DE1149099B - Erregeranordnung fuer elektrische Maschinen - Google Patents

Description

• Erregeranordnung für elektrische Maschinen Bei elektrischen Maschinen mit gleichstromerregten Feldwicklungen auf dem umlaufenden Maschinenteil gewinnen Erregeranordnungen mit Speisung der umlaufenden Feldwicklung über ebenfalls rotierende Gleichrichter, denen primärseitig der Strom von der umlaufenden Ankerwicklung einer Wechselstromerregermaschine zugeführt wird, eine zunehmende Bedeutung, weil es bei derartigen Anordnungen möglich ist, Schleifring- und Bürstensysteme für die Übertragung größerer Ströme auf den umlaufenden Teil der Maschine zu vermeiden.
• Die Erfindung geht davon aus, daß jedoch die bisher bekannten Anordnungen dieser Art regeltechnisch unbefriedigend sind, weil es bei ihnen unmöglich ist, eine Gegenerregung anzuwenden, die besonders bei Maschinen großer Leistung aus Gründen der betrieblichen Sicherheit der Maschine in der Regel gefordert wird. Es besteht daher ein Bedürfnis, derartige Erregeranordnungen mit Speisung wenigstens einer umlaufenden Feldwicklung über ebenfalls umlaufende Gleichrichter von dem rotierenden Anker einer Wechselstromerregermaschine in dem Sinne zu verbessern, daß die gleiche Regelfähigkeit, wie bei den üblichen Maschinenanordnungen mit Zuführung des Erregerstromes über Schleifringe ermöglicht, d. h. durch Stromumkehr eine wirksame Gegenerregung und damit eine Schnellentregung herbeigeführt werden kann.
• Die Erfindung betrifft eine Erregeranordnung der eingangs erwähnten Art für elektrische Maschinen, insbesondere für Synchrongeneratoren, bei welcher der umlaufenden Feldwicklung der Erregerstrom von der mit umlaufenden Ankerwicklung einer Wechselstromerregermaschine über gleichfalls mit umlaufende Halbleiterelemente als Trockengleichrichter zugeleitet wird. Erfindungsgemäß wird zur Lösung der vorstehend angedeuteten Aufgabe die Anordnung derart getroffen, daß die Halbleiterelemente in zwei Gruppen steuerbarer Elemente (Gleichrichter) aufgeteilt sind, von denen die eine Gruppe zur Aufregung, die zweite Gruppe zur Gegenerregung dient. Die Zuordnung von zwei Gruppen rotierender steuerbarer Halbleitergleichrichterelemente zu dem ausschließlich auf dem Läufer der Maschine angeordneten Erregerstromkreis gibt die Möglichkeit, den umlaufend angeordneten Erregerstromkreis von ortsfesten Steuer- bzw. Regeleinrichtungen im Sinne einer Ruferregung oder Gegenerregung zu beeinflussen, wobei die Steuerung der Halbleiterelemente ebenso wie die Übertragung der elektrischen Größen (Strom und Spannung) des umlaufenden Erregerstromkreises auf die ortsfesten Steuer- und Regelelemente der Maschine oder Schleifringe mittels kontaktloser Übertragungselemente von dem rotierenden auf den feststehenden Teil der Maschine bzw. die feststehende Steuereinrichtung erfolgt.
• Erwähnt sei, daß es an sich bereits bekannt ist, bei Synchronmaschinen mit Zuführung des Erregerstromes über Schleifringe zwei stationär angeordnete Quecksilberdampfgleichrichter für die unmittelbare oder mittelbare Erregung mittels, einer Erregermaschine anzuwenden, bei denen durch die Gittersteuerung der ortsfesten Gleichrichter eine Gegenerregung möglich gemacht wird.
• Derartige Anordnungen mit ortsfesten Quecksilberdampfgleichrichteranlagen, die eine Stromübertragung durch Schleifringe und Kontaktbürsten zur Voraussetzung haben, können mit der erfindungsgemäßen Lösung jedoch nicht in Vergleich gestellt werden, da die Verhältnisse bezüglich der Möglichkeiten für die Anordnung der Gleichrichter und deren Steuerung völlig verschieden sind.
• Die Erfindung soll näher an Hand eines Ausführungsbeispiels erläutert werden, dessen Schaltschema in der Zeichnung wiedergegeben ist. In der Fig. 1 ist mit 1 die dreiphasige Ständerwicklung eines Drehstromgenerators, beispielsweise eines Turbogenerators, bezeichnet, welche in dem feststehenden Teil der Maschine angeordnet ist. 2 bedeutet die umlaufende in den Nuten des Läufers liegende Erregerwicklung. Die Erregerwicklung 2 wird von der Haupterregermaschine 3 gespeist, deren Ankerwicklung in dem Läufer angeordnet ist, welcher mit dem Läufer des zu erregenden Generators gekuppelt ist. Die Erregerwicklung 4 für die Erregermaschine 3 ist feststehend angeordnet. Ihr kann über den Spannungsregier 5 ein veränderlicher Erregerstrom i, zugeführt werden, der von der Hilfserregermaschine 6 mit feststehender Ankerwicklung 6 a und umlaufendem Induktor 6b (dessen Pole durch Permanentmagnete gebildet sein können) geliefert wird. 7 und 8 bedeuten noch in den Ausgangsleitungen des Hauptgenerators 3 angeordnete Strom- und Spannungswandler, welche ermöglichen, der Spannung und den Strömen des Hauptgenerators proportionale Hilfsspannungen oder Ströme auf den Spannungsregler 5 und den Steuerteil für die Gleichrichter zu übertragen. Die Einzelheiten der Ausbildung dieses Spannungsreglers, der in der üblichen Weise beispielsweise als Kontaktregler, Magnetregler, Transistorregler oder in sonstiger Weise ausgebildet sein kann, sind zur Vereinfachung in der Zeichnung nicht wiedergegeben.
• Zwischen der Erregerwicklung 2 des Hauptgenerators und den Phasenwicklungen der Erregermaschine 3 sind in Antiparallel- oder Gegentaktschaltung die auf Halbleiterbasis aufgebauten Trockengleichrichter 10 und 11 angeordnet. Diese Gleichrichter sind als steuerbare Elemente analog einem Stromtor oder Ignitron so ausgeführt, daß sie durch einen ihnen zugeführten Steuerstrom für den Stromdurchgang freigegeben werden können. Sie stellen gewissermaßen eine Kombination eines Siliziumgleichrichters mit einem Transistor dar, wobei drei Verbindungsstellen mit Gleichrichterwirkung im Element vorhanden sind. Durch Anwendung eines »Zünd«-Stromes wird der Stromdurchgang durch das Element freigegeben und dauert so lange an, bis die am Element liegende Spannung negativ wird. Die Analogie zu einem Thyratron ist damit gegeben. Die Elemente 10 sind in die Phasenleitungen der Erregermaschine 3 so eingeschaltet, daß der Erregerstrom I, im Sinne einer Auferregung des Induktors des Hauptgenerators fließen kann. Die Gleichrichterelemente 11 sind im umgekehrten Sinne so zu den Elementen 10 parallel geschaltet, daß sie das Fließen eines Gegengeneratorstromes leg, der durch einen gestrichelten Pfeil angedeutet ist, möglich machen. Um nun den steuerbaren Gleichrichterelementen 10 bzw. 11 die erforderlichen Steuerströme zuzuführen, ist eine ortsfest angeordnete Steuervorrichtung 12 vorhanden. Mit 13 sind in der Zeichnung Steuerkanäle bzw. Leitungen bezeichnet, mittels derer über die Übertrager 14 den Steuerelektroden der Gleichrichter 10 und 11 die erforderlichen Steuerströme zugeführt werden. Die Übertrager 14 können vorzugsweise als induktive Übertrager ausgebildet sein, welche unter Umständen so ausgebildet werden, daß keine Beeinflussung der Steuerströme durch die Drehzahl erfolgt. Mit 15, 16 und 17 sind weitere Übertrager bezeichnet, welche die Übertragung bestimmter Spannungen bzw. Ströme zwischen den umlaufenden und feststehenden Teilen der Anlage ermöglichen. Hiervon dient der Übertrager 15 dazu, die aus dem Läufer der Erregermaschine 3 herausgeführte Erregerwechselspannung zur Taktgebung der Steuereinrichtung 12 zuzuführen. Die weiteren Übertrager 16 und 17 ermöglichen die Übertragung der an der Haupterregerwicklung liegenden Erregerspannung bzw. eines dem Erregerstrom proportionalen Stromes an die ortsfeste Steuervorrichtung sowie den Regler 5, um eine Rückführung sowie stromabhängige Gleichrichtersteuerung während des Entregungsvorganges zu erzielen.
• In der Zeichnung sind Einzelheiten der Ausbildung der ortsfest angeordneten Gleichrichter-Steuervorrichtung zur Vereinfachung nicht wiedergegeben. Diese Vorrichtung kann, wie dies an sich beispielsweise für die Gleichrichtergittersteuerung üblich ist, als Kontaktapparat oder unter Verwendung von mit gesättigtem Eisen arbeitenden Magnetreglern oder Elektronenröhren oder Transistoren aufgebaut werden.
• Fig. 2 veranschaulicht im Diagramm die Wirkungsweise einer erfindungsgemäßen Einrichtung. In diesem Diagramm sind über der Zeit der Erregerstrom 1e sowie das magnetische Feld 0 des Hauptgenerators, dem die Generatorspannung proportional ist, aufgetragen.
• Im Normalbetrieb fließt bis zum Zeitpunkt to der Erregerstrom 1e, der über die nicht gesperrten Gleichrichter 10 verläuft. Wird nun eine Schnellentregung unter entsprechender Beeinflussung des Reglers 5 und der Steuerstöme für die Gleichrichter 10 herbeigeführt, so verläuft der Strom I, zwischen to und t1 nach einer abfallenden Kennlinie. Der Strom wird hierbei unter dem Einfluß der von dem abklingenden Feld induzierten Spannung noch in der gleichen Richtung aufrechterhalten wie vorher, wobei die Gleichrichter 10 gewissermaßen als Wechselrichter arbeiten. Im Zeitpunkt t1, wenn also I,=0 ist, jedoch das Generatorfeld noch den Wert 01 aufweist, werden die Gleichrichter 10 gesperrt und der Stromdurchgang durch die gesteuerten Gleichrichter 11 freigegeben. Bis zum Zeitpunkt t2 tritt nun entsprechend der Steuerung der Gleichrichter 11 ein zunehmender Gegenstrom Ieg auf, der bestimmt ist, das Restfeld 01 schnellstens zum Verschwinden zu bringen. Im Zeitpunkt t2 werden die Gleichrichter 11 auf Wechselrichterbetrieb umgesteuert, wobei der Gegenstrom I" auf den Wert 0 abnimmt, ebenso wie das Feld 01, so daß im Zeitpunkt t3 das Feld 0 und die Generatorspannung des Hauptgenerators gleich Null sind und eine Wiedererregung und die Bildung einer Spannung verhindert wird. Mit 02 ist noch im Zeitpunkt t2 das Magnetfeld des Hauptgenerators bezeichnet.

Claims (4)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Erregeranordnung für elektrische Maschinen, insbesondere für Synchrongeneratoren, bei welcher der umlaufenden Feldwicklung der Erregerstrom von der mit umlaufenden Ankerwicklung einer Wechselstromerregermaschine über gleichfalls mit umlaufende Halbleiterelemente als Trockengleichrichter zugeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterelemente in zwei Gruppen steuerbarer Elemente (Gleichrichter 10 bzw. 11) aufgeteilt sind, von denen die eine Gruppe (Gleichrichter 10) zur Auferregung, die zweite Gruppe (Gleichrichter 11) zur Gegenerregung dient.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die der Auferregung dienende Gruppe (Gleichrichter 10) zur Einleitung der Entregung auf Wechselrichterbetrieb schaltbar ist und die der Gegenerregung dienende zunächst gesperrte Gruppe (Gleichrichter 11) erst freigegeben wird, wenn der Erregerstrom bis auf oder annähernd Null abgeklungen ist, während gleichzeitig die erste Gruppe gesperrt wird.
3. 3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die der Gegenerregung dienende Gruppe (Gleichrichter 11) nach Abklingen der Generatorspannung auf einen kleinen Wert auf Wechselrichterbetrieb steuerbar ist.
4. 4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den rotierenden steuerbaren Gleichrichterelementen (10, 11) und ortsfest angeordneten Steuer- bzw. Regeleinrichtungen (12, 5) kontaktlose, insbesondere induktive Übertragungseinrichtungen (14 bis 17) einerseits zur übertragung der Steuerimpulse zwischen Regeleinrichtung(12) und den steuerbaren Gleichrichterelementen (10 bzw. 11), andererseits zur Übertragung der elektrischen Größen (Strom und Spannung 1e, U,) der auf den umlaufenden Maschinenteilen angeordneten Erregerstromkreise auf die ortsfeste Regel- und Steuereinrichtung (12, 5) vorgesehen sind. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 706 457.