DE1638413C3

DE1638413C3 - Internal pole auxiliary exciter with permanent magnet excitation for a brushless synchronous main generator

Info

Publication number: DE1638413C3
Application number: DE19671638413
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Schneider, Erich, Dipl Ing 1000 Berlin
Priority date: 1967-09-18
Filing date: 1967-09-18
Publication date: 1977-08-04

Description

Um einen autarken Betrieb bei schlreifring- und kommutatorlosen Synchronmaschinensätzen zu erreichen, wird gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ein zweiter Erregergenerator als Hilfserregermaschine verwendet. Diese Maschine muß ebenfalls schleifringlos sein und wird deshalb mit Permanentpolen als Innenpolmaschine ausgeführt. Aus der ruhenden Ankerwicklung der Hilfserregermasichine wird der Regler und das Feld der Haupterregermaschine gespeist. Durch diesen Aufbau ist in jedem Falle, auch beim Anfahren des Synchronmaschinensatzes und beim Kurzschluß des Synchronhauptgenerators ein autarker Betrieb sichergestellt (Siemens-Zeitschrift 1962, S. 235).In order to achieve autonomous operation with synchronous machine blocks without slip rings and commutators, is according to the preamble of claim 1, a second exciter generator as an auxiliary exciter used. This machine must also have no slip rings and is therefore used with permanent poles as Internal pole machine executed. The stationary armature winding of the auxiliary exciter machine becomes the controller and fed the field of the main exciter. Due to this structure is in any case, even when starting up of the synchronous machine set and in the event of a short circuit in the synchronous main generator, an autarkic operation is ensured (Siemens magazine 1962, p. 235).

Auch nach einem gelegentüichen Ausbau des Läufers und nach einem eventuellen Kurzschluß der Hilfserregermaschine dürfen die Permanentpole jedoch nicht ihre Remanenz verändern. Aus diesem Grunde müssen die Permanentpole luft- und kurzschlußstabilisiert sein. Das bedeutet jedoch eine sehr geringe Ausnutzung der Maschine. Des weiteren ist die Belastung einer Hilfserregermaschine sehr schwankend. Das bedeutet bei der Permanentpolerregung eine sinkende Spannung bei steigender Belastung. Der Regler kann also nicht mit konstanter Spannung arbeiten. Bei hochtourigen Maschinen kommt noch eine fertigungsbedingte Schwierigkeit hinzu. Die Permanentpole lassen sich nicht in beliebiger Größe fertigen, sie müssen unterteilt weiden, wodurch die Maschine für eine höhere Frequenz gebaut werden muß.Also after an occasional removal of the rotor and after a possible short circuit of the auxiliary exciter However, the permanent poles must not change their remanence. For this reason you have to the permanent poles be air and short-circuit stabilized. However, this means a very low utilization of the Machine. Furthermore, the load on an auxiliary exciter is very fluctuating. That means with permanent pole excitation a decreasing voltage with increasing load. So the controller cannot with work at constant voltage. With high-speed machines there is another manufacturing-related difficulty added. The permanent poles cannot be produced in any size, they have to be subdivided, whereby the machine has to be built for a higher frequency.

Durch eine sehr reichliche Auslegung der Hilfserregermaschine kann eine weitgehende Abhilfe der genannten Schwierigkeiten erzielt werden. Der NachAn extensive remedy of the mentioned difficulties can be achieved. The after

⁶5 teil dieser Überdimensionierung ist an ausgeführten <5vnchronmaschinensätzen aber deutlich zu erkennen. Die Hilfserregermaschine, deren Leistung etwa 2 bis 5% der I laupterregermaschine beträgt, benötigt etwa 30 bis 50% von deren Größe. ⁶ 5 part of this oversizing can be clearly seen in <5 synchronous machine sets. The auxiliary exciter, whose output is about 2 to 5% of the I laupterregermaschine, requires about 30 to 50% of its size.

Es ist schon durch die deutsche Patentschrift 7 08 038 eine in üblicher Weise über Schleifringe erregte' Synchronmaschine bekannt, bei welcher mit einer Erregerwicklung umgebene Polkörper aus magnetisierbarem Material mit hoher Koerzitivkraft vorgesehen sind Das hat ausschließlich den Zweck, einen Teil der Erregung durch die Polkörper-Magnete permanent vorzugeben und den restlichen Teil der Erregung regelbar über die Erregerwicklung zuzuführen.It is already through the German patent specification 7 08 038 a 'excited in the usual way via slip rings' Synchronous machine known, in which pole body surrounded by an excitation winding made of magnetizable Material with high coercive force are intended that has the sole purpose of being part of the The pole body magnets provide permanent excitation and the remaining part of the excitation adjustable via the excitation winding.

Der Erfindung Hegt die Aufgabe zugrunde, der Überdimensionierung der Hilfserregermaschine abzuhelfen ohne daß die Schleifringlosigkeit des Synchronmaschinensatzes aufgegeben wird. Eine direkte Stromkompoundierung der Hilfserregermaschine scheidet zwar wegen der Forderung nach schleifringloser Ausführung aus, eine indirekte Lastkompoundierung ist jedoch möglich. Da der überwiegende Teil der Energie der Hilfserregermaschine für die Erregung der Haupterregermaschine verwendet wird, ist somit die Spannung der Haupterregermaschine unter der Voraussetzung konstanter Drehzahl und konstanter Lastwiderstände ein Maß für die Belastung der Hilfserregermaschine. Somit kann die Spannung des Synchronhauptgenerators für die Zusatzerregung der Hilfserregermaschine verwendet werden.The invention is based on the object of remedying the oversizing of the auxiliary exciter without giving up the lack of slip rings in the synchronous machine set. A direct stream compounding the auxiliary exciter separates because of the requirement for no slip rings Execution off, but indirect load compounding is possible. Because the vast majority of the energy the auxiliary exciter is used to excite the main exciter, is thus the voltage of the main exciter, assuming constant speed and constant load resistances a measure of the load on the auxiliary exciter. Thus, the voltage of the synchronous main generator can be used for the additional excitation of the auxiliary exciter.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. ....The object on which the invention is based is solved by the features specified in the characterizing part of claim 1. ....

Bei Verwendung von ungesteuerten Gleichrichtern in der Anordnung zur Speisung der Feldwicklung des Synchronhauptgenerators ist die Spannung des Synchronhauptgenerators auch bei eventuellem Kurzschluß der Feldwicklung bei instationärer Belastung immer positiv, sie kann durch den Freilauf der Gleichrichter nie negativ werden. Ebenfalls kann bei einem gelegentlichen asynchronen Lauf des Synchronhauptgenerators auch keine negative Spannung entstehen. Dadurch ist immer eine positive Erregung in Abhängigkeit von der Spannung möglich.When using uncontrolled rectifiers in the arrangement for supplying the field winding of the The synchronous main generator is the voltage of the synchronous main generator even in the event of a short circuit the field winding is always positive with unsteady load, it can never be due to the freewheeling of the rectifier become negative. Likewise, in the event of an occasional asynchronous run of the synchronous main generator also no negative tension arise. This is always a positive arousal depending on the Voltage possible.

Bei einem Klemmenkurzschluß des Synchronhauptgenerators wird in dessen Feldwicklung eine Spannung induziert, die den Strom kurzzeitig sehr hoch steigen läßt, wodurch die gleichgerichtete Spannung der Haupterregermaschine nahezu zusammenbricht. Damit würde auch die Zusatzerregung zu Null werden. Eine Abhilfe wird dabei gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß zusätzlich neben der Erregerspannung auch der Erregerstrom des Synchronhauptgenerators für die Zusatzerregung verwendet wird. Ein negativer Erregerstrom kann wegen der Sperrwirkung der rotierenden, ungesteuerten Gleichrichteranordnung durch die Feldwicklung des Synchronhauptgenerators nicht fließen. Somit ist die stromabhängige Zusatzerregung in jedem Falle positiv. Durch die Verwendung beider Komponenten, der spannungs- und der stromabhängigen Komponente, wird eine stetige zusätzliche Erregung der Hilfserregermaschine erreicht. Nur für das Anfahren des Synchronmaschinensatzes muß die Remanenz der Permanentpole ausreichend sein. In allen übrigen Fällen erzeugt die strom- bzw. spannungsabhängige Komponente der Feldwicklung des Synchronhauptgenerators den benötigten Fluß für die Hilfserregermaschine. Da somit die Induktion um einenIn the event of a terminal short circuit in the synchronous main generator, a voltage is generated in its field winding induced, which lets the current rise very high for a short time, whereby the rectified voltage of the Main exciter almost collapses. This would mean that the additional excitation would also become zero. One This remedy is achieved according to the invention in that, in addition to the excitation voltage the excitation current of the synchronous main generator is also used for the additional excitation. A negative one Excitation current can because of the blocking effect of the rotating, uncontrolled rectifier arrangement do not flow through the field winding of the synchronous main generator. Thus the current-dependent additional excitation positive in any case. By using both components, the voltage-dependent and the current-dependent one Component, constant additional excitation of the auxiliary exciter is achieved. Only for The remanence of the permanent poles must be sufficient to start up the synchronous machine set. In all In other cases, the current- or voltage-dependent component of the field winding of the synchronous main generator is generated the required flow for the auxiliary exciter. Since the induction is thus one

mehrfachen Betrag höher gewählt werden kann und die Permanentpole nicht mehr ausschließlich für die Erzeugung des Flusses benötigt werden, kann die Hilfserregermaschine wesentlich kleiner dimensioniert werden. Die Zusatzerregerwicklungen dienen dabei 5 jedoch lediglich der Bereitstellung einer Zusatzerregung, eventuell auch zum Aufmagnetisieren der Permanentpole in bekannter Weise.multiple amount higher can be chosen and the permanent poles no longer exclusively for the Generation of the flow are required, the auxiliary exciter can be dimensioned much smaller will. However, the additional excitation windings only serve to provide additional excitation, possibly also for magnetizing the permanent poles in a known manner.

Werden nun gesteuerte Gleichrichter (Thyristoren) in der rotierenden Gleichrichteranordnung zur Speisung der Feldwicklung des Synchronhauptgenerators verwendet, so kann eine negative Erregerspannung auftreten. Dadurch könnte in den Zusatzerregerwicklungen ein negativer Strom fließen, der eine Entmagnetisierung der Permanentpole bewirkt Wird eine Gleichrichterschaltung mit Thyristoren auch für negativen Strom verwendet, so würde durch den dann auch in den Zusatzerregerwicklungen fließenden negativen Strom ebenfalls eine Entmagnetisierung der Permanentpole auftreten. In Weiterbildung der Erfindung ist daher eine Gleichrichterschaltung angeordnet, durch die eine negative Erregerspannung des Synchronhauptgenerators für die Zusatzerregerwicklung umgekehrt wird, und/oder es ist eine weitere Gleichrichterschaltung angeordnet, durch die ein negativer Erregerstrom des Synchronhauptgenerators für die Zusatzerregerwicklung umgekehrt wird.Are now controlled rectifiers (thyristors) in the rotating rectifier arrangement for supply the field winding of the synchronous main generator used, a negative excitation voltage appear. As a result, a negative current could flow in the additional excitation windings, which would cause demagnetization the permanent poles causes a rectifier circuit with thyristors also for negative ones If current is used, then the negative flowing through the additional excitation windings would also result Electricity also causes demagnetization of the permanent poles. In a further development of the invention therefore a rectifier circuit is arranged through which a negative excitation voltage of the synchronous main generator is reversed for the additional field winding, and / or there is a further rectifier circuit arranged, through which a negative excitation current of the synchronous main generator for the additional excitation winding is reversed.

Es ist zweckmäßig, die Zusatzerregung direkt von den Klemmen der Haupterregermaschine zu beziehen. Der Strom für die Hilfserregermaschine ist dann nur noch gleichzurichten und der Zusatzerregerwicklung zuzuführen. Da der Synchronhauptgenerator im allgemeinen konstant erregt wird, ist somit die Zusatzerregung ebenfalls konstant. Eine Stromkompoundierung ist auch in diesem Falle möglich. _₁₅ It is advisable to obtain the additional excitation directly from the terminals of the main exciter. The current for the auxiliary exciter then only needs to be rectified and fed to the additional excitation winding. Since the synchronous main generator is generally constantly excited, the additional excitation is thus also constant. Current compounding is also possible in this case. _ ₁₅

Damit nicht r.uf jedem Pol der Hilfserregermaschine zwei Wicklungen, die strom- und die spannungsabhängige Wicklung, untergebracht werden müssen, ist in weiterer Ausbildung der Erfindung eine Vereinfachung möglich, indem jeweils nur jeder zweite Pol mit einer stromabhängigen Wicklung versehen wird, während die übrigen Pole die spannungsabhängige Wicklung tragen.So that there are no two windings on each pole of the auxiliary exciter, the current-dependent and the voltage-dependent Winding that must be accommodated is a simplification in a further embodiment of the invention possible by providing only every second pole with a current-dependent winding, while the the remaining poles carry the voltage-dependent winding.

Zwar sind damit Nord- und Südpol nicht gleichmäßig erregt, es kommt zu verstärkten Streuflüssen, doch wird damit eine konstruktive Vereinfachung und eine einfachere Isolation der beiden Wicklungen erreicht.Although the north and south poles are not equally excited, there is increased leakage flux, but will thus a structural simplification and a simpler insulation of the two windings achieved.

Ein anderer Vorteil entsteht durch die Zusatzerregerwicklung für die spannungsabhängige Komponente, indem sie für hohe Spannungen, die eine Gefährdung der Gleichrichter darstellen, durch einen erhöhten Stromfluß die Überspannungen abbaut. Das ist ein wesentlicher Vorteil bei einem eventuellen asynchronen Betrieb.Another advantage arises from the additional excitation winding for the voltage-dependent component, by raising them for high voltages, which pose a risk to the rectifier Current flow that reduces overvoltages. This is a major advantage in the event of an asynchronous Operation.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung näher erläutert:The invention is explained in more detail below with reference to the drawing:

Die Feldwicklung 1.2 des Synchronhauptgenerators 1 wird über die rotierenden Gleichrichter 2 aus dem Anker 3.1 der Haupterregermaschine 3 gespeist. Die Hilfserregermaschine 4 besteht aus dem ruhenden Anker und den rotierenden Permanentpolen 4.2. Eine weitere Zusatzerregerwicklung 4.4 für die stromabhängige Komponente wird von dem Strom der Feldwicklung 1.2 durchflossen. Die Hilfserregermaschine wird erregt durch die Permanentpole 4.2, durch die spannungsabhängige Zusatzerregerwicklung 4.3 und die stromabhängige 4.4.The field winding 1.2 of the synchronous main generator 1 is via the rotating rectifier 2 from the Armature 3.1 of the main exciter 3 is fed. The auxiliary exciter 4 consists of the stationary Armature and the rotating permanent poles 4.2. Another additional excitation winding 4.4 for the current-dependent Component is traversed by the current of the field winding 1.2. The auxiliary exciter will excited by the permanent poles 4.2, by the voltage-dependent additional excitation winding 4.3 and the current-dependent 4.4.

Die spannungsabhängige Zusatzerregerwicklung 4.3 wird über einen Hilfsgleichrichter 6 direkt von der Ankerwicklung 3.1 gespeist. Nicht dargestellt ist eine weitere Hilfsgleichrichteranordnung, durch die ein negativer Erregerstrom des Synchronhauptgenerators 1 für die stromabhängige Zusatzerregerwicklung 4.4 umgekehrt wird.The voltage-dependent additional field winding 4.3 is via an auxiliary rectifier 6 directly from the Armature winding 3.1 fed. Not shown is a further auxiliary rectifier arrangement through which a negative excitation current of the synchronous main generator 1 for the current-dependent additional excitation winding 4.4 is reversed.

Wird eine rotierende, antiparallele Gleichrichterschaltung zur Speisung der Feldwirkung des Synchronhauptgenerators benutzt, so muß die Gegenrichtung des Stromes ebenfalls beachtet werden. Es ist dann zweckmäßig, den Strom für die Zusatzerregerwicklung über zusätzliche gleichrichtende Ventile zu leiten oder die stromabhängige Zusatzerregerwicklung in zwei Wicklungen aufzuteilen, die einmal von den Gleichrichtern der Auferregung und einmal von den Gleichrichtern der Gegenerregung getrennt gespeist werden und die so geschaltet sind, daß sie beide auferregend wirken.Is a rotating, anti-parallel rectifier circuit to feed the field effect of the synchronous main generator used, the opposite direction of the current must also be observed. It is then expedient to conduct the current for the additional excitation winding via additional rectifying valves or Split the current-dependent additional excitation winding into two windings, one from the rectifier the excitation and once fed separately from the rectifiers of the counter excitation and which are connected in such a way that they are both exciting.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Inrienpol auxiliary exciter with permanent magnet excitations for brushless outer pole * »AC main exciter and rotating rectifier excited synchronous main generator, characterized in that the auxiliary exciter (4) has an additional exciter winding (43) which in the sense of the excitation flux of the permanent poles (4.2) from the armature voltage of the AC main exciter (3) rectified by an auxiliary rectifier (6) is fed.

2. Internal pole auxiliary exciter according to claim

1, characterized in that a second additional excitation winding (4.4) is present, which by the excitation current of the synchronous main generator (1) is fed: is.

3. Inner pole auxiliary exciter generator according to claim

2, characterized in that an additional rectifier circuit is arranged through which a negative excitation current of the synchronous main generator (1) is reversed.

4. internal pole auxiliary exciter according to claim 2, characterized in that the by an auxiliary rectifier (6) rectified armature voltage of the AC main exciter (3) Additional excitation winding (4.3) fed by the excitation current of the synchronous main machine (1) fed additional excitation winding (4.4) are arranged on separate poles.