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Anordnung zur lastabhängigen Erregung von Synchronmaschinen - Zusatz
zur Patentanmeldung P 18 01 068.9 - VPA 68/8007 -- Zusatz zur Patentanmeldung P
18 Ol 068.9 - VPÄ 68/8007 -Das Patent . ... ... (Patentanmeldung P 18 01 068.9)
betrifft eine Anordnung zur lastabhängigen Erregung von Synehronmaschinen über eine
Stromrichterhaupt- und eine Stromrichternilfserregermaschine, bei der die Erregerwicklung
der Stromrichter-TTilfserregermaschine an die Erregerwicklung der Synchronmaschine
(Haupterregerwicklung) angeschlossen ist. Die Hilfserregerwicklung liegt dabei in
Nebenschlußschaltung zu der Haupterregerwicklung. Man erreicht auf diese Weise eine
lastabhängige Erregung der Synchronmaschine (Hauptmaschine), bohne daß im Ständerkreis
dieser maschine, die meistens für Hochspannung bemessen ist, und bei größeren Maschinen
auch sehr große Ströme aufweist, Stromwandler und Drosselspulen vorgesehen werden
müssen. Sie ist insbesondere für die bürstenlose Erregung von Synchronmaschinen
geeignet.
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine weitere Verbesserung der Erregeranordnung
nach dem Hauptpatent, um diese insbesondere für Maschinen, die -häufig Stoßbelastungen
ausgesetzt sind, geeignet zu machen. Gemäß der Frfindung wird sowohl der Strom der
Haupterregerwicklung als auch der der Hilfserregerwicklung über je eine Wicklung
eines Umspanners geführt und erst der Summenstrom fließt über den gemeinsamen Gleichrichter,
wobei ferner die den beiden Strömen entsprechenden Durchflutungen sich im Umspanner
entgegenwirken.
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Die Haupterregerwicklung und die Hilfserregerwicklung sind also nicht
mehr unmittelbar an die eine Klemme des gemeinsamen Gleichrichters angeschlossen,
sondern über je eine Wicklung eines Umspanners,
die so geschaltet
sind, daß sich von den Strömen der beiden Erregerwicklungen erzeugten Durchflutungen
im Umspanner entgegenwirken und sich im statischen Belastungszustand gegenseitig
ganz oder nahezu ganz aufhesen. Bei einem auftretenden Belastungsstoß sind die beiden
Erregerströme über den Umspanner eng gekoppelt und der bekannte Erregerstro:nsprung
in der Hauptmaschine erzwingt auch in der Hilfserregerwicklung einen verhältnisgleichen
Strom, der das Feld in der Hilfserregermaschine hochtreibt, so daß über die Stromrichter-Haupterregermaschine
eine entsprechend hohe Spannung an der Erregerwicklung der Haupterregermaschine
zur Verfügung gestellt werden kann.
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Im folgenden sei der Erfindungsgedanken anhand der in den Fig. 1 und
2 dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert: Die Synchronmaschine 1 (Hauptmasenine),
z.B. ein Turbogenerator, mit der Erregerwicklung 2 wird über den umlaufenden Gleichrichter
3 von der Läuferdrehstromwicklung 4 der mit der Hauptmaschine gekuppelten Ilaupterregermaschine
5 bürstenlos gespeist.
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Die Erregerwicklung 6 im Ständer der Haupterregermaschine 5 liegt
über den Gleichrichter 7 an der Ständerwicklung der ebenfalls mit der Hauptmaschine
gekuppelten Hilfserregermaschine 8, deren Läufer-Erregerwicklung 9 auch an den Gleichrichter
3 angeschlossen ist.
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Dieser anschluß ist aber nicht unmittelbar, sondern erfolgt über einen
umlaufenden Umspanner 10 derart, daß die eine Wicklung des Umspanners 10 vom Erregerstrom
ie-der Hilfserregermaschine durchflossen ist, während die andere, ebenfalls an die
gleiche Klemme es Gleichrichters 3 angeschlossene Wicklung den Erregerstrom @1e
der Hauptmaschine führt.
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Die Durchflutungen der beiden Erregerströme im Umspanner 10 sind,
wie die Pfeile andeuten, einander entgegengerichtet und heben sich
im
statischen Belastungszustand im wesentlichen gegenseitig auf.
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Es empfiehlt sich, die Windungszahl für den Erregerström ie so zu
wählen, daß die zugehörige Durchflutung etwas größer ist als die vom Erregerstrom
1e bewirkte, so daß der Unspanner 10 in Fig. 1 im statischen Belastungszustand ein
von rechts nach links gerichtetes Feld führt.
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Die beiden Thyristoren 11 und 12 bilden eine Gegenbrücke zum Gleichrichter
7, wodurch der Gleichrichrer bzw. die Erregerwicklung 6 jeweils für längere oder
kürzere Zeit kurzgeschlossen werden können. Durch Steuerung der Thyristor-Brücke
von der etzspannung kann die Generatorspannung auf jedem gewünschten Wert konstant
gehalten werden. Dadurch, daß der Mittelpunkt der Thyristor-Gegenbrücke mit dem
Mittelpunkt einer Teilbrücke des Gleichrichters 7 verbunden ist, werden die Thyristoren
11 und 12 immer wieder stromlos, so daß sie steuerfähig bleiben. Verwendet man nur
einen Thyristor, z.BX 12, so wird nur eine Halbschwingung des Phasenstroms kurzgeschlossen.
Wird nun die Hauptmaschine 1 stoßartig belastet, so verursacht die 1-siker-Rückwirkung
ein stoßartiges Anwachsen des Erregerstroms 1e (den bekannten Erregerstromsprung)
in der Erregerwicklung 2. Dies hat wegen der Kopplung der beiden Erregerströme 1e
und ié über den Umspanner 10 auch ein stoßartiges Anwachsen des Erregerstroms ie
in der ilfserregermaschine 8 zur Folge. Hierbei ist es nun besonders vorteilhaft,
wenn im statischen Belastungszustand die vom Erregerstrom i, e im Umspanner 9 hervorgerufene
Durchflutung etwas größer ist als die des Erregerstroms Ie.
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Beim stoßartigen Anwachsen des Erregerstroms 1e kann dieser Strom
das Feld im Umspanner 10 in die entgegengesetzte Richtung umpolen, soianbe der szregerstrom
i seinen neuen Sollwert noch nicht ere reicht hat. Es steht daher für die Feldänderungssoannung
an der Läufer-Erregerwicklung 9 der IIilfserregermaschine 8 im Umspanner 10 der
doppelte ert des in einer Richtung möglichen Flusses zur Verfügung, als dies der
Fall wäre, wenn sich im statischen Belastungszustand
die beiden
Durchflutungen gerade völlig aufheben. Der Umspanner kann dadurch wesentlich kleiner
gehalten werden.
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Wenn der Belastungszustand der Hatoptmaschine wieder statisch geworden
ist, hört auch die enge Kopplung der beiden Erregerströme im Umspanner 10 auf und
die Durchflutung des Erregerstroms ie kann wieder etwas größer werden als die des
Erregerstroms Ie. Dies hat allerdings zur Folge, daß bei Lastabwurf der plötzlich
verschwindende Erregerstrom 1e den Erregerstrom ie nicht nach sich ziehen kann,
weil die Richtung des Feldes im Umspanner 10 bereits dem Erregerstrom ie zugeordnet
ist. Wenn sich nämlich der Umspanner hierbei bereits in Sättigung befindet, kann
die bei Wegfall von Ie weiter zunehmende Uberschußdurchflutung des seinen Wert zunächst
beibehaltenen Erregerstroms ie das Feld im Umspanner 10 nicht weiter steigern, d.h.
aber die bei Stoßbelastung so vorteilhafte enge Kopplung zwischen Ie und e ist bei
Lastabwurf nur noch sehr schwach vorhanden. Dies ist aber kein Nachteil, weil man
mit Hilfe der beiden Thyristoren 11 und 12 die Erregerwicklung 6 der Haupterregermaschine
5 sofort kurzschließen kann, so daß die Spannung der Haupterregermaschine 5 abklingt.
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Die Erregerwicklung 6 der Haupterregermaschine kann aus einer Hilfsstromquelle
13 angetippt werden, damit der Generator auf Spannung kommt. Der Umspanner muß so
bemessen werden, daß die Plußverkettungen aus den Plußänderungen in der Hilfserregermaschine
8 und im Umspanner 10 etwa gleich sind.
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im Ausfuhrungsbeispiel nach Fig. 1 werden der Gleichricnter ( bzw.
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die Erregerwicklung 6 durch die Thyristor-Gegenbrücke 11,12 unmittelbar
kurzgeschlossen. Der dabei auftretende Stoßkurzschlußstrom kann zwar durch entsprechende
Bemessung der IIilfserregermaschine
8 (kleines Kurzschlußverhältnis,
große Streuung) genügend klein gehalten werden, man kann aber auch, wie es Hig.
2-zeigt, die beiden Tnyristoren 11 und 12 über eine kleine Drosselspule 14 verbinden,
deren Mittelpunkt mit dem Mittelpunkt der rechten Teilbrücke des Gleichrichters
7 verbunden ist. Wenn nur ein Thyristor, z.B. 12 vorhanden ist, genügt die zugehörige
Hälfte der Drosselspule. Anstelle der hyristor-Gegenbrücve 11, 12 kann auch ein
Transistor verwendet erden, der die plvs- und minus--Klemmen des Gleichrichters
unmittelbar verbindet. Ferner können Haupt- und Hilf serregermaschine zu einer Doppelfeldmaschine
vereinigt werden.
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2 Ansprüche 2 Figuren