DE2258284C3

DE2258284C3 - Arrangement for contactless excitation of a synchronous generator

Info

Publication number: DE2258284C3
Application number: DE19722258284
Authority: DE
Inventors: Siegfried Dipl.-Ing. 7400 Tübingen Steinhilber
Original assignee: Himmelwerk AG, 7400 Tübingen
Filing date: 1972-11-29
Publication date: 1977-03-17

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur kontaktlosen Erregung eines Synchrongenerators über einen asynchronen Wechselstroin-Induktionswandler mit drei-phasiger Läuferwickiung, die d-e Läufererregerwicklung des Synchrongencrators über umlaufende Gleichrichter speist.The invention relates to an arrangement for contactless excitation of a synchronous generator an asynchronous alternating current induction converter with three-phase rotor winding, the d-e rotor excitation winding of the synchronous generator feeds via rotating rectifiers.

Erregeranordnungen dieser Art sind bekannt (FR-PS 10 41 825 und DT-PS 9 67 711). Sie haben wegen der geringen Welligkeit des Erregerstromes, die ihre Ursache in der drei-phasigen Ausführung der die Läufererregerwicklung des Synchrongenerators, speisenden Läuferwicklung der Erregermaschine hat, ihren besonderen Vorzug.Exciter arrangements of this type are known (FR-PS 10 41 825 and DT-PS 9 67 711). You have because of the low ripple of the excitation current, which is caused by the three-phase design of the The rotor excitation winding of the synchronous generator, the feeding rotor winding of the excitation machine has its special privilege.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht generell darin, für eine kontaktlose drei-phasige Erregung von Synchrongeneratoren einen besonders einfachen und billigen Aufbau des Aggregats zu finden, der auch eine elektronische Regelung mit einfachen Mitteln ermöglicht. Mit der elektronischen Regelung kann erreicht werden, daß die Sekundärspannung des Synchrongenerators im gesamten Nennlastbereich konstant bleibt.The object on which the invention is based is generally, for a contactless three-phase Excitation of synchronous generators to find a particularly simple and cheap structure of the unit, which also enables electronic control with simple means. With the electronic control can be achieved that the secondary voltage of the synchronous generator in the entire rated load range remains constant.

Gemäß der Erfindung wird die vorstehende Aufgabe durch die Auswahl der bekannten Erregeranordnung der eingangs genannten Art unter einer Vielzahl anderer im Stande der Technik verfügbarer Möglichkeiten und in Verbindung hiermit durch das weitere Merkmal gelöst, daß die Ständerwicklung des Wechselstrom-lnduktionswandlers ein-phasig mit Betriebskondensator ausgeführt ist. Bei den bekannten Erregeranordnungen der eingangs genannten Art ist die Ständerwicklung des Wechselstrom-Induktionswandlers hingegen in gleicher Weise wie die Läufer-Wicklung drei-phasig gestaltet.According to the invention, the above object is achieved through the selection of the known exciter arrangement of the type mentioned at the outset among a large number of other options available in the prior art and solved in connection with this by the further feature that the stator winding of the AC induction converter is single-phase with an operating capacitor. With the known exciter arrangements of the type mentioned is the stator winding of the AC induction converter however, three-phase in the same way as the rotor winding.

Die Erfindung, erbringt den Vorteil, daß für die Regelung der Ausgangsspannung des Synchrongenerator ein Regler mit einem nur einphasigen Leistungsteil benutzt werden kann. Dieser erfordert einen weitaus geringeren Aufwand als ein Regler mit mehrphasigem Leistungsteil, der bei den bekannten Erregeranordnungen der eingangs geschilderten Art benutzt werden müßte, wenn man sich der im Stande der Technik vorhandenen Möglichkeiten der vorteilhaften dreiphasigen Erregung bedienen möchte. Hinzu kommt, daß bei der erfindungsgemäßen Anordnung nur ein Teil der Erregerleistung elektrisch aufgebracht werden muß, was die einfache Gestaltung des Reglers weiter begünstigt Zwar ist es bekannt, daß bei einem normal ausgebildeten Induktionswandler, dessen Antrieb gegen das Drehfeld des Ständers erfolgt, ein Teil der Erregerleistung vom mechanischen Antrieb geliefert wird, doch bleibt für die Erfindung noch das Verdienst, erkannt zu haben, daß dieser Vorteil auch für einen Regler mit einem nur einphasigen Leistungsteil benutzt werden kann, wenn die Erregeranordnung gemäß der Erfindung gestaltet wird.The invention has the advantage that for regulating the output voltage of the synchronous generator a controller with a single-phase power unit can be used. This requires a lot less effort than a regulator with a multi-phase power unit, which is the case with the known exciter arrangements of the type described above would have to be used if one is familiar with the state of the art would like to use existing possibilities of advantageous three-phase excitation. In addition, at the arrangement according to the invention only part of the excitation power has to be applied electrically, which further favors the simple design of the controller Although it is known that with a normal trained induction converter, whose drive takes place against the rotating field of the stator, part of the Excitation power is supplied by the mechanical drive, but the merit still remains for the invention to have recognized that this advantage is also used for a controller with only a single-phase power unit can be if the exciter arrangement is designed according to the invention.

Auch oie einphasige Ausführung der Ständerwickiung ist für sich bereits bekannt, und zwar in Verbindung mit Induktionsmotoren. Bei diesen erfüllt sie den völlig anderen Zweck der Schaffung eines stlbstanlaufenden Wechselstrom- Induktionsmotors.The single-phase version of the stator winding is also known per se, in conjunction with Induction motors. With these it fulfills the completely different purpose of creating a self-starting AC induction motor.

Die vorstehend geschilderten, mit der Erfindung gewonnenen Vorteile werden ohne Inkaufnahme von Nachteilen erreicht. Es wird im Gegenteil sogar der Aufbau der Erregermaschine im ganzen vereinfacht.The advantages described above, obtained with the invention are achieved without accepting Disadvantages achieved. On the contrary, it even simplifies the structure of the exciter as a whole.

Synchrongeneratoren sind seit Jahrzehnten bekannt, und mit ihnen auch die verschiedensten Erregeranordnungen. Des weiteren besteht seit langer Zeit der Bedarf, eine Erregeranordnung zu schaffen, die mit einfachen Mitteln eine schnell ansprechende elektronische Regelung der Erregung auch großer Generatoren ermöglicht, bei denen die Erregerleistung von Erregermaschinen mit dreiphasiger Läuferwicklung bereitgestellt wird. Dieses Bedürfnis wird nun erstmalig durch die Erfindung in zufriedenstellender Weise befriedigt.Synchronous generators have been known for decades, and with them the most varied of exciter arrangements. Furthermore, there has long been a need to create an exciter assembly that with simple means a fast-responding electronic control of the excitation of even large generators enables where the excitation power is provided by excitation machines with three-phase rotor windings will. This need is now satisfied for the first time by the invention in a satisfactory manner.

In Ausgestaltung der Erfindung werden für die mechanische Ausführung der erfindungsgemäßen Erregeranordnung verschiedene Möglichkeiten vorgeschlagen. In an embodiment of the invention, for the mechanical design of the exciter arrangement according to the invention various options suggested.

Ein erster Vorschlag sieht vor, daß der Synchrongenerator und der Wechselstrom-Induktionswandler ein Aggregat mit einer Welle sowie mit getrennten Ständerpaketen und getrennten Läuferpaketen bilden, wobei das Läuferpaket des Synchrongenerators als Schenkelpolläufer gestaltet ist.A first proposal provides that the synchronous generator and the AC induction converter form a unit with a shaft and with separate stator packs and separate rotor packs, the rotor core of the synchronous generator being designed as a salient pole rotor.

Ein zweiter Vorschlag sieht vor, daß die Ständerwicklung des Wechselstrom-Induktionswandlers und die Ständerwicklung des Synchrongenerators auf einem gemeinsamen Ständerpaket, und die drei-phasige Läuferwicklung des Wechselstrom-Induktionswandlers und die Erregerwicklung des Synchrongenerators auf einem gemeinsamen Läuferpaket angeordnet sind. Dabei wird das gemeinsame Läuferpaket vorzugsweise als Vollpolläufer ausgebildet.A second proposal provides that the stator winding of the AC induction converter and the Stator winding of the synchronous generator on a common stator package, and the three-phase The rotor winding of the AC induction converter and the excitation winding of the synchronous generator a common rotor package are arranged. The common rotor package is preferred here trained as a full pole rotor.

Die an zweiter Stelle genannte Ausführung eignet sich überall dort, wo die Wicklungen Polzahlen aufweisen, die dazu führen, daß sie sich gegenseitig induktiv nicht störend beeinträchtigen.The version mentioned in the second position is suitable wherever the windings have a number of poles have which lead to the fact that they do not interfere with one another inductively.

Die Erfindung wird nachstehend anhand des in der Zeichnung in Form eines Schaltbildes dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.The invention is illustrated below with reference to the drawing in the form of a circuit diagram Embodiment explained in more detail.

Der Ständer des Wechselstrom-InduktionswandlersThe stand of the AC induction converter

trägt eine aus Hauptphase 1 und Hilfsphase 2 bestehende, ein-phaisg gespeiste Ständerwicklung und einen Betriebskondensator 3. Der Läufer trägt die drei-phasige Läuferwicklung 4. Der ϊ,ϊ der Lauf er wicklung 4 induzierte Strom wird in den mitrotierenden Gleichrichtern 5 gleichgerichtet und der Läufererregerwicklung 6 des Synchrongenerators zugeführt. Mit 7 ist die dreiphasige Ständerwicklung des Synchrongenerators bezeichnet.carries a single-phase fed stator winding and consists of main phase 1 and auxiliary phase 2 an operating capacitor 3. The rotor carries the three-phase rotor winding 4. The ϊ, ϊ of the rotor winding 4 induced current is rectified in the co-rotating rectifiers 5 and the rotor excitation winding 6 of the synchronous generator supplied. With 7 is the three-phase stator winding of the synchronous generator designated.

Ein elektronischer Regler 8 erfaßt die am Synchron- >° generator entstehende Spannung als Istwert und regelt den den Wicklungsteilen I und 2 der Ständerwicklung des Wechselstrom-Induktionswandlers zufließenden Erregerstrom so, daß die an der Ständerwicklung 7 des Synchrongenerators auftretende Ausgangsspannung konstant bleibt.An electronic controller 8 detects the synchronous> ° generator voltage as actual value and regulates winding parts I and 2 of the stator winding of the alternating current induction converter flowing excitation current so that the at the stator winding 7 of the Synchronous generator occurring output voltage remains constant.

Der Synchrongenerator und der Wechselstrom-lnduktionswandler können, wie in der Zeichnung gestrichelt angedeutet, durch einen Drehsfrom-Asynchron-Kurzschlußläufermotor 9,10 oder auch durch beliebige andere Antriebsmaschinen, z. B. einen Verbrennungsmotor, einen Druckluftmotor, einen Hydraulikmotor od. dgl. angetrieben werden.The synchronous generator and the AC induction converter can, as indicated by dashed lines in the drawing, by a rotary asynchronous squirrel cage motor 9,10 or by any other prime mover, e.g. B. an internal combustion engine, a compressed air motor, a hydraulic motor or the like. Driven.

Bei einem Asynchronwandler für erhöhte Sekundärfrequenz braucht bekanntlich nur ein Teil der Erregerleistung elektrisch zugeführt zu werden. Der Rest wird mechanisch vom Antrieb aufgebracht Dieser Vorteil kann auch bei der erfindungsgemäßen Erregeranordnung ausgenutzt werden, und es gelingt sodann, den Wechselstrom-Induktionswandler klein zu halten. Auch der Leistungsteil des Reglers braucht nur für diese Teilleistung bemessen zu werden. Hinzu kommt, daß wegen der nur einphasigen Ausführung der Ständerwick'.ung des Wechselstrom-Induktionswandlers und der entsprechenden Ausführung des Reglers dieser mit einem besonders geringen Aufwand an Bauteilen auskommt.With an asynchronous converter for increased secondary frequency It is known that only part of the excitation power needs to be supplied electrically. The rest will applied mechanically by the drive. This advantage can also be achieved with the exciter arrangement according to the invention be exploited, and it is then possible to keep the AC induction converter small. Also the power section of the controller only needs to be dimensioned for this partial power. In addition, that because of the single-phase design of the stator winding of the AC induction converter and the corresponding version of the controller requires a particularly low cost of components.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

t arrangement for contactless excitation of a synchronous generator via an asynchronous Wechsejstrom-lnduktionswandler with three-phase liuferwicklung. which feeds the rotor excitation winding of the synchronous generator via rotating rectifiers, characterized in that the stator winding (1, 2) of the AC induction converter is single-phase with an operating capacitor (3).

2. Arrangement according to claim I. characterized in that that the synchronous generator and the AC induction converter with a unit a shaft and with separate stator packages and separate rotor packages, with the Rotor package of the synchronous generator is designed as a salient pole rotor.

3. Arrangement according to claim 1, characterized in that the stator winding (1, 2) of the AC induction converter and the stator winding (7) of the synchronous generator on one common stator package, and the three-phase rotor winding (4) of the AC induction converter and the excitation winding (6) of the synchronous generators are arranged on a common rotor core.

4. Arrangement according to claim 1, characterized in that the common rotor package as Full pole rotor is formed.