DE1021063B

DE1021063B - Armature compounded exciter for synchronous generators

Info

Publication number: DE1021063B
Application number: DEL14562A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Ludwig Hartwagner
Original assignee: Loher & Soehne GmbH
Current assignee: Loher & Soehne GmbH
Priority date: 1953-01-30
Filing date: 1953-01-30
Publication date: 1957-12-19

Description

Ankerkompoundierte Erregermaschine für Synchrongeneratoren Es ist bekannt, die Konstanthaltung der Spannung einer Synchronmaschine durch eine vom Belastungsstrom abhängige Drehstromwicklung im Anker der Erregermaschine zu bewirken. Es läßt sich damit eine vollständige Konstanthaltung der Spannung bei veränderlicher Belastung und beliebigem Leistungsfaktor erzielen. Das gilt jedoch nur für einen bestimmten Erwärmungszustand des Generators. Wird die richtige Spannung im kalten Zustand eingestellt, so wird sie bei Dauerbetrieb ohne Nachregelung mehr oder weniger stark abfallen, da die Widerstände der Ständer- und Polradwicklung des Generators sowie der Anker- und Erregerwicklung der Erregermaschine durch die Erwärmung erheblich zunehmen. Der Spannungsabfall beträgt normalerweise 10 bis 15%. Man kann natürlich bei erheblichem Mehraufwand an aktivem Material durch geringe Strom-Belastung der Polradwicklung und der Erregerwicklung der Erregermaschine eine Verringerung des Spannungsabfalls erzielen. Eine Nachregelung im Betrieb läßt sich jedoch nicht vermeiden.Armature compounded exciter for synchronous generators It is known to keep the voltage of a synchronous machine constant by a dated To effect load current dependent three-phase winding in the armature of the exciter. It can thus keep the voltage constant while changing Load and any power factor. However, this only applies to one certain heating state of the generator. Will get the right tension in the cold State is set, it will be more or less in continuous operation without readjustment drop sharply, as the resistances of the stator and pole wheel windings of the generator as well as the armature and excitation winding of the excitation machine due to the heating gain weight. The voltage drop is usually 10 to 15%. Of course you can with considerable additional expenditure on active material due to the low current load of the Pole wheel winding and the excitation winding of the excitation machine reduce the Achieve voltage drop. Adjustment during operation, however, cannot be avoided.

Vorbeschrieben ist auch bereits der Gedanke, die Wirkung von Magnetspulen dadurch temperaturunabhängig zu machen, daß man ihnen eine aus Eisendraht gewickelte Spule entgegenwirken läßt. Es wird dabei davon ausgegangen, daß zwei Leiter von verschiedenen Temperaturkoeffizienten gleichzeitig nebeneinander gewickelt und parallel gegeneinander geschaltet werden. Es sollen: also beide Wicklungen gleiche Temperatur annehmen. Nun ist es aber bei ankerkompoundierten Erregermaschinen für Synchrongeneratoren erwünscht, daß die Erregerspule selbst durch besonders gute Belüftung und reichliche Querschnittdimensionierung möglichst kalt bleibt, während die Gegenerregerspule im Betrieb eine möglichst hohe Temperatur annehmen soll. Bei zunehmender Erwärmung nimmt dann der Strom in der Erregerspule, die aus Kupfer mit geringen Temperaturkoeffizienten besteht, nur wenig ab, während die Gegenerregung, infolge der viel höheren Erwärmung durch den hohen Temperaturkoeffizienten, trotz der Erhöhung der an ihren Enden liegenden größeren Ankerspannung in wesentlich höherem Maße absinkst. Die Folge hiervon ist, daß bei zunehmender Erwärmung des Generators die Spannung an den Polradspulen sowohl bei Leerlauf als auch bei Vollast in gleichem Maße ansteigt und die Generatorspannung praktisch: konstant bleibt. Daher ist auch bereits die Verwendung von gegengeschalteten Feldwicklungen, von denen eine die Temperaturabhängigkeit kompensiert, bekannt. Darüber hinaus ist an sich auch bereits die Anordnung der Erreger- und Gegenerregerwicklung auf verschiedene Polkörper Stand der Technik. Keine der bekannten Anordnungen vermittelt jedoch die Möglichkeit; daß die Gegenerregerspulen unbeeinflußt von den Erregerspulen der Erregermaschine ein thermisches Abbild der Polradspulen des Generators darstellen und so eine wirklich einwandfreie Spannungskonstanthaltung des Generators bei verschiedenen Belastungsverhältnissen Gewähr leisten.The idea of the effect of magnetic coils has also already been described above to make them independent of temperature by having an iron wire wound for them Can counteract coil. It is assumed that two conductors of different temperature coefficients at the same time wound next to each other and in parallel are switched against each other. It should: so both windings have the same temperature accept. But now it is with armature compounded excitation machines for synchronous generators desirable that the excitation coil itself through particularly good ventilation and ample Cross-section dimensioning remains as cold as possible while the counter excitation coil should assume as high a temperature as possible during operation. With increasing warming then takes the current in the excitation coil, which is made of copper with low temperature coefficients exists, only slightly, while the counter-excitation, due to the much higher heating due to the high temperature coefficient, despite the increase in those lying at their ends larger armature voltage drops to a much greater extent. The consequence of this is that with increasing heating of the generator the voltage on the pole wheel coils both at idle and at full load increases to the same extent and the generator voltage practical: remains constant. Therefore, the use of counter-switched Field windings, one of which compensates for the temperature dependence, are known. In addition, the arrangement of the excitation and counter-excitation windings is already in itself on various state-of-the-art polar bodies. None of the known arrangements conveyed however the possibility; that the counter excitation coils are unaffected by the excitation coils represent a thermal image of the magnet wheel coils of the generator in the exciter and so a really flawless voltage constant maintenance of the generator with different Guarantee the load conditions.

Durch die Erfindung ist diese Möglichkeit geschaffen, indem bei einer ankerkompoundierten Erregermaschine für Synchrongeneratoren mit einer Erregerwicklung und einer von der Ankerspannung gespeisten. Gegenerregerwicklung erfindungsgemäß die Erregerwicklung und die Gegenerregerwicklung auf getrennten Polen angeordnet sind und die Gegenerregerwicklung mit einer zusätzlichen Wärmeisolation versehen ist. Erst die Kombination der beiden genannten Merkmale nach der Erfindung bietet den angestrebten Vorteil einer zuverlässigen Aufrechterhaltung der Spannungskonstanz bei schwan.-kenden Belastungszuständen des Synchrongenerators. In besonderer Ausgestaltung der Erfindung ist die Gegenerregerwicklung mit Glasband umwickelt. Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß die Gegenerregerwicklung von einer besonderen Einkapselung umgeben ist.The invention creates this possibility by at a Armature compounded excitation machine for synchronous generators with an excitation winding and one fed by the armature voltage. Counter excitation winding according to the invention the excitation winding and the opposing excitation winding are arranged on separate poles and the counter excitation winding is provided with additional thermal insulation is. Only the combination of the two mentioned features according to the invention offers the desired advantage of a reliable maintenance of the voltage constancy with fluctuating load conditions of the synchronous generator. In a special design According to the invention, the counter excitation winding is wrapped with glass tape. Another Embodiment of the invention is that the counter excitation winding of a special encapsulation is surrounded.

Weitere Merkmale der Erfindung sind aus der Zeichnung einer solchen kompoundierten, beispielsweise vierpoligen Erregermaschine ersichtlich. 1 ist der Anker, 2 der Kollektors der Erregermaschine, auf dem die Bürsten 3 schleifen. 4 ist das Joch der Erregermaschine. In den Ankernuten ist außer der Gleichstromwicklung 5 eine Drehstromwicklung 6, die stromabhängig gespeist wird, untergebracht. Die zwei Pole 7 und 8 der beispielsweise vierpoligen Gleichstrommaschine tragen die Erreggerwicklungen 9 und 10, die von den Bürsten 3 oder fremd gespeist sein können. Aus später zu erörternden Gründen sind: hier nur zwei gleichnamige Erregerpole voirgeseben, Da die beiden anderen Pole nur als Parasitpole dienen, ist die Erregerwicklung auf den Polen 7 und' 8 doppelt so groß zu bemessen. Die Pole 11 und 12 tragen nur die Gegenkompoundwicklungen 13 und 14, die so geschaltet sind, daß sie der Erregung durch die Pole 7 und 8 entgegenwirken und die ebenfalls durch die Bürsten 3 .gespeist werden. Es stehen, somit drei Felder in Wechselwirkung: Das Erregerfeld, das Gegenerregerfeld und das vom Generatorstrom abhängige Kompoundierungsfeld der Ankerwicklung 6.Further features of the invention are shown in the drawing of such compounded, for example four-pole excitation machine can be seen. 1 is the Armature, 2 of the collector of the exciter on which the brushes 3 drag. 4th is the yoke of the exciter. In addition to the DC winding, there is also a DC winding in the armature slots 5 a three-phase winding 6, which is fed in a current-dependent manner, housed. the two poles 7 and 8 of the four-pole DC machine, for example, carry the Excitation windings 9 and 10, which can be fed from the brushes 3 or externally. For reasons to be discussed later: here only two pathogen poles of the same name voirgeseben, Since the other two poles only serve as parasite poles, the excitation winding is open the poles 7 and '8 to be measured twice as large. Poles 11 and 12 carry only the counter compound windings 13 and 14, which are connected so that they counteract the excitation by the poles 7 and 8 and also by the Brushes 3. Are fed. There are, therefore, three fields in interaction: That Excitation field, the counter-excitation field and the compounding field dependent on the generator current the armature winding 6.

Die Aufgabe besteht darin, bei zunehmender Erwärmung der Polspulen 21 des Generators A nach Abb. 2 das Gegenfeld so weit zu schwächen, daß eine der Widerstandserhöhung der Polradwicklung entsprechende Spannungssteigerung der Gleichstromerregung an den Bürsten 3 eintritt. Dies ist nur dann möglich, wenn die Widerstandserhöhung durch:- Erwärmun:g der Gegenkompoundwicklung 13, 14 ein mehrfaches (etwa das Drei- bis Vierfache) der Widerstandserhöh:ung der Polradwicklung beträgt, Des weiteren müssen die Gegenerregerspulen, 13, 14 angenähert ein thermisches Abbild der Polradspulen darstellen, d. h. sie müssen sich in der gleichen Zeit bei beliebiger Belastung annähernd proportional erwärmen.The task is, with increasing heating of the pole coils 21 of the generator A according to Fig. 2 to weaken the opposing field so much that one of the Resistance increase of the rotor winding corresponding voltage increase of the direct current excitation occurs at the brushes 3. This is only possible when the resistance increases by: - Heating: g of the counter compound winding 13, 14 a multiple (about three up to four times) the increase in resistance of the rotor winding is, furthermore the counter excitation coils 13, 14 must approximate a thermal image of the pole wheel coils represent, d. H. they must be at the same time under any load heat approximately proportionally.

Das Leitermaterial für die Spulen muß ferner den gleichen oder einen höheren Temperaturkoeffizienten wie Kupfer haben. Es kann daher Kupfer-, Aluminium- oder Eisendraht verwendet werden. Die starke Erwärmung der :Spulen bedingt ferner eine besonders wärmebeständige Isolierung, wie Glas, Asbest oder Silicon.The conductor material for the coils must also be the same or one have higher temperature coefficients like copper. It can therefore use copper, aluminum or iron wire can be used. The strong heating of the: coils also causes a particularly heat-resistant insulation, such as glass, asbestos or silicone.

Um die Erwärmung auf' die Erregerspulen nicht zu übertragen, ist die Anordnung der Erreger- und Gegenkompoundwicklungen auf besonderen Polkernen vorgesehen. Da die Erwärmung der Gegenkompoundspulen ohne besondere Maßnahmen in der Regel rascher als die der Polradspulen erfolgt, so wird meist eine mehr- oder minder starke Wärmeisolierung vorzusehen sein. So können de Spulen 13,14 mit einer besonderen Umwicklung, beispielsweise aus Glasband, versehen sein, oder es können. besondere Einkapselungen 17,18 des Spulenraumes erfolgen. Im Gegensatz dazu müssen die Spulen 9, 10 möglichst geringe Stromdichte erhalten, um eine kleine Widerstandszunahme zu erreichen. Es ist daher besonders vorteilhaft, die Erregermaschine durch die Hilfserregermaschine C (nach Abb. 2) fremd zu, erregen, da dann nur die Leerlauferregung für das Polrad der Synchronmaschine A, die etwa die Hälfte der Vollasterregung beträgt, aufzubringen ist und die Erregerspulen der Erregermaschine sehr reichlich bemessen werden können.In order not to transfer the heating to the excitation coils, the Arrangement of the exciter and counter compound windings provided on special pole cores. Since the heating of the counter compound coils is usually faster without special measures than that of the pole wheel coils, there is usually a more or less strong thermal insulation to be provided. So can de coils 13,14 with a special wrapping, for example made of glass ribbon, or it can. special encapsulations 17,18 des Coil space take place. In contrast to this, the coils 9, 10 must be as small as possible Current density obtained to have a small increase in resistance. It is therefore It is particularly advantageous to connect the exciter by the auxiliary exciter C (according to Fig. 2) foreign to excite, since then only the no-load excitation for the pole wheel of the synchronous machine A, which is about half the full load excitation, is to be applied and the excitation coils the exciter can be dimensioned very generously.

Die Hilfserregermaschine, die lediglich die Leerlauferregung für die Haupterregermaschine aufzubringen hat, ist ebenfalls reichlich groß zu wählen, um die Erwärmung auf ein. Mindestmaß zu beschränken. Es erweist sich als besonders zweckmäßig, hierfür Dauermagnete zu verwenden, womit der Einfluß der Erwärmung der Nebenschlußerregung gänzlich wegfällt.The auxiliary exciter, which only provides the no-load excitation for the Main exciter machine has to apply is also plentifully large to choose warming on a. Limit minimum size. It turns out to be special expedient to use permanent magnets for this, with the influence of the heating of the Shunt excitation is completely eliminated.

Die Abb. 2 zeigt das gesamte Schema der an. sich bekannten Generatorkompounderung einschließlich Drehstromgenerator A und Hilfserregermaschine C. Die Generatorwicklung 19 ist über die Schleifringe 20 in Reihe mit der Drehstromwicklung 6 (Abb. 1) im Erregeranker 1 geschaltet. Die Erregung des Generators A erfolgt durch die Polradspulen 21, die vom Anker der Erregermaschine B über den: Kollektor 2 und die Bürsten 3 sowie die Schleifringe 22 mit Gleich-Strom gespeist werden. Die Erregerspulen 9, 10 der Erregermaschine werden durch die Hilfserregermaschine C, die eine praktisch konstante Gleichspannung liefert. gespeist. Die Gegenerregung 13, 14 ist dagegen. direkt an den Anker über den Kollektor 2 und die Bürsten 3 angeschlossen. Der dargestellte: Schnitt durch die Erregermaschine B verläuft nach der Schnittlinie E-F nach Abb. 1. Bei Leerlauf des Generators A wird durch die Erregermaschine B die Erregung für das Polrad geliefert, wobei Erregung und Gegenerregung so abgeglichen sind, daß bei zunehmender Erwärmung die Spannung entsprechend steigt. Bei Belastung des Generators erfolgt durch die Kompoundierung der Erregermaschine vom Anker aus eine entsprechende Erhöhung der Erregerspannung an den Polradspulen:. Bei zunehmender Erwärmung wird sie ebenfalls durch die verminderte Wirkung der Gegen erregung entsprechend erhöht.Fig. 2 shows the entire scheme of. known generator compounding including alternator A and auxiliary exciter C. The generator winding 19 is via the slip rings 20 in series with the three-phase winding 6 (Fig. 1) in Excitation anchor 1 switched. The generator A is excited by the magnet wheel coils 21, from the armature of the exciter B via the: collector 2 and the brushes 3 and the slip rings 22 are fed with direct current. The excitation coils 9, 10 of the exciter are through the auxiliary exciter C, which is a practical supplies constant DC voltage. fed. The counter-excitation 13, 14 is against it. connected directly to the armature via the collector 2 and the brushes 3. The one shown: Section through the exciter B follows the section line E-F according to Fig. 1. When the generator A is idling, the excitation machine B provides the excitation for the pole wheel delivered, with excitation and counter-excitation are balanced so that as the temperature increases, the voltage increases accordingly. When the generator is loaded by compounding the exciter from the armature, a corresponding one occurs Increase in the excitation voltage at the magnet wheel coils: As the temperature increases, it is also increased accordingly by the reduced effect of the counter-excitation.

Durch Anwendung aller vorbeschriebenen Maßnahmen läßt sich eine praktisch ausreichende Spannu.ngskonstanz für jeden Erwärmungszustand des Generators erreichen.By applying all the measures described above, a practical Achieve sufficient voltage constancy for every heating condition of the generator.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Armature compounded exciter for synchronous generators with an excitation winding and a counter-excitation winding fed by the armature voltage, characterized in that the excitation winding and the opposing excitation winding separate poles are arranged and the Gegenerreberwindung with an additional Thermal insulation is provided.

2. Exciter machine according to claim 1, characterized in that that the counter-excitation winding is wrapped with glass tape.

3. Exciter machine after Claim 1 or 2, characterized in that the opposing excitation winding of one special encapsulation is surrounded. Publications considered: German Patent Nos. 53,030,192,049; Austrian patent specification No. 165 806.