DE2142982B2 - Anordnung zur Schnellentregung bürstenloser Synchronmaschinen, die über umlaufende ungesteuerte Gleichrichter erregbar sind - Google Patents
Anordnung zur Schnellentregung bürstenloser Synchronmaschinen, die über umlaufende ungesteuerte Gleichrichter erregbar sindInfo
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Description
7. Anordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 6 Dioden, die zudem bei Betrieb mit Erregung völlig
mit Speisung durch Gleichstrom über Gleichrichter, stromlos sind und nur während des Entregungsbedadurch
gekennzeichnet, daß der den Ständer- 60 triebes zeitweise einen, dem abklingenden Haupterwicklungen
(5, 10) zugeführte Gleichstrom durch regerstrom entsprechenden. Strom führen. Diese
zusätzliche Mittel (steuerbarer Parallelweg 16, 19) Wirkung wird dadurch erreicht, daß der Erregerstrom
fein regelbar ist. der Synchronmaschine über die Läuferwicklung der
Entregermaschine geführt wird. Eine Feldbildung
65 durch die Durchflutung dieser Läuferwicklung wäh-
In zunehmendem Maß werden Synchronmaschinen, rend des Erregungsbetriebes wird durch Kurzschließen
insbesondere Generatoren, über umlaufende Gleich- der mehrphasigen Ständerwicklung dieser Maschine
richter bürstenlos erregt. Die Gleichrichter sind dabei verhindert.
Gegenparallel zur Läuferwicklung der Entreger- gen der beiden Stromwandler 13 und 18 sind in Reihe
maschine liegt nur eine Diode, so daß der Erreger- geschaltet, so daß nur eine Drosselspule 14 und ein
strom der Haupterregerwicklung über die Läufer- Stromwandler 15 für die Summendurchflutung in bei-
wicklung der Entregermaschine fließen muß. Eine von den Stromwandlern 13 und 18 erforderlich sind. Ferner
der Entregermaschine bei Gleichstromerregung ihrer 5 ist noch eine aus zwei Thyristoren bestehende Ent-
Ständerwicklung in ihrer Läuferwiödung erzeugte regergegenbrücke 19 vorhanden, deren Mittelpunkt
Wechselspannung ist wegen der gegcaparallel liegenden mit dem Mittelpunkt einer Teilbrücke des Gleichrich-
Diode nur mit ihrer einen, dem Haupterregerstrom ent- ters 17 verbunden ist, wodurch dieser ebenfalls kurzge-
gegengerichteten Halbschwingung wirksam, so daß die schlossen, der Kurzschluß aber jederzeit wieder aufge-
Entregermaschine motorisch arbeitet und der Haupt- io hoben werden kann.
erregerwicklung Feldenergie entzieht. Die andere In der F i g. 1 sind die umlaufenden Teile, die keine
Halbschwingung der Spannung, die die gleiche Rieh- leitenden Verbindungen mit den feststehenden Teilen
tung aufweist wie der Strom, ist durch die gegenparal- aufweisen, durch das gestrichelte Rechteck 20 einge-
kl liegende Diode kurzgeschlossen, so daß sie der schlossen. Es sind dies die Teile 3,6,7, 9 und 11.
Haupterregerwicklung keine Energie von neuem wie- 15 Die Anordnung wirkt folgendermaßen: Für die Auf-
der zuführen kann. erregung der Synchronmaschine 1 wird die Ständer-
Die vom abklingenden Gleichstrom in der Ständer- wicklung 5derDrehstromerregermaschine4mitGleichwicklung
der Entregermaschine auch während des strom gespeist. Zu diesem Zweck werden die Thyristo-Entregungsbetriebes
ausgeübte Durchflutung wird von ren der Erregergegenbrücke 16 gesperrt, so daß der
der Durchflutung der Ständerwicklung unwirksam ge- ao Gleichrichter 12 die Ständerwicklung 5 mit einem lastmacht.
Da die Klemmen von zwei Phasen dauernd ver- abhängigen, eingeprägten Strom speist, der durch Anbunden
bleiben, ist im Ständer stets eine kurzgeschlos- Schnittsteuerung der Erregergegenbrücke 16 fein gesene
Querachse vorhanden, in der sich eine Wechsel- regelt werden kann, indem ein mehr oder weniger
strom-Quer-Gegendurchflutung ausbilden kann. Die großer Teil des vom Gleichrichter 12 gelieferten
Wechselstrom-Längs-Gegendurchflutung kann sich der 25 Stroms in den durch die Erregergegenbrücke 16 gef
ür die Entregung in der Ständerwicklung der Entreger- bildeten Kurzschluß geleitet wird. Während dieses Ermaschine
verursachten Gleichstrom-Längsdurchflutung regerbetriebes bleibt der Gleichrichter 17 (Gegenerreüberlagern.
Dies ist ohne weiteres möglich, wenn die gung) durch die dauernd gezündete Entregergegen-Gleichstrom-Längsdurchfiutung
mindestens gleich der brücke 19 kurzgeschlossen. Über 17 und 19 bleibt auch Amplitude der Wechselstrom-Längs-Gegendurchflu- 30 die Ständerlängsachse der Ständerwicklung 10 der
tung ist. Auf diese Weise stören sich die beiden Gleich- Entregermaschine 8 kurzgeschlossen. Für die vom
stromdurchflutungen im Läufer und im Ständer gegen- Haupterregerstrom in der Läuferwicklung 9 der Entseitig
nicht. Jede der beiden Maschinenteile erzeugt im regermaschine 8 verursachte Durchflutung können sich
anderen eine Wechselstromdurchftutung von Umdre- daher in der Ständerwicklung 10 in Längs- und Querhungsfrequenz,
die sich der vorhandenen Gleichstrom- 35 achse ungehindert Wechsgjstrom-Gegendurchflutungen
durchflutung überlagert. ausbilden, so daß jede unerwünschte Feldbildung in der
Im folgenden sei die Erfindung an Hand der in den Entregermaschine 8 bei Erregerbetrieb verhindert ist.
F i g. 1 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispiele näher Für die Entregung wird nun die Erregergegenbrücke
erläutert. 16 dauernd gezündet, so daß die Ständerwicklung 5
F i g. 1 zeigt eine Synchronmaschine 1 mit der Dreh- 40 kurzgeschlossen und unwirksam ist. Andererseits wird
stromständerwicklung 2 und der Haupterregerwick- gleichzeitig die Entregergegenbrücke 19 sofort ge-Iung3
im Läufer. Diese wird von der Drehstromerre- sperrt, und damit wird die Längsachse der Ständerwickgermaschine
4 synchroner Bauart mit der Ständer- lung 10 mit einem lastabhängigen, eingeprägten Gleichwicklung
5 und der Drehstromläuferwicklung 6 über strom voll beaufschlagt. Das sich in der Entregerden
umlaufenden ungesteuerten Erregergleichrichter 7 45 maschine 8 ausbildende Gleichfeld hat in der Läufererregt, wicklung 9 eine einphasige Wechselspannung zur
Als Entregermaschine 8 dient eine zweite Synchron- Folge, von der sich aber nur die dem Erregerstrom der
maschine mit der einphasigen Läuferwicklung 9 und Haupterregerwicklung 3 entgegengerichtete HaIbder
dreiphasigen Ständerwicklung 10. Die Ständer- schwingung auswirkt und diesen Strom zu verkleinern
wicklung 10 ist in Stern geschaltet, und zwei Klemmen 50 trachtet, d. h., der Haupterregerwicklung 3 wird Feldsind
dauernd kurzgeschlossen, so daß in den beiden energie entzogen und motorisch auf die Entregerzugehörigen
Phasen eine Kurzschlußqueiachse vorhan- maschine 8 übertragen, die sie mechanisch der Maschiden
ist. Die beiden Phasen bilden mit der dritten die nenwelle zuführt. Dabei tritt keine Wärmeentwicklung
Ständerlängsachse, in der bei Entregung eine Gleich- auf, da keine umlaufenden Widerstände vorhanden
stromdurchflutung erzeugt wird. Gegenparallel zur 55 sind.
Läuferwicklung 9 liegt die Diode 11. Nach einer Halbschwingung kehrt die Wechselspan-
Läuferwicklung 9 liegt die Diode 11. Nach einer Halbschwingung kehrt die Wechselspan-
Die Ständerwicklung 5 der Drehstromerreger- nung in der Läuferwicklung 9 ihr Vorzeichen um und
maschine 4 wird über einen Gleichrichter 12, einen würde nun treibend auf den Haupterregerstrom wir-Stromwandler
13, eine Drosselspule 14 und einen ken. Dies wird aber durch die gegenparallel geschaltete
Stromwandler 15 mit einem lastabhängigen, einge- 60 Diode 11 verhindert, die diese Halbschwingung kurzprägten
Strom gespeist. Durch eine aus zwei Thyristo- schließt. Über die Diode 11 kann sich aber nur die der
ren bestehende Erregergegenbrücke 16, deren Mittel- Gleichstromlängsdurchflutung der Ständerwicklung 10
punkt mit dem Mittelpunkt einerTeilbrückedesGleich- entsprechende Haioschwingung der Läufergegendurchrichters
12 verbunden ist, kann dieser kurzgeschlossen, flutung schließen. Denn der Strom der Haupterreger
aber auch jederzeit wieder wirksam gemacht werden. 65 wicklung 3 ist ja dieser zunächst noch eingeprägt und
Ebenso kann die Ständerwicklung 10 der Entreger- nimmt entsprechend der Höhe der Gegenspannung
maschine 18 ebenfalls mit einem lastabhängigen, einge- während der wirksamen Halbschwingung ab, er kann
prägten Strom beaufschlagt werden. Die Erstwicklun- sich daher nicht über die Diode 11 schließen. Dagegen
kann sich zu der vom abklingenden Gleichstrom der Haupterregerwicklung 3 in der Läuferwicklung 9 erzeugten
Durchflutung in der Ständerwicklung 10 in beiden Achsen eine Wechselstrom-Gegendurchflutung
ausbilden, wie dies oben schon beschrieben ist, in der Querachse über die beiden dauernd kurzgeschlossenen
Phasen, in der Längsachse durch Überlagerung der Wechselstrom-Gegen-Längsdurchflutung über die vom
Gleichrichter 17 verursachte Gleichstrom-Längsdurchflutung, was immer möglich ist, solange diese nicht
kleiner als die Amplitude jener ist.
Es kann unter Umständen zweckmäßig sein, die Zeitkonstanten der Erregerwicklung 5 der Drehstromerregermaschine
4 und die Ständerwicklung 10 der Erregermaschine 8 durch zusätzliche Widerstände zu
verkleinern. Werden die Wicklungen 5 bzw. 10 mit Gleichstrom über die Gleichrichter 12 bzw. 17 gespeist,
so kann dieser Strom durch einen gesteuerten Parallelweg oder durch andere zusätzliche Mittel fein
geregelt werden. Insbesondere können dazu die Gegenbrücken 16 bzw. 19 ausgenutzt werden.
Bei einer Anordnung nach F i g. 1 wird in der Läuferwicklung 9 der Entregermaschine 8 nur eine Halbschwingung
der erzeugbaren Einphasen-Wechselspannung ausgenutzt. Man kann die Ausnutzung verbessern,
wenn man, wie in F i g. 2 dargestellt, eine zweite Läuferwicklung 21 vorsieht, die gegen die Läuferwicklung
9 um 90° versetzt und mit ihr in Reihe geschaltet ist. Durch eine gegenparallel geschaltete Diode 22 wird
auch hier die Halbschwingung der Spannung kurzgeschlossen, die treibend auf den Strom der Haupterregerwicklung
3 wirken würde.
In F i g. 3 sind die beiden mit den Läuferwicklungen 9 und 21 erhältlichen Spannungszeitflächen und
ihre Summe dargestellt, die einem zugehörigen Feidabbau in der Haupterregerwicklung 3 entspricht. Die
Spannungszeitflächen sind die gleichen wie bei einer gleichgerichteten Einphasenwechselspannung. Demgemäß
beträgt der auf eine Periode bezogene Mittelwert Ub(mit) der Entregerspannung aus beiden Wicklungen
Ub{mit) =
{mat) = * Ubieff) (1)
— |/2 , in der nach F i g. 1 bedeckt eine Spulenseite ^ · τρ, und der Zonenfaktor hat den Wert
3 V 3
— · L- . Es beträgt demnach das Verhältnis
Vb max) — Höchstwert und Ub(eff) = ^ · Ubimax) -"=
Effektiv wert der Spannung einer der Läuferwicklungen 9 oder 21 in der Atiordnung nach F i g. 2.
für die auch der Bei buchstabe b gilt. l/t <
<■//> = 12-
Uh(eff) = geometrische Summenspannung der beiden
Wicklungen und Maß für deren Spannungsbeanspruchung.
Aus F i g. 4 sind dagegen die Spannungszeitfläche und der Mittelwert der Spannung Ua(mU) ersichtlich,
die man mit einer Anordnung nach F i g. 1 (Beibuchstabe a) erhält:
Ua(mit) — — - Ua (mar) — — ' Ua(tff) (2)
71 JT
Um den Aufwand der beiden verschiedenen Ausführungsbeispiele zu vergleichen, muß man berücksichtigen,
daß Spulenseitenbreite und Zonenfaktoren in beiden Fällen unterschiedlich sind. Bei der Anordnung
nach F i g. 2 erstreckt sich eine Spulenseite über eine halbe Polteilung τρ, und der Zonenfaktor beträgt
2 3 1/3
— · T„ -i
— · T„ -i
3 π 2
) = 0,8175
2
-
-
ti
= 1/1,5 = 1,226 oder
(3)
Setzt man die Gleichung (3) in (1) ein, so ergibt sich
UnmU) = - · 0,8175 · Ualeff) (4)
ao Außerdem ergibt sich aus den Gleichungen (2) und (4):
UbimU) = 2 · 0,8175 · Uaimit) = 1,635 · i/„(m«, (5)
Dies bedeutet, daß man mit der Anordnung nach as F i g. 2 mit dem gleichen Modell 53,5 % mehr Entregerspannung
erhält als mit der Anordnung nach F i g. 1. Für das Verhältnis der Leistungen gilt unter Verwendung
der Gleichung (3):
N± _ 2-I/twn -Ie _ 2 ■ 0,8175 · Ua Mf) · h
Na Ua (eff) · h Ua {eff) · h
oder
Nb - 1,635 · Na
d. h., im Fall a (F i g. 1) müßte die Entregermaschine um 63,5% größer werden, um die gleiche Leistung zu
erzielen wie im Fall b (F i g. 2).
Statt der zwei um 90° versetzten Läuferwicklungen könnte man auch mehrere unter einem entsprechenden
Winkel in Reihe geschaltete Wicklungen mit je einer Gegenparalleldiode, z. B. drei unter 120°, verwenden.
Sowohl die Erregermaschine 4 als auch die Entregermaschine 8 können mit kleinem Kurzschlußverhältnis
ausgeführt werden, weil ja nur je ihren Ständerwicklangen zugeführte Gleichstromenergie in ihren Läuferwicklungen
verstärkt auftreten soll. Der Verstärkungsgrad ist um so größer und die Abmessungen der Maschinen
sind um so kleiner, je kleiner die für die Feldbildung
in beiden Maschinen benötigte Energie ist. Bei dei Entregermaschine 8 kommt hinzu, daß der Kurzschlußstrom
über die Dioden 11 und 22 während der betreffenden Halbschwingungen um so kleiner ist, je kleinei
das Kurzschlußverhältnis ist. Ferner ist bemerkenswert daß die von der Entregermaschine 8 in den Läuferkreis
der Synchronmaschine eingeführte Gegenspannung nicht nur dem Erreserstrom der Haupterreger·
wicklung 3, sondern auch einer vom abklingenden FeIc
der Erregermaschine 4 etwa noch in den Läuferkreis ge lieferten treibenden Spannungen entgegenwirkt. Ebensc
f>o wirkt beim Übergang auf Erregerbetrieb die von de
Erregermaschine 4 gelieferte Spannung der vom ab klingenden Feld der Entregermaschine 8 etwa nocl
herrührenden Gegenspannung entgegen, so daß de Feldanstieg in der Haupterregerwicklung 3 dadurcl
nicht beeinträchtigt wird und zusätzliche Entregungs maßnahmen im Ständerkreis der beiden Maschinen
und 8 nicht unbedingt erforderlich sind.
Es ist auch möglich, die im Ständer befindlichen Ei
regerwicklungen der Erregermaschine und der Entregermaschine
dreiphasig auszuführen und sie mit Drehstrom zu speisen, so daß die Maschinen demnach
asynchrone Bauart aufweisen. Ferner können beide Maschinen zu einer sogenannten Doppelfeldmaschine
vereinigt werden, wobei die Wicklungen der einen
Maschine, z. B. vierpolig und die der andei schine achtpolig ausgeführt werden, so daß
gegenseitig nicht beeinflussen. Der gemeinsam« tische Kreis wird stets nur vom Fluß einer Λ
beansprucht, weil die eine Maschine spannun wenn die andere Spannung führt, und umgeh
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (6)
- ι 2* an die Läuierwicklung einer Drehstromerregei Patentansprüche: maschine synchroner oder asynchroner Bauart ange * J Anordnung zur Schnellentregung bürstenloser schlossen, deren Ständerwicklung mit Gleichstrom Synchronmaschinen, die über umlaufende, unge- oder Drehstrom mit oderohne einen lastabhängigen Er steuerte Gleichrichter und die Läuferwicklung einer 5 regerstromanteil gespeist wird. Auch umlaufende Um mit der Synchronmaschine gekuppelten und im spanner sind schon dafür verwendet worden (vgl tStänder erregten Drehstromerregermaschine syn- W. B ö η i η g: »Selbsterregte Synchrongeneratorei chroner oder asynchroner Bauart erregbar sind, mit Störgrößenaufschaltung«, Siemens-Zeitschrift Nr.4: dadurch gekennzeichnet, daß mit [1969], S. 465/472). Man kann mit solchen ungesteuer der Synchronmaschine eine zweite Drehstromerre- io teu, umlaufenden Gleichrichtern das Feld der Syn germaschine (8) von gleicher Bauart wie die erste chronmaschine sehr schnell aufbauen, weil die gleich (4) gekuppelt ist, die als Entregermaschine wirkt gerichtete Erregerspannung in voller Höhe an dei und deren mehrphasige Ständerwicklung (10) bei Erregerwicklung (Haupterregerwicklung) auftritt. Be Erregerbetrieb kurzgeschlossen ist, bei Entreger- der Entregung kann man dagegen mit ungesteuerter betrieb dagegen mit Gleichstrom oder Drehstrom 15 Gleichrichtern keine negativen Spannungen an dit speisbar ist, während ihre Läuferwicklung (9) ein- Erregerwicklung anlegen, so daß das Feld nur langsam achsig ausgeführt und mit de»- Erregerwicklung (3) nach der verhältnismäßig großen Leerlaufzeitkonstander Synchronmaschine (1) in Reihe geschaltet ist, ten der Haupterregerwicklung abklingt. Man kann und daß gegenparallel zu ihr eine Diode (11) liegt, zwar eine schnelle Entregung dadurch erreichen, daß die bei Entregung die treibend auf den Erreger- 20 man die umlaufenden Gleichrichter als Thyristoren strom der Synchronmaschine (1) wirkende Halb- ausführt, die man für die Entregung in den negativen schwingung der in der Läuferwicklung (9) durch die Spannungsbereich steuert (vgl. deutsche Auslege-Ständerwicklung (10) erzeugten Wechselspannung schrift 1149 099). Doch erfordert dies einen beträchtkurzschließt, während sich die dem Erregerstrom liehen Aufwand, weil alle Zweige der Gleichrichterentgegengerichtete andere Halbschwingung voll as brücke mit Thyristoren bestückt und auch die Steuerauswirkt, impulse auf den umlaufenden Teil übertragen werden
- 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch ge- müssen.kennzeichnet, daß eine oder mehrere Wicklungen Die vorliegende Erfindung zeigt nun, wie man trotz(21) mit je einer Gegenparalleldiode (22) mit der Beibehaltung des ungesteuerten ErregergleichrichtersLäuferwicklung (9) der Entregermaschine (8) in 30 eine schnelle Entregung erreicht, ohne daß Steuerim-Reihe liegen, deren Wicklungsachsen entsprechend pulse auf den umlaufenden Teil übertragen werden müs-der Zahl der Wicklungen gegen die Achse der sen. Dazu ist eine Anordnung zur Schnellentregungersten Wicklung (Läuferwicklung 9) versetzt sind. bürstenloser Synchronmaschinen, die über umlaufende
- 3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch ge- ungesteuerte Gleichrichter und die Läuferwicklung kennzeichnet, daß eine um 90° gegen die erste 35 einer mit der Synchronmaschine gekuppelten und im Wicklung versetzte Wicklung (21) vorhanden ist, Ständer erregten Drehstromerregermaschine synchrozu der eine Diode (22) gegenparallel geschaltet ner oder asynchroner Bauart erregbar sind, gemäß der ist. Erfindung so ausgebildet, daß mit der Synchron-
- 4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 maschine eine zweite Drehstromerregerma.schine von bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ständer- 40 gleicher Bauart wie die erste gekuppelt ist, die als Entwicklungen (5, 10) der beiden Drehstromerreger- regerrnaschine wirkt und deren mehrphasige Ständermaschinen (4, 8) mit Gleichstrom oder mit Dreh- wicklung bei Erregerbetrieb kurzgeschlossen ist, bei strom speisbar sind. Entregerbetrieb dagegen mit Gleichstrom oder Dreh-
- 5. Anordnung nach Anspruch 4, wobei den strom speisbar ist, während ihre Läuferwicklung einErregerwicklungen in bekannter Weise eingeprägte 45 achsig ausgeführt und mit der Erregerwicklung der Ströme mit einem lastunabhängigen und einem Synchronmaschine in Reihe geschaltet ist, und daß lastabhängigen Stromanteil zugeführt werden, da- gegenparallel zu ihr eine Diode liegt, die bei Entregung durch gekennzeichnet, daß jeweils nur eine die treibend auf den Erregerstrom der Synchronder beiden Ständerwicklungen (5, 10) mit einge- maschine wirkende Halbschwingung der in der Läuferprägtem Strom gespeist wird und beide Ständer- 50 wicklung durch die Sländerwicklung erzeugten Wechwicklungen (5, 10) beim Überschauen kurzzeitig selspannung kurzschließt, während sich die dem Erin Parallelschaltung an der gleichen, den eingepräg- regerstrom entgegengerichtete andere Halbschwingung ten Strom liefernden Stromquelle liegen. voll auswirkt.
- 6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch ge- Für eine wirksame Schnellentregung wird also eine kennzeichnet, daß die Zeitkonstanten der beiden 55 zweite, ebenfalls mit der Synchronmaschine gekuppelte Ständerwicklungen (5,10) durch zusätzliche Wider- Drehstromerregermaschine benötigt, die als. Entregerstände verkleinert sind. maschine wirkt und außerdem noch eine oder mehrere
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