DE1563313A1 - Erregereinrichtung fuer Synchronmaschinen - Google Patents

Erregereinrichtung fuer Synchronmaschinen

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DE1563313A1
DE1563313A1 DE19661563313 DE1563313A DE1563313A1 DE 1563313 A1 DE1563313 A1 DE 1563313A1 DE 19661563313 DE19661563313 DE 19661563313 DE 1563313 A DE1563313 A DE 1563313A DE 1563313 A1 DE1563313 A1 DE 1563313A1
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Germany
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excitation
current
excitation device
synchronous machines
synchronous machine
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DE19661563313
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English (en)
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Auf Nichtnennung Antrag
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ANTON PILLER KG
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ANTON PILLER KG
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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K19/00Synchronous motors or generators
    • H02K19/16Synchronous generators
    • H02K19/26Synchronous generators characterised by the arrangement of exciting windings
    • H02K19/30Synchronous generators characterised by the arrangement of exciting windings for compounding

Description

  • Erregereinrichtung für Synchronmaschinen Der Erregerstrom von Synchronmaschinen muß an die jeweils angeschlossene Belastung angepaßt werden, damit die Spannung konstant bleibt, dabei sind heute Stromänderungen zwischen Leerlauf und Nennlast von 1 : 2 bis 'l : 3 üblich. Damit die erforderlichen Stromänderungen wartungsfrei durchgeführt werden, sind zahlreiche Steuerungs- und Reglungsverfahren entwickelt worden.
  • Alls Steuerungsverfahren werden z. B. Einrichtungen verwendet, die aus Drosselspuldl, Stromwandlern, Gleichrichtern und Kondensatoren bestehen. Mit diesen Einrichtungen wird der Erregerstrom an den gerade vorhandenen Belastungsstrom und an den Phasenwinkel zwischen Spannung und Strom angepaßt. Die Genauigkeit für alle Belastungsfälle zwischen Leerlau! des Generators und Nennlast des Generators bei allen vorkommenden Leistungsfaktoren beträgt im allgemeinen ±2 bis ±3 %, in Sonderfällen ±1 ;d. Teilweise werden Erwärmungs- und Drehzahleinflüsse nicht erfaßt, oder man muß umfangreiche Zusatzeinrichtungen hinzufügen, um derartige Einflüsse wenigstens teilweise auszuschließen. Deshalb ist ein Regelungsverfahren, durch das alle Einflüsse erfaßt werden, einer reinen Steuerung des Erregerstromes vorzuziehen. Es sind deshalb Erregereinrichtungen im Gebrauch, die zusätzlich zur Steuereinrichtung einen Regler verwenden, oder auch solche Einrichtungen, die nur geregelt werden. Die meisten bisher bekannten Regler können jedoch nur derartig kleine Leistungen regeln, daß man einen Leistungsverstärker einsetzen muß. Dies ist beispielsweise die Erregermaschine, welche die Reglerleistung verstärkt. Der Regler speist dabei das Feld der Erregermaschine: Als Regler verwendete man früher Kontaktregler. Inzwischen werden überwiegend Regler mit Transistoren verwendet, da man überall kontaktlose Regler fordert. Wenn. keine Fremdspannungsquelle zur Verfügung steht, erregt sich die Gleichstromerregermaschine nur dann, wenn sie eine starke Nebenschlußwicklung hat und der Regler diese Wicklung schwächt. Es ist auch möglich, die Synchronmachine über Thyristoren zu erregen und dabei die Erregerleistung aus der Synchronmaschine selbst zu entnehmen. Aber auch hier kann sich die Synchronmaschine bei Inbetriebnahme nicht selbst erregen. Es sind zusätzliche Spannungsquellen oder Hilfsmaschinen erforderlich, mit denen man den Erregervorgang bei Inbetriebnahme einleitet. Ein Erregersystem, bei demman die Erregerleistung der Synchronmaschine direkt aus der Synchronmaschine entnimmt und über einen Regler dem Feld zuführt, wäre die Ideallösung, denn diese Einrichtung ist einfach, wenig störanfällig und wirtschaftlich, der Aufwand ist gering. Jedoch haben alle derartigen bisher bekannten Verfahren den entscheidenden Nachteil, daß eine Selbsterregung nicht möglich ist. Die Erfindung betrifft eine Erregereinrichtung für Synchronmaschinen in kontaktloser Bauart, bestehend hauptsächlich aus Gleichrichtern in beliebigen Schaltsystemen und einem Regler, dessen Bauteile zum Teil Transistoren sind, wobei die Erregerleistung der Synchronmaschine direkt entnommen wird und über die Gleichrichter und Transistoren der Erregerfeldwicklung zugeführt wird.
  • Aufgabe der Erfindung ist eine Erregereinrichtung für eine Synchronmaschine, bei der keine zusätzlichen Spannungsquellen erforderlich sind, eine Selbst-
    Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Endstufentransistor des Reglers mit seiner Basis-Emitter-Strecke direkt über einen Arbeitswiderstand mit der der Synchronmaschine entnommenen gleichgerichteten Spannung verbunden ist, wobei der Arbeitswiderstand gleichzeitig mit der Emitter-Kollektor-Strecke des Vortransistors verbunden wird und die Emitter-Kollektor-Strecke des Endtransistors über die Feldwicklung mit der der Synchronmaschine entnommenen gleichgerichteten Spannung-verbunden ist.
  • Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise veranschaulicht und im nachstehenden im einzelnen anhand der Zeichnung beschrieben.
  • Fig. 1 und 2 zeigen Schaltbilder der Gesamtschaltung einer Erregereinrichtung gemäß der Erfindung. Fig. 3 zeigt im Detail ein Schaltbild der Erregereinrichtung. Fig. 4 zeigt ein Gesamtschaltbild mit einer Zusatzeinrichtung. Fig. 5 ist ein Diagramm der Erregerströme, aufgetragen üben dem Belastungsstrom. Wie in Fig. 1 und 2 veranschaulicht, wird die Erregerleistung aus der Synchronmaschine 1 selbst entnommen, im Gleichrichter 2 gleichgerichtet und über einen Regler 3 der Feldwicklung 4 zugeführt. Über die , Zeitung 14 wird die Mess-Spannung dem Regler 3 zugeführt. Die Erregerleistung kann. dabei entweder aus der Drehstromwicklung 5 der Synchronmaschine nach Fig. 1 oder aus einer Drehstromhilfswicklung 6 nach Fig. 2 entnommen werden. Deshalb ist diese Einrichtung auch für Wechselstrom-Synchronmaschinen verwendbar-. Der Gleichrichter 2 kann aus beliebigen Schaltsystemen bestehen, beispielsweise aus einer Drehstrom-BrÜckenschaltung: Die kontaktlosen Bauteile des Reglers sind dabei so angeordnet, daß ohne zusätzliche Maßnahmen eine Selbsterregung nur unter Verwendung der Remanenzspannung eintritt. Dies wird erreicht, indem man. nach Fig. 3 bei einem Halbleiterelement einen Transistor 7, der im Normal-
    die Kollektor-Emitter-Strecke über Schutzwiderstände voll der gleichgerichteten Remanenzwechselspannung aussetzt. Dabei ist der Schutzwiderstand vor der Basis-Emitter-Strecke der Arbeitswiderstand 8, der gleichzeitig an der Emitter-Kollektor-Strecke des Yorstufentransistors liegt, der im Normalbetrieb den Endtransistor aussteuert, der Schutzwiderstand vor der Kollektor-Emitter-Strecke ist der Widerstand der Feldwicklung 4 der Synchronmaschine 1. Außerdem kann durch ein Schwellspannungsbauteil 10 dafür gesorgt werden, daß die Regler-Vorstufen 9 des Transistorreglers nicht arbeiten, wenn der Generator nur Remanenzspannungen abgibt, oder eine Spannung abgibt, die in der Größenordnung der Remanenzspannung liegt. Dieser Effekt kann, beispielsweise durch eine Halbleiterdiode erreicht werden.
  • Der über den Basis-Schutz-Widerstand fließende geringe Strom, der von der Remanenzspannung getrieben wird= macht die Kollektor-Emitter--Strecke des Endstufentransistors etwas stromdurchlässig, nach Maßgabe der Stromverstärkung des Transistors. Dieser Kollektor-ESnitter-Strom fließt jedoch auch durch die Erregerfeldwicklung und verstärkt dadurch das Remanenzfeld. Der Vorgang schaukelt sich in bekannter Weise auf, wie bei allen Selbsterregungsvorgängen, bis daß die Erregerspannung so groß geworden ist, daß der Regler seine normale Arbeitsweise aufnimmt.
  • Die im Betrieb auftretenden Spannungen und Ströme werden durch geeignete Bemessung der Widerstände so gewählt, daß keine Überlastung an den Halbleiterelementen auftritt.
  • Bei sehr schwacher Remanenzspannung kann man den Selbsterregervorgang noch verbessern oder überhaupt erst ermöglichen, indem man parallel zum Indstufentransistor nach Fig. 3 einen Widerstand 1'i verwendet, der ebenfalls Strom führt, wenn die Remanenzspannung wirksam wird und dessen Strom auch durch die Erregerwicklung fließt. Der Widerstand darf in seinem Widerstandswert jedoch nicht zu klein bemessen werden, denn sonst ist es nicht möglich, den Generator im Leerlauf zu betreiben, weil durch den Widerstand der Erregerstrom auch ohne Regler schon größer wäre als der Leerlauferregerstrom. Durch diesen Widerstand werden auch eventuell auftretende Spannungsspitzen, die den Transistor 7 durchschlagen würden, gedämpft. Häufig wird vön der Erregereinrichtung für Synchronmaschinen g'efordert, daß sie auch hohe Überlastungsströme der Maschine kurzzeitig zuläßt, ohne daß die Spannung wesentlich zusammenbricht. Dies ist vor allem nötig, wenn relativ große Asynchronmaschinen eingeschaltet werden, die beim Einschalten den 4- bis ?-fachen Nennstrom aufnehmen. Würde Spannung und Strom bei solchen Überlastungen zusammenbrechen, dann wäre es nicht möglich, diese Asynchronmotoren einzuschalten. Sehr oft verwendet man in den Stromversorgungsnetzen auch selektive Überstrom- und Kurzschlußeinrichtungen. Diese Einrichtungen erfüllen nur dann ihre Aufgabe, wenn die Synchronmaschine bei einem Netzkurzschluß einen großen Dauerkurzschluß-Strom abgibt.
  • Die vorliegende Erregereinrichtung bewirkt jedoch, daß bei einem Kurzschluß nur ein sehr kleiner Dauerkurzschluß-Strom abgegeben wird, der nur durch das Remanenzfeld in der Maschine entsteht. Es ist aber möglich, die vorliegende Erregereinrichtung durch eine Zusatzeinrichtung so zu verbessern, daß auch die beiden oben erwähnten Bedingungen, hohe Überlastungsfähigkeit und großer Dauerkurzschluß-Strom..erfüllt werden. Man verwendet hierzu nach Fig. 4 einen Zusatzstromwandler 12, der einphasig öder mehrphasig sein kann und beaufschlagt die FrimärwicXlaua.g dieses Zusatzwandlers mit dem Synchronmaschinen-Hauptstrom. Der Sekundärstrom des Zusatzwandlers 12 wird in einer Gleichrichterschaltung 13 gleichgerichtet und der Synchronmaschinenfeldwicklung zugeführt. Bei Verwendung einer geeigneten Gleichrichterschaltung, beispielsweise einer Brückenschaltung, beeinflussen sich die Erregereinrichtung und der Zusatzwandler nicht. Der vom Zusatzwandler gelieferte Strom fließt in jedem Fall durch die Synchronmaschinenfeldwicklung. Solange dieser Strom kleiner ist als der gerade erforderliche Erregerstrom und dies ist im Bereich vom Leerlauf .bis Nennlast der Fall, liefert die Erregereinrichtung den noch fehlenden Strom. Ist der gleichgerichtete Zusdzwandlerstrom aber .größer als der erforderliche Erregerstrom oder kann die Erregereinrichtung.wegen Überlast den erforderlichen Erregerstrom nicht mehr liefern., dann wird die Höhe des tatsächlich fließenden Synchronmaschinenerregerstromes durch den Stromwandler bestimmt. Der sekundäre Stromwandlerstrom wird erst begrenzt, wenn der Eisenkern: des Stromwandlers magnetisch gesättigt wird. Die Wirkungsweise von Erregereinrichtung und Stromwandler ist in Fig. 5 dargestellt. Hier ist auf der Ordinate der Erregerstrom Ie der Synchronmaschine dargestellt. Ieo ist der Erregerstrom bei leerlaufender Synchronmaschine. Auf der Abszisse ist der Belastungsstrom Ia der Synchronmaschine eingetragen. Ian ist der Nennbelastungsstrom. Die waagerechte Gerade 21 ist der maximal vom Regler gelieferte Erregerstrom. Die Erregereinrichtung mit dem Gleichrichter 2 und dem Regler 3 kann nicht mehr Erregerstrom abgeben, als durch die Gerade 21 angegeben wird. Die Gerade 25 ist der Stromanteil, der von der Zusatzeinrichtung geliefert wird. Die Kennlinien 22, 23 und 24 stellen den Erregerstrombedarf der Synchronmaschinen bei konstanter Spannung und verschiedenen"Leistungsfaktoren dar, abhängig vom Belastungsstrom der Maschine. Dabei ist 22 eine Kennlinie beispielsweise für den Leistungsfaktor O induktiv, 23 eine Kennlinie für den Leistungsfaktor 0,8 induktiv und 24 eine Kennlinie fÜr den Leistungsfaktor 1. Die Kennlinie 24 wird durch die Gerade 25 in zwei Teile getrennt. Der rechte Teil der Kennlinie 24 kann dabei durch den Regler nicht eingestellt werden, da die Zusatzeinrichtung schon mehr Strom als diesen benötigten Erregerstrom liefert und auf jeden Fall durch die Erregerfeldwicklung treibt. Die vorliegende Erfindung ermöglicht die Anordnung einer einfachen Erregereinrichtung bei einer Synchronmaschine. Dabei bewirkt diese Erfindung im Vergleich zu bekannten Einrichtungen eine sichere Selbsterregung, Vermeidung aller Bauteile mit Kontakten, äußerst wirtschaftliche Fertigung wegen des einfachen Aufbaues, geringe Störanfälligkeit und die Ergänzungsmöglichkeit durch eine Zusatzeinrichtung, durch die eine große Überlastungsfähigkeit und ein großer Dauerkurzschluß-Strom erreicht wird. Es sind Erregerverfahren bekannt, die diese technischen Eigenschaften ganz oder teilweise aufweisen, dabei ist aber ein größerer Aufwand als bei der vorliegenden Erfindung nötig.

Claims (4)

  1. Patentansprüche 1. Erregereinrichtung für Synchronmaschinen in kontaktloser Bauart, bestehend hauptsächlich aus Gleichrichtern in beliebigen Schaltsystemen und einem Regler, dessen Bauteile zum Teil Transistoren sind, wobei die Erregerleistung der Synchrönmasehine
    mit der der Synchronmaschine entnommenen gleichgerichteten Spannung verbunden ist.
  2. 2. Erregereinrichtung für Synchronmaschinen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Stromzuleitung zu den Reglervorstufen ein Schwellspannungsbauteil angeordnet ist. .
  3. Erregereinrichtung für Synchronmaschinen nach Anspruch 1 oder den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zum Endstufentransistor " ein Widerstand angeordnet ist.
  4. 4. Erregereinrichtung für Synchronmaschinen nach den Ansprüchen 1 bis 3 oder einen Teil dieser Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Erregerwicklung ein Hauptstromwandler über einen Gleichrichter in beliebigem Schaltsystem verbunden ist.
DE19661563313 1966-10-14 1966-10-14 Erregereinrichtung fuer Synchronmaschinen Pending DE1563313A1 (de)

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DE19661563313 Pending DE1563313A1 (de) 1966-10-14 1966-10-14 Erregereinrichtung fuer Synchronmaschinen

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0696834A3 (de) * 1994-08-11 1996-05-01 Satake Eng Co Ltd Dreiphasiger, bürstenloser, selbsterregender Synchrongenerator ohne Rotorerregerwicklung

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0696834A3 (de) * 1994-08-11 1996-05-01 Satake Eng Co Ltd Dreiphasiger, bürstenloser, selbsterregender Synchrongenerator ohne Rotorerregerwicklung

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