DE2041783A1

DE2041783A1 - Erregeranordnung fuer eine buerstenlose Synchronmaschine mit variabler Drehzahl

Info

Publication number: DE2041783A1
Application number: DE19702041783
Authority: DE
Inventors: Purushottam Dr-Ing Bapat; Erich Dr-Ing Schwab
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1970-08-22
Filing date: 1970-08-22
Publication date: 1972-03-30
Also published as: CH524919A; DE2041783B2; JPS4830020A; ES394423A1

Description

Erregeranordnung für eine bürstenlose Synchronmaschine mit variabler Drehzahl Die Erfindung bezieht sich auf eine Erregeranordnung für eine bürstenlose Synchronmaschine mit variabler Drehzahl mit einer im Ständer und Läufer geblechten und bewickelten Induktionsmaschine, deren Läuferwicklung über rotierende Gleichrichter mit der Polradwicklung der Synchronmaschine verbunden ist.
Synchronmaschinen werden vielfach in einem gewissen Drehzahl bereich eingesetzt, wobei in manchen Fällen eine praktisch drehzahlunabhängige Erregung gefordert wird, z.B. bei Synchronmotoren, die drehstromseitig über einen Umrichter bzw. Umformer mit variabler Frequenz gespeist werden. Die vom Umrichter bzw.
Umformer vorgegebene Frequenz bestimmt dann die Drehzahl des Synchronmotors.
Bei Synchronmaschinen können Transformatoren mit rotierendern Sekundärteil oder geregelte Induktionsmaschinen die Erregung über mitrotierende Gleichrichter bewirken, aie im Gegensatz zu gleichfelderregten, d.h. synchronen ErreLge riraschinen, auch im Stillstand einen Erregerstrom zur Verfügung stellen. Ein solcher Erregertransformator mit rotierendem Sekundärteil liefert eine angenähert konstante Sekundärspannung so daP die Erregerspannung sowie der Erregerstrom, abgeschen vom Erwärmungseinfluß auf den Widerstandswert der Erregerwicklung, angeiiähert konstant bleibt. Der Aufbau solcher Sondertransformatoren aber ist sehr aufwendig, wogegen eine Induktionsonserregermaschine einfach gestaltet sein kann. Jedoch liefert sie als Erregermaschine, sofern die Ständerwicklung mit konstanter Frequenz und Spannur,g gespeist wird, eine stark drehzahlabhängige Erregerspannung.
Speist man die Ständerwicklung so ein, daß das Ständerdrehfeld gegen die Läuferdrehrichtung umläuft, dann steigt die Erregerspannung mit zunehmender Drehzahl stark an; bei gleichsinnigem Umlauf des Ständerdrehfeldes und des Läufers fällt die Erregerspannung mit steigender Drehzahl dagegen stark ab. Um dennoch bei einer Induktionserregermaschine eine konstante Erregung zu erhalten, muß die Versorgungsspannung dieser Induktionsmaschiije geregelt werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einer einfachen, normal ausgeführten Induktionsmaschine ohne Regelungsaufwand einen mit zunehmender Drehzahl konstant bleibenden oder nur geringfügig steigenden Erregerstrom für die bürstenlose Synchronmaschine zu liefern.
Die Lösung der Aufgabe gelingt nach der Erfindung dadurch, daß die Ständerwicklung der Induktionsmaschine über eine Impedanz an das speisende Netz angeschlossen ist und die Impedanz groß ist gegen den Scheinwiderstand der Induktionsmaschine.
Durch eine entsprechende Bemessung der Vorimpedanz kann ein Erregerstrom erzeugt werden, der praktisch über den ganzen Drehzahlbereich konstant ist. Die große Impedanz prägt in den Läuferstromkreis einen praktisch unabhängigen Strom ein, trotz des mit dem Schlupf veränderlichen Scheinwiderstandes der Induktioz erregermaschine. Um die Verlustleistung in der vorgeschalteteri Impedanz klein zu halten, wird als Impedanz vorteilhafterweise ein Blindwiderstand vorgesehen. Um eie besonders gute brregerstromkonstanz zu erreichen, ist es zweckniäßig, Kondensatoren zu verwenden.
Es sind auch Betriebsfälle gegeben, bei denen mit zunehmender Drehzahl ein etwa geradlinig ansteigender Erregerstrom wünschen -wert ist. Dies kann leicht durch eine kleinere Impedanz erreicht werden. Liegen Betriebsfälle vor, bei denen der fast konstant bleibende oder etwa geradlinig ansteigende Erregerstrom lastabhängig in seiner Höhe beeinflußt werden soll, wird eine zusätzliche laststromabhängige Kompoundierungswicklung im Ständer, die ebenfalls gleichmäßig am Umfang wie die normale Ständerwicklung verteilt und mit dieser magnetisch gekuppelt ist, vorgesehen.
In der Zeichnung ist vereinfacht ein Ausfffllrungsbeispiel der Erfindung für einen Synchronrnotor dargestellt und nachfolgend näher erläutert.
Die bürstenlose Synchronmaschine hat eine Ständerwicklung 1 und eine umlaufende Polradwicklung 2 (in Schenkelpolbauart oder als Vollpolausführung), die über ebenfalls mitrotierende Gleichrichter 3 von der Läuferwicklung 5 einer Induktionserregermaschine gespeist wird, deren Ständerwicklung 4 über eine vorgeschaltete Kondensatoranordnung 6 an das speisende Netz 7 angeschlossen ist. Es ist ohne weiteres möglich, daß die Ständerwicklung 4 und die Kondensatoranordnung 6 im Leitungszug ihren Platz tauschen können.
Der Ständer sowie der Läufer der Induktionserregermaschine sind geblecht; die Wicklungen sind normale Dreh- oder Wechselstromwicklungen. Der Läufer der Induktionserregermaschine sitzt auf der gleichen Welle wie der der Synchrormaschine und hat somit die gleiche Drehzahl wie die Synchronmaschine. Für die Spannungserzeugung im Läuferkreis der Induktionserregermaschine ist die Relativdrehzahl des Läufers dem Ständer gegenüber maßgebend.
Man wird, um die Abmessungen der Induktionserregermaschine klein zu halten, vorteilhafterweise das Ständerdrehfeld der Induktionserregermaschine gegenläufig zur mechanischen Drehrichtung der Synchronmaschine, sowie die Polzahl der Ständerwicklung möglichst niedrig und damit die Umdrehungszahl des Ständerdrehfeldes möglichst hoch wählen. Insbesondere legt man die Maschine mit kleinem Leerlauf/EurzschluBverhältnis, d.h. mit kleinem Luftspalt und hohen Strombelägen, aus. Die Induktionsmaschine besitzt dann Stromwandler-Eigenschaften und der Läuferstrom ist eingeprägt.
Mit der Erfindung kann z.B. eine praktisch konstante Erregung der mit variabler Drehzahl betriebenen Synchronmaschien erreicht werden. Das Erregersystem ist bei bürstenlosen Synchronmotoren von besonderer Bedeutung, wenn hohes Anzugsmoment gefordert wird. Durch eine entsprechende Bemessung der Induktionsmaschine und der Impedanz läßt sich die Höhe des Erregerstromes falls erfcrderlich auch laststromabhängig einstellen. Die Impedanz kann man bei Drehstromausführung der Induktionserregermaschine auch zwischen Ständerwicklung und Sternpunkt schalten.
Bei Kondensatoren als Impedanz empfiehlt es sich, daß sie in Dreieck geschaltet werden. Man kann durch besondere Wahl der Kondensatoren und durch besondere Auslegung der Induktionserregermaschine Erregungsvorgänge mit netzfremden Frequenzen im normalen Drehzahlbereich der Synchronmaschine vermeiden.
Sinngemäß läßt sich der Erfindungsgedanke auch bei Synchrongeneratoren anwenden.
4 Patentansprüche 1 Figur

Claims

Patentansprüche 1. Erregeranordnung für eine hürstenlose Synchronmaschine mit variabler Drehzahl mit einer im Ständer und Läufer geblechten und bewickelten Induktionserregermaschine, deren Läuferwicklung über rotierende Gleichrichter mit der Polradwicklung der Synchronmaschine verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Ständerwicklung (4) der Induktionserregermaschine über eine Impedanz (6) an das speisende Netz (7) angeschlossen ist und die Impedanz groß ist gegen den Scheinwiderstand der Induktionserregermaschine.
2. Erregermaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Impedanz (6) Kondensatoren vorgesehen sind.
3. Erregeranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ständerdrehfeld gegenläufig zur mechanischen Drehrichtung der Synöhronmaschine (1, 2) ist, daß die Polzahl der Ständerwicklung (4) und auch das Verhältnis von Leerlaufstrom zu Kurzschlußstrom der Induktionserregermaschine jeweils verhältnismäßig klein gewählt ist.
4. Erregeranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ständer (4) zusätzlich eine lastabhängige Kompoundierungswicklung aufweist, die wie die normale Ständerwicklung gleichmäßig am Umfang verteilt und magnetisch mit dieser gekoppelt ist, Leerseite