CH409108A - Excitation system for an electrical synchronous machine - Google Patents

Excitation system for an electrical synchronous machine

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Publication number
CH409108A
CH409108A CH992762A CH992762A CH409108A CH 409108 A CH409108 A CH 409108A CH 992762 A CH992762 A CH 992762A CH 992762 A CH992762 A CH 992762A CH 409108 A CH409108 A CH 409108A
Authority
CH
Switzerland
Prior art keywords
excitation
machine
machines
pole
poles
Prior art date
Application number
CH992762A
Other languages
German (de)
Inventor
Gerhard Dipl Ing Hagedorn
Original Assignee
Licentia Gmbh
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Publication date
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Publication of CH409108A publication Critical patent/CH409108A/en

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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K19/00Synchronous motors or generators
    • H02K19/16Synchronous generators
    • H02K19/38Structural association of synchronous generators with exciting machines
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K19/00Synchronous motors or generators
    • H02K19/16Synchronous generators
    • H02K19/22Synchronous generators having windings each turn of which co-operates alternately with poles of opposite polarity, e.g. heteropolar generators
    • H02K19/24Synchronous generators having windings each turn of which co-operates alternately with poles of opposite polarity, e.g. heteropolar generators with variable-reluctance soft-iron rotors without winding

Description

  

  Erregersystem für eine elektrische     Synchronmaschine       Unter einem Erregersystem für     elektrische        Syn-          chronmaschinen    ist eine Anordnung     iu    verstehen,  bei welcher ein oder mehrere     Erregermaschinen,    so  genannte Haupt- bzw.     Hilfserregermaschinen,    die Er  regerleistung zunächst in Form von Wechselstrom  aufbringen.

   Der so erzeugte Wechselstrom wird     dann     entweder über     Kommutator    oder     Gleichrichter    in  Gleichstrom umgewandelt und in die Erregerwick  lung der     elektrischen        Synchronmaschine        eingespeist.     



  Derartige Erregermaschinen werden im allgemei  nen auf der Welle     ider    Synchronmaschine angeordnet  und bedingen somit eine Verlängerung derselben;       diese    ist jedoch unerwünscht. Man ordnet daher  zwecks Verringerung der Baulänge die Erregerma  schinen oft     nicht    auf der Welle direkt an, sondern  stellt jene getrennt von der     Synchronmaschine    auf.  Im letzteren Falle muss selbstverständlich     zusätzlich     ein Antriebsmittel für den Antrieb der Erregerma  schinen vorgesehen werden.  



  Handelt es     :sich    um     einen    Synchrongenerator     mit     senkrechter Welle, wie er z. B. als     Wasserkraftgenera-          tor    angewandt wird, so bereitet     gerade        hierbei    die  Anordnung der     Erregermaschine    auf der Welle be  sonders grosse     Schwierigkeiten.        Abgesehen    von der  axialen Verlängerung, muss auch darauf     geachtet    wer  den, dass der     Kommutator        leicht    zugänglich ist,

   um  dieses besonders     störanfällige    Bauelement leicht und  schnell warten     zu        können.    Die     Erregermaschinen     werden deshalb oberhalb des     Synchrongenerators    an  geordnet, wodurch eine     axiale    Verlängerung     seiner     Bauhöhe, unter Umständen um mehrere     Meter,        notr     wendig wird. Das kann auf die     Gebäudekosten    grossen  Einfluss ,haben und     bei        Cavemen-Kraftwerken    be  sonders verteuernd wirken.

   Ausserdem sind langsam  laufende     Kommutator-Erregermaschinen    relativ teuer  und     unwirtschaftlich.       Aufgabe der Erfindung ist es, ein Erregersystem  für elektrische     Synchronmaschinen        vorzusehen,    wel  ches gegenüber den bekannten Anordnungen eine  wesentlich geringere     Wartung    benötigt und ausserdem       eine        Verkürzung    der     axialen        Baulänge        gestattet.     



  Gegenstand der     Erfindung    ist ein Erregersystem  für     eine    elektrische     Synchronmaschine,    bei welcher  als Haupt- und/oder     Hilfserregermaschine    Wechsel  stromerzeuger     vorgesehen        sind,    die über ruhende  Gleichrichter die     Erregerwicklungen    der Synchron  maschinen mit Gleichstrom speisen. Erfindungsge  mäss sind als     Wechselstromerzeuger-Erregermaschi-          nen    Maschinen mit umlaufenden Wechselpolen und       feststehenden        Arbeits-    .und Erregerwicklungen vorge  sehen.

   Diese Maschinen können als elektrische Syn  chronmaschinen     ausgebildet        sein,    bei welchen die  ungleichnamigen Pole (Wechselpole) des     Polrades     praktisch keine     ferromagnetische    Verbindung     mitein-          ander    haben und     @so        angeordnet    sind, dass der Magnet  fluss eines feststehenden     Elektro-    oder Permanent  magneten über einen Luftspalt in     gleichnamige    Pole  übertritt,

   von diesen über den mit dem     Magneten     fest verbundenen induzierten Teil in die Gegenpole  und aus diesen über einen     weiteren        Luftspalt    wieder  in den Magneten übertritt. Das Polrad kann zwei     mit     Polansätzen versehene     koaxiale        ferromagnetische     Scheiben besitzen, wobei     die    Polansätze unter Ein  haltung eines Abstandes     ineinander    verschachtelt sind  und der induzierte Teil den Polansätzen und die Pole  des erregenden,

       mit    dem induzierten Teil fest ver  bundenen     Magnets    den     ferromagnetischen    Scheiben,  unter     Einhaltung    eines     Luftspaltes,    gegenüberstehen.  



  Speist man beispielsweise aus der     induzierten     Wicklung einer derartigen Erregermaschine über  Gleichrichter, insbesondere     Trockengleichrichter,    die  elektrische     Synchronmaschine,    dann hat man     einen         Gleichstromerzeuger ohne     Kommutatoranordnung     vor sich. Speist man aus der genannten induzierten  Wicklung die eigene Erregerwicklung der Erreger  maschine, dann erhält man eine     selbsterregte    elek  trische Maschine, die z. B. als     Hilfserregermaschine     bei den genannten Synchronmaschinen     Verwendung     finden kann.

   Man kann natürlich die Hilfserreger  maschine ,auch durch ein ruhendes Erregergerät be  kannter Bauart erregen.  



  Dabei hat die     Hilfserregermaschine    den Vorteil  gegenüber den bekannten     derartigen    Maschinen der  üblichen     Gleichstrombauart,    dass ihr Durchmesser  gegenüber der Eisenlänge wesentlich kleiner und die  Ankerlänge wegen des Fortfalls des     Kommutators     sehr viel kürzer ist. Da ausserdem die Wellen grösserer  Synchronmaschinen nie völlig zentrisch laufen, ent  weder weil sie sich verziehen oder weil die Lager  spiele naturgemäss absolut grösser sind als bei klei  neren Maschinen, werden die Bürsten der     Hilfs-          erregermaschine    nicht     immer    ,satt am rotierenden       Kommutator    anliegen (tanzen).

   Hierdurch werden  sehr leicht unerwünschte und     schädliche        Energiepen-          delung;.n    der ganzen Maschinenanlage angeregt.  



  Ausserdem ist die Anordnung     derart    ausgebildeter  Erregermaschinen auch an nicht leicht zugänglichen  Stellen möglich, da sie als wartungsfrei anzusehen  sind. Dagegen können z. B. bekannte Gleichstrom  erregermaschinen wegen der Bürstenwartung nur an  leicht zugänglichen Stellen angeordnet werden.  



  Da die erwähnten Erregermaschinen im allge  meinen mit einer Ringspule ausgerüstet werden kön  nen, ist die aufzubringende Erregerleistung relativ  kleiner, anderseits der Verstärkungsgrad relativ grö  sser als bei bekannten     Gleichstromerregermaschinen.     



  Das gleiche, was bis     jetzt    für     die        Hilfserreger-          maschinen    angegeben wurde,     trifft    auch für die       Haupterregermaschine    zu. Darüber hinaus lassen :sich  beide Maschinen in einer Weiterbildung des Gegen  standes der Erfindung z. B. sehr einfach konzentrisch  zueinander anordnen. Ein noch kleinerer Raumbe  darf hierfür ist die Folge.  



  In der Zeichnung werden     Ausführungsbeispiele     der Erfindung angegeben.  



       Fig.    1 und 2 zeigen     schematisch    die Anordnung  der feststehenden Wicklungen und des Polrades einer  elektrischen Maschine mit Wechselpolen, wie sie bei  dem erfindungsgemässen Erregersystem verwendet  wird.  



       Fig.    3 und 4 geben eine andere Ausbildung der       Wechselpolmaschine    an.  



       Fig.    5 zeigt die Anordnung eines erfindungs  gemäss ausgebildeten Erregersystems an einem Was  serkraftgenerator und       Fig.    6 eine     Doppel-Erregermaschine    axial neben  einander angeordnet,     ähnlich    wie in     Fig.    3, jedoch  mit zwei getrennten     Statoren.     



  In     Fig.    1 ist aufgezeigt, wie     zwischen        dien    Polen  des     Erregerteiles    1 das Polrad 2 mit den Wechsel  polen 3 um die Achse 4 rotiert. Radial ausserhalb  des     Polrades    2 ist, ebenfalls feststehend,     der    indu-    zierte Teil 5 angeordnet und mit     idcn    Wicklungen 45  versehen.  



  In     Fig.    2 ist eine Abwicklung des Kranzes des  Polrades 2 dargestellt, um die Anordnung der Wech  selpole 3 zu veranschaulichen. Diese sind mit den  ihnen zugeordneten Mänteln 46 jeweils fest verbun  den und werden bei Erregung des Magnetflusses mit       wechselnder    Polarität magnetisiert.  



  Der Gang des Magnetflusses sei nun im Zusam  menhang mit den     Fig.    1 und 2 erläutert: Der Magnet  fluss tritt von dem Erregerteil 1 über Luftspalte in  die Mäntel 46 des Polrades 2 über und von deren  Wechselpolen 3 über einen weiteren Luftspalt dann  in den     induzierten    Teil 5. In den Wicklungen 45  wird die Sekundärspannung induziert.  



  Aus Festigkeitsgründen wird in einer Weiterbil  dung des Gegenstandes der Erfindung der Zwischen  raum 47 - hier     mäanderförmig    - mit     unmagne-          tischem    Material ausgefüllt, wodurch das Polrad 2  zu einem geschlossenen Bauelement verbunden wird.  Die in dem     Erregerteil    1 induzierte Spannung ist  zunächst .eine Wechselspannung. Sie muss über  Gleichrichter - diese in bekannten Ausführungen   der Erregerwicklung der .elektrischen Synchronma  schine zugeführt werden.  



  Eine besonders vorteilhafte Ausbildung der Erre  germaschine wird z. B. dadurch erreicht, dass der  Magnetkern 6 (s.     Fig.    3 und 4) und die Erreger  wicklung 7     kreisringförmig    ausgebildet und konzen  trisch zur Drehachse 8 des Läufers 9     stirnseitig    be  festigt :sind, wobei gleichnamige Pole 10, 11 des  Läufers 9 durch     ferromagnetische    Ringe 12 mit  einander verbunden sind. Der Magnetkern 6 ist da  bei zusammen mit dem induzierten Teil 13 im Ge  häuse 14 befestigt. In diesem Falle hat der Magnet  fluss folgenden Weg: Magnetkern 6, Luftspalt,     ferro-          magnetische    Ringe 12, Pole 10 oder 11, weiterer  Luftspalt, induzierter Teil 13, Pole 11 oder 10.  



  Die     Fig.    3 -und 4 geben dabei als Weiterbildung  des Gegenstandes der Erfindung eine Verdopplung  des Magnetsystems an, wobei der     mittlere        ferro-          magnetische    Ring 12 des Polsystems gleichnamige  Pole beider Systeme gemeinsam trägt.  



  Selbstverständlich kann man mehrere     derartige     Anordnungen parallel oder in Reihe (sowohl elek  trisch als auch mechanisch) schalten und damit eine  wesentliche Vergrösserung des elektrischen Verstär  kungsfaktors der Erreger-Anordnung bewirken.  



  Nach     Fig.    5 ist auf der Hauptwelle 15 das Pol  rad 16 mit den Erregerwicklungen 17 einer elektri  schen Synchronmaschine angeordnet. Die Erreger  wicklungen 17 befinden sich auf den umlaufenden  Polen 18, von welchen der     Magnetfluss    über den  Luftspalt 19 in den Ständer 20 übertritt.  



       Die    Erregerleistung selbst wird durch die     Hilfs-          erregermaschine    21 und die     Haupterregermaschine     22 aufgebracht; bei beiden sind deren Erregerwick  lung 23, 30 feststehend und fest mit dem unteren  Tragstern 24 verbunden. Der von der Erregerwick  lung 23 erzeugte magnetische Fluss tritt über den      ebenfalls feststehenden Kern 25 und einen Luftspalt  stirnseitig in die gleichnamigen Wechselpole 26 über,  von diesen über einen weiteren Luftspalt in den  induzierten Teil 27 und von dort über einen Luft  spalt in die ungleichnamigen Pole 26, das Polrad 16,  einen Luftspalt     und,den    Ring 28 zum Ausgangspunkt  zurück, womit der magnetische Kreis geschlossen ist.

    Die in dem induzierten Teil 27 erzeugte Erregerlei  stung wird über Gleichrichter 29 gleichgerichtet und  der Erregerwicklung 23 direkt zugeführt, wodurch :die       Hilfserregermaschine    zur selbsterregten Erregerma  schine wird.  



  Ein grösserer Teil der in der induzierten Wick  lung     27,erzeugten    Erregerleistung wird ebenfalls nach  Gleichrichtung in den Gleichrichtern 29 in die Erre  gerwicklung 30 der     Haupterregermaschine    22 einge  speist, wobei die Grösse dieser Leistung über     Iden     Widerstand 31 geregelt werden kann. Der Magnet  fluss, der von dieser Erregerwicklung 30 erregt wird,  beschreibt einen ähnlichen Weg wie der in der     Hilfs-          erregermaschine    21.

   Er tritt nämlich über einen Luft  spalt in die einen Wechselpole 33 und von     diesen     über einen weiteren Luftspalt in den induzierten  Teil 34 über und schliesst     sich    über die anderen  Wechselpole 33, das Polrad 16 und den Ring 28.  



  Die in dem     inducerten    Teil 34 :erzeugte Leistung  wird über einen weiteren     Gleichrichtersatz    35 gleich  gerichtet und von diesem über     Schleifringe    36 der  Erregerwicklung 17 der elektrischen Synchronma  schine zugeführt.  



  In der     Haupterregermaschine    22 und in der     Hilfs-          erregermaschine    21 sind die     stromführenden    Teile  feststehend ausgebildet, während die - nicht strom  führenden - Wechselpole 26, 33 zwischen     idiesen     und gemeinsam mit dem Polrad 16 rotieren. Wegen  des Feststehens der stromführenden     Teile    können     in;     einfacher Weise und ohne Bürsten usw. die Zu- und  Abführungen zu den Gleichrichtern 29, 35 gestaltet  werden, wobei letztere ebenfalls in erwünschter     Weise     ruhen und somit nicht der Fliehkraft ausgesetzt sind.  



  Da eine Wartung derartiger Erregermaschinen  wegen des Fehlens von     Kommutatoren    und Bürsten  nicht     erforderlich    ist, ,können sie unterhalb des Pol  rades einer .elektrischen     Synchromnaschine    mit senk  rechter Welle an einer Stelle angeordnet werden, die  einerseits schwer     zugänglich    ist, anderseits aber bei  bekannten Ausführungen bislang     räumlich    umausge  nutzt war.

   Eine wesentliche Verkürzung unter Um  ständen von mehreren Metern, der axialen Baulänge  einer derartigen Synchronmaschine ist möglich, zu  mal, wenn man Haupt- bzw.     Hilfserregermaschine     so anordnet, wie .in     Fig.    5 angegeben ist,     nämlich     einerseits als Aussen- anderseits als     Innenpolmaschine     und konzentrisch zueinander. Bei elektrischen Syn  chronmaschinen mit waagrechter Welle ergibt     (sich     ebenfalls eine wesentlich kürzere Baulänge.  



  In     Fig.    6 ist eine     Doppel-Erregermaschine    ange  geben, wobei die beiden einzelnen     Erregermaschinen     axial nebeneinander angeordnet sind. Die Erreger  spulen 37, 38 befinden sich radial und konzentrisch    innerhalb des doppelten Polsystems 39, dieses wieder  um     konzentrisch    und radial innerhalb des doppelten  induzierten Systems 40, 41. Die Erregerspulen 37,  38 und das induzierte     System    40, 41 sind gemeinsam  mit der Halterung 42 verbunden und feststehend     aus-          gebildet,    wobei diese entsprechend     Fig.    5 z.

   B. den  unteren     Tragstern    des     Führungslagers    eines senkrecht  stehenden     Wasserkraftgenerators        darstellen    kann. Das  doppelte Polsystem 39 wiederum ist fest mit dem  rotierenden Teil 43 verbunden, welches z. B. - ent  sprechend     Fig.    5 - ein Polrad eines     Wasserkraftgene-          rators    sein kann.  



  Bildet man die Erregermaschinen nicht als Haupt  und     Hilfserregermaschinen    aus, sondern     als    eine       Doppel-Hilfserregermaschine    mit also (siehe     Fig.    6)  zwei Erregerspulen 37, 38,     @so    kann man, in einer  Weiterbildung des     Gegenstandes    der Erfindung, die  von deren induzierten Teile 40, 41 ausgehende Lei  stung über Gleichrichter in die     Erregerwicklung    einer       Haupterregermaschine    einspeisen,

   und zwar     Bleich-          oder    gegensinnig durch an sich bekannte     Schalt-          und        Regelmittel.    Man hat damit     idie    Mittel zu einer  sehr wirksamen Stoss- oder Gegen-Erregung     mit    be  sonders hohem Verstärkungsgrad zur Verfügung.  



  Es :kann aber auch     die    Anordnung so getroffen  werden, dass Haupt- oder     Hilfserregermaschine    zwei  am     Statorumfang    verteilte Arbeitswicklungen tragen,  jedoch nur mit einer Erregerspule ausgebildet sind.  In diesem Falle müssen die von den Arbeitswick  lungen der Erregermaschine abgegebenen Leistun  gen über     gleichstromvormagnetisierte    Drosselspulen       (Transduktoren)    in an sich bekannter und daher nicht  weiter erläuterter Weise geregelt werden. Dieses Ver  fahren ist besonders dann     mit        Vorteil    anwendbar,  wenn die Erregermaschine eine     Mittelfrequenzma-          sclüne    ist.



  Excitation system for an electrical synchronous machine An excitation system for electrical synchronous machines is understood to mean an arrangement in which one or more excitation machines, so-called main or auxiliary excitation machines, initially apply the excitation power in the form of alternating current.

   The alternating current generated in this way is then converted into direct current either via a commutator or rectifier and fed into the excitation winding of the electrical synchronous machine.



  Such excitation machines are generally arranged on the shaft ider synchronous machine and thus require an extension of the same; however, this is undesirable. Therefore, in order to reduce the overall length, the Erregerma machines are often not placed directly on the shaft, but instead are set up separately from the synchronous machine. In the latter case, a drive means must of course also be provided for driving the Erregerma machines.



  Is it: a synchronous generator with a vertical shaft, as it is for. B. is used as a hydropower generator, so the arrangement of the exciter on the shaft is particularly difficult. Apart from the axial extension, it must also be ensured that the commutator is easily accessible,

   in order to be able to service this particularly fault-prone component easily and quickly. The excitation machines are therefore arranged above the synchronous generator, which means that an axial extension of its overall height, possibly by several meters, is necessary. This can have a major impact on building costs and make cavemen power plants particularly expensive.

   In addition, slow-running commutator excitation machines are relatively expensive and uneconomical. The object of the invention is to provide an excitation system for electrical synchronous machines, wel Ches requires significantly less maintenance than the known arrangements and also allows a shortening of the axial length.



  The invention relates to an excitation system for an electrical synchronous machine, in which alternating current generators are provided as the main and / or auxiliary excitation machine, which feed the excitation windings of the synchronous machines with direct current via static rectifiers. According to the invention, machines with rotating alternating poles and fixed working and excitation windings are provided as alternating current generator excitation machines.

   These machines can be designed as electrical synchronous machines, in which the unlike poles (alternating poles) of the pole wheel have practically no ferromagnetic connection with each other and are arranged so that the magnetic flow of a fixed electric or permanent magnet through an air gap into the same name Pole crosses,

   from these via the induced part firmly connected to the magnet into the opposite poles and from these again into the magnet via a further air gap. The pole wheel can have two coaxial ferromagnetic disks provided with pole attachments, the pole attachments being nested in one another while maintaining a spacing and the induced part of the pole attachments and the poles of the exciting,

       with the induced part firmly connected magnet facing the ferromagnetic disks, while maintaining an air gap.



  If, for example, the electrical synchronous machine is fed from the induced winding of such an excitation machine via rectifiers, in particular dry-type rectifiers, then one has a direct current generator without a commutator arrangement. If you feed from the mentioned induced winding the own excitation winding of the exciter machine, then you get a self-excited elec tric machine that z. B. can be used as an auxiliary exciter in the aforementioned synchronous machines.

   You can of course excite the auxiliary exciter machine, also by a stationary exciter of a known type.



  The auxiliary exciter machine has the advantage over the known machines of this type of the usual direct current design that its diameter is significantly smaller than the iron length and the armature length is much shorter because the commutator is omitted. In addition, since the shafts of larger synchronous machines never run completely centrically, either because they are distorted or because the bearing play is naturally absolutely larger than with smaller machines, the brushes of the auxiliary exciter machine will not always lie fully on the rotating commutator (dance) .

   This very easily stimulates undesirable and harmful energy exchange in the entire machine system.



  In addition, excitation machines designed in this way can also be arranged at locations that are not easily accessible, since they are to be regarded as maintenance-free. In contrast, z. B. known DC excitation machines can only be arranged in easily accessible places because of the brush maintenance.



  Since the mentioned excitation machines can generally be equipped with a ring coil, the excitation power to be applied is relatively smaller, on the other hand the degree of amplification is relatively greater than with known DC excitation machines.



  The same thing that has been stated so far for the auxiliary exciter machines also applies to the main exciter machine. In addition, can: both machines in a development of the subject matter of the invention z. B. very easy to arrange concentrically to each other. The result is an even smaller space requirement.



  Exemplary embodiments of the invention are shown in the drawing.



       1 and 2 show schematically the arrangement of the fixed windings and the pole wheel of an electrical machine with alternating poles, as used in the excitation system according to the invention.



       Fig. 3 and 4 indicate a different design of the alternating pole machine.



       Fig. 5 shows the arrangement of an excitation system designed according to the invention on a what serkraftgenerator and Fig. 6 a double excitation machine arranged axially next to each other, similar to FIG. 3, but with two separate stators.



  In Fig. 1 it is shown how between the poles of the exciter part 1, the pole wheel 2 with the alternating poles 3 rotates about the axis 4. The induced part 5 is arranged radially outside of the pole wheel 2, likewise stationary, and is provided with identical windings 45.



  In Fig. 2 a development of the ring of the pole wheel 2 is shown to illustrate the arrangement of the Wech selpole 3. These are firmly connected to the jackets 46 assigned to them and are magnetized with alternating polarity when the magnetic flux is excited.



  The course of the magnetic flux will now be explained in connection with FIGS. 1 and 2: The magnetic flux occurs from the exciter part 1 via air gaps into the jackets 46 of the magnet wheel 2 and from its alternating poles 3 via a further air gap then into the induced part 5. The secondary voltage is induced in the windings 45.



  For reasons of strength, in a development of the subject matter of the invention, the intermediate space 47 - here meandering - is filled with non-magnetic material, as a result of which the magnet wheel 2 is connected to form a closed component. The voltage induced in the exciter part 1 is initially an alternating voltage. It must be fed to the field winding of the electrical synchronous machine via rectifiers - these in known designs.



  A particularly advantageous embodiment of the Erre germaschine z. B. achieved in that the magnetic core 6 (s. Fig. 3 and 4) and the exciter winding 7 formed circular and concentric to the axis of rotation 8 of the rotor 9 front side be strengthened, with poles of the same name 10, 11 of the rotor 9 through ferromagnetic rings 12 are connected to each other. The magnetic core 6 is there attached to housing 14 together with the induced part 13 in Ge. In this case, the magnetic flux has the following path: magnetic core 6, air gap, ferromagnetic rings 12, pole 10 or 11, further air gap, induced part 13, pole 11 or 10.



  FIGS. 3 and 4 indicate, as a further development of the subject matter of the invention, a doubling of the magnet system, the middle ferromagnetic ring 12 of the pole system bearing poles of the same name in both systems together.



  Of course, you can connect several such arrangements in parallel or in series (both electrical and mechanical) and thus bring about a significant increase in the electrical amplification factor of the exciter arrangement.



  According to Fig. 5, the pole wheel 16 is arranged on the main shaft 15 with the excitation windings 17 of an electrical synchronous machine's rule. The exciter windings 17 are located on the revolving poles 18, from which the magnetic flux passes through the air gap 19 into the stator 20.



       The excitation power itself is applied by the auxiliary excitation machine 21 and the main excitation machine 22; in both their Erregerwick development 23, 30 are fixed and firmly connected to the lower support star 24. The magnetic flux generated by the exciter winding 23 passes through the also stationary core 25 and an air gap at the end into the alternating poles 26 of the same name, from these via a further air gap into the induced part 27 and from there via an air gap into the unlike poles 26 , the pole wheel 16, an air gap and, the ring 28 back to the starting point, whereby the magnetic circuit is closed.

    The exciter power generated in the induced part 27 is rectified via rectifier 29 and fed directly to the exciter winding 23, as a result of which: the auxiliary exciter machine becomes the self-excited exciter machine.



  A larger part of the excitation power generated in the induced winding 27 is also fed into the excitation winding 30 of the main exciter 22 after rectification in the rectifiers 29, the magnitude of this power being able to be controlled via the resistor 31. The magnetic flux that is excited by this excitation winding 30 describes a path similar to that in the auxiliary excitation machine 21.

   This is because it passes through an air gap into one of the alternating poles 33 and from there via a further air gap to the induced part 34 and closes via the other alternating poles 33, the pole wheel 16 and the ring 28.



  The power generated in the inducted part 34: is rectified via a further set of rectifiers 35 and fed from this via slip rings 36 to the field winding 17 of the electrical synchronous machine.



  In the main exciter 22 and in the auxiliary exciter 21, the current-carrying parts are designed to be stationary, while the - non-current-carrying - alternating poles 26, 33 rotate between them and together with the pole wheel 16. Because the live parts are fixed, in; the feeds and discharges to the rectifiers 29, 35 can be designed in a simple manner and without brushes etc., the latter also resting in the desired manner and thus not being exposed to centrifugal force.



  Since maintenance of such excitation machines is not necessary due to the lack of commutators and brushes, they can be arranged below the pole wheel of an electrical synchromesh machine with a vertical right shaft at a point that is difficult to access on the one hand, but on the other hand with known designs so far spatially was used to the full.

   A substantial shortening under order of several meters, the axial length of such a synchronous machine is possible, too, if one arranges the main or auxiliary exciter machine as indicated in Fig. 5, namely on the one hand as an outer pole machine and on the other hand concentric to each other. In the case of electrical synchronous machines with a horizontal shaft, the overall length is also much shorter.



  In Fig. 6, a double excitation machine is given, the two individual excitation machines are arranged axially next to each other. The excitation coils 37, 38 are located radially and concentrically within the double pole system 39, this again concentrically and radially within the double induced system 40, 41. The excitation coils 37, 38 and the induced system 40, 41 are together with the holder 42 connected and fixedly formed, these according to FIG.

   B. can represent the lower support star of the guide bearing of a vertical hydropower generator. The double pole system 39 is in turn firmly connected to the rotating part 43, which z. B. - according to FIG. 5 - can be a pole wheel of a hydropower generator.



  If the excitation machines are not designed as main and auxiliary excitation machines, but rather as a double auxiliary excitation machine with two excitation coils 37, 38 (see FIG. 6), in a further development of the subject matter of the invention, the induced parts 40 , 41 feed outgoing power via rectifier into the excitation winding of a main exciter,

   namely bleaching or in the opposite direction by switching and regulating means known per se. This provides the means for a very effective shock or counter-excitation with a particularly high degree of amplification.



  It: however, the arrangement can also be made so that the main or auxiliary excitation machine has two working windings distributed around the stator, but only has one excitation coil. In this case, the power emitted by the Arbeitswick lungs of the exciter must be regulated via direct current biased inductors (transducers) in a manner known per se and therefore not further explained. This method can be used to advantage particularly when the excitation machine is a medium-frequency machine.

 

Claims (1)

PATENTANSPRUCH Erregersystem für :eine elektrische Synchronma schine, bei welcher als Haupt-,und/oder Hilfserreger maschine Wechselstromerzeuger vorgesehen sind, die über ruhende Gleichrichter die Erregerwicklungen der Synchronmaschinen mit Gleichstrom speisen, dadurch gekennzeichnet, PATENT CLAIM Excitation system for: an electrical synchronous machine, in which alternating current generators are provided as the main and / or auxiliary excitation machine, which feed the excitation windings of the synchronous machines with direct current via static rectifiers, characterized in that dass als Wechselstromerzeuger-Erre- germaschinen Maschinen mit umlaufenden Wechsel polen und feststehenden Arbeits- und Erregerwickt- lungen vorgesehen sind. UNTERANSPRÜCHE 1. that machines with rotating alternating poles and fixed working and excitation windings are provided as alternating current generator excitation machines. SUBCLAIMS 1. Erregersystem nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass als Erregermaschinenelektrische Synchronmaschinen mit Wechselpolen vorgesehen sind, wobei die ungleichnamigen Pole des Polrades prak tisch keine ferromagnetische Verbindung miteinander haben und so angeordnet sind, dass der Magnetfluss eines feststehenden Elektro- oder Permanentmagne ten über einen Luftspalt in gleichnamige Pole über tritt, Excitation system according to claim, characterized in that the excitation machine electrical synchronous machines with alternating poles are provided, the unlike poles of the pole wheel having practically no ferromagnetic connection with each other and are arranged so that the magnetic flux of a stationary electromagnet or permanent magnet is via an air gap into poles of the same name over step, von diesen über den mit dem Magneten fest verbundenen induzierten Teil in die Gegenpole und aus diesen über einen weiteren Luftspalt wieder in den Magneten übertritt. 2. from these via the induced part firmly connected to the magnet into the opposite poles and from these again into the magnet via a further air gap. 2. Erregersystem nach Patentanspruch und Unter anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Polrad zwei mit Polansätzen versehene koaxiale ferromagne- tische Scheiben besitzt, wobei die Polansätze unter Einhaltung eines Abstandes ineinander verschachtelt sind und. der induzierte Teil den Polansätzen und die Pole des erregenden, mit dem induzierten Teil fest verbundenen Magnets den ferromagnetischen Scheiben, unter Einhaltung eines Luftspaltes, gegen überstehen. 3. Excitation system according to claim and sub-claim 1, characterized in that the pole wheel has two coaxial ferromagnetic disks provided with pole attachments, the pole attachments being nested within one another while maintaining a spacing. the induced part of the pole approaches and the poles of the exciting magnet firmly connected to the induced part of the ferromagnetic disks, while maintaining an air gap, face. 3. Erregersystem nach Patentanspruch und !den Unteransprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetkern kreisringförmig ausgebildet und konzentrisch zur Drehachse des Läufers stirnseitig befestigt ist und gleichnamige Pole des Läufers durch ferromagnetische Ringe miteinander verbunden sind. 4. Excitation system according to patent claim and dependent claims 1 and 2, characterized in that the magnetic core is designed in the shape of a circular ring and is attached at the end concentric to the axis of rotation of the rotor and poles of the same name of the rotor are connected to one another by ferromagnetic rings. 4th Erregersystem nach Patentanspruch und Unter anspruch 3, .dadurch gekennzeichnet, dass zwei Ma gnetkerne je auf :einer Stirnseite vorgesehen sind, wo bei -das Magnetsystem somit verdoppelt ist und der mittlere Teil die gleichnamigen Pole beider Systeme gemeinsam trägt und einteilig ist, die Gegenpole jeder Seite durch ferromagnetische Brücken miteinander und durch unmagnetische Werkstoffe mit dem Mittel polkranz verbunden und die Erregerspulen gegenein ander geschaltet sind. 5. Excitation system according to patent claim and sub-claim 3, characterized in that two magnet cores are each provided on one end face, where the magnet system is thus doubled and the middle part carries the poles of the same name in both systems together and is in one piece, the opposite poles each Side connected to each other by ferromagnetic bridges and by non-magnetic materials with the central pole ring and the excitation coils are connected to one another. 5. Erregersystem nach Patentanspruch und den Unteransprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Pollücken zwischen den Wechselpolen der Erregermaschine durch unmagnetische Werkstoffe ausgefüllt sind, wobei diese vorzugsweise als Dämp- ferwicklung gestaltet sind. 6. Erregersystem nach Patentanspruch und Un teranspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere dieser Doppelsysteme axial nebeneinander in einem Ständer angeordnet sind. 7. Excitation system according to claim and dependent claims 1 to 4, characterized in that the pole gaps between the alternating poles of the excitation machine are filled with non-magnetic materials, these preferably being designed as a damper winding. 6. Excitation system according to patent claim and Un teran claim 4, characterized in that several of these double systems are arranged axially next to each other in a stand. 7th Erregersystem nach Patentanspruch und den Unteransprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Erregermaschinen eine Doppelmaschine mit je zwei Arbeits- und Erregerwicklungen und zwei umlaufenden Polsystemen angeordnet ist, welche zwei gegensinnig geschaltete Haupterreger-Feldkreise oder Synchronmaschinen-Polspulen-Kreise speist. B. Erregersystem nach Patentanspruch und den Unteransprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Polsystem der Erregermaschinen an der Stirnseite des Polrades der Synchronmaschine und mit ihm umlaufend angeordnet ist. 9. Excitation system according to claim and the dependent claims 1 to 6, characterized in that a double machine with two work and excitation windings and two rotating pole systems is arranged as the excitation machine, which feeds two oppositely connected main exciter field circuits or synchronous machine pole coil circuits. B. excitation system according to claim and the dependent claims 1 to 7, characterized in that the pole system of the excitation machines is arranged on the face of the magnet wheel of the synchronous machine and rotating with it. 9. Erregersystem nach Patentanspruch und den Unteransprüchen 1 bis 8 mit Haupt- und Hüfs- erregermaschine, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Erregermaschinen konzentrisch zueinander an geordnet sind, wobei die eine Erregermaschine als Aussenpol-, die andere als Innenpolmaschine ausge bildet ist. 10. Erregersystem nach Patentanspruch und den Unteransprüchen 1 bis 9 mit Haupt- und Hilfserre- germaschine, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Erregermaschinen als axial nebeneinanderliegende Maschinen angeordnet sind. 11. Excitation system according to claim and dependent claims 1 to 8 with main and Hüfs- exciter machine, characterized in that the two exciter machines are arranged concentrically to one another, one exciter machine being an external pole machine, the other being an internal pole machine. 10. Excitation system according to claim and dependent claims 1 to 9 with main and auxiliary excitation machines, characterized in that the two excitation machines are arranged as axially adjacent machines. 11. Erregersystem nach Patentanspruch und den Unteransprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Erregermaschine mit zwei Wechselstrom- Wicklungssystemen aber nur mit einer Erreger spule ausgebildet ist, wobei die abgegebenen Lei stungen durch gleichstromvormagnetisierte Drossel spulen (Transduktoren) geregelt sind. 12. Erregersystem nach Patentanspruch und den Unteransprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Erregermaschinen als Mittelfrequenzmaschi- nen ausgebildet sind. Excitation system according to claim and dependent claims 1 to 10, characterized in that an excitation machine with two alternating current winding systems is designed with only one excitation coil, the output power being regulated by direct-current-biased choke coils (transducers). 12. Excitation system according to claim and the dependent claims 1 to 11, characterized in that the excitation machines are designed as medium frequency machines.
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