DE2062654A1

DE2062654A1 - Rotierende elektrische Maschine ohne Schletfbursten

Info

Publication number: DE2062654A1
Application number: DE19702062654
Authority: DE
Inventors: Yoshiyuku Kobe Hyogo Obata (Japan) P
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1969-12-18
Filing date: 1970-12-18
Publication date: 1971-06-24
Also published as: CH521684A; FR2120259A5; JPS507722B1; CA927915A; SE366881B; US3683268A; GB1339739A

Description

DK. ING. E. HOFFMANN · DIPL. ING. W. EITLE · DR. KEK. NAT. K. HOFFMANN PATENTANWÄI/ΓΚ _

IU ο Ι ο ο

D-8000 MDNCHEN 81 · ARABEUASTRASSE 4 · TELEFON (0811) 911087

Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha, Tokyo, Japan.

ROTIERENDE ELEKTRISCHE MASCHINE OHNE SCHLEIFBÜRSTEN

Die Erfindung bezieht sich auf eine rotierende elektrische Maschine ohne Schleifbürsten, und insbesondere auf Verbesserungen an der Erregungsschaltung einer rotierenden elektrischen Maschine mit Drehfeld.

Um die Zuverlässigkeit zu erhöhen und die Wartung zu erleichtern, sollten in der Erregungsschaltung für Schaufelrad-Generatoren, Turbo-Generatoren und dergl. bei einem
derartigen System keine Bauteile verwendet werden, die
sich durch Reibung abnützen, wie beispielsweise Kommutatoren, Kollektorringe, Bürsten usw. Um diesen Anforderungen

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zu genügen, wurde daher bereits das sog. Erregungssystem ohne Schleifbürsten vorgeschlagen, in dem ein Wechselstrom-Generator als Erregermaschine verwendet wird, um eine Ausgangsspannung zur Erregung einer Drehfeldwicklung der rotierenden elektrischen Maschine zu liefern, nachdem diese durch einen Halbleiter-Gleichrichter gleichgerichtet ist.

Insbesondere ist das Erregungssysteia ohne Schleifbürsten so angeordnet, daß die rotierende elektrische Maschine mit Drehfeld auf einer verlängerten Welle, die durch eine Antriebsmaschine angetrieben wird, zusammen mit einer Ankerwicklung eines Wechselstrom-Generators mit Drehanker und einem Halbleiter-Gleichrichter untergebracht ist; hierbei dient der Wechselstrom-Generator als Erregermaschine. Weiterhin besitzt die Maschine an ihrem feststehenden Teil eine Feldwicklung einer Wechselstrom-Erregermaschine. Die Ankerwicklung der Wechselstrom-Erregermaschine erzeugt dann eine Wechselstrom-Ausgangsspannung, die ihrerseits durch den Gleichrichter gleichgerichtet wird, um in einen Wechselstrom umgewandelt zu werden, und die in die Drehfeldwicklung der rotierenden elektrischen Maschine eingespeist wird, um diese zu erregen. Der drehbare Teil der rotierenden elektrischen Maschine, die die Feldwicklung, den Halbleiter-Gleichrichter und den Anker der Wechselstrom-Erregermaschine enthält, kann dann angetrieben werden, ohne daß eine mechanische Berührung mit dem feststehenden oder sich nicht drehenden Teil der Maschine besteht. Das sog. Erregungssystem ohne Schleifbürsten, das keine Bauteile, wie beispielsweise Kommutatoren, Kollektorringe, Bürsten usw. besitzt, die sich abnützen, kann also verwirklicht werden.

Wenn daher ein Erregungssystem ohne Schleifbürsten der beschriebenen Art in einer großen, rotierenden elektrischen Maschine verwendet wird, dann muß die zugehörige, Wechsel-

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strom-Erregermaschine zwangsläufig eine große Kapazität besitzen; die Feldwicklung dieser Erregermaschine wird daher ebenfalls sehr groß ausfallen. Dies wiederum führt zu der Schwierigkeit, daß die Zeitkonstante der Feldwicklung groß wird, woraus sich wiederum eine Abnahme in der Ansprechgeschwindigkeit ergibt.

Wenn die rotierende elektrische Maschine ein Generator ist, ergibt sich bei dem obenbeschriebenen, herkömmlichen Erregungssystem ohne Schleifbürsten noch ein weiterer Nachteil. Wenn nämlich der Verbraucherkreis geöffnet wird, solange der Generator noch unter voller Belastung angetrieben wird, dann sinkt der innere Spannungsabfall in dem Generator auf Null, da kein Arbeitsstrom mehr vorhanden ist; hieraus ergibt sich ein schnelles Anwachsen der Spannung an den Ausgangsklemmen des Generators, und zwar auf den Wert der in seinem Inneren induzierten Spannung. Zu diesem Zeitpunkt wird dann mit Hilfe einer in dem System vorgesehenen, automatischen Spannungseinstellung die Größe der Erregung der Feldwicklung der Wechselstrom-Erregermaschine auf Null vermindert; die innere Energie, die in der Feldwicklung des Generators gespeichert ist, wird dann über den Halbleiter-Gleichrichter entladen. Die Änderungsgeschwindigkeit des Stroms bei seiner Entladung ist dann durch die Zeitkonstante der Schaltung bestimmt und kann nicht die hierdurch festgesetzte Abnahmegeschwindigkeit überschreiten. Es besteht daher die Gefahr, daß für eine bestimmte Zeitdauer an dem Generator eine Überspannung anliegt.

Zusätzlich zu der vorbeschriebenen, an dem Generator anliegenden Oberspannung ergibt sich an dem Generator noch eine weitere überspannung, die sich aus der Geschwindigkeitszunahme der Antriebsmaschine ergibt, wenn an dieser -

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die Belastung abnimmt; dies ist besonders ausgeprägt bei
Schaufelrad-Generatoren. Hieraus resultiert dann auch eine geringere Abnähme der Spannung an den Ausgangsklemmen des Generators. Hierdurch wird die Zeitspanne, in der die Gefahr einer Überspannung nicht nur an dem Generator sondern auch an verschiedenen anderen, mit dem Generator verbundenen Schaltkreiselementen besteht, stark zunähmen.

Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine rotierende
elektrische Maschine ohne Schleifbürsten vorzusehen, bei
der die Ansprechgeschwindigkeit der Feldschaltung der zugehörigen Wechselstrom-Erregermaschine vergrößert ist.
Auch soll die innere Energie der Feldwicklung der rotierenden elektrischen Maschine ohne Schleifbürsten sehr schnell verminderbar sein, so daß die Gefahr einer Überspannung
an der rotierenden elektrischen Maschine beseitigt ist.

Zur Lösung dieser Aufgaben besitzt eine rotierende elektrische Maschine ohne Schleifbürsten gemäß der Erfindung folgende Merkmale: eine Wechselstrom-Erregermaschine, die auf einer Welle einer rotierenden, mit einem Drehfeld versehenen elektrischen Maschine angebracht ist, mehrere Thyristoren, die zwischen einer Ausgangsklemme der Wechselstrom-Erregermaschine und einer Feldwicklung der rotierenden
elektrischen Maschine angeschaltet sind, und einen Impulsgenerator, der auf der Welle angebracht ist und Ausgangsimpulse zum Zünden der Thyristoren erzeugt, wobei die Ausgänge an der rotierenden elektrischen Maschine den Impulsgenerator zu dem Zeitpunkt steuern, wo die Impulse erzeugt werden, so daß die Thyristoren als Gleichrichter oder Wechselrichter dienen. Die Wechselstrom-Erregermaschine kann

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von einer feststehenden Feldwicklung mit einer vorherbestimmten konstanten Größe erregt werden.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann der Impulsgenerator ein Paar feststehender Feldmagneten enthalten, wobei die Pole der Feldmagneten stark zugespitzt sind. Weiterhin kann vorteilhafterweise auf der Welle ein Pilot-Generator zur Erfassung der Ausgangsphase an der Wechselstrom-Erregermaschine vorgesehen sein, um den Ausgang an dem Pilot-Generator zur Steuerung des Impulsgenerators zu verwenden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der ins einzelne gehenden Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnung erläutert. Es zeigen

Figur 1 ein schematisches Schaltbild einer herkömmlichen, rotierenden elektrischen Maschine ohne Schleifbürsten;

Figur 2 ein schematisches Schaltbild einer rotierenden elektrischen Maschine ohne Schleifbürsten gemäß der Erfindung; und

Figur 3 einen Querschnitt durch einen Teil des Impulsgenerators, der in der in Figur 2 dargestellten Vorrichtung verwendet ist.

In allen Figuren sind dieselben Bezugszeichen für die gleichen oder entsprechenden Bauelemente verwendet.

In Figur 1 ist ein schematisches Schaltbild einer rotierenden, dem Stand der Technik entsprechenden elektrischen Maschine ohne Schleifbürsten dargestellt; die rotierende,

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mit einem Drehfeld versehene elektrische Maschine, die als Generator 1 dargestellt ist, enthält eine Drehfeldwicklung und eine Wechselstrom-Erregermaschine .3 , die zum leichteren Verständnis ate einphasige Erregermaschine dargestellt ist. Die Wechselstrom-Erregermaschine 3 erzeugt eine Wechselspannung, die nach ihrer Gleichrichtung durch die Halbleiter-Gleichrichter 4, 5, 6 und 7 in eine Gleichspannung umgewandelt wird, die die Drehfeldwicklung 2 erregt. Eine Antriebsmaschine 100 ist über die Welle mit einem rotierenden Teil 20 der Maschine verbunden, was durch eine strichpunktierte Linie dargestellt ist. Der rotierende Teil 20 enthält die Drehfeldwicklung 20, die Wechselstrom-Erregermaschine 3 und die Halbleiter-Gleichrichter 4 bis 7. Um die Ausgangsspannung an dem Generator 1 zu regeln, ist eine Feldwicklung 8 für die Wechselstrom-Erregermaschine 3 auf dem feststehenden Teil der Maschine außerhalb oder in einem Abstand von dem rotierenden Teil 20 vorgesehen; die Ausgangsspannung an dem Generator 1 kann durch Einstellen der Erregungsgröße an der feststehenden Feldwicklung 8 geregelt werden. Die feststehende Feldwicklung 8 ist über einen Leistungsverstärker 9 an einen manuell betätigbaren Schalter IO mit zwei Anschlüssen a und b angeschaltet. Wenn der Schalter 10 auf die Seite des Anschlusses b umgelegt ist,, kann die Ausgangsspannung an dem Generator 1 manuell geregelt werden. Wenn der Schalter 10 zur Seite der Klemme a umgelegt ist, liefert der Generator 1 eine Äusgangsspannung_r die automatisch auf eine vorbestimmte Größe geregelt ist, wie sich aus der nachfolgenden Beschreibung ergibt. Der Schalter 10 ist mit seinem Anschluß b an eine Bezugsspannungsquelle 11 angeschaltet, die zur Bestimmung der Größe der Ausgangsspannung an dem Generator 1 in Verbindung mit dem veränderlichen Widerstand 12 dient, der zwischen die Bezugs-

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Spannungsquelle 11 und den Anschluß b des Schalters 10 geschaltet ist. Wenn die Ausgangsspannung an dem Generator 1 von Hand geregelt werden soll, dann wird die feststehende Feldwicklung 8 durch die Bezugsspannungsquelle 11, wenn der Schalter 10 zum Anschluß b umgelegt ist, über den Vorverstärker 9, den Anschluß b des Schalters 10 und den veränderlichen Widerstand 12 erregt. Dadurch ist dann der Widerstand 12 manuell so eingestellt, daß die Erregung der Feldwicklung 8 sowie die Ausgangsspannung an dem Generator 1 auf einen Soll-Wert eingeregelt ist.

Wenn andererseits eine selbständige Regelung der Ausgangsspannung an dem Generator 1 auf einen vorbestimmten Wert gewünscht ist, wird der manuell betätigbare Schalter zu dem Kontakt a umgelegt,. Hierdurch wird dann die Feldwicklung 8 zusammen mit dem Leistungsverstärker 9 an die andere Schaltung angeschaltet, wie durch unterbrochene Linien dargestellt ist. Durch diese Schaltung wird dann die Ausgangsleitung des Generators 1 an die Anschlußklemme a des Schalters 10 angeschaltet; zwischen dem Generator 1 und der Anschlußklemme ji des Schalters 10 ist ein Spannungstransformator 13 zur Umwandlung der Ausgangsspannung des Generators 1 auf einen vorbestimmten Wert, ein Gleichrichter 14, eine Vergleichsschaltung 15 und ein Vorverstärker 16 vorgesehen, die in der aufgeführten Reihenfolge in Serie geschaltet sind. Die Vergleichsschaltung 15 ist also ebenfalls an die Anschlußklemme b des Schalters 10 angeschaltet. Der Vorverstärker 16 enthält einige der bekannten Rückkoppelungsfunktionen, die zur Durchführung der automatischen Regelung notwendig sind.

Wenn der Schalter 10 zur Anschlußklemme a umgelegt ist, dann vergleicht die Vergleichsschaltung 15 die Ausgangs- -

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spannung E_, die von dem Generator 1 über den Transforma-VJ

tor 13 und den Gleichrichter 14 zugeführt wird, mit der Vergleichsspannung E_R von der Bezugsspannungsquelle 11;. an dem Ausgang der Vergleichsschaltung liegt dann eine Differenzspannung '"'E- an, die eine Differenz zwischen den Spannungen E„ und E_n darstellt; d.h. Λ E,=E_ - E_. Die Dif-

K la ± K vj

ferenzspannungA E. wird dem Vorverstärker 16 zugeführt, der sie auf die Spannung Λ E₂ verstärkt. Diese verstärkte Spannung ΛE₂ wird von dem Leistungsverstärker 9 verstärkt, um die Feldwicklung 8 der Wechselstrom-Erregermaschine 3 mit der Spannung Λ E₃ zu erregen. Die Spannung ΛE_, die eine verstärkte Differenzspannung der SpannungAE. darstellt, regelt die Größe der Erregung der Feldwicklung 8 der Wechselstrom-Erregermaschine 3; hierdurch wird die Ausgangsspannung an dem Generator 1 auf einen vorbestimmten Wert eingestellt. Durch Änderung der Größe der Bezugsspannung E_n durch Einstellen des veränderlichen Widerstandes 12 auf einen anderen Wert wird die Ausgangsspannung an dem Generator 1 selbstverständlich auch in einen anderen, vorbestimmten Wert umgeändert-.

Die bekannten, mit Drehfeld versehenen, rotierenden elektrischen Maschinen besitzen daher die zwei vorbeschriebenen Nachteile. Insbesondere muß die Feldwicklung 8 der Wechselstrom-Erregermaschine 3 groß sein, wenn sie in Verbindung mit einem großen Generator 1 verwendet werden soll. Eine Vergrößerung der Zeitkonstante der Wicklung vergrößert dann auch die Schwierigkeiten bei den Geschwindigkeitskenndaten. Andererseits sind die Schaltkreiselemente beim öffnen des Verbraucherkreises für längere Zeit einer überspannung unterworfen, da es eine längere Zeitspanne in Anspruch nimmt, bis die innere Energie, die in der FeId-

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wicklung 2 des Generators 3 gespeichert ist, verbraucht ist.

In Figur 2 ist eine rotierende elektrische Maschine ohne Schleifbürsten gemäß der Erfindung dargestellt; anstelle der Halbleiter-Gleichrichter 4, 5, 6 und 7 in Figur 1 sind Thyristoren 41, 51, 61 und 71 zwischen die Feldwicklung 2 und die Wechselstrom-Erregermaschine 3 angeschaltet, um die von der Wechselstrom-Erregermaschine 3 erzeugte Spannung durch eine Vollweggleichrichtung gleichzurichten. Die Schaltkreise der Steuerelektroden der Thyristoren 41, 51, 61 und 71 sind mit Halbleiter-Gleichrichtern 42, 52, 62 bzw. 72 ausgestattet, die ihrerseits an die Ausgangswicklungen 43, 53, 63 bzw. 73 eines Impulsgenerators 30 angeschaltet sind. Der Ausgangsimpuls der ersten Ausgangswicklung 43 des Impulsgenerators 30 wird der Steuerelektrode des Thyristors 41 über den Gleichrichter 42, der Ausgangsimpuls der zweiten Ausgangswicklung 53, der Steuerelektrode des Thyristors 51 über den Gleichrichter 52, der Ausgangsimpuls von der dritten Ausgangswicklung 63 der Steuerelektrode des Thyristors 61 über den Gleichrichter 62 zugeführt; schließlich wird der Ausgangsimpuls der vierten Ausgangswicklung 73 der Steuerelektrode des Thyristors 71 über den Gleichrichter 72 zugeführt.

Ähnlich wie bei der in Figur 1 dargestellten Vorrichtung ist die Wechselstrom-Erregermaschine 3 mit einer Feldwicklung 8 versehen, die auf dem feststehenden Teil der Maschine angeordnet ist. Die Feldwicklung 8 wird dann durch eine elektrische Versorgungsquelle 81 mit einer vorbestimmten Konstantengröße erregt. Die rotierende elektrische Maschine ist auf ihrem feststehenden Teil mit einer weiteren FeId-

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wicklung 38 für den Impulsgenerator 3O versehen, der von einem Phasenumformer 91 erregt wird. Die rotierende elektrische Maschine enthält einen Magnetinduktor 300 mit Drehfeld, der einen Drehfeld-Dauermagnetpol 301 und eine Ankerwicklung 302 enthält, die auf dem feststehenden Teil der Maschine angeordnet ist. Die Ankerwicklung 302 ist an den Phasenumformer 91 angeschaltet.

Eine Antriebsmaschine 100 ist mit einem rotierenden Teil 200 der Maschine verbunden, der in Figur 1 durch eine strichpunktierte Linie eingerahmt ist; der rotierende Teil 200 der Maschine enthält die Feldwicklung 2 des Generators 1, den Rotor der Wechselstrom-Erregermaschine 3, den Rotor des Impulsgenerators 30, den Dauermagneten 301, die Thyristoren 41 bis 71 und die Gleichrichter 42 bis 72. Hierbei wird der rotierende Teil 20 angetrieben, ohne daß er in mechanischen Kontakt mit dem feststehenden Teil steht. Der Rest der Anordnung stimmt mit dem in Figur 1 dargestellten überein.

Der mit Dauermagneten ausgestattete Magnetinduktor 30 dient zur Erzeugung einer Spannung mit einer vorbestimmten Phasenbeziehung bezüglich der Ausgangsspannung der Wechselstrom-Erregermaschine 3; sein Ausgangsimpuls dient zur Erregung der Feldwicklung 38 des Impulsgenerators 30. Die gerade angeführte Phasenbeziehung zwischen der Feldwicklung 301 und dem Anker 302 des mit Dauermagneten ausgestatteten Magnetinduktors 30 ist so gewählt, daß sie um einen elektrischen Winkel von 30 bis 60 bezüglich der Wechselstrom-Erregermaschine 3 voreilt; denn der Schaltkreis für eine Steuerelektrode eines Thyristors wird im allgemeinen durch eine Spannung gesteuert, die eine Phase aufweist, die um

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einen Winkel von 30° bis 60° bezüglich der Spannung seiner Anode voreilt.

Obwohl die Erfindung bezüglich einer rotierenden elektrischen Maschine beschrieben worden ist, die einen mit Dauermagneten ausgestatteten Magnetinduktor verwendet, kann, wie sich aus der vorstehenden Beschreibung ohne weiteres ergibt, dieser mit Dauermagneten ausgestattete Magnetinduktor durch einen geeigneten Steuergenerator ersetzt werden, um die Phase der Ausgangsspannung an der Wechselstrom-Erregermaschine 3 festzustellen.

Die feststehende Feldwicklung 38 des Impulsgenerators 30 wird von einem Ausgangsimpuls mit einer Phase erregt, die der Größe der Eingangsspannung Δ -β an dem Phasenumwandler 91 entspricht, der durch eine Ausgangsspannung von dem mit Dauermagneten ausgestatteten Magnetinduktor 30 gespeist wird. Der Phasenumwandler 91 enthält einen Eisenkern mit einer rechtwinkligen Leistungskennlinie hoher Güte und ist mit einer Wechselstrom-Primärwicklung versehen, die an die Treiber-Versorgungsquelle angeschaltet ist, mit einer Gleichstrom-Vormagrietisierungswicklung, an die eine Eingangsgleichspannung Δ E_ angelegt ist, und mit einer Sekundärwicklung versehen, von der ein Ausgangsimpuls geliefert wird. Wenn die Vormagnetisierungs-Gleichspannung &>> E_ die an die Vormagnetisierungswicklung des Phasenumformers 91 angelegt ist, dann liefert die Sekundärwicklung einen Ausgangsimpuls, der Spitzen besitzt und eine Phase aufweist, die der Größe der Vormagnetisierungsspannung entspricht.

Selbstverständlich kann die vorbeschriebene Vorrichtung zur Erzeugung eines Ausgangsimpulses mit einer Phase, die

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entsprechend der Größe der Eingangsgleichspannung ^E veränderbar ist, durch eine andere Anordnung ersetzt werden. Eine derartige Anordnung ist aber in der vorliegenden Erfindung nicht enthalten und wird auch in der folgenden Beschreibung nicht im einzelnen beschrieben.

Der Phasenuniformer 91 liefert einen Aus gangs impuls mit einer Phase, die um einen Betrag verzögert ist, der entsprechend dem Wert der Eingangsgleichspannung Ä E₂ durch folgende Gleichungen ausgedrückt wird:

O = O₀-AO (D

ΛΟ= k ' AE, (2),

wobei 6* ein Verzögerungswinkel bezüglich der Anodenspannung der Thyristoren 41, 51, 61 und 71 oder bezüglich der Ausgangsspannung an der Wechselstrom-Erregermaschine 3 ist, und ö ein Verzögerungswinkel ist, wenn Ae=O gehalten wird.

In Figur 3 ist im Schnitt der Teil des Impulsgenerators 30 dargestellt, der die Impulse erzeugt, die in der rotierenden elektrischen, in Figur 2 dargestellten Maschine wiedergegeben ist; der Impulsgenerator 30 enthält einen Ankerkern 31 mit zwei diametral gegenüberliegenden, schmalen Längsnuten 31a und 31b, in denen die Ausgangswicklungen 43, 53, 63 und 73 in Form einer Schleife, genau eingelegt sind. Der Anker 31 ist von einem Joch 32 umgeben, an dessen Innenseite zwei diametral gegenüberliegende, mit dem Joch verbundene Feldpole 33 vorhanden sind. Jeder der

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Feldpole 33 ist auf einer zylindrischen Oberfläche mit der Feldwicklung 38 versehen. Jeder der Feldpole 33 besitzt ein auf den Ankerkern 31 zugerichtetes, scharf zugespitztes Ende, um einen sehr dünnen magnetischen Fluß quer zu den scharf zugespitzten Enden der Pole 33 herzustellen. Der Ankerkern 31, das Joch 32 und die Feldpole 33 bestehen aus übereinandergeschichtete Eisenblechen, die aus einem geeigneten Material mit hoher Permeabilität, wie beispielsweise Hypernick (eine Handelsmarke) hergestellt sind. Wenn die Feldwicklungen 38, die auf den Feldpolen 33 aufgelegt sind, durch Impulse erregt werden, dann fließt unter diesen Umständen der Magnetfluß von dem scharf zugespitzten Ende des einen der Feldpole 33 zu dem anderen, wobei er durch die aus den Ausgangswicklungen 43, 53, 63 und 73 gebildeten Ebene hindurchgeht. Die entsprechenden Ausgangswicklungen 43 bis 73 erzeugen dann eine Ausgangsspannung in Form von Impulsen bekannter Art. Da die Feldpole 33 scharf zugespitzte einander gegenüberliegende Enden besitzen und der hierdurch zwischen den Polen erzeugte Magnetfluß ein sehr feiner Fluß ist, liefern die Ausgangswicklungen 43, 53, 63 und 73 immer so lange Ausgangsspannungen, bis die Feldwicklungen 38 erregt sind und die die Ausgangswicklungen 43, 53, 63 und 73 enthaltende Ebene nicht in einer Linie mit der die beiden Feldwicklungen 38 enthaltenen Ebene liegt.

Die von den entsprechenden Ausgangswicklungen 43, 53, 63 und 73 gelieferte Impulsspannung wird dann an die Steuerelektroden der Thyristoren 41, 51, 61 und 71 über die Gleichrichter 42, 52, 62 bzw. 72 angelegt. Hierbei wird nur der Thyristor, der ein positives elektrisches Potential an seiner Anode in bezug auf die Katode besitzt, gezündet. Die Thyristoren 41, 51, 61 und 71 werden dann entsprechend

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den Phasenbeziehungen zwischen den Anodenspannungen und den anliegenden Impulsspannungen gezündet.

Wenn nun beispielsweise der Schalter 10 für eine automatische Regelung auf die Seite der Anschlußklemme a umgelegt ist und die Ausgangsspannung an dem Generator 1 aus diesem Grund abnehmen wird, dann werden die Spannungen Λ Ε. und ΛΕ- aufgrund der Vergleichsschaltung 15 positive Werte annehmen; hierbei ist die Vergleichsschaltung so ausgelegt, daß der Verzögerungswinkel Θ schmäler wird als der Winkel θ , so daß die Thyristoren 41, 51, 61 und 71 zu einem früheren Zeitpunkt als dem anfänglichen Zündzeitpunkt zünden. Hieraus ergibt sich dann eine Zunahme des in die Feldwicklung 2 eingespeisten Stroms.

Wenn im Unterschied hierzu die Ausgangsspannung an dem Generator 1 aus irgendeinem Grund zunimmt, dann werden die Spannungen Δ E. und A E„ aufgrund der Vergleichsschaltung 15 negative Werte annehmen. Der Verzögerungswinkel ^ wird dann größer als der Verzögerungswinkel θ_ο ^_Λ , _

KJ ρ SO O.a.Jj

die Zündzeitpunkte der Thyristoren 41, 51, 61 und 71 mehr verzögert werden als in dem Anfangszustand. Der in die Feldwicklung 2 eingespeiste Strom wird dann vermindert oder die an der Feldwicklung anfänglich gespeicherte Energie wird von der Wechselstrom-Erregermaschine 3 absorbiert, und geht durch die Thyristoren hindurch, die in ihrer Eigenschaft als Wechselrichter verändert werden./aus der ange- /Die legten Spannung E erhaltene Gleichspannung E , und der Zündwinkel (ein positives Vorzeichen stellt einen Verzögerungswinkel dar) werden durch die folgende Gleichung ausgedrückt·

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_d Y sin —■ cos £ (3)

wobei ρ die Phasenanzahl ist.

Die Gleichspannung E, ist dann positiv, wenn

ist; die Gleichspannung E, ist negativ, wenn

gehalten wird.

Aus den Gleichungen (4) und (5) ist ersichtlich, daß die Thyristoren 41, 51, 61 und 71 als Gleichrichter oder als Wechselrichter entsprechend der Polarität des Zündwinkels © dienen.

Wenn der Impulsgenerator 30 so eingestellt ist, daß die von den Ausgangswicklungen 43, 53, 63 und 73 des Impulsgenerators 30 erzeugte Impulsspannung proportional dem Phasenwinkel *■ in bezug auf die Größe der Spannung an der Anode der entsprechenden Thyristoren 41, 51, 61 und 71 ist, oder voreilt, wenn die SpannungΛε. positiv ist, und verzögert wird, wenn die Spannung £* E. negativ bezüglich des Wertes -V- ist, dann kann jeder der Thyristoren 41, 51, und 71 entweder als Gleichrichter oder als Wechselrichter entsprechend der Polarität der elektrischen Größe A E. verwendet werden.

Wenn dann die Thyristoren 41, 51, 61 und 71 als Wechselrich-

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ter dienen, dann wird das Maschinensystem durch die Gleichstrom-Erregermaschine 3 beschleunigt; hierbei dient die Erregermaschine 3 als Elektromotor, der die in der Feldwicklung 2 gespeicherte Energie absorbiert; das Maschinensystem kann aber in Wirklichkeit aufgrund der Massen-trägheit des Systems nicht beschleunigt werden.

Die obenbeschriebenen Beziehungen können insgesamt durch die folgenden Gleichungen ausgedrückt werden, wobei die Gleichungen auf die Spannungsänderung 4. E. rückbezogen ist:

(+Δ, Ε.) —^ (+ χ 0· )-^0vorgeeilt um mehr als —s— ... Gleichrichter

.,. (AE₁ =0)->(δ9=0)-> Ο = -&- neutral

Hierbei ist die Vergleichsschaltung 15 so eingestellt, daß sie eine bestimmte Größe der Spannung +Δ.Ε erzeugen kann, und zwar sogar dann, wenn die rotierende elektrische Maschine unter einem konstanten Wert angetrieben wird. Hierbei muß die Drehfeldwicklung 2 mit einer bestimmten Größe während eines konstanten Antriebs der rotierenden elektrischen Maschine erregt werden.

Obwohl die Erfindung in Verbindung mit einer einphasigen, rotierenden elektrischen Maschine beschrieben wird, ist die Erfindung selbstverständlich genauso für eine rotierende elektrische Maschine in einem Mehrphasensystem anwendbar.

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Claims

206265A Patentansprüche ;

1) Rotierende elektrische Maschine ohne Schleifbürsten, gekennzeichnet durch eine Wechselstrom-Erregungsmaschine, die auf einer Welle einer rotierenden, mit einem Drehfeld versehenen elektrischen Maschine angebracht ist, durch mehrere Thyristoren, die zwischen einer Ausgangsklemme der Wechselstrom-EJrregungsmaschine und einer Feldwicklung der rotierenden, elektrischen Maschine angeschaltet sind, und durch einen Impulsgenerator, der auf der Welle angebracht ist und Ausgangsimpulse zum Zünden der Thyristoren erzeugt, wobei die Ausgänge an der rotierenden, elektrischen Maschine den Impulsgenerator zu dem Zeitpunkt regeln, in dem die Impulse erzeugt werden, so daß die Thyristoren als Gleichrichter oder Wechselrichter dienen.

2) Rotierende-elektrische Maschine ohne Schleifbürsten nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Wechselstrom-Erregungsmaschine durch eine feststehende Feldwicklung mit einer vorbestimmten konstanten Größe erregt wird.

3) Rotierende elektrische Maschine ohne Schleifbürsten nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Impulsgenerator ein Paar feststehender Feldmagnete enthält, wobei die Pole der Feldmagneten scharf zugespitzt sind.

4) Rotierende elektrische Maschine ohne Schleifbürsten nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß

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die Welle einen Steuergenerator zur Feststellung der Phase des Ausgangs an der Wechselstrom-Erregungsmaschine besitzt, urn den Ausgang des Steuergenerators zur Steuerung des Impulsgenera tors zu verwenden.

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