DES0046144MA - - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

Tag der Anmeldung: 27. Oktober 1955 Bekanntgemacht am 8. November 1956

DEUTSCHES PATENTAMT

Bei Synchronmaschinen setzt sich, die resultierende Durchflutung aus der primären Durchflutung des erregenden Gleichstromes (Läuferstrombelag) und aus der sekundären Durchflutung des Ankerstromes (Ständerstrombelag) zusammen. . Soll, die sekundäre Durchflutung des von der Belastung abhängigen Ankerstromes für jeden Leistungsfaktor der Maschine aufgehoben werden, so¹ muß dem Läuferstrombelag durch zusätzliche

ίο Erregung eine Komponente hinzugefügt werden, deren Amplitude der Amplitude des Ständerstrombelageis entspricht und deren Phasenlage gegenüber der Phasenlage des Ständerstrombelages um i8o° gedreht ist, d. h. diese zusätzliche Komponente des Läufeirstrombelages muß einerseits bei sich ändernder Belastung· in ihrer Größe proportional zur sekundären Durchflutung veränderbar und andererseits bei sich änderndem Leistungsfaktor in ihrer relativen. Lage, zum Läufer dler Synchronmaschine drehbar sein, indem die Erregung desselben magnetisch mehrachsig ausgebildet ist. Die kompensierte Synchronmaschine weist gegenüber der nicht kompensierten Synchronmaschine den Vorteil eines wesentlich kleineren, nur noch durch, die Streuspannung bedingten Polradwinkels auf; sie ist daher weitaus überlastungsfähiger und. kann mit bedeutend kleinerem Maschinenluftspalt ausgeführt werden; ihre Spannungsänderung bei Entlastung ist viel geringer und entspricht nur dem Betrag der Streuspannung.

Ein Beispiel einer kompensierten Synchronmaschine ist in, der Fig. 1 wiedergegeben. Im Ständer der Synchronmaschine 1 ist die Drei-

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phasenwicklung mit den Anschlußklemmen U, V, W angeordnet; der aus Einzelpolen aufgebaute Läufer weist zwei Pole auf, welche jeweils in drei Teilpole aufgeteilt sind, so- daß sich insgesamt sechs Teilpole ergeben, welche die dreiphasig ausgebildete Erregerwicklung EW tragen.

Im Sternpunkt der Ständerwicklung der Synchronmaschine ι befindet sich der Reihentransformator T, welcher über die Schlei fringe S₁ an

ίο die Läuferwickilung des kompensiertem Frequenzwandilers 2 angeschlossen ist, welcher mit der Synchronmaschine ι mechanisch gekuppelt ist. Der Ständer des Frequenzwandlers 2 trägt die Kompensationswicklung KW und die in Stern geschaltete fremderregte Erregerwicklung FW. Die auf dem Kommutator aufbiegenden Bürsten, des Frequenzwandlers 2 sind mit der Erregerwicklung EW der Synchronmaschine 1 dreiphasig verbunden. Die fremderregte Erregerwicklung FW des Frequenzwandlers 2 wird von der Gleichspannungsquelle 3 über den regelbaren, Widerstand 4 gespeist, indem zwei ■ Schenkel der Wicklung in. Parallelschaltung an den einen Pol. und der dritte Schenkel der Wicklung an den zweiten Pol der Gleichspannungsquelle 3 angeschlossen sind. Mittels des Transformators T werden. Drehstrome,, welche den Lastströmen in der Ständerwicklung der Synchronmaschine 1 proportional sind, in die Läuferwicklung des Frequenzwandlers 2 Überträgen, so- daß infolge des synchronen. Laufes im Läufer des Frequenzwandlers 2 ein im Raum stehendes Feld entsteht, welches entsprechend seiner Lage an den drei Kommutatorbürsten-des Frequenzwandlers Gleichspannungen induziert, deren. Größe den Augenblickswerten von drei Drehspannungen entsprechen. Die hierdurch entstehenden. Gleichströme, welche den Augenblickswerten von drei Drehströmen entsprechen, speisen über die Schleifringe S₂ die Erreger- wicklung EW der Synchronmaschine 1. Auf diese Weise entsteht im Läufer der Synchronmaschine 1 ein zweipoliges Feld, dessen räumliche Lage, bezogen auf den Läufer, abhängig davon ist, welchem Augenblickswert innerhalb einer Periode eines Drehstromes der zugeführte Gleichstrom entspricht. Ist dieses Feldi in seiner räumlichen Lage in. Gegenphase mit dem Ankerrückwirkungsfeld der Ständerwicklung, so herrscht Kompensation. Diese bevorzugte Lage des kompensierten Feldes kann entweder durch entsprechendes Verdrehen des Ständers des Frequenzwandlers 2 mit seinem Bürsteinapparat oder durch entsprechende Kupplung des Läufers der beiden Maschinen eingestellt: werden. Dtach die Kompensationswicklung KW im Ständer des Frequenzwandlers 2 werden; die Gleichströme im Anker desselben, rückwirkungsfreii gegenüber den. über die Schleifringe S₁ zugeführten Drehströmen, gehalten. Die von der Gleichstromquelle 3 gespeiste Erregerwicklung FW im Ständer des Frequenzwandlers 2 dient zur Erzeugung derjenigen vom Frequenzwandler gelieferten Erregerkomponente, welche .1 die . Leerlauf spannung der 'Synchronmaschine ι induziert. Mit der Fremderregung durch die Wicklung FW laßt sich, also· die Synchronmaschine-i an ein beliebiges Drehstromnetz anschließen,. Die Synchronmaschine 1 kann aber diese Erregerkomponente! auch von ihrem eigenen Netz aus über Gleichrichter und eine vorzugsweise gesonderte Erregerwicklung erzeugen, so daß dann die Wicklung FW sowie die Gleichstromquelle 3 in Fortfall kommen.

Soll eine derartige, kompensierte Synchronmaschine'für Einphasenstrom Verwendung finden, SO¹ ist es bekannt, in, diesem Faille eine der drei Phasen U,- V, W-, der Ständerwicklung fortzulassen, so- daß der Transformator T Einphasenst rom in die Läuferwicklung des Frequenzwandlers überträgt. Ist im Ständer des Frequenzwandlers eine kräftige Käfigwicklung angeordnet, so· wird von. dem übertragenen Einphasenstrombelag die: inverse Drehfeldkomponente im Käfig weggedämpft, während die mitumlaufende DrehfeldkoiTiponente im Raum . stillsteht und entsprechend ,der dreiphasigen Ausführung an den Kommutatorbürsten des Frequenzwandlers Gleichspannungen induziert, so daß der Erregerwicklung EW auch in, diesem Falle über die Schleifringe S₂ drei' den Augenblickswerten von drei Drehströmen: entsprechende Gleichströme zugeführt werden, welche die mitumlaufende Drehfeldkomponente des einphasigen. Ständierstrombelages kompensieren; die inverse Drehfeldkomponente des Ständerstrombeläges wird hierbei in bekannter Weise durch eine auf dem Läufer angeordnete Dämpferwicklung weggedämpft.

Der Erfindung liegt die ■ Aufgabe zugrunde, eine derartige kompensierte Synchronmaschine für Einphasenstrom, welche von einem vorzugsweise kompensierten Frequenzwandler magnetisch mehrachsig erregt wird,, hinsichtlich des-erforderlichen Aufwandes einfacher zu, gestalten, Die Synchronmaschine kann hierbei als Einzelpolmaschine oder als Vollpolmaschine ausgebildet sein,. Gemäß der Erfindung speist eine auf dem Läufer der Syn.-chronmaschine angeordnete, von der inversen D^!rehfeldkomponente des Ständerstrombeläges induzierte Mehrphasenwicklung die Läuferwicklung des Frequenzwandlers. Da die inverse Drehfeldkomponente und damit die dem Frequenzwandler zugeführte Mehrphasenspannung nach Größe und Phasenlage dem Einphasenstro-m der Synchronmaschine entspricht, kann,- auf diese Weise die einphasige Synchronmaschine ebenso wie eine mehrphasige Synchronmaschine kompensiert werden. Es entfallen dabei die bisher zur Abbildung des. Ständerstrombeiages im Läufer des Frequenzwandlers erforderlichen Transformatoren und Schleifringe.

In der Fig. 2 ist ein Ausführungsbeispiel einer kompensierten Synchronmaschine für Einphasen-. strom nach der Erfindung wiedergegeben,. Soweit Teile mit denen der Fig. 1 übereinstimmen, sind die· gleichen Bezugszeiichen verwendet.

Im Ständer der als Einzelpolmaschine ausgeführten Synchronmaschine 1 ist der Raum für den

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Wicklungsstrang W frei gelassen, Die beiden Stränge U und V sind als Einphasenwicklung zusammengeschaltet. Der entsprechend der Fig. ι aus sechs Teilpolen, aufgebaute Läufer der Synchronmaschine ι trägt außer der über die Schleifringe S₂ gespeisten Erregerwicklung EW noch eine; mehrphasige und entsprechend mit mehreren Wicklungssträngen ausgerüstete Dämpferwicklung DW. Statt der auf 6 η Einzelpole konzentrierten Wicklung können auch an 2 η Polen mehrphasig verteilte Wicklungen, vorgesehen. werden. Die Dämpferwicklung DW speist mehrphasig unmittelbar die Läuferwicklung des mechanisch mit der Synchronmaschine ι direkt gekuppelten, kornpeiiisierteii Frequenzwandlers 2. Dadurch wird die inverse Drehfeldkoinponemte des Ständerstrombelages der Synchronmaschine 1 nach Größe und Phasenlage in, den Läufer des Frequenzwandlers übertragen. Da. diese inverse Drehfeldkomponemte 'gegenüber dem Läufer der Synchronmaschine 1 mit doppelter Netz frequenz- umläuft, muß der Läufer des Frequenzwandlers' 2 infolge der direkten: mechanischen Kupplung mit dem Läufer der Synchronmaschine! 1 gegenüber dieser die doppelte Polpaarzahl aufweisen. Dann steht im Frequenzwandler 2 die von. der Dämpferwicklung DW her übertragene Drehfeldkomponente: im Raum still, so daß die auf dem Kommutator des Frequenzwandlers aufliegenden, Bürsten und die: Kompensationswicklung KW den Schleifringen S₂ drei Gleichströme zuführen,, welche den Augenblickswerten von, drei Drehströmen entsprechen,. Da die Dämpferwicklung DW der Synchronmaschine 1 für die inverse Drehfeldikoniponente des Ständerstrombelages wie ein. Stromtransformator wirkt, ist die in den Läufer des Frequenzwandlers 2 übertragene Drehfeldkomponente der Belastung der Synchronmaschine 1 proportional, SO' daß die Ankerrückwirkung der mitumilaufenden Drehfeldkomponente des Stän.derstrombelages der Synchronmaschine ι durch die magnetisch meh.rach.sige Erregung entsprechend der Wirkungsweise der dreiphasigen Synchronmaschine der Fig. 1 kompensiert wird. Das Einjustieren der Kompensation erfolgt wie bei. der bekannten dreiphasigen Synchronmaschine der Fig. 1 durch. Verdrehen des Ständers des Frequenzwandlers 2 mit seinem Bürstenapparat oder durch entsprechende Kupplung der Läufer beider Maschinen. Gegenüber der obenerwähnten bekannten einphasigen Ausbildung der Maschine der Fig. 1 ergibt sich, der Vorteil, . daß die in, dieser Figur gezeigten Schleifringe S₁ und, der Transformator T entfallen.

Bei dem gemäß der Erfindung verwendeten Frequenzwandler werden keine Vorkehrungen zur Aufhebung einer transformatorischen Lamellenspannung benötigt. Falls die durch, die Rotation induzierte Spannung zwischen zwei benachbarten konimutierenden, Lamellen zu groß wird, kann die maximale Luftspaltinduktion, entsprechend herabgesetzt werden, z. B. können Pollücken; vorgesehen werden. Bei größeren Erregerleistungen wird: es zweckmäßig sein, den Frequenzwandler als Hilfsmaschine nur zur Erregung einer Haupterregermaschine heranzuziehen. Ein Ausführungsbeispiel hierfür ist in, der Fig. 3 dargestellt. Als Haupterregermaschine für die Synchronmaschine 1 dient hierbei die magnetisch mehrachsige Gleichstrommaschine: 5, welche ihrerseits vom Frequenzwandler 2 mittels der auf den Hauptpolen dfer Maschine 5 angeordneten. Erregerwicklung HW mehrachsig erregt wird, Die Gleichstrommaschine 5 verstärkt also¹ die vom Frequenzwandler abgegebenen Gleichströme, deren Größe den Augenblickswerten dreier Drehströme entsprechen. Zur Erzeugung der für die Leerlaufspannung der Synchronmaschine 1 erforderlichen Erregerkomponente dient die in diesem Fall auf den Hauptpolen der Maschine 5 angebrachte fremdgespeiste Erregerwicklung FW, welche von der Gleichspannungsquelle 3 über den regelbaren Widerstand, 4 gespeist wird. Wird das wirksame Maschinenfeld der Synchronmaschine 1 von deren eigenem Netz aus erregt, so kommen, die fremderregte: Wicklung FW sowie die Gleichspann.ungs- quelle 3 wieder in, Fortfall. ;

Da die Gleichstrommaschine 5 magnetisch mehrachsig ist, ist sie mit drei Polen statt mit zwei Polen oder allgemeiner mit j,p Polen statt mit 2 ρ Polen versehen. Ihre Verwendung stellt, da sie keine Kompensationswicklung zu besitzen braucht, keinen größeren, Aufwand dar als die Verwendung einer gewöhnlichen Gleichstrommaschine.

Der Aufwand, für die kompensierte Synchronmaschine ist demnach, nicht größer als für eine gewohnliche Synchronmaschine, da, auch, bei dieser zumeist eine Erregermaschine und eine Hilfserregermaschine Verwendung finden.

Eine Kompensation der Synchronmaschine, wie es die Erfindung vorsieht, ist nur über einen Frequenzwandler möglich, Dieser kann durch kein nicht rotierendes Regelorgan., wie etwa G'leichriehteranordnungen, ersetzt werden. Durch derartige Anordnungen sind zwar Kompoundierungsschaltungen möglich, doch behält hierbei die Synchronmascbine die nachteiligen, Eigenschaften,, welche durch, den, vollen Polradwinkel gegeben, sind. Hingegen ist bei der gemäß der Erfindung kompensierten Synchronmaschine der Polradwinkel wesentlich, kleiner, und zwar wird derselbe no lediglich durch die Streuspannung im Ständer der Maschine bestimmt. Hierdurch wird das Kippmoment wesentlich, erhöht und. die: Pendeilempfindlichkeit vermindert. . "

Claims (1)

1. PaTENTA NSPR O C Ii R:

   .i. Kompensierte Synchronmaschine: für Einphasenstrom, welche in Abhängigkeit vom Ein- ¹^ phasenstrom mittelbar oder unmittelbar von einem vorzugsweise kompensierten. Frequenzwandler magnetisch mehrachsig erregt ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine auf dem Läufer der Synchronmaschine angeordnete, von der inversen, Drehfeldkomponente des Ständerstrom-

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   bei ag es induzierte Wicklung die Läuferwicklung des Frequenzwandlers mehrphasig speist.

   2. Kompensierte Synchronmaschine nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die die Läuferwicklung des Frequenzwandlers speisende Wicklung als gesonderte Wicklung neben der Erregerwicklung auf dem Läufer der Synchronmaschine angeordnet ist.

   3. Kompensierte Synchronmaschine nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Frequenzwandler mit der Synchronmaschine direkt mechanisch gekuppelt ist und gegenüber der. Synchronmaschine die doppelte PoI-paarzabl aufweist. ,

   4. Kompensierte Synchronmaschine nach Anr Spruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die die Leerlaufspannung der Synchronmaschine induzierende Erregerkomponente über Gleichrichter und eine vorzugsweise gesonderte Erregerwicklung vom eigenen Netz der Synchronmaschine geliefert wird.

   5. Kompensierte Synchronmaschine nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die die Leerlaufspannung der Synchronmaschine induzierende Erregerkomponente mittels einer im Ständer des vorzugsweise kompensierten Frequenzwandlers angeordneten. Wicklung erzeugt ist, welche von einer regelbaren Gleichspannung gespeist ist.

   6. Kompensierte Synchronmaschine nach Anspruch, i, dadurch gekennzeichnet, daß die Synchronmaschine über eine mehrachsige Gleichstrommaschine erregt ist, welche ihrerseits vom Frequenzwandler erregt ist.

   7. Kompensierte Synchronmascihine nach. Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die die: Leerlaufspannung der Synchronmaschine induzierende Erregerkomponente mittels einer"' auf den, Hauptpolen der magnetisch mehrachsigen Gleichstrommaschine angeordneten Zusatzwicklung erzeugt ist, welche von einer regelbaren Gleichspannung gespeist ist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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