DE964892C

DE964892C - Synchronous generator with directly coupled auxiliary generator

Info

Publication number: DE964892C
Application number: DEB9322A
Authority: DE
Inventors: Dr Friedrich Muellner
Original assignee: BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1950-09-08
Filing date: 1950-09-08
Publication date: 1957-05-29

Description

Synchrongenerator mit direkt gekuppeltem Hilfsgenerator Bei großen Synchrongeneratoren, insbesondere solchen mit vertikaler Welle und Antrieb durch Wasserturbinen, kann aus verschiedenen Gründen die Anordnung einer sonst üblichen, mit dem Generator direkt gekuppelten Gleichstromerregermaschine uritunlich sein. Man ist deshalb vielfach dazu übergegangen, für die Lieferung des Erregerstromes ein besonderes Umformeraggregat, bestehend aus einem Wechselstrom- bzw. Drehstrommotor und einem Gleichstromgenerator, vorzusehen.Synchronous generator with directly coupled auxiliary generator For large Synchronous generators, especially those with a vertical shaft and drive Water turbines, the arrangement of an otherwise usual, with the generator directly coupled DC exciter. It has therefore often been used for the delivery of the excitation current a special converter unit, consisting of an AC or three-phase motor and a direct current generator.

Der Motor eines solchen Umformers kann dabei über einen geeigneten Transformator an das gleiche Netz angeschlossen werden, das vom Hauptgenerator gespeist wird. Diese Anordnung hat den Nachteil, daß bei Netzkurzschlüssen und dadurch bedingten Spannungsabsenkungen im Netz der Motor des Erregerumformers kippen und stehenbleiben kann, so daß der Hauptgenerator span nungslos wird, anstatt in üblicher Weise mit verstärkter Erregung weiterzuarbeiten.The motor of such a converter can use a suitable The transformer must be connected to the same network that is fed by the main generator will. This arrangement has the disadvantage that in the event of mains short circuits and caused by them Voltage drops in the network of the exciter converter motor tilt and come to a standstill can, so that the main generator is voltage-free, instead of in the usual way with to continue working with increased excitement.

Man kann zwar diesen Nachteil dadurch vermeiden, daß man zur Speisung des Erregerumformers das gewöhnlich in größeren Kraftwerken vorhandene Eigenbedarfsnetz heranzieht. Ein solche Maßnahme widerspricht aber der üblichen Forderung, nach welcher jeder Generator so ausgerüstet sein soll, daß er ohne Zuhilfenahme einer fremden Stromquelle auf Spannung gebracht und betrieben werden kann.You can avoid this disadvantage by using the power of the exciter converter is the auxiliary network usually found in larger power plants attracts. Such a measure, however, contradicts the usual requirement, according to which Every generator should be equipped in such a way that it can be operated without the aid of a third party Power source can be brought up to voltage and operated.

Weiter sind Synchrongeneratoren bekannt, bei denen die genannten Nachteile dadurch vermieden sind, daß die Erregerleistung wieder durch eine direkt mit dem Hauptgenerator gekuppelte Hilfsmaschine erzeugt wird, die jedoch nicht als Gleichstromgenerator, sondern als Wechselstrom-, vorzugsweise Drehstromgenerator ausgebildet ist, der vielfach in der erforderlichen Größe und Bauart leichter herzustellen und unterzubringen ist als ein entsprechender Gleichstromgenerator. Dieser Hilfsgenerator speist dann das obenerwähnte Umformeraggregat, welches im Betrieb die Gleichstromerregung des Haupt- wie des Hilfsgenerators liefert.Synchronous generators are also known in which the disadvantages mentioned are thereby avoided that the excitation power again by a directly with the Auxiliary machine coupled to the main generator is generated, but not as a direct current generator, but is designed as an alternating current, preferably three-phase generator, the multiple Easier to manufacture and accommodate in the required size and design is as a corresponding DC generator. This auxiliary generator then feeds the above-mentioned converter unit, which operates the DC excitation of the Main as well as the auxiliary generator supplies.

Wie ohne weiteres zu ersehen ist, ist auch bei dieser Anordnung zur Inbetriebnahme eines solchen Maschinensatzes zunächst eine besondere Gleichstromquelle für die Erregung des Hilfsgenerators notwendig, so daß auch hiermit die Forderung nach vollständiger Unabhängigkeit des Maschinensatzes von fremden Stromquellen nicht erfüllt ist.As can be seen without further ado, is also in this arrangement for Commissioning of such a machine set initially a special direct current source necessary for the excitation of the auxiliary generator, so that herewith the requirement not after complete independence of the machine set from external power sources is satisfied.

Durch besondere Kunstschaltungen, z. B. die Einsschaltung einer Kondensatorenbatterie, läßt sich zwar unter Umständen auch das Hochfahren des Maschinensatzes ohne besondere Hilfsstromquelle ermöglichen, jedoch sind solche Einrichtungen sehr kostspielig und wirken dabei nicht unbedingt zuverlässig.Through special art circuits, e.g. B. the connection of a capacitor battery, It is true that under certain circumstances the machine set can also be started up without special Allow auxiliary power source, but such facilities are very expensive and do not necessarily seem reliable.

Es ist auch schon vorgeschlagen worden, als Hilfsgenerator eine an sich bekannte Synchronmaschine mit Dauermagnetpolen zu verwenden. Da mit Dauermagneten nicht die gleiche Feldliniendichte im Luftspalt zu erzielen ist wie mit Elektromagneten, so fallen die Generatoren mit Dauermagneterregung erheblich größer aus, als solche der üblichen Bauart mit elektromagnetischer Erregung. Außerdem sind die erforderlichen hochwertigen Magnetwerkstoffe sehr kostspielig, und es besteht die Gefahr, daß die magnetomotorische Kraft der Dauermagnete mit der Zeit nachläßt. Ein weiterer Nachteil solcher durch Dauermagnete erregter Maschinen liegt darin, daß bei äußeren und inneren Kurzschlüssen keine Möglichkeit besteht, die Maschine durch Entregung schnell spannungslos zu machen, so daß in solchen Fällen die Wicklung verbrennen kann.It has also been proposed to use an auxiliary generator to use known synchronous machine with permanent magnet poles. Since with permanent magnets the same field line density cannot be achieved in the air gap as with electromagnets, so the generators with permanent magnet excitation turn out to be considerably larger than such of the usual type with electromagnetic excitation. Also, they are required high-quality magnetic materials very expensive, and there is a risk that the magnetomotive force of permanent magnets decreases over time. Another disadvantage Such machines excited by permanent magnets lies in the fact that with external and internal There is no possibility of short circuits, the machine is quickly de-energized by de-energizing to make, so that in such cases the winding can burn.

Es ist weiter bekannt, durch Dauermagnete erregte Hilfsgeneratoren geringer Leistung vorzusehen, die nur ein kleines Hilfserregeraggregat speisen, welches lediglich der Einleitung des Erregungsvorganges dient, während die Erregung im Normalbetrieb durch ein Haupterregeraggregat erfolgt, dessen Motor in der eingangs erwähnten Weise vom Hauptgenerator bzw. dem mit diesem verbundenen Netz gespeist wird, wobei aber auch die eingangs erwähnten Nachteile bestehen.It is also known, auxiliary generators excited by permanent magnets to provide low power, which only feed a small auxiliary exciter unit, which only serves to initiate the excitation process, while the excitation takes place in normal operation by a main exciter, whose motor is in the initially As mentioned above, it is fed by the main generator or the network connected to it is, but there are also the disadvantages mentioned at the beginning.

Schließlich ist auch schon vorgeschlagen worden, als Hilfsgenerator eine Maschine zu verwenden, die sowohl durch Dauermagnete als auch zusätzlich elektromagnetisch erregt wird. Dabei ist vorgesehen, daß der die Erregung des Hauptgenerator liefernde Erregerumformer unmittelbar durch den Hilfsgenerator angelassen wird. Da für den Anlauf dieses Aggregates eine erhebliche Energie erforderlich ist, die der Hilfsgenerator zunächst bei Erregung. allein durch die Dauermagnete liefern muß, so müssen die letzteren verhältnismäßig stark bemessen sein. Die erwähnten Nachteile von Maschinen mit Dauermagneterregung sind daher auch bei dieser Anordnung wenigstens zum Teil vorhanden, insbesondere wird die Gefahr des Verbrennens der Wicklung des Hilfsgenerators bei Kurzschlüssen nicht mit Sicherheit vermieden. Diese Nachteile bestehen besonders dann, wenn -wie es vielfach aus Zweckmäßigkeitsgründen gefordert wird - der Motor des Erregeraggregates gleichzeitig zum Antrieb irgendwelcher Hilfseinrichtungen, wie Pumpen od. dgl., dient.Finally, it has also been proposed as an auxiliary generator to use a machine that is operated by both permanent magnets and also electromagnetically is excited. It is envisaged that the one supplying the excitation of the main generator Exciter converter is started directly by the auxiliary generator. As for the Starting up this unit a considerable amount of energy is required for the auxiliary generator initially when excited. must deliver through the permanent magnets alone, they must the latter be relatively strong. The mentioned disadvantages of machines with permanent magnet excitation are therefore also at least partially in this arrangement present, in particular, there is a risk of burning the winding of the auxiliary generator not avoided with certainty in the event of short circuits. These disadvantages are particular when - as is often required for reasons of expediency - the engine the exciter unit at the same time to drive any auxiliary equipment, like pumps or the like., is used.

Zur Vermieidung aller der erwähnten Nachteile bedient sich die Erfindung ebenfalls eines solchen, sowohl durch Dauermagnete als auch zusätzlich elektromagnetisch erregten Hilfsgenerators. Im Gegensatz zu dem erwähnten Vorschlag sieht sie jedoch außerdem die ebenfalls erwähnte bekannte Unterteilung des Erregeraggregates in ein Haupt-und ein Hilfserregeraggregat vor, jedoch in einer wesentlich anderen Kombination, als bisher bekannt ist.The invention is used to avoid all of the disadvantages mentioned also one, both by permanent magnets and also electromagnetically excited auxiliary generator. In contrast to the suggestion mentioned, however, she looks also the well-known subdivision of the excitation unit into a Main and an auxiliary exciter unit in front, but in a significantly different combination, than is known so far.

Nach der Erfindung speist bei einem Synchrongenerator mit angekuppeltem Hilfsgenerator und mit Haupt- und Hilfserregeraggregat der mit Dauermagnetpolen und mit einer zusätzlichen Erregerwicklung ausgerüstete Hilfsgenerator die Antriebsmotoren beider Erregeraggregate, wobei die Hilfserregermaschine die Zusatzerregung des Hilfsgenerators liefert. Ferner sind Schaltmittel vorgesehen, um den gegebenenfalls noch zusätzlich belasteten Motor des Haupterregeraggregates erst nach erfolgter zusätzlicher Erregung des Hilfsgenerators durch das Hilfserregeraggregat einzuschalten und die Haupterregermaschine zu erregen.According to the invention feeds in a synchronous generator with a coupled Auxiliary generator and with main and auxiliary exciter unit with permanent magnet poles and an auxiliary generator equipped with an additional excitation winding, the drive motors both excitation units, with the auxiliary excitation machine providing the additional excitation of the auxiliary generator supplies. Furthermore, switching means are provided in order to possibly additionally loaded motor of the main exciter unit only after additional excitation has taken place of the auxiliary generator to be switched on by the auxiliary exciter unit and the main exciter to excite.

Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Anordnung besteht aus einem Hauptgenerator I und einem Hilfsgenerator 2 mit einer Zusatzerregung 2'. Der Hilfsgenerator weist ferner die zum Anfahren des Hilfserregeraggregates dienenden und entsprechend bemessenen Dauermagnete auf. Das Hilfserregeraggregat besteht aus einen kleinen Antriebsmotor 3a, der vom Hilfsgenerator -2 unmittelbar gespeist wird und die Hilfserregermaschine 5 antreibt.The drawing shows an embodiment of the invention. The order consists of a main generator I and an auxiliary generator 2 with additional excitation 2 '. The auxiliary generator also has the for starting the auxiliary exciter unit Serving and appropriately sized permanent magnets. The auxiliary exciter unit consists of a small drive motor 3a, which is directly from the auxiliary generator -2 is fed and the auxiliary exciter 5 drives.

Das Haupterregeraggregat setzt sich aus dem Antriebsmotor 3b und der Haupterregermaschine zusammen. Die kleine Hilfserregermaschine 5 speist die Zusatzerregerwicklung 2' und in dem gewählten Beispiel auch die Erregerwicklung der Haupterregermaschine 4. Zum Einschalten des Haupterregeraggregates, nachdem der Hilfsgenerator seine volle oder annähernd volle Spannung erreicht hat, dient der Schalter S. Mit dem Haupterregeraggregat ist ein Pumpensatz P gekuppelt, der infolge der Trennung des Erregeraggregates in zwei Maschinensätze ohne weiteres von dem Motor des Hauptaggregates mit angetrieben werden kann.The main exciter unit consists of the drive motor 3b and the Main exciter together. The small auxiliary exciter 5 feeds the additional excitation winding 2 'and, in the example chosen, also the excitation winding of the main exciter 4. To switch on the main exciter unit after the auxiliary generator has its has reached full or almost full voltage, switch S is used The main exciter unit is coupled to a pump set P, which as a result of the separation of the Exciter unit in two sets of machines easily from the motor of the main unit can be driven with.

Der Anfahrvorgang des Generators I spielt sich in folgender Weise ab: Zunächst wird der Hauptgenerator i und mit diesem der Hilfsgenerator 2 auf die normale Drehzahl gebracht und zieht bei geöffnetem Schalters den kleinen Antri°bsmotor3u mit sehr geringem Leistungsaufwand hoch. Beim Erreichen, einer bestimmten Drehzahl erregt sich die Hilfserreggerrnaschine 5 und liefert Strom in die Zusatzerregerwicklung 2' des Hilfsgenerators 2. Mit dem nunmehr zusätzlich erregten Hilfsgenerator 2 kann dann durch Einlegen des Schalters S der Antriebsmotor 3b angelassen werden. Danach kann die Haupterregermaschine 4 erregt werden und den Erregerstrom für den Generator I liefern.The start-up process for generator I is as follows ab: First of all, the main generator i and with it the auxiliary generator 2 are switched to the brought normal speed and pulls the small drive motor 3u when the switch is open high with very little effort. When reaching a certain speed excites the auxiliary exciter machine 5 and supplies power to the Additional excitation winding 2 'of the auxiliary generator 2. With the auxiliary generator 2, which is now additionally excited, can then the drive motor 3b can be started by inserting the switch S. Thereafter the main exciter 4 can be excited and the excitation current for the generator I deliver.

Da die Leistung des. Motors 3a nur einen kleinen Bruchteil derjenigen des Motors 3b beträgt, wird der Aufwand an Dauermagnetwerkstoff im Hilfsgenerator 2 gegenüber den bereits früher vorgeschlagenen Anordnungen erheblich reduziert, und der Gesamtkostenaufwand ist trotz des hinzugekommenen kleinen Antriebsmotors 3, bedeutend niedriger. Außerdem kann durch die erforderliche nur schwache Bemessung der Dauermagnetpole die Gefahr des Verbrennens der Wicklung des Hilfsgenerators 2 bei Kurzschlüssen mit Sicherheit vermieden werden.Since the power of the. Motor 3a is only a small fraction of that of the motor 3b is, the amount of permanent magnet material in the auxiliary generator 2 considerably reduced compared to the arrangements already proposed, and the total cost is despite the added small drive motor 3, significantly lower. In addition, due to the required only weak dimensioning the permanent magnet poles the risk of burning the winding of the auxiliary generator 2 can be avoided with certainty in the event of short circuits.

Claims

PATENT CLAIM: Synchronous generator with directly coupled auxiliary generator and with main and auxiliary exciter unit, characterized in that the one with permanent magnet poles and an additional field winding (2 ') equipped auxiliary generator (2) Drive motors (3a, 3b) feeds both exciter units, with the auxiliary exciter machine (5) supplies the additional excitation of the auxiliary generator (2), and that switching means are provided are to the possibly additionally loaded motor of the main exciter unit (3b) only after the auxiliary generator (2) has been additionally excited by the To be able to switch on the auxiliary exciter unit (3a, 5). Considered publications: German Patent Nos. 708 038, 663 000; U.S. Patent No. 2238 611. Cited earlier rights: German Patent No. 758 668; Patent application p 3266 VIII b / 21 d 2.