DE1463361A1 - Erregeranordnung fuer elektrische Maschinen - Google Patents

Description

• C#rregeraiio.rdnixffl für elektrische Unschinen

  'eii umlaufenden gleichst,-romgespellsten Erregerwicklungen elek-

  FAeschinen werden in vielen Fällen die ErregerstrOme

  i'#her ichleifringe und Bürsten zugeführt. In anderen Fällen ist

  es zur Einsparung des komplizierten und störanfälligen Schleif- ring- und Bürstenapparates bekannt" den Anker von Erregqr»whinen ebenfalls mit rotieren zu lassen und die darin so erseugte 1#echselspannung über ebenfalls umlaufende Gleichrichter gleichzurichten. Der so gleichgerichtete Strom wird dann der Emegez%-wicklung der elektrischen Maschine zugeführt. Dabei wird das primäre Feld der Erregermaschine in deren stillstehender Wicklung von einem Gleichstrom erzeugt, Sind dabei die Halbleiterventile nicht steuerbar ausgebildet, dann auß.die Regelung über den in der stillstehenden Wicklmg eingespeistenGleichstron erfolgen. Derartige Regelungen sind aber technisch unbefriedigend, weil es bei ihnen unmöglich Ist, eine Gegenerregung anzuwendeng die besondere bei Maschinen gro-Ber Leistung zur Schnellentregung oder bei Phanenschiebern mm Zwelquadranten-Betrieh (Lieferung induktiver und kapamitiver Etindleit;tung) notwendig ist.. Um diesen zu erreichen, int "eschl,n-,#"en wOrden, die vor,-llalbleiterventile steuerbar auszubild--en.
• Damit wird durch Anschnit-#utetterung eijae uchnelle Regelbarkeit erzielt, ea sind jedoch eine Reihe we.i4erer Nachteile damit verbunden: Der über die iialbleite'r-ventile in die Erregerwicklung der Hauptmaschine eingespeiste Erregergtrnm bedelltet filr d.I.e ErrAwaschine, eine Laat.Zur der Kleinmenspannung beispielsweise muß aber der verällderlich sein', Wird also der Laststrom erhöht, dann wird wegen der AnkerrÜckwirkung das reaultierende 2eld der Errege2maschine abnehmen, Um dieser Gefahr weitgehend entgegenzutreteng ist es also'notwendigp die Erregermaschine so groß auszitlegeng daß ein Spannungeeinbruch an ihr sich in erlaubten Grenzen hält. Es sind auch Erregeranordnungen bekanntgeworder-, bei. welchen deren Anker zusammen mit der Erregerwick31.ung dei.-- liauptmaschine umläuft und wobei außerdem in die stillstehende Errt-"ge:r.>wicklung der Erregermaschine ein zur mechanischen Drehrichtung des ikr-&ers gegeneinnig umlaufendes Wechsel- oder Drehfeld aingespeis t wird. Man erhält somit in dem Anker der Erregermaschine eine 'iechselspannung von doppelter Frequenz, sofern Polzahl von Haupt- und Erregermaschine gleich sind. Ist dieses nicht der Fall, dann wird die Fimquenz entsprechend weiter variiert. Der Vorteil dieser Anordnung Ist darin zu sehen. daß das Drehfeld von einer Viechoeliapannung konstanter Amplitude erzeugt wird und diese An- ordnung sich wie eine kompensierte Maschine verhält" Ein weiterer Vorteil liegt daring daß die Typenleistung dieser Erregermaschine entsprechend dem Verhältnis der Polzahlen vermindert werden kannk

  also bei gleicher Polzahl zwischen Haupt- und Erregermaschine

  et

  um I##M %. Die Regelung des Erregerstromes fÜr die Hauptmaachine

  erfolgt dam#Über die das Drehfeld erzeugende Spannung. Ein Beispiel mag dieses erläutern.: Hatte man in den eingangs genannten Beispielen eine Erregermaschine mit einer Leistung von 400 kW nötig, so wird die Typeüleisiung bei d.£ zuletzt genannten Beispiel auf etwa 200 kW herabgesetzt, d. h.- 200 kiV werden primärseitig in die tesestehende Wicklung der Erregermaschine eingespeist und die anderen noch benötigten 200 kW werden dem Drehmoment entnommen. Da die Regelung über die Primärseite erfolgt, muß die dafür notwendige Schaltung sehr aufwendig werden, denn eine Leistung von 200 kW ist nicht ohne weiteres direkt regelbar. Eine derartige Regelung erfolgt zumeist über Tranaduktoren oder ähnliche Schaltelemente. Diese sind jedoch, und das ist von wesentlichem Nachteil, relativ träge$ wobei die Trägheit noch durch die in der Erregeriaaschine vorhandenen Reaktanzen zwangsläufig wesentlich vermehrt wird. Aue den genannten GrUnden wurde diese Anordnung nur fUr kleine Leistungen vorgeschlagen. Aufgabe der Erfindung ist es, hier Abhilfe zu schalLfen. Dazit wird bei einer Anordnung zur Erregung elektrischer Maschinen, vorwiegend von Synchrongeneratoren, deren umlaufende Erregerwicklung vom im mitumlaufenden Anker einer Erregermaschine erzeugten Erregerstrom über ebenfalls mit umlaufende Iialbleiter-

  ventile gespeist wird, wobei das von der stilletehend.eu Feld-

  wicklung der Erregermaschine erzeugt#yfeX1di "gegae'n-sinnig ZUM me--

  chanischen Dreheinn ihres Ankers umläuft2 nach der Erfindung vörgeschlagen, daß die Feldwicklung von einer festen oder nahezu festen Spannung gespeist wird, wobei die Halbleiterventile steuerbar ausgebildet sind, so daß dadurch und in an sich bekannter Weise die gesamte für die Regelung bzw. Steuerung der elektrischen Maschine notwendige Verstellung des Erregerstroms erfolgen kann. Dabei ivird in Weiterbildung des Gegenstandes der Erfindung vorgeschlagen, daß die feste Spannung von der in der elektrischen Maschine erzeugten Generatorspannung, vorwiegend über einen Spannungstransformator, abgenommen wird.
• Durch die Erfindung werden also eine ganze Reihe von Vorteilen erzielt: Die sonst bei Erregeranordnungen mit umlaufenden gesteuerten oder ungesteuerten lialbleiterventilen bei Belastung auftretenden Ankerrückwirkungen in der Erregermaschine sind praktisch aufgehoben; dieses erfolgt im wesentlichen dadurch, dRß die Primärwicklung der Erregermaschine nicht durch ein Gleichfeld, sondern durch ein vorwiegend gegensinnig drehendes bzw. Drehfeld gespeist wird. Zusätzlich ist es dabei möglich, daß die Typenleistung der Erregermaschine um einen erheblichen Betrag, im allgemeinen etwa auf die llälftegesenkt -7-ed. wird die z sonst bei einer Senkung der Typenleistung der Erregermaschiiie anftretende Regelträgheit derselben dadurch vollständig ausgeschaltet, daß die Halbleiterventile steuerbar ausgebildet sind. Trotz der nunmehr-also möglichen nahezu trägheitslosen Steuer- bzw. Regelbarkeit der Haupterregermaschine ist die sonst dabei auftretende Gefahr einen Spannungszusammenbruchen abgewendet.

  Außerdem kann durch die Verwendung einer festen Wechsel apmmng MW

  Speisung der stillstehenden Feldwicklung der Erregermaschine

  werden, sondern es kann diese Spannung gleich direkt oder Über Gpannungstransformatoren, also ohne weiteren großen Aufwand von der Generatorspannung abgezweigt werden. Des weiteren hat man durch die Verwendun#,smöglichkeit verschiedener Polzahlen und dzimit --rerschiedener Frequenzen für die gesamte Erregeranordnung, ingbesondere aber auch deren Halbleiterventile, die Möglichkeitl in einfacher Weise sich den gegebenen Verhältnissen anzupassen, Weiter oben wurde aus3efÜhrt, daß das Drehteld in der Erregermaschine nunmeh konstant ist. In erazer aaiieruue ist dieses auch der Fall. Bei genauerer Betrachtung, verbleibt aber doch eine,wenn auch sehr geringe Abhängigkeit vom Erregerstrom..welcher durch die steuerbaren Halbleiterventile verstellt wird. Dadurch ergibt sich nämlich eine verschieden große Streuung, wodurch sich das Feld ändert, wenn auch, wie schon angedeutet, sehr gering. Erwünscht ist aber, daß das Feld in der umlaufenden Ankerwicklung stets konstant bleibt. Dazu ist es aber erforderlich, daß bei steigendem Strom die Spannung in der feststehenden Feldwicklung der Erregermaschine etwas ansteigt.
• Um dieses zu erreichen, wird in Weiterbildung des Gegenstai-,.decder Erfindung vorgeschlagen, daß in den Ankerkreis der elektrischon Maschine, vorwiegend also des Synchrongenerators, ein Luttspalttransformator oder eine Gegeninduktivität geschaltet ist, dessen bzw. deren Sekundärspannung zu der die Feldwicklung der Erregermaschine speisenden Spannung addiert wird; vorwiegend wird diese Addition in an sich bekaruiter iw'eise nach Art der Kom## poundierungsschaltungen für Synchrongeneratoren erfolgen.
• Im Normalfall wird also über den Opannungstransformator die FaldwicklwL,., der Erregermaschine gespeist werden. Diese 4'jpeisE-..z spannung ist also im wesentlichen von der Generatorspannung abhängig, aber auch - jedoch in weit geringerem Maße - vom Strom der elektrischen Maschine, weil dieser bei Änderung auch die Spannung an der Gegeninduktivität bzw. am Luftspalttransformator zumindest etwas variiert. Daraus folgt, daß die Spannungen der Gegeninduktivität bzw. des Luftspalttransformators einerseits und des Spannungstransformators andererseits sich geometrisch addieren. Diese Addition' erfolgt auf Grund der an sich bekannten Kompoundierungsachaltung. Dadurch ergibt sich für die Feldwicklung der Erregermaschine stets eine solche Spannung, daß diese in dem umlaufenden Anker unabhängig von der Belastung einen konstauten Fluß erzeugt.
• Neben dem Vorteil der Konstanthaltung des Flusses ist aber ein noch wesentlicherer zu nennen: Bei Kurzschluß der Synchronmaschine im Netz, wo denn ja die Spannung gleich Null ist, äteht immer noch eine, wenn auch geringe Restapannung zur Erregung der Erregermaschine zur Verfügung" da ja auch im Kurzschlußfall die Gegeninduktivität bzw. der Luftspalttransformator noch immer eine Spannung für die Feldwicklung der Erregermaschine abgibt. Es ist also dadurch völlig vermeidbar, daß sich die elektrische Maschine bei Kurzschluß völlig entregt. Zusätzlich kann, und dieses ebenfalls in #Jeiterbildüng des Gegenstandes der Erfindung, eine weitere Gruppe steuerbarer lialbleiterventile in an sich bekannter Weise In Antiparall.elschaltung angeordnet werden, wodurch gegebenenfalls eine sehr schnelle Gegenerregung erzielbar ist.
• Beispiele'für Anordnungen nach der Erfindung werden an Hand der Zeichnung beschrieben'., In Fig. 1 wird das ilauptprinzip der Anordnung nach der Erfindung dargestellt. Dabei besteht die elektrische Maschine 1, hier als Synchrorgenerator, aus einer umlaufenden Erregerwicklung 2 und dem Ankerkreis 3. Die Feldwicklung 5 der Erregermaschine 4 wird durch einen Gtrom gespeist, der am Spannungstransformator 6 abgenommen wird. Die Primärseite des Spannungstransformators 6 t2

  -1--011 der Maschine 1 über den Ankerkreis

  Gegensinnig zum in du-v.- 1-#el.dwicklixyxCf.- 5 entsprechend dem Pfeil 8 umlaufenden Drehfeld dreht sich der Anker 9 der Erregermaschine 4 und mit ihm die l-rregerwicklung 2 dev elektrischen Maschine 1. Zur ileichrielltung der im Anker 9 der Erregermaschine 4 erzeugtEa Spannung sind steuerbare llalb*leiterventile 10 auf der Welle und also mit ihr sich ebenfalls und damit im Sinne des 1-1 drehend. Die Steuerung der lialbleiterventile 10 erfolgt in an sich bekannter Weise. Zusätzlich ist im Kreis der Feldwicklung 5 eine Gegeninduktivität bzw. ein Luftspalttransformator 12 vorgesehen; dadurch ist es, wie weiter oben beschrieben, möglich, daß im von der Feldwicklung 5 erzeugten Feld stets eine solche Spanniing anliegt, däß diese uutabhängig von der Belastung im umlaufenden Anker 9 einen konstanten Fluß erzeugt. Dieses entspricht den bekannten Kompoundierungsschaltungen.
• In Fig.-2 ist; nun der mechanisqh sich drehende Teil der Erregeranordnung herausgezeichnet und detailliert. Gleiche Teile sind

  mit gleichen Bezugäz#ffern versehen. Im Normalfall wird über

  das Aalbleiterventil 13 der Erregerstrom in Pfeilrichtung . 14

  fließen. Zur Schnellentregun1,2.- wird man aber das lialbleiterventi-".

  13 sperren und das andere Halbleiterventil 14 öffnen und somit

  eine gegensinnige Stromri("htung im Sinne des Pfeiles 15 errei-

  chen. Durch die Antiparallelschaltung der lfalbleiterventile 13,

  -ist es also möglich, eine Sc,hnelle.ntregtmg praktisch träg-

  heitslos durchzuführen. Gelbstverständlich werden in der Praxis

  nif;lit iiitr je ein Ilalbleitervaritil 1.3. 14 angewendet werden, son-

  dern jeweils ein Gystem derartiger [Lalbleiterventile.

Claims (2)

1. P a't e n t a n s p r Ü c h e zur j#rregung Maschinen, vorwiegend "roi-. Synchron:-,eneratoren, deren umlaufende Erregerwicklung vom im U mit umlaufenden Anker einer Erregermaschine erzeugten Erregerstrom Über ebenfalls mitumlaufende Halbleiterventile gespeist wird, wobei das von der stillstehenden Feldwicklung der Erre- VO 1-wi e&p ILZI/ germaschine erzeugte Yj-'Ibrge-S4iisinnig zum mechanischen i-'eeh- sinn ihres Ankers umläuft, dadurch gekennzeichnet, daß die Feldwicklung von einer festen oder nahezu festen Spannung gespeist wird, wobei die Halbleiterventile steuerbar ausgebildet sind, so daß,dadurch und in an sich bekannter Weise die gesamte für die Regelung bzw. Steuerung der elektrischen Maschine notwendige Verstellung des Erregerstroms erfolgt.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die feste Spannung von der in der elektrischen Maschine erzeugten Generatorspannung abgenommen wird. 3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abnahme übe.r einen Spannungstransformator erfolgt. Anordnung nach den AnsprÜchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß'in dem Ankerkreis der elektrischen Maschine ein Luftäpalt= transformator oder eine Gegeninduktivität geschaltet ist, des# sen bzw. deren Jekundärspannung zu der die Feldwicklung der Erregermaschine speisenden Spannung addiert wird. 5. ilnor(Inw-ig nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Addition in an sich bekannter 'vu'eise nach Art der Kompoundierungsschaltungen'für Synchrongeneratoren erfolgt. 6. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzliche steuerbare lialbleiterventile in an sich bekannter Weise in Antiparallelschaltung an:,#eordnet sind.