DE2353832A1

DE2353832A1 - CIRCUIT ARRANGEMENT FOR FIELD SUPPLY OF EXCITING MACHINES

Info

Publication number: DE2353832A1
Application number: DE19732353832
Authority: DE
Inventors: Heinz Dipl-Ing Habeler
Original assignee: Andritz Hydro GmbH Austria
Current assignee: Andritz Hydro GmbH Austria
Priority date: 1972-10-30
Filing date: 1973-10-26
Publication date: 1974-05-09
Also published as: AT323293B

Description

Schaltungsanordnung zur Feldspeisung von Erreyermaschinen Bürstenlose Generatoren besitzen, sofern sie nicht permanentpolerregt sind, eine Erregermaschine, die eine oder mehrere Feldwicklungen zu ihrer eigenen Erregung besitzt und deren Leistung direkt dem Poirad des Hauptgenerators zugeführt wird.Circuit arrangement for field supply of brushless eraser machines Generators have, if they are not permanently pole excited, an exciter, which has one or more field windings for its own excitement and their Power is fed directly to the Poirad of the main generator.

Es gibt e-tliche Verwendungsarten. bei denen derartige bürstenlose Maschinensätze von einem Elektromotor als Umformer in weitestem Sinn angetrieben werden. Im besonderen fanden bürstenlose Umforwer-in der Schweißtechnik Eingang und Verbreitung.There are many types of use. where such brushless Machine sets driven by an electric motor as a converter in the broadest sense will. In particular, brushless converters have found their way into welding technology and spread.

Durch die Eigenart des Antriebsmotors zusammen mit der Bauweise der Erregermaschine kann es zu bestimmten Unterwellen der Leerlaufspannung des Hauptgenerators kommen. Man wird nämlich aus GrUnden der Wirtschaftlichkeit die Erregermaschine so einfach als möglich auslegern, d.h. mit der kleinstöglichen Rotornutenzahl versehen. Weiters kann man den Rotor der Erregermaschine nur für ein Einphasensystem auslegen, die Glättung des Polradstromes übernimmt die Induktivltät des Polrades des 'Hauptgenerators. Daraus folgend ist die kleinstmögliche Nutenzahl 1 je Pol. eine 6-polige Erregermaschine beispielsweise hätte also nur sechs Rotornuten, was eine geraltige Vereinfachung in der Herstellung mit sich bringt. DieSen sechs Rotornuten stehen im Ständer sechs Pole mit ihren Lücken gegenüber. Die magnetischen Widerstätide des Kreises in I,ängs- und in Ouerrichtung sind etwas unterschiedlich. Wird eine derartige Maschine von einen Asynchronmotor angetrieben, so läuft er mit einer Frequenz um, die der um die Schlupffrequenz erniedrigten Netzfrequenz entspricht. Die Feldspannung der Erregermaschine kann aber dem Netz entnommen werden. Im allgemeinen wird das Feld der Erregermaschine eine kleine Induktivität besitzen, sodaß die Feldwicklung selbst keine ausreichende Glättung des Reldstromes bewirken kann und ein stark pulsierendes Feld aufgebaut wird.Due to the nature of the drive motor together with the design of the Exciter can cause certain undershoots of the open circuit voltage of the main generator come. For reasons of economy, one becomes the exciter boom as simply as possible, i.e. with the smallest possible number of rotor slots. Furthermore, the rotor of the exciter can only be designed for a single-phase system, the smoothing of the pole wheel current takes over the inductivity of the pole wheel of the main generator. As a result, the smallest possible number of slots is 1 per pole. a 6-pole exciter For example, it would only have six rotor slots, which is a huge simplification in manufacturing. The six rotor slots are in the six stand Poles with their gaps opposite. The magnetic resistances of the circle in I, longitudinal and are in direction slightly different. Will such a The machine is driven by an asynchronous motor, so it rotates at a frequency which corresponds to the grid frequency reduced by the slip frequency. The field voltage the exciter can be taken from the network. Generally this will Field of the exciter machine have a small inductance, so that the field winding itself cannot smooth the field current sufficiently and a strongly pulsating one Field is built.

Dieses mit Netzfrequenz pulsierende Feld erzeugt zusammen mit der mit einer kleineren als der Netzfrequenz umlaufenden Erregermaschine eine deutliche Unterwelle in-der Erregung des Hauptgenerators und in weiterer Folge eine Unterwelle in der Spannung an den Klemmen des Generators: Das Maximum des Erregerstromes fällt nämlich einmal mit der Querstellung, das nächstemal mit der Längsstellung zusammen, wodurch die unterschiedlichen Feldgrößen der Erregermaschine erklärt sind.This field, which pulsates with mains frequency, is generated together with the with an exciter rotating less than the mains frequency, a clear one Sub-wave in-the excitation of the main generator and subsequently a sub-wave in the voltage at the terminals of the generator: the maximum of the excitation current falls namely once with the transverse position, the next time with the longitudinal position, which explains the different field sizes of the exciter.

Natürlich kann man den Feldstrom der Erregermaschine zuvor alätten. Zumeist wird man Kondensatoren vorsehen, die aber wegen der immerhin erheblichen Ströme eine sehr hohe Kapazität besitzen müssen. Kondensatoren mit hoher Kapazität werden als Elektrolytkondensatoren erzeugt. Dieser Bauart - es ist die wirtschaftlichste für hohe Kapazitätaswerte - haftet der Nachteil an, daß sie wegen des Elektrolyts eine von der Betrietstemperatur sehr stark abhängige Lebensdauer besitzt. Wenn man an die Verarendung von Schweißumformern denkt, so muß man damit rechnen, daß diese in Ländern mit Tropenklima schon sehr hohe Stillstandstemperaturen erreichen können, denen sich die Betriebstemperatur des Kondensators noch überlagert. Es ist also damit zu rechnen, daß Elektrolykondensatoren nach einer nicht allzu langen Betriebsdauer bei erhöhten Umgebungstemperaturen ausfallen. Ein Ersatz durch Metallpapierkondensatoren -ist ausgeschlossen, da die Sicherheitsvorschriften bei rernstellern, die direkt auf die Feldwicklungen wirken, nur kleine Spannungen zulassen. Es muß also eine Anordnung geschaffen werden, die weitgehend ohne Elektrolytkondensatoren auskommt.Of course, the field current of the exciter can be adjusted beforehand. Mostly capacitors will be provided, but because of the considerable Currents must have a very high capacity. High capacity capacitors are produced as electrolytic capacitors. This type of construction - it is the most economical for high capacitance values - there is the disadvantage that they are due to the electrolyte has a service life that is very much dependent on the operating temperature. If thinks of the processing of welding converters, one must reckon with the fact that these can reach very high standstill temperatures in countries with a tropical climate, which the operating temperature of the capacitor is still superimposed. So it is It is to be expected that electrolytic capacitors after a not too long period of operation fail at elevated ambient temperatures. A replacement for metal paper capacitors -is excluded, because the safety regulations for manufacturers, the act directly on the field windings, only allow small voltages. So it must an arrangement can be created which largely manages without electrolytic capacitors.

Gegenstand -der Erfindung ist eine Schaltungsanordnung zur Feldspeisung von Erregermaschinen, vorzugsweise von bürstenlosen Erregermaschinen in Schweißumformern mit kleiner Erregerinaschinen--Zeitkonstante, wobei erfindungsgemäß die Feldleistung aus einem Mehrphasenwechselstromsystem, verzugsweise einem bezogen 7.weiphasensystem mit nachfolgender Gieichrichtung/ ist.The object of the invention is a circuit arrangement for field supply of excitation machines, preferably brushless excitation machines in welding converters with small exciter machines - time constant, whereby according to the invention the field power from a multi-phase alternating current system, preferably a related 7th two-phase system with the following equation / is.

In Weiterbildung des Erfindungsgedankens kann das Mehrphasen.-Wechselstromsystem durch ein System von Iilfswicklungen, das mehrere phasenverschobene Ströme abgibt, insbesondere durch zwei elektrisch um 900 versetzte Hilfswicklungen, im Ständer des antreibenden Asynchronmotors gebildet sein.-Gemäß einem weiteren Vorschlag der Erfindung kann auch nur ein Teil der Feldleistung für die Erregermaschine aus einem Mehrphasen-Wechselstromsystem bezogen werden und ein weiterer Teil als lastabhängige Komponente über einen Wandler dem Lastkreis, insbesondere Schweißkreis entnommen und nach Gleichrichtung dem Feldkreis eingefügt werden.In a further development of the inventive concept, the multi-phase alternating current system through a system of auxiliary windings that emit several phase-shifted currents, in particular through two auxiliary windings electrically offset by 900 in the stator of the driving asynchronous motor be formed.-According to a further proposal of the Invention can also only part of the field power for the exciter from one Multiphase alternating current system can be obtained and another part as load-dependent Component taken from the load circuit, in particular the welding circuit, via a converter and inserted into the field circle after rectification.

Die nähere Erläuterung der-Erfindung erfolgt an Hand der nachstehenden Zeichnung am Beispiel eines Schweißumformers, wobei die Fig. 1 und 2 Blockschaltbilder an sich bekannter, konventioneller Art, Fig. 3 die erFindungsgemäße Schaltanordnung und Fig. 4 ein erfindungsgemäßes Schaltungsdetail darstellen.The invention is explained in more detail with reference to the following Drawing using the example of a welding converter, with FIGS. 1 and 2 being block diagrams a conventional type known per se, FIG. 3 shows the switching arrangement according to the invention and FIG. 4 shows a circuit detail according to the invention.

In Fig. 1 besitzt der Antriebsmotor 1 eine Hilfswicklung im Ständer, die über ein Stellglied 2 und einen Gleichrichter 3 die Feldwicklung.der Erregermaschine 4 speist. Deren Ankerstrom wird gleichgerichtet und dem folrad 5 des Schweißgenerators zugeführt. Bei Verwendung einer in ihrem Aufbau auf das funktionsnotwendige Minimum beschränkten Erregermaschine würde die Klemmenspannung des Schweißgeneratorständers 6 mit der Schlupffrequenz um einige Prozent des Spannungsmittelwertes um diesen (Spannungsmittelwert) pendeln.In Fig. 1, the drive motor 1 has an auxiliary winding in the stator, via an actuator 2 and a rectifier 3 the field winding.der exciter machine 4 feeds. Their armature current is rectified and the folrad 5 of the welding generator fed. When using one in its structure to the functionally necessary minimum limited exciter would reduce the terminal voltage of the welding generator stand 6 with the Slip frequency around a few percent of the voltage mean value oscillate around this (voltage mean value).

In Fig. 2 ist in der an sich der Fig. 1 entsprechenden Schaltung parallel zu den Feldklemmen der Erregermaschine 4 ein Kondensator 7 geschaltet. Bei entsprechender Größe seines Kapazitätswertes ist die Glättung des Feldstromes so gut, daß das Pendeln der Leerlaufspannung unmerkbar, oder überhaupt verschwunden ist. wie weiter oben erklärt, haben Elektrolytkondensatoren jedoch bei hohen Betriebstemperaturen eine wesentlich kürzere Lebensdauer als der Umformer als Maschine insgesamt, selbst bei Verwendung von Kondensator typen für besonders hohe Ansprüche, weshalb eine Maschine nach Fig. 2 als schwächstes Element grundsätzlich den Kondensator 7 besitzt. An sich bedeutet der Austausch des Kondensators nach längerer Retriebszeit keinen sehr kostspieligen Eingriff, stellt aber immerhin eine notwendige Serviceleistung dar.In FIG. 2, the circuit corresponding to FIG. 1 is in parallel A capacitor 7 is connected to the terminal blocks of the exciter 4. With the appropriate The size of its capacitance value is the smoothing of the field current so good that the oscillation the open circuit voltage is imperceptible or has disappeared at all. as above explained, however, electrolytic capacitors have a function at high operating temperatures significantly shorter service life than the converter as a machine as a whole, even with Use of capacitor types for particularly high demands, which is why a machine 2 basically has the capacitor 7 as the weakest element. At Replacing the capacitor after a long period of operation does not mean much costly intervention, but it is at least a necessary service.

In der erfindungsgemäßen, beispielsweisen Schaltung nach ig.In the inventive, exemplary circuit according to ig.

3 besitzt der Antriebsmotor 1 die zwei um 900 elektrisch veren setzen Hilfswicklungen 8, 9 mit gleicher Klem#/spannung. Beide Hilfswicklungen sind auf Gleichrichter geführt, die gleichstromseitig parallel geschaltet sind und huber das Stell- oder Regelorgan 2 die Feldwicklung speisen. Zwei um 90 elektrische Grade versetzte Hilfswicklungen sind die einfachste, den erfindungsgemäßen Effekt erfüllende Ausführung, da die kleinste Phasenzahl, mit welcher ein nicht luckender Gleichstrom erhalten werden kann, 2 ist. Man erhält auf diese Weise einen Gleichstrom, der in seinem Pberwellengehalt -iederum von dcr Bauart der Erregermaschine abhängig ist und durchaus geeignet sein kann, die Spannungsunterwelle zu verhindern.3 the drive motor 1 has the two set by 900 electrical veren Auxiliary windings 8, 9 with the same terminal # / voltage. Both auxiliary windings are open Rectifiers out, which are connected in parallel on the DC side and huber the actuator or control element 2 feed the field winding. Two around 90 electrical degrees offset auxiliary windings are the simplest to achieve the effect according to the invention Execution, as the smallest number of phases with which a non-lucking direct current can be obtained, 2 is. In this way a direct current is obtained which is in its peak wave content is also dependent on the design of the exciter and may well be suitable for preventing the voltage undershoot.

Die erfindungsgernäße Schaltung gemäß Fig. 3 kommt somit ohne Kondensator aus und liefert trotzdem einen Feldstrom mit weitgehender Glättung.The circuit according to the invention according to FIG. 3 thus comes without a capacitor and still delivers a field current with extensive smoothing.

Die Gleichrichtung mehrerer phasenverschobener Ströme ergibt bekanntlich einen Gleichstrom , dessen Oberwellengehalt von der Phasenzahl und Schaltungsart abhängt. Sollte daher bei einer überaus schnell reagierenden Erregermaschine diese Schaltung noch zu wenig Glättung bringen, so kann auf eine Drehstrombrückengleichrichtung mit 3 um 120 elektrische Grade versetzten Hilfwicklungen übergegangen werden. Außerdem ist es möglich, die nun sehr kleine Rostwelligkeit doch durch einen Kondensator zu glätten, der aber eben wegen der nur geringen Restwelligkeit mit einer viel kleineren Kapazität schon zum Ziel führt. Kleine Kapazitätswerte sind in sehr langlebigen Auaführungen erhältlich.The rectification of several out-of-phase currents is known to result a direct current, the harmonic content of which depends on the number of phases and the type of circuit depends. Should therefore this The circuit does not bring enough smoothing, so a three-phase bridge rectification can result with 3 auxiliary windings offset by 120 electrical degrees. aside from that it is possible, the now very small rust ripple through a capacitor to smooth, but because of the low residual ripple with a much smaller one Capacity already leads to the goal. Small capacitance values are very long-lasting Versions available.

Fig. 4 zeigt ein eirfindungsgemäßes Detail unter Weglassung von Motor und Generator. Es kann nämlich in weiterer Ausaestaltung der erfindungsgemäßen Erregernaordnung der in rio. 3 beschriebene Schaltkreis nur zur Frnstellung einer Teil erregung verwendet werden. Eine zusätzliche lastabhängige Komponente kann über einen Wandler beispielsweise dem Schweißstromkreis entnommen werden. Derartige Kompoundierungsschaltungen sind an in statischen Erregeranordnungen für Synchrongeneratoren schon seit langem eingeführt. Die Sekündarseite des Wandlers führt zu dem Gleichrichter 10, dessen Gleichstromseite parallel zu den schon bestehenden beiden Gleichrichtern an der Feldwicklung liegt. Je nach Art der gewünschten statischen Kennlinie kann der Wandler dabei eine lineare oder nicht lineare Übertragungsfunktion besitzen. Für die guundsätzliche Funktion der beschriebenen Erregerschaltung spielt die Art der Übertragungsfunktion keine wolle. Auch kann zur Erreichung verschiedener Kennlinien zwischen Wandler und Gleichrichter 10 ein Potentiometer 11 eingeschaltet sein. Es ist auch eine Serienschaltung jenes Gleichrichters, der die Lastko:nponente in den Feldkreis einführt, mit den beiden zuerst genannten Gleichrichtern möglich. Es kann das mit 2 bezeichnete Einstellorgan ebnesogut auch als Spannungsteiler ilz den Regelkreis eingeführt werden Der Unterschied besteht in der Charakteristik der Skala.4 shows a detail according to the invention with the motor omitted and generator. It can namely in a further development of the pathogen arrangement according to the invention the one in rio. 3 is only used to provide partial excitation will. An additional load-dependent component can, for example, via a converter taken from the welding circuit. Such compounding circuits are in static exciter arrangements for synchronous generators has been introduced for a long time. The secondary side of the converter leads to the rectifier 10, its DC side parallel to the already existing two rectifiers on the field winding. Depending on the type of static characteristic required, the converter can be linear or have a non-linear transfer function. For the basic function The type of transfer function does not play a role in the described excitation circuit wool. It is also possible to achieve different characteristics between converter and rectifier 10 a potentiometer 11 must be switched on. It is also a series connection of that Rectifier, which introduces the load component into the field circuit, with the two first mentioned rectifiers possible. It can be the adjusting member designated with 2 It can also be used as a voltage divider in the control loop Of the The difference lies in the characteristics of the scale.

Der Vorteil des beschriebenen, erfindungsgemäßen Anordnung besteht nicht allein darin, daß, der mit relativ geringer Lebensdauer behaftete Elektro] ytkondensator hoher Kapazität entfallen kann, sondern auch darin, daß nur eine einzige Feldwicklung in der Wechselstromerregermaschine genügt. Es sind demgegenüber nämlich etliche Ausführungsformen bekannt geworden, die mindestens zwei Feldwicklungen benötigen und in der Herstellung somit einen höheren und erfordern.The advantage of the described, inventive arrangement is not only in the fact that the electrical system, which has a relatively short service life] ytcapacitor of high capacitance can be omitted, but also in that only a single one Field winding in the alternating current exciter is sufficient. In contrast, there are several embodiments have become known that require at least two field windings and thus require a higher level of production.

Claims

Claims 1. Circuit arrangement for field supply of excitation machines, preferably from brushless excitation machines in welding converters with small Exciter machine time constant, characterized in that the field power from a multi-phase alternating current system, preferably a two-phase system with the following Rectification is related.

2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the polyphase alternating current system through a system of auxiliary windings, the several outputs phase-shifted currents, in particular by two electrically offset by 900 Auxiliary windings is formed in the stator of the driving .4synchronous motor.

3. Circuit arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that that only part of the field power for the exciter comes from a multi-phase alternating current system and another part as a load-dependent component via a converter taken from the load circuit, in particular the welding circuit, and after rectification from the field circuit is inserted;