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Polumschaltbare elektrische Synchronmaschine Die vorliegende Erfindung
betrifft eine polumschaltbare elektrische Synchronmaschine, bei welcher die Erregerwicklung
in zwei Polwicklungszweige aufgeteilt ist, von denen der eine bei Wechsel der Polpaarzahl
umgepolt wird. Eine derartige polumschaltbare Synchronmaschine ist aus der deutschen
Patentschrift 915 705 bekannt. Der Erregerstrom wird bei der bekannten Maschine
der Erregerwicklung über Schleifringe zugeführt. Wenn jeder Ausgang der beiden Polwicklungszweige
zu einem Schleifring geführt ist, kann der zur Umpolung des einen Polwicklungszweiges
erforderliche Schalter im stehenden Teil der Maschine angeordnet sein. Die Patentschrift
zeigt aber auch die Möglichkeit, für beide Polwicklungszweige nur zwei Schleifringe
vorzusehen und einen umlaufenden Schalter zur Durchführung der Umpolung. Ein rotierender
Schalter ist aber sehr aufwendig.
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Da die Anwendung von Schleifringen nur bis zu bestimmten Stromstärken
des Erregerstromes wirtschaftlich ist, liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe
zugrunde, eine derartige polumschaltbare Synchronmaschine mit wenig Aufwand als
schleifringlose Maschine auszubilden.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einer polumschaltbaren elektrischen
Synchronmaschine, bei welcher die Erregerwicklung in zwei Polwicklungszweige aufgeteilt
ist, von denen der eine bei Wechsel der Polpaarzahl umgepolt wird, gemäß der Erfindung
der Erregerstrom der Synchronmaschine in an sich bekannter Weise von einer mit dem
Läufer rotierenden Wicklung geliefert und über rotierende Gleichrichter der Erregerwicklung
zugeführt und der eine Polwicklungszweig ist über rotierende Thyristoren umpolbar.
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Man hat auf diese Weise den Vorteil, daß im Erregerkreis der Erregerstrom
nicht mehr über Schleifringe geführt zu werden braucht
und daß als
Umpolmittel rotierende Thyristoren verwendet sind, die sich in der Technik bereits
bewährt haben.
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Um die Zahl der für die Umpolung erforderlichen rotierenden.
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Thyristoren klein zu halten, empfiehlt es sich, drei rotierende Thyristoren
vorzusehen, von denen zwei gleichgerichtet parallelliegend jeweils zwischen einem
Ausgang eines Polwicklungszweiges und der einen Seite der rotierenden Gleichrichter
angeordnet sind, wobei die beiden Polwicklungszweige in Reihe geschaltet sind und
die andere Seite der rotierenden Gleichrichter direkt mit dem freien Ausgang der
Reihenschaltung der Polwicklungszweige verbunden ist, während der dritte Thyristor
parallel zur.Reihenschaltung der Polwicklungszweige liegt. Die beiden Polwicklungszweige
liegen also bei der einen Polzahl in Reihe und werden in gleicher Richtung vom Strom
durchflossen, während sie bei der anderen Polzahl parallel geschaltet und in entgegengesetzter
Richtung vom Strom durchflossen sind.
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Die Zündimpulse für die rotierenden Thyristoren können in bekannter
Weise zugeleitet werden, z.B. können sie dem rotierenden Teil auf induktive Weise
berührungsfrei übertragen werden, man kann aber auch Hilfsschleifringe vorsehen,
da die für die Zündimpulse erforderlichen Stromstärken sehr gering sind, so daß
sich durch die Verwendung von Hilfsschleifringen kaum Nachteile ergeben.
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Im folgenden sei die Erfindung noch anhand der in den Figuren 1 und
2 als schematische Schaltbilder dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.
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In Fig. 1 ist eine polumschaltbare Synchronmaschine 1 mit der Ständerwicklung
2 und der in zwei Polwicklungszweige 3 und 4 aufgeteilten Erregerwicklung dargestellt,
die schleifringlos erregt wird. Den Erregerstrom liefert eine auf der Welle der
Synchronmaschine 1 angeordnete Erregermaschine 5, die eine stehende Erregerwicklung
6 und eine umlaufende Drehstromwicklung 7 aufweist.
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Der von der Drehstromwicklung 7 gelieferte Strom wird den rotierenden
Gleichrichtern 8 zugeführt, die ihrerseits die Polwicklung
zweige
3 und 4 der polumschaltbaren Synchronmaschine 1 mit Gleichstrom speisen. Im Erregerkreis
liegt weiterhin in an sich bekannter Weise eine Zündschaltung 9, die in der Zeichnung
nur durch ein gestricheltes Kästchen angedeutet ist und die bekannten Mittel zur
Aufschaltung der rotierenden Gleichrichter 8 auf die Erregerwicklung sowie Schutzeinrichtung
enthält.
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Da die Drehzahl einer Synchronmaschine von Netzfrequenz und Polpaarzahl
bestimmt ist, kann bei gleicher Netzfrequenz eine Änderung der Drehzahl nur durch
Anderung der Polpaarzahl erreicht werden.
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Diese Änderung der Polpaarzahl nimmt man bei der dargestellten polumschaltbaren
Synchronmaschine 1 dadurch vor, daß einer der Polwicklungszweige, nämlich der Polwicklungszweig
4, umgepolt wird.
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Beide Polwicklungszweige 3 und 4 sind in Reihe geschaltet und liegen
parallel zu den rotierenden Gleichrichtern 8, d.h. ihre freien Ausgänge 10 bzw.
11 sind mit den Ausgangsklemmen 12 bzw. 13 der rotierenden Gleichrichter 8 verbunden.
Außerdem sind drei Thyristoren 14, 15 und 16 vorgesehen, die zusammen mit der Erregeranordnung
rotieren. Die Thyristoren 14 und 16 liegen gleichgerichtet parallel jeweils zwischen
einem Ausgang eines Polwicklungszweiges (Ausgang 17 des Polwicklungszweiges 3 bzw.
Ausgang 11 des Polwicklungszweiges 4) und der einen Seite (Verbindungsklemme 13)
der rotierenden Gleichrichter 8. Der dritte Thyristor 15 liegt parallel zur Reihenschaltung
der Polwicklungszweige 3 und 4 und somit auch parallel zu den rotierenden Gleichrichtern
8.
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Bei der einen Polpaarzahl der Synchronmaschine 1 ist nur der Thyristor
16 gezündet und die Thyristoren 14 und 15 sind gesperrt.
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Dies-bedeutet, daß die beiden Polwicklungszweige 3 und 4 in Reihe
liegen und vom Erregerstrom in gleicher Richtung durchflossen werden. Zur Anderung
der Polpaarzahl wird der Thyristor 16 gesperrt und die Thyristoren 14 und 15 werden
gezündet. Dadurch sind nun die beiden Polwicklungszweige 3 und 4 einander parallel
geschaltet und sind außerdem vom Erregerstrom in entgegengesetzter Richtung durchflossen.
Im Polwicklungszweig 4 ist somit die Stromrichtung und die Polarität geändert. Dadurch
erzielt man die zweite gewünschte Polpaarzahl.
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Die Zündimpulse für die rotierenden Thyristoren 14, 15 und 16 werden
der Erregeranordnung über Hilfsschleifringe 18 zugeführt.
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Da diese nur mit geringen Strömen kurzzeitig belastet werden, ist
der Aufwand für die Wartung der Hilfsschleifringe unerheblich.
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Die Figur 2 zeigt ein etwas abgewandeltes Ausführungsbeispiel einer
polumschaltbaren Synchronmaschine 1 gemäß der Erfindung.
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Bei den mit Fig. 1 übereinstimmenden Teilen der Anordnung sind die
gleichen Bezugszeichen beibehalten worden.
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Die Ausgänge 19 und 20 des Polwicklungszweiges 3 dieser polumschaltbaren
Synchronmaschine 1 sind direkt mit den Klemmen 12 und 13 der rotierenden Gleichrichter
8 verbunden, der Polwicklungszweig 3 liegt also parallel zu den rotierenden Gleichrichtern
8.
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Die Ausgänge 21 und 22 des anderen Polwicklungszweiges 4 sind jeweils
über zwei gegeneinandergeschaltete parallelliegende Thyristoren 23, 24 bzw. 25,
26 mit den beiden Seiten 12 und 13 der rotierenden Gleichrichter 8 verbunden. Für
die eine Polpaarzahl sind die rotierenden Thyristoren 24 und 25 gezündet. Dies bedeutet,
daß der Polwicklungsaleig 4 parallel zum Polwicklungszweig 3 liegt und beide vom
Erregerstrom in gleicher Richtung durchflossen werden. Sind dagen die Thyristoren
24 und 25 gesperrt und die Thyristoren 23 und 26 gezündet, so liegen die Polwicklungszweige
3 und 4 wieder zueinander parallel, werden jedoch vom Erregerstrom in unterschiedlicher
Richtung durchflossen, d.h. der Polwicklungszweig 4 ist umgepolt. Die Zündimpulse
werden den rotierenden Thyristoren 23, 24, 25, 26 in an sich bekannter, nicht dargestellter
Weise, z.B. induktiv, zugeführt.
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4 Ansprüche 2 Figuren