DD240470A1 - Buerstenloser synchrongenerator - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen buerstenlosen Synchrongenerator, bestehend aus Generatorstaender, Laeufer mit Polrad, Erregermaschinenanker und rotierendem Gleichrichter, aus Erregermaschinenstaender mit ausgepraegten Polen und aus einem Spannungsregler. Ziel der Erfindung ist es, den ueblicherweise getriebenen Aufwand an Erregerzubehoer unter Verzicht auf phasenwinkelabhaengige Kompoundierung bei geringerer Spannungskonstanz erheblich einzuschraenken. Die Grunderregungs-Komponente bilden Dauermagnete. Die stromabhaengige Zusatzerreger-Komponente wird durch den unmittelbar ohne Verwendung von Stromrichtern oder aehnlichen Einrichtungen den Feldspulen eines Polpaars oder einer Polpaargruppe des Erregermaschinenstaenders zugefuehrten Belastungsstrom verwirklicht. Auf die Feldspulen des restlichen Polpaars oder Polpaargruppe wirkt der Ausgangsstrom des Spannungsreglers. Derartige Generatoren kommen vorzugsweise in Stromerzeugungs-Aggregaten kleinster Leistung zum Einsatz. Figur 1 zeigt das fuer Drehstrom in Betracht kommende Schaltbild. Fig. 1

Description

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung -

Die Erfindung betrifft einen bürstenlosen Synchrongenerator für Drehstrom oder für Einphasenwechselstrom, bestehend aus Generatorständer mit Ankerwicklung, aus Läufer mit Polrad, Erregermaschinenanker und rotierendem Gleichrichter, aus Erregermaschinen-Ständer mit ausgeprägten Polen und aus einem Spannungsregler. Zum Einsatz kommen derartige Generatoren vorzugsweise in Stromerzeugungs-Aggregaten kleiner Leistung.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Bürstenlose Systeme, bei denen die Erregerleistung in einer Erregermaschine erzeugt und über rotierende, aus Halbleiterdioden bestehende Gleichrichter dem Polrad zugeführt wird, sind sowohl in der Ausführung mit angekuppelter als auch in der mit in das Generatorgehäuse eingebauten Erregermaschine bekannt. Bevorzugt wird bei bürstenlosen Synchrongeneratoren die Spannungsregelung angewandt, auch kombiniert mit einer durch Stromwandler und Drossel oder Kondensatoren für die Leerlauferregung herbeigeführten Selbsterregung und Kompoudierung. Aber es sind auch ausschließlich kompoundierte Ausführungen als bürstenlose Generatoren, also ohne Regelung, bekannt. Bei der Regelung wird die Absetzregelung bevorzugt. Dabei stellt der Generator über die Erregungs- und Kompoudierungseinrichtungen mehr Erregerstrom für die Erregermaschine zur Verfügung, als zur Aufrechterhaltung der festgelegten Klemmenspannung des Generators bei allen betriebsmäßig auftretenden Belastungsverhältnissen benötigt wird. Der überschüssige Erregerstrom wird vom Spannungsregler je nach Abweichung der Klemmenspannung vom Sollwert über einen parallel zur Erregermaschinen-Feldwicklung geschalteten Absetzwiderstand geleitet.

Gebräuchlich sind aber auch Regelungen, bei denen der Erregerstrom der Erregermaschine vom RegleHn der erforderlichen Stärke bereitgestellt wird

Die zusätzlichen Kompoundierung bringt folgende Vorteile mit sich:

— Der Regler wird durch sie entlastet, braucht also einen kleineren Regelbereich.

— Bei Reglerausfall ist ein behelfsmäßiger Betrieb, allerdings mit geringen Ansprüchen an die Spannungskonstanz, möglich. "— Die Betriebseigenschaften des Generators namentlich bei Schaltvorgängen, wie dem Zuschalten relativ großer Asynchronmotoren mit Kurzschlußläufern, werden verbessert.

Im wesentlichen besteht die Anordnung zur Kompoundierung aus einem Stromwandler, in dem die beiden Erregerkomponenten, die spannungsabhängigen Leerlaufkomponente und die vom Belastungsstrom abhängige Zusatzkomponente unter Berücksichtigung der Phasenlage vereinigt wird.

Über einen Gleichrichter wird dann der Sekundärstrom der Erregermaschine als Erregerstrom bzw. dem Spannungsregler zugeführt. Die spannungsabhängige Komponente erhält der Stromwandler von den Generatorklemmen über Drosseln oder Kondensatoren, die eine Phasendrehung um praktisch 90-elektrisch und die erforderliche Stromzwang-Eigenschaft bewirken. Für die stromabhängige Komponente besitzt der Stromwandler eine vom Belastungsstrom durchflossene Primärwicklung. Es sind auch Schaltungen bekannt, bei denen die beiden Komponenten unmittelbar am Gleichrichter vereinigt werden.

Ziel der Erfindung

Unter Ausnutzung derTatsache, daß bei kleinen Generatoren schwächere Belastu'ngs- und Erregerströme fließen und zudem die Ansprüche an die Spannungsgenauigkeit geringer sind, werden durch die Erfindung Vereinfachungen bezweckt, die den Aufwand bei der Herstellung wesentlich herabsetzen.

Darlegung des Wesens der Erfindung -

Die bekannten Ausführungen von bürstenlosen Synchrongeneratoren erfüllen die an sie überwiegend in Netzersatzanlagen gestellten Forderungen durch Einsatz von Bauelementen und durch Herstellungsaufwand, der bei Generatoren größerer Leistung, bezogen auf den Gesamtaufwand, weniger ins Gewicht fallen. Außerdem ist in größeren Maschinen mehr Platz für die Unterbringung der Erreger-Zubehörteile vorhanden. Im Gegensatz dazu ist der nicht wesentlich mit kleiner werdender Nennleistung der Maschinen zurückgehende Aufwand für Herstellung und Einbau der Erreger-Zubehörteile bei kleinen Maschinen relativ groß.

Andererseits sind die Forderungen, die an die kleinen Generatoren gestellt werden, wie Spannungskonstanz, Spannungseinstellbarkeit, Behelfsbetrieb bei Reglerausfall u.a., nicht so hoch wie bei größeren Generatoren. Weiterhin sind die Ströme so schwach, daß sich Vereinfachungen ermöglichen lassen.

Erfindungsgemäß besteht das im Ständer der Erregermaschine untergebrachte Polsystem aus drei verschiedenartigen Polpaaren oder Polpaargruppen, wobei die Ankerwicklung der Erregermaschine mit der gleichen Polzahl ausgelegt ist:

— mindestens einem Polpaar mit Permanentmagneten,

— mindestens einem von Belastungsstrom unmittelbar unter Zwischenschaltung eines Gleichrichters erregten Polpaar und —: mindestens einem vom Ausgangsstrom des Spannungsreglers erregten Polpaar.

Dabei können diezu einem Poirad gehörenden Pole diametral gegenüber oder nebeneinander im Erregermaschinen-Polsystem angeordnet sein. Im ersteren Fall werden magnetische Unsymmetrien vermieden, die sich über die Lager ausgleichen können. Nebeneinander angebrachte Pole ermöglichen kurze Jochlängen. Die vom Belastungsstrom unabhängige Erregerkomponente wird von den Permanentmagneten bereitgestellt. Sie ist deshalb nicht wie bei den bekannten Kompoundierungsschaltungen von der Klemmenspannung des Generators abhängig. Dadurch und weil die Mischung der Komponenten im Magnetsystem der Erregermaschine erfolgt, ist keine Abhängigkeit vom Phasenwinkel möglich. Die von der Belastung abhängige Komponente kommt dadurch zustande, daß.erfindungsgemäß der Belastungsstrom des Generators über einen Gleichrichter unmittelbar durch die vorgesehenen Erregerspulen der Erregermaschine ohne Verwendung von Stromwandlern oder ähnlichen Einrichtungen geleitet wird. Außerdem entfallen die für die Grunderregung üblicherweise benötigten Teile, wie Drosseln oder Kondensatoren. Dafür gewährleistet diese Schaltung keine exakte Kompoundierung, die die Klemmenspannung des Generators vom Belastungsstrom nach Größe und Phasenlage (Leistungsfaktor) unabhängig in bestimmten Toleranzbereichen konstant halten müßte. Deshalb wird die 3. Komponente eingeführt, die vom Spannungsregler gespeist wird, wodurch die wegen der Unvollkommenheit der Kompoundierüngsschaltung zu verzeichnende Ungenauigkeit ausgeglichen wird.

Ausführungsbeispiele

Anhand der Figur 1 und 2 soll die Schaltung erläutert werden. Dabei "gilt Figur 1 für Drehstrom, Figur 2 für Einphasenwechselstrom. Figur 3 und Figur 4 zeigen die Anordnung der Pole im Magnetsystem der Erregermaschine.

Der Synchrongenerator besteht im wesentlichen aus Ständer mit Ankerwicklung 1 und Polrad, das in bekannter Weise zusammen mit dem Erregermaschinenanker und einem rotierendem Gleichrichter den Läufer 2 bildet.

Der Erregermaschinenständer 3 enthält erfindungsgemäß drei Polpaare bzw. Polpäar-Gruppen. Die Polzahl stimmt mit der überein, für die die Ankerwicklung des Erregermaschinenläufers ausgelegt ist.

Mindestens ein Polpaar besteht aus Permanentmagneten 31. Mindestens ein weiteres Polpaar 32 enthält Spulen, die vom über den Kompoundierungsgleichrichter 6 geleiteten Belastungstrom unmittelbar erregt wird. Mindestens ein weiteres Polpaar 33 wird vom Ausgangsstrom des Spannungsreglers 4 erregt.

Dabei erfolgt beispielsweise die Speisung des Spannungsreglers 4 von der Ankerwicklung 1 des Generators, diezu diesem Zweck zur erforderlichen Spannungsanpassung angezapft ist. Zwischen Anzapfung und Regler ist ein Gleichrichter 5 geschaltet.

Die Ist-Wert-Erfassung erfolgt an den Generatorklemmen und wird vorzugsweise über Widerstände und Gleichrichter?, die allerdings auch in den Regler einbezogen sein können, an den Spannungsregler angeschlossen.

Die beiden Polgruppen 31 und 33 bilden die Grund- und Zusatzerregung einer einfachen Kompoundierüngsschaltung, die keinen Einfluß des Phasenwinkels zwischen Klemmenspannung und Belastungsstrom des Generators, also keinen Einfluß des Leistungsfaktors, einschließt. Die dadurch entstehende Ungenauigkeit wird durch den Spannungsregler 4 mittels Polgruppe 33 ausgeglichen.

Die zu einem Polpaar gehörenden Pole können diametral gegenüber liegen, wie es Figur 3 zeigt. Sie können aber auch gemäß Figur 4 nebeneinander angeordnet sein. In den Figuren 3 und 4 ist die vorzugsweise angewandte 6polige Anordnung dargestellt.

Der Erregermaschinenständer kann aber ebensogut mit mehr als 6 Polen ausgeführt sein, wobei eine oder mehrere der drei Komponenten beispielsweise zur Vergrößerung ihrer Wirksamkeit mit der doppelten oder mehrfachen Anzahl von Polen

ausgestattet ist. .

Die Form der Pole braucht nicht mit der in Figur 3 oder 4 dargestellten übereinzustimmen. Es können beispielsweise die Polschuhe zum besseren Einbringen der Spulen in bekannter Art einseitig angesetzt sein.

Claims (3)

1. Erfindungsansprüche:

   1. Bürstenloser Synchrongenerator für Drehstrom oder für Einphasenwechselstrom, bestehend aus Generatorständer mit Ankerwicklung (1), aus Läufer (2) mit Polrad, Erregermaschinenanker und rotierendem Gleichrichter, aus Erregermaschinenpolsystem (3) mit der gleichen Polzähl, für die die Erregermaschinen-Läuferwicklung ausgeführt ist, und aus Spannungsregler (4),dadurch gekennzeichnet, daß das Polsystem der Erregermaschine drei verschieden magnetisiert^ Polpaare oder Polpaarungen enthält, von denen das eine Polpaar oder die eine Gruppe mit Permanentmagneten (31), ein weiteres Polpaar oder eine weitere Gruppe (33) vom Spannungsregler (4) und das übrige Polpaar oder die übrige Gruppe (32) von dem über einen Gleichrichter (6) unmittelbar geleiteten Belastungsstrom erregt wird, wobei der Spannungsregler (4) von einer Anzapfung der Ankerwicklung (1) über einen Gleichrichter (5) gespeist wird und die Ist-Wert-Erfassung (7) von den Generatorklemmen beispielsweise unter Zwischenschalten von Widerständen und Gleichrichtern dem Spannungsregler (4) zugeführt wird.
2. 2. Bürstenloser Synchrongenerator nach Punkt ^dadurch gekennzeichnet, daß im Polsystem der Erregermaschine jeweils zwei von gleichartigen Erregerströmen oder von den Permanentmagneten erregte Pole (31,32 und 33 in Figur 3) diametral gegenüber angeordnet sind.
3. 3. Bürstenloser Synchrongenerator nach Punkt ^dadurch gekennzeichnet, daß im Polsystem der Erregermaschine jeweils zwei von gleichartigen Erregerströmen oder von den Permanentmagneten erregte Pole (31,32 und 33 in Figur4) nebeneinander angeordnet sind.