DE2142982C3

DE2142982C3 - Anordnung zur Schnellentregung bürstenloser Synchronmaschinen, die über umlaufende ungesteuerte Gleichrichter erregbar sind

Info

Publication number: DE2142982C3
Application number: DE19712142982
Authority: DE
Inventors: Hermann Dr. 1000 Berlin Harz
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1971-08-23
Filing date: 1971-08-23
Publication date: 1975-04-10
Also published as: DE2142982B2; JPS5232041B2; FR2150322A1; DE2142982A1; JPS4830009A; GB1396579A; CH537665A; FR2150322B1; SE373708B

Description

Gegenparallel zur Läuferwicklunß 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 for die Summendurchflutung in beiwicklung 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-Ständerwici.Sung in ihrer Läuferwicklung erzeugte regergegenbrücke 19 vorhanden, deren Mittelpunkt Wechselspannung ist wegen der gegenparallel liegenden mit dem Mittelpunkt einer Teilbrücke des Gleichrich-Diode nur mit ihrer einen, dem Haupterregerstrom ent- ters 17 verbunden ist, wodurch dieser ebenfalls kurzgegegengerichteten 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 lung aufweist wie der Strom, ist durch die gegenparal- aufweisen, durch das gestrichelte Rechteck 20 einge-IeI 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 Aufder zuführen kann. erregung der Synchronmaschine 1 wird die Ständer-

Die vom abklingenden Gleichstrom in der Ständer- wicklung SderDrehsfromerregermaschine^itGleichwicklung 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- ae 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 sirh der »5 Stroms in den durch die Erregergegenbrücke 16 gefür 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-Längsdurchflutung 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 stromdurchflutjngen im LäuFer und im Ständergegen- Haupterregerstrom in der Läuferwicklung9 der Entseitig nicht. Jede der beiden Maschinenteile erzeugt im regermaschine 8 verursachte Durchflutung können sich anderen eine Wechselstromdurchflutung von Umdre- daher in der Ständerwicklung 10 in Längs- und Querhungsfrequenz, die sich der vorhandenen Gleichstrom- 35 achse ungehindert Wechselstrom-Gegendurchflutungen durchflutung überlagert. ausbilden, so daß jede unerwünschte Feldbildung in der

Im folgenden sei die Erfindung an Hand der in den EntregeiiHcisrhine8 bei Erregerbetrieb verhindert ist. F i g. 1 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispiele näher Für die Entregung wird nun die F.rregergegenbrücke

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 Fntregergegenbrücke 19 sofort gelung 3 im Läuier. Diese wird von der Drehstromerre- sperrt. <jⁿ<\ 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 F.ntregerden 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 avf die Fntregerzugehörigen Phasen eine Kurzschlußquerachse 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-

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 U 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 Halbschwingung 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

5 6

kann sich zu der vom abklingenden Gleichstrom der 2 . ρ _{in der nach F} . _{{ bedeckt eine s} ,_en_

Haupterregerwicklung 3 in der Lauferwicklung 9 er- η ' ^a

zeugten Durchflutung in der Ständerwicklung IO in 2 . _{und def Zonenfaktor hat den Wert}

beiden Achsen eine Wechselstrom-Gegendurchnutung 3

ausbilden, wie dies oben schon beschrieben ist, in der 5 3_. p_ _Es ^ _{demnach das Verhähnis}

Querachse über die beiden dauernd kurzgeschlossenen π 2

Phasen, in der Längsachse durch Überlagerung der 2 3 I/3

Wechselstrom-Gegen-Längsdurchflutung über die vom · x_v — · I—

Gleichrichter 17 verursachte Gleichstrom-Längsdurch- U" («//) _ \ ^ \_ _ y.—, _ ^ 226 oder

fiutung, was immer möglich ist, solange diese nicht 10 Ubiern 1 2

kleiner als die Amplitude jener ist. " · τ_ρ · — · j/2

Es kann unter Umständen zweckmäßig sein, die ^π

Zeitkonstanten der Erregerwicklung 5 der Drehstrom- i/_tl„,-nuns // η*

erregermaschine 4 und die Ständerwicklung 10 der ^u"_Mn - ^m u_aWf) U»)

Entregermaschine 8 durch zusätzliche Widerstände zu 15 Setzt man die Gleichung (3) in (1) ein, so ergibt

verkleinern. Werden die Wicklungen 5 bzw. 10 mit sich

Gleichstrom über die Gleichrichter 12 bzw. 17 ge- 4

speist, so kann dieser Strom durch einen gesteuerten UtimU) = — -0,8175 · t/_O(«//) (4)

Parallelweg oder durch andere zusätzliche Mittel fein ^π

geregelt werden. Insbesondere können dazu die Gegen- 20 Außerdem ergibt sich aus den Gleichungen (2)

brücken 16 bzw. 19 ausgenutzt werden. und (4):

Bei einer Anordnung nach F i g. 1 wird in der Lau- ,, —on ans 11 1 ai<; η is\

r · 1 . « j ι- . ι_· ο Ii it. Ub(mtt) — Z ·υ,81/.5 · t/₀(mii) = 1,635 · Uaimil) (P)

ferwicklung9 der Entregermaschine 8 nur eine Halb- »»««n m..w

schwingung der erzeugbaren Einphasen-Wechselspan- Dies bedeutet, daß man mit der Anordnung nach

nung ausgenutzt. Man kann die Ausnutzung verbessern, as F i g. 2 mit dem gleichen Modell 63,5 % mehr Entregerwenn man, wie in F i g. 2 dargestellt, eine zweite Lau- spannung erhält als mit der Anordnung nach F i g. 1. ferwicklung 21 vorsieht, die gegen die Läuferwick- Für das Verhältnis der Leistungen gilt unter Verwenlung 9 um 90° versetzt und mit ihr in Reihe geschaltet dung der Gleichung (3):
ist. Durch eine gegenparallel geschaltete Diode 22 wird _Nb _2-U_{b (eff)} ■ I_e 2 · 0,8175 · U_{a {cff)} ■ U

auch hier die Halbschwingung der Spannung kurzge- 30 ~ ~ ~ --— =

schlossen, die treibend auf den Strom der Haupter- ^{Na u}"Wf)" '« Vaiefn · h

regerwicklung 3 wirken würde. oder

In F i g. 3 sind die beiden mit den Läuferwicklun- yy_h _ | ^35 . fj ,^\

gen 9 und 21 erhältlichen Spannungszeitflächen und ' ^a

ihre Summe dargestellt, die einem zugehörigen Feld- 35 d. h., im Fall a (F i g. 1) müßte die Entregermaschine abbau in der Haupterregerwicklung 3 entspricht. Die um 63,5% größer werden, um die gleiche Leistung zu Spannungszeitflächen sind die gleichen wie bei einer erzielen wie im Fall b (F i g. 2).
gleichgerichteten Einphasenwechselspannung. Demge- Statt der zwei um 90° versetzten Läuferwicklungen

maß beträgt der auf eine Periode bezogene Mittelwert könnte man auch mehrere unter einem entsprechenden Ub(mit) der Entregerspannung aus beiden Wicklungen 40 Winkel in Reihe geschaltete Wicklungen mit je einer

Gegenparalleldiode, z. B. drei unter 120°, verwenden.

2 4 Sowohl die Erregermaschine 4 als auch die Entreger-

Ubmii) = · Ub(max) = · Ubieff) U) maschine8 können mit kleinem Kurzschlußverhältnis

^{π π} ausgeführt werden, weil ja nur je ihren Ständerwick-

j 45 iungen zugeführte Gleichstromenergie in ihren Läufer-

Ub max) = Höchstwert und UbMf) ^r= ₂ " ^» (»»«*> ~ wicklungen verstärkt auftreten soll. Der Verstärkungsgrad ist um so größer und die Abmessungen der Maschi-

Effektivwert der Spannung einer der Läuferwick- nensind um so kleiner, je kleiner die für die Feldbildung Iungen 9 oder 21 in der Anordnung nach F i g. 2, in beiden Maschinen benötigte Energie ist. Bei der für die auch der Beibuchstabe b gilt. U_b <*//> = }/2- 50 Entregermaschine 8 kommt hinzu, daß der Kurzschluß- Ubieff) = geometrische Summenspannung der beiden strom über die Dioden U und 22 während der ^-etref-Wicklungen und Maß für deren Spannungsbeanspru- fenden Halbschwingungen um so kleiner ist, je kleiner chung. das Kurzschlußverhältnis ist. Ferner ist bemerkenswert,

Aus F i g. 4 sind dagegen die Spannungszeitfläche daß die von der Entregermaschine 8 in den Läuferund der Mittelwert der Spannung £/„<»,«) ersichtlich, 55 kreis der Synchronmaschine eingeführte Gegenspandie man mit einer Anordnung nach F i g. 1 (Beibuch- nung nicht nur dem Erregerstrom der Haupterregerstabe a) erhält: wicklung 3, sondern auch einer vom abklingenden Feld

der Erregermaschine 4 etwa noch in den Läuferkreis ge-

1 2 lieferten treibenden Spannungen entgegenwirkt. Ebenso

Ua(mtt) ^- · Uaimax) - - * Ua(eff) (2) 60 wirkt beim Übergang auf Erregerbetrieb die von der

Erregermaschine 4 gelieferte Spannung der vom abklingenden Feld der Entregermaschine 8 etwa noch

Um den Aufwand der beiden verschiedenen Aus- herrührenden Gegenspar.nung entgegen, so daß der führungsbeispiele zu vergleichen, muß man berück- Feldanstieg in der Haupterregerwicklung 3 dadurch sichtigen, daß Spulenseitenbreite und Zonenfaktoren 65 nicht beeinträchtigt wird und zusätzliche Entregungsin beiden Fällen unterschiedlich sind. Bei der Anord- maßnahmen im Ständerkreis der beiden Maschinen 4 nung nach F i g. 2 erstreckt sich eine Spulenseite über und 8 nicht unbedingt erforderlich sind,
eine halbe Polteilung t>, und der Zonenfaktor beträgt F.s ist auch möglich, die im Ständer befindlichen Fr-

regerwicklungen der Erregermaschine und der Erregermaschine 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 anderen Maschine achtpolig ausgeführt werden, so daß sie sich gegenseitig nicht beeinflussen. Der gemeinsame magnetische Kreis wird stets nur vom Fluß einer Maschine beansprucht, weil die eine Maschine spannungslos ist, wenn die andere Spannung führt, und umgekehrt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

an die Läuferwicklung einer Drehstromerreger-Patentanspruche: maschine synchroner oder asynchroner Bauart «inge-

1. Anordnung zur Schnellentregung bürstenloser schlossen, deren Ständerwicklung mit Gleichstrom Synchronmaschinen, die über umlaufende, unge- oder Drehstrom mit oderohne einen lastabhängigen Ersteuerte Gleichrichter und die Läuferwicklung einer 5 regerstromanteil gespeist wird. Auch umlaufende Ummit der Synchronmaschine gekuppelten und im spanner sind schon dafür verwendet worden (vgl. Ständer erregten Drehstromerregermaschine syn- W. Böning: »Selbsterregte Synchrongeneratoren chroner oder asynchroner Bauart erregbar sind, mit Störgrößenaufschaltung«, Siemens-Zeitschrift Nr.43 dadurch gekennzeichnet, daß mit [1969], S. 465/472). Man kann mit solchen ungesteuerder Synchronmaschine eine zweite Drehstromerre- 10 ten, umlaufenden Gleichrichtern das Feld der Syn-

. germaschine 0) von gleicher Bauart wie die erste chrcnmaschine sehr schnell aufbauen, weil die gleich-(4) gekuppelt ist, d)e als Entregermaschins wirkt gerichtete Erregerspannung in voller Höhe an der und deren mehrphasige Ständerwicklung (10) bei Erregerwicklung (Haupterregerwicklung) auftritt. Bei Erregerbetrieb kurzgeschlossen ist, bei Entreger- der Entregung kann man dagegen mit ungesteuerten betrieb dagegen mit Gleichstrom oder Drehstrom 15 Gleichrichtern keine negativen Spannungen'an die ipeisbar ist, während ihre Läuferwicklung (9) ein- Erregerwicklung anlegen, so daß das Feld nur langsam achsig ausgeführt und mit der 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 1 149 099). Doch erfordert dies einen beträchtkurzschließt, während sich die dem Erregerstrom liehen Aufwand, weil alle Zweige der Gleichrichtercntgegengerichtete andere Halbschwingung voll »5 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 odei mehrere Wicklungen Die vorliegende Erfindung zeigt nun, wie man trotz

(21) mit je einer Gegenparalleldiode (22) mit der Beibehaltung des ungesteuerten Erregergleichrichters Läuferwicklung (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 Schnellentregung ersten 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 Drehstromerregermaschine von bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ständer- 4° gleicher Bauart wie die erste gekuppelt ist, die als Entwicklungen (5, 10) der beiden Drehstromerreger- regermaschine wirkt und deren menrphasige Ständermaschinen (4, 8) mit Gleichstrom oder mit Dreh- wicklung bei Erregerbetrieb kurzgeschlossen ist, bei strom speisbar sind. Entregerhetrieb 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 Erregersiiom der Synchronder beiden Ständerwicklungen (5, 10) mit einge- maschine wirkende Halbschwingung der in der Läuferprägtem Strom gespeis' wird und beide Ständer- 5° wicklung durch die Ständerwicklung erzeugten Wechwicklungen (5, 10) beim Überschalten kurzzeitig selspannung kurzschließt, während sich die dem Erin Parallelschaltung a:i 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

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 Entregungsbe· dadurch gekennzeichnet, daß der den Ständer- 60 triebes zeitweise einen, dem abklingenden Haupter wicklungen (5, 10) zugeführte Gleichstrom durch regerstrom entsprechenden, Strom führen. Dies< zusätzliche Mittel (steuerbarer Parallelweg 16, 19) Wirkung wird dadurch erreicht, daß der Erregerstrorr fein regelbar ist. der Synchronmaschine über die Läuferwicklung dei

Entregermaschine geführt wird. Eine Feldbildunj

65 durch die Durchflutung dieser Läuferwicklung wäh

In zunehmendem Maß werden Synchronmaschinen, rend des Erregungsbetriebes wird durch Kurzschließet insbesondere Generatoren, über umlaufende Gleich- der mehrphasigen Ständerwicklung dieser Maschini richter bürstenlos erregt. Die Gleichrichter sind dabei verhindert.