DE2062654A1 - Rotierende elektrische Maschine ohne Schletfbursten - Google Patents
Rotierende elektrische Maschine ohne SchletfburstenInfo
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Description
IU ο Ι ο ο
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
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.
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.
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
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 Äusgangsspannungr 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 ER von der Bezugsspannungsquelle 11;.
an dem Ausgang der Vergleichsschaltung liegt dann eine Differenzspannung '"'E- an, die eine Differenz zwischen den
Spannungen E„ und En 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
En 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 θο ^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
(-AE ) —> (-Δ © )->
β verzögert um mehr als -=- ... Wechselrichter
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 (4)
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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Leerseite
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP44101851A JPS507722B1 (de) | 1969-12-18 | 1969-12-18 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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