DE1906970A1 - Anordnung zur buerstenlosen Erregung von Synchronmaschinen - Google Patents

Description

• Anordnung zur bürstenlosen Erregung von Synchronmaschinen Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zur bürstenlosen rregung von Synchronmaschinen über umlaufende Gleichrichter, bei der der Gleichrichter wechselstromseitig an die bäuferwieklung einer Stromrichtererregermaschine (Haupterreger maschine) angeschlossen ist, deren Erregerwicklung im Ständer über GLeichrichter von der Ständerwicklung einer Hilfserregermaschine gespeist wird. Zur Vereinfachung einer derartigen Anordnung ist es bereits vorgeschlagen, die Haupt- und Hilfserregermaschine, wenn es sich um zwei Synchronmaschinen handelt, zu einer ioppelfeldmaschine mit gemeinsamenBlechpaket und zwei sich gegenseitig nicht beein lussenden Stromkreisen (Haupt-und Hilfserregerkreis) zusammenzufassen. Da aber die Synchron-Hilfserregermaschine ihrerseits einen Gleichstrom zu ihrer Erregung erfordert, soll durch die vorliegende Erfindung eine weitere Vereinfachung ermöglicht werden.
• Bei einer Anordnung zur bürstenlosen Erregung einer Synchronmaschine, die über umlaufende Stromrichter von einer als Doppelfelamaschine ausgeführten Stromrichter-Erregermaschine erregt wird, die zwei sich gegenseitig nicht beeinflussende Strom Kreise (Haupt- un llilfserregerkreis) enthält, wirkt gemäß der Erfindung der Hil£iserregerkreis als kondensator-ständererregter Asynchrongenerator mit nur für eine Polzahl kurzgeschlossener Läuferwicklung, der über Stromric£ter die Ständererregerwicklung des H'upterregerstromkreises speist. Die kurzgeschlossene Läuferwicklung der kondensator-standererregten Asynchronmaschine ist also nicht als normale Käfigwicklung ausgebildet, sondern ist jeweils nur für eine Polzahl, nämlich für die Polzahl des Hilfserregerkreises kurzgeschlossen. Dadurch wird vermieden, daß sie das Feld des Haupterregerkreises Kurzschließen würde Man kann die Wicklun als kurzgeschlossene Mehrphasenwicklung ausführen oder sie aus einzelnen, isolierten Kurzschlußindungen aufbauen, die eine Polteilung des Hilfserregerkreises umfassen und am Ankerumfang, um jeweils eine Nut versetzt, aufeinanderfolgen.
• Der zur Erregung des Hilfserregerkreises dienende Kondensator kann zur Ständerssicklung dieses Kreises parallel oder in Reihe liegen. Bleibt der - zoB. parallelliegende - Kondensator dauernd zugeschaltet, so würde sich wegen der fehlenden Sätigung im gemeinsamen Blechpaket der Doppelfeldmaschine die Ständerwicklung des Hilfserregerkreises auf eine viel zu hohe Spannung erregen. Um dies zu verhindern, empfiehlt es sich, parallel zum Kondensator e ine gesättigte Drosselspule zu schalten, die von einer bestimmten Spannung an den für die Erregung verfügbaren Kondensatorstrom verringert, so daß sich ein eindeutiger Schnittpunkt zwischen den Kennlinien für den SoLl- und Istwert des Erregerstromes im Hilfserregerkreis ergibt. Dadurch kann man den Hilfserregerkreis mit konstanter Spannung betreiben und die Erregerwicklung des Haupterregerkreises über einen gesteuerten Gleichrichter speisen, Man kann aber auch die gesättigte Drosselspule steuerbar machen, z,B, durch Gleichstromerregung und danach den Schnittpunkt der beiden Kennlinien verschieben.
• Ferner kann man auch aut die sättigbare Drosselspule verzichten und dafür den Kondensator elektronisch zu- und abschalten oder ihn zeitweise kurzschließen, wobei die jeweiligen Schaltzeitpunkte so zu wählen sind, daß keine nennenswerten Ausgleichsvolgange wischen Kondensator und Wicklung entstehen0 In allen Fällen kann man über die Erregerwicklung des Haupterregerkreises die Spannung der Hauptmaschine in jeder gewünschten Weise völlig kontakt los beeinflussen.
• An Hand der in den Figuren 1 bis 9 dargestellten AusCUhrungsbeispiele der Erfindung sei diese im Folgenden noch näher erläutert.
• In Vig. 1 bezeichnet 1 eine Synchronmaschine, deren Erregerwicklung 2 im Läufer über die umlaufende Stromrichterbrücke 3 und die Stromrichtererregermaschine 4 bürstenlos erregt wird.
• Die Stromrichterbrücke 5 wird von der Lä.uferdrehstromwicklunrn 5 des Ilaupterregerkreises der Doppelfeldmaschine gespeist. Die zugehörige Gleichstromerregerwicklung 6 im Ständer der Doppelfeldmaschine ist über die ruhende voll- oder halbgesteuerte Stromrichterbrücke 7 an eine Anzapfung der Drehstrom-Ständerwicklung 8 des Hilfserregerkreises angeschlossen Parallel zu dieser liegen der Kondensator 9 und die gesättigte Drosselspule 10.
• Zum Hilfserregerkreis gehört noch im Läufer der Doppelfeldmaschine die kurzgeschlossene Mehrphasenwicklung 1#, die der Ständerwicklung i zugeordnet ist und die gleiche ?olzahl hat wie diese. Die Polzahlen des Haupt- und Hilfserregerkreises sind so gewählt,z.3. im Verhältnis 1:2, daß sich die zugehörigen Flüsse und Durchflutungen gegenseitig nicht stören, In teige 2 stellt I/u die nahezu geradlinige Soll-Kennlinie des Erregerstroms I/u der Ständerwicklung 8 dar, ebenso verläuft die Kennlinie des Kondensatorstromes IC als Gerade über der Spannung U. Von einer bestimmten Spannung an macht sich der von der gesättigten Drosselspule 10 aufgenommene Strom I10 bemerkbar und die Summenkennlinie des latwert-Stromes Iist krümmt sich nach links, Man erhält einen eindeutigen Schnittpunkt mit der Sollwert-Kennlinie des Stromes I/u bei der Leerlauf spannung U0. Macht man die Steigung der Kondensator-Kennlinie wesentlich flacher als die des Sollwert stromes I/u, so erhält man sowohl eine schnelle Auferregung des Hilf serregerkreises, als auch eine gute Spannunghaltung dieses Kreises, weil sulfon eine kleine Spannungabsenkung einen großen Anteil des Kondensatorstromes für die Spannunghaltung frei werden läßt. Man kann den Hilfserregerkreis so bemessen, daß er eine fast gleichbleibende Spannung in Höhe der Deckenspannung lief die durch die gesteuerte Stromrichter - (Thyristor-) Brücke 7 auf den jeweils benötigten lliert an der Erregerllicklung 6 gebracht wird.
• In Fig. 5 ist die die Erregerwicklung 6 speisende Stromrichteibrücke 7 ungesteuert0 Soweit die gleichen Bezugszeichen verwendet sind, haben sie die gleiche Bedeutung wie in Fig. lo Die Drosselspule 10 hat jedoch eine steuerbare Gleichatromerregung, mit der man die Sättigung so beeinflussen kann, daß man bei beliebigen Werten der Spannung Schnittpunkte der Iststrom-Kennlinien mit der Sollstrom-Kennlinie erhält Ivergl Fig. 4). Der große Unterschied zwischen der Sollstrom-Kennlinie und der Kondensatorstromkennlinie unterhalb der Schnittpunkte sichert ausreichenden Uberschußerregerstrom für die Erregermascliine bei Belastung, desgleichen einen schnellen anstieg der Spannung, wenn ein Schnittpunkt bei höherer Spannung angesteuert werden soll. Verwendet man für die Drosselspule spannungsteuernde Magnetverstärker, so erreicht man aucn eine hohe Erregergeschwindigkeit.
• In i?ig. 5 ist eine andere Ausführungsform den Erfindung dargestellt. Hier wird Keine gesättigte Drosselspule verwendet, um eindeutige Schnittpunkte der Erregerkennlinien zu erhalten.
• Vielmehr wird der Kondensator 9 durch eine steuerbare Strom richterbrücke 13 zeitweise mit der Wicklung 8 verbunden und zeitweise wieder von ihr getrennt. Ist der Kondensator zugeschaltet, so steigt die Spannung Ue an der Wicklung steil an, wie aus Fig. 6 hervorgeht. wird zur Zeit tai der Kondensator abgeschaltet, so beginnt die Spannung abzusinken. Zur Zeit t wird er wieder zugeschaltet, und so kann je nach der Zeitfolge des Zu- und Abschaltens jede beliebige Spannung an der Wicklung 8 und damit auch an der Hauptmaschine eingehalten werden.
• Man kann dabei die Stromrichterbrücke 13 so steuern, daß der Kondensator stromlos wird, wenn er voll aufgeladen ist und nun seine Gleichspannung beibehält, Die Stromrichterbrücke 13 wird erst dann wieder gezündet, wenn der Spannungunterschied zwischen Kondensator 9 und Wicklung 8 am kleinsten ist, so daß Keine störenden Ausgleichvorgänge auftreten.
• Man kann die spannung an der drregerwleklung 6 auch in der Weise beeinflussen, daß man den Asynchronmotor einschließlich Kondensator elektronisch kurzschließt wie es Fig. 7 zeigt Hier liegt parallel zum Gleichstromausgang des Gleichrichters 7 eine aus zwei Thyristoren 14 und 15 bestenende Kurzschlußbrücke, deren Mittelpunkt mit dem einer Teilbrücke des Gleichtrichters 7 prl raLlel geschaltet ist. Das am Mittelpunkt der Kurzschlußbrücke auftretende techselpotential bewirkt, daß uie beiden gezündeten ThyristoLen 14 und 15 abwechselnd stromlos werden, so dab sie wieder gelöscht werden können. Um eine stoßkurzschlußartige Entladung des Kondensators über die Kurzsehtußbrücke zu verhindern, ist zwischen die beiden Thyristorer noch die DrosselspuLe16 geschaltet, deren Mittelanzapfung mit dem Mittelpunkt einer tfeilbrücke des Gleichrichters verbunden ist. Dadurch kann sich der Kondensator nur über diese Drosselspule entladen. Eine Freilaufdiode 17 parallel zur Drosselspule macht die Steuerung der beiden Thyristoren unabnängig vom gerade fließenden Strom in der Drosselspule.
• Bei den Ausführungsbeispielen nach Fig. 1, 3, 5 und 7 waren im Ständer und im Läufer der Doppelfeldmaschine 4 je zwei voneinander getrennte wicklungen vorhanden. Man kann nun aber die beiden Wicklungen im Ständer bzw. Läufer zu einer einzigen ver einigen, in der sich die Ströme der beiden verschiedenpoligen Erregerkreise überlagern0 Fig. 8 zeigt ein solches Beispiels Die Doppelfeldmaschine 4 hat hierbei im Läufer nur eine Wicklung. Jede Phase dieser Wicklung besteht aus zwei parallelen Zweigen, z.B. zu zwei in Reihe geschalteten Spulen bei einer Wicklung für vier Pole. Die Anfänge und die Enden der beiden Wicklungszweige sind miteinander verbunden, desgleichen die Mittelpunkte. In der gleichen Weise ist die Ständerwicklung geschaltet, nur mit dem Unterschied, daß die Mittelpunkte der beiden parallelen Zweige einer Phase nicht kurzgeschlossen, sondern an je eine offene Phase eines bei einer bestimmten Spannung gesättigten Zwischenumspanners 18 angeschlossen si, dessen Erstwicklung in verketteter Schaltung mit den Wechselstromklemmen des steuerbaren Gleichrichters 7 und mit dem Kondensator 9 verbunden ist. Die Gleichstromklemmen des Gleichrichters 7 sind an die in Stern geschalteteg vierpolig wirkende Ständerwicklung 6 angeschlossen, von der zwei parallel geschaltete Phasen mit der dritten in Reihe liegend Die Anordnung wirkt folgendermaßen: Der zweipolig wirkende (Hilfserreger-) Kreis der Ständerwicklung 6 ist über den Umspanner 18 auf den Kondensator 9 geschalteil; und außerdem ist ihm über die kurzgeschlossenen Mittelpunkte der läuferwicklung ein zweipoliger Aurzschlußkreis im Läufer zugeordnet, 90 daß dieses Kreis wie ein kondensatorerregter Asynchrongenerator wirkt. IBr erregt sich auf eine, durci die Sättigung des Umspanners 18 bestimmte Spannung, die über den gesteuerten GLeichrichter 7 am vierpoligen Kreis der Ständerwicklung 6 liegt. Damit entsteht im vierpoligen 'Haupterreger-) Kreis der Läuferwicklung 5 Drehstrom mit einer Frequenz entsprechena der Polzahl und der Umdrehungszahl, der über den Gleichrici,ter 3 der Erregerwicklung der Hauptmaschine zugeführt wird. Da sich die im Dolzahlverhältnis 1:2 stehenden Stromkreise in den beiden Wicklungen 5 und 6 gegenseitig nicht beeinflussen, können in den beiden Wicklungen Ströme unterschiedlicher Frequenz und Spannung überlagert werden Statt des Polzahlverhältnisses 1:2 können auch andere Verhältnisse z.B. 1:3 angewendet werden, wie sie von Doppelfeldumformern oder polunschaltbaren Drehstrommotoren bekannt sind Der Umspanner 18 ermöglicht einmal die Erregerspannung für den vierpoligen Kreis' der Ständerwicklung 6 unabhängig von der Spannung des zweipoligen Kreises zu wählen, ferner sorgt er für die erforderliche Potentialtrennung der beiden Kreise, die schon über den Gleichrichter 7 einmal galvanisch verbunden sind. Statt den Umspanner 18 zu sättigen, kann man auch eine gesättigte Drosselspule parallelschalten. Auch die anderen bei den Anordnungen nach Fig. 3, 5 und 7 genannten Steuerungsveraren sind möglich.
• iiig. 9 zeigt eine Vereinfachung der Anordnung nach Fig. 8.
• Hielbei ist der Läufer unverändert beibehalten worden. Die vierpolige Stänciererregerwicklung 6 erstreckt sich jedoch nur über zwei Drittel des Umfangs una wird von der Stromrichterbrücke 7 erregt. Die zweipolige Einphasenwicklung 8 nimmt das letzte Drittel ein. lurch diese besondere Anordnung wird der gesamte Umfang der Ständerbohrung gleichmäßig für die Unterbringng der Wicklungen ausgenutzt. Die Einphasenwick.ung 8 wirkt in Verbindung mit dem Kondensator 9 und dem zweipoligen KurzschEuF-kreis im Läufer als kondensatorerregter einphasiger hsynchrongenerator. Die gesättigte Drossel 10 sorgt auch hier für eine Begrenzung der Spannung. Hier kann die Spannung der Wicklung 8 ohne Urnspanner unabhängig von. der der Wicklung 6 gewählt werden.
• Gerade die Anordnung nach Fig. 9 ermöglicht es,mit einer einzigen fast normalen Erregermaschine bei einer bürstenlosen Erregung von Synchronmascllinen die gleichen Vorteil zu' erreichen wie bisher mit einer Haupt- und einer Hilfserregermaachine.
• Die Erfindung kann mit gleichem Vorteil auch auf Synchronmotoren angewendet werten, wenn in bekannter Weise dafür gesorgt ist, daß der Gleichstromausgang des umlaufenden Gleichrichters während des Anlaufs kurzgeschlossen ist.
• 13 Ansprüche 9 Figuren

Claims (1)

1. Patentansprüche 1. Anordnung zur bürstenlosen Erregung einer Synchronmaschine, aie über umlaufende Stromrichter von einer als Doppelfeldmaschine ausgeführten Stromrichtererregermaschine erregt wird, die zwei, sich gegenseitig nicht beeinflussende Stromkreise (Haupt- und Hilfserregerkreis) enthält, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfserregerkreis als kondensator-ständererregter Asynchrongenerator mit nur für eine Polzahl kurzgeschlossener Läufeniiicklung (11) wirkt, der über Stromrichter (7) die Ständererregerwicklung (6) des Haupterregerkreises speist.

   2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromr i cht ererregcrmasch ine (4) mit getrennten Wicklungen für Haupt- und Hilfserregerkreis im Ständer und im Läufer ausgefüh,*-ist.

   3 Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für beide ErrererKreise im Ständer und im Läufer nur je eine Wick-Lung (5,6) nach rt polumschaltbarer wicklungen vorhanden ist, in der sie ake Ströme beider Stromkreise überlagern, ohne sich gegenseitig, zu stören.

   4 Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nur im Läufer der Stromrichtererregermaschine (4) eine beiden Stromkreisen gemeinsame Wicklung (5) im Ständer dagegen getrennte Wicklungen (,8) vorhanden sind.

   \>. Anordnung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der die Erregung des Hilfserregerkreises bewirkende Konrlensator (9) zur Ständerwicklung dieses Kreises dauernd bew, zeit;-welse parallel liegt.

   5. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem Kondensator (9) zur Begrenzung der Spannung des Hilfserregerkreises eine gesättigte Drosselspule (10) parallel geschaltet ist.

   7O Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die gesättigte Drosselspule (10) durch Gleichstromerregung steuerbar ist.

   8. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (9) durch elektronische Mittel (13) zu- und abgeschaltet wird.

   9. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleichstromausgang des die Erregerwicklung (6) des Haupt erregerkreises speisenden Stromrichters elektronisch kurzgeschlossen wird 10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß in den Kurzschlußkreis eine Drosselspule (16) mit Freilautdiode (17) eingescnaltet ist.

   11. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnee, daß der Kurzschluß durch eine aus zwei, über eine Drosselspule verbundene Thyristoren (14,15) bewirkt wird, wobei eine Mittelanzapfung der Drosselspule (16) mit dem MittelSunkt einer Teilbrücke des die Brregerwicklung (6) des Haupterregerkreises speisenden Stromrichters (7) verbunden ist.

   12. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Haupt - und lfiltselsregeIwkreis über einen potent ialtrennend an Umspanner (18) zusammengeachaltet sind.

   13 Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ständerwicklung (6) des Haupterregerkreises einphaisg zwei Drittel des Umfanges, die des Hilfserregerkreises ein Drittel bedecken.