DE1012371B

DE1012371B - A synchronous network coupling converter designed as a motor generator for the transmission of energy between two networks of different frequencies

Info

Publication number: DE1012371B
Application number: DES46768A
Authority: DE
Inventors: Dr Techn Alfred Grabner
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1955-12-20
Filing date: 1955-12-20
Publication date: 1957-07-18

Description

Als Motorgenerator ausgebildeter synchroner Netzkupplungsumformer zur Übertragung von Energie zwischen zwei Netzen verschiedener Frequenz Netzkupplungsumformer kuppeln Netze verschiedener Frequenz. Sie werden beispielsweise verwendet, um das einphasige Bahnnetz von 162/3 Hz aus dem dreiphasigen Landesnetz von 50 Hz zu speisen. Bei abschnittweiser Speisung der einphasigen Fahrleitung durch Synchron-Synchron-Umformer aus dem dreiphasigen Landesnetz ist gewöhnlich lediglich der Parallelbetrieb der aus dem Landesnetz gespeisten Synchronmotoren zu berücksichtigen. Werden jedoch infolge Durchschaltung der Fahrleitung die diese speisenden einphasigen Synchrongeneratoren der in gewissem Abstand voneinander befindlichen Umformerwerke parallel geschaltet, so treten bei großen Entfernungen zwischen den Umformerwerken von z. B. mehr als 50 km größere Ausgleichströme und somit Verluste in der Fahrleitung auf. Bei größeren Entfernungen zwischen den einzelnen Umformerwerken, wie sie bei geringerer Verkehrsdichte vorkommen, ist also der synchrone Betrieb mehrerer parallel arbeitender Umformer mit durchgeschalteter Fahrleitung nur möglich, wenn Einrichtungen vorgesehen sind, welche eine willkürliche Änderung des Polradwinkels an einem oder mehreren der zusammenarbeitenden Synchronmotoren ermöglichen, indem beispielsweise die Ständer der Umformer auf der Drehstromseite verdrehbar angeordnet sind.Synchronous network coupling converter designed as a motor generator for the transmission of energy between two networks with different frequencies couple networks of different frequencies. For example, they are used to do the to feed the single-phase rail network of 162/3 Hz from the three-phase national network of 50 Hz. When the single-phase contact line is fed in sections by synchronous-synchronous converters from the three-phase national grid is usually only the parallel operation of the synchronous motors fed from the national grid must be taken into account. Will however as a result of the switching of the contact line, the single-phase synchronous generators feeding it the converter plants located at a certain distance from each other connected in parallel, so occur at large distances between the converter of z. B. more than 50 km larger equalizing currents and thus losses in the contact line. With larger ones Distances between the individual converter stations, as they are in the case of lower traffic density occur, is therefore the synchronous operation of several converters working in parallel only possible with connected overhead line if facilities are provided, which is an arbitrary change in the rotor angle at one or more of the cooperating Enable synchronous motors, for example by placing the converter stand on the Three-phase side are rotatably arranged.

Durch die Erfindung wird ein als Motorgenerator ausgebildeter synchroner Netzkupplungsumformer zur Übertragung von Energie zwischen zwei Netzen verschiedener Frequenz geschaffen, welcher in einfacher Weise eine beliebige Änderung des Polradwinkels ermöglicht und sich somit besonders für den Einsatz als Bahnumformer unter den obenerwähnten Verhältnissen eignet. Gemäß der Erfindung ist eine der beiden Synchronmaschinen des Motorgenerators als magnetisch mehrachsig erregte Synchronmaschine ausgeführt, deren lastabhängiger Ständerstrombelag durch eine gleich große Komponente des erregenden Läuferstrombelages kompensiert ist. Da bei einer derart kompensierten Synchronmaschine die Größe des Polradwinkels nicht mehr von der Belastung, sondern nur noch von der Größe der Streuspannung abhängt, also sehr viel kleiner ist, läßt sich durch die Ausbildung einer der beiden Hauptmaschinen eines synchronen Motorgenerators als kompensierte Synchronmaschine die geschilderte Ständerverdrehung vermeiden, indem bei parallel arbeitenden Umformern die Lastaufteilung mittels Verdrehung der Achse des Erregerfeldes an dem magnetisch mehrachsigen Läufer durchgeführt wird.The invention makes a synchronous one designed as a motor generator Network coupling converter for the transmission of energy between two different networks Frequency created, which in a simple manner any change in the pole wheel angle and is therefore particularly suitable for use as a railway converter among those mentioned above Circumstances. According to the invention is one of the two synchronous machines the motor generator is designed as a magnetically multi-axis synchronous machine, whose load-dependent stator current load is due to an equally large component of the exciting Rotor current coating is compensated. As with such a compensated synchronous machine the size of the rotor angle no longer depends on the load, but only on the The size of the stray voltage depends, so it is much smaller, can be determined by the Training of one of the two main machines of a synchronous motor generator as compensated synchronous machine avoid the described stator rotation by in the case of converters working in parallel, the load distribution by rotating the axis of the excitation field is carried out on the magnetically multi-axis rotor.

Um die dem lastabhängigen Ständerstrombelag entgegenwirkende Komponente des erregenden Läuferstrombelages zu erzeugen, wird in Weiterbildung der Erfindung vorgeschlagen, die Erregerwicklung der kompensierten Synchronmaschine von einem Frequenzwandler zu speisen, dessen Läuferwicklung in Abhängigkeit vom Ständerstrombelag erregt wird. Um das Feld dieses Frequenzwandlers unabhängig von der Gleichstrombelastung zu halten, empfiehlt es sich, einen kompensierten Frequenzwandler zu verwenden, bei welchem also die an den Kommutatorbürsten abgenommenen Ströme eine im Ständer untergebrachte Kompensationswicklung durchfließen.About the component counteracting the load-dependent stator current load To generate the exciting rotor current coating is in a further development of the invention proposed the excitation winding of the compensated synchronous machine from one To feed the frequency converter, the rotor winding of which depends on the stator current load is excited. To the field of this frequency converter regardless of the direct current load it is advisable to use a compensated frequency converter, So in which the currents drawn on the commutator brushes one in the stator flow through accommodated compensation winding.

Zwei Ausführungsbeispiele von synchronen Netzkupplungsumformern zwischen einem Drehstromnetz I und einem Einphasennetz II, bei denen die dem Einphasennetz zugeordnete Synchronmaschine gemäß der Erfindung kompensiert ausgeführt ist, sind in den Fig. 1 und 2 wiedergegeben.Two embodiments of synchronous power coupling converters between a three-phase network I and a single-phase network II, in which the single-phase network associated synchronous machine is designed to be compensated according to the invention reproduced in FIGS. 1 and 2.

In der Fig. 1 speist das Drehstromnetz I den Synchronmotor 1, welcher mit dem Synchrongenerator 2 direkt mechanisch gekuppelt ist. Auf gleicher Welle sitzen der kompensierte Frequenzwandler 3 und der nichtkompensierte Frequenzwandler 4. Der Synchronmotor 1 ist von üblicher Bauart, also beispielsweise als Einzelpolmaschine ausgeführt. Seine Erregerwicklung wird über die Schleifringe S3 von einer nicht dargestellten Gleichspannungsquelle gespeist. Im Ständer des ebenfalls als Einzelpolmaschine ausgeführten Synchrongenerators 2 sind die beiden Wicklungsstränge U und V einer Dreiphasen.wicklung angeordnet und als Einphasenwicklun.g zusammengeschaltet. Der Läufer des Synchrongenerators 2 weist zwei Pole auf, welche in je drei Teilpole aufgeteilt sind, so daß sich insgesamt sechs Teilpole ergeben, welche die dreiphasig ausgebildete zweipolige Erregerwicklung EW tragen. Außer der Erregerwicklung EW ist auf dem Läufer noch die Dampferwicklung DW zur Abdämpfung der inversen Drehfeldkomponente des Ständerwechselfeldes angeordnet. Statt der auf sechs n-Einzelpole konzentrierten Wicklungen können auch an zwei n-Polen mehrphasig verteilte Wicklungen vorgesehen werden. Im Nullpunkt der Ständerwicklung des Synchrongenerators 2 befindet sich der einphasige Transformator T, welcher über die Schleifringe S1 an die Läuferwicklung des kompensierten Frequenzwandlers 3 angeschlossen ist. Der Ständer desselben trägt die Kompensationswicklung KW und die fremderregte Erregerwicklung FW.In FIG. 1, the three-phase network I feeds the synchronous motor 1, which is mechanically coupled directly to the synchronous generator 2. The compensated frequency converter 3 and the non-compensated frequency converter 4 are seated on the same shaft. The synchronous motor 1 is of conventional design, that is to say, for example, as a single-pole machine. Its excitation winding is fed via slip rings S3 from a direct voltage source (not shown). In the stator of the synchronous generator 2, which is also designed as a single-pole machine, the two winding phases U and V of a three-phase winding are arranged and interconnected as a single-phase winding. The rotor of the synchronous generator 2 has two poles which are each divided into three partial poles, so that a total of six partial poles result, which carry the three-phase two-pole excitation winding EW. In addition to the field winding EW, the steam winding DW for damping the inverse rotating field component of the stator alternating field is also arranged on the rotor. Instead of the windings concentrated on six individual n-poles, windings distributed in multiple phases can also be provided on two n-poles. The single-phase transformer T, which is connected to the rotor winding of the compensated frequency converter 3 via the slip rings S1, is located at the zero point of the stator winding of the synchronous generator 2. The stator of the same carries the compensation winding KW and the separately excited excitation winding FW.

Die dreiphasige Läuferwicklung des nichtkompensierten Frequenzwandlers 4 wird über die Schleifringe S4 und S5 mit dem Drehstromnetz I entnommenem Dreiphasenstrom gespeist, welcher in seiner Größe durch den Stelltransformator RT und in seiner Phasenlage durch den Drehtransformator DT beliebig eingestellt werden kann. Da der Frequenzwandler 4 synchron umläuft, werden an seinen drei Bürsten drei Gleichspannungen abgenommen, welche den Augenblickswerten von drei Phasenspannungen eines Drehstromsystems entsprechen. Diese Gleichspannungen speisen die fremderregte Wicklung FW des kompensierten Frequenzwandlers 3.The three-phase rotor winding of the uncompensated frequency converter 4, three-phase current is drawn from the three-phase network I via slip rings S4 and S5 fed, which in its size by the variable transformer RT and in his The phase position can be adjusted as required by the rotary transformer DT. Since the Frequency converter 4 rotates synchronously, three DC voltages are applied to its three brushes removed, which is the instantaneous values of three phase voltages of a three-phase system correspond. These DC voltages feed the separately excited winding FW of the compensated one Frequency converter 3.

Der Einphasentransformator T überträgt einen dem Ständerstrombelag des Synchrongenerators 2 entsprechenden Einphasenstrom in die Läuferwicklung des kompensierten Frequenzwandlers 3. Da im Ständer dieses Frequenzwandlers die kräftig ausgebildete Käfigwicklung W angeordnet ist, wird von dem übertragenen Einphasenstrombelag die inverse Drehfeldkomponente weggedämpft, während das Feld der mitumlaufenden Drehfeldkomponente im Raum stillsteht, so daß an den Kommutatorbürsten drei Gleichspannungen abgenommen werden, welche den Augenblickswerten der drei Phasenspannungen eines Drehstromsystems entsprechen. Die diesen Gleichspannungen entsprechenden Gleichströme werden der Erregerwicklung EW des Synchrongenerators 2 über die Schleifringe S2 zugeführt. Da die Erregung des Synchrongenerators 2 magnetisch mehrachsig ausgebildet ist, entsteht im Läufer desselben ein zweipoliges Feld, das in seiner Größe dem Ständerstrom entspricht und dessen räumliche Lage, bezogen auf den Läufer, abhängig davon ist, welchen Augenblickswerten innerhalb der Periode eines Drehstromsystems die zugeführten Gleichströme entsprechen. Ist dieses Feld in seiner räumlichen Lage in Gegenphase mit der mitumlaufenden Drehfeldkomponente des Ständerstrombelages des Synchrongenerators 2, so herrscht Kompensation. Diese bevorzugte Lage des kompensierenden Feldes kann entweder durch entsprechendes Verdrehen des Ständers des kompensierten Frequenzwandlers 3 mit seinem Bürstenapparat oder durch entsprechende Kupplung der Läufer der beiden Maschinen eingestellt werden. Durch die Kompensationswicklung KW im Ständer des Frequenzwandlers 3 wird sein Feld unabhängig von der Gleichstrombelastung gehalten. Die inverse Drehfeldkomponente des Ständerstrombelages des Synchrongenerators 2 wird durch die Dampferwicklung DW in bekannter Weise weggedämpft.The single-phase transformer T transmits a current load to the stator of the synchronous generator 2 corresponding single-phase current into the rotor winding of the compensated frequency converter 3. Since in the stand of this frequency converter the strong formed cage winding W is arranged, is of the transmitted single-phase current coating the inverse rotating field component is attenuated, while the field of the rotating field The rotating field component in the room is stationary, so that three DC voltages are applied to the commutator brushes which are the instantaneous values of the three phase voltages of a Three-phase system. The direct currents corresponding to these direct voltages are the excitation winding EW of the synchronous generator 2 via the slip rings S2 fed. Since the excitation of the synchronous generator 2 is magnetically multiaxial is, a two-pole field arises in the runner, which in its size corresponds to the Corresponds to the stator current and its spatial position, based on the rotor, depends of which is which instantaneous values within the period of a three-phase system the supplied direct currents correspond. Is this field in its spatial location in phase opposition with the rotating field component of the stator current coating of the synchronous generator 2, there is compensation. This preferred location of the compensating Field can either be compensated by rotating the stand of the compensated Frequency converter 3 with his brush apparatus or by appropriate coupling of the The runners of the two machines can be adjusted. Through the compensation winding KW in the stator of the frequency converter 3 is its field independent of the direct current load held. The inverse rotating field component of the stator current load of the synchronous generator 2 is damped away in a known manner by the steam winding DW.

Die vom nichtkompensierten Frequenzwandler 4 gespeiste Erregerwicklung FW des kompensierten Frequenzwandlers 3 dient zur Erzeugung derjenigen vom Frequenzwandler 3 gelieferten Erregerkomponente, welche die Leerlaufspannung des Synchrongenerators 2 induziert.The excitation winding fed by the non-compensated frequency converter 4 FW of the compensated frequency converter 3 is used to generate that from the frequency converter 3 supplied excitation component, which the open circuit voltage of the synchronous generator 2 induced.

Da das dem Frequenzwandler 4 zugeführte Drehstromsvstem durch Verstellen des Stelltransformators RT sowie des Drehtransformators DT nach Größe und Phasenlage einstellbar ist, werden der Erregerwicklung FW des kompensierten Frequenzwandlers 3 drei Gleichströme zugeführt, deren den Augenblickswerten der drei Ströme eines Drehstromsystems entsprechende Größen beliebig einstellbar sind. Die Durchflutung der Erregerwicklung FW des kompensierten Frequenzwandlers 3 kann also nach Größe und räumlicher Lage mittels des Stelltransformators RT und mittels des Drehtransformators DT eingestellt werden, so daß der Erregerwicklung EW des Synchrongenerators 2 über die Schleifringe S2 ein durch die Erregerwicklung FW induziertes Gleichstromsystem zugeführt wird, welches hinsichtlich seiner Größe und hinsichtlich des gegenseitigen Verhältnisses seiner Gleichströme unabhängig von der Belastung des Synchrongenerators 2 willkürlich wählbar ist. Es läßt sich somit die Größe des resultierenden Maschinenfeldes mittels des Stelltransformators RT und die auf den Läufer bezogene räumliche Lage dieses Feldes mittels des Drehtransformators DT beliebig einstellen.Since the three-phase system supplied to the frequency converter 4 by adjusting the variable transformer RT and the rotary transformer DT according to size and phase position is adjustable, the field winding FW of the compensated frequency converter 3 three direct currents supplied, whose the instantaneous values of the three currents one Three-phase system corresponding sizes are freely adjustable. The flood the excitation winding FW of the compensated frequency converter 3 can therefore according to size and spatial position by means of the variable transformer RT and by means of the rotary transformer DT can be set so that the field winding EW of the synchronous generator 2 over the slip rings S2 a direct current system induced by the field winding FW is supplied, which in terms of its size and in terms of mutual Ratio of its direct currents regardless of the load on the synchronous generator 2 is arbitrary. It can thus be the size of the resulting machine field by means of the variable transformer RT and the spatial position related to the rotor set this field as required using the DT rotary transformer.

Der Anlauf des synchronen Netzkupplungsumformers nach der Erfindung vollzieht sich derart, daß der Synchronmotor 1 an das Drehstromnetz I angeschlossen wird, was in bekannter Weise, beispielsweise durch Selbstanlauf, geschehen kann. Der einphasige Synchronmotor 2 ist zunächst mittels eines nicht gezeigten Schalters vom Netz II abgetrennt. Durch Drehen des Läufers des Drehtransformators DT läßt sich jede beliebige Phasenlage der Klemmenspannung am Synchrongenerator 2 einstellen. Mit Hilfe des Stelltransformators RT läßt sich weiterhin die Größe dieser Klemmenspannung einstellen. Es ist also möglich, den Synchrongenerator 2 auch dann an das Einphäsennetz II anzuschließen, wenn dasselbe selbständig ist.The start-up of the synchronous network coupling converter according to the invention takes place in such a way that the synchronous motor 1 is connected to the three-phase network I. becomes, which can happen in a known manner, for example by self-start. The single-phase synchronous motor 2 is initially by means of a switch, not shown separated from the network II. By turning the rotor of the rotary transformer DT can any phase position of the terminal voltage can be set at the synchronous generator 2. With the help of the variable transformer RT, the size of this terminal voltage can still be determined to adjust. It is therefore possible to connect the synchronous generator 2 to the single-phase network II to join if the same is self-employed.

Soll nach erfolgter Kupplung im Leerlauf zwischen den beiden Netzen I und II Wirkleistung ausgetauscht werden, so vollzieht sich dies durch Einstellen des Drehtransformators DT; soll Blindleistung ausgetauscht werden, so geschieht das durch den Stelltransformator RT. Beide Steuervorgänge können auch durch Fernsteuerung, beispielsweise in Abhängigkeit von den Betriebszuständen der beiden Netze, im Sinne einer Regelung bewirkt werden.Should be after coupling in neutral between the two networks I and II active power are exchanged, this is done by setting the rotary transformer DT; if reactive power is to be exchanged, this happens through the variable transformer RT. Both control processes can also be carried out by remote control, for example, depending on the operating states of the two networks, in the sense a regulation can be effected.

Nimmt man an, daß das Drehstromnetz I selbständig ist, während das Einphasennetz II unselbständig ist, also nur durch den Synchrongenerator 2 gespeist wird, und nimmt man weiterhin an, daß sich die Frequenz des Drehstromnetzes I ändert, so ändert sich im gleichen Maße die Drehzahl des Synchronmotors 1. Da sich die Drehzahl des Frequenzwandlers 4 im gleichen Verhältnis ändert, bleiben die an seinen Kommutatorbürsten abgegriffenen Gleichspannungen unverändert, so daß die Gleichstromerregung der Wicklung FW des Frequenzwandlers 3 durch die angenommene Frequenzschwankung nicht verändert wird. Damit behält das resultierende Maschinenfeld des einphasigen Synchrongenerators 2 seine relative Lage zum Läufer. Infolge der Änderung der Drehzahl des Synchrongenerators ändert sich aber die Frequenz der abgegebenen Klemmenspannung und damit die Frequenz des Einphasennetzes II in entsprechendem Maße.If one assumes that the three-phase network I is independent, while the Single-phase network II is dependent, that is to say it is only fed by synchronous generator 2 and if we continue to assume that the frequency of the three-phase network I changes, the speed of synchronous motor 1 changes to the same extent as the speed of the frequency converter 4 changes in the same ratio, those remain on its commutator brushes tapped DC voltages unchanged, so that the DC excitation of the winding FW of the frequency converter 3 is not changed by the assumed frequency fluctuation will. The resulting machine field of the single-phase synchronous generator is thus retained 2 its position relative to the runner. As a result of the change in the speed of the synchronous generator however, the frequency of the output terminal voltage changes and thus the frequency of the single-phase network II to a corresponding extent.

Statt den in den Fig: 1 und 2 dargestellten Stelltransformator RT vom Drehstromnetz I aus zu speisen, kann derselbe auch über einen Phasenzahlumformer vom Einphasennetz II aus gespeist werden. Dann ist die Kupplung der beiden Netze durch den Netzkupplungsumformer nicht mehr absolut starr; vielmehr bewirken Frequenzschwankungen des Einphasennetzes gegenüber dem Drehstromnetz, daß die an den Bürsten des nichtkompensierten Frequenzwandlers 4 abgegriffenen Ströme eine den Frequenzschwankungen proportionale niedrige Frequenz aufweisen, welche allerdings so gering ist, daß induktive Spannungsabfälle in dem diese Frequenz führenden Stromkreis gegenüber ohmschen Spannungsabfällen noch vernachlässigt werden können. Die beiden Netze sind also gewissermaßen halbstarr miteinander gekuppelt. Eine derartige Kupplung wird man vorteilhafterweise vornehmen, wenn im Einphasennetz die Frequenz in keinem starren Verhältnis, z. B. 1 : 3, zur Drehstromfrequenz stehen soll, sondern gewisse Schwankungen zuzulassen sind. Diese Anordnung kann also dann von Wert sein, wenn im Einphasennetz bahneigene Wasserkraftwerke laufen, deren Turbinenregler das vorhandene Frequenzverhältnis dauernd nicht absolut starr einzuhalten vermögen.Instead of the variable transformer RT shown in FIGS from the three-phase network I. dine, it can also use one Phase number converter can be fed from the single-phase network II. Then there is the clutch the two networks are no longer absolutely rigid due to the network coupling converter; much more cause frequency fluctuations of the single-phase network compared to the three-phase network that the currents tapped at the brushes of the uncompensated frequency converter 4 have a low frequency proportional to the frequency fluctuations, which however, it is so small that inductive voltage drops in the one leading this frequency Circuit can still be neglected with regard to ohmic voltage drops. The two networks are thus semi-rigidly coupled to one another, so to speak. Such a one Coupling will be carried out advantageously if the frequency in the single-phase network in no rigid relationship, e.g. B. 1: 3, should be at the three-phase frequency, but certain fluctuations are to be allowed. This arrangement can then be of value if the railway's own hydropower plants are running in the single-phase network, their turbine regulators do The existing frequency ratio is permanently unable to maintain an absolutely rigid manner.

Werden drei synchrone Netzkupplungsumformer A, B und C von einem gemeinsamen Drehstromnetz I gespeist und speisen diese ihrerseits ein unselbständiges Einphasennetz II, wie es beispielsweise schematisch in der Fig. 3 angedeutet ist, so läßt sich bei Verwendung von gemäß der Erfindung ausgebildeten synchronen Netzkupplungsumformern die Last mittels der Drehtransformatoren DT beliebig auf die drei Umformer aufteilen. Hierbei können die Entfernungen zwischen den Umformern untereinander unterschiedlich sein und ihre Maschinengrößen voneinander abweichen.Are three synchronous network coupling converters A, B and C from one common Three-phase network I fed and this in turn feed a dependent single-phase network II, as indicated, for example, schematically in FIG. 3, so can when using synchronous network coupling converters designed according to the invention Use the DT rotary transformers to distribute the load as required between the three converters. The distances between the converters can differ from one another and their machine sizes differ from one another.

Durch die Verwendung einer kompensierten Synchronmaschine wird der Vorteil eines gegenüber einer nichtkompensierten Synchronmaschine wesentlich kleineren Polradwinkels erzielt, welcher nur noch durch die Streuspannung bedingt ist; sie ist daher weitaus überlastungsfähiger und kann mit bedeutend kleinerem Luftspalt ausgeführt werden. Ihre Spannungsänderung bei Entlastung ist viel geringer und entspricht nur dem Betrag der Streuspannung.By using a compensated synchronous machine, the Advantage of a significantly smaller machine compared to a non-compensated synchronous machine Pole wheel angle achieved, which is only due to the stray voltage; she is therefore far more capable of being overloaded and can with a significantly smaller air gap are executed. Your change in tension when the load is removed is much smaller and corresponds only the amount of the stray voltage.

Das in der Fig. 2 wiedergegebene Ausführungsbeispiel eines synchronen Netzkupplungsumformers nach der Erfindung weicht insofern von dem in der Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ab, als hierbei die Dampferwicklung DW des einphasigen Synchrongenerators 2 nicht in sich kurzgeschlossen, sondern unmittelbar mit der Läuferwicklung des kompensierten Frequenzwandlers 3 verbunden ist. Hierdurch erzeugt die inverse Drehfeldkomponente des Ständerstrombelages des Synchrongenerators 2 in dem Läufer des kompensierten Frequenzwandlers 3 ein entsprechendes Feld. Da diese inverse Drehfeldkomponente gegenüber dem Läufer des Synchrongenerators 2 mit doppelter Netzfrequenz umläuft, muß der Läufer des kompensierten Frequenzwandlers 3 infolge der direkten mechanischen Kupplung mit dem Synchrongenerator gegenüber diesem die doppelte Polpaarzahl aufweisen. Im Vergleich zur Anordnung der Fig. 1 entfallen die Schleifringe S2 sowie der Einphasentransformator T. Da abweichend vom Ausführungsbeispiel der Fig. 1 kein Wechselfeld, sondern ein Drehfeld in den Läufer des kompensierten Frequenzwandlers 3 übertragen wird, erübrigt sich ferner die Käfigwicklung W der Fig. 1. Da die Dämpferwicklung DW des Synchrongenerators 2 für die inverse Drehfeldkomponente des Ständerstrom-Belages wie ein Stromtransformator wirkt, ist die in den Läufer des Frequenzwandlers 3 übertragene Drehfeldkomponente der Belastung des Synchrongenerators 2 proportional, so daß die Ankerrückwirkung der mitumlaufenden Drehfeldkomponente des Ständerstrombelages des Synchrongenerators 2 wie beim Ausführungsbeispiel der Fig. 1 kompensiert wird.The illustrated in Fig. 2 embodiment of a synchronous Network coupling converter according to the invention differs in this respect from that in FIG. 1 illustrated embodiment, as here the steam winding DW of the single-phase Synchronous generator 2 is not short-circuited in itself, but directly with the Rotor winding of the compensated frequency converter 3 is connected. This creates the inverse rotating field component of the stator current load of the synchronous generator 2 a corresponding field in the rotor of the compensated frequency converter 3. This one inverse rotating field component compared to the rotor of the synchronous generator 2 with double Mains frequency revolves, the rotor of the compensated frequency converter 3 must as a result the direct mechanical coupling with the synchronous generator compared to this the have twice the number of pole pairs. In comparison to the arrangement of FIG. 1, they are omitted the slip rings S2 and the single-phase transformer T. Since different from the embodiment 1 is not an alternating field, but a rotating field in the rotor of the compensated Frequency converter 3 is transmitted, the squirrel cage winding W is also unnecessary Fig. 1. Since the damper winding DW of the synchronous generator 2 for the inverse rotating field component the stator current covering acts like a current transformer, is the one in the rotor the frequency converter 3 transmitted rotating field component of the load on the synchronous generator 2 proportional, so that the armature reaction of the rotating field component of the stator current coating of the synchronous generator 2 as in the embodiment of FIG Fig. 1 is compensated.

Bei dem verwendeten kompensierten Frequenzwandler werden keine Vorkehrungen zur Aufhebung einer transformatorischen Lamellenspannung benötigt. Falls die durch die Rotation induzierte Spannung zwischen zwei benachbarten Lamellen zu groß wird, kann die maximale Luftspaltinduktion entsprechend herabgesetzt werden, z. B. können Pollücken vorgesehen werden. Bei größeren Erregerleistungen, wird es zweckmäßig sein, den kompensierten Frequenzwandler 3 als Hilfsmaschine nur zur Erregung einer Haupterregermaschine heranzuziehen. Als Haupterregermaschine für den Synchrongenerator 2 wird dann eine magnetisch mehrachsige Gleichstrommaschine verwendet, welche von den Gleichströmen erregt wird, die an den Bürsten des kompensierten Frequenzwandlers 3 abgenommen werden. Die magnetisch mehrachsige Gleichstrommaschine, welche mit drei Polen statt mit zwei Polen oder, allgemeiner, mit drei p-Polen statt mit zwei p-Polen zu versehen ist, verstärkt also die vom kompensierten Frequenzwandler abgegebenen Gleichströme. Bei Verwendung einer derartigen verstärkenden Gleichstrommaschine mit magnetisch mehrachsiger Erregung empfiehlt es sich, die zur Erzeugung des Leerlauferregerfeldes der Synchronmaschine 2 dienende Wicklung, welche in den erwähnten Ausführungsbeispielen als Wicklung FW auf dem kompensierten Frequenzwandler angeordnet ist, auf den Hauptpolen der magnetisch mehrachsigen Gleichstrommaschine anzuordnen. Da diese Gleichstrommaschine keine Kompensationswicklungen zu besitzen braucht, stellt ihre Verwendung keinen größeren Aufwand dar als die Verwendung einer gewöhnlichen Gleichstrommaschine. Der Aufwand für den kompensierten Synchrongenerator ist demnach kaum größer als für einen gewöhnlichen Synchrongenerator, da auch bei diesem zur Abgabe größerer Leistungen zumeist eine Erregermaschine und eine Hilfserregermaschine Verwendung finden.No precautions are taken with the compensated frequency converter used required to cancel a transformer lamellar voltage. If the through the rotation induced tension between two adjacent lamellas becomes too great, the maximum air gap induction can be reduced accordingly, e.g. B. can Pole gaps are provided. In the case of larger excitation capacities, it becomes useful be the compensated frequency converter 3 as an auxiliary machine only to excite a Use the main exciter. As the main exciter for the synchronous generator 2 a magnetically multi-axis DC machine is then used, which is from the direct currents that are applied to the brushes of the compensated frequency converter 3 can be removed. The magnetic multi-axis DC machine, which with three poles instead of two poles or, more generally, three p-poles instead of two p-poles is to be provided, so amplifies the output from the compensated frequency converter Direct currents. When using such a boosting DC machine with magnetic multi-axis excitation, it is advisable to generate the no-load excitation field the synchronous machine 2 serving winding, which in the mentioned embodiments is arranged as a winding FW on the compensated frequency converter, on the main poles to arrange the magnetically multi-axis DC machine. Because this DC machine does not need to have compensation windings, their use does not constitute any more effort than using an ordinary DC machine. The effort for the compensated synchronous generator is therefore hardly greater than for an ordinary synchronous generator, since this one also has a larger output Services mostly an exciter and an auxiliary exciter use Find.

In Fig. 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Netzkupplungsumformers gemäß der Erfindung dargestellt, bei welchem die dem Drehstromnetz I zugeordnete Synchronmaschine 1 kompensiert ausgeführt ist. Der kompensierte Frequenzwandler 3, welcher mit den synchronen Hauptmaschinen 1 und 2 auf gleicher Welle sitzt, speist über die Schleifringe S2 die magnetisch mehrachsig ausgebildete Erregerwicklung des Synchronmotors 1. Über den Drehstromtransformator T und die Schleifringe S1 wird der Ständerstrombelag des Synchrongenerators 1 in den Läuferkreis des kompensierten Frequenzwandlers 3 abgebildet, so daß entsprechend dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 die an den Kommutatorbürsten des kompensierten Frequenzwandlers 3 abgegriffenen Gleichströme eine dem Ständerstrombelag des Synchronmotors 1 proportionale Komponente aufweisen. Die Kompensation der Ankerrückwirkung des lastabhängigen Ständerstrombelages des Synchronmotors 1 entspricht der analogen Kompensation des Einphasensynchrongenerators 2 im Ausführungsbeispiel der F ig. 1 mit dem Unterschied, daß Dampferwicklungen nicht erforderlich sind, da der Synchronmotor 1 an das dreiphasige Drehstromnetz I angeschlossen ist. Die das Leerlauferregerfeld liefernde Komponente wird' mittels der im Ständer des kompensierten Frequenzwandlers 3 angeordneten Wicklung FW erzeugt, welche von dem nichtkompensierten Frequenzwandler 4 mit einem einstellbaren Gleichstromsystem gespeist wird. Den Schleifringen S4 des nichtkompensierten Frequenzwandlers 4 wird hierzu ein am Drehstromnetz I angegriffener, mittels des Stelltransformators RT und des Drehtransformators DT nach Größe und Phase einstellbarer Mehrphasenstrom zugeführt.In Fig. 4 is a further embodiment of a network coupling converter shown according to the invention, in which the three-phase network I assigned Synchronous machine 1 is designed to be compensated. The compensated frequency converter 3, which sits on the same shaft as the synchronous main engines 1 and 2, feeds Via the slip rings S2 the magnetically multi-axis exciter winding of the synchronous motor 1. Via the three-phase transformer T and the slip rings S1 the stator current load of the synchronous generator 1 in the rotor circuit of the compensated Frequency converter 3 mapped, so that according to the embodiment of Fig. 1 the ones tapped at the commutator brushes of the compensated frequency converter 3 Direct currents a component proportional to the stator current load of the synchronous motor 1 exhibit. The compensation of the armature reaction of the load-dependent stator current load of synchronous motor 1 corresponds to the analog compensation of the single-phase synchronous generator 2 in the embodiment of FIG. 1 with the difference that steam windings are not required, since the synchronous motor 1 to the three-phase three-phase network I is connected. The component supplying the no-load excitation field is' by means of the in Stand of the compensated frequency converter 3 arranged Winding FW generated, which of the non-compensated frequency converter 4 with a adjustable DC system is fed. The slip rings S4 of the uncompensated Frequency converter 4 is for this purpose an attacked on the three-phase network I, by means of the Variable transformer RT and the rotary transformer DT according to size and phase adjustable Multiphase power supplied.

Die Anordnung nach Fig. 4 unterscheidet sich von der der Fig. 1 dadurch, daß die kompensierte Synchronmaschine 1 (Synchronmotor) über die Frequenzwandler 3 und 4 vom eigenen Drehstromnetz I aus erregt wird, während. in Fig. 1 die das Einphasennetz II speisende kompensierte Synchronmaschine 2 (Synchrongenerator) über die Frequenzwandler 3 und 4 vom fremden Drehstromnetz II aus erregt wird. Würde man daher in Fig. 4 die beiden Frequenzwandler mit der Hauptwelle kuppeln, so könnte der Drehstrommotor des Umformersatzes auch asynchron, also mit Schlupf arbeiten, da dann die beiden Frequenzwandler an ihren Kommutatorbürsten schlupffrequenten Strom abgeben können. Eine derartige Arbeitsweise ist insbesondere dann möglich, wenn das gespeiste Einphasennetz unselbständig ist, also beispielsweise nur von dem einen Einphasengenerator gespeist wird, so daß der Einphasengenerator dem antreibenden Motor keine synchrone Drehzahl vorschreibt und dieser bei Belastung asynchron schlüpfen kann. Da beim Ausführungsbeispiel der Fig. 4 eine derartige Arbeitsweise vermieden werden soll, sitzt hier der nichtkompensierte Frequenzwandler 4 auf einer von der Hauptwelle unabhängigen eigenen Welle und wird von dem zusätzlichen Synchronmotor 5 synchron angetrieben. In diesem Falle sind die an den Kommutatorbürsten des nichtkompensierten Frequenzwandlers 4 abgegriffenen Spannungen stets Gleichspannungen, da der Frequenzwandler 4 synchron mit der seine Schleifringe speisenden Spannung angetrieben wird. Auch der Drehstrommotor 1 muß also als Synchronmotor laufen.The arrangement according to FIG. 4 differs from that of FIG. 1 in that that the compensated synchronous machine 1 (synchronous motor) via the frequency converter 3 and 4 is excited from its own three-phase network I, while. in Fig. 1 that Single-phase network II feeding compensated synchronous machine 2 (synchronous generator) the frequency converters 3 and 4 are excited from the external three-phase network II. Would one could therefore couple the two frequency converters to the main shaft in FIG. 4, so could the three-phase motor of the converter set can also work asynchronously, i.e. with slip, because then the two frequency converters slip frequencies on their commutator brushes Can deliver electricity. Such a way of working is particularly possible when if the fed single-phase network is dependent, for example only from the one single-phase generator is fed, so that the single-phase generator is the driving Motor does not prescribe a synchronous speed and this slip asynchronously under load can. Since in the embodiment of FIG. 4, such a mode of operation is avoided is to be, the non-compensated frequency converter 4 sits on one of the Main shaft independent of its own shaft and is operated by the additional synchronous motor 5 driven synchronously. In this case, those on the commutator brushes are the uncompensated one Frequency converter 4 tapped voltages always DC voltages, since the frequency converter 4 is driven synchronously with the voltage feeding its slip rings. Even the three-phase motor 1 must therefore run as a synchronous motor.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Synchronous network coupling converter designed as a motor generator for the transmission of energy between two networks of different frequencies, thereby characterized in that one of the two synchronous machines of the motor generator is magnetic is a multi-axis excited synchronous machine whose load-dependent stator current load compensated by an equally large component of the exciting rotor current coating is.

2. Synchronous network coupling converter according to claim 1, characterized in that that the excitation winding of the compensated synchronous machine from one preferably compensated frequency converter is fed, its rotor winding as a function is excited by the current load of the synchronous machine.

3. Synchronous grid coupling converter according to claim 2, characterized in that in the stator of the frequency converter next to the compensation winding a multi-axis DC exciter winding arranged is which of a corresponding to the instantaneous value of a multiphase power system adjustable DC system is energized.

4. Synchronous grid coupling converter according to claim 2, characterized in that the compensated synchronous machine over a magnetically multi-axis DC machine is excited, which in turn from the Frequency converter is energized.

5. Synchronous network coupling converter according to claim 4, characterized in that on the main poles of the magnetically multi-axis DC machine In addition to the excitation winding fed by the frequency converter, a multi-axis DC excitation winding is arranged, which of one of the instantaneous values of a multi-phase power system corresponding adjustable DC system is energized.

6. Synchronous grid coupling converter according to claim 3 or 4, characterized in that the adjustable direct current system Removable from the commutator brushes of another uncompensated frequency converter is, whose rotor winding with an adjustable amount and phase position polyphase current is fed.

7. Synchronous network coupling converter according to claim 6, characterized in that that the size of the polyphase current by means of a variable transformer and the phase position of the polyphase current is adjustable by means of a rotary transformer. B.

More synchronous Network coupling converter according to Claim 6 or 7, characterized in that the adjustable Polyphase power is supplied from the network to which the compensated synchronous machine connected.

9. Synchronous network coupling converter according to claim 6 or 7, characterized characterized in that the adjustable polyphase current is supplied from the network, to which the non-compensated synchronous machine of the motor generator is connected is.

10. Synchronous network coupling converter according to claim 8, characterized in that that the fed from the network connected to the compensated synchronous machine non-compensated frequency converter driven by an additional synchronous motor is.

11. Synchronous network coupling converter according to claim 1, characterized in that that one of the two synchronous machines of the motor generator is single-phase is.

12. Synchronous network coupling converter according to claim 11 for feeding a single-phase network preferably from 162/3 Hz from a three-phase network, preferably from 50 Hz, in which the synchronous machine assigned to the single-phase network is compensated, characterized in that that the stator current of the single-phase provided in the rotor with a damper winding compensated synchronous machine by means of a transformer an excitation winding in the rotor of the compensated frequency converter, which also has a damper winding feeds.

13. Synchronous network coupling converter according to claim 11, characterized in that that the adjustable multiphase current via a phase number converter from the single-phase network is tapped.

14. Synchronous network coupling converter according to claim 11 for feeding a single-phase network, preferably of 162i3 Hz, from a three-phase network, preferably of 50 Hz, at which the synchronous machine assigned to the single-phase network compensates is, characterized in that the compensated single-phase synchronous machine In addition to the exciter winding, the rotor carries a damper winding, the inverse of which Rotating field component proportional current of the rotor winding of the preferably compensated Frequency converter is added.

15. Synchronous network coupling converter according to claim 14, characterized in that the directly coupled with the single-phase synchronous machine Compensated frequency converter has twice the number of pole pairs compared to the synchronous machine having.