DE1638413C3 - Innenpol-Hilfserregermaschine mit Permanentmagneterregung für burstenlosen Synchronhauptgenerator - Google Patents

Description

Um einen autarken Betrieb bei schlreifring- und kommutatorlosen Synchronmaschinensätzen zu erreichen, wird gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ein zweiter Erregergenerator als Hilfserregermaschine verwendet. Diese Maschine muß ebenfalls schleifringlos sein und wird deshalb mit Permanentpolen als Innenpolmaschine ausgeführt. Aus der ruhenden Ankerwicklung der Hilfserregermasichine wird der Regler und das Feld der Haupterregermaschine gespeist. Durch diesen Aufbau ist in jedem Falle, auch beim Anfahren des Synchronmaschinensatzes und beim Kurzschluß des Synchronhauptgenerators ein autarker Betrieb sichergestellt (Siemens-Zeitschrift 1962, S. 235).

Auch nach einem gelegentüichen Ausbau des Läufers und nach einem eventuellen Kurzschluß der Hilfserregermaschine dürfen die Permanentpole jedoch nicht ihre Remanenz verändern. Aus diesem Grunde müssen die Permanentpole luft- und kurzschlußstabilisiert sein. Das bedeutet jedoch eine sehr geringe Ausnutzung der Maschine. Des weiteren ist die Belastung einer Hilfserregermaschine sehr schwankend. Das bedeutet bei der Permanentpolerregung eine sinkende Spannung bei steigender Belastung. Der Regler kann also nicht mit konstanter Spannung arbeiten. Bei hochtourigen Maschinen kommt noch eine fertigungsbedingte Schwierigkeit hinzu. Die Permanentpole lassen sich nicht in beliebiger Größe fertigen, sie müssen unterteilt weiden, wodurch die Maschine für eine höhere Frequenz gebaut werden muß.

Durch eine sehr reichliche Auslegung der Hilfserregermaschine kann eine weitgehende Abhilfe der genannten Schwierigkeiten erzielt werden. Der Nach

⁶5 teil dieser Überdimensionierung ist an ausgeführten <5vnchronmaschinensätzen aber deutlich zu erkennen. Die Hilfserregermaschine, deren Leistung etwa 2 bis 5% der I laupterregermaschine beträgt, benötigt etwa 30 bis 50% von deren Größe.

Es ist schon durch die deutsche Patentschrift 7 08 038 eine in üblicher Weise über Schleifringe erregte' Synchronmaschine bekannt, bei welcher mit einer Erregerwicklung umgebene Polkörper aus magnetisierbarem Material mit hoher Koerzitivkraft vorgesehen sind Das hat ausschließlich den Zweck, einen Teil der Erregung durch die Polkörper-Magnete permanent vorzugeben und den restlichen Teil der Erregung regelbar über die Erregerwicklung zuzuführen.

Der Erfindung Hegt die Aufgabe zugrunde, der Überdimensionierung der Hilfserregermaschine abzuhelfen ohne daß die Schleifringlosigkeit des Synchronmaschinensatzes aufgegeben wird. Eine direkte Stromkompoundierung der Hilfserregermaschine scheidet zwar wegen der Forderung nach schleifringloser Ausführung aus, eine indirekte Lastkompoundierung ist jedoch möglich. Da der überwiegende Teil der Energie der Hilfserregermaschine für die Erregung der Haupterregermaschine verwendet wird, ist somit die Spannung der Haupterregermaschine unter der Voraussetzung konstanter Drehzahl und konstanter Lastwiderstände ein Maß für die Belastung der Hilfserregermaschine. Somit kann die Spannung des Synchronhauptgenerators für die Zusatzerregung der Hilfserregermaschine verwendet werden.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. ....

Bei Verwendung von ungesteuerten Gleichrichtern in der Anordnung zur Speisung der Feldwicklung des Synchronhauptgenerators ist die Spannung des Synchronhauptgenerators auch bei eventuellem Kurzschluß der Feldwicklung bei instationärer Belastung immer positiv, sie kann durch den Freilauf der Gleichrichter nie negativ werden. Ebenfalls kann bei einem gelegentlichen asynchronen Lauf des Synchronhauptgenerators auch keine negative Spannung entstehen. Dadurch ist immer eine positive Erregung in Abhängigkeit von der Spannung möglich.

Bei einem Klemmenkurzschluß des Synchronhauptgenerators wird in dessen Feldwicklung eine Spannung induziert, die den Strom kurzzeitig sehr hoch steigen läßt, wodurch die gleichgerichtete Spannung der Haupterregermaschine nahezu zusammenbricht. Damit würde auch die Zusatzerregung zu Null werden. Eine Abhilfe wird dabei gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß zusätzlich neben der Erregerspannung auch der Erregerstrom des Synchronhauptgenerators für die Zusatzerregung verwendet wird. Ein negativer Erregerstrom kann wegen der Sperrwirkung der rotierenden, ungesteuerten Gleichrichteranordnung durch die Feldwicklung des Synchronhauptgenerators nicht fließen. Somit ist die stromabhängige Zusatzerregung in jedem Falle positiv. Durch die Verwendung beider Komponenten, der spannungs- und der stromabhängigen Komponente, wird eine stetige zusätzliche Erregung der Hilfserregermaschine erreicht. Nur für das Anfahren des Synchronmaschinensatzes muß die Remanenz der Permanentpole ausreichend sein. In allen übrigen Fällen erzeugt die strom- bzw. spannungsabhängige Komponente der Feldwicklung des Synchronhauptgenerators den benötigten Fluß für die Hilfserregermaschine. Da somit die Induktion um einen

mehrfachen Betrag höher gewählt werden kann und die Permanentpole nicht mehr ausschließlich für die Erzeugung des Flusses benötigt werden, kann die Hilfserregermaschine wesentlich kleiner dimensioniert werden. Die Zusatzerregerwicklungen dienen dabei 5 jedoch lediglich der Bereitstellung einer Zusatzerregung, eventuell auch zum Aufmagnetisieren der Permanentpole in bekannter Weise.

Werden nun gesteuerte Gleichrichter (Thyristoren) in der rotierenden Gleichrichteranordnung zur Speisung der Feldwicklung des Synchronhauptgenerators verwendet, so kann eine negative Erregerspannung auftreten. Dadurch könnte in den Zusatzerregerwicklungen ein negativer Strom fließen, der eine Entmagnetisierung der Permanentpole bewirkt Wird eine Gleichrichterschaltung mit Thyristoren auch für negativen Strom verwendet, so würde durch den dann auch in den Zusatzerregerwicklungen fließenden negativen Strom ebenfalls eine Entmagnetisierung der Permanentpole auftreten. In Weiterbildung der Erfindung ist daher eine Gleichrichterschaltung angeordnet, durch die eine negative Erregerspannung des Synchronhauptgenerators für die Zusatzerregerwicklung umgekehrt wird, und/oder es ist eine weitere Gleichrichterschaltung angeordnet, durch die ein negativer Erregerstrom des Synchronhauptgenerators für die Zusatzerregerwicklung umgekehrt wird.

Es ist zweckmäßig, die Zusatzerregung direkt von den Klemmen der Haupterregermaschine zu beziehen. Der Strom für die Hilfserregermaschine ist dann nur noch gleichzurichten und der Zusatzerregerwicklung zuzuführen. Da der Synchronhauptgenerator im allgemeinen konstant erregt wird, ist somit die Zusatzerregung ebenfalls konstant. Eine Stromkompoundierung ist auch in diesem Falle möglich. _₁₅

Damit nicht r.uf jedem Pol der Hilfserregermaschine zwei Wicklungen, die strom- und die spannungsabhängige Wicklung, untergebracht werden müssen, ist in weiterer Ausbildung der Erfindung eine Vereinfachung möglich, indem jeweils nur jeder zweite Pol mit einer stromabhängigen Wicklung versehen wird, während die übrigen Pole die spannungsabhängige Wicklung tragen.

Zwar sind damit Nord- und Südpol nicht gleichmäßig erregt, es kommt zu verstärkten Streuflüssen, doch wird damit eine konstruktive Vereinfachung und eine einfachere Isolation der beiden Wicklungen erreicht.

Ein anderer Vorteil entsteht durch die Zusatzerregerwicklung für die spannungsabhängige Komponente, indem sie für hohe Spannungen, die eine Gefährdung der Gleichrichter darstellen, durch einen erhöhten Stromfluß die Überspannungen abbaut. Das ist ein wesentlicher Vorteil bei einem eventuellen asynchronen Betrieb.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung näher erläutert:

Die Feldwicklung 1.2 des Synchronhauptgenerators 1 wird über die rotierenden Gleichrichter 2 aus dem Anker 3.1 der Haupterregermaschine 3 gespeist. Die Hilfserregermaschine 4 besteht aus dem ruhenden Anker und den rotierenden Permanentpolen 4.2. Eine weitere Zusatzerregerwicklung 4.4 für die stromabhängige Komponente wird von dem Strom der Feldwicklung 1.2 durchflossen. Die Hilfserregermaschine wird erregt durch die Permanentpole 4.2, durch die spannungsabhängige Zusatzerregerwicklung 4.3 und die stromabhängige 4.4.

Die spannungsabhängige Zusatzerregerwicklung 4.3 wird über einen Hilfsgleichrichter 6 direkt von der Ankerwicklung 3.1 gespeist. Nicht dargestellt ist eine weitere Hilfsgleichrichteranordnung, durch die ein negativer Erregerstrom des Synchronhauptgenerators 1 für die stromabhängige Zusatzerregerwicklung 4.4 umgekehrt wird.

Wird eine rotierende, antiparallele Gleichrichterschaltung zur Speisung der Feldwirkung des Synchronhauptgenerators benutzt, so muß die Gegenrichtung des Stromes ebenfalls beachtet werden. Es ist dann zweckmäßig, den Strom für die Zusatzerregerwicklung über zusätzliche gleichrichtende Ventile zu leiten oder die stromabhängige Zusatzerregerwicklung in zwei Wicklungen aufzuteilen, die einmal von den Gleichrichtern der Auferregung und einmal von den Gleichrichtern der Gegenerregung getrennt gespeist werden und die so geschaltet sind, daß sie beide auferregend wirken.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Inrienpol-Hilfserregermaschine mit Permanentmagneterregungen für bürstenlos über Außenpol- *» Wechselstrom-Haupterregermaschine und umlaufenden Gleichrichter erregten Synchronhauptgenerator, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfserregermaschine (4) eine Zusatzerregerwicklung (43) aufweist, die im Sinne des Erregerflusses der Permanentpole (4.2) von der durch einen Hilfsgleichrichter (6) gleichgerichteten Ankerspannung der Wechselstrom-Haupterregermaschine (3) gespeist wird.

2. Innenpol-Hilfserregermaschine nach Anspruch

1, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Zusatzerregerwicklung (4.4) vorhanden ist, die durch den Erregerstrom des Synchronhauptgenerators (1) gespeist: wird.

3. Innenpol-Hilfserregergenerator nach Anspruch

2, dadurch gekennzeichnet, daß eine zusätzliche Gleichrichterschaltung angeordnet ist, durch die ein negativer Erregerstrom des Synchronhauptgenerators (1) umgekehrt wird.

4. Innenpol-Hilfserregermaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die von der durch einen Hilfsgleichrichter (6) gleichgerichteten Ankerspannung der Wechselstrom-Haupterregermaschine (3) gespeiste Zusatzerregerwicklung (4.3) und die durch den Erregerstrom der Synchronhauptmaschine (1) gespeiste Zusatzerregerwicklung (4.4) auf getrennten Polen angeordnet sind.