WO2006103159A1 - Generator mit hoher phasenordnung - Google Patents

Generator mit hoher phasenordnung Download PDF

Info

Publication number
WO2006103159A1
WO2006103159A1 PCT/EP2006/060657 EP2006060657W WO2006103159A1 WO 2006103159 A1 WO2006103159 A1 WO 2006103159A1 EP 2006060657 W EP2006060657 W EP 2006060657W WO 2006103159 A1 WO2006103159 A1 WO 2006103159A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
stator
phases
alternating current
generator
phase
Prior art date
Application number
PCT/EP2006/060657
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Alain Lacaze
Original Assignee
Alstom Technology Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Alstom Technology Ltd filed Critical Alstom Technology Ltd
Priority to DE502006000995T priority Critical patent/DE502006000995D1/de
Priority to EP06708741A priority patent/EP1864375B1/de
Priority to JP2008503467A priority patent/JP5091110B2/ja
Publication of WO2006103159A1 publication Critical patent/WO2006103159A1/de
Priority to US11/863,533 priority patent/US7928623B2/en
Priority to US13/027,287 priority patent/US9106168B2/en

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P9/00—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output
    • H02P9/42—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output to obtain desired frequency without varying speed of the generator
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K19/00—Synchronous motors or generators
    • H02K19/16—Synchronous generators
    • H02K19/34—Generators with two or more outputs
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/04—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors
    • H02K3/28—Layout of windings or of connections between windings
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M5/00—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases
    • H02M5/02—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc
    • H02M5/04—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters
    • H02M5/22—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M5/25—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means
    • H02M5/27—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means for conversion of frequency
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M5/00—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases
    • H02M5/02—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc
    • H02M5/04—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters
    • H02M5/22—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M5/25—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means
    • H02M5/27—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means for conversion of frequency
    • H02M5/271—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means for conversion of frequency from a three phase input voltage
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P25/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details
    • H02P25/16—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the circuit arrangement or by the kind of wiring
    • H02P25/22—Multiple windings; Windings for more than three phases
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P27/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
    • H02P27/04—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
    • H02P27/16—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using ac to ac converters without intermediate conversion to dc
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K11/00—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection
    • H02K11/04—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection for rectification
    • H02K11/049—Rectifiers associated with stationary parts, e.g. stator cores
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49002—Electrical device making
    • Y10T29/49009—Dynamoelectric machine

Definitions

  • the present invention relates to the field of equipment for high phase order generators.
  • it relates to the power generation with a synchronous generator which outputs power via a static frequency converter and which generates a frequency different from the mains frequency.
  • the present invention relates to an apparatus for generating electrical power from mechanical power, comprising a generator for converting mechanical power into polyphase alternating current and a matrix converter for converting the polyphase alternating current into the desired output alternating current. Furthermore, the invention relates to a method for operating such a device.
  • the following advantages can be expected: reduced cost of the generator in accordance with a constant product of volume and rotational speed, standardized generators for both 50 Hz and 60 Hz, an adjustable speed, which allows the restoration of the partial load efficiency of the turbine, a significant noise reduction, clean (oil-free) cooling, etc ..
  • Static frequency converters exist with both AC / DC / AC conversion and direct AC / AC conversion.
  • the indirect conversion (AC / DC / AC) is effected by the generation of a directed direct current or direct current from the three-phase source (mains in the case of motors, generator in the case of power generation).
  • the DC or DC voltage is converted back to AC using an inverter.
  • An inductance (current transformer) or a capacitor bank (voltage transformer) are connected in the intervening circuit to reduce the ripple components of the current or the spikes.
  • Voltage converters make use of thyristors. If natural commutation of the thyristors is possible, the losses in the converters are reduced. Voltage converters use GTOs with their inherently high switching losses as well as IGBTs or IGCTs. The design performance of the individual components is lower than that of thyristors, and accordingly, a larger number of components are required for a specific voltage and a specific current. Voltage converters can benefit from the use of pulse width modulation techniques which improve the shape of the voltage curves and reduce the harmonics. The higher the switching frequencies, the better it is, apart from losses and dielectric fatigue. The current can be generated substantially sinusoidally, so that a load reduction of the power of the electric machine is avoided.
  • Direct conversion (AC / AC) is possible, for example, using so-called cyclo converters.
  • the direct conversion has significant advantages from the viewpoint of electrical machines because the current is more of a sinusoidal wave than a diced DC. This reduces the losses that additionally occur within the electrical machine and also prevents pulsating torsions. Nevertheless, the use of cyclo-converters with three phases is limited to the possible frequency range of 0-1 / 3 of the input frequency.
  • a three-phase cyclo-converter is composed of three single-phase cyclo-converters, with balanced operation, each processing one third of the power. Exceeding the 1/3 limit in the frequency ratio results in a highly unbalanced operation. In this case, every single phase
  • Cyclo converters can be designed for more than 1/3 of full power.
  • the oversizing can be up to a factor of 3 in the power design.
  • Another possibility of direct conversion is provided by so-called matrix converters in which each phase of a multiphase source (generator or network) is connected to each phase of a multiphase load (mains, passive load, motor, etc.) via a bidirectional switch is connectable.
  • the switches consist of a corresponding number of thyristors to withstand the differential voltages between the phases and the phase currents, and to enable a current reversal. They can be considered as truly bi-directional components, with the ability to simultaneously provide additional cabling such as snubbers or power supply to the drive pulses for the antiparallel components.
  • the switches are arranged in a (mxn) matrix at m phases of the source and n phases of the load. This provides the option to make any desired connection between the input phases and the output phases. Nevertheless, at the same time there is the disadvantage that certain switching states of the matrix not be allowed, otherwise a short circuit would result. Furthermore, it is desirable to perform the commutation from one phase to another phase such that the lowest possible switching loss results.
  • US Pat. No. 5,594,636 describes a matrix converter and a method for its operation in which the commutation between the phases is partly carried out as natural commutation, with forced commutation where natural commutation is not possible.
  • the object underlying the present invention is to provide an improved apparatus for generating electrical power from mechanical power, comprising a generator with an a rotor and a stator for the conversion of mechanical power into a multi-phase alternating current, preferably comprising a static frequency converter, such as a matrix converter, for the conversion of the polyphase alternating current into the desired output alternating current, as well as an improved To provide operation of such a device.
  • a generator with an a rotor and a stator for the conversion of mechanical power into a multi-phase alternating current, preferably comprising a static frequency converter, such as a matrix converter, for the conversion of the polyphase alternating current into the desired output alternating current, as well as an improved To provide operation of such a device.
  • the present invention achieves the above object by providing a generator assembly in which the stator includes a stator core having a cylindrical stator bore therein, said stator core having a plurality of parallel, spaced stator slots extending axially along the length of said stator core and which open to said stator bore, wherein a plurality of Statorwicklungsstäben are inserted into the stator slots.
  • the windings are connected such that the phases of the polyphase alternating current are delta-connected and the multiphase alternating current has more than three phases.
  • a feature of the invention is accordingly the fact that by using a so-called generator with high phase order and by the correspondingly high number of phases of the polyphase alternating current, the harmonic distortions can be considerably reduced.
  • the windings consist of bars, the construction is very simple and robust, since the connection points of the output phases of the stator can be chosen from the end connections of the bars of the winding on both sides of the stator.
  • the main arguments that should be considered to optimize the number of phases of the multiphase output current are the following:
  • the number of phases should preferably be a multiple of 3, otherwise the currents and voltages are permanently unbalanced.
  • a high number of phases of the polyphase alternating current leads to a high commutation frequency.
  • the commutation frequency is due to the duration of the commutation restricted.
  • the total number of switches is proportional to the number of phases.
  • the total cost of the converter depends directly on it.
  • delta-connected stator automatically implies a so-called polygonal stator winding.
  • polygonal stator winding the individual windings are connected in an appropriate manner in series, with successive connecting points of the bars forming m vertices or involutes, theoretically defining an m-phase winding which is connected to the input of the preferably used matrix converter.
  • standard stators of generators can be modified to operate in accordance with the invention. This can be achieved by bridging the external winding connections and connecting the inputs of the matrix converter to the end connections of the bars.
  • stator winding is correspondingly fully symmetrical and forms a single closed coil.
  • the desired AC output at the output of the converter normally has 1, 2, 3 or 6 phases.
  • the multiphase stator of the generator preferably has more than 8 phases, wherein the number of phases of the multiphase stator is preferably a multiple of 3.
  • the polyphase stator 9, 12, 15, 18, 21 or 24 phases. But even a larger number such as 36, 54 or 108 phases are possible, which indeed increase the number of switching elements required in the matrix converter, but also reduce the harmonic distortion and increase the versatility in terms of the frequency ratio.
  • the number of phases of the polyphase stator may even be equal to the number of stator slots.
  • m phases of the polyphase AC current of the generator are converted into AC output current with n (n ⁇ m) phases of a network or a load, with the aid of a plurality of controllable bidirectional switches operating in a (mxn) matrix are arranged such that each of the m phases of the polyphase alternating current is connected to each of the n phases of the output alternating current via at least one bidirectional switch.
  • the bidirectional switches in this case are controlled by a control system, which selectively connects the m inputs to n outputs, with first means for determining the signs of the currents in the inputs, and second means for determining the signs of the voltages between the inputs are provided, and wherein the first and second means are in active communication with the control system.
  • the bidirectional switches are connected to the control system as usual via a signal connection, by means of which information about the switching state of the switches is transmitted to the control system.
  • the bidirectional switches may include anti-parallel connected thyristors.
  • the matrix converter can at least partially be integrated into the stator of the generator or is mounted directly on the generator.
  • the part of the matrix converter integrated in the stator is even arranged in the flow of the coolant used to cool the generator.
  • the present invention relates to a method of operating a device as described above, i. a m phase generator, which supplies a n phase network / load.
  • the device comprises a matrix converter in which m phases of the multiphase alternating current of the generator, by alternately connecting these phases via a plurality of controllable bidirectional switches arranged in an (mxn) matrix, to an alternating current with n (n ⁇ m) Phases are converted and operated by n phases of the generator are always connected to the load, while (mn) phases of the generator are not connected to the load.
  • the device is characterized in that switching from a selected connected phase of the generator to a selected non-connected phase of the generator only takes place when the conditions as described in the document DE 100 51 222 A1 and in the corresponding European application EP-A -1 199 794 are fulfilled.
  • the disclosure of these two documents is expressly included in the present description.
  • the present invention relates to a method for modifying or repowering a star-connected stator having a low phase order.
  • the method is characterized in that the stator-connected stator using the following steps:
  • stator comprises a stator core having a cylindrical stator bore, the stator core having a plurality of spaced parallel stator slots extending axially along the length of said stator core and opening toward said stator bore, and wherein a plurality of Statorwicklungsstäben are inserted into these stator slots.
  • stator has k stator slots
  • multi-phase stator has m phases
  • each k / m-th involute is connected to form one phase of the terminals of the polyphase stator.
  • the circumferential rings which connect the windings to the terminals can be easily removed and the ends of the rods connected to the revolving rings can be welded together.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a generator with a matrix
  • Figure 2 a is a schematic representation of a generator with high phase order with matrix converter according to the invention, and b) shows the same connectivity using a different representation that visualizes the polygonal character;
  • FIG. 3 a shows a schematic connectivity of a three-phase stator with star-connected stator windings according to the prior art with FIG. 54
  • Figure 4 illustrates the theoretical frequency spectrum of the AC output current of the matrix converter for a 6-phase generator, i. for multiphase alternating current with 6 phases (a) and for an 18-
  • Phase generator i. for 18 phase polyphase alternating current (b).
  • Figure 1 shows a generator construction in which a generator 1 with six star connected (reference numeral 2) generator phases G1 to G6 with a matrix - Converter 3 is connected.
  • This arrangement of the bidirectional switches 4 leads to a 6 ⁇ 3 matrix of switches, or more generally, for m phases of the polyphase alternating current 6 and for n phases of the output alternating current 7, the matrix converter comprises an mxn matrix of bi Directional switches 4.
  • the AC output current 7 is connected as usual via a transformer 5 to a network (phases L1, ..., L3).
  • a matrix converter according to FIG. 1 and a preferred mode of operation of such a matrix converter are described in DE 100 51 222 A1 and in the corresponding European application EP-A-1 199 794.
  • phase For many concerns, such as harmonic distortion or frequency ratio, it is preferable to use many phases, i. much more than 6. However, a large number of phases may result in poor utilization of both the stator windings and the circuit breaker.
  • the number of phases may be as high as the number of stator slots (i.e., several tens). For example, if two winding bars are arranged in each of the stator slots, it is in principle even possible to have a number of phases which is twice as high as the number of stator slots.
  • the matrix converter could normally have either a 3-phase network, load or supply network corresponding to either m ⁇ 3 or m ⁇ 6 phases.
  • a 3-phase connection i. an m ⁇ 3 matrix converter is used, then the effective electromotive force is reduced (the winding coefficient is reduced).
  • the specific output power is slightly reduced and the generator should be designed a bit higher (about 15%).
  • FIG. 2 correspondingly shows a possible structure with a generator 1 with high phase order with 12 phases.
  • the embodiment as described herein aims to provide an attractive solution when the number of phases becomes large, i. 24, 36 or more. In fact, the solution can be applied to any number of phases.
  • the stated generator configuration for 12 phases of the polyphase alternating current 6 and for 3 phases of the desired output alternating current is very similar to a standard synchronous AC generator of the prior art. The difference lies in the end winding connections of the stator bars, which have to be modified.
  • the circumferential rings which form the coils with the connection connect, remove.
  • the ends of the rods connected to the orbital rings are welded together, as is each rod which forms the coils.
  • the stator winding is fully symmetrical and forms a single closed coil.
  • welded connections are connected to a bidirectional switch 4.
  • the resulting apparent phase number m of the polyphase alternating current could be 3, 4, 5, 6 ... up to the number of rods, i. twice the number of slots when both the driven and non-driven ends are equipped with switches.
  • any standard generator can be modified to be used with the new configuration.
  • AC generators are star-connected, but in this case the generator is delta-connected.
  • the stator configuration bears some resemblance to the rotor winding of a DC motor.
  • FIG. Figure 3a shows the standard connectivity of a star-connected stator with 54 stator slots connected to form 6 phases of the polyphase alternating current 6. These phases are indicated in Figure 3 with U1, V1, W1 and U2, V2, W2. Each of the stator slots is provided with two stator bars.
  • such a sta- be converted into a delta-connected stator according to the invention by where adjacent, where the phases of the polyphase alternating current 6 were previously connected, adjacent outputs are connected. In other words, these connections are bridged at the points in FIG. 3 a) where two black dots are arranged directly adjacent to one another.
  • the involutes are individually connected to a set of bidirectional switches. If a 54-phase output is desired, each involute is connected to a bidirectional switch. In Figure 3b), only every third involute is connected to a set of bidirectional switches, resulting in a multi-phase, 18-phase switching output. These 18 phases are connected to the lines of the output alternating current by means of a set of bidirectional switches.
  • busbars between the polyphase stator and the matrix converter have a fairly low duty cycle, inversely proportional to the number of phases, and accordingly the busbars can be scaled down.
  • busbar bars standard medium voltage cables can be used, resulting in a significant cost reduction.
  • Figure 3c shows schematically how the end winding region of a stator looks with bar windings and where the output phases are tapped from the outermost portions of the involutes. For this purpose, symbolic sets of bidirectional switches are shown in some of the involutes. Also visible in Figure 3c) is the fact that a stator which has been modified according to the invention is fully symmetrical.
  • the apparent commutation frequency will be high.
  • the generated harmonics on the voltage will occur at higher frequency and have lower amplitude.
  • the corresponding harmonic current is further reduced because of the phase inductance of the generator.
  • a significantly superior performance is achieved for 18 phases of the polyphase alternating current (b), with less than 10% for the fifth and sixth order harmonics.
  • the number of commutations per unit time will increase in proportion to the number of phases, i. the time remaining between commutations will decrease in proportion to the number of phases.
  • the duration of the commutation will decrease in the same proportion, since the inductance involved in the switching process or the energy is much lower. In the end, the total commutation time will be the same regardless of the number of phases currently used.
  • the current number of phases can be changed dynamically during operation.
  • a generator with 54 slots will be considered, which will be equipped with 3 x 54 bidirectional switches 4. It can be operated as a 4, 6, 9, 12, 18, 27, 36 or 54 phase generator for symmetric operation.
  • any intermediate number of phases can be used, with limited impact on operating performance during operation.
  • the change in the number of phases is effected by the control software of the matrix converter. In the event of a failure of a switch, the system can still be operated if the defective switch is removed.
  • the current in a given rod of the stator is a real sine wave most of the time.
  • the working cycle of the stator winding is high.
  • the commutations result in a very local modification of the pattern of the magnetic field. Accordingly, the anchor effect will be very close to that of a synchronous generator.
  • the damper winding of the rotor is normally subjected to a large load which exceeds the normal negative sequence as specified in regulations such as IEC 34-4.
  • the proposed configuration does not do so and, accordingly, a standard rotor damping winding will suffice.
  • the pulsed mode of operation makes it possible to have fairly large currents but with a low duty cycle, which corresponds exactly to the intended application.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Ac-Ac Conversion (AREA)
  • Windings For Motors And Generators (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Erzeugung von elektrischer Leistung aus mechanischer Leistung enthaltend: einen Generator (1 ) mit einem Rotor und einem Stator zur Umwandlung von mechanischer Leistung in einen Mehrphasen-Wechselstrom (6); vorzugsweise einen Matrix-Konverter (3) für die Umwandlung des Mehrphasen-Wechselstroms (6) in den gewünschten Ausgangs-Wechselstrom (7); wobei der genannte Stator einen Statorkern mit einer darin vorgesehenen zylindrischen Statorbohrung umfasst, wobei der Statorkern eine Mehrzahl von beabstandeten parallelen Statorschlitzen aufweist, welche sich axial entlang der Länge des Statorkerns erstrecken und welche sich zur Statorbohrung hin öffnen, und wobei eine Mehrzahl von Statorwicklungsstäben in die Statorschlitze eingeführt ist; wobei die Wicklungen des Stators, welche die Phasen des Mehrphasen-Wechselstroms (6) erzeugen, Delta-verbunden sind, und wobei der Mehrphasen-Wechselstrom (6) mehr als drei Phasen aufweist. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Vorrichtung. Die vorgeschlagene Vorrichtung erlaubt es, Verzerrungen der Ausgangs-Spektren wesentlich zu reduzieren und erlaubt einen flexibleren Frequenz-Bereich.

Description

Generator mit hoher Phasenordnung
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Ausrüstung für Generatoren mit hoher Phasenordnung. Insbesondere bezieht sie sich auf die Leis- tungserzeugung mit einem Synchron-Generator, welcher über einen statischen Frequenz-Konverter Leistung abgibt, und welcher eine von der Netzfrequenz unterschiedliche Frequenz erzeugt.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich im speziellen auf eine Vorrichtung zur Erzeugung von elektrischer Leistung aus mechanischer Leistung, umfassend einen Generator zur Umwandlung von mechanischer Leistung in Mehrphasen-Wechselstrom und einen Matrix Konverter für die Umwandlung des Mehrphasen-Wechselstroms in den gewünschten Ausgangs-Wechselstrom. Des weiteren bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Vorrichtung.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Im Bereich der Stromerzeugung ist für eine spezifizierte Ausgangsleistung eine Zunahme der Umdrehungsgeschwindigkeit der Turbine verbunden mit einer Re- duktion sowohl der Grosse als auch der Kosten. Ausserdem kann die Effizienz verbessert werden. Bereits sind Stormerzeugungs-Generatorturbinen mit Leistungen von bis zu 70 MW mit Generatoren verbunden unter Zuhilfenahme von Getriebeanordnungen, um einen Betrieb bei höherer Umdrehungsgeschwindigkeit der Turbine zu erlauben. Nimmt die Ausgangsleistung zu, wird aber die Verwen- düng von Getriebeanordnungen aus Zuverlässigkeitsgründen zunehmend schwierig. In derartigen Fällen wird die Turbine bei synchroner Geschwindigkeit betrieben. Die Verwendung von statischen Frequenz-Konvertern (Leistungselektronik) stellt eine Alternative dar. Unter anderem können die folgenden Vorteile erwartet werden: reduzierte Kosten des Generators in Übereinstimmung mit einem konstanten Produkt von Volumen und Umdrehungsgeschwindigkeit, standardisierte Generato- ren für sowohl 50 Hz als auch 60 Hz, eine einstellbare Geschwindigkeit, welche die Wiederherstellung der Teillast-Effizienz der Turbine erlaubt, eine wesentliche Lärmreduktion, saubere (ölfreie) Kühlung, etc..
Sowohl im Falle der Energieerzeugung als auch im Falle von Antrieben würde die Reduktion der Verluste von statischen Frequenz-Konvertern wesentliche Kosten- einsparungen bringen. Eine Reduktion der Verluste hätte vor allem einen Einfluss auf die Investitions-Kosten, da die Kühlung normalerweise für einen wesentlichen Teil der Gesamtkosten eines Konverters verantwortlich ist. Statische Frequenz-Konverter existieren sowohl mit AC/DC/AC-Wandlung als auch mit direkter AC/AC-Wandlung. Die indirekte Konversion (AC/DC/AC) wird durch die Erzeugung eines gerichteten Gleichstroms oder einer gerichteten Gleichspannung aus der Dreiphasen-Quelle (Netz im Fall von Motoren; Generator im Falle von Strom-Erzeugung) bewirkt. An- schliessend wird der Gleichstrom oder die Gleichspannung in einen Wechselstrom unter Verwendung eines Inverters zurückgewandelt. Eine Induktanz (Stromwand- ler) oder eine Kondensatorbank (Spannungswandler) werden in den dazwischenliegenden Kreis verbunden um die Welligkeits-Komponenten (ripples) des Stroms oder die Spitzen (spikes) zu reduzieren.
Heutzutage machen die grossen Konverter Gebrauch von Thyristoren. Wenn natürliche Kommutierung der Thyristoren möglich ist, werden die Verluste in den Konvertern reduziert. Spannungs-Konverter verwenden GTOs mit deren inhärent hohen Schaltverlusten sowie auch IGBTs oder IGCTs. Die Auslegungsleistung der individuellen Komponenten ist niedriger als jene von Thyristoren, und entsprechend ist für eine spezifische Spannung und für einen spezifischen Strom eine grossere Anzahl von Komponenten erforderlich. Spannungs-Konverter können von der Verwendung von Pulsweiten-Modulationstechniken profitieren, welche die Form der Spannungskurven verbessern und die Harmonischen reduzieren. Je höher die Schaltfrequenzen sind, desto besser ist es, abgesehen von Verlusten und dielektrischer Ermüdung. Der Strom kann im wesentlichen sinusförmig erzeugt werden, so dass eine Lastminderung der Leistung der elektrischen Maschine vermieden wird.
Direkte Wandlung (AC/AC) ist beispielsweise unter Verwendung von sogenannten Cyclo-Konvertem möglich. Die direkte Wandlung weist aus Sicht elektrischer Maschinen wesentliche Vorteile auf, weil der Strom eher eine sinusförmige Welle als ein zerstückelter Gleichstrom ist. Dies reduziert die Verluste, welche zusätzlich innerhalb der elektrischen Maschine auftreten und es verhindert auch pulsierende Torsionen. Dennoch beschränkt sich die Verwendung von Cyclo-Konvertem mit drei Phasen auf den möglichen Frequenzbereich von 0-1/3 der Eingangsfrequenz. Ein drei Phasen Cyclo-Konverter ist aus drei Einzelphasen-Cyclo-Konvertem aufgebaut, wobei bei ausgewogener Betriebsweise jeder ein Drittel der Leistung verarbeitet. Eine Überschreitung der 1/3 Grenze im Frequenzverhältnis hat eine stark unaus- geglichene Betriebsweise zur Folge. In diesem Fall sollte jeder Einzelphasen-
Cyclo-Konverter für mehr als 1/3 der vollen Leistung ausgelegt werden. Die Überdimensionierung kann bis zu einem Faktor 3 in der Leistungsauslegung betragen. Eine andere Möglichkeit der direkten Wandlung wird durch sogenannte Matrix- Konverter zur Verfügung gestellt, in welchen jede Phase einer Mehrphasen-Quelle (Generator oder Netz) mit jeder Phase einer Mehrphasenlast (Netz, passive Last, Motor etc.) über einen bidirektionalen Schalter verbunden oder verbindbar ist. Die Schalter bestehen aus einer entsprechenden Anzahl von Thyristoren um den diffe- renziellen Spannungen zwischen den Phasen und den Phasenströmen standzuhalten, und um eine Stromumkehr zu ermöglichen. Sie können als wahrhaft bi- direktionale Komponenten betrachtet werden, mit den Möglichkeiten, gleichzeitig zusätzliche Verkabelungen wie Beschaltungs-Elemente (snubbers) oder die Stromversorgung für die Treiberpulse für die antiparallelen Komponenten vorzusehen. Die Schalter sind in einer (m x n) Matrix angeordnet bei m Phasen der Quelle und n Phasen der Last. Dies stellt die Option zur Verfügung, jede gewünschte Verbindung zwischen den Eingangsphasen und den Ausgangsphasen herzustellen. Dennoch ergibt sich gleichzeitig der Nachteil, dass gewisse Schaltzustände der Matrix nicht erlaubt sein dürfen, da anderenfalls beispielsweise ein Kurzschluss resultieren würde. Weiterhin ist es erwünscht, die Kommutierung von einer Phase auf eine andere Phase derart durchzuführen, dass der niedrigst mögliche Schaltverlust resultiert. Die US A 5,594,636 beschreibt einen Matrix-Konverter und ein Verfahren zu seinem Betrieb, in welchem die Kommutierung zwischen den Phasen teilweise als natürliche Kommutierung durchgeführt wird, mit einer erzwungenen Kommutierung dort, wo die natürliche Kommutierung nicht möglich ist. Obwohl mit dieser Art der Auswahl Schaltverluste durch die natürliche Kommutierung reduziert werden, ver- bleiben dennoch die Schaltverluste, welche aufgrund der erzwungenen Kommutierung zu Stande kommen. Weiterhin macht die mögliche erzwungene Kommutierung bei allen Positionen der Matrix die Anwesenheit von Komponenten, welche ausgeschaltet werden können, erforderlich. Dies erhöht den Schaltaufwand erheblich. Dennoch ist es möglich, einen Matrix-Konverter in einer Art und Weise zu betreiben, dass nur natürliche Kommutierungen verwendet werden. Dies kann erreicht werden, indem das Umschalten von einer ausgewählten verbundenen Phase des Generators zu einer ausgewählten nicht verbundenen Phase des Generators nur erlaubt wird, wenn bestimmte Bedingungen erfüllt sind. Ein solcher Matrix-Konver- ter sowie auch seine Betriebsweise sind in der DE 100 51 222 A 1 sowie in der korrespondierenden europäischen Anmeldung EP-A-1 199 794 offenbart. Obwohl dieses Konzept eines Matrix-Konverters sowie seine Betriebsweise von hoher Effizienz und Vielseitigkeit ist, so leidet es doch für bestimmte Anwendungen an Schwächen in Bezug auf harmonische Verzerrung und in Bezug auf mögliche Fre- quenz-Verhältnisse.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht entsprechend darin, eine verbesserte Vorrichtung zur Erzeugung elektrischer Leistung aus mechanischer Leistung zur Verfügung zu stellen, umfassend einen Generator mit ei- nem Rotor und einem Stator für die Umwandlung von mechanischer Leistung in einen Mehrphasen-Wechselstrom, vorzugsweise umfassend einen statischen Frequenz-Konverter, wie z.B. einen Matrix-Konverter, für die Wandlung des Mehrphasen-Wechselstroms in den gewünschten Ausgangs-Wechselstrom, sowie auch eine verbesserte Betriebsweise einer solchen Vorrichtung zur Verfügung zu stellen.
Die vorliegende Erfindung löst die obengenannte Aufgabe dadurch, dass ein Generator-Aufbau vorgeschlagen wird, bei welchem der Stator einen Statorkern mit einer darin vorgesehenen zylindrischen Statorbohrung umfasst, wobei der genannte Statorkern eine Vielzahl von parallelen, beabstandeten Statorschlitzen aufweist, welche sich axial entlang der Länge des genannten Statorkerns erstrecken und welche sich zur genannten Statorbohrung hin öffnen, wobei eine Vielzahl von Statorwicklungsstäben in die Statorschlitze eingeführt sind. In einem solchen Sta- tor sind die Wicklungen derart verbunden, dass die Phasen des Mehrphasen- Wechselstroms Delta-verbunden sind und der Mehrphasen-Wechselstrom mehr als drei Phasen hat.
Ein Merkmal der Erfindung ist entsprechend die Tatsache, dass durch Verwendung eines sogenannten Generators mit hoher Phasenordnung und durch die ent- sprechend hohe Anzahl von Phasen des Mehrphasen-Wechselstroms die harmonischen Verzerrungen erheblich reduziert werden können. Weil die Wicklungen aus Stäben bestehen, ist die Konstruktion sehr einfach und robust, da die Verbindungspunkte der Ausgangsphasen des Stators aus den Endverbindungen der Stäbe der Wicklung auf beiden Seiten des Stators gewählt werden können. Die Hauptargumente, welche zur Optimierung der Anzahl der Phasen des Mehr- phasenausgangsstroms in Betracht gezogen werden sollten, sind folgende:
- Die Anzahl der Phasen sollte vorzugsweise ein Vielfaches von 3 sein, sonst sind die Ströme und Spannungen permanent unausgewogen.
- Eine hohe Anzahl von Phasen des Mehrphasen-Wechselstroms führt zu ei- ner hohen Kommutierungsfrequenz.
- Eine hohe Kommutierungsfrequenz reduziert die harmonische Verzerrung.
- Die Kommutierungsfrequenz ist aufgrund der Zeitdauer der Kommutierun- gen eingeschränkt.
- Die gesamte Anzahl von Schaltern ist proportional zur Anzahl der Phasen. Die Gesamtkosten des Konverters hängen direkt davon ab.
- Eine grosse Anzahl von Phasen bedeutet einen sehr niedrigen Betriebs- zyklus in der m-Phasenquelle. Die Ausnutzung des Generators ist dann ziemlich schlecht und seine Kosten ziemlich hoch.
Dementsprechend ist die dem Stand der Technik (welcher aber sternverbunden ist) entsprechende Verwendung der 6 Phasen des Mehrphasen-Wechselstroms, welcher leicht erhalten werden kann (Transformator mit Doppelwicklung, 6-Pha- sen-Generator), häufig zufriedenstellend. Wenn aber harmonische Verzerrungen reduziert werden sollen, ist eine höhere Anzahl von Phasen offenbar überlegen. Die hier beschriebene Lösung beinhaltet das Anzapfen der Stabwicklungen von Delta-verbundenen Phasen und zielt darauf ab, eine attraktive Lösung dadurch zur Verfügung zu stellen, dass die Anzahl der Phasen hoch wird, z.B. 18, 24, 36 oder mehr. Tatsächlich kann die Lösung bei jeder Anzahl von Phasen bis zur Anzahl der Schlitze angewandt werden, oder sogar bis zur Anzahl der Stäbe.
Normalerweise sind Wechselstrom-Generatoren sternverbunden. Für Generatoren mit hoher Phasenordnung und einer aus Stäben aufgebauten Wicklung erweist es sich jedoch als vorteilhaft, Delta-verbundene Statorwicklungen zu verwenden. Der Delta-verbundene Stator impliziert automatisch eine sogenannte polygonale Statorwicklung. In einer polygonalen Statorwicklung sind die einzelnen Wicklungen in angemessener Form in Reihe verbunden, wobei aufeinanderfolgende Verbin- dungspunkte der Stäbe m Scheitel oder Evolventen ausbilden, wobei theoretisch eine m-Phasenwicklung definiert wird, welche mit dem Eingang des vorzugsweise verwendeten Matrix-Konverters verbunden ist. Demnach können Standard-Statoren von Generatoren modifiziert werden, um entsprechend der Erfindung betrieben zu werden. Das kann erreicht werden, indem die externen Wicklungsverbin- düngen überbrückt und die Eingänge des Matrix-Konverters mit den Endverbindungen der Stäbe verbunden werden. Um einen 3-Phasen sternverbundenen Stator in einen Mehrphasen Delta-verbundenen oder polygonalen Stator umzubauen, werden die die Wicklungen mit den Anschlussklemmen verbindenden umlaufenden Ringe entfernt und die Enden der Stäbe, welche mit den umlaufenden Ringen verbunden waren, werden zusammengeschweisst. Die Statorwicklung wird entsprechend voll symmetrisch und bildet eine einzige geschlossene Spule.
Bei Leistungserzeugung hat der gewünschte Wechselstromausgang am Ausgang des Konverters normalerweise 1 , 2, 3 oder 6 Phasen. Entsprechend der Erfindung hat der Mehrphasen-Stator des Generators vorzugsweise mehr als 8 Phasen, wobei die Zahl der Phasen des Mehrphasen-Stators vorzugsweise ein Vielfaches von 3 ist. Vorzugsweise hat der Mehrphasen-Stator 9, 12, 15, 18, 21 oder 24 Phasen. Aber auch eine grossere Anzahl wie 36, 54 oder 108 Phasen sind möglich, welche zwar die Anzahl der notwendigen Schaltelemente im Matrix-Konverter erhöhen, aber auch die harmonischen Verzerrungen reduzieren und die Vielseitigkeit in Bezug auf das Frequenzverhältnis erhöhen. Im Prinzip kann die Anzahl der Phasen des Mehrphasen-Stators sogar gleich der Anzahl der Statorschlitze sein.
Entsprechend einer anderen Ausführungsform werden im Matrix-Konverter m Phasen des Mehrphasen-Wechselstroms des Generators in Ausgangswechselstrom mit n (n < m) Phasen eines Netzes oder einer Last konvertiert, unter Zuhilfenahme einer Mehrzahl von steuerbaren bidirektionalen Schaltern, welche in einer (m x n) Matrix angeordnet sind, so dass jede der m Phasen des Mehrphasen-Wechselstroms mit jeder der n Phasen des Ausgangs-Wechselstroms über wenigstens einen bidirektionalen Schalter verbunden ist. Typischerweise werden die bidirektionalen Schalter in diesem Fall durch ein Kontrollsystem gesteuert, wobei dieses in ausgewählter Weise die m Eingänge mit n Ausgängen verbindet, wobei erste Mittel zur Bestimmung der Vorzeichen der Ströme in den Eingängen, und zweite Mittel für die Bestimmung der Vorzeichen der Spannungen zwischen den Eingängen vorgesehen sind, und wobei die ersten und die zweiten Mittel in aktiver Verbindung mit dem Kontrollsystem sind. Die bidirektionalen Schalter sind mit dem Kon- trollsystem wie üblich über eine Signalverbindung verbunden, mittels der Informationen zum Schaltzustand der Schalter an das Kontrollsystem übermittelt werden. Die bidirektionalen Schalter können antiparallel geschaltete Thyristoren umfassen. Insbesondere im Falle einer sehr grossen Anzahl von Phasen des Mehrphasen- Wechselstroms des Generators erweist es sich als vorteilhaft, die Leistungselektronik in den Stator zu integrieren. Der Matrix-Konverter kann dementsprechend wenigstens teilweise in den Stator des Generators integriert werden oder ist direkt an den Generator angebaut. Vorzugsweise ist der in den Stator integrierte Teil des Matrix-Konverters sogar in der Strömung des zur Kühlung des Generators verwendeten Kühlmittels angeordnet.
Zusätzlich bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zum Betrieb einer oben beschriebenen Vorrichtung, d.h. eines m Phasen-Generators, welcher ein n Phasen-Netz/Last versorgt. Die Vorrichtung weist einen Matrix Konverter auf, in welchem m Phasen des Mehrphasen-Wechselstroms des Generators, durch alternatives Verbinden dieser Phasen über eine Vielzahl von steuerbaren bidirektionalen, in einer (m x n) Matrix angeordneten Schaltern, zu einem Wechselstrom mit n (n < m) Phasen konvertiert werden, und wird betrieben, indem n Phasen des Generators immer mit der Last verbunden sind, während (m-n) Phasen des Generators nicht mit der Last verbunden sind. Die Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Umschalten von einer ausgewählten verbundenen Phase des Generators auf eine ausgewählte nicht verbundene Phase des Generators nur dann stattfindet, wenn die Bedingungen, wie sie im Dokument DE 100 51 222 A1 sowie in der korrespondierenden europäischen Anmeldung EP-A-1 199 794 angeführt sind, erfüllt sind. Was die Betriebsweise des Matrix-Konverters betrifft, welcher einen Teil der Vorrichtung entsprechend der Erfindung bildet, wird die Offenbarung dieser beiden Dokumente ausdrücklich in die vorliegende Beschreibung einge- schlössen.
Des weiteren bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zur Modifikation oder zum Repowering eines sternverbundenen Stators mit niedriger Phasenordnung. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass der stemverbunde- ne Stator unter Verwendung der folgenden Schritte:
Verbindung der externen Wicklungsverbindungen des Stators und Verwendung einer Auswahl oder aller Stabverbindungen als Anschlussklemmen des Mehrphasen-Stators
modifiziert wird, wobei dieser Stator einen Statorkern mit einer zylindrischen Sta- torbohrung umfasst, wobei der Statorkern eine Vielzahl von beabstandeten parallelen Statorschlitzen aufweist, welche sich axial entlang der Länge des genannten Statorkerns erstrecken und sich zu dieser Statorbohrung hin öffnen, und wobei eine Vielzahl von Statorwicklungsstäben in diese Statorschlitze eingeführt sind.
Vorzugsweise sind Sätze von bidirektionalen Schaltern, welche einen Matrix-Konverter bilden, direkt mit den ausgewählten Stabverbindungen verbunden. Wenn der Stator k Statorschlitze aufweist, und der Mehrphasen-Stator m Phasen aufweist, ist vorzugsweise jede k/m-te Evolvente unter Ausbildung einer Phase der Anschlussklemmen des Mehrphasen-Stators verbunden. Die umlaufenden Ringe, welche die Wicklungen mit den Anschlussklemmen verbinden, können einfach entfernt werden und die Enden der Stäbe, welche mit den umlaufenden Ringen verbunden waren, können miteinander verschweisst werden.
Weitere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
In den beiliegenden Figuren werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt, wobei:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines Generators mit einem Matrix-
Konverter nach dem Stand der Technik ist;
Figur 2 a) eine schematische Darstellung eines Generators mit hoher Phasenordnung mit Matrix-Konverter entsprechend der Erfindung ist, und b) dieselbe Konnektivität unter Verwendung einer anderen Darstellungsweise zeigt, welche den polygonalen Charakter visualisiert;
Figur 3 a) eine schematische Konnektivität eines 3-Phasen-Stators mit stern- verbundenen Statorwicklungen nach dem Stand der Technik mit 54
Schlitzen darstellt; b) eine schematische Konnektivität eines Stators mit deltaverbundenen Statorwicklungen einschliesslich eines Satzes von bidirektionalen Schaltern, welche direkt mit den Evolventen verbunden sind; c) eine schematische perspektivische Ansicht der End- region eines Stators mit zwei Wicklungsstäben pro Statorschlitz darstellt; und
Figur 4 das theoretische Frequenzspektrum des Ausgangswechselstroms des Matrix-Konverters für einen 6-Phasen-Generator darstellt, d.h. für Mehrphasen-Wechselstrom mit 6 Phasen (a) und für einen 18-
Phasen-Generator, d.h. für Mehrphasen-Wechselstrom mit 18 Phasen (b).
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Mit Bezug auf die Zeichnungen, welche dazu dienen sollen, die vorliegenden Ausführungsbeispiele zu illustrieren und nicht dazu, dieselben einzuschränken, zeigt Figur 1 einen Generatoraufbau, in welchem ein Generator 1 mit sechs stern- verbundenen (Bezugszeichen 2) Generatorphasen G1 bis G6 mit einem Matrix- Konverter 3 verbunden ist. Ein Mehrphasen-Wechselstrom 6 mit sechs Phasen (m=6) bildet entsprechend den Eingang für den Matrix-Konverter 3. Jede dieser Phasen ist individuell über einen bidirektionalen Schalter 4 mit einer beliebigen der drei Ausgangs-Wechselstrom-Phasen 7 verbunden (n = 3). Diese Anordnung der bidirektionalen Schalter 4 führt zu einer 6 x 3 Matrix von Schaltern, oder allgemeiner, für m Phasen des Mehrphasen-Wechselstroms 6 und für n Phasen des Ausgangs-Wechselstroms 7 umfasst der Matrix-Konverter eine m x n Matrix von bi- direktionalen Schaltern 4. Bei Verwendung entsprechender Steuerungsmittel ist es somit möglich, in Abhängigkeit des gewünschten Ausgangsmusters für den Ausgangswechselstrom 7, zu jedem Zeitpunkt jede beliebige Eingangsphase mit jeder beliebigen Ausgangsphase zu verbinden. Der Ausgangswechselstrom 7 ist wie üblich über einen Transformator 5 mit einem Netz (Phasen L1 ,...,L3) verbunden.
Ein Matrix-Konverter nach Figur 1 und eine bevorzugte Betriebsweise eines solchen Matrix-Konverters ist in der DE 100 51 222 A1 sowie in der korrespondierenden europäischen Anmeldung EP-A-1 199 794 beschrieben.
Für viele Belange, wie beispielsweise harmonische Verzerrung oder Frequenzverhältnis ist es bevorzugt, viele Phasen zu verwenden, d.h. viel mehr als 6. Eine grosse Anzahl von Phasen kann aber in einer schlechten Ausnutzung sowohl der Statorwicklungen als auch der Leistungsschalter resultieren.
Es gibt einen Weg, um dieses Problem der schlechten Ausnutzung zu umgehen, welcher darin besteht, einen polygonalen Stator in Betracht zu ziehen. Eine polygonale Wicklung kann einfach erhalten werden, indem die externen Wicklungsverbindungen verbunden werden (kurzschliessen). Dies ist einfach möglich auf- grund der Tatsache, dass eine Stator-Konstruktion verwendet wird, in welcher die Wicklungen Stabwicklungen sind, und in welcher die Evolventen, welche in einer derartigen Konstruktion vorhanden sind, für den Anschluss der Schalter zur Verfügung stehen. Die Evolventen nehmen in diesem Fall beispielsweise eine Form an, wie sie in der DE-A-31 23 800, oder wie in der DE 26 30 171 offenbart sind, oder wie in Fig. 1 b der US 5,789,840. Dann können die Schalter einfach mit den äus- sersten Abschnitten der Evolventen verbunden werden. Im Prinzip kann die Anzahl der Phasen so hoch sein wie die Anzahl der Statorschlitze (d.h. mehrere zehn). Wenn beispielsweise in jedem der Statorschlitze zwei Wicklungsstäbe angeordnet sind, ist es im Prinzip sogar möglich, eine Anzahl von Phasen zu haben, welche doppelt so hoch ist wie die Anzahl Statorschlitze.
Es muss dabei bemerkt werden, dass es auch möglich ist, einen Mehrphasen- Transformator zu verwenden, welcher bei der Leistungserzeugung mittels eines Generators mit hoher Phasenordnung beispielsweise einen 6-Phasen-Ausgang des Matrix-Konverters mit einem 3-Phasen-Netz oder Last verbindet.
Der Matrix-Konverter könnte im Normalfall mit einem 3-Phasen-Netz, Last oder Versorgungsnetz dementsprechend entweder m x 3 oder m x 6 Phasen aufweisen. Wenn eine 3-Phasen-Verbindung, d.h. ein m x 3 Matrix-Konverter, verwendet wird, dann wird die effektive elektromotorische Kraft reduziert (der Wicklungs-Koeffizient wird reduziert). Die spezifische Ausgangsleistung wird leicht reduziert und der Generator sollte etwas darüber ausgelegt werden (ca. 15%).
Wenn ein 6-Phasen-Ausgang verwendet wird, dann ist die Ausgangsleistung exakt gleich wie mit der Original-Wicklung. Der Nachteil liegt nun bei den Sammelschienen und beim Haupttransformator. Ein spezielles Design von Sammelschienen wird die zusätzlichen Kosten wesentlich reduzieren. Die zusätzlichen Kosten beim Aufwärts-Transformator für eine Doppelwicklung sind marginal. Ein 6-Phasen- Ausgang ist sehr attraktiv, wenn der Leitungsstrom gross ist und die Auslegung des Thyristors überschreitet.
Figur 2 zeigt entsprechend einen möglichen Aufbau mit einem Generator 1 mit hoher Phasenordnung mit 12 Phasen. Das Ausführungsbeispiel wie hier beschrieben zielt darauf ab, eine attraktive Lösung zur Verfügung zu stellen, wenn die Anzahl der Phasen gross wird, d.h. 24, 36 oder mehr. Tatsächlich kann die Lösung bei jeder Phasenzahl angewendet werden. Das Ausführungsbeispiel wird für den Fall eines m-Phasen-Generators mit einem 3-Phasen-Netzwerk (n = 3), verbunden durch den Matrix-Konverter, beschrieben. Die angegebene Generator-Konfiguration für 12 Phasen des Mehrphasen-Wechselstroms 6 und für 3 Phasen des gewünschten Ausgangs-Wechselstroms ist einem Standard Synchron-AC-Generator des Standes der Technik sehr ähnlich. Der Unterschied liegt in den Endwicklungs- Verbindungen der Statorstäbe, welche modifiziert werden müssen.
Zunächst werden die umlaufenden Ringe, welche die Spulen mit den Anschluss- klemmen verbinden, entfernt. Die Enden der Stäbe, welche mit den umlaufenden Ringen verbunden waren, werden zusammengeschweisst, so wie jeder Stab, welcher die Spulen bildet. Dadurch ist die Stator-Wicklung voll symmetrisch und bildet eine einzige geschlossene Spule. Tatsächlich gibt es keine speziellen Anschluss- Stücke mehr zwischen den Phasen. Ausserdem gibt es keinen Bedarf mehr, die ersten und letzten Stäbe der Wicklungen speziell auszubilden.
Zum Zweiten werden einige oder möglicherweise alle der geschweissten Verbindungen mit einem bidirektionalen Schalter 4 verbunden. Die resultierende erschei- nende Phasenzahl m des Mehrphasen-Wechselstroms könnte 3, 4, 5, 6... bis zur Anzahl der Stäbe betragen, d.h. zweimal die Anzahl der Schlitze, wenn sowohl das angetriebene als auch das nicht-angetriebene Ende mit Schaltern ausgerüstet werden.
Im Prinzip kann jeder Standard-Generator modifiziert werden, um mit der neuen Konfiguration verwendet zu werden.
Normalerweise sind AC-Generatoren sternverbunden, aber in diesem Fall ist der Generator Delta-verbunden. Die Stator-Konfiguration hat einige Ähnlichkeit mit der Rotorwicklung eines DC-Motors.
Das grundlegende Betriebsprinzip in einem solchen Aufbau bleibt gleich und wird für eine grosse Anzahl von Phasen angewendet.
Das vorliegende Konzept ist auch besonders geeignet für das Repowering eines Stators. Dies kann aus Figur 3 erkannt werden. Figur 3a) zeigt die Standard-Konnektivität eines sternverbundenen Stators mit 54 Statorschlitzen, verbunden unter Ausbildung von 6 Phasen des Mehrphasen-Wechselstroms 6. Diese Phasen sind in Figur 3 mit U1 , V1 , W1 und U2, V2, W2 angegeben. Jeder der Statorschlitze ist mit zwei Statorstäben versehen.
Wie dies durch die Konnektivität in Figur 3b) angegeben ist, kann ein solcher Sta- tor in einen Delta-verbundenen Stator nach der Erfindung umgewandelt werden, indem dort, wo vorher die Phasen des Mehrphasen-Wechselstroms 6 verbunden waren, benachbarte Ausgänge verbunden werden. Mit anderen Worten werden diese Verbindungen an den Stellen in der Figur 3a) überbrückt, wo zwei schwarze Punkte unmittelbar benachbart zueinander angeordnet sind. Nun werden die Evolventen einzeln mit einem Satz von bidirektionalen Schaltern verbunden. Wenn ein 54-Phasen-Ausgang gewünscht ist, wird jede Evolvente mit einem bidirektionalen Schalter verbunden. In Figur 3b) wird nur jede dritte Evolvente mit einem Satz von bidirektionalen Schaltern verbunden, was zu einem Mehrphasen-Wechselausgang mit 18 Phasen führt. Diese 18 Phasen sind mittels eines Satzes von bidirektionalen Schaltern mit den Linien des Ausgangs-Wechselstroms verbunden. Die Sammelschienen zwischen dem Mehrphasen-Stator und dem Matrix-Konverter haben einen ziemlich niedrigen Betriebszyklus, invers proportional zur Phasenanzahl, und entsprechend können die Sammelschienen herunterskaliert werden. Anstelle von Sammelschienen-Stäben können Standard-Mittelspannungskabel verwendet werden, was eine wesentlich Kostenreduktion zur Folge hat.
Figur 3c) zeigt in schematischer Weise, wie die Endwicklungsregion eines Stators mit Stabwicklungen aussieht, und wo die Ausgangsphasen von den äussersten Abschnitten der Evolventen abgegriffen werden. Zu diesem Zweck sind bei einigen der Evolventen symbolisch Sätze von bidirektionalen Schaltern eingezeichnet. Ebenfalls sichtbar in Figur 3c) ist die Tatsache, dass ein Stator, welcher gemäss der Erfindung modifiziert wurde, voll symmetrisch ist.
Infolge der grossen Anzahl von Phasen wird die scheinbare Kommutierungs-Frequenz hoch sein. Die erzeugten Harmonischen auf der Spannung werden bei höherer Frequenz auftreten und niedrigere Amplitude aufweisen. Der entsprechende harmonische Strom wird wegen der Phasen induktivität des Generators weiter reduziert.
Die Graphiken wie in Figur 4 angegeben zeigen das theoretische Spektrum mit einem 6-Phasen (a), und einem 18-Phasen (b) Generator (z.B. einen wie in Figur 3b schematisch dargestellt). In Figur 4a) kann erkannt werden, dass für 6 Phasen des Mehrphasen-Wechselstroms bei den Harmonischen erster Ordnung Harmonische mit einer Amplitude von 14 % und von 20% bei den Harmonischen zweiter Ordnung erhalten werden.
Ein deutlich überlegenes Verhalten wird für 18 Phasen des Mehrphasen-Wechselstroms (b) erreicht, mit weniger als 10% bei den Harmonien fünfter und sechster Ordnung.
Die Anzahl von Kommutierungen pro Zeiteinheit wird proportional zur Phasenzahl zunehmen, d.h. die Zeit, welche zwischen Kommutierungen zur Verfügung bleibt, wird proportional zur Phasenzahl abnehmen. Gleichzeitig wird die Dauer der Kommutierung im gleichen Verhältnis abnehmen, da die beim Schaltvorgang involvierte Induktivität oder die Energie wesentlich niedriger ist. Am Ende wird die Gesamt- zeit für Kommutierungen gleich sein, unabhängig von der Zahl der aktuell verwendeten Phasen.
Die aktuelle Phasenzahl kann während des Betriebs dynamisch geändert werden. Es soll ein Generator mit 54 Schlitzen betrachtet werden, welcher mit 3 x 54 bi- direktionalen Schaltern 4 ausgestattet wird. Er kann als 4, 6, 9, 12, 18, 27, 36 oder 54 Phasen-Generator für symmetrische Operation betrieben werden. Im Falle eines Ausfalls eines Schalters kann jede dazwischenliegende Phasenzahl verwendet werden, mit begrenztem Einfluss auf die Arbeitsleistung beim Betrieb. Der Wechsel in der Phasenzahl wird durch die Steuerungssoftware des Matrix-Konver- ters bewirkt. Im Falle eines Ausfalls eines Schalters kann das System dennoch betrieben werden, sofern der defekte Schalter entfernt wird.
Mit dem vorgeschlagenen Wicklungs-Schema ist der Strom in einem gegebenen Stab des Stators während der meisten Zeit eine reale Sinuswelle. Der Arbeits- zyklus der Statorwicklung ist hoch. Die Kommutierungen resultieren in einer sehr lokalen Modifikation des Musters des magnetischen Feldes. Entsprechend wird die Ankerwirkung sehr nahe bei jener eines Synchron-Generators liegen. Wenn ein Generator 1 über einen statischen Frequenz-Konverter betrieben wird, ist die Dämpferwicklung des Rotors normalerweise einer grossen Last ausgesetzt, welche die normale negative Sequenz, wie in Vorschriften wie IEC 34-4 spezifiziert, überschreitet. Die vorgeschlagene Konfiguration tut dies nicht, und dement- sprechend genügt eine Standard-Rotordämpfungswicklung.
Die „Ventile", d.h. die Schalter (Thyristoren, IGBT, IGCT, GTO...) sind zahlreich. Das neue Konzept gibt eine grosse Flexibilität, um die individuelle Auslegung und die Kosten der „Ventile" zu optimieren. Der Punkt ist, dass die „Ventile" bei der ge- pulsten Betriebsweise permanent in Betrieb sein werden.
Die gepulste Betriebsweise erlaubt es, ziemlich grosse Ströme aber mit einem niedrigen Arbeitszyklus zu haben, was genau der geplanten Anwendung entspricht.
BEZUGSZEICHEN-LISTE
1 Generator 2 Stern-Punkt, Stern-Verbindung
3 Matrix-Konverter
4 Bidirektionaler Schalter
5 Transformator
6 Mehrphasen-Wechselstrom 7 Ausgangs-Wechselstrom
G1 - G6 Generatorphase L1 - L3 Phase einer Last (Netz) m Anzahl der Phasen des Mehrphasen-Stators n Anzahl der Phasen des Wechselstroms auf dem Netz, der Last oder der Hauptversorgung

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur Erzeugung von elektrischer Leistung aus mechanischer Leistung, enthaltend einen Generator (1 ) mit einem Rotor und einem Stator für die Umwandlung von mechanischer Leistung in einen Mehrphasen-
Wechselstrom (6),
• wobei der Stator einen Statorkern mit einer zylindrischen Statorbohrung umfasst, wobei der Statorkern eine Vielfalt von beabstandeten parallelen Statorschlitzen aufweist, welche sich axial entlang der Länge des Sta- torkems erstrecken und sich zur Statorbohrung hin öffnen, wobei eine
Vielzahl von Statorwicklungs-Stäben in die Statorschlitze eingeführt ist,
• wobei die Wicklungen des Stators, welche die Phasen des Mehrphasen- Wechselstroms (6) erzeugen, Delta-verbunden sind, und
• wobei der Mehrphasen-Wechselstrom (6) mehr als drei Phasen auf- weist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , aufweisend einen statischen Frequenz-Konverter (3) zur Konversion des Mehrphasen-Wechselstroms (6) in einen gewünschten Ausgangs-Wechselstrom (7).
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, aufweisend einen Matrix-Konverter (3) für die Wandlung des Mehrphasen-Wechselstroms (6) in den gewünschten Ausgangs-Wechselstrom (7).
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 , aufweisend einen Mehrphasen-Transformator für die Wandlung des Mehrphasen-Wechselstroms (6) in den gewünschten Ausgangs-Wechselstrom (7).
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass es sich beim Stator um einen polygonalen Stator handelt, wie er erhalten wird, wenn die externen Wicklungsverbindungen überbrückt und die Eingänge des Matrix-Konverters (3) mit den Endverbindungen der Stäbe verbunden werden.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2,3 oder 5, wobei der gewünschte Ausgangs-Wechselstrom (7) 3 oder 6 Phasen (n) aufweist, und wobei der Mehrphasen-Wechselstrom (6) mehr als 8 Phasen (m) aufweist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Anzahl der Phasen (m) des Mehrphasen-Wechselstroms (6) ein Vielfaches von 3 ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, wobei der Mehrphasen- Wechselstrom (6) 9, 12, 18, 21 oder 24 Phasen (m) aufweist.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in jedem Statorschlitz ein oder zwei Statorwicklungs-Stäbe angeordnet sind.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2, 3 oder 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Matrix-Konverter (3) m Phasen des Mehrphasen-Wechselstroms (6) des Generators (1 ) in Ausgangs-Wechselstrom (7) mit n (n < m) Phasen (L1 ,...,L3) einer Last mittels einer Vielzahl von in einer (m x n) Matrix angeordneten, steuerbaren, bidirektionalen Schaltern (4) konvertiert werden, so dass jede der m Phasen des Mehrphasen-Wechselstroms (6) mit jeder der n Phasen des Ausgangs-Wechselstroms über wenigstens einen bidirektionalen Schalter (4) verbunden ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die bidirektionalen Schalter (4) durch ein Kontrollsystem gesteuert werden, welches in ausgewählter Weise m Eingänge mit n Ausgängen verbindet, wobei erste Mittel zur Bestimmung des Vorzeichens der Ströme der Eingänge und zwei- te Mittel zur Bestimmung der Vorzeichen der Spannungen zwischen den
Eingängen vorgesehen sind, und wobei die ersten und zweiten Mittel in aktiver Verbindung mit dem Kontrollsystem stehen.
12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die bidirektionalen Schalter (4) mit dem Kontrollsystem über eine Signallinie verbunden sind, über welche Information betreffend den Schaltzustand der Schalter an das Kontrollsystem übermittelt wird.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 - 12, dadurch gekennzeichnet, dass die bidirektionalen Schalter (4) antiparallel geschaltete Thyristoren oder entsprechend angeordnete IGBTs, IGCTs oder GTO's umfassen.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2, 3 oder 5 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der statische Frequenz-Konverter oder der Matrix-Konverter (3) wenigstens teilweise in den Stator des Generators integriert ist.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Teil des statischen Frequenz-Konverters oder des Matrix-Konverters (3), welcher im Stator enthalten ist, in der Strömung des zur Kühlung des Generators ver- wendeten Kühlmittels angeordnet ist.
16. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Phasen (m) des Mehrphasen-Wechselstroms (6) der Zahl der Statorschlitze entspricht.
17. Verfahren zum Betrieb einer Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem Matrix-Konverter (3) in welchem m Phasen des Mehrphasen-Wechselstroms (6) des Generators (1 ) in Ausgangs-Wechselstrom mit n (n < m) Phasen (L1 ,...,L3) einer Last konvertiert werden durch ein abwechselndes Verbinden dieser Phasen über eine Vielzahl von steuerbaren bidirektionalen Schaltern (4), welche in einer (m x n) Matrix angeordnet sind, wobei n Phasen des Generators (1 ) immer mit der Last verbunden sind, während (m-n) Phasen des Generators (1 ) nicht mit der Last verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schalten von einer ausgewählten verbundenen Phase (Gk) des Generators (1) zu einer ausgewählten nicht verbundenen Phase (Gi) des Generators (1 ) nur dann stattfindet, wenn die Bedingung
Figure imgf000022_0001
erfüllt wird, wobei Ik und Vk der Strom und die Spannung der ausgewählten verbundenen Phase (Gk) sind, Vi die Spannung der ausgewählten nicht verbundenen Phase (Gi) ist, und für jeden Schaltvorgang Kykιeine charakteristische Konstante für die wechselseitige Induktivität zwischen den Phasen (Gi,...,Gm) des Generators (1 ) und der Induktivität der Last ist.
18. Verfahren zum Repowering eines sternverbundenen Stators, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator einen Statorkern mit einer darin vorgesehenen zylindrischen Statorbohrung umfasst, dass der Statorkern eine Vielzahl von beabstandeten parallelen Statorschlitzen aufweist, welche sich axial entlang der Länge des Statorkerns erstrecken, und welche sich zur Statorbohrung hin öffnen, wobei eine Vielzahl von Statorwicklungsstäben in die Statorschlitze eingeführt ist, umfassend folgende Schritte
Überbrückung der externen Wicklungsverbindungen des Stators und - Verwendung der Endverbindungen der Wicklungsstäbe als Mehrphasen-Statorausgang.
19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass ein statischer Frequenz-Konverter, vorzugsweise ein Matrix-Konverter, direkt mit den Endverbindungen der Wicklungsstäbe verbunden wird, vorzugsweise dadurch, dass Sätze von bidirektionalen Schaltern unter Ausbildung eines Matrix-Konverters direkt mit den Endverbindungen der Wicklungsstäbe verbunden werden.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator k Statorschlitze aufweist, dass der Mehrphasen-Ausgang m Phasen aufweist, und dass jede k/m-te Endverbindung der Wicklungsstäbe oder Evolventen unter Ausbildung einer Phase des Mehrphasen-Statorausgangs verbunden ist.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die die Spulen mit den Anschlussklemmen verbindenden umlaufenden
Ringe entfernt werden, und dass die Stabenden, welche zuvor mit den umlaufenden Ringen verbunden waren, zusammengeschweisst werden.
PCT/EP2006/060657 2005-03-31 2006-03-13 Generator mit hoher phasenordnung WO2006103159A1 (de)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE502006000995T DE502006000995D1 (de) 2005-03-31 2006-03-13 Generator mit hoher phasenordnung
EP06708741A EP1864375B1 (de) 2005-03-31 2006-03-13 Generator mit hoher phasenordnung
JP2008503467A JP5091110B2 (ja) 2005-03-31 2006-03-13 多相発電機
US11/863,533 US7928623B2 (en) 2005-03-31 2007-09-28 Generator with high phase order
US13/027,287 US9106168B2 (en) 2005-03-31 2011-02-15 Method for re-powering a star-connected stator

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CH00586/05 2005-03-31
CH5862005 2005-03-31

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
US11/863,533 Continuation US7928623B2 (en) 2005-03-31 2007-09-28 Generator with high phase order

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2006103159A1 true WO2006103159A1 (de) 2006-10-05

Family

ID=35447201

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2006/060657 WO2006103159A1 (de) 2005-03-31 2006-03-13 Generator mit hoher phasenordnung

Country Status (7)

Country Link
US (2) US7928623B2 (de)
EP (1) EP1864375B1 (de)
JP (1) JP5091110B2 (de)
CN (1) CN100581048C (de)
DE (1) DE502006000995D1 (de)
RU (1) RU2366062C2 (de)
WO (1) WO2006103159A1 (de)

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008098911A1 (de) * 2007-02-14 2008-08-21 Alstom Technology Ltd Verfahren zum betrieb einer kraftwerksanlage
WO2008098891A1 (de) * 2007-02-14 2008-08-21 Alstom Technology Ltd Kraftwerksanlage sowie verfahren zu deren betrieb
WO2008098894A1 (de) * 2007-02-14 2008-08-21 Alstom Technology Ltd Kraftwerksanlage mit einem verbraucher sowie verfahren zu deren betrieb
EP1973222A1 (de) * 2007-03-20 2008-09-24 ALSTOM Technology Ltd Elektrische Maschine mit einem Matrixumrichter
EP2117110A3 (de) * 2008-05-10 2010-11-17 Converteam Technology Ltd System zur Erzeugung von elektrischer Energie
DE102010004769A1 (de) 2009-07-08 2011-01-13 Kuchenbecker, Manfred, Dr.-Ing. Reluktanzgenerator
EP2302777A1 (de) * 2009-09-23 2011-03-30 Converteam Technology Ltd Elektrische Schaltung insbesondere zur Erzeugung von elektrischer Energie
EP2312730A1 (de) * 2009-10-19 2011-04-20 Alstom Technology Ltd Anordnung von Anschlussdurchführungen eines elektrischen Generators
US8796874B2 (en) 2007-02-14 2014-08-05 Alstom Technology Ltd Method for operating a power plant
EP2800248A1 (de) 2013-04-30 2014-11-05 Alstom Technology Ltd Statorwicklung eines elektrischen Generators
DE112009000663B4 (de) 2008-03-25 2022-11-03 General Electric Technology Gmbh Verfahren zum betrieb einer kraftwerksanlage

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080042507A1 (en) * 2000-11-15 2008-02-21 Edelson Jonathan S Turbine starter-generator
CN100581048C (zh) 2005-03-31 2010-01-13 阿尔斯通技术有限公司 高相序发电机
NO332673B1 (no) * 2008-11-24 2012-12-03 Aker Engineering & Technology Frekvensomformer
US8432137B2 (en) * 2009-05-19 2013-04-30 Hamilton Sundstrand Corporation Power generating system with flux regulated generator
NO331113B1 (no) * 2010-03-23 2011-10-10 Norwegian Ocean Power As Variabel elektrisk generator
JP2012125135A (ja) * 2010-07-27 2012-06-28 Nihon Densan Seimitsu Kk 振動発生装置
EP2624430A1 (de) * 2012-01-31 2013-08-07 Alstom Technology Ltd. Umrichter mit multilevel Ausgang und Generator mit mehreren Wicklungssystemen zum Bereitstellen der Eingangsspannung
US9240748B2 (en) * 2013-03-15 2016-01-19 Hengchun Mao Dynamically reconfigurable motor and generator systems
GB201313684D0 (en) * 2013-07-31 2013-09-11 Rolls Royce Plc A stator winding arrangement for an electrical machine
ES2622380T3 (es) * 2014-10-27 2017-07-06 Abb Schweiz Ag Sistema de generación de energía eléctrica
WO2019046427A1 (en) * 2017-08-30 2019-03-07 Quanten Technologies, Inc. MOTOR SYSTEM AND CONTROL METHOD
CN109149626B (zh) * 2017-12-28 2022-01-25 北京金风科创风电设备有限公司 发电机组的运行控制方法、装置及系统

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4439823A (en) * 1982-01-11 1984-03-27 Westinghouse Electric Corp. Converting multiphase power from one frequency to another using current waveforms
US4642751A (en) * 1986-02-14 1987-02-10 Westinghouse Electric Corp. Hidden DC-link AC/AC converter using bilateral power switches
US4751448A (en) * 1983-12-14 1988-06-14 Siemens Aktiengesellschaft Armature winding for a static converter-fed electrical induction machine
US5028804A (en) * 1989-06-30 1991-07-02 The State Of Oregon Acting By And Through The State Board Of Higher Education On Behalf Of Oregon State University Brushless doubly-fed generator control system
US5053689A (en) * 1986-07-22 1991-10-01 University Of Texas At Austin Method and apparatus for improving performance of AC machines
US20020093840A1 (en) * 2000-10-16 2002-07-18 Alain Lacaze Method for operating a matrix converter and matrix converter for implementing the method
US20030085627A1 (en) * 2001-10-01 2003-05-08 Lipo Thomas A Multi-phase electric motor with third harmonic current injection

Family Cites Families (32)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2666820A (en) * 1951-12-03 1954-01-19 Siemens Ag Synchronous contact device for electric contact converters
US2818516A (en) 1952-07-11 1957-12-31 Silto Soc Electric brakes
US2818515A (en) * 1954-10-12 1957-12-31 Rade Koncar Tvornica Elek Cnih Stators for electrical machines
US3152273A (en) * 1960-08-23 1964-10-06 Gen Electric Polyphase generator windings provided with three parallel connected circuits per phase
US4072873A (en) 1975-07-09 1978-02-07 Westinghouse Electric Corp. Biaxial compression phase lead connector
SU603087A1 (ru) 1976-06-08 1978-04-15 Киевский Ордена Ленина Политехнический Институт Им.50-Летия Великой Октябрьской Революции Автономна система электроснабжени
JPS5357415A (en) * 1976-11-02 1978-05-24 Mitsubishi Electric Corp Solid commutator motor device
FR2375751A1 (fr) * 1976-12-21 1978-07-21 Mitsubishi Electric Corp Appareil d'alimentation en courant alternatif et appareil a champ rotatif comprenant un appareil d'alimentation en courant alternatif
SU771844A1 (ru) 1978-06-26 1980-10-15 Московский Ордена Ленина Энергетический Институт Автономна система электроснабжени
US4385254A (en) 1981-05-27 1983-05-24 Vakser Boris D Electric-machine stator bar winding
SU1283938A1 (ru) 1985-04-11 1987-01-15 Ереванский политехнический институт им.К.Маркса Бесконтактна автономна система электропитани
SU1319229A1 (ru) 1985-10-21 1987-06-23 Ереванский политехнический институт им.К.Маркса Бесконтактна автономна система электропитани
SU1379937A1 (ru) 1986-05-13 1988-03-07 Ереванский политехнический институт им.К.Маркса Автономна система электропитани
US5594636A (en) 1994-06-29 1997-01-14 Northrop Grumman Corporation Matrix converter circuit and commutating method
US5789840A (en) 1996-02-29 1998-08-04 Ge Canada Inc. Endhead joint for stator bars
US5952812A (en) * 1996-11-26 1999-09-14 Nippon Soken, Inc. AC-DC power converting device
US5965965A (en) * 1997-05-26 1999-10-12 Denso Corporation Stator winding arrangement of alternator for vehicle
DE19729034A1 (de) * 1997-07-08 1999-01-21 Aloys Wobben Synchrongenerator zum Einsatz bei Windenergieanlagen sowie Windenergieanlage
DE19739917A1 (de) 1997-09-11 1999-03-18 Siemens Ag System zur Versorgung elektromotorischer Verbraucher mit elektrischer Energie
JP3508650B2 (ja) * 1998-11-25 2004-03-22 株式会社デンソー 回転電機の固定子
JP3303809B2 (ja) * 1998-11-26 2002-07-22 株式会社デンソー 車両用交流発電機の固定子
EP1102385B1 (de) * 1999-11-18 2006-05-10 Denso Corporation Rotierende elektrische Maschine für Fahrzeuge
JP4450125B2 (ja) * 1999-12-09 2010-04-14 株式会社デンソー 車両用回転電機
JP3671910B2 (ja) * 2002-01-16 2005-07-13 日産自動車株式会社 回転電機の接続方法
US6750581B2 (en) * 2002-01-24 2004-06-15 Visteon Global Technologies, Inc. Automotive alternator stator assembly with rectangular continuous wire
DE60318053D1 (de) * 2002-04-03 2008-01-24 Borealis Tech Ltd Elektrische drehmaschine mit hoher phasenordnung mit verteilten wicklungen
JP2004023916A (ja) * 2002-06-18 2004-01-22 Denso Corp 回転電機の固定子
JP3559909B2 (ja) * 2002-11-07 2004-09-02 日産自動車株式会社 機電一体型駆動装置
JP4186158B2 (ja) * 2003-03-10 2008-11-26 西芝電機株式会社 回転電機の固定子製造方法
RU36922U1 (ru) 2003-12-08 2004-03-27 Силаев Юрий Александрович Бесконтактный каскадный синхронный генератор
US7075206B1 (en) * 2005-02-07 2006-07-11 Visteon Global Technologies, Inc. Vehicle alternator stator winding having dual slot configuration
CN100581048C (zh) * 2005-03-31 2010-01-13 阿尔斯通技术有限公司 高相序发电机

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4439823A (en) * 1982-01-11 1984-03-27 Westinghouse Electric Corp. Converting multiphase power from one frequency to another using current waveforms
US4751448A (en) * 1983-12-14 1988-06-14 Siemens Aktiengesellschaft Armature winding for a static converter-fed electrical induction machine
US4642751A (en) * 1986-02-14 1987-02-10 Westinghouse Electric Corp. Hidden DC-link AC/AC converter using bilateral power switches
US5053689A (en) * 1986-07-22 1991-10-01 University Of Texas At Austin Method and apparatus for improving performance of AC machines
US5028804A (en) * 1989-06-30 1991-07-02 The State Of Oregon Acting By And Through The State Board Of Higher Education On Behalf Of Oregon State University Brushless doubly-fed generator control system
US20020093840A1 (en) * 2000-10-16 2002-07-18 Alain Lacaze Method for operating a matrix converter and matrix converter for implementing the method
US20030085627A1 (en) * 2001-10-01 2003-05-08 Lipo Thomas A Multi-phase electric motor with third harmonic current injection

Cited By (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7944094B2 (en) 2007-02-14 2011-05-17 Alstom Technology Ltd. Power station having a consumer and method for its operation
WO2008098891A1 (de) * 2007-02-14 2008-08-21 Alstom Technology Ltd Kraftwerksanlage sowie verfahren zu deren betrieb
WO2008098894A1 (de) * 2007-02-14 2008-08-21 Alstom Technology Ltd Kraftwerksanlage mit einem verbraucher sowie verfahren zu deren betrieb
US9605556B2 (en) 2007-02-14 2017-03-28 General Electric Company Power station and method for its operation
JP2010518319A (ja) * 2007-02-14 2010-05-27 アルストム テクノロジー リミテッド 負荷を備える発電設備ならびにその作動方法
WO2008098911A1 (de) * 2007-02-14 2008-08-21 Alstom Technology Ltd Verfahren zum betrieb einer kraftwerksanlage
US8796874B2 (en) 2007-02-14 2014-08-05 Alstom Technology Ltd Method for operating a power plant
CN101611217B (zh) * 2007-02-14 2013-06-19 阿尔斯托姆科技有限公司 带有负载的发电站设备及其工作方法
US8373295B2 (en) 2007-02-14 2013-02-12 Alstom Technology Ltd Method for operating a power plant
US7781925B2 (en) 2007-03-20 2010-08-24 Alstom Technology Ltd. Electrical machine with electronic power unit for conversion
EP1973222A1 (de) * 2007-03-20 2008-09-24 ALSTOM Technology Ltd Elektrische Maschine mit einem Matrixumrichter
DE112009000663B4 (de) 2008-03-25 2022-11-03 General Electric Technology Gmbh Verfahren zum betrieb einer kraftwerksanlage
EP2117110A3 (de) * 2008-05-10 2010-11-17 Converteam Technology Ltd System zur Erzeugung von elektrischer Energie
DE102010004769A1 (de) 2009-07-08 2011-01-13 Kuchenbecker, Manfred, Dr.-Ing. Reluktanzgenerator
EP2302777A1 (de) * 2009-09-23 2011-03-30 Converteam Technology Ltd Elektrische Schaltung insbesondere zur Erzeugung von elektrischer Energie
US8526208B2 (en) 2009-09-23 2013-09-03 Converteam Technology Ltd. Electrical circuit, in particular used for generating electrical power
US9281754B2 (en) 2009-09-23 2016-03-08 Ge Energy Power Conversion Technology Ltd. Electrical circuit, in particular used for generating electrical power
EP2312730A1 (de) * 2009-10-19 2011-04-20 Alstom Technology Ltd Anordnung von Anschlussdurchführungen eines elektrischen Generators
EP2800248A1 (de) 2013-04-30 2014-11-05 Alstom Technology Ltd Statorwicklung eines elektrischen Generators
US9231447B2 (en) 2013-04-30 2016-01-05 Alstom Technology Ltd Stator winding of an electric generator

Also Published As

Publication number Publication date
CN101151796A (zh) 2008-03-26
EP1864375B1 (de) 2008-06-25
JP5091110B2 (ja) 2012-12-05
US20110131796A1 (en) 2011-06-09
RU2007140306A (ru) 2009-05-10
US7928623B2 (en) 2011-04-19
JP2008535452A (ja) 2008-08-28
RU2366062C2 (ru) 2009-08-27
US20080079400A1 (en) 2008-04-03
CN100581048C (zh) 2010-01-13
EP1864375A1 (de) 2007-12-12
DE502006000995D1 (de) 2008-08-07
US9106168B2 (en) 2015-08-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1864375B1 (de) Generator mit hoher phasenordnung
EP1864371B1 (de) Matrix konverter
EP2016661B1 (de) Elektrische maschine, insbesondere synchronmotor, mit redundanten statorwicklungen
EP1199794B1 (de) Verfahren zum Betrieb eines Matrixkonverters sowie Matrixkonverter zur Durchführung des Verfahrens
EP1561273B1 (de) VERFAHREN ZUM BETRIEB EINES MATRIXKONVERTERS SOWIE GENERATOR MIT MATRIXKONVERTER ZUR DURCHFüHRUNG DIESES VERFAHREN
DE19735742B4 (de) Über- und untersynchrone Stromrichterkaskade
WO2004068694A1 (de) Elektrische maschine für den propulsionsantrieb eines u-boots mit einer permanentmagnetisch erregten synchronmaschine
EP2918009B1 (de) System mit einem ersten elektromotor und einem zweiten elektromotor zum antreiben eines strangs
WO2018060337A1 (de) Schaltungsanordnung und elektrische maschine
DE102011081215A1 (de) Drehstrommaschinen-Ansteuerungsverfahren und -vorrichtung
DE102004016453A1 (de) Verfahren zur Verbesserung der Betriebsweise eines Matrix-Konverters
EP3531547B1 (de) Betriebsschaltung zur kopplung einer synchronmaschine mit einem spannungsnetz und verfahren zu deren betrieb
EP0833758B1 (de) Verfahren und schaltung zur umformung elektrischer energie
WO2019015777A1 (de) Anordnung zum einspeisen elektrischer leistung in ein wechselspannungsnetz mittels einer asynchronmaschine und verfahren zum betreiben der asynchronmaschine
EP3393028B1 (de) Windenergieanlage mit umrichtersystem zur verringerung von em-abstrahlung
WO2021233611A1 (de) Mehrsystemmotor für die verbindung mit einem wechselspannungs- oder gleichspannungsnetz
DE102004016463A1 (de) Verfahren zur Verbesserung der Betriebsweise eines Matrix-Konverters
DE893073C (de) Wechselstromgenerator
DE102017130869A1 (de) Elektrisches Getriebe und Verfahren zum Betreiben eines Elektromotors
EP2117110B1 (de) System zur Erzeugung von elektrischer Energie
DE3401164C2 (de)
AT524595A1 (de) Umrichter für Wechselstromsysteme
DE10017053A1 (de) Elektromotorischer Antrieb variabler Drehzahl am Drehstromnetz
DE3636902C2 (de)
EP3599692A1 (de) Vorrichtung zur umwandlung elektrischer energie mit einem matrixconverter und system zur bereitstellung elektrischer energie

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
DPE1 Request for preliminary examination filed after expiration of 19th month from priority date (pct application filed from 20040101)
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2006708741

Country of ref document: EP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 11863533

Country of ref document: US

Ref document number: 2008503467

Country of ref document: JP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 200680010687.0

Country of ref document: CN

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

WWW Wipo information: withdrawn in national office

Ref document number: DE

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2007140306

Country of ref document: RU

WWP Wipo information: published in national office

Ref document number: 2006708741

Country of ref document: EP

WWP Wipo information: published in national office

Ref document number: 11863533

Country of ref document: US

WWG Wipo information: grant in national office

Ref document number: 2006708741

Country of ref document: EP