DE1538113A1 - Wechselstrommaschine mit rotierenden Gleichrichtern zur lastabhaengigen Erregung von Synchronmaschinen - Google Patents

Description

• dechselstrommaschine mit rotierenden Gleichrichtern . zur lastabhängigen irregung von Synchronmaschinen Maschinen und Einrichtungen zur lastabhängigen Erregung v - QP SYnchronmaschinen haben die Aufgabe, in Abhängigkeit von der Spannung und dem jeweiligen Laststrom den zur £rregung nötigen Gleichstrom selbsttätig zu erzeugen. Die heute, insbesondere bei mittleren und kleineren Maschinen, gebräuchlichen Erregungseinrichtungen bestehen meistens nur aus stationären Teilen, wie Transformatoreng Drosselnv Kondensatoren und,Gleichrichtern. Die Synchranmaschinen sind dabei mit Bürsten und Schleifringen ausgestattett über welche der dem r',oirad zugeführt oder bel kle-neren ständererregten !ylaschinen der -Ua--#,tstro#-£ geleitet- wird, wcbei die Bürsten und Schleifringe einer ständigen 'Wartung und Pflege bedürfen.
• .Jur lastabhängigen i#rregung von.Synchroninaschinen sind noch .rregf"ri,i.t.iscl#iinen bekannt geworden, vel denen zur Vermeidung von c hl e 1 f-r -i n g e n die zur Erregung dienenden itrö,-"e Läufer ind-uziert und *ber uÄl#trot-#e-rende Gleichrienter der -#-oir"idw-Lck'Lurig der Z)jncii.-on.n#aschi.ne zugeführt werden. Üer Läufer d#IE"z-,tjr Erregermiaschine ,iiii das r-oir-ad ",'Lr-.d hier-bei auf einer gemeinsa-men Weile angeordnet. Die U E einer idealisierten: #'Synchronmaschine setzt sich bekanntlich gemäß Figur 1 aus einerkons1.anten Leerlaufkomponente U o# die von der 1,Jaschinenspannung abhängt, und e.-".ner laotabhängigen Kom#ponente- U zusanw-nen. -"-etztr-,r;3 lot direkt proportionai dem Laststrom und an die Leerlaufkomponente U 0 unter dem Winkel angefügt, wobei mit (p der ilhasenwinkel zwischen Laststrom und .',Iaschinenspannung bezeichnet ist.-Die bekannten Einrichtungen zur iastabhängigen Erregung arbeiten so, daß entweder z.B. in einem Transformator die beiden,Erregerstromkomponenten phasenrichtig addiert werden oder durch hintereinander geschaltete Teile der Erregungseinrichtung entsprechende Spannufigskomponenten aneinander gefügt werden. Im ersten Fall ist es nötig, daß eine der Masehinenspannung proportionale Erregerstromkomponente erzeugt wird, wozu Drosseln oder-Kondensatoreng z.B. in>Boucherot-Schaltungg herangezogen werden. Bei der zweiten Möglichkeit wird z.B.. eine Hilfswicklun-R im,Ständei der Hauptmaschine mit

  aer Sek.uridär-seite eines primär vom Laststrom durchflossenor, Transfor-

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  matürs in 1-,eil"-e ges.chaltet. .2,s gibu- die mannig-Ialtigsten ich-alturgo-

  i#iöi:'Lichkc,it,on.- für derartige r#'rregungseinrichtungen, die aber in.

  Prinz.-p immer auf einer Addition von Stroi:;- oder 81,annungskoi.,ilic.#-

  nenten beru.henw

  Bei Verwundung, von -,`irregerma#3#chinen zur lastabhängigen. Erregung hrichter mit kann der Stän.der- sowohl U.Iber f,-q--a'Lo auch direkt ir#it u"r("hströi:i(,ri gespeist werden.. 1)c-,..,nctitsl-rec#ienu aruc--#1.c-t "Li,rers("--iLts als ständprerregter yachrongenerator oder i-Lz 'r.duKtL;onsmaschine. Der i#r-findung Iiegt die Aufgahe ",iÄgr-unde, zur 'LastaL)härigii;("r, gun,g. yon lstroinm.aseiiine irii re. -yAchrunmaschinen. e-ne 'Nechse t ro-lu-ier(;1.riden.Glei.cl#r--#ciitorn. 2.u schaffen, die es, in# Gegensatz zu herkömmlichen. Auß.f«(Ähi-urigeri den jeweils benötigten Erregerstrom ohne- Verwendung. weiterer Erregerzubehörteile selosttätig zu erzeugen". Die-s wird gemäß der ;Erfindung dadurch daß- im S.-tänder der Wechselstrommaschine sowoh.1 mindestens eine. ---p,3nnungsges-pe,.-st.e Wicklu.,ng für die Grunder.-C-gung als auch wenigstens eine laststrcrmg-espeiste Kompoundie.rungswicklung so angeo,-rdne.,t- sind., daß sie im wesentlichen nur über eine gemeinsam ind.,uz.iei-te# L4ufe#rwie.klung elektroniagnetisch gekoppelt sind. Vorzugsweise sind die sparinungs- und die stromgespeisten Ständerwicklungen-in verschiedenen Umfangszoneri eines einzigen Ständer-,blechpaketes angeordnet. In Fig. 2 ist das-Irinzip der erfindungsgemäßen Wechselstrom-#;rregermaschine dargestellt. In einem gemeinsamen Gehäuse 1 sind zwei itänderpakete 2 und 2 angeordnet, wobei das Ständerpaket 2 eine Spannungswicklung 4 und das Ständerpaket 3 eine Kompoundierungswicklung 5 trägt. Die Wicklung 4 wird an die Spannung der zu erregenden Synchronmaschine gelegt und die Wicklung-5"vom Laststrom derselben durchflossen. Die Wicklungen sind so angeschlosseng daß in beiden Paketen gleichsinnig umlaufende Drühfelder entstehen. Hierbei w(ii#-.l. Ji.,# b#itciiii(i(,#r,raket 2 entstehende Drehfeld, entsirechend der die Vlicklung 4 speisenden konstanten M.#aschin("ns-.,t#"<,.arinun& eine konstante GrUße auf, während das DreLfeld im rechten Paket 3. durch den in der Kompound-lerungswiel-.lung 5 fließenden Laststrom jeweils verschieden Croß und gegenüber dem ersteren Drehf e d phasenverschoten ist.
• Auf der Läuferwelle 6 befinden sich ebenfalls zwei Blechpakete 7 und 8, die einer durchgehenden Viieklung-9 ausge-i3tattet sind'. Die in den beiden ljaheten 7 und 8 induz-ierten Spannungen addierensich daher analog Figur 1 - wobei di,e Leerlaufkomponente- U 0 im Paket, 7- und die last#abhängige, Komponente UT im rechten- Paket' induziett, wi rd.- Die rIesultierände Läuf erspannung.- U wird: über mitrot-i#er-eiide. Gleichricht#et 10 zur Speisung- dea äuf.d-er gvmei-nä-är.-"en# Welle 6 angeordneten und in der Zeichnung- nicht dargestell-tee Poll-ew rades- weitergeleit',e.t. -einer durehgeihenden: könnenauch zwei in Reihe gä-schaltet,e, W-'icklundeJn iz liäufer verwendet-## werdeno Die in Fig. 2 dargestellte Erregermaschine hat den Vorteil, daß durch die Hintereinanderanordnung von zwei l-aketer,9 deren einzelne Ständerwicklungen auf diese Weise nur über die durchgehende bzw. in Reihe geschaltete Läuferwicklung elektromagnetisch gekoppe2t sind, auf ein-fache Weise eine lastabhängige Erregung erreicht wi#-d, ohne daß weitere Erregerzubehörteile nötig sind. . In Pig- 3 und -4 j.-st ein anderes Ausführungsbeispiel der ei-f.»,ndun"-.ggemäßen Erregermaschine dargestelltl wobei F-4,9- 3 eine stirnseitige Ansicht mit Schnitt duroh Welle und Wicklungsköpfe und Fig. 4 einen ,ängs.-,elinitt zeigen. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist nur eir. Ständerblechfiaket 11 und ein Läuferblechpaket 12 vorgesehen. Eine SpannungswLeklung 13 und eine'Kompoundierungswicklung 14 'sind -in verschiedenen Ur.,fangpzoneii so an,geoidnet, daß sie im wesentlichen nur über eine gemeinsam induZierte Läufe:tvick'-'ung 15 elektromagnetisch gekoppelt sind. Das Ständerblechpaket 12 ist wiederum auf einer gemeinsamen Welle 16 angeordnet, während das Ständerpaket 11, in einem nicht dargestellten Gehäuse in an sich bekannter Weise angeordnet ist. Bei dieser Ausführung-tritt im Jtänder der Erregermaschine nunmehr kein umlaufendes Drehfeld mehr auf, sondern es ergeben sich zwei jeweils nur über dem Bereich der einzelnen Wicklungszonen verlaufende Wanderfelder. Das von der Spannungewicklung 13 verursachte Wanderfeld hat eine konstante Größe und das durch die Kompgundierungswicklung 14 erregte Wanderfeld, weist jeweils eine vomjeweiligqn Laststrom abhängige Amplitude und Phasenlage auf.
• In der Läuferwicklung werden wieder die von den beiden Ständerwicklungen induzierten Tellspannungen zur Gesamtspannung addiert, die dann über einen in Figur 3 und 4 nicht-dargestellten Gleichrichter die Ioiradwick.-Lung der Sync#ironmaseiiine speist. Für den Ständer einer derart ausgeführten .2rregermasobine ist die Verwendung eine":; herköiunlic#,en Blechschnittes mit durchgehend gleichmäßiger Nutung möglich. Die beiden Ständerwicklungen n ehmen in der Regel verseliiedzgn breite Umfangezonen eiin. Bei normal ausgelegten Synchrorimaschinen dürfte sich in den meisten Fälllen die Kompoundierungswicklung über die in tangentialer hichtung breitere Zone erstrecken.
• Aus magnetiscnen Gründen ist es günatig, -Nenn zwischen de.. *beiden Wicklungszonen unbewickelte Abschnitte angeordnet werden. Die Wanderfelder versch iedaner Größe urd/oder Phasenlage können dann in diesen Lücken an- bzw. a-bklingen.
• Es ist zweckmäßig, die Polzahl der Erregerzaschine gegenüber der der Ilauptmaschine erheblich zu vergrößern, wobei deren AU-nder,-tzahl etwa 8 bis 12 betragen aollte. Diese Forderung resultiert darausq. daß sich jede Wicklungszone in der Regel über eine gerade Zahl von Polen erstreckt. und fallweise unbewickelte Zwischenräume jeweils den Raum einer Polteilung beanspruchen. Hin.sichtlich der ausführbaren Wicklungezonen-Dreite hat man bei zu kleinen Polzahlen nur wenig Variationsmöglichkeiten. Eine hohe Polzabl bringt den Vorteil, daß sich eine-relativ hohe Läuferfrequenz ergibt und die Erregermaschine klein bemessen werden kann. Aus diesem Grunde ist es-auch empfeh.lenswert,- die Wicklungen so zu schalten, daß dile durch sie bewirkten Wanderfelder einen dem-Läufer entgegengesetzten Umlaufsinn aufweisen. Je höher die Läuferfrequenz im Verhältnis zur Ständerfrequenz -!s4U9 umso geringer ist auch der elektrische Leistungsbedarf der Erregermaschine. Diese Maschine gibt zwar sekundärseitig die volle Erregerleistung über die Gleichrichter an das Polrad ab, ihre elektrisch aufgenommene Leistung (für die die Ständerwicklungen ausgelegt sein müssen) ist jedoch nur ein Bruchteil davon. Der restliche Leistungsbedarf wird mechanisch gede"--kt (asynchroner Frequenzwandl-er).-i» kleine Ilie-*#tere Vorzüge, die sich durch hohe Polzahen ergeben, sind Wicklungskopfausladungen (damit kur-ze Baulängen) und geringe Jochhöhen für Ständer und Läufer. Letzteres ermöglicht es vielfach, die Gleichri(,-IttE.er raumsparend innerhalb des Läufers anzuordnen, Z.B. in auf der-Welle angeordneten Körpern, die gleichzeitig das Läuferpaket tragen.
• Figur 5 zeigt ein derartig es Ausführungsbeispiel, wobei wirkurig-smäßig gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen wie in Pig. 13 und 4 versehen sind. Auf dem B-seitigen Lagerscilild 17 einer Synchron-Maschine-ist eine Erregermaschine 18 angeflanscht, wie sie im Prinzip in-Fig. 3 und 4 dargestellt ist. Das Läuferblechpaket 19 ist- nicht' unmittelbar auf der gemeinsamen Welle 16, sondern auf einem ringförmigen Körper 20 befestigt, der in Ausnehmungen 21, Gleichri-ch-ter 22 trägt. E--s- ist Brückenschaltung vorgesehen, wobei die GleIchrichte - r 23 der anderen Polarität isoliert auf der Welle 16 befestigt- sind, wie- es durch gestrichelte Linien angedeu-&'get ist.
• Die Erregerleit'ungen 24 führen durch die hohle Welle 16 zum Poltad der' Synchronmaschine. Die in verschiedenen Umfangszonen angeordneten Ständerwicklungen können auch durch zumindest teilweise Überlappung stufenlor- ineinand'er übergehen. In den Randzonen tritt dann allerdings eine unm.ittelbare elektromagnetische Kopplung auf. Dieser - an sich störende Effekt - kann jedoch erfindungsgemäß in relativ einfacher Welse zur Beeinflussung des Kompoundierungsverhaltens herangezogen werden, indem man beispielsweise zu-m Zwecke der Justierung 'Nieklungsteile der handzonen dzu- oder abschaltet und somit den Grad der Überla#1)ung ändert.
• Ferner können zur Justierung in an sich bekannter Weise Wicklungsanzapfungen und/oder zu- oder abschaltbare Wicklungsteile vorgesehen sein.
• Gemäß einem weiteren Vorschlag der Erf.indung können zum Justieren der z#rr-eG-ung od er zur Sollworteinstellung besondere Zusatzwicklungen oder Teile der Epannungs- oder Stromwicklung entweder kurzgeachlossen oder an Widerstände, DroeBelng Kondensatoren u.'dgl. angeschlossen sein. Die zuletzt genannten Möglichkelten gestatten eine stufenlose Einstellung.
• Zu dem gleichen Zweck kann auch der Ständer gegenüber dem Läufer axial verschiebbar angeordnet sein. Diese Lösung ist insbesondere dann günstig, wenn die beiden Wicklungen in nicht zusammenhängenden Teilpaketen untergebracht sind. Falls erhöhte Anforderungen an die Spannungskonstanz gestellt werden, ist es, ebenso wie bei anderen lastabhängigen #rregungseinrichtungeng auch bei der erfindungsgemäßen Ausführungslorm möglichg nocii einen Regler, insbesondere einen Transistor- oder Thyristorregler vorzusehen. Dieser wird an eigenen Zusatzwicklungen, oder an die Spannungs- oder Stromwicklung bzw. Teilen derselben angeschlossen. Im Betrieb nimmt.er z.B, ein periodischeg Kurzschließen und/oder eine Deüinflussung des Überlappungsgrades von Spannungs- und Kompoundierungswicklung vor. Er kann aber auel. veränderliche Zusatzfelder in der Erregermaschine verursachen und dadurch die gewünschte Rege-lung bewirken.

Claims (2)

1. PatentansErüche: We(-b%c YrOftm--ischine mit rotierenden Gleichrichtern zur lastabhängigen £,rre-gung von SynchrOn.mEischinen, dadurch gekennze2Lei)ne:..t, daß im Btänder sowohl mindes tono eine spannungsgespeiste Wicklung für die Grunderregu-ng als auch wenigstens eine laststromgespeiste Kompoundierungswicklurig so angeordnet aind, daß ute im wesentlichen nur über eine gemeinsam ir.ciuzierte LäuferwIcklung elektroitlagnet.sch gekoppelt sind.
2. 2. Nechselstrommaschint? nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die und die stroingespeistan 3tänderwicklungen in veruchiedenen Um.fatig.,#,zon(.-#n eines einzigen ),.äi)derL!echl.LketE#S angeordnet sLnd. Nechselstronirnalichlre nach Anspruch dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangszonen, in denen die kl)'t,;indeiwicklungen angeordnet ci sirid, verochiedene tangentiale Breiten aufweisen. 4. Wechselstrommaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ständerpaket aus herkÖmmlichen Blechen mit durei;..--,1-#,hend gleichmäßiger Nutung geschichtet ist. 5. Wechselstrommaschine nach Anspruch 2, dadurch daß zwischen den verschiedenen Wicklungszonen unbei:.#-ükeite Abschnitte angeordnet sind. 6. Wechselstrornriaschine nach Anspruch 29 dadurch gekennzeichnet., daß der Ubergang von einer Wieklungszone zur anderen mit zumindest teilweiser Wicklungsüberlappung ausgeführt ist. 7. Wechselstrommaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zum Zwecke der Justierung der Grad der Wicklungsüberlappung durch züi- oder abschaltbare Wicklungsteile der handzonen änderbar ist. 8. Wechselstrommaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum iiwecke der Justierung Wicklungsanzapfungen und/oder zu- oder abschaltbare Wicklungsteile vorgesehen sind. 9. Wechselstrommaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Liwecke der JusstIerung oder zur Sollwerteinotellung besondere Zusatzwicklungen oder Teile der Spannungs- oder Strom-' wicklung direkt kurzgeschlossen oder an Widerstände, Drosseln, Kondensatoren o.dgl. angeschlossen sind. 10. Wechselstrommaschine nach Anspruch 1, dadurch gekonnzL-2Lch'net, daß zum Zwecke der Justierung öder zur Sollwerteinstellung zumindeet wicklungstragende Teile des Ständers der Erreger-Maschine relativ zum Läufer verschiebbar sind. 11.-Wechselstrommasch-ine nach Anspruch 19 dadurch gekennze4&.c.linet# daß ein Reglerg insbesondere-ein Transistor- oder Thyristorreglei-$ vorgesehen istg der ar, eigenen ZusatZwicklungen oder an die Spannungs- oder Stromwicklung b-zw. Teilen derselben so angeschlossen ist, daß er im Betrieb periodisch entweder #,Ii eklungsteile kurzschließt und/oder den Grad der tberlappung von Spannungs- und Kompoundierungswicklung beeinflußt oder T#eräfiderliche Zusatzfelder bewirkt. 12. Wechselstrommaschine nach Anspruch 1, dadurch gekenn--eichntet, daß dIe Wicklungen so geschaltet eindg daß das 'r. Ständer der -t#rregermasch-ne bewirkte Drehfeld bzw. die sich im wesentlichen nur über die verschiedenen Wicklungszonen erstreckenden Wanderfelder einen dem Läufer entgegengesetzluen Umlaufsinn aufweisen. 13. Wechselstrozimaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzei-chnatg .paarzahl erheblich höher ist als die der lastabauß äJC l#ci riängig zu e#rregenden Elauptmaschine. 14. WechselstrommascIiine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnett daß die rotierenden Gleichrichter radial iiinerhalb der angeordnet sind.