DE2659600A1

DE2659600A1 - Permanent magnet excited AC generator - has constant voltage characteristic supported by periodic short circuiting of control winding

Info

Publication number: DE2659600A1
Application number: DE19762659600
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dr Ing Volkrodt
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1976-12-30
Filing date: 1976-12-30
Publication date: 1978-07-13
Also published as: JPS5384108A

Abstract

The permanent magnet poles are arranged to have a higher permeability in the quadrature axis than in the direct axis. This arrangement gives a machine whose voltage is substantially independent of load except at low lagging power factors. This deficiency is overcome by winding the machine multi-phase and by connecting capacitative compensation (6) across the output windings (1, 2), and by fitting a short circuiting device (7) across a control winding (3). In this way, a three-phase winding can be utilised to give a controlled single phase output. The closed time of the short circuiter depends on the magnitude and power factor of the load. A three-phase output can also be obtained by capacitor compensation across all phases, and by having a short circuiter across a number of turns in each phase.

Description

DauermagneterreSte elektrische MaschinePermanent magnet fixed electric machine

Die Erfindung bezieht sich auf eine dauermagneterregte elektrische Maschine, bei der der magnetische Leitwert in der Längsachse der Pole kleiner als der magnetische Leitwert in der Querachse der Pole ist und die eine aus mehreren Phasenwicklungssträngen bestehende Ständerwicklung aufweist.The invention relates to a permanent magnet electric Machine in which the magnetic conductance in the longitudinal axis of the poles is less than is the magnetic conductance in the transverse axis of the poles and is one of several Has phase winding strands existing stator winding.

Eine solche elektrische Maschine ist durch die DT-PS 1 131 794 bekannt. Diese bekannte Maschine ist wegen des vorgenannten Verhältnisses der Leitwerte (Längsfeldreaktanz/Querfeldreaktanz < 1) in der Lage, eine von der Belastung nahezu unabhängige Spannung zu liefern. Es hat sich nun jedoch gezeigt, daß nicht in allen Belastungsfällen, insbesondere bei größeren Blindlasten, die gewünschte Spannungskonstanz erreicht werden kann.Such an electrical machine is known from DT-PS 1 131 794. This known machine is because of the aforementioned ratio of conductance values (longitudinal field reactance / transverse field reactance <1) able to deliver a voltage almost independent of the load. It has now been shown, however, that not in all load cases, in particular with larger reactive loads, the desired voltage constancy can be achieved.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine dauermagneterregte elektrische Maschine anzugeben, die bei beliebiger Belastung eine nahezu konstante Spannung liefert, wobei dies durch einen möglichst geringen technischen Aufwand erreicht werden soll. Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt bei einer Maschine der eingangs beschriebenen Art nach der Erfindung dadurch, daß an die Ständerwicklung kapazitive Kompensationsmittel angeschlossen sind und ein Teil der Ständerwicklung zur Spannungsregelung durch ein von einem Regler gesteuertes Schaltelement kurzschließbar ist.The invention is based on the object of a permanent magnet specify electrical machine that has an almost constant Provides voltage, with the least possible technical effort should be achieved. The task at hand can be solved with one machine of the type described above according to the invention in that the stator winding capacitive compensation means are connected and part of the stator winding for voltage regulation can be short-circuited by a switching element controlled by a regulator is.

Durch die kapazitiven Kompensationsmittel wird die Spannung der Maschine gegenüber ihrer natürllchen Spannungscharakteristik weiter angehoben, so daß eine Absatzregelung durch induktive Belastung möglich wird. Eine solche induktive Belastung wird auf einfache Weise durch das Kurzschließen von Teilen der Ständerwicklung erreicht.The voltage of the machine is reduced by the capacitive compensation means compared to their natural tension characteristics are further raised, so that a Regulation of sales by inductive loading becomes possible. Such an inductive load will be on simply by short-circuiting parts of the stator winding achieved.

Der Erfindungsgedanke läßt sich ftlr einphasige elektrische Maschinen auf einfache Weise dadurch verwirklichen, daß eine Maschine mit einer aus drei Phasenwicklungssträngen bestehenden Ständerwicklung benutzt wird, bei der zwischen zwei in Reihe liegenden Phasenwicklungssträngen ein Kondensator angeschlossen und der dritte Phasenwicklungsstrang durch ein elektronisches Schaltelement kurzschließbar ist. Eine Drehstrommaschine ist dementsprechend dadurch gekennzeichnet, daß die drei Phasenwicklungsstränge in Stern geschaltet und zwischen allen Phasenwicklungssträngen Jeweils ein Kondensator angeschlossen ist, daß ferner Windungen Jedes Phasenwicklungsstranges durch Je ein elektronisches Schaltelement kurzschließbar sind.Als besonders einfaches elektronisches Schaltelement kann ein Triac vorgesehen werden.The idea of the invention can be applied to single-phase electrical machines realize in a simple manner that a machine with one of three phase winding phases existing stator winding is used, in which between two in series Phase winding branches connected to a capacitor and the third phase winding branch can be short-circuited by an electronic switching element. A three-phase machine is accordingly characterized in that the three phase winding strands connected in star and a capacitor between each phase winding is connected that further turns of each phase winding strand by one each electronic switching element can be short-circuited. As a particularly simple electronic A triac can be provided for the switching element.

Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles wird der Anmeldungsgegenstand nachfolgend näher beschrieben.Based on an embodiment shown in the drawing the subject of the application is described in more detail below.

Es zeigt Fig. 1 eine einphasige elektrische Maschine mit drei Phasenwi cklungs strängen, Fig. 2 eine dreiphasige elektrische Maschine mit drei Phasenwicklungssträngen.1 shows a single-phase electrical machine with three phases cklungs strands, Fig. 2 shows a three-phase electrical machine with three phase winding strands.

In Fig. 1 sind mit 1 bis 3 drei Phasenwicklungsstränge einer elektrischen Maschine bezeichnet. Die Phasenwicklungsstränge 1 und 2 sind in Reihe geschaltet und an ihre nach außen führenden Klemmenanschlüsse 4 und 5 ist als kapazitives Kompensationsmittel ein Kondensator 6 angeschlossen. Die Wicklungsenden des Phasenwicklungsstranges 3 sind durch ein als Triac 7 ausgebildetes elektronische Schaltelement kurzschließbar. Der Triac 7 wird durch einen Regler 8 gesteuert. Dem Regler 8 wird die an den Anschlußklemmen 4 und 5 abgegriffene Spannung als Istwertspannung Uist und außerdem eine Sollwertspannung Um011 zugefUhrt. Die dargestellte Maschine besitzt einen durch einen Dauermagneten 9 erregten Läufer. Der Dauermagnet 9 ist plattenförmig ausgebildet und zu beiden Seiten sind Polleitstücke 10 und 11 angesetzt.In Fig. 1 with 1 to 3 three phase winding strands of an electrical Machine called. The phase winding phases 1 and 2 are connected in series and to its terminal connections 4 and 5 leading to the outside is used as a capacitive compensation means a capacitor 6 is connected. The winding ends of the phase winding strand 3 can be short-circuited by an electronic switching element designed as a triac 7. The triac 7 is controlled by a regulator 8. The controller 8 is connected to the terminals 4 and 5 tapped voltage as actual value voltage Uist and also a setpoint voltage Supplied at 011. the The machine shown has one by one Permanent magnets 9 excited runners. The permanent magnet 9 is plate-shaped and pole pieces 10 and 11 are attached on both sides.

Die in Fig. 2 dargestellte dreiphasige Maschine besitzt drei Phasenwicklungsstränge 21, 22 und 23. Mit ihrem einen Wicklungsende sind diese Phasenwicklungsstränge in Stern geschaltet. Mit ihren anderen Wicklungsenden sind diese nach außen zu Anschlußklemmen 24 bis 26 gerührt. Zwischen den Anschlußklemmen 24 bis 26 sind drei Kondensatoren 27 im Dreieck angeschlossen. Jeder Phasenwicklungsstrang 21 bis 23 weist eine Windungsanzapfung 28 auf 0 Zwischen Jede Windungsanzapfung 28 und den Sternpunkt der drei Phasenwicklungen ist ein Triac 29 geschaltet. Die Steuerung der Triacs erfolgt wiederum durch einen Regler 8, Es sei noch erwähnt, daß die Kondensatoren 27 auch zwischen den Anschlußklemmen 24 bis 26 und dem Sternpunkt der Phasenwicklungen- 21 bis 23 angeschlossen werden können.The three-phase machine shown in FIG. 2 has three phase winding phases 21, 22 and 23. With one end of the winding, these phase winding strands are in Star connected. With their other winding ends these are to the outside to connection terminals 24 to 26 stirred. Between the terminals 24 to 26 are three capacitors 27 connected in a triangle. Each phase winding strand 21 to 23 has a winding tap 28 to 0 between each winding tap 28 and the star point of the three phase windings a triac 29 is connected. The triacs are again controlled by a Regulator 8, it should also be mentioned that the capacitors 27 are also between the terminals 24 to 26 and the star point of the phase windings 21 to 23 can be connected can.

Durch die an die Anschlußklemmen 4 und 5 bzw. 24 bis 26 angeschlossenen Kondensatoren 6 und 27 wird die von der Maschine gegenüber ihrer natürlichen Charakteristik abgegebene Spannung angehoben. Damit kann bei einer in ihrer natürlichen Spannungscharakteristik für die abzugebende Nennspannung ausgelegten Maschine das Prinzip der Absatzregelung angewendet werden. Diese Absatzregelung erfolgt bei der beschriebenen Maschine durch Kurzschließen von Wicklungsteilen. Hierdurch wird die Maschine induktiv belastet und somit die Spannung herabgesetzt.By connected to the terminals 4 and 5 or 24 to 26 Capacitors 6 and 27 will be used by the machine versus its natural characteristic output voltage increased. This allows one of its natural tension characteristics the principle of paragraph control for the machine designed for the nominal voltage to be output be applied. This paragraph regulation is carried out on the machine described Short-circuiting winding parts. This loads the machine inductively and thus the tension is reduced.

Die Verwendung einer mit drei Phasenwicklungssträngen versehenen Maschine als Einphasenmaschine ist besonders vorteilhaft. Durch die Reihenschaltung von zwei Phasenwicklungssträngen 1 und 2 wird eine Wicklung für die einphasige Maschine gebildet, die sich über zwei Drittel der Polbreite erstreckt. Der weiterhin vorhandene dritte Wicklungsstrang 3 kann für die Spannungsregelung verwendet werden. Über den Regler 8 wird ein Triac 7 entsprechend der Soll-Istwert-Differenz auf- und zugesteuert und somit die gewünschte Istspannung an den Klemmen 4 und 5 erreicht.The use of a three phase winding machine as a single-phase machine is particularly advantageous. By connecting two in series Phase winding phases 1 and 2, a winding is formed for the single-phase machine, which extends over two thirds of the pole width. The third one that still exists Winding phase 3 can be used for voltage regulation. About the controller 8, a triac 7 is opened and closed according to the difference between the setpoint and actual values and thus the desired actual voltage at terminals 4 and 5 is achieved.

Bei einer dreiphasigen Maschine steht kein gesonderter Phasenwicklungsstrang für die Absatzregelung zur Verfügung. Daher ist Jeder der Phasenwicklungsstränge 21 bis 23 mit einer Wicklungsanzapfung 28 versehen. Über die Triacs 29 kann der zwischen dem Sternpunkt und der Wicklungsanzapfung 28 liegende Teil Jedes Phasenwicklungsstranges 21 bis 23 kurzgeschlossen werden. In dem kurzgeschlossenen Wicklungsteil Jedes Phasenwicklungsstranges 21 bis 23 fließt daraufhin ein induktiver Blindstrom, der wiederum zur Herabsetzung der Spannung an den Ausgangsklemmen 24 bis 26 führt. Die Steuerung der Triacs 29 erfolgt ebenfalls durch einen Regler 8, der die Triacs entsprechend der Soll-Istwert-Differenz steuert und somit für die gewünschte Spannung an den Ausgangsklemmen 24 bis 26 sorgt.A three-phase machine does not have a separate phase winding available for regulation of sales. Therefore, each of the phase winding strands is 21 to 23 are provided with a winding tap 28. Via the triacs 29, the Part of each phase winding strand lying between the star point and the winding tapping 28 21 to 23 are short-circuited. In the short-circuited winding part of each phase winding strand 21 to 23 then flows an inductive reactive current, which in turn is used to reduce it the voltage at the output terminals 24 to 26. The control of the triacs 29 is also done by a controller 8, which the triacs according to the target / actual value difference controls and thus ensures the desired voltage at the output terminals 24 to 26.

Als besonderer Vorteil der beschriebenen Maschine ist zu erwähnen, daß diese außer der üblichen Ständerwicklung keine weitere Wicklang für die Regelung benötigt. Durch die Regelung über die Ständerwicklung wird eine sehr schnelle Regelzeit erreicht. Weiterhin sind hervorzuheben die Robustheit der Maschine und ihr hoher Wirkungsgrad, der durch die im Läufer angeordneten Dauermagnete bedingt ist. Diese Dauermagnete haben keine Verluste, so daß hierdurch der Wirkungsgrad gegenüber elektrisch erregten Maschinen wesentlich verbessert ist. Durch die Absatzregelung können ferner der Temperaturgang der Ständerwicklung und der Dauermagnete kompensiert werden. Anstelle des vorgenannten Triacs oder Thyristors können auch Transitoren in Chopperschaltung verwendet werden.A particular advantage of the machine described is to be mentioned, that this apart from the usual stator winding no further winding for the regulation needed. The regulation via the stator winding results in a very fast regulation time achieved. The robustness of the machine and its high level should also be emphasized Efficiency due to the permanent magnets arranged in the rotor. These Permanent magnets have no losses, so that the efficiency compared to electrical energized machines is significantly improved. The paragraph regulation can also the temperature variation of the stator winding and the permanent magnets are compensated. Instead of the aforementioned triac or thyristor, transistors in a chopper circuit can also be used be used.

Dies kann bei besonders hohen Anforderungen bezüglich der Spannungskurvenform vorteilhaft sein. Normalerweise bewirken die Kompensationskondensatoren bereits eine ausreichende Aussiebung von Oberwellen.This can be done in the case of particularly high requirements with regard to the voltage curve shape be beneficial. Usually the compensation capacitors already work a sufficient screening of harmonics.

5 Patentansprüche 2 Figuren Leerseite5 claims 2 figures Blank page

Claims

Patent claims 1. Permanent magnet excited electrical machine in which the magnetic conductance in the longitudinal axis of the poles is smaller than the magnetic one Conductance is in the transverse axis of the poles and is one of several phase winding strands having existing stator winding, characterized in that the stator winding capacitive compensation means (6 or 27) are connected and part of the stator winding for voltage regulation by a switching element (7 or 29) can be short-circuited.

2. Permanent magnet machine according to claim 1 with three phase winding phases, characterized in that between two phase winding strands lying in series (1 and 2) a capacitor (6) connected and the third phase winding strand (3) can be short-circuited by an electronic switching element (7).

3. Permanent magnet machine according to claim 1 with three phase winding phases, characterized in that the three phase winding strands (21 to 23) in star connected and between each phase winding (21 to 23) a capacitor (27) is connected that further turns of each phase winding strand (21 to 23) can be short-circuited by an electronic switching element (29) each.

4. Permanent magnet machine according to claim 2 or 3, characterized in that that a triac (7 or 29) is provided as the electronic switching element.

5. Permanent magnet machine according to claim 2 or 3, characterized in that that provided as an electronic switching element transistors in a chopper circuit are.