DE2114728C3 - Mehrphasiger Steuergenerator - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen mehrphasigen Steuergenerator für den mit steuerbaren Ventilen aufgebauten rotierender Gleichrichter in der Erregerspeisung einer Sychronmaschine mit elektrisch zueinander senkrecht angeordneten Erregerwicklungen auf dem Ständer, die jede eine Polzahl entsprechend der Polzahl der Drehstromerregermaschine der Synchronmaschine haben, und mit einem lamelliertcn Läufer, auf dessen Schenkelpolen die Ankerwicklungen aufgebracht sind, deren Zahl gleich der Zahl der Ventile des rotierenden Gleichrichters ist, an weiche sie über Dioden enthaltende Kreise angeschlossen sind.

Ein Steuergenerator dieser Art ist aus dem Aufsatz »Kontaktlose Erregerschaltung einer elektrischen Maschine mit steuerbaren Siliziumzellen« von A. M. Rubenraudin der sowjetischen Zeitschrift »Elektricestvo« 1965, Nr. 5 oder aus der DT-OS 14 38 008 bekannt.

Nachteilig ist bei diesen bekannten Ausbildungen, daß zur Erzeugung der Steuerimpulse zusätzliche Einrichtungen entsprechend der Anzahl der zu steuernden Ventile notwendig sind, deren Platzbedarf den des Steuergenerators erreichen oder sogar übertreffen kann.

Es kommt hinzu, daß die Nutungsoberwellen des Ständerfeldes zu Schwingungen des Steuerimpulswinkels führen können und dadurch Selbstschwingungen im System Synchronmaschine —Regler—Steuergenerator—Gleichrichter hervorrufen.

Aus den genannten Gründen ist die Verwendung der bekannten Steuergeneratoren für leistungsstarke Maschinen mit mehr a'.s drei Phasen und Ventilen des rotierenden Gleichrichters problematisch.

Aufgabe der Erfindung ist es, unter Vermeidung der beschriebenen Nachteile einen Steuergenerator zu schaffen, bei dem besondere Baugruppen zur Erzeugung von Steuerimpulsen entbehrlich werden und dadurch den Platzbedarf zu verringern und die Steuergenauig-S keii zu erhöhen.

Ausgehend von einer Ausbildung der eingangs beschriebenen Art wird zur Lösung dieser Aufgabe erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die Erregerwicklungen des Ständers in Nuten verteilt und die

■ο Ankerwicklungen auf Polschenkel angeordnet sind, wobei deren Zahl gleich der Zahl der Erregerphasen oder gleich dem Produkt aus Phasenzahl und Polpaarzahl ist, wobei die Polschenkel derart bemessen sind, daß sie bei einer vorgegebenen Magnetisierungskraft

ι s des Ständers in die Sättigung gelangen.

Durch den Übergang in die Sättigung ergeben sich Steuerimpulse mit steiler Vorderflanke, die zur Ansteuerung der rotierenden Gleichrichter gut dienen können. Bei einem ausgeführten Turbogenerator von 200 MW

ίο Leistung bei einer Drehzahl von 3000 U/min mit einer Erregermaschine mit 10 Polen, 12 Phasen und 192 Thyristoren betrug die Frontsteilheit des Steuerimpulses 32 V/Grad und die Steuerleistung 0,1% von der Leistung der Erregermaschine.

Im Vergleich hierzu beträgt bei einer bekannten Ausbildung nach den veröffentlichten Daien für eine dreiphasige Erregermaschine mit einem rotierenden Gleichrichter aus drei Thyristoren die Frontsteilheit des Steuerimpulses nur 14 V/Grad und die Steuerleistung 1,6% von der Leistung der Erregermaschine.

Bei der vorgeschlagenen Ausbildung ist es zur Unterdrückung von Nutungsoberwellen und Beseitigung der hierdurch verursachten Fehler zweckmäßig, wenn der Läufer von einer Abschirmung aus einem elektrisch leitenden, unmagnetischen Werkstoff umschlossen ist.

Zur Erhöhung der mechanischen Festigkeit der Anordnung und damit der Betriebssicherheit ist es zweckmäßig, wenn die in tangentialer Richtung ausladenden Polköpfe des Ankers an Druckflanschen befestigt sind.

Die Erfindung wird nachfolgend durch die Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen mehrphasigen Steuergenerator für einen rotierenden Gleichrichter einer Synchronmaschine in zur Hälfte geschnittener Frontansicht;

F i g. 2 einen Längsschnitt des Steuergenerators nach Fig. 1;

F i g. 3 das elektrische Prinzipschaltbild dieses Steuergenerators.

Innerhalb des Ständers 1 mit den Erregerwicklungen 2 und 3 dreht sich der lameliierte Läufer 4. Die Zahl der Schenkelpole des Läufers 4 ist gleich oder beträgt ein Vielfaches der Phasenzahl der Erregermaschine, die den rotierenden Gleichrichter speist, zu dessen Steuerung der beschriebene Steuergenerator bestimmt ist.

Jeder Schenkelpol des Läufers 4 hat eine solche Form, daß sein dem Ständer zugewandter Kopf 5 eine größere Erstreckung in tangentialer Richtung aufweist und sein Schenkel 6 einen minimalen Querschnitt hat, der fertigungstechnisch und festigkeitsmäßig noch zulässig ist.

Auf die Schenkelpole sind die Ankerwicklungen 7 aufgebracht. Ihre Anzahl je Schenkelpol entspricht der Zahl der steuerbaren Ventile des rotierenden Gleichrichters.

Der Kern des Läufers 4 ist von einer Abschirmung 8

aus einem elektrisch leitenden unmagnetischen Material umschlossen.

Die Lamellen des Läufers 4 sind durch Druckflanschen 9 zusammengezogen. Die Druckflansche 9 haben den Polköpfen 5 zugeordnete Abschnitte, die an diesen durch Stiftschrauben 10 und Muttern 11 befestigt sind. Die Stiftschrauben 10 sind elektrisch gegen den Kern des Läufers 4 und die Druckflansche 9 isoliert oder aus einem Isolationswerkstoff hergestellt

Die PoJfcöpfe können an den Druckflanschen 9 auf jede andere geeignete Weise befestigt werden; man muß nur zur Verhinderung von Verlusten die Bildung von geschlossenen Stormkreisen um die Schenkelpole herum vermeiden.

Der Läufer 4 mit den Ankerwicklungen 7 ist beidseitig mittels Deckel 12 und 13 (F i g. 2) abgeschlossen, die zur Erhöhung der Betriebssicherheit aus einem Isolierwerkstoff bestehen.

Durch den Deckel 12 ragen die Anschlüsse 14 der Ankerwicklungen 7. Der ganze Läufer ist an der Welle der Erregermaschine oder, wie es in F i g. 2 dargestellt ist, auf einer Zwischenbuchse 15 montiert und durch Schrauben 16 und Muttern 17 zusammengezogen.

In F i g. 3 ist ein Beispiel der elektrischen Schaltung des Steuergenerators für eine fünfphasige, vierpolige Erregermaschine mit einer Gleichrichterbrücke aus zehn steuerbaren Ventilen (in Fig.3 ist en Ventil gezeigt) dargestellt Der Läufer hat fünf Schenkelpole, deren jeder zwei Wicklungen 7 trägt, so daß die Zahl der Ventile jeder Phase zwei beträgt

Jede der zwei Wicklungen 2 und 3 des Ständers des Steuergenerators weist dabei je vier Pole auf. Die Wicklungen 2 und 3 sind gegeneinander um 90 elektrische Grade versetzt

Zum besseren Schutz gegen Störeinflüsse ist im Stromkreis jeder Wicklung 7 der Steuerelektrode des Ventils 20 ein Spannungstabilisator 18 und eine Diode 19 vorgeschaltet

Ist die Phasenzahl der Erregermaschine um den Faktor zwei oder mehr als die Polzahl, so ist es vorteilhaft, den Läuferkern aus mehreren Unterkernen mit geringerer Zähnezahl in jedem auszubilden und diese längs der Drehachse anzuordnen (nicht dargestellt).

Die Wicklungen 2 und 3 können vorteilhaft mit sinusförmiger Verteilung der Windungen ausgeführt werden.

Bei von vorgegebenen Gleichströmen durchflossenen Wicklungen 2 und 3 wird eine sinusförmige längs de* Luftspalts des Steuergenerators verteilte Regeldurchflutung erzeugt. Ihre Winkellage ist vom Verhältnis der Ströme in den Wicklungen 2 und 3 abhängig.

Bei Drehung des Läufers wird in seinen Wicklungen 7 eine EMK der entsprechenden Phase induzierL Da die Pole des Läufers 4 einen in Tangentialrichtung weit ausladenden Polkopf 5, aber einen relativ dünnen Polschenkel 6 aufweisen, gerät der letztere schnell in die Sättigung, und der mit der Wicklung 7 verkettete, von der sinusförmigen Durchflutung des Ständers erzeugte Magnetfluß weist eine abgeflachte Kurvenform auf. Infolgedessen induziert dieser Magnetfluß in der Wicklung 7 eine spitzenförmige EMK. Die für die Steuerung des Ventils 20 nicht benötigte Halbwelle der EMK wird von der Diode 19; die Störeinflüsse und der flache Teil der ArbeitshalbweHe der EMK von dem Spannungstabilisator 18 abgeschnitten.

Bei der Änderung des Stromverhältnisses in den Wicklungen 2 und 3 ändert sich die räumliche Winkellage der resultierenden Durchflutung und somit die Phase des Steuerimpulses der EMK gegenüber der EMK des Erregers, d. h. es ändert sich der öffnungswinkel des gesteuerten Ventils 20.

Die Abschirmung 8 wird so gewählt daß die Nutungsoberwelien des Feldes des Ständers von den Wirbelströmen dieser Abschirmung gelöscht werden und in die Wicklung 7 nicht durchdringen und der Hauptmagnetnuß der Grundwelle nur unbedeutend geschwächt wird. Dadurch wird die Möglichkeit der Entstehung von Selbstschwingungen im geschlossenen System Synchronmaschine—Regler—Sieuergenerator—Gleichrichter vermieden.

Bei der Drehung des Läufers 4 werden die Polköpfe 5 von beträchtlichen Fliehkräften beansprucht Ein Tei! dieser Beanspruchung wird über die Befestigungsteile (Stiftschrauben 10 und Muttern 11) auf die Druckflansche 9 übertragen, wodurch die Polschenkel und -köpfe mechanisch entlastet werden. Dadurch sind der Kontruktion keine Grenzen bezüglich Leistung, Abmessungen und Drehzahl gesetzt

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Mehrphasiger Steuergenerator für den mit steuerbaren Ventilen aufgebauten rotierenden Gleichrichter in der Erregerspeisung einer Synchronmaschine mit elektrisch zueinander senkrecht angeordneten Erregerwicklungen auf dem Ständer, die jede eine Polzahl entsprechend der Polzahl der Drehstromerregermaschine der Synchronmaschine haben, und mit einem lameliierten Läufer, auf dessen Schenkelpclen die Ankerwicklungen aufgebracht sind, deren Zahl gleich der Zahl der Ventile des rotierenden Gleichrichters ist, an welche sie über Dioden enthaltende Kreise angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregerwicklungen (2; 3) des Ständers (1) in Nuten verteilt und die Ankerwicklungen (7) auf Polschenkel (6) angeordnet sind, wobei deren Zahl gleich der Zahl der Erregerphasen oder gleich dem Produkt aus Phasenzahl und Polpaarzahl ist, wobei die Polschenkel derart bemessen sind, daß sie bei einer vorgegebenen Magnetisierungskraft des Ständers (1) in die Sättigung gelangen.

2. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Läufer (4) von einer Abschirmung (8) aus einem elektrisch leitenden, unmagnetischen Werkstoff umschlossen ist.

3. Steuereinrichtung nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Polköpfe (5) des Ankers an Druckflanschen (9) befestigt sind.