NO130807B - - Google Patents

Description

Synkrongenerator med selvmagne tisering.

Foreliggende oppfinnelse angår en synkrongenerator med selvmagnetisering over likeretter.

For ikke å behøve å forsyne en synkrongenerator med en roterende magneti-seringsmaskin, er det kjent å forbinde magnetiseringsviklingen med en likeretter som tilføres en del av den vekselstrøms-energi som frembringes av generatoren selv. For at magnetiseringen skal kunne opprettholdes ved kortslutning eller meget stor belastning tas herunder vanligvis minst en del av den nødvendige magneti-seringsenergi ut fra strømtransformatorer som primært er innkoblet i generatorens belastningsstrømførende tilslutninger. Ved kortslutning av generatoren vil imidlertid disse strømtransformatorer bevirke store påkjenninger av likeretteren, som det er vanskelig å beskytte den mot, spesielt hvis den består av germanium- eller kiselven-tiler. Da magnetiseringsanordningen ved disse kjente utførelser må' inneholde en eller oftest flere trefasete oppsetninger av strømtransformatorer, en flerfaset likeretter og dessuten vanligvis også et antall reaktorer og en spenningsregulator, blir magnetiseringsanlegget både stort og kost-bart.

Formålet med foreliggende oppfinnelse er for en over en likeretter selvmagnetisert synkrongenerator å anskaffe et magneti-seringssystem som kan opprettholde magnetiseringen ved kortslutning og stor belastning uten at likeretteren utsettes for utillatelige påkjenninger. Et ytterligere formål med oppfinnelsen er å skaffe en magnetiseringsanordning som ikke inneholder noen strøm- og spenningstransfor-matorer, og som også for øvrig består av så få og enkle komponenter som mulig.

Det særegne ved oppfinnelsen består

i at generatorens magnetsystem er anord-net slik at i det minste ved kortslutning av generatoren oppnås en ekstra magnetiseringskomponent med et poltall som avviker fra hovedmagnetiseringens poltall og fortrinsvis er større enn dette, og at den spenning som induseres av denne ekstra magnetiseringskomponent i en vikling som ligger i generatorens anker, utnyttes for over en likeretter å føres til generatorens magnetiseringsvikling. Poltallet for den ekstra magnetiseringskomponent og dens fasestilling i forhold til hovedmagnetiseringen velges herunder slik at den ekstra magnetiseringskomponent opprettholdes eller forsterkes ved kortslutning av generatoren. Oppfinnelsen gir følgelig en tilfreds-stillende magnetisering også ved kortslutning uten anvendelse av strømtransforma-torer som kan forårsake utillatelige påkjenninger på magnetiseringslikeretteren. Ved i henhold til oppfinnelsen å velge en ekstra magnetiseringskomponent med stør-re poltall enn hovedmagnetiseringen, oppnås et en vekselspenning med høyere frekvens for tilførsel til magnetiseringslikeretteren, hvorved den regulator som vanligvis kreves for regulering av magnetiseringens styrke, får mindre dimensjoner.

I en utførelsesform for oppfinnelsen uttas den spenning som induseres av den ekstra magnetiseringskomponent fra generatorens hovedvikling som fører belast-ningsstrømmen, slik at den enten kan utnyttes vesentlig bare ved kortslutningen, mens magnetiseringen under normal drift oppnås på tidligere kjent måte, eller den kan utnyttes alene for magnetisering under alle driftsforhold.

I en annen utførelsesform for oppfinnelsen er generatorens anker foruten med den normale hovedvikling også forsynt med en hjelpevikling med et poltall som tilsvarer poltallet for den ekstra magnetiseringskomponent, og denne hjelpevikling avgir energi til generatorens magnetiseringsvikling over en likeretter.

I en tredje utførelsesform for oppfinnelsen er generatorens anker likeledes forsynt med en hjelpevikling med et poltall som tilsvarer poltallet for den ekstra magnetiseringskomponent, mens den likeretter som avgir energi til magnetiseringsviklingen er tilsluttet denne hjelpevikling i serie med ankerets hovedvikling.

Som ekstra magnetiseringskomponent utnyttes i en utførelsesform for oppfinnelsen en av de overtoner som på grunn av ankerreaksjonen normalt oppstår i magnetiseringen ved kortslutning av generatoren. Ved en generator med utpregete poler kan styrken av disse overtoner varieres ved å variere formen på polplatene, og ved passende valg av polplatens form kan det også oppnås en magnetisering som også under normal drift inneholder en utpreget overtonekomponent, med en sådan fasestilling i forhold til magnetiseringens grunntone at den forsterkes ved belastning og kortslutning av generatoren. Ved oppfinnelsen utnyttes fortrinsvis den tredje overtone, som i generatorens hovedvikling ikke fremkaller noen resulterende hoved-spenninger med tilsvarende frekvens.

I en annen utførelsesform for oppfinnelsen oppnås den ekstra magnetiseringskomponent ved en generator med utpregete poler ved at magnetiseringsutviklingen er fordelt slik på de forskjellige poler at det oppnås dels en magnetiseringskomponent med samme poltall som antallet utpregete poler, dels en magnetiseringskomponent med halvdelen så stort poltall. Fordelingen av magnetiseringsviklingen kan herunder enkelt beregnes ved superposisjon av de amperevinningstall som kreves for de to magnetiseringskomponenter. Hvis det i denne utførelsesform ikke ønskes å øke antallet poler ut over det som kreves for hovedviklingens normale magnetisering, oppnås det dog en ekstra magnetiseringskomponent med et lavere poltall enn hovedmagnetiseringen.

Oppfinnelsen og noen forskjellige ut-

førelsesformer for den skal nå beskrives i tilslutning til vedføyede tegninger.

Fig. 1 viser en synkrongenerator med en normal i og for seg kjent magnetise-ringslikeretter tilsluttet generatorens hovedvikling og dessuten en spesiell anordning i henhold til oppfinnelsen for opp-rettholdelse av magnetiseringen ved kortslutning av generatoren. Fig. 2 viser en synkrongenerator i henhold til oppfinnelsen hvor den spenning som en ekstra magnetiseringskomponent fremkaller i generatorens hovedvikling utnyttes for generatorens magnetisering under alle driftsforhold. Fig. 3 viser en synkrongenerator i henhold til oppfinnelsen med en trefaset hjelpevikling på ankeret for tilførsel til magnetiseringsviklingen . Fig. 4 viser en synkrongeneraor i henhold til oppfinnelsen med en enfaset ankerhjelpevikling og en transduktorregulator for regulering av magnetiseringens styrke. Fig. 5 viser en synkrongenerator med en enfaset ankerhjelpevikling og en mag-netiseringslikeretter som er tilsluttet hjelpeviklingen i serie med ankerets hovedvikling. Fig. 6 viser en ytterligere anordning hvor den spenning som den ekstra magnetiseringskomponent induserer i generatorens hovedvikling tas ut for tilførsel til magnetiseringsviklingen. Fig. 1 viser en synkrongenerator med en stator 1 og en rotor 2. Statoren 1 er foresynt med en normal trefaset hovedvikling 3, som er tilsluttet generatorens utgangsklemmer R,S,T. Rotoren 2 er forsynt med en normal magnetiseringsvikling 4.

Under normal drift tilføres magnetiseringsviklingen 4 energi på i og for seg kjent måte fra en trefaselikeretter 5 tilsluttet hovedviklingens 3 faseuttak. Ved kortslutning av hovedviklingen 3 forsvinner imidlertid den spenning som påtrykkes likeretteren 5 og magnetiseringen vil derfor normalt opphøre. For å opprettholde magnetiseringen også ved kortslutning av generatoren er imidlertid generatoren i henhold til oppfinnelsen forsynt med en ekstra enfaset likerettergren 6, som er tilsluttet nullpunktet for hovedviklingen 3. Ved kortslutningen har magnetiseringen normalt, på grunn av ankerreaksjonen et forhøyet overtoneinnhold, og disse overtoner induserer mellom fase og nullpunkt i hovedviklingen 3 overtonespenninger med ulike ordenstall, som likerettes ved hjelp av likeretteren 6 og således avgir energi til magnetiseringsviklingen 4 ved kortslutning. Ved å variere formen på generatorens polplater kan størrelsen av disse overtonespenninger reguleres til passende verdi. Polplatene kan også gis en sådan form at det selv under normal drift oppstår tilstrekkelig store overtonespenninger for magnetisering av generatoren. Hensiktsmessig velges herunder, som tidligere nevnt, en sådan form på polplatene at magnetiseringen vil inneholde en utpreget tredje overtone, som er i motfase til magnetiseringens grunnkom-ponent og derfor forsterkes ved belastning og kortslutning av generatoren. Fig. 2 viser en magnetiseringsanordning i henhold til oppfinnelsen, hvor overtonespenninger utnyttes for magnetisering av generatoren under alle driftsforhold. Figuren viser en synkrongenerator med en stator 1 og en rotor 2. Statoren 1 er forsynt med en normal hovedvikling 3 tilsluttet generatorens utgangsklemmer R, S, T. Rotoren 12 er forsynt med en magnetiseringsvikling 4 og dens polplater har en sådan form at magnetiseringen inneholder en utpreget overtone, hensiktsmessig den tredje, for hovedmagnetiseringen. Magnetiseringens overtoner induserer i hovedviklingen 3 overtonespenninger, som tas ut mellom nullpunktet for hovedviklingen 3 og nullpunktet for en stjernekoblet kapasitiv tre-fasebelastning 7, tilsluttet uttaksklemmene R, S, T for hovedviklingen 3, og føres til en likeretter 8 for tilførsel til magnetiseringsviklingen 4.

I stedet for å ta overtonespenningene for magnetiseringen ut fra generatorens hovedvikling, hvilket i noen tilfeller kan medføre visse ulemper, kan generatorens anker forsynes med en hjelpevikling utført med den ekstra magnetiseringskomponen-tens poltall, slik som vist i fig. 3.

Fig. 3 viser en synkrongenerator med en stator 1 og en rotor 2. Statoren er forsynt med en normal trefaset hovedvikling 3, som er tilsluttet generatorens utgangsklemmer R, S, T. Statoren 1 er dessuten forsynt med en trefaset hjelpevikling 9, som er utført med et annet poltall enn hovedviklingen 3. Hjelpeviklingen 9 er over en regulator 10 tilsluttet en trefaselikeretter 11, hvis likestrømsside er tilsluttet generatorens magnetiseringsvikling 4. Re-gulatoren 10 kan være av vilkårlig passende kjent type, eksempelvis en transduktorregulator, og den regulerer den strøm som tilføres likeretteren 11 fra hjelpeviklingen 9 i avhengighet av spenningen mellom fasene S og T på generatorens hovedvikling

3. Magnetiseringsstrømmen gjennom magnetiseringsviklingen 4 reguleres således i avhengighet av generatorens avgitte spenning, slik at denne holdes tilnærmelsesvis

konstant. Rotoren 2 med magnetiseringsviklingen 4 er utført slik, eksempelvis på en av de måter som er beskrevet tidligere, at generatorens magnetisering vil inneholde en komponent med samme poltall som hovedviklingen 3 og en annen komponent med samme poltall som hjelpeviklingen 9. Poltallet for hjelpeviklingen 9 er valgt slik i forhold til poltallet for hovedviklingen 3 at den ankerreaksjon som opptrer ved kortslutning eller høy belastning av hovedviklingen, ikke påvirker magnetiseringen av hjelpeviklingen 9 særlig, slik at spenningen på hjelpeviklingen 9 og dermed også strømtilførselen til magnetiseringsviklingen 4 opprettholdes også ved kortslutning eller kraftig belastning av generatoren.

Ved å velge den tredje overtone til grunnmagnetiseringen som ekstra magnetiseringskomponent, hvilket som nevnt kan utføres ved passende form på polplatene, oppnås dels den fordel at linjespenningen for hovedviklingen 3 ikke vil inneholde noen overtonekomponent, dels den fordel at ankerets hjelpevikling uten fare for symmetrien i den hovedspenning som generatoren avgir, kan utføres enfaset, hvilket medfører at såvel magnetiseringslikeretteren som eventuelle regulatorer kan gjøres enfasete og derfor bli enkle og bil-lige.

Fig. 4 viser en synkrongenerator med en rotor 2, en stator 1 og en trefaset hovedvikling 3 på statoren, tilsluttet generatorens utgangsklemmer R, S, T. Statoren 1 er imidlertid i denne utførelsesform for oppfinnelsen forsynt med en enfaset hjelpevikling 12, som i serie med en selvmagnetisert transduktor 13 er tilsluttet en en-faselikeretter 14, som på likestrømssiden er tilsluttet magnetiseringsviklingen 4 på rotoren 2. Rotoren 2 er utført med utpregete poler og polplatene har en sådan form at magnetiseringen vil inneholde en utpreget tredje overtone med sådan fasestilling i forhold til grunntonen, at den be-holdes eller enndog forsterkes ved kortslutning eller kraftig belastning av generatoren. Hjelpeviklingen 12 er utført med et poltall som tilsvarer denne tredje overtone. Magnetiseringens tredje overtone medfører av kjente grunner ingen tilsvarende tredje overtone i hovedspenningene for hovedviklingen 3, da hovedviklingen er stjernekoblet. Hvis en nulleder skal til-sluttes generatoren, gjøres dette i henhold til oppfinnelsen på sådan måte at nullede-ren sluttes i serie med hjelpeviklingen 12 til nullpunktet for hovedviklingen 3, slik som vist med strekete linjer i fig. 4. Ved riktig polaritet på hjelpeviklingen 12 vil herunder spenningskomponentene for den tredje overtone i hovedviklingen 3 og hjelpeviklingen 12 balansere hverandre, slik at fasespenningene mellom generatorens tilslutningsklemmer RST og nulltilslutnin-gene 0 ikke vil inneholde noen vesentlig tredje overtone. Transduktoren 13 er forsynt med en motvirkende styrevikling 15, som tilføres energi fra en likeretter 16, som i serie med en mettet reaktor 17 er tilsluttet generatorens utgangsklemmer R og S. Transduktoren 13 er også forsynt med en medvirkende styrevikling 18, som tilfø-res energi fra en likeretter 19 tilsluttet over hjelpeviklingen 12. Transduktoren 13 regulerer følgelig på kjent måte strøm-men gjennom magnetiseringsviklingen 4 på en sådan måte at den spenning som avgis av hovedviklingen 3, holdes på en sådan verdi at strømmene gjennom transdukto-rens styre viklinger 15 og 18 balanserer hverandre. Da spenningen over hjelpeviklingen 12 ikke er absolutt konstant og uav-hengig av generatorens belastning, er hel-ler ikke strømmen gjennom styre viklingen 18 konstant. Strømmen gjennom styreviklingen 15 vil følgelig variere noe med generatorens belastning, men ved at denne strøm utledes fra den spenning som avgis av hovedviklingen 3 ved hjelp av et ikke linjært impedanseelement i form av den mettete reaktor 17, innebærer disse variasjoner i strømmen bare meget ubetydelige variasjoner i spenningen for hovedviklingen 3. Anordningen har dessuten den meget store fordel at det ikke trenges noen ekstra konstantspenningskilde for tilførsel til styreviklingen 18, hvilket ville være den konvensjonelle måte for styring av transduktoren.

I visse tilfeller kan det være hensiktsmessig å ta en del av magnetiseringsener-gien ut fra generatorens hovedvikling og en del fra en hjelpevikling. Fig. 5 viser en sådan anordning. Denne anordning er i vesentlige deler identisk med den som er vist i fig. 4. Hjelpeviklingen 12, som er utført med et poltall som tilsvarer en tredje overtone i magnetiseringen, er imidlertid serie-koblet med hovedviklingen 3 på sådan måte at den spenning som induseres i hjelpeviklingen 12 av den tredje overtone, samvir-ker med den spenning som tredje overtone induserer i hovedviklingen. Videre er likeretteren 14 for tilførsel til magnetiseringsviklingen 4 i serie med transduktoren 13 tilsluttet seriekoblingen av hjelpeviklingen 12 og den ene fase R av hovedviklingen 3. Den medvirkende styrevikling 18 for transduktoren 13 påtrykkes også spenningen over hjelpeviklingen 12 i serie med fase R av hovedviklingen 3, mens den motvirkende styreviklingen 15 tilføres energi over en mettet reaktor 17 fra spenningen mellom fasene S og T av hovedviklingen. Transduktoren 13 fungerer følgelig på prinsipielt samme måte som i fig. 4. Under normal drift blir i anordningen i henhold til fig. 5, likeretteren 14 tilført en komponent med generatorens hovedfrekvens fra hovedviklingen 3, og dessuten en komponent fra hjelpeviklingen 12 og hovedviklingen 3, som har en frekvens tilsvarende magnetiseringens tredje overtone, og hvis styrke er avhengig av belastningens størrelse. Ved kortslutning av generatoren forsvinner imidlertid komponenten med grunnfre-kvensen og likeretteren 14 tilføres bare en tredje overtonekomponent. Forholdet mellom de to spenningskomponenter som til-føres likeretteren 14, kan lett varieres ved å tilslutte likeretteren 14 til hovedviklingen 3 mere eller mindre langt inn på fase-viklingen B.

Fig. 6 viser ytterligere en utførelses-form for oppfinnelsen hvor magnetiseringsviklingen tilføres både en komponent tilsvarende magnetiseringens grunntone, og en komponent tilsvarende en tredje overtone i magnetiseringen, dog bare fra generatorens magnetsystem utført slik at det gir en magnetisering som inneholder en utpreget tredje overtone, som fremkaller fase-spenninger med tilsvarende frekvens i generatorens hovedvikling 3. Magnetiseringsanordningen består i det vesentlige av tre transformatorer 20, 21 og 22. Transformatorene 20 og 21 er med sine primærviklinger tilsluttet mellom fasene S og henhv. R og nullpunktet for hovedviklingen 3. Pri-mærviklingen for transformatoren 22 er tilsluttet i serie med sekundærviklingene for transformatorene 20 og 21 mellom fase T og hovedviklingens nullpunkt. Seriekoblingen er utført slik at grunntonene i fasespenningene delvis opphever hverandre, slik at det over sekundærviklingen for transformatoren 22 oppnås en relativt liten spenning med generatorens grunnfrekvens, mens de tredje overtoner i fasespenningene adderes slik at det oppnås en stor spenning med tredje overtone-frekvens over sekundærviklingen for transformatoren 22. Denne vikling er tilsluttet en likeretter 23 for tilførsel til magnetiseringsviklingen 4, som således tilføres dels en spenningskomponent som stammer fra magnetiseringens

grunntone, dels en spenningskomponent

som stammer fra magnetiseringens tredje overtone. Forholdet mellom størrelsene av disse to spenningskomponenter kan lett be-

stemmes ved hjelp av oversetningene i transformatorene 20, 21 og 22.

Claims (13)

1. Synkrongenerator hvis magnetiseringsvikling over en likeretter tilføres en elektrisk energi som dannes av generatoren karakterisert ved at generatorens magnetsystem er utført slik, f. eks. ved passende fordeling av magnetiseringsviklingen eller passende form på polplatene, at det i det minste ved kortslutning av generatoren, dannes en magnetiseringsfluks som foruten hovedmagnetiseringsfluksen også inneholder en ekstra flukskomponent med et poltall som avviker fra hovedmagnetiserings-fluksens poltall og fortrinsvis er større erun dette, og at den spenning som denne ekstra flukskomponent induserer i en vikling på generatorens anker (1) over likeretteren tilføres generatorens magnetiseringsvikling (4).

2. Synkrongenerator som angitt i på-stand 1, karakterisert ved at den spenning som den ekstra fluks-komponent induserer, uttas fra generatorens hovedvikling (3) som fører belastningsstrømmen (fig. 1 og 2).

3. Synkrongenerator som angitt i på-stand 1, karakterisert ved at generatorens anker (1) foruten med en hovedvikling (3) som fører belastningsstrømmen, også er forsynt med en hjelpevikling (9, 12) med et poltall som tilsvarer poltallet for den ekstra flukskomponent, fra hvilken hjelpevikling den spenning som den ekstra magnetiseringsfluks induserer uttas (fig. 3 og 4).

4. Synkrongenerator som angitt i på-stand 1, karakterisert ved at generatorens anker (1) foruten med en hovedvikling (3) som fører belastningsstrømmen, også er forsynt med en hjelpevikling (12) med et poltall som tilsvarer poltallet for den ekstra flukskomponent, og at likeretteren (14) for tilførsel til generatorens magnetiseringsvikling (4) er tilsluttet denne hjelpevikling (12) i serie med minst en del av hovedviklingen (3) (fig. 5).

5. Synkrongenerator som angitt i hvilken som helst av påstandene 1—4, med en rotor med utpregete poler, karakterisert ved at magnetiseringsviklingen (4) er fordelt slik på polene at det oppnås dels en fluks-komponent med samme poltall som antallet av utpregete poler, dels en flukskomponent med halvdelen så stort poltall.

6. Synkrongenerator som angitt i hvilken som helst av påstandene 1—4 med en rotor med utpregete poler, karakterisert ved at polplatene er utformet slik at den magnetiserende fluks inneholder en utpreget overtone, fortrinsvis den tredje.

7. Synkrongenerator som angitt i på-stand 6, karakterisert ved at polplatene er utformet slik at overtonen har en sådan fasestilling i forhold til grunntonen for den magnetiserende fluks at den forsterkes ved belastning eller kortslutning av generatoren.

8. Synkrongenerator som angitt i på-stand 2, forsynt med en trefaselikeretter (5) som er tilsluttet generatorens hovedvikling (3) for tilførsel til generatorens magnetiseringsvikling (4) under normal drift, karakterisert ved at likeretteren (5) er forsynt med en ekstra, enfaset likerettergren (6) som er tilsluttet nullpunktet for hovedviklingen (3), og som skal likerette den overtonespenning som opptrer i hovedviklingen (3) ved kortslutning av generatoren for tilførsel til magnetiseringsviklingen (4) (fig. 1).

9. Synkrongenerator som angitt i på-stand 2, karakterisert ved at en symme-trisk, stjernekoblet, fortrinsvis kapasitiv hjelpebelastning (7) er tilsluttet generatorens hovedvikling (3) og at likeretteren (8) for tilførsel til generatorens magnetiseringsvikling (4) er tilsluttet mellom nullpunktene for hovedviklingen (3) og hjelpebelastningen (7) (fig. 2).

10. Synkrongenerator som angitt i på-stand 2, karakterisert ved at den er forsynt med to transformatorer (20 og 21) som med sine primærviklinger er tilsluttet mellom hvert sitt faseuttak på generatorens hovedvikling (3) og hovedviklingens nullpunkt, samt en tredje transformator (22), hvis primærvikling i serie med sekundærviklingene for de to nevnte transformatorer (20 og 21) er tilsluttet mellom det tredje faseuttak og nullpunktet for hovedviklingen (3), og at sekundærviklingen for den sistnevnte transformator (22) er tilsluttet likeretteren (23) for tilførsel til generatorens magnetiseringsvikling (4) (fig. 6).

11. Synkrongenerator som angitt i på-stand 3 eller 4, karakterisert ved at hjelpeviklingen (12) på ankeret (1) er enfaset (fig. 4 og 5).

12. Synkrongenerator som angitt i på-stand 11, karakterisert ved at en nulleder (10) er tilsluttet i serie med hjelpeviklingen (12) til nullpunktet for hovedviklingen (3) (fig. 4).

13. Synkrongenerator som angitt i på-stand 3 eller 4, karakterisert ved at den er forsynt med en selvmagnetisert transduktor (13) som ligger i serie med magnetiseringslikeretteren (14) for regulering av den strøm som føres til magnetiseringsvik lingen (4), idet denne transduktor (13) styres dels ved en komponent som ved hjelp av ikke lineære impedanser (17) er utledet fra spenningen over hovedviklingen (3), dels av en komponent som er utledet fra den vekselspenning som er påtrykket seriekoblingen av magnetiseringslikeretteren (14) og transduktoren (13) (fig. 4).