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STEUEREINRICHTUNG FÜR DEN ROTIERENDEN GLEICHRICHTER EINER SYNCHRONMASCHINE
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf elektrische Maschinen, insbesondere auf
die Steuereinrichtung für den rotierenden Gleichrichter einer Synchronmaschine.
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Bekannt ist eine Steuereinrichtung für den rotierenden Gleichrichter
einer Synchronmaschine, die als eine elektrische Maschine mit Ankerwicklung ausgeführt
ist, welche an den Steuerkreis des rotierenden Gleichrichters des Erregers angeschlos
sen und an den Zähnen des Läufers angeordnet ist, dessen Kern Druckflansche zur
Verhinderung des Aufblätterns des Kernes aufweist (siche z.B. A.M. Rubenraud "Kontaktfreie
Erregungsschaltung einer elektrischen Maschine mit steuerbaren Silizium zellen",
Zeitschrift "Elektritschestwo", Nr. 5, 1965, UdSSR).
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Die angegebene Einrichtung hat folgende Nachteilen genen Zur Formierung
von Steuer Impulsen sind zusätzliche Einrichtungen
notwendig, deren
Zahl gleich der Zahl der gesteuerten am Läufer angeordneten Ventile und deren ge
r Raum -bedarf mit dem Raumbedarf der eigentlichen Einrichtung ver -gleichbar ist
bzw. dissen sogar übersteigt.
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lije Nutungssoberwellen des Ständerfeldes ken -iD .,r + Schwingungen
des Winkels das Steuerimpulses und dadurch Selbstschwingungen im System Synchronmaschine-Regler
- Steuereinrichtung - Gleichrichter hervorrufen.
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Infolge der oben angegebenen Gründe ist die Äliwendung der bekannten
Einrichtung für leistungsstarke Maschinen mit mehr als drei Phasen und Ventilen
des ritierenden Gleich -richters mit bestinrntun Schwierigkeiten verbunden.
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Die vorliegende Erfindung bezweckt die Beseitigung der angegebenen
Nachteile.
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Der Erfindung ist die Aufgabe zugrunde gelegt, eine Steuereinrichtung
für den rotierenden Gleichrichter einer Synchronmaschine zu schaffen, in der die
Notwendigkeit der Anwendung von Formierungseinheiten für Steuerimpulse wegfällt,
was den Raumbedarf der Synchronmaschine verringert, und welche außerdem eine erhöhte
Genauigkeit der Steuerung atifweiste Dieses wird dadurch erreicht, daß in der Steuereinrichtung
für den rotierenden Gleichrichter einer Synchronmaschine, die, wie auch die bekannte
Einrichtung, als eine elektrische Maschine ausgeführt ist, erfindungsgemäß die zahnzahl
des
Läufers der Maschinen gleich oder ein Vielfaches der Phasenzahl des Erregers ist,
jeder Zahn eine solche Form be -sitzt, daß die dem Ständer zugewandter Kopfoberfläche
eine maximale Erstreckung in tangentialer Richtung aufweist, und der Zahnf us mit
minimalen Querschnitt ausgeführt ist.
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Das ermöglichkeit die Erzeugung von EMK - Impulsen erforderlicher
Form ohne Anwendung von zwischengeschalteten Formierungseinheiten.
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Zur Unterdrückung von Nutungsoberwellen und Vermeidung des von ihnen
verursachten Fehlers des Regelwinkels ist es zweckmäßig, den Läufer mit einer Abschirmung
aus einem elektrisch leitenden, unmagnetischen Stoff zu umschließen.
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Zur Erhöhung der Betriebssicherheit der Einrichtung können die in
tangentialer Richtung ausladenden Teile den
Lauferzahnen an Druckflanschen des Läuferkernes befestigt werden die dann die Zentrifugalkräfte
aufnehmen0 Die im Einklang mit der vorliegenden Erfindung ausge -führte Einrichtung
löst erfolgreich die gestallten Aufgaben.
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Beispielsweise beträgt die Frontsteilhait des Steuerimpulses in der
geprüften erfindungsgemäßen Einrichtung für einen Turbogenerator mit einer Leistung
von 200 MW und einer Drehzahl von 3000U/min mit einem Erreger, der 10 Pole, 12 Phasen
und 192 Thristoren aufweist, 32 V/GHrd und die Steuerleistung 0,1% von der Leistung
des Erregers.
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In der bekannten Einrichtung für einen dreiphasigen
Erreger
mit rotiewendem Gleichrichter mit drei Thyristoren betragt die Frontsteilheit des
Steueimpulses laut Veröffent -lichen Angaben 14 V/Grd und die Steuerleistung 1,6%
von der Leistung des Erregers.
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Zur naheren Erläuterung der Erfindung wird im folgenden ein Ausführungsbeispiel
anhand der beigelegten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen; Fig. 1 - Querschnitt
der Steuereinrichtung des rotierenden Gleichrichters eines Synchrongenerators, Frontansicht;
Hig. 2 - Längsschnitt durch dieselbe Einrichtung; ig. 3 - elektrisches Prinzipschaltbild
der auf Fig. 1 und 2 dargestellten Einrichtung.
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Innerhalb des Kernes des Ständers 1 (Fig. 1) mit Erregungswicklungen
2 und 3 ist der Rern des Läufers 4 angeordnet.
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Die Zahnzahl des Läufers 4 ist gleich oder beträgt ein Vielfaches
der Phasenzahl des Erregers, der den rotierenden Gleichrichter speist, zu des. en
Steuerung die beschriebene Ein E richtung bestimmt ist. Jeder Zahn des Läufers 4
hat eine solche Form, daß sein dem Ständer zugewandter Kopf 5 die grössere Oberfläche
in tangentialer Richtung aufweist, und Fuß 6 den minimalen Querschnitt, der vom
technologischen und mechanischen Standpunkt aus noch zulassib ist,. @. An den zähnen
des Läufers 4 sind die Ankerwicklungen 7 angebracht. Ihre Anzahl je Zahn entspricht
der Zahl von steuerbaren Ventilen .
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des rotierenden Geichrichters.Der Kern des Läufers 4 ist 8 von einer
Abschirmung aus einem elektrisch leitenden,un -magnetischen
Stoffumschlossen.
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Zur Verhinderung des Aufblätterns des Kernes des Läufers 4 i.st dieser
mit Druckflanschen 9 ausgestattet.
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Die Druckülansche 9 haben den Köpfen 5 der Zähnen des Kernes des
Läufers 4 zugeordnete Abschnitte, die an den hopfen 5 durch Stiftschrauben 10 und
Muttern 11 befestigt sind.Die Stiftschrauben 10 sind elektrisch gegen den Kern des
Läufers 4 und Flansche 9 isoliert oder aus einem Iso -lationswerkstoff hergestellt.
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Die Zähne können an die Flansche 9 auf jede andero Weise befestigt
werden; man müß nur zur Verbesserung der Kenndaten der Einrichtung die Bildung von
geschlossenen Stromkreisen um die Läuferzähne herum vermeiden.
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Der Kern des Laufers 4 mit Wicklungen 7 ist mit Deckeln 12 und 13
(Fig. 2) verdeckt, die zur Erhöhung der Betriebs-Sicherheit aus einem lsolierwerkstoff
gofertigt werden können.
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Im Deckel 12 sind die anschlüsse 14 der Wicklung 7 ein -montiert.Der
ganze Läufer ist an der Welle des Erregers oder, wie es auf Fig.2 dargestellt ist,
auf einer Zwischenbachse 13 montiert und durch Schrauben 16 und Muttern 17 zusammen
-gezogen.
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Auf Fig. 3 ist in. Beispiel der elektrischen schaltung der Steuereinrichtung
für einen fünfphasigen, vierpoligen Erreger mit einer Gleichrichterbrücke mit zehn
steuerbaren Ventilen (auf Fig. 3 ist ein Ventil gezeigt) dargestellt. Der Läufer
der Einrichtung hat entsprechend 5 Zähne und jeder
Zahn Je zwei
Wicklungen 7,so daa die Zahl der Ventile Je -weiliger Phase zwei betrags.
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Jede der zwei Wicklungen 2 und 3 des Ständers der Ein -richtung weist
dabei je vier Pole auf.
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Die Wicklungen 2 und 3 des Standers sind gegeneinander 90 elektrische
Grade verschoben.
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Zma besseren Schutz bet,n Störeinflüsse ist es zweck -mäßig, in den
Stromkreis Jeder Wicklung 7 einen Spannungs -stabilisator 18 und eine Diode 19 dem
Steuerübergang des Ventils 20 vorzuschalten.
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Ist die Phasenzahl des Erregers um den Faktor zwei oder mehr größer
als die Polzahl, so ist es verteilhaft, den Läuferkern als mehrere Unterkerne mit
geringerer Zahnzahl in jedem auszubilden und diese längs der Drehachse anzuordnen
@@@@ @@@ (nicht dargestellt).
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Die Wicklungen 2 und 3 können vorteilhaft mit sinusförniger Verteilung
der Windungen ausgeführt werden.
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Bei den vorgegebenen Gleichströmen durchflossenen Wicklungen 2 und
3 wird eine sinusförmig längs des Luftspaltes der Einrichtung verteile Regeldurchflutung
erzeugt. Ihre Winkellage ist vom Verhältnis der Ströme in den Wicklungen 2 und 3
abhängig.
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Bei Drehung des Läufers wird in seinen Wicklungen 7 eine EMK der
entsprechenden Phase indaziert0Da der Zahn des Läufers 4 in Tangentialrichtung eine
größere Oberfläche des Kopfes 5 und den relativ dünnen Fuß 6 aufweist, wird der
letztere
schnell gesättigt, und der mit der Wicklung 7 verket tete, von der sinusförmigen
Durchflutung des Ständers erzeugte Magnetfluß weist eine abgeflachte Kurvenform
in der Zeit auf.
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Infolgedessen induziert dieser Magnetfluß in der Wicklung 7 eine in
der Zeit spitzenförmige EMK. Die für die Steuerung des Ventils 20 unbenötigte Halbwelle
der EMK wird von der Diode 19;die Störeinflüsse und dor flache Teil der Arbeits
halbwelle der EMK von den Spannungsstabilisator 18 abge -schnitten.
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Bei der Minderung des Stromverhältnisses in den Wick -lungen 2 und
3 ändert sich die räumliche Winkellage der resultierenden Durchflutung und somit
die Phase des Steuer -impulse der EMK in der Zeit gegenüber der EMK Erregers, es
d.h. ändert sich der Öffnungswinkel des gesteuerten Ventils 20.
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Die Abschirmung 8 wir so gewählt, daß die Nutungsoberwelle des Feldes
des Ständers von den Wirbelströmen dieser Abschirmung geloscht werden und lin die
Wicklung 7 nicht durchdringen, und der Hauptmagnetfluß der Grundzelle nur un -bedeutend
geschmächt wird. Dadurch wird die Möglichkeit der Entstehung von Selbstschwingungen
in beschlossenen System Synchronmaschine - Regler - Steuereinrichtung - Gleichrichter
vermieden.
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Bei der Drehung des Laufes 4 werden die Köpfe 5 @@@ Zähner von @abedeutenden
Fliehkräften beansprucht. Ein Teil
dieser Beanspruchung wird über
die Befestigungsteile (Stift -schrauben 10 und Muttern 11) auf die Flansche 9 übertragen,
wodurch die Zähne des Läufers mechanisch entlastst werden.
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Das ermöglicht praktisch die Ausführung der bescnriebenen Steuereinrichtung
des rotierenden Gleichrichters für Synchronmaschinen mit; beliebiger Leistung, Abmessungen
und Dreh -zahl.