DE880612C - Anordnung zum Ausgleich der Spannungsaenderung von selbsterregten Wechselstrom-Synchron-Generatoren - Google Patents

Description

• Anordnung zum Ausgleich der Spannungsänderung von selbsterregten Wechselstrom-Synchron-Generatoren Für eigenerregte Wechselstrom-Synchron-Generatoren, die eine besondere Erregermaschine nach VDE o53o/XII, 37 § 16,2 besitzen, sind einige Vorrichtungen und Schaltungen zur Beseitigung der Spannungsänderung zwischen Leerlauf und Belastung bekannt (E. A r n o 1 d, Wechselstromtechnik, IV. Band, S. 149 ff). Dagegen fehlt bisher eine solche Anordnung bei selbsterregten Synchron-Generatoren. Diese besitzen im allgemeinen ein feststehendes Magnetfeld mit ausgeprägten Polen, in dem sich ein Anker dreht, der außer der Wechselstromwicklung mit angeschlossenen Schleifringen noch eine zusätzliche Gleichstromwicklung mit Stromwender und Bürsten enthält. Diese hat den Zweck, durch die in ihr erzeugte EMK die Pole des beiden Wicklungen gemeinsamen Feldes zu erregen und führt daher auch die Bezeichnung Erregerwicklung.
• Die Erfindung soll nun auch bei selbsterregten Synchron-Generatoren einen Ausgleich des Spannungsabfalls oder sogar eine Spannungserhöhung zwischen Leerlauf und Nennlast hervorrufen. Dadurch wird ein fühlbarer Mangel beseitigt.
• Um das Wesen der Erfindung deutlich zu kennzeichnen, erscheint es zweckmäßig, die bei der Spannungsänderung sich abspielenden physikalischen Vorgänge eingehend zu betrachten.
• Die Spannungsänderung setzt sich vektoriell zusammen aus dem Spannungsverlust im Kupferwiderstand und der Streuspannung, hervorgerufen durch das Streufeld der Ankerwicklung des Generators: Diese beiden Anteile der Spannungsänderung treten aber nur auf; wenn der Generator durch einen Ankerstrom belastet wird. Es liegt daher nahe, diesen Ankerstrom als- den Urheber der Spannungsänderung zu ihrem Ausgleich oder sogar zur Spannungserhöhung über die Leerlaufspanneng hinaus heranzuziehen, wie es schon bei Gleichstrom-Doppelschluß-Generatoren geschieht.
• In einem Synchron-Generator erzeugt nun der Ankerstrom durch seine MMK neben dem Streufeld noch ein Ankerquerfeld (A. L i n k e r, Elektromaschinenbau, S. 161 und Fig. 67), das sich bei induktionsfreier Belastung durch den Anker und Luftraum zwischen den Polen, die Polschuhe und Kerne schließt, ohne mit der Wicklung des Magnetfeldes verkettet zu sein. Tritt eine Phasenverschiebung des Stromes auf; so verschiebt sich der Verlauf der MMK (s. a. a. O. Fig.70 und 72), wodurch das OOuerfeld kleiner wird und daneben ein in der Achse der Pole verlaufendes Längsfeld auftritt, das bei induktiver bzw. kapazitiver Belastung das Hauptfeld schwächt bzw. verstärkt.
• Der Grundgedanke der Erfindung liegt nun darin, die MMK des Ankerquerfeldes, 'dessen Kraftlinienweg-hauptsächlich in Luft verläuft und daher einen großen magnetischen Widerstand besitzt, zur Erzeugung eines starken Kraftflusses zu verwenden. Zu dem Zweck ordnet man zwischen den Hauptpolen in den sogenannten geometrischneutralen Zonen des Hauptfeldes besondere, im allgemeinen prismatische Hilfspole an, die man demnach als Ankerquerfeldpole bezeichnen kann. Jetzt verläuft das Ankerquerfeld durch das- Ankereisen; die Zähne, den kleinen Luftspalt, die Querfeldpole und das Joch hauptsächlich in Eisen, hat also einen Weg kleinen magnetischen Widerstandes, so daß sich entsprechend der Breite dieser Hilfspole ein starker Ouerkraftfluß ausbilden kann. In diesem KraftflußO bewegt sich nun die Erregerwicklung, wodurch in ihr allerdings keine wirksame EMK erzeugt würde, sobald die Bürsten in der geometrischneutralen Zone, somit auch in der Richtung des Ankerquerfeldes liegen, da die beiderseits dieser Zone liegenden Drähte von den Querfeldpolen in gleicher Richtung induziert werden und ihre EMKe, bezogen auf die dort zusammenstoßenden Ankerzweige, sich gegenseitig aufheben.
• Infolge des Gleichstromankerfeldes der Erregerwicklung muß aber eine Verschiebung der Bürsten aus der geometrisch-neutralen Zone im Sinne der Drehrichtung erfolgen. Es werden damit die zwischen geometrisch-neutraler Zone und verschobener Bürste gelegenen Drähte. der Erregerwicklung von dem in der Drehrichtung vorwärts liegenden Querfeldpol in gleicher Richtung wie vom zugehörigen Hauptpol induziert. Dadurch tritt in den im doppelten Bürstenverschiebungswinkel gelegenen Drähten eine Zusatz-EMK auf, die entsprechend der Bürsteneinstellung durch Vergrößerung des Erregerstromes und weiter des Hauptfeldes entweder einen Ausgleich des Spannungsabfalls oder darüber hinaus eine Spannungserhöhung hervorruft. Die Lage des feststehenden Drehfeldes gegenüber den Polen hängt von dem inneren Phasenwinkel zwischen EMK und Ankerstrom ab, verschiebt sich also mit diesemWinkel im Sinne der Drehrichtung. Verschiebt man also die Bürsten um einen gewissen weiteren Betrag, so erhält man auch dementsprechend den der Phasenlage des Ankerstromes zukommenden Erregerstrom. Der gesamte Bürstenverschiebungswinkel gegen die geometrisch-neutrale Zone setzt sich also zusammen aus der durch das Ankerfeld der Erregerwicklung bedingten und der für die Phasenlage des Generatorankerstromes notwendigen Verschiebung.
• Experimentelle Untersuchungen an einigen Generatoren haben die Richtigkeit der auftretenden Wirkungen bestätigt. Es konnten sogar SPannungserhöhungen bis zu ioo/o zwischen Leerlauf und Belastung ohne Funkenbildung an den Bürsten erzielt werden. Da der Querfeldpolkraftfluß bei genügend großem Jochquerschnitt in einem Kreis geringer Sättigung verläuft, besteht nahezu Proportionalität zwischen Ankerstrom und Zusatz-EMK, so daß die Belastungskennlinien fast geradlinig verlaufen.
• Eine weitere Verbesserung der Anordnung zur Erhöhung der Zusatz-EMK und Erzielung günstiger Stromwendung läßt sich dadurch erreichen, daß die Ankerquerfeldpole einen in radialer Richtung veränderlichen Querschnitt, besonders gestaltete Polschuhe, veränderlichen Luftspalt am Ankerumfang oder an der ablaufenden Kante in axialer Richtung verlaufende Nuten bzw. seitliche Ausfräsungen erhalten.
• Der Erfindungsgegenstand stellt somit nicht nur einen technischen Fortschritt dar, sondern ergibt große wirtschaftliche Vorteile durch Gewichts-, Raum- und Arbeitszeitersparnis sowie Fortfall von Schnellreglern. Denn es werden nicht nur die bei Eigenerregung notwendigen Erregermaschinen und damit Rohstoffe erspart, sondern noch dazu eine Verringerung des Erregerkupfers der Hauptpole um etwa 2o bis 3o % erzielt, da diese nur den Kraftfluß für Leerlauf zu erzeugen haben.

Claims (3)

1. PATENTANSPRÜCHE- i. Anordnung zum Ausgleich der Spannungsänderung von selbsterregten Wechselstrom-Synchron-Generatoren, dadurch gekennzeichnet; daß in der geometrisch-neutralen Zone zwischen den Hauptpolen als Ankerquerfeldpole bezeichnete Eisenkörper angebracht werden, die durch den in ihnen vom Ankerstrom erzeugten Querfeldkraftfluß in einer im Generatoranker liegenden als Erregerwicklung benannten Gleichstromwicklung mit Stromwender und Bürsten eine Zusatz-EMK induzieren, wodurch bei passender Bürstenlage die Spannung des Erregerkreises bei Belastung erhöht und damit ein Ausgleich der Spannungsänderung bzw. eine Spannungserhöhung gegenüber Leerlauf erzielt wird.
2. 2: Anordnung zum Ausgleich der Spannungs-@ änderung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Querfeldpole nicht prismatische Form, sondern veränderlichen Querschnitt, besonders gestaltete Polschuhe oder veränderlichen Luftspalt am Ankerumfang besitzen.
3. 3. Anordnung zum Ausgleich der Spannungsänderung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Querfeldpole an der ablaufenden Kante in axialer Richtung verlaufende Nuten oder seitliche Ausfräsungen erhalten.