DE202013102392U1

DE202013102392U1 - Control arrangement for a synchronous machine

Info

Publication number: DE202013102392U1
Application number: DE202013102392U
Authority: DE
Original assignee: ABB Oy
Current assignee: ABB Schweiz AG
Priority date: 2013-04-23
Filing date: 2013-06-04
Publication date: 2013-06-27
Anticipated expiration: 2023-06-05
Also published as: FI10120U1; CN203859713U

Abstract

Anordnung in Zusammenhang mit einer fremderregten Synchronmaschine (21), welche Anordnung aufweist: eine erste Umrichtereinheit (22), die an den Ständer der Synchronmaschine anschließbar angeordnet ist, und eine zweite Umrichtereinheit (24), die an den Läufer der Synchronmaschine anschließbar angeordnet ist, um diese zu erregen, wobei die erste Umrichtereinheit (21) einen Wechselrichter aufweist, der angeordnet ist, eine Wechselspannung zu erzeugen oder zu empfangen, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Umrichtereinheit (24) wahlweise derart konfigurierbar angeordnet ist, dass sie entweder Wechselstrom oder Gleichstrom für die Erregung des Läufers der Synchronmaschine erzeugt, und dass die Anordnung zudem eine programmierbare Logik (PLC) aufweist, die an die erste und die zweite Umrichtereinheit (21, 24) angeschlossen ist, um diese als einen Synchronmaschinenantrieb zu steuern und um diese zu konfigurieren.Arrangement in connection with a separately excited synchronous machine (21), comprising: a first converter unit (22) which can be connected to the stator of the synchronous machine, and a second converter unit (24) which can be connected to the rotor of the synchronous machine, to energize them, the first inverter unit (21) having an inverter arranged to generate or receive an AC voltage, characterized in that the second inverter unit (24) is selectively configurable to be either AC or DC for the excitation of the rotor of the synchronous machine, and that the arrangement further comprises a programmable logic (PLC), which is connected to the first and the second converter unit (21, 24) to control these as a synchronous machine drive and to configure them ,

Description

Bereich der ErfindungField of the invention

Die Erfindung betrifft Synchronmaschinen und insbesondere die Steuerung von fremderregten Synchronmaschinen anhand einer einfachen Einrichtung.The invention relates to synchronous machines and more particularly to the control of externally-excited synchronous machines by means of a simple device.

Hintergrund der ErfindungBackground of the invention

Synchronmaschinen werden allgemein in industriellen, eine hohe Leistung erfordernden Antrieben verwendet, wie zum Beispiel als Motoren in Zementwerken, Minen, Abbauten und als Generatoren in Energiegewinnungsanlagen. Typischerweise werden Synchronmaschinen in der Weise verwendet, dass die Synchronmaschine mit konstanter Geschwindigkeit rotiert und der Prozess-Output durch ein Getriebe gesteuert wird oder der Prozess auf andere Weise, zum Beispiel anhand von Regelventilen geregelt wird.Synchronous machines are commonly used in industrial, high power drives, such as engines in cement plants, mines, mines and as generators in power plants. Typically, synchronous machines are used in such a way that the synchronous machine rotates at a constant speed and the process output is controlled by a transmission or the process is controlled in other ways, for example by means of control valves.

Der Betrieb einer Synchronmaschine kann auch mittels eines Frequenzumrichters gesteuert werden. In Zusammenhang mit einer fremderregten Synchronmaschine ist der Frequenzumrichterantrieb derart verwirklicht, dass die separaten Umrichtereinheiten an einen Erregerkreis und einen Ständerkreis der Synchronmaschine angeschlossen sind. Die Aufgabe der an den Erregerkreis angeschlossenen Umrichtereinheit ist, die Erregung des Läufers bereitzustellen, so dass sie die die Erregung bereitstellenden Polwicklungen mit Strom speist. Der an den Ständerkreis angeschlossene Umrichter seinerseits speist den Ständer mit Leistung, um ein erwünschtes drehendes magnetisches Feld auszubilden, wenn die Synchronmaschine als Motor fungiert, und wenn dementsprechend die Synchronmaschine als Generator fungiert, dient der an den Ständerkreis angeschlossene Umrichter als Leistungstransformator und empfängt die mit dem Generator produzierte Energie auf an sich bekannte Weise.The operation of a synchronous machine can also be controlled by means of a frequency converter. In connection with a separately excited synchronous machine, the frequency converter drive is realized in such a way that the separate converter units are connected to an exciter circuit and a stator circuit of the synchronous machine. The object of the inverter unit connected to the excitation circuit is to provide the excitation of the rotor so that it feeds the pole windings providing the excitation with electricity. The inverter connected to the stator circuit, in turn, powers the stator to form a desired rotating magnetic field when the synchronous machine is operating as a motor, and accordingly, when the synchronous machine functions as a generator, the inverter connected to the stator circuit serves as a power transformer and receives the The generator produced energy in a known per se.

1 zeigt das Prinzip einer Steueranordnung für eine fremderregte Synchronmaschine nach dem Stand der Technik, bei der die Synchronmaschine 1 von einem Frequenzumrichter 2 und einem Erregertransformator 3 gesteuert wird. Sowohl der Frequenzumrichter 2 als auch der Erregertransformator 3 sind an ein dreiphasiges Versorgungsnetz 4 angeschlossen. Der dreiphasige Frequenzumrichter 2 ist an den Ständer der Maschine angeschlossen, während der Erregertransformator Gleichstrom für den Läufer der Maschine erzeugt, um diese zu erregen. 1 shows the principle of a control arrangement for a foreign-excited synchronous machine according to the prior art, in which the synchronous machine 1 from a frequency converter 2 and an exciter transformer 3 is controlled. Both the frequency converter 2 as well as the exciter transformer 3 are connected to a three-phase supply network 4 connected. The three-phase frequency converter 2 is connected to the stator of the machine while the exciter transformer generates DC current for the rotor of the machine to excite it.

In die Polwicklungen des Läufers wird Gleichstrom eingespeist, wobei der Läufer mit sich mit dem Läufer drehenden Magnetpolen versehen wird. Die Einspeisung von Gleichstrom in den Läufer kann entweder mit Bürsten oder durch bürstenlose Erregung durchgeführt werden. Wenn Bürsten verwendet werden, wird der ganze Polwicklungsstrom ausserhalb des Läufers erzeugt und die für die Erregung zu verbrauchende Energie wird dem rotierenden Läufer transportiert, so dass der Strom über am Läufer angeordnete Sleifringe und diese Ringe reibende Kohlebürsten zugeführt wird.In the pole windings of the rotor DC power is fed, wherein the rotor is provided with rotating with the rotor magnetic poles. The feeding of direct current into the rotor can be done either with brushes or brushless excitation. When brushes are used, the whole pole winding current is generated outside of the rotor and the energy to be consumed for the excitation is transported to the rotating rotor so that the current is supplied to rubbing carbon brushes via sleeve rings and rings arranged on the rotor.

Bei bürstenloser Erregung wird der von den Polwicklungen benötigte Strom mittels einer am Läufer angeordneten Erregermaschine erzeugt. In diesem Fall ist koaxial mit dem Läufer der Synchronmaschine eine Läuferwicklung der Erregermaschine positioniert und der Ständer umfasst die Erregerwicklungen der Erregermaschine. Wenn die Läuferwicklung der Erregermaschine mit dem Läufer der Hauptmaschine rotiert, wird in den Läuferwicklungen eine Spannung induziert, die mit einem am Läufer angeordneten Gleichrichter gleichgerichtet wird. Der Gleichrichterausgang ist weiter an die Polwicklungen der Hauptmaschine angeschlossen, wodurch die Polwicklungen mit Gleichstrom gespeist werden und die magnetischen Pole für die Synchronmaschine bereitstellen.In the case of brushless excitation, the current required by the pole windings is generated by means of an exciter machine arranged on the rotor. In this case, a rotor winding of the exciter machine is positioned coaxially with the rotor of the synchronous machine and the stator comprises the exciter windings of the exciter machine. When the rotor winding of the exciter machine rotates with the rotor of the main machine, a voltage is induced in the rotor windings, which is rectified with a rectifier arranged on the rotor. The rectifier output is further connected to the pole windings of the main machine, whereby the pole windings are supplied with direct current and provide the magnetic poles for the synchronous machine.

Ein Nachteil der gegenwärtigen Vorrichtungen zur Steuerung einer Synchronmaschine ist, dass für die Steuerung zwei verschiedene Umrichtertypen gebraucht werden, und zwar ein am Ständer angeschlossener Frequenzumrichter und ein Erregertransformator für die Erregung des Läufers. Die Unterhaltung und Instandhaltung der zwei verschiedenen Einrichtungen sowie die Kosten dieser Einrichtungen sind ein erheblicher Nachteil in den bekannten Lösungen.A disadvantage of the present synchronous machine control devices is that two different types of converters are needed for the control, a frequency converter connected to the stator and a field transformer for excitation of the rotor. The maintenance and servicing of the two different facilities as well as the cost of these facilities are a significant disadvantage in the known solutions.

Kurze Beschreibung der ErfindungBrief description of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung derart zu entwickeln, dass die oben erwähnten Nachteile gelöst werden können. Die Aufgabe der Erfindung wird mit einer Anordnung erreicht, die dadurch gekennzeichnet ist, was in dem unabhängigen Schutzanspruch gesagt wird. Die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Schutzansprüche.The invention has for its object to develop an arrangement such that the above-mentioned disadvantages can be solved. The object of the invention is achieved with an arrangement which is characterized by what is said in the independent protection claim. The preferred embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.

Die Erfindung basiert auf der Idee, dass eine Frequenzumrichtereinheit zur Erzeugung von Erregerstrom für eine fremderregte Synchronmaschine verwendet wird. Somit können sowohl an den Ständerkreis angeschlossene als auch an den Läuferkreis angeschlossene Umrichter ähnlich sein. Die für den Läufer den Erregerstrom erzeugende Frequenzumrichtereinheit wird auf angemessene Weise derart konfiguriert, dass es möglich ist, mit dem Frequenzumrichter entweder eine Wechselspannung oder eine Gleichspannung je nach der Erregungsweise des Läufers zu erzeugen. Bei der Erfindung werden weiterhin beide Umrichtereinheiten mit einer gemeinsamen Steuerungsvorrichtung gesteuert, wobei die Steuerung des Synchronmaschinenantriebs einfach ist und der Benutzer sieht die Umrichtereinheiten als eine einzige steuerbare Vorrichtung.The invention is based on the idea that a frequency converter unit is used for generating exciting current for a separately excited synchronous machine. Thus, both connected to the stator circuit and connected to the rotor circuit inverter can be similar. The inverter drive current generating frequency converter unit is appropriately configured so that it is possible to generate with the frequency converter either an AC voltage or a DC voltage depending on the excitation mode of the rotor. In the invention Furthermore, both inverter units are controlled with a common control device, wherein the control of the synchronous machine drive is simple and the user sees the inverter units as a single controllable device.

Ein Vorteil der Einrichtung der Erfindung ist, dass man an den Unterhaltungs- und Wartungskosten der Einrichtung erheblich sparen kann, da die bei dem Synchronmaschinenantrieb gebrauchten Umrichtervorrichtungen ähnlich oder sogar völlig gleich sind.An advantage of the device of the invention is that the maintenance and servicing costs of the device can be substantially reduced, since the converter devices used in the synchronous machine drive are similar or even completely identical.

Kurze Beschreibung der FigurenBrief description of the figures

Die Erfindung wird jetzt näher in Zusammenhang mit den bevorzugten Ausführungsformen beschrieben, unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, von denen:The invention will now be described in more detail in connection with the preferred embodiments, with reference to the accompanying drawings, in which:

1 einen Synchronmaschinenantrieb nach dem Stand der Technik zeigt; und 1 shows a synchronous machine drive according to the prior art; and

2 eine prinzipielle Struktur einer erfindungsgemäßen Einrichtung zeigt. 2 shows a basic structure of a device according to the invention.

Detaillierte Beschreibung der ErfindungDetailed description of the invention

2 zeigt eine prinzipielle Struktur einer erfindungsgemäßen Einrichtung. An eine Synchronmaschine 21 ist eine erste Umrichtereinheit 22 angeschlossen, die ein Wechselrichter ist und mit der ein Ständerstrom der Synchronmaschine erzeugt wird, wenn die Maschine ein Motor ist, und wenn dementsprechend die Maschine ein Generator ist, fungiert die Umrichtereinheit als Gleichrichter, der Leistung in Richtung auf das Netz einspeist, Der Wechselrichter ist an einen Gleichspannungszwischenkreis angeschlossen, der eine Kondensatoreinheit 23 des Zwischenkreises aufweist. die aus einem oder mehr Kondensatoren besteht. Der Wechselrichter, d. h. der Inverter, umfasst mehrere Phasenausgänge, die eine Serienschaltung von steuerbaren Schaltern aufweisen. Diese Serienschaltungen sind zwischen einer positiven und einer negativen Schiene des Gleichspannungszwischenkreises geschaltet. Wenn abwechselnd der obere und der untere seriengeschaltete steuerbare Schalter gesteuert werden, kann an den Phasenausgängen entweder eine positive oder eine negative Spannung des Zwischenkreises angelegt werden. Wenn die Dauer von auf diese Weise ausgebildeten Impulsen verlängert oder verkürzt wird, kann an den Phasenausgängen durchschnittlich eine erwünschte Spannung erzeugt werden, Wenn eine Ständerspannung oder ein Ständerstrom für die als Motor dienende Synchronmaschine erzeugt wird, werden die steuerbaren Schalter typischerweise derart moduliert, dass der Ständer mit einem sinusförmig variierenden Strom versehen wird, In 2 wird die Steueranordnung für den Wechselrichter nicht genauer gezeigt, weil sie für einen Fachmann offensichtlich ist. 2 shows a basic structure of a device according to the invention. To a synchronous machine 21 is a first inverter unit 22 connected, which is an inverter and with which a stator current of the synchronous machine is generated when the engine is a motor, and accordingly, the machine is a generator, the inverter unit acts as a rectifier, the power feeds towards the network, which is inverter connected to a DC voltage intermediate circuit, which is a capacitor unit 23 having the intermediate circuit. which consists of one or more capacitors. The inverter, ie the inverter, comprises a plurality of phase outputs which comprise a series connection of controllable switches. These series circuits are connected between a positive and a negative rail of the DC intermediate circuit. If the upper and lower series-connected controllable switches are controlled alternately, either a positive or a negative voltage of the DC link can be applied to the phase outputs. When the duration of pulses thus formed is lengthened or shortened, a desired voltage can be generated at the phase outputs on average. When a stator voltage or stator current is generated for the motor synchronous machine, the controllable switches are typically modulated such that the Stator is provided with a sinusoidally varying current, In 2 For example, the inverter control arrangement will not be shown in more detail because it will be obvious to one skilled in the art.

2 zeigt auch eine zweite Umrichtereinheit 24, die gleich wie die erste Umrichtereinheit an den Gleichspannungszwischenkreis angeschlossen ist. Die Umrichtereinheit ist in 2 derart dargestellt, dass der Ausgang für den Läuferkreis der Synchronmaschine eine Wechselspannung oder Gleichspannung ist. Gemäß der Idee der Erfindung entspricht die Struktur der zweiten Umrichtereinheit der der ersten Umrichtereinheit, d. h. des Inverters. Die zweite Umrichtereinheit ist somit strukturell als Wechselrichter ausgebildet, aber durch die Einstellung von Parametern der Vorrichtung kann die Vorrichtung auch als Gleichstromquelle anstatt normalen Wechselrichtens verwendet werden. Die Einstellung von Parametern der zweiten Umrichtereinheit ist abhängig von der Erregungsweise der fremderregten Synchronmaschine. Falls die Synchronmaschine mit Bürsten erregt wird, ist die zweite Umrichtereinheit angeordnet, als eine steuerbare Gleichstromquelle zu dienen, und falls in der Synchronmaschine eine bürstenlose Erregung angewandt wird, fungiert die zweite Umrichtereinheit derart, dass sie Wechselstrom erzeugt. 2 also shows a second inverter unit 24 , which is the same as the first inverter unit connected to the DC link. The inverter unit is in 2 represented such that the output for the rotor circuit of the synchronous machine is an AC voltage or DC voltage. According to the idea of the invention, the structure of the second converter unit corresponds to that of the first converter unit, ie of the inverter. The second inverter unit is thus structurally designed as an inverter, but by adjusting parameters of the apparatus, the apparatus can also be used as a DC power source instead of normal inverter power. The setting of parameters of the second converter unit is dependent on the excitation mode of the externally excited synchronous machine. If the synchronous machine is energized with brushes, the second inverter unit is arranged to serve as a controllable DC power source, and if brushless energization is applied in the synchronous machine, the second inverter unit operates to generate AC power.

2 zeigt die erste und die zweite Umrichtereinheit als Wechselrichter, die an einen gemeinsamen Spannungszwischenkreis angeschlossen sind. Die Umrichtereinheiten können jedoch auch Frequenzumrichtereinheiten sein, und in dem Fall weisen die beiden Umrichtereinheiten ihre eigenen Gleichrichter und Gleichspannungszwischenkreise auf. In der in 2 dargestellten Ausführungsform erzeugt eine gemeinsame Gleichrichtereinheit 25 eine Gleichspannung von einem Netz 26 zum Gleichspannungszwischenkreis. In einer Ausführungsform, in der die beiden Umrichtereinheiten ihre eigenen Gleichrichter aufweisen, werden diese Gleichrichter auf entsprechende Weise an ein Wechselspannungsnetz angeschlossen. 2 shows the first and the second inverter unit as an inverter, which are connected to a common voltage link. However, the converter units may also be frequency converter units, and in that case the two converter units have their own rectifiers and DC intermediate circuits. In the in 2 illustrated embodiment generates a common rectifier unit 25 a DC voltage from a network 26 to the DC voltage intermediate circuit. In an embodiment in which the two converter units have their own rectifiers, these rectifiers are connected in a corresponding manner to an AC voltage network.

In der Ausführungsform der 2 ist eine programmierbare Logik PLC oder eine entsprechende Prozesssteuerungsvorrichtung mit den beiden Umrichtereinheiten verbunden. Diese programmierbare Logik bildet eine Benutzerschnittstelle zu der aus den Umrichtern bestehenden Gesamtheit in der Weise aus, dass es möglich ist, mit der programmierbaren Logik den Synchronmaschinenantrieb zu verwalten. Die programmierbare Logik kombiniert die Funktionen der separaten Umrichter, wobei die von der programmierbaren Logik vorgesehenen Steuerungen an den Umrichtern auf gleiche Weise verwirklicht werden. Somit braucht der Benutzer nicht, zwei separate Umrichter zu steuern, um den Synchronmaschinenantrieb zu steuern.In the embodiment of the 2 For example, a programmable logic PLC or a corresponding process control device is connected to the two converter units. This programmable logic forms a user interface to the unit consisting of the inverters in such a way that it is possible to manage the synchronous machine drive with the programmable logic. The programmable logic combines the functions of the separate inverters, whereby the controllers provided by the programmable logic are implemented on the inverters in the same way. Thus, the user does not need to control two separate inverters to control the synchronous machine drive.

Die programmierbare Logik umfasst ein Programm mit den für den erfindungsgemäßen Synchronmaschinenantrieb vorgesehenen Funktionen, die die separaten Umrichtereinheiten steuern, die erwünschten Funktionen, wie beispielsweise Starten, Stoppen, Steuerung der Drehzahl auf einen bestimmten Wert oder Not-Halt, durchzuführen. Zum Beispiel der von der programmierbaren Logik gegebene Startbefehl fängt an den beiden Umrichtern einen Prozess an, dessen Zweck ist, den Synchronmaschinenantrieb zu starten. Gemäß diesem Befehl wird mit der zweiten Umrichtereinheit die Erregung des Läufers durchgeführt, und wenn die Erregung fertig ist, wird mit der ersten Umrichtereinheit Ständerstrom dem Ständer der Maschine geleitet.The programmable logic comprises a program with those for the invention Synchronous machine drive provided functions that control the separate inverter units to perform the desired functions, such as starting, stopping, controlling the speed to a certain value or emergency stop. For example, the start command given by the programmable logic starts at the two inverters a process whose purpose is to start the synchronous machine drive. According to this command, the excitation of the rotor is performed with the second inverter unit, and when the energization is completed, stator current is supplied to the stator of the machine with the first inverter unit.

Durch die Verwendung der programmierbaren Logik ist es auch möglich, die Umrichtereinheit schnell auszutauschen. Falls der Umrichter eine austauschbare Standardeinheit im Synchronmaschinenantrieb ist, können mit der programmierbaren Logik die erforderlichen Parameterveränderungen für die Umrichtereinheit festgesetzt werden.By using the programmable logic, it is also possible to quickly replace the inverter unit. If the inverter is an interchangeable standard unit in the synchronous machine drive, programmable logic can be used to set the required parameter changes for the inverter unit.

2 zeigt die programmierbare Logik als eine separate Vorrichtung, die mit einem geeigneten Bus an die Umrichtereinheiten angeschlossen ist. Die programmierbare Logik kann auch ein Teil der Funktionalität der ersten oder zweiten Umrichtereinheit sein. Es ist bekannt, dass Wechselrichter programmierbare Logiken als standardmäßige oder alternative Einheiten aufweist, mit denen dieselben Funktionen und Programme wie mit separaten programmierbaren Logiken durchgeführt werden können. Somit kann eine der Umrichtereinheiten als Master-Vorrichtung dienen, durch die die Steuerung des Synchronmaschinenantriebs auf entsprechende Weise wie in Zusammenhang mit einer separaten programmierbaren Logik durchgeführt wird. 2 shows the programmable logic as a separate device connected to the inverter units with a suitable bus. The programmable logic may also be part of the functionality of the first or second inverter unit. It is known that inverters have programmable logic as standard or alternative units that can perform the same functions and programs as with separate programmable logic. Thus, one of the inverter units may serve as a master device through which the control of the synchronous machine drive is performed in a manner analogous to that associated with separate programmable logic.

2 zeigt, wie der Synchronmaschinenantrieb ferner mit einem Prozesssteuersystem 27 über die programmierbare Logik verbunden werden kann. Das Prozesssteuersystem kann ein Prozessrechner oder eine entsprechende übergeordnete Steuervorrichtung sein, über die der Synchronmaschinenantrieb seine Steuerung erhält. 2 shows how the synchronous machine drive further with a process control system 27 can be connected via the programmable logic. The process control system may be a process computer or a corresponding higher-level control device, via which the synchronous machine drive receives its control.

Falls die Erregung der Synchronmaschine mittels Bürsten ausgeführt wird, muss der Läufer typischerweise mit Gleichstrom gespeist werden. Durch die Parametrisierung kann der Wechselrichter eingestellt werden, als Gleichstromsteller zu fungieren. Das bedeutet, dass die zweite Umrichtereinheit, die von der Struktur her ein Wechselrichter ist, dazu gebracht wird, den erforderlichen Erregerstrom für den Läufer der Synchronmaschine zu erzeugen. Einige Wechselrichter weisen zum Beispiel die Eigenschaft der DC-Erregung auf, die für die Erregung eines Kurzschlussmotors vorgesehen ist, damit ein möglichst großes Drehmoment gleich beim Starten des Motors erreicht würde, Eine solche DC-Erregung oder eine ähnliche Funktionalität des Wechselrichters wird bei der Erfindung ausgenutzt, und wegen dieser Eigenschaft kann ein separater Erregertransformator durch einen gewöhnlichen Wechselrichter ersetzt werden.If the excitation of the synchronous machine is carried out by brushing, the rotor typically has to be supplied with direct current. The parameterization allows the inverter to be set up to act as a DC controller. That is, the second inverter unit, which is structurally an inverter, is caused to generate the required exciting current for the rotor of the synchronous machine. For example, some inverters have the property of DC excitation, which is designed to excite a short-circuit motor, to maximize torque as the motor is starting. Such a DC excitation or similar functionality of the inverter is provided by the invention exploited, and because of this property, a separate excitation transformer can be replaced by a conventional inverter.

In einem Wechselrichter wird die DC-Erregung mit veränderbaren Parametern des Wechselrichters in Betrieb gesetzt. Anhand dieser Parameter können die Größe und Richtung des Erregerstroms eingestellt werden, also das, über welche Ausgangsphase des Wechselrichters der Erregerstrom fließen soll. Die standardmäßigen Wechselrichter sind typischerweise dreiphasige Vorrichtungen, und somit werden nur zwei von den Ausgangsphasen an die Erregerwicklung angeschlossen und der Fluss des Erregerstroms wird über diese Phasen durch die Erregerwicklung, d. h. die Polwicklung, geleitet. Die Größe des Erregerstroms kann geregelt werden, so dass die Stromflusszeiten der Schalter des Wechselrichters verändert werden, während die Spannung des Strom einspeisenden Zwischenkreises wesentlich konstant bleibt.In an inverter, the DC excitation with variable parameters of the inverter is put into operation. Based on these parameters, the size and direction of the excitation current can be set, that is, over which output phase of the inverter to flow the excitation current. The standard inverters are typically three-phase devices, and thus only two of the output phases are connected to the field winding and the flux of the field current is passed through these phases through the field winding, i. H. the pole winding, conducted. The size of the excitation current can be regulated so that the current flow times of the switches of the inverter are changed, while the voltage of the power supply DC link remains substantially constant.

Falls die Erregung der Synchronmaschine ohne Bürsten erfolgt, ist an den Läufer der Synchronmaschine der Läufer der Erregermaschine angeschlossen, an dem sich der Erregerstrom auf oben beschriebene Weise bildet. An den Läufer ist auch ein Gleichrichter angeschlossen, um den von der Erregermaschine erzeugten Wechselstrom gleichzurichten. Ein solches Erregersystem wird typischerweise mit Wechselstrom gespeist, der gleichgerichtet und in den Ständer der Erregermaschine eingespeist wird. Somit wird von der zweiten Umrichtereinheit einschließlich des Wechselrichters der Erregerkreis der Synchronmaschine mit Wechselstrom oder Wechselspannung gespeist. Dieser Wechselstrom wird anhand des Gleichrichters in der Synchronmaschine gleichgerichtet, in die Ständerwicklung der Erregermaschine eingespeist, die in den Wicklungen des Läufers der Erregermaschine eine Wechselspannung induziert, die weiterhin gleichgerichtet und in die Polwicklungen der Synchronmaschine eingespeist wird, um den Läufer der Synchronmaschine zu erregen.If the excitation of the synchronous machine is carried out without brushing, the rotor of the exciter machine is connected to the rotor of the synchronous machine, where forms the excitation current in the manner described above. A rectifier is also connected to the rotor to rectify the alternating current generated by the exciter. Such a pathogen system is typically powered by alternating current which is rectified and fed to the stator of the exciter. Thus, the second inverter unit including the inverter feeds the exciter circuit of the synchronous machine with AC or AC voltage. This alternating current is rectified by means of the rectifier in the synchronous machine, fed to the stator winding of the exciter, which induces an alternating voltage in the windings of the rotor of the exciter, which is further rectified and fed into the pole windings of the synchronous machine to excite the rotor of the synchronous machine.

In Zusammenhang mit der bürstenlosen Erregung kann der Wechselrichter oder der Frequenzumrichter konfiguriert werden, im Skalar-Regelungsmodus zu funktionieren, wobei die Regelung der in den Erregerkreis einzuspeisenden Spannung zugelassen wird. Die zur Regelung des Polwicklungsstroms programmierbare Logik wird derart programmiert, dass die Referenz des Polwicklungsstroms in der programmierbaren Logik verändert wird, für den Wechselrichter eine Frequenz- oder Geschwindigkeitsreferenz und eine Flussreferenz zu erzeugen. Mit anderen Worten werden der programmierbaren Logik die den Polwicklungsstrom oder Erregerstrom betreffenden Referenzen gegeben, die die programmierbare Logik in für den Wechselrichter gemeinte Referenzen umwandelt, um den erwünschten Polwicklungsstrom zu verwirklichen.In connection with brushless excitation, the inverter or the frequency converter can be configured to operate in scalar control mode, allowing regulation of the voltage to be injected into the exciter circuit. The logic programmable to control the pole winding current is programmed to change the reference of the pole winding current in the programmable logic to produce a frequency or velocity reference and a flux reference for the inverter. In other words, the programmable logic is given the references relating to the pole winding current or exciting current which the programmable logic converts into references intended for the inverter to realize the desired pole winding current.

Es ist auch denkbar, dass der als zweite Umrichtereinheit dienende Wechselrichter den Gleichrichter mit Gleichstrom zur Erregung der Erregermaschine speist, da Gleichstrom unveränderlich durch die Gleichrichterbrücke fließt. In diesem Fall kann der Ständerstrom der Erregermaschine wie oben in Zusammenhang mit der Erregung mit Bürsten geregelt werden,It is also conceivable that the inverter serving as a second inverter unit feeds the rectifier with direct current for excitation of the exciter, since direct current invariably flows through the rectifier bridge. In this case, the stator current of the exciter can be controlled as described above in connection with the excitation with brushes,

Die oben beschriebenen Erregungsweisen und die die Bildung des für die Erregung zu verwendenden Stroms betreffenden Vorgehensweisen sind nicht die einzigen Möglichkeiten, die Erregung durchzuführen, und diese Vorgehensweisen sind als Beispiele für die Möglichkeiten, die die erfindungsgemäße Losung mit sich bringt, zu verstehen. Messungen und Regelungen, die mit der Verwendung, dem Schutz und der Funktion der Synchronmaschine zusammenhängen, sind nicht genauer beschrieben worden, wenn sich die Erfindung auf das Anwendungskonzept der Synchronmaschine bezieht, in dem zwei separate Umrichter, die vorzugsweise einen Wechselrichter aufweisende Vorrichtungen sind, mit einem gemeinsamen Stellantrieb wie einer programmierbaren Logik gesteuert werden.The above-described modes of excitation and the methods concerning the formation of the current to be used for the excitation are not the only means of carrying out the excitation, and these procedures are to be understood as examples of the possibilities offered by the solution according to the invention. Measurements and regulations related to the use, protection and function of the synchronous machine have not been described in detail when the invention relates to the application concept of the synchronous machine, in which two separate inverters, which are preferably an inverter having devices with controlled by a common actuator such as a programmable logic.

Für einen Fachmann ist es offensichtlich, dass, wenn die Technologie Fortschritte macht, der Grundgedanke der Erfindung auf viele verschiedene Weisen verwirklicht werden kann. Die Erfindung und ihre Ausführungsformen sind somit nicht auf die oben beschriebenen Beispiele beschränkt, sondern können im Rahmen der Schutzansprüche variieren.It will be obvious to a person skilled in the art that as the technology progresses, the basic idea of the invention can be realized in many different ways. The invention and its embodiments are thus not limited to the examples described above, but may vary within the scope of the claims.

Claims

Arrangement in connection with a separately excited synchronous machine ( 21 ), which arrangement comprises: a first converter unit ( 22 ), which is arranged connectable to the stator of the synchronous machine, and a second converter unit ( 24 ), which is arranged connectable to the rotor of the synchronous machine to excite them, wherein the first inverter unit ( 21 ) comprises an inverter arranged to generate or receive an alternating voltage, characterized in that the second converter unit ( 24 ) is selectively configurable to generate either AC or DC current for excitation of the rotor of the synchronous machine and that the assembly further comprises programmable logic (PLC) coupled to the first and second inverter units (FIG. 21 . 24 ) to control them as a synchronous machine drive and to configure them.

Arrangement for protection claim 1, characterized in that the structure of the second converter unit ( 24 ) of the first inverter unit ( 21 ) corresponds.

Arrangement according to protection claim 1 or 2, characterized in that the second converter unit ( 24 ) has an inverter.

Arrangement according to protection Claim 2 or 3, characterized in that the programmable logic (PLC) is arranged, the parameters of the second converter unit ( 24 ) such that the inverter of the second converter unit generates direct current for the rotor of the externally excited synchronous machine.

Arrangement according to protection Claim 2 or 3, characterized in that the programmable logic (PLC) is arranged to convert the current reference given for it into frequency and flux references which are fed into the inverter of the second converter unit ( 24 ) are fed.

Arrangement according to one of the preceding claims 1 to 5, characterized in that the arrangement also has a power converter ( 25 ) and a DC voltage intermediate circuit ( 23 ), wherein the power grid between an electrical network ( 26 ) and the DC intermediate circuit ( 23 ) is arranged connectable, wherein both the first and the second converter unit ( 21 . 24 ) Are inverters connected to the same DC link.

Arrangement according to one of the preceding claims 1 to 5, characterized in that the first converter unit ( 21 ) and the second converter unit ( 24 ) Are frequency inverters comprising an inverter, the frequency inverters being connectable to the electrical network.

Arrangement according to one of the preceding claims 1 to 7, characterized in that the programmable logic (PLC) is arranged to present to the user the synchronous machine drive such that a single frequency converter drive is available.

Arrangement according to one of the preceding claims 1 to 8, characterized in that the programmable logic is a separate programmable logic (PLC) connected to the first and the second converter unit.

Arrangement according to a preceding protection claims 1 to 8, characterized in that the programmable logic, the inner programmable logic of one of the first and second inverter units.