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Anordnung zum bürstenlosen Erregen von Synchronmaschinen Die Erfindung
bezieht sich auf eine Anordnung zum bürstenlosen Erregen von Synchronmaschinen mit
einer gesonderten Wechselstromerregermaschine für die Erregung der Polradwicklung
über rotierende Gleichrichter, wobei die Erregerwicklung der Wechselstromerregermaschine
über einen Regler an Anzapfungen der Ankerwicklung der Synchronmaschine angeschlossen
ist.
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Aus der DT-PS 1 563 390 ist eine derartige Anordnung bekannt, bei
der man ohne Kompoundierungseinrichtungen auskommt. Dabei ist die Ankerwicklung
so ausgelegt, daß in den den Erregerkreis speisenden Ankerwicklungsteilen zwar ausgeprägte
und im Kurzschlußfall die Erregung aufrechterhaltende Spannungs oberschwingungen
auftreten, jedoch die Spannung an den äußeren Klemmen U, V, W der Ankerwicklung
weitgehend oberschwingungsfrei ist. Dies wird unter Beibehaltung einfacher und in
üblicher Weise angeordneter Wicklungen dadurch erreicht, daß nur einzelne Spulen
zur Speisung des Erregerkreises dienen, z.B. bei konzentrisch gewickelten Spulengruppen
entweder die inneren oder die äußeren Spulen. Durch passende Auslegung der Wicklung
kann die Anzapfspannung, insbesondere ihr die Erregung im Kurzschlußfall aufrechterhaltender
Oberschwingungsteil variiert werden.
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Trotz vieler Möglichkeiten bei der Anordnung der Anzapfungen gelingt
es nicht immer, einen Dauerkurzschlußstrom der gewünschten Größe von zwei- bis dreifachem
Nennstrom zu erreichen. Dies gilt insbesondere dann, wenn die Hauptmaschine
von
Haus aus nur geringe Feldoberwellen aufweist, was vor allem bei Vollpolmaschinen
mit in Nuten verteilten Erregerwicklungen der Fall ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in solchen Fällen mit einfachen
Mitteln den Oberschwingungsanteil in der Versorgungsspannung.für den Erregerkreis
beträchtlich zu erhöhen.
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Die Lösung der Aufgabe gelingt nach der Erfindung dadurch, daß die
einzelnen Stränge der Ankerwicklung in mindestens zwei Parallelzweige mit Je einer
Anzapfung unterschiedlichen Potentials unterteilt sind und die beiden Anzapfungen
der Parallelzweige eines jeden Stranges jeweils an den Reglereingang angeschlossen
sind. Dabei ist es vorteilhaft, daß die gleiche Windungszahlen aufweisenden Parallelzweige
aus mindesteins zwei gleiche Windungszahlen aufweisenden und in Reihe geschalteten
Wicklungsspulen beliebiger, d.h. gleicher oder unterschiedlicher Windungszahlen
gebildet-sind, bestehen, und die Anzapfungen jeweils zwischen zwei Wicklungsspulen
angeschlossen sind.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung sind nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles
der Erfindung näher erläutert.
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Es zeigen Fig. 1 ein Schaltbild einer Erregeranordnung nach der Erfindung,
Fig. 2 ein Wicklungsschema eines Stranges U-X, Fig. 3 die Schaltung des Phasenstranges
nach Fig. 2, Fig. 4, 5 und 6 Vektoren der Spulenspannungen fur die Grundschwingungen
9 = 1 und die Harmonischen > = 5, P = 7, Fig. 7, 8 und 9 die yektorielle Zusammenfügung
der Spulenspannungen zur Strangspannung für s- = 1, 5 und 7.
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Gemäß Fig0 1 hat eine Drehstrom-Synchronmaschine 1 eine dreiphasige
Ankerwicklung 1a, wobei jeder Wicklungsstrang U-X, V-Y, W-Z gleich ausgeführt ist
und aus jeweils zwei Parallelzweigen
gleicher Windungszahl besteht.
Die Parallelzweige mit den Anzapfungen X1, U1, Y1, V1 und Z1, W1 sind innerhalb
der Maschine zu einem Sternpunkt verbunden. Die Erregung der Synchronmaschine 1
erfolgt durch eine umlaufende Polradwicklung lb, die an einem rotierenden Brückengleichrichter
5 angeschlossen ist, der seinerseits von der in Stern geschalteten Läuferwicklung
4b einer Erregermaschine 4 gespeist wird, deren Ständerwicklung 4a an den Ausgang
eines Reglers 2 angeschlossen ist. Der Regler wird eingangsseitig aus den Anzapfungen
der Ankerwicklung la gespeist und ist zum Soll-Istwert-Vergleich außerdem an die
Klemmen U, V und W der Synchronmaschine 1 angeschlossen. Um eine Potentialtrennung
zwischen Synchronmaschine 1 und dem Regler 2 herbeizuführen, kann vorteilhafterweise
ein dreiphasiger Ubertrager 3 vorgesehen sein.
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Seine in Stern geschalteten Sekundärwicklungen 3b sind mit den zugeordneten
Eingängen des Reglers 2 verbunden und seine drei Primärwicklungen 3a jeweils gesondert
an die verschiedene Potentiale aufweisenden beiden Anzapfungen jedes Wicklungsstranges
gesondert angeschlossen. Durch die Verdoppelung der Anzapfungen gegenüber der bekannten
Anordnung ist eine Vergrößerung der den Erregerkreis speisenden Spannungen erreicht,
die es ermöglicht, bei weitgehend oberschwingungsfreier Spannung an den Klemmen
U, V, W die Oberschwingungen an den Anzapfungen, inabesondere die energiereichen
5. und 7. Harmonischen auf mindestens das Zweifache der bei der bekannten Anordnung
erreichbaren Werte zu steigern.
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Gemäß Fig. 2, in der nur der erste Strang U-X einer zweipoligen Ankerwicklung
dargestellt ist, besteht die im Mittel 3/4 gesehnte Wicklung je Strang aus vier
Spulengruppen I, II, III und IV. Jede Spulengruppe umfaßt dabei vier konzentrische
Wicklungsspulen a, b, c und d, die abwechselnd aus zwei (Wicklungsspulen a und c)
bzw. drei (Wicklungsspulen b und d) Windungen bestehen und in Reihe geschaltet sind.
Die in Reihe geschalteten Spulengruppen I und II bilden den einen Parallelzweig,
die ebenfalls in Reihe geschalteten Spulengruppen III
und IV den
anderen Parallelzweig eines Stranges, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist. Die Anzapfung
U1 liegt zwischen den Wicklungsspulen a und b der Spulengruppe IV, die Anzapfung
X1 zwischen den Wicklungsspulen a und b der Spulengruppe II. Die Wicklungsspulen
a und c haben zwei Windungen, die Wicklungsspulen b und d drei Windungen, so daß
zwischen der Klemme U und der Anzapfung U1 acht Windungen und zwischen der Klemme
U und der Anzapfung X1 zwölf Windungen liegen. Weitere Anzapfungen, z.B. innerhalb
einer Wicklungsspule, sind hierbei weder vorgesehen noch notwendig.
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Inden Fig. 4, 5 und 6 sind für die in Fig. 2 gezeigte und in achtundvierzig
Nuten verteilte dreiphasige Ankerwicklung die Vektoren der Spulenspannungen für
die Grundschwingung X = 1 und die Oberschwingungen y = 5 bzw. = 7 eingezeichnet.
Dabei bedeuten a1, b1, c1 und d1 die Vektoren der Spulenspannung der Spulengruppe
I; a2, b2, c2 die der Spulengruppe IIusw.
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Die Zusammenfügung der einzelnen Vektoren zu den an den Punkten U-X
usw. und an den Anzapfungen U1, X1 usw. abnehmbaren Klemmen- bzw. Speisespannungen
ist aus den Fig. 7, 8 und 9 entnehmbar, wobei die unterschiedlichen Windungszahlen
der Wicklungsspulen berücksichtigt sind.
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Die Strecke U-X entspricht dabei der Strangspannung und U1-X1 der
Speisespannung des Erregerkreises, deren Grundschwingung entsprechend Fig. 7 etwa
30 ffi der Strangspannung ausmacht.
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Bei der bekannten Anordnung (DT-PS 1 563 390) würde sich zwar ohne
weiteres eine gleich große Grundschwingungsspannung X-X ergeben, wenn man die Anzapfung
X1 vom Wicklungsende X ausgehend nach einer entsprechenden Zahl von Windungen innerhalb
der Spulengruppe II oder III anordnen würde. Der erreichte Oberschwingungsgehalt
würde aber dann auch nur einen entsprechenden Teil der Zweigspannungen von II oder
III in Fig. 8 oder 9 betragen.
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Demgegenüber wird durch die erfindungsgemäße Anordnung erreicht, daß
sich die in den beiden Parallelzweigen nahezu gegenphasig auftretenden, energiereichen
Oberschwingungsspannungen der 5. und 7. Harmonischen zu beiden Anzapfungen U1 und
X1 hin ergänzen und einen wenigstens doppelt so hohen Oberschwingungsgehalt der
Speisespannung ergeben.
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5 Patentansprüche 9 Figuren