DE2347654A1 - Anordnung mit einem dreiwicklungstransformator zur selbsterregung und compoundierung von synchronmaschinen in kontaktierender und kontaktloser ausfuehrung mit umlaufenden gleichrichtern - Google Patents

Description

• ANORDNUNG MIT EINEM DREIWICKLUNGSTRANSFORMATOR ZUR SELBSTERREGUNG UND COMPOUNDIERUNG VON SYNCHRONMASCHINEN IN KONTAKTIERENDER UND KONTAKTLOSER AUSFÜHRUNG MIT UMLAUFENDEN GLEICHRICHTERN Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Selbsterregung und Compoundierung von Synchronmaschinen, mit welcher mittels eines Dreiwicklungstransformators, einer Sondensatorenbatterie und eines Gleichrichters in einfacher Vjeise das Problem der kontaktlosen Erregung (ohne Bürsten und Schleifringe, mit Hilfe umlaufender Gleichrichter) für kleine selbsterregte compoundierte Synchronmaschinen gelöst wird. Die Anordnung ist ebenSalls für die Ausführung mit Kontakten (mit Bürsten und Schleifringen) verwendbar.
• Heutzutage sind verschiedene Anordnungen zur Selbsterregung und Compoundierung von Synchronmaschinen bekannt. Der Zweck ihrer Anwendung liegt darin, dass man ausser der kontaktlosen Erregung noch gute dynamische Eigenschaften erzielt, die für selbsterregte compoundierte Erregersysteme kennzeichnend sind.
• Allgemein werden diese Eigenschaften bei selbsterregten copoundierten Systemen verhältnismässig preiswert erricht, doch muss man betonen, dass sich wegen der Forderung nach Kontaktlosigkeit die Anzahl der Elemente für die Brregeranordnung vergrössert und auch ihre Ausführung komplizierter wird, so dass die Einrichtungen teurar werden.
• Die vorliegende Erfindung hat es zum Ziel, dass bei kleineren Maschineninheiten die Anzahl der Einrichtungselemente und ihr Preis so weit als möglich vermindert werden, dass jedoch dabei alle günstigen Eigenschaften (Kontaktlosigkeit, Regelgeschwindigkeit) erhalten bleiben.
• Dieses Ziul wird bei der vorliegenden Erfindung im hohen Mass schon durch die Art der Verbindung der Wicklungen in Dreiwicklungstransformator und durch die Art der Verbindungen dieser Wicklungen mit den übrigen Elementen der Erregeranordnung und der Synchronmaschine erwirkt.
• Durch diese Anordnung wird die Klemmenspannung der Synchronmaschine bei verschiedenen Arbeitsbedingungen mit grösserer oder kleinerer Genauigkeit am Nennwert dadurch gehalten, dass die Erregerwicklung der Maschine durch den Gleichrichter mit einem Strom gespeist wird, der sich in der unordnung aus zwei Komponenten zusammensetzt; eine Komponente wird von der Elemmenspannung der Synchronmaschine foriniert, während die zweite Komponente von ihrem Belastungsstrom abhängt, so dass die Synchronmaschine die notwendige Erregung von den eigenen Klemmen erhält und keine besondere Erregermaschine und kein Spannungsregler benötigt werden. Die erste der erwähnten Erregerstromkomponenten erhält man aus einer Induktivität in Verbidung mit einer Kapazität (angeschlossen an die Spannung der Synchronmaschine) in der Anordnung, durch welche Kombination man ausser der erwünschten Stromstarke dieser Komponente durch ihre Verbindung und Dimensionierung nnnaharnd auf Resonanz auch die Unabhängigkeit des Erregerstroms vom Arbeitswiderstand der Erregerwicklung und vorzügliche dynamische vigenschaften des Erregersysteme erzielt. Die andere Stromkomponete erhält man durch eine mass getreue transformatorische abbildung des Belastungsstromes der Synchronmaschine nach dem Grundsatz der Erzeugung des Sekundärstromes in Stromtransformator. Kennzeichnend für diese Anordnung ist es, dass die Rolle der Drosselspule (d.h. der Induktivität) mit der Rolle des Stromtransformators in einem Element - den Dreiwicklungstransformator - vereint ist, wodurch die Herstellung einer einfachen Erregeranordnung mit einer Mindestanzahl von Elementen ermöglicht wird; ausserdem ermöglicht die elektrische Schaltung der Anordnung, dass man den Dreiwicklungstransformator als umlaufenden Anbautransformator an der Welle der Synchronmaschine ausführt, so dass ein Teil des magnetischen Kreises zusammen mit der zugehörigen Wicklung und den Gleichrichtern gemeinsam mit der Weile und der Erregerwicklung der Maschine umläuft (während die übrigen Teile ruhen) und dass man derart die Kontaktlosigkeit auf eine verhältnismässig einfache Weise erreicht. Kennzeichnend ist die Schaltung der Wicklungen im Dreiwicklungstransformator sowie die Art der Verbindungen dieser Wicklungen mit den übrigen Elementen der Anordnung, und die Dimensionierung der Kondensatoren annahernd auf Resonanz mit den Induktivitäten des Dreiwicklungstransformators, wodurch man die soeben erwähnten Besonderheiten der Anordnung und die beschriebenen Eigenschaften des Erregersystems erzielt.
• Yie Erfindung wird mittels der beiliegenden Zeichnungen genauer erklärt. Darin zeigt: Fig. 1 die grundsätzliche elektrische Schaltungsanordnung, Fig. 2 die Schaltungsanordnung mit Anzapfungen, und Fig. 3 die Schaltungsanordnung mit Anzapfungen und einem Einstelltransformator.
• In allen Schaftplänen sieht man, dass die Erregerwicklung 6 der Synchronmaschine über den Gleichrichter 5 aus der Wicklung 4 des Dreiwicklungstransformators gespeist wird. Die Wicklung 4 befindet sich in Dreieck- oder Sternschaltung und ist galvanisch von den anderen zwei Wicklungen 2 und 3 getrennt. Durch die Wicklung 2 dieses Transformators fliesst der Belastungsetrom der Synchronmaschine. Ein Ende jeder Phase der Wicklung 3 des Dreivic5zlungsbransformators ist galvanisch mit einer Klemme U, V bzw. Zr der Synchronmaschine oder mit der entsprechenden Klemme der Statorwicklung 1 oder der Wicklung 2 des Transformators verbunden. An das andere Ende jeder Phase der Wicklung 3 desselben Transformators sind Kondensatoren 7 angeschlossen.
• Die Kapazität des Kondensators 7 ist nach Bedarf in jeder Phase wenigstens annähernd auf Resonanz (bei Nennfrequenz) mit der Induktivität der Wicklungen 3 und 4 eingestellt. Im Falle genauer Resonanz ist der Erregerstrom völlig unabhängig von Änderungen des Arbeitswiderstandes der Erregerwicklung, die z.B. durch Änderungen ihrer Temperatur verursacht werden.
• Die galvanische Trennung der Wicklung 4 von den übrigen zwei Wicklungen ermöglicht eine kontaktlose Ausführung, und durch die Verwendung der Wicklungsinduktivitäten des Dreiwicklungstransformators für die Erzielung der Resonanz mit den Sondensatoren erübrigt sich die Verwendung besonderer Drosselspulen, wodurch die Anordnung erheblich vereinfacht wird.
• Die erfindungsmässige Anordnung arbeitet wie folgt. Der Dreiwicklungstransformator und in Verbindung damit die Kondensatorenbatterie sind so ausgelegt, dass im Leerlauf der Synchronmaschine durch ihre Erregerwicklung ein Strom von solcher Stärke fliesst, dass die Synchronmaschine annahernd auf Nennspannung erregt wird. Unter Belastung fliesst der Belastungsstrom durch die Wicklungen 2 des Dreiwicklungstransformators, wodurch sich der Erregerstrom derart verändert, dass der Wert der Klemmenspannung der Synchronmaschine bzw. der Sammelschienenspannung des gespeisten Netzes bei allen Belastungen praktisch konstant und von ieistungsfaktor unabhängig bleibt.
• Bei der Herstellung gleicher Itaschinen können an denselben im Rahmen der zulässigen Toleranzen gewisse Abweichungen von den ge--unschten Nennwerten auftreten. Um für diesen Fall eine Feineinstellung des Erregerstromes auf den verlangten Wert zu ermöglichen, kann der Dreiwicklungstransformator mit Anzapfungen ausgeführt werden, bzw. können alle Hauptwicklungen 2, 3 und 4 in jeder Phase mit zusätzlichen .-indungen und mit Anzapfungen 2', 3', 4' versehen werden, welche dann in Reihenschaltung oder Reihengegenschaltung mit den Hauptwicklungen verbunden werden. Man bemüht sich aus Konstruktionsgründen, auf den Wicklungen 4 des Transformators Anzapfungen in solchen Ausführungen zu vermeiden, wo diese Wicklungen umlaufen, jedoch müssen in diesem Falle unumgänglich die Wicklungen 2 und 3 mit Anzapfungen versehen sein. Im Falle grösserer Leistungen ist es jedoch schwer, an den wicklungen 2 Anzapfungen auszuführen und deshalb ist eine solche Ausführung vor allem an Synchronmaschinen für leistungen unter 100 kVA (bei denen auch die Kondensatoren in ihren Abmessungen nicht gross sind) vorgesehen. Es ist indessen günstig, dass man gleichzeitig Anzapfungen der Wicklungen 2 und 4 vermeiden kann, indem man einetigewöhnlichen Einstelltransformator normaler Konstruktion (d.h. ohne umlaufende Teile) vorsieht. Mit diesem Transformator kann man das Anwendungsgebiet der vorgeschlagenen Anordnung in Richtung grösserer Leistungen der Synchronmaschinen beachtlich verbreiten. Damit wird eine zusätzliche Einstellung des Erregerstromes ermöglicht. Seine Primärwicklungen 8 werden in Reihe, glaich- oder gegensinnig zu den Wicklungen 2 des Dreiwicklungstransformators geschaltet. Die Sekundärwicklungen 9 des Einstelltransformators werden an die einzelnen Anzapfungen der Wicklung 3 des Dreiwicklungstransformat bors angeschlossen.
• Die Erregerschaltung für Ein- und hfehrphas-n-Bynchronmaschinen ist grundsätzlich der vorliegenden Dreiphasenausführung gleich.

Claims (4)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Anordnung mit einem Dreiwickungstransformator zur Selosterregung und Compoundierung von Synchronmaschinen in kontaktierender und kontaktloser Ausführung mit umlaufenden Gleichrichtern und einer Kondensatorenbatterie, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass an stern- oder dreieckgeschaltete Wicklungen (4) eines Dreiwicklungstransformators, die galvanisch von den übrigen wicklungen des Transformators getrennt sind, ein Gleichrichter (5) angeschlossen ist, an dessen Gleichstromausgang galvanisch eine Erregerwicklung (6) der Synchronmaschine angegliedert; ist, während jede Phase der Wicklung (3) desselben Transformators einerseits mit Kondensatoren der Kondensatorenbatterie (7) und andererseits mit den Klemmen (U, V, W) der Synchronmaschine oder den entsprechenden Klemmen der Statorwicklung (1) beziehungsweise mit einer beliebigen Windung der Wicklung (2) des Dreiwicklungstransformators verbunden ist, während diese Wicklung (2) in Reihe mit der Statorwicklung (1) der Synchronmaschine liegt.

2. Anordnung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , dass die kapazität jedes Gliedes der Kondensatorenbatterie (7) so ausgelegt ist, dass bei Sennfrequenz der Synchronmaschine wenigstens annähernd Resonanz mit der Phaseninduktivität der wicklungen (3, 4) besteht0

3. Anordnung nach Anspruch 1, d a du r c h g e k e n n -z e i c h n e t , dass sich in Reihe, gleich- oder gegeninnig mit jeder Wicklung (2) des Dreiwicklungstransformators die Prïmärvicklung (8) eines Einstelltransformators befindet, dessen Sekundärwicklungen (9) an Anzapfungen der Wicklungen (3) des Dreiwicklungstransformators angeschlossen sind.

4. Anordnung nach Ansprüchen 1 und 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass alle Wicklungen (2, 3, 4) des Dreiwicklungstransformators sowie (8, 9) des Binstelltransformators mit Anzapfungen beziehungsweise mit zusätzlichen Windungen git Anzapfungen (2', 3', 4', 8', 9') zum Einstellen versehen sind, wobei die zusätzlichen Windungen in Reihe, gleich- oder gegensinnig zu den entsprechenden Hauptwicklungen (2, 3, 4, bzw. 8, 9) verbunden sind, während an die Anzapfungen der Windungen (3') die Sekundärwicklungen (9) des Einstelltransformators angeschlossen sind.

4. Anornung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , dass die Wicklungen (3, 3') des Dreiwicklungstransformators an eine besondere Statorwicklung der Synchronmaschine, welche am gleichen Kern zusammen mit Statorwicklung (1) gewickelt ist, oder an einen zusätzlichen, aus derselben Synchronamschine gespeisten Spannungstransformator angeschlossen sind.

L e e r s e i t e