DE922000C - Arrangement for generating direct current in wind turbines - Google Patents

Arrangement for generating direct current in wind turbines

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DE922000C
DE922000C DES4408D DES0004408D DE922000C DE 922000 C DE922000 C DE 922000C DE S4408 D DES4408 D DE S4408D DE S0004408 D DES0004408 D DE S0004408D DE 922000 C DE922000 C DE 922000C
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Germany
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arrangement
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DES4408D
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Hermann Dipl-Ing Dr-Ing Harz
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Siemens AG
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Siemens AG
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/14Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries for charging batteries from dynamo-electric generators driven at varying speed, e.g. on vehicle
    • H02J7/16Regulation of the charging current or voltage by variation of field

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Eletrric Generators (AREA)

Description

Anordnung zur Erzeugung von Gleichstrom in Windkraftanlagen Das Patent 918 400 betrifft eine Anordnung zur Erzeugung von Gleichstrom konstanter Spannung hei allen zur Ausbeute der anfallenden Windenergie sich einstellenden Drehzahlen eines Windmotors. Es wird dort eine Gleichstrommaschine in Stromschaltung verwendet, die mit einem Strom erregt wird, der sich etwa mit der dritten Potenz der Drehzahl des Windmotors ändert. Dieser Strom wird als Wechselstrom veränderlicher Frequenz über Schleifringe dem Anker der Gleichstrommaschine entnommen und über einen Schwingungskreis und Gleichrichter der Erregerwicklung zugeführt. Die vorliegende Erfindung stellt eine Weiterentwicklung des Erfindungsgedankens dar mit dem Ziel, die vom Windmotor angetriebene Gleichstrommaschine durch eine Wechselstrommaschine zu ersetzen. Diese wird mit kleinem Luftspalt und kleinem KurzschluBverhältnis ausgeführt und liefert ihren Strom über eine Gleichrichberanordnung in ein vorhandenes Gleichstromnetz oder eine Batterie. Die Maschine wird von einer Gleichstromerregermaschine in Stromschaltung, z. B. in Krämerschaltung, erregt, die ihrerseits mit einem Strom erregt wird, der sich mit der dritten Potenz der Drehzahl des Windmotors ändert. Wegen ihres kleinen KurzschluBverhältnisses liefert danm auch die Wechselstrommaschine im Ständer einen mit dem Läufererregerstrom im wesentlichen verhältnisgleichen Strom, der gleichgerichtet wird. Die Spannung an den Generatorklemmen wird durch die Spannung des Gleichstromnetzes bzw. der Batterie bestimmt. Parallel zu den Klemmen des Generators liegt der Schwingungskreis, der den etwa kubischen Strom an; die Erregerwicklung der Erregermaschine liefert.Arrangement for generating direct current in wind turbines The patent 918 400 relates to an arrangement for generating constant voltage direct current in other words, all the rotational speeds that are required for the yield of the wind energy produced of a wind engine. A DC machine is used there in a current circuit, which is excited with a current that is approximately the third power of the speed of the wind engine changes. This current is called alternating current of variable frequency Taken from the DC machine armature via slip rings and via an oscillating circuit and rectifier supplied to the field winding. The present invention provides a further development of the inventive concept with the aim of developing that of the wind engine to replace the driven DC machine with an AC machine. These is designed and supplied with a small air gap and small short circuit ratio their current into an existing direct current network via a rectifier arrangement or a battery. The machine is powered by a DC exciter in power circuit, z. B. in Krämerschaltung, excited, which in turn is excited with a current that changes with the third power of the speed of the wind motor. Because of her little one Short circuit ratio then also delivers the alternator in the stator a current that is essentially proportional to the rotor excitation current, who will be rectified. The voltage at the generator terminals is determined by the voltage of the direct current network or the battery. In parallel with the terminals of the generator is the oscillation circuit that generates the roughly cubic current; the excitation winding the exciter delivers.

Ein Ausführungsbeispiel läßt den Erfindungsgedanken noch besser erkennen. In der Zeichnung bezeichnet i den Windmotor, der mit einem Wechselstromerzeuger 2 unmittelbar gekuppelt ist. Diese Maschine ist mit kleinem Kurzschlußverhältnis und kleinem Luftspalt ausgeführt, so daß der Erregerstrombelag klein ist gegenüber dem Laststrombelag. Die Maschine ist daher in der Lage, jede beliebige Spannung zu entwickeln, ohne daß sich im Verhältnis Ständer- zu Läuferstrombelag etwas Wesentliches ändert. Der Wechselstromerzeuger 2 wird durch die Erregermaschine 3 erregt, die in Krämerschaltung arbeitet. 4 ist die Nebenschlußerregerwicklung, die den größten Teil des Erregerbedarfs aufbringt. 5 ist die Fremderregerwicklung und 6 die Gegen:reihenschlußerregerwicklung. Der Ständerstrom des Wechselstromerzeugers 2 wird durch die Gleichrichteranordnung 7 gleichgerichtet und fließt als Gleichstrom teils in die Batterie 8, teils unmittelbar in das Gleichstromnetz g. io ist ein. Gleichstrommotor zum Antrieb der Erregermaschine 3. Die Fremderregerwicklung 5 wird über die Gleichrichteranordnung i i und einen Schwingungskreis, bestehend aus Kondensator 12 und Drosselspule 13, von der Klemmenspannung des Wechselstromerzeugers 2 gespeist. Die Anordnung arbeitet folgendermaßen: Unter dem Einfiuß der Batteriespannung läuft der Gleichstrommotor io an. Infolgedessen: kommt auch die Erregermaschine 3 auf Spannung und erregt ihrerseits den Wechselstromerzeuger so weit, bis er die Gegenspannung der Batterie 8 überwindet. Der Schwingungskreis 12-13 liefert einen der Drehzahl des Windmotors i etwa kubisch verhältnisgleichen Strom an die Fremderregerwicklung 5. Infolgedessen wird der Erregerstrom des Wechselstromerzeugers 2 so lange anwachsen, bis der gleichgerichtete Generatorstrom in der Gegenreihenschlußerregerwicklung 6 die Amperewindungen der Fremderregerwicklung 5 aufhebt. Es wird also wieder wie beim Hauptpatent jeder Drehzahl des Windmotors i ein Sollwert des Stromes zugeordnet, auf den sich der Wechselstromerzeuger 2 selbsttätig einregelt. Der Wechselstromerzeuger wird dabei stets die von der Batterie 8 bestimmte Spannung annehmen.An embodiment allows the idea of the invention to be recognized even better. In the drawing, i denotes the wind motor, the one with an alternator 2 is directly coupled. This machine is with small short circuit ratio and a small air gap, so that the excitation current is small compared to the load current level. The machine is therefore able to handle any voltage to develop without anything essential in relation to the stator to rotor current coating changes. The alternator 2 is excited by the exciter 3, the works in shopkeeping. 4 is the shunt excitation winding, which is the largest Raises part of the pathogen requirement. 5 is the external excitation winding and 6 is the opposite: series excitation winding. The stator current of the alternator 2 is through the rectifier arrangement 7 rectified and flows as direct current partly into the battery 8, partly directly into the direct current network g. io is a. DC motor to drive the exciter 3. The external excitation winding 5 is via the rectifier arrangement i i and a Oscillating circuit, consisting of capacitor 12 and inductor 13, from the terminal voltage of the alternator 2 fed. The arrangement works as follows: Under When the battery voltage is in fl uenced, the DC motor starts up. Consequently: If the exciter machine 3 is also energized and in turn excites the alternator until it overcomes the counter voltage of the battery 8. The oscillation circuit 12-13 supplies one of the speed of the wind motor i approximately cubically proportional Current to the external excitation winding 5. As a result, the excitation current of the alternator 2 grow until the rectified generator current in the opposing series excitation winding 6 cancels the ampere turns of the external excitation winding 5. So it will be like again In the main patent, each speed of the wind motor i is assigned a nominal value of the current, to which the alternator 2 automatically adjusts itself. The alternator will always assume the voltage determined by the battery 8.

Die Spannung an der Batterie 8 schwankt natürlich mit dem Ladezustand. Man kann die Netzspannung in üblicher Weise durch Doppelzellenschalter konstant halten, dies kann aber auch durch Zusatzmaschinen erfolgen, wie in der Zeichnung dargestellt ist. 14 ist eine solche Zusatzmaschine, die in Reihe zur Batterie 8 liegt und den Unterschied der Spannung zwischen der Batterie 8 und dem Gleichstromnetz aufnimmt. Sie besitzt eine Nebenschlußerregerwicklung 15, die den größten Teil der Erregung liefert, und eine Zusatzerregerwicklung 16. Diese wird in Differenzschaltung von der konstant zu haltenden, Netzspannung als Istwert und der Spannung der Maschine 17 als Sollwert gespeist. Die Maschine 17 liefert eine nahezu konstante Spannung. Ist die Batteriespannung größer als dem Sollwert der Netzspannung entspricht, dann überwiegt die Spannung des Gleichstromnetzes 9 die Spannung der Maschine 17, und die Zusatzmaschine 14 wird über die Zusatzerregerwicklung 16 in einem solchen Sinne erregt, daß ihre Spannung der Batteriespannung entgegenwirkt. Liegt die Netzspannung unter dem Sollwert, dann wirkt die Spannung der Zusatzmaschine 14 in gleichem Sinne wie die Spannung der Batterie B. Durch die Spannung der Maschine 17 ist demnach die Netzspannung bestimmt und kann leicht durch einen Nebenschlußregler 18 bei Bedarf nachgeregelt werden. Da in der Zusatzerregerwicklung 16 nur eine kleine Leistung auftritt, wird auch die Leistung der Maschine 17 nicht groß. Alle Maschinen 3, 14 und 17 können gemeinsam vom Gleichstrommotor io angetrieben werden.The voltage across the battery 8 naturally fluctuates with the state of charge. The mains voltage can be kept constant in the usual way by means of double cell switches hold, but this can also be done by additional machines, as in the drawing is shown. 14 is one such auxiliary machine that is in series with battery 8 and the difference in voltage between the battery 8 and the direct current network records. It has a shunt excitation winding 15 that covers most of the Excitation supplies, and an additional excitation winding 16. This is in differential circuit of the line voltage to be kept constant as the actual value and the voltage of the machine 17 fed as setpoint. The machine 17 supplies an almost constant voltage. If the battery voltage is greater than the nominal value of the mains voltage, then the voltage of the direct current network 9 outweighs the voltage of the machine 17, and the additional machine 14 is via the additional field winding 16 in such a sense excited that their voltage counteracts the battery voltage. Is the mains voltage below the nominal value, then the voltage of the additional machine 14 acts in the same way like the voltage of the battery B. By the voltage of the machine 17 is accordingly the mains voltage is determined and can be easily adjusted by a shunt regulator 18 if necessary be readjusted. Since in the additional field winding 16 only a small amount of power occurs, the performance of the engine 17 does not become great either. All machines 3, 14 and 17 can be jointly driven by the DC motor io.

Eine Anordnung nach der beschriebenen Art ermöglicht es, alle an eine Windkraftanlage zu stellenden Forderungen mit normalen Maschinen und Geräten und ohne Regler zu erfüllen. Es ist ein besonderer Vorteil, daß die vom Windmotor unmittelbar angetriebene Maschine keinen Stromwender, sondern lediglich Schleifringe aufweist, was die Bedienung ungemein. erleichtert. Als Wechselstromerzeuger können im Ständer oder im Läufer mit Gleichstrom erregte Asynchronmaschinen. normaler Bauart verwendet werden, die von Hause aus schon das kleine Kurzschlußverhältnis mitbringen. Auch die Schleifringe können wegfallen, wenn man zwei Maschinen in Kaskade schaltet und als Erregerwicklung die Ständerwicklung der zweiten Maschine verwendet.An arrangement of the type described makes it possible to all of them to one Wind power plant to make demands with normal machines and devices and without having to meet regulator. It is a particular advantage that the wind engine directly driven machine does not have a commutator, but only slip rings, what the service immensely. relieved. As an alternator can be in the stand or asynchronous machines excited by direct current in the rotor. normal design used who already have the small short-circuit ratio from home. Even the slip rings can be omitted if you connect two machines in cascade and the stator winding of the second machine is used as the excitation winding.

Claims (1)

PATENTANSPRÜCHE: i. Anordnung zur Erzeugung von Gleichstrom in Windkraftanlagen nach Patent 918 400. dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Windmotor ein Wechselstromerzeuger mit kleinem Kurzschlußverhältnis gekuppelt ist, der über eine Gleichrichteranordnung auf eine Akkumulatorenbatterie bzw. ein Gleichstromnetz arbeitet und im Läufer von einer Gleichstromerregermaschine ,in Stromschaltung erregt wird, wobei dieser Gleichstromerregermaschine gemäß .dem Hauptpatent einerseits über einen Schwingungskreis mit Drosselspule und Kondensator von der Klemmenspannung des Wechselstromerzeugers über eine Gleichrichteranordnung ein etwa mit der dritten Potenz der Generatordrehzahl veränderlicher Erregerstrom zugeführt wird, andererseits diese Gleichstromerregermaschine eine von dem gleichgerichteten Generatorstrom gespeiste GegenreihenschluB-erregerwicklung aufweist. z. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daB die mit dem Ladezustand der Batterie schwankende Batteriespannung durch eine Zusatzmaschine ausgeglichen wird, die in Differenzschaltung von einer Vergleichsspannung und der konstant zu haltenden Netzspannung erregt wird. PATENT CLAIMS: i. Arrangement for generating direct current in wind turbines according to Patent 918 400. characterized in that an alternating current generator with a small short-circuit ratio is coupled to the wind motor, which works via a rectifier arrangement on an accumulator battery or a direct current network and is excited in the rotor by a direct current exciter in a current circuit According to the main patent, this DC exciter, on the one hand, is supplied with an exciter current that can be changed to the third power of the generator speed via an oscillating circuit with a choke coil and capacitor from the terminal voltage of the alternator via a rectifier arrangement, and on the other hand, this DC exciter has a counter-series exciter winding fed by the rectified generator current . z. Arrangement according to Claim i, characterized in that the battery voltage, which fluctuates with the state of charge of the battery, is compensated for by an additional machine which is excited in a differential circuit by a comparison voltage and the mains voltage to be kept constant.
DES4408D 1945-02-22 1945-02-22 Arrangement for generating direct current in wind turbines Expired DE922000C (en)

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