferwicklung eines Läufers der Asynchronmaschine (2) mit wenigstens einer Erregerwicklung (4) des Rotors des Synchrongenerators (1) elektrisch gekoppelt ist.
  2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, wobei eine Steuervorrichtung (5) zur Steuerung oder Regelung der in der wenigstens einen Erregerwicklung (4) des Rotors (3) des Synchrongenerators (1) durch die elektrische Kopplung anliegenden Spannung vorgesehen ist.
  3. 3. Anordnung nach Anspruch 1, wobei am Läufer der Asynchronmaschine (2) wenigstens eine gesteuerte, rotierende Gleichrichtereinheit (13) angeordnet ist.
  4. 4. Anordnung nach Anspruch 1, wobei am Läufer der Asynchronmaschine (2) wenigstens ein ungesteuerter, rotierender Gleichrichter (14) angeordnet ist.
  5. 5. Anordnung nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Synchrongenerator (1) mechanisch mit einer Antriebsmaschine (6) zu einem Genset gekoppelt ist.
  6. 6. Genset nach Anspruch 5, wobei die Asynchronmaschine (2) als Startvorrichtung für die Antriebsmaschine (6) ausgebildet ist.
  7. 7. Genset nach Anspruch 6, wobei die Asynchronmaschine (2) dazu ausgebildet ist, nach Überschreiten einer vorgegebenen Drehzahl der Antriebsmaschine (6) als Generator zur Erzeugung der Erregerspannung des Synchrongenerators (1) zu wirken.
  8. 8. Verfahren zum Betreiben eines Gensets nach einem der Ansprüche 6 oder 7, wobei die Asynchronmaschine (2) zum Anlassen der Antriebsmaschine (6) verwendet wird und nach Überschreiten einer vorgegebenen Drehzahl der Antriebsmaschine (6) als Generator zur Erzeugung der Erregerspannung des Synchrongenerators (1) verwendet wird. Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
ATA442/2015A 2015-07-07 2015-07-07 Anordnung mit einem Synchrongenerator und einer Asynchronmaschine AT517397B1 (de)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ATA442/2015A AT517397B1 (de) 2015-07-07 2015-07-07 Anordnung mit einem Synchrongenerator und einer Asynchronmaschine
US15/737,759 US10622924B2 (en) 2015-07-07 2016-06-30 Arrangement with a synchronous generator and an asynchronous machine
PCT/AT2016/050238 WO2017004644A1 (de) 2015-07-07 2016-06-30 Anordnung mit einem synchrongenerator und einer asynchronmaschine
EP16740949.9A EP3320614A1 (de) 2015-07-07 2016-06-30 Anordnung mit einem synchrongenerator und einer asynchronmaschine
CN201680039938.1A CN107852119A (zh) 2015-07-07 2016-06-30 带有同步发电机和异步电机的组件

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ATA442/2015A AT517397B1 (de) 2015-07-07 2015-07-07 Anordnung mit einem Synchrongenerator und einer Asynchronmaschine

Publications (2)

Publication Number Publication Date
AT517397A1 AT517397A1 (de) 2017-01-15
AT517397B1 true AT517397B1 (de) 2017-10-15

Family

ID=56463979

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ATA442/2015A AT517397B1 (de) 2015-07-07 2015-07-07 Anordnung mit einem Synchrongenerator und einer Asynchronmaschine

Country Status (5)

Country Link
US (1) US10622924B2 (de)
EP (1) EP3320614A1 (de)
CN (1) CN107852119A (de)
AT (1) AT517397B1 (de)
WO (1) WO2017004644A1 (de)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11916500B2 (en) 2021-12-20 2024-02-27 Raytheon Company Synchronous generator with configurable modality

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE880764C (de) * 1951-09-23 1953-06-25 Siemens Ag Anordnung bei Synchronmaschinen, Umformern oder Phasenschiebern
EP2696464A1 (de) * 2012-08-07 2014-02-12 AEG Power Solutions GmbH Fotovoltaik-Kraftwerk
RO129273A0 (ro) * 2013-04-08 2014-02-28 Florentin Petre Grup generator ()

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH451296A (de) * 1967-05-26 1968-05-15 Bbc Brown Boveri & Cie Anordnung zur Erregung eines asynchron anlaufenden Synchronmotors
CH547034A (de) * 1972-06-26 1974-03-15 Bbc Brown Boveri & Cie Anordnung zur erregung eines mehrphasigen, asynchron anlaufenden synchronmotors.
US5345125A (en) * 1992-08-14 1994-09-06 Eemco/Datron, Inc. Miniature, modular, plug-in rotating switch
US6239513B1 (en) * 2000-02-24 2001-05-29 Design Power Solutions International Emergency supplemental power supply for outage protection of critical electric loads
EP1289118A1 (de) 2001-08-24 2003-03-05 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren und Vorrichtung zum Hochfahren eines Turbosatzes
US6906479B2 (en) * 2002-08-06 2005-06-14 Honeywell International, Inc. Gas turbine engine starter generator with multiple windings on each exciter stator pole
US7576508B2 (en) * 2003-01-30 2009-08-18 Honeywell International Inc. Gas turbine engine starter generator with AC generator and DC motor modes
US7154249B2 (en) * 2005-02-17 2006-12-26 Teleflex Canada Incorporated Energy discharge apparatus
US7301311B2 (en) * 2006-02-22 2007-11-27 Honeywell International, Inc. Brushless starter-generator with independently controllable exciter field
US7388300B2 (en) * 2006-09-20 2008-06-17 Honeywell International, Inc. Starter-generator operable with multiple variable frequencies and voltages
US8030788B2 (en) * 2008-12-31 2011-10-04 General Electric Company Method and systems for an engine starter/generator
CN102714479B (zh) * 2010-01-13 2015-09-23 布鲁萨电子公司 用于控制同步电机的他励转子绕组的控制装置和方法
EP2684288B1 (de) * 2011-03-11 2022-04-20 BRUSA Elektronik AG Synchronmaschine mit einer erregungsschaltung mit einem schaltelement
AT514811B1 (de) * 2013-10-30 2015-04-15 Ge Jenbacher Gmbh & Co Og Verfahren zum Betreiben einer mit einem elektrischen Generator, insbesondere Synchrongenerator, verbundenen Brennkraftmaschine
US10305356B2 (en) * 2014-09-26 2019-05-28 The Boeing Company Synchronous machine with common motor/generator exciter stage

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE880764C (de) * 1951-09-23 1953-06-25 Siemens Ag Anordnung bei Synchronmaschinen, Umformern oder Phasenschiebern
EP2696464A1 (de) * 2012-08-07 2014-02-12 AEG Power Solutions GmbH Fotovoltaik-Kraftwerk
RO129273A0 (ro) * 2013-04-08 2014-02-28 Florentin Petre Grup generator ()

Also Published As

Publication number Publication date
EP3320614A1 (de) 2018-05-16
CN107852119A (zh) 2018-03-27
WO2017004644A1 (de) 2017-01-12
US20180254726A1 (en) 2018-09-06
AT517397A1 (de) 2017-01-15
US10622924B2 (en) 2020-04-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2045441B1 (de) Generator-Dampfturbine-Turboverdichter-Strang und Verfahren zum Betreiben desselben
CH630495A5 (de) Dynamoelektrische maschine.
CH618556A5 (de)
DE102014217455B4 (de) Verfahren zum Starten eines Verbrennungsmotors durch einen riemengetriebenen Startergenerator
EP2441166B1 (de) Verfahren und anordnung zum turnbetrieb eines turbosatzes
CH695874A5 (de) Elektrogeneratorvorrichtung mit Nebenleistungswicklungen und Variofrequenz-Stromquelle sowie Verfahren für deren Verwendung.
DE102013210255A1 (de) Vorrichtung sowie eine solche umfassendes Antriebssystem, insbesondere für Schiffe
DE60027758T2 (de) Statischer induktionsstart für einen turbinengenerator mit bürstenlosem erreger und zugehörige verfahren
AT517397B1 (de) Anordnung mit einem Synchrongenerator und einer Asynchronmaschine
EP1834404B1 (de) Stromaggregat und verfahren zur erzeugung von strom einer vorbestimmten netzfrequenz
EP3394977B1 (de) Pm-line-start motor und einschaltverfahren für diesen
WO1996010289A1 (de) Wechselstrommaschine
WO2004036731A1 (de) Verfahren zum hochfahren eines wellenstranges sowie vorrichtung zur durchführung des verfahrens
EP0203436A1 (de) Verfahren und Hochlaufeinrichtung zum Hochfahren einer Schleifringläufer-Asynchronmaschine
EP0184653B1 (de) Verfahren und Hochlaufeinrichtung zum Hochfahren eines rotierenden Frequenzumformers
DE4431197C2 (de) Anordnung zum Hochlaufen und/oder Speisen einer Drehstrom- oder Wechselstrommaschine
DE102014100016B4 (de) Verfahren zum Anlassen einer mit einem Generator gekoppelten Brennkraftmaschine in einer elektrischen Stromerzeugungseinheit im Kraftwerksbereich, sowie Anordnung aus Brennkraftmaschine und Generator und Kraftwerk mit einer derartigen Brennkraftmaschine
EP1659674A1 (de) Elektrische Maschine
AT93541B (de) Vorrichtung zum Regeln und Einstellen der Geschwindigkeit von Wechselstrommotoren.
DE491108C (de) Einrichtung zum Betriebe von Mehrphasenmotoren, die unter Vermittlung eines Phasen- und Frequenzumformers, dessen Drehzahl durch eine Bremseinrichtung geregelt wird, aus einem Einphasennetz gespeist werden
DE544267C (de) Anordnung bei Asynchronmaschinen, in deren Sekundaerstromkreis ueber Kommutatormaschinen zwei Spannungskomponenten eingefuehrt sind, von denen die eine in ihrer Groesse derart bemessen ist, dass sie die Sekundaerspannung der Asynchronmaschine ganz oder teilweise aufhebt, waehrend die zweite in ihrer Groesse vom Schlupf unabhaengig ist
DE958408C (de) Regelantrieb fuer die Hilfsmaschinen eines Dampfkraftwerkes
DE677316C (de) Gleichlaufanordnung fuer an ein mehrphasiges Wechselstromnetz angeschlossene Asynchronmotoren
DE672870C (de) Einrichtung zur Erzeugung von Drehschwingungen mittels einer elektrischen Maschine
AT109594B (de) Verfahren und Einrichtung zur Änderung der Charakteristik von Kaskaden.