DE2220978A1

DE2220978A1 - Interne erregung fuer eine dynamoelektrische maschine

Info

Publication number: DE2220978A1
Application number: DE19722220978
Authority: DE
Inventors: Henry William Kudlacik; David Mac Cleggan Willyoung
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1971-06-22
Filing date: 1972-04-28
Publication date: 1973-01-11
Also published as: DE2220978C2; US3702964A; SU504522A3; CA942837A; SE380148B; JPS5720785B1; FR2142937B1; CH548688A; GB1376210A; FR2142937A1; JPS4811505A

Description

Interne Erregung für eine dynamoelektrische Maschine

Die Erfindung betrifft allgemein statische Erregersysteme für große, durch gas- oder flüssigkeitsgekühlte dynamoelektrische Maschinen und insbesondere selbsterregte dynamoelektrische Maschinen unter Verwendung von Erregertransformatoren zur Schaffung einer kompoundierten Erregerleistungsquelle für die Feldwicklungen.

Erregersysteine für sehr große dynamoelektrische Maschinen, wie beispielsweise Turbinen-Generatoren» sind bezüglich ihrer Kompliziertheit und ihrer Leistung einhergehend mit den Leistungen der Generatoren selbst gewachsen. Frühere Erregersysteme enthielten rotierende Leistungsquellen, wie beispielsweise einen getrennten, von der Turbinen-Generatorwelle angetriebenen Gleichstromgenerator, die über Schleifringe und Bürsten die Felderregung an die rotierende Feldwicklung lieferten. Eine weitere Anr

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Ordnung, bei der die Erregerleistungsnuelle rotiert, verwendet einerjWechselspannungserreger, welcher durch den Turbinen-Generator angetrieben wird, wobei noch eine Gleichrichtung und Steuerung der Erregerspannung in externen stationären 'Gleichrichtersätzen erfolgt.

Das System mit rotierendem Gleichrichter stellt eine weitere Variation dar, bei der Komponenten der Erregerquelle rotieren. Dort wird ein Wechselspannungserreger von dem Turbinen-Generator angetrieben und 'liefert über Gleichrichter, welche von der 'rotierenden Welle getragen werden, Strom an die Feldwicklungen.

Eine sehr breite getrennte Kategorie von Erregersystemen, auf die sich die vorliegende Erfindung bezieht, ist das "statische* System, bei dem die Erregerleistungsnuelle, die Gleichrichter und die Komponenten des Spannungsreglers nicht rotierend sind. Statische Erregerleistungsquellen sind vorgeschlagen worden, welche die Felderregung einem Generator dadurch zuführen, daß sie die Erregerleistung den Stator-Ausgangssammelleitungen mittels eines äußeren "Erregertransformators" entnehmen, v/obei "Potential"- und "3trom"-Wicklungen mit den Generatorleitungen gekoppelt sind. Obwohl solche Systeme, die manchmal durch eine Gleichstrom-"Sättigungs"-Steuerwicklung auf dem Erregertransformator gesteuert v/erden, eine ausgezeichnete selbstregelnde Leistungsquelle ergeben, besitzen· diese Systeme eine Neigung, groß und kostspielig zu sein, sie komplizieren die Anordnung der Kraftanlage, sie erfordern getrennte Kühlsysteme und erfordern unerwünschte Verbindungen in oder zwischen den isolierten Phasensammelleitungen zwischen dem Generator und dem Hauptleistungstransformator.

In einem statischen System kann eine schnell ansprechende und in weitestem Maße selbstregelnde Erregrerv/irkung erreicht werden durch eine "Kompoundierung" der Erregerwicklungen, so daß die Erregerspannung sowohl auf den ausgangsseiti gen Verbraucherstroin des Generators als auch auf die Iiauptgeneratorklefriinkpannung füi-

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spricht. Die letztere wird ihrerseits erhalten aus dem vom Rotor erzeugten synchronen Fluß (dieser ist abhängig von dem Feld-.strom des Rotors) vermindert um den vektoriell subtrahierten Wert für den Abfall durch die Streureaktanz des Stators (dieser ist vom Statorstrom abhängig). Innerhalb der Begrenzungen, welche durch die Kompound-Leistung gesetzt werden, die von einer Klemmenspannung und einem Klemmenstrom gezogen wird, welche durch einen festen Verlustwinkel voneinander getrennt- sind, ist es niörlich, statische Erregersysteme aufzubauen, welche in gewissen Bereichen des Leistungsfaktors oder Verlustwinkels ein Verhalten zeigen, das unterhalb der K^OInpound-Werte, bei diesen Werten oder über diesen Werten liegt. Typisch für solche statische Kompound-Erregersysterne sind die Systeme gemäß den US-Patenten 2 208 4l6 und 2 454 582. Es ist für solche statische Systeme charakteristisch, daß die Linearität in der selbstregelnden Wirkung sich nur über einen begrenzten Bereich der Betriebswerte der Klemmenspannung, des Klemmenstroms und des Leistungsfaktors erstreckt. Daher versucht der Konstrukteur, einen Kompound-Zustand zu erreichen, welcher einen Kompromiß der Anforderungen bezüglich der Erregung in dem gesamten Betriebsbereich darstellt r.dt einer minimalen Gesamtreglerleistung.

Eo wurden bisher die verschiedensten Vorschläge gemacht, um statische Leistungsquellen für die Erregerleistung im Innern der dynamoelektrischen Maschine vorzusehen, wie beispielsweise Hilfswicklungen in dem Wickelkopfbereich (Französisches Patent 1 050 847) oder Hilfwindungen in den Hauptwicklungsnuten (US-Patent 3 132 296). Eine Erregerleistungsquelle mit Kompoundierung mittels innerer Wicklungen, die auf den Feldfluß und den Streufluß der Hauptwieklungen ansprechen, wird im US-Patent 3 479 5^3 boschrieben. Es wurden auch Vorschläge gemacht zur Anzapfung der Hauptwicklungen einer dynamoelektrischen Maschine, beispielsweise im US-Patent 3 O35 222, um eine Leistungsquelle für äußere Gleichrichtung zu erhalten. Eine solche Anordnung ist nur geeignet f'jr relativ kleine Synchrongeneratoren.

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Es wäre erwünscht, ein Erregersystem mit schnell ansprechender, einfach steuerbarer Kompoundierung zu haben, das über einem weiten Bereich so eingestellt werden kann, daß es entweder selbstregelnd ist oder eine erzwungene Erregung liefert, welche den momentanen Erfordernissen des Systems angepaßt ist, unter Verwendung innerer Wicklungen, und welches geeignet ist, in einer einfachen, kompakten und zuverlässigen Weise mit modernen gas- oder flüssigkeitsgekühlten Generatoren integriert zu werden.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes statisches Erregersystem zu schaffen, das für gekühlte dynamoelektrische Maschinen geeignet ist.

Ferner soll ein verbesserter kompakter Erregertransformator geschaffen werden, der in dem Generatorgehäuse oder sehr nahe an diesem durch die Verwendung der Generatorkühlmittel angeordnet werden kann, während eine Kompound-Erregerleistungsquelle geschaffen wird.

Weiterhin ist eine in weiten Bereichen einstellbare, statische Kompound-Erregerleistungsquelle zu schaffen, die von der Generatorhauptwicklung dielektrisch isoliert und in die Nullverbindungen des Generators integriert ist anstatt mit den ausgangsseitigen Generatorlei<"tungen verbunden zu sein.

Diese Aufgaben werden, kurz gesagt, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Erregertransformator geschahen wird, der vorzugsweise intern angeordnet ist und das Kühlsystem der dynamoelektrischen Maschine ausnutzen kann. Der Transformator weist wenigstens zwei Primärwicklungen auf, von der eine von einer zusätzlichen Leistungsquelle gespeist wird und die andere durch die internen Leiter der Hauptwicklung der dynamoelektrischen Maschine gebildet wird. Die Sekundär- oderjAusgangswicklung des Erregertransformators speist einen üblichen Gleichrichter zur Lieferung der Felderregunrsleistung über übliche Schleifringe.

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Ein besseres Verständnis des Aufbaus und der Durchführung der Erfindung und weitere Aufgaben-und Vorteile ergibt sich aus der nachfolgenden Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen im Zusammenhang mit den Abbildungen.

Fig. 1 zeigt eine vereinfachte schematische Darstellung eine3 Turbinen-Generators mit einer neuen Form des statischen Erregersystems und einem integrierten inneren neutralen und Erregertransformator, der durch das Kühlsystem der dynamoelektrischen Maschine gekühlt ist.

Fig. 2 ist eine Teilansicht, teilweise im Schnitt, des oberen Endes einer dynamoelektrischen Maschine und veranschaulicht die räumliche Anordnung der Bauteile.

Fig. 3 zeigt einen Querschnitt durch die Statornut längs der Linie III-III der Fig. 2.

Fig. 4 ist eine vereinfachte schematische Abbildung ähnlich der Fig. 1 und zeigt eine abgewandelte Form gemäß der Erfindung mit einem außen angeschlossenen Mittelleiter.

Fig. 5 ist eine vereinfachte schematische Abbildung einer weiteren Ausführungsform der Erfindung bezüglich der Einrichtung zur Steuerung des internen Erregertransformators.

Fig. 6 ist eine vereinfachte schematische Darstellung zur Veranschaulichung einer weiteren Ausführungsform, bei der ein äußerer aber benachbarter Erregertransformator das Kühlsystem der dynamoelektrischen Maschine ausnutzt.

Fig. 7 ist eine vereinfachte schematische Darstellung und zeigt noch ein anderes Ausführungsbeispiel, bei dem die Leistung für die Potentialwicklung des Erregertransformators von einem Hilfsklemmentrans formator zugeführt wird.

Fig. 1 zeigt eine dynamoelektrische Maschine, beispielsweise einen großen Turbinen-Generator, in schematischer Darstellung mit einem Stator 1 und einem Rotor 2 für den Betrieb innerhalb eines abgeschlossenen Gehäuses 3. Ein Kühlsystem für die dynamoelektrische Maschine ist symbolisch dargestellt durch die Kühlschlangen 4 und den Zirkulationslüfter 5 im Innern des Gehäuses 3, welche mit einem äußeren System 6 zur Ableitung der Wärme außerhalb des Gehäuses verbunden sind. Dieses symbolisch dargestellte Kühlsystem kann eine große Vielzahl von an sich dem Fachmann bekannten Formen für große dynamoelektrische Maschinen annehmen, beispielsweise die Einzelkühlung oder die Kühlung in Kombination mit einem Gas, beispielsweise Wasserstoff, das von Lüftern auf dem Rotor zirkuliert wird, oder die Kühlung mit Flüssigkeiten, beispielsweise öl oder Wasser, die durch Pumpen über Leitungen zwischen den elektrischen Windungen oder durch Kanäle in den Windungen selbst zirkuliert werden. Beispiele für solche Systeme sind in dem US-Patent 2 695 368 enthalten.

Auf dem Rotor 2 ist eine Feldwicklung 7 angeordnet, die über eine Anordnung '8 von Schleifring und Bürste aus einem Gleichrichtersatz 9 in Dreiphasen-Böckenschaltung versorgt wird. Die Steuerung der Gleichrichterspannung wird gewährleistet mit Hilfe von gesteuerten SiIiciumgleichrientern 10, die im Nebenschluß über eine Seite des Ausgangs der Gleichrichterbrücke geschaltet sind. Der Gleichrichtersatz 9 und die Einrichtung zu seiner Steuerung, beispielhaft dargestellt durch die gesteuerten Siliciumgleichrichter 10, ist typisch für konventionelle oder bekannte Erregersteuerschaltungen. Eine für die Erregersteuerung geeignete Anzahl solcher Anordnungen werden beispielsweise im US-Patent 3 369 171 beschrieben.

In den Nuten des Stators des Generators ist in konventioneller Weise eine Generatorhauptwicklung 11 angeordnet, die Dreiphasonwicklungen lia. 11b und lic umfaßt. Jeder Phasensatz„ beispielsweise der Satz- ila kann in Wirklichkeit parallel geschaltete

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Wicklungen umfassen. Evr ist jedoch der Einfachheit halber als einzelne Wicklung mit einer Anschlußleitung 12 und einer neutralen oder Masseleitung 13 dargestellt.

Eine konventionelle Anordnung zum Anschluß der Hauptwicklung 11 des Generators würde darin bestehen, die Phasenleitung 12 und die neutralen oder Hasseleitungen 13 aus dem Gehäuse durch Buchsen herauszuführen und dann.die Kasseleitungen 13 zur Bildung einer äußeren Masseverbindung miteinander zu verbinden und diese Verbindung über einen Erdtransformator hoher Impedanz zu erden, der eine geeignete Schutzrelaisanordnung enthält. In der vorliegenden bevorzugten Anordnung werden jedoch nur die Phasenleitungen 12 aus dem Generatorgehäuse 3 über Buchsen 14 herausgeführt. Die Masseleitungen 13 andererseits stellen hier primäre Wicklungen mit einer einzigen Windung für einen inneren Erregertransformator dar, der schematisch durch die gestrichelte Umrahmung 15 dargestellt ist. Obwohl die Masseleitungen einfach einen Durchgang durch einen lamellierten Kern machen, um eine Primärwicklung mit einer Windung zu bilden, ist die Primärwicklung in Pig. I symbolisch durch Spulen 16 dargestellt, welche Primärwindungen andeuten. Ilac^hjcJeiii Durchgang durch den Kern des inneren Erregertransformators 15 werden die Masseleitungen 13 an einem gemeinsamen Masseverbindungsρunkt 17 miteinander verbunden, der im Innern des Generatorgehäuses 3 angeordnet ist und ohmisch über eine Buchse 17a verbunden ist mit einer außerhalb angebrachten Einrichtung 17b für die Erdung und den Relaisschutz in konventioneller Bauweise. Ebenfalls beeinflußt durch die Masseleitungen 13 sind die getrennten, bei 18 angedeuteten Stromtransformatoren, die für Zwecke der überwachung» des Schutzes und die Instrumentenanzeige vorgesehen sind und keine Beziehung zur vorliegenden Erfindung besitzen.

Dor innere iJrregertransformator 15 besitzt eine zweite Primärwicklung lli» die von einer zusätzlichen Leistungsquelle auswählbarnr Phase versorgt wird. In Fig. 1 und desgleichen den Fig.

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4,5 und 6 nimmt diese die Form einer zusätzlichen Mehrphasenwicklung 20 in der Statorbohrung an und besitzt vorzugsweise die Form einer flüssigkeitsgekühlten Wicklung, die zusammen mit der Hauptwicklung in den Nuten des Stators der dynamoelektrischen Maschine angebracht ist und für jede Phase nur eine halbe Windung besitzt. Jeder Phasenleiter, beispielsweise der Leiter 20a, der Zusatzwicklung wird in die richtige Nut eingesetzt, um die erwünschte Phasenbeziehung bezüglich beispielsweise einer Phasenwicklung 11a der Hauptwicklung zu erhalten. Diese Phasenbeziehung wird bestimmt durch diejenige Nut, in welche die Phasenwicklung 20a eingesetzt wird (vgl.Fig. 3, Bezugszahl ¹JO). Die Ausgangsgröße von jeder der Phasen, beispielsweise der Phase 20a, der zusätzlichen Wicklung wird über äine entsprechende Wicklung beispielsweise die Wicklung 19a* der Erreger-Primärwicklung 19 und eine in Reihe geschaltete Drossel 21a einem inneren geerdeten Masseanschluß 22 zugeführt.

Die beiden Primärwicklungen 19a und l6a sind so auf einem gemeinsamen Kern in dem Erregertransformator 15 angeordnet, daß sie eine Spannung in einer entsprechenden Phasenwicklung 23a einer Sekundärwicklung 23 mit Dreiecksschaltung erzeugen. Die Ausgangsleitungen von der Sekundärwicklung 2 3 verlassen das Generatorgehäuse über die Buchsen 2H und sind als Dreiphaseneingang mit dem Gleichrichtersatz 9 verbunden.

Fig. 2 zeigt eine tatsächliche Anordnung von Elementen in einem großen Generator unter Verwendung der gleichen Bezugs zahlen für die Darstellung identischer Teile. Ein Schnitt der oberen Hälfte eines Endes einer dynamoelektrischen Maschine zeigt, daß das gasdichte Gehäuse 3 einen Statorkern 1 in Lamellenbauweise besitzt mit am Umfang angeordneten Nuten zur Aufnahme der Hauptwickluncen 11. Ein Teil dos Rotors 2 ist darrestellt und träfet ein Lüfterelement 2a, welches einen Teil dos Wasseratoffgaskühlsystems bildet und zur Zirkulation des Gases für den Stator 1 und den Rotor 2 durcii dj·; verschiedenen Kanäle r1i^r-nt, wobei das Gas dann

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durch geeignete Wärmeaustauscher 25 wieder gekühlt wird, welche im Innern des Gehäuses angeordnet sind.

Die Hauptwicklung.11 wird auch im Innern gekühlt durch ein Flüssigkeitskühlsystem, wie es mit weiteren Einzelheiten in dem vorgenannten US-Patent 2 695 368 beschrieben ist." Dieses liefert eine Flüssigkeit, beispielsweise .entionisiertes Wasser, von inneren Kopfstücken.26 durch isolierte Schläuche 27 zu flüssigkeitsgekühlten Stangenenden 28 (bar terminations) und von dort · durch die hohlen Windungen zur Kühlung und Rezirkulation am anderen Ende des Generators _r Die nicht gezeigten Phasenleiter * von der Wicklung 11 werden aus dem unteren Teil dee Generators über Hochspannungsbuchsen herausgeführt. · -

Gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die Mittelleiter 13 in den oberen Teil des Generators hinein verlängert. Das Gehäuse 3 wird durch eine Kuppel 3a vergrößert, welche durch geeignete Leitungen 29 zur Kühlung durch Gae eingerichtet ist, welches über den.Wärmeaustauscher 25 geführt wird und dann durch die Kuppel 3a zurückströmt, umjaie darin befindlichen Bauteile zu «kühlen. Die Bauteile umfassen den inneren . Erreger trans format or 15, die Drosseln 21 mitJMasseverbindungspunkt 22 und die Masseverbindung 17 der Hauptwicklung, welche mit Hilfe von Buchsen 17a durch das Gehäuse hindurch zu einer außen angebrachten üblichen Erdungs- und Schutzrelaisanordnung geführt ist.

Der Erregertransformator 15 enthält 3 Kerne, wie beispielsweise den Kern -30, in Lamellenbauweise.für die 3 Phasen. Diese sind in einer gestaffelten Anordnung längs der Oberseite der dynamoelektrischen Faschine im Innern der Kuppel 3a angeordnet. Jeder _ ■' der Kone 30 ist so angeordnet, daß er FlußVerbindungswege zwischen einem Paar primärer Wicklungen, beispielsweise den Wicklungen l6a und 19a, und einer Sekundärwicklung;, beispielsweise der Sekundärwicklung 23a, ergibt. Die Primärwicklung l6a umfaßt

eine Primärwicklung aus einer einzigen Windung. Diese wird durch einen L-förmigen Hohlleiter 31 gebildet, dessen vertikaler Schenkel durch den Transformatorkern 30 geht. Das obere Ende des Hohlleiters 31 ist mit der Masseverbindung 17 verbunden. Zusammen mit zwei anderen ähnlichen Leitern für die beiden anderen Phasen wird er in einem Bügel 32 gehalten, nachdem er durch den Stromüberwachungstransformator'vnindurchgelaufen ist.

Das untere Ende des Hohlleiters 31 ist elektrisch mit einem der neutralen Enden der Phasenwicklungen mit Hilfe einer flexiblen elektrischen Verbindung 33 verbunden. Eine hoh.le isolierende Hülse 3*1 steht in Strömungsmittelverbindung mit dem Versorgungsrohr 35 für k^altes Ga3 und auch mit dem Innern des Leiters 31, und liefert, wie durch die Pfeile gezeigt, einen Kühlgasstrom von dem Wärmeaustauscher 25 durch den Leiter 31 zu einer Auslaßöffnung 36 am Massepunkt. Kühlkanäle 30a sind zwischen den Eisenblechpaketen in den Transformatorkernen 30 angebracht und in ähnlicher Weise durch Prallbleche (nicht gezeigt) zur Strömungsmittelverbindung mit der Versorgungsleitung 35 für kaltes Gas verbunden. Caher- werden sowonl die Außenbereiche der in der Kuppel 3a angeordneten Kerne und Wicklungen als auch der Innenteil der neutralen Leitung als Primärwicklung und die Kerne der Erregertrans formatc--e:i durch das Generatorkühlgas gekühlt.

Wie 'rsreits -^:;:; '■ :s,-ur^T:ienhang ^it- rig. i erwähnt wurde, ist die

phase:·.:■>.'ü"-¹Iir ;■ -.- ':. ■■\8v-\r.^soⁱo.?Zle für die andere Primärwicklung

19 ö^r;"^;i 'l"^r'-'- ~ :r'-3-:erivz:,-i i"jv~:-;:t.-,rn -ine Zusatzwicklung,, die

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Drähten zusammengesetzt ist, sich über die Länge des Generatorkernes erstreckt unj^u einer Verbindung mit dem synchronen Feldfluß des Rotors eingerichtet ist. Der Leiter MO bildet dadurch eine Phasenwicklung mit einer halben Windung, die in Pig. I durch die Phasenwicklung 20a dargestellt ist.

Die drei Leiter 40 sind mit einer geeigneten neutralen Verbindung an einem Ende des Stators des Generators miteinander verbunden. An dem anderen Ende jedoch werden sie aus der Nut herausgeführt und'in einer isolierenden Hülle gehalten gemäß der Bezugszahl 4l in Fig. 2 zur Verbindung mit der Primärwicklung 19a. Das andere Ende der Priir^arxvicklung 19a wird über einen isolierten Hohlleiter 42 zur Drosselwicklung 21a und von dort über einen ähnlichen Kohlleiter 43 zur neutralen oder Masseverbindung 22 geführt. Die Masseverbindung 22 besitzt die Form eines hohlen Flüssigkeitskopfteiles (header), der durch ein Schlauchteil 44 mit einer. Verüorgungskopfteil 45 für kalte Flüssigkeit ähnlich dem Flüsnigkeitskopfteil 26 verbunden ist.

In dar oben beschriebenen !»'eise wird daher eine Reihenschaltung errc-ient von einer Phaaenv/icklung 20a (welche im Oberteil einer ntatornut angebracht int) durch die Erregerprimärwicklung 19a und die Drosoelvjicklung 21a zur neutralen Verbindung 22. Dabei ist eine ähnliche Anordnung für alle 3 Phasen vorgesehen. Ebenso beinhaltet die- Einrichtung: zur Flüssigkeitskühlung der obigen An-Ordnung die Schlauchverbindung 44 mit den in Reihe verbundenen Wicklungen 2Ua₃ 19a, 20a, welche in Strömungsinittelverbindung r.iteiηandcr ^tohen.

i.ic offenbarte elektrische Schaltung soll nunmehr vom Standpunkt üer Arbeitsweise betraentot v/erden. Die Primärwicklung 16 des Inneren Erregertransformators spricht dabei auf den Strom an, 'tor durch dir "aa;ieloi tunken 13 zu und von der inneren Massever-Llri'lung 17 fließt. Dither stellt die Primärwicklung 16 den otromiransj'orn.'-'tor (auch "CT" genannt) dor konventionelleren stati-.•,ehen .j':^<f;;v>i':;7;jtor:·'; dar.

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SAD ORIGINAL

Die zusätzliche Wicklung; 20 spricht auf den synchronen Fluß oder den Fluß im Luftspalt an, der durch die rotierende Feldwicklung 7 erzeugt wird, und versorgt die andere Primärwicklung 19 des inneren Erregertransformators. Da der synchrone Fluß des Rotors eine "virtuelle Spannung" in der Statorhauptwicklung erzeugt, welche gleich der Klemmenspannung des Generators ist, wenn kein StatorlaststrcK fließt, und welche sich beim Fliessen eines Statorstromes von der Generatorklemmenspannung um den Spannungsabfall an der Streureaktanz des Stators unterscheidet, ist die' Primärwicklung 19 gleichsam analog der Potentialtransformatoroder "PT"-Wicklung von vorbekannten statischen Erregersystemen. Sie ist jedoch proportional zur virtuellen Spannung des Generators (dem Fluß im Luftspalt) anstatt der Klemmenspannung des Generators (virtuelle Spannung vermindert um Spannungsabfall an der Streureaktanz).

Ein weiterer wichtiger Unterschied bei diesem System besteht darin, daß die Phasenverschiebung dieser Erregerwicklung bezüglich der Hauptwicklung frei gewählt werden kann, um die optimalen Kompoundierungsverhältnisse zwischen den Primärwicklungen für Strom und Potential auf dem Erregertransformator zu erhalten, indem einfach der richtige Nutensatz ausgewählt wird, da die zusätzliche Wicklung 20 in jedem gewünschten Satz der Stator^nuten angeordnet werden kann. Die zusätzliche Wicklung ergibt daher einen weiteren Grad an Flexibilität, welche bei vorbekannten statischen Erregersystemen nicht erreicht wurde.

Der Zweck der Drosseln (Reaktoren) besteht darin, die Arbeitsweise des Systems über einen äußerst breiten Bereich von Klemmenbedingungen des Generators sowohl für o>en stationären Zustand als auch für vorübergehende Zustände zu stabilisieren. Durch die Bildung einer relativ hohen Impedanz in diesem Wicklungszweig des Dreiwicklungstransformators schaffen die Drosseln starrere Kopplung zwischen der stromabhängigen Primärwicklung 16 und der Sekundärwicklung 23 des Transformators.

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Die Primärwicklungen l6 und 19 schaffen zusammen eine Flußverbindung·, oder Verknüpfung mit den Sekundärwicklungen 23, welche den Gleichrichtersatz versorgen. Daher \iirä den Schleifringen 8 des Rotors ein gleichgerichteter'Feldgleichstrom zugeführt, der nach dem an sich bekannten Kompound-Effekt jetzt sowohl auf den Generatorstrom als auch das Generatorpotential anspricht und so. ausgelegt werden kann, daß er eine momentane Erregerzwangswirkung und eine stationärejselbatregelnde Wirkung erzeugt, welche die Generatoransprechzeit auf ein Minimum herabsetzt und die Steueranforderungen vermindert.

Vom Standpunkt der physischen Anordnung ist der Erregertransformator 15 mit den Wicklungen 16, 19, 23 räumlich kleiner als vorbekannte Erregertransformatoren, da er wirksam gekühlt wird durch die Kühisysteme des Generators, und zwar in der vorliegenden Ausführungsform sowohl durch die Gaskühlung als auch die Flüssigkeitskühlung. Da er in seinen Abmessungen viel kleiner ist als konventionelle äußere Erregertransformatoren wird es überhaupt erst praktisch möglich, den Erregertransformätor im Innern anzuordnen und dadurch wird es praktisch, das Generatorkühlsystem zu verwenden und es injdie Struktur der inneren Masseleitung des Generators zu integrieren. Ein solcher synergistischer Effekt wird erreicht durch Anordnung des inneren Erregertransformators im Innern oder in nächster Nachbarschaft des Generatorgehäuses, um so das Kühlsystem des Generators auszunutzen«,

Durch Verbindung der neutralen Enden der Phasen im Innern anstatt ihrer Herausführung durch neutrale Buchsen wird eine sehr kompakt« und bequeme Anordnung erhalten . Die Anbringung der neutralen Verbindungen oder Masseverbindungen oben auf dem Generator bei gleichzeitiger Herausführung der Leitungsenden der Phasew. aiE Boden, macht es räumlich gesefoerr sehr einfach die Masse Mit, uragein. oder neutralen Leitungen durch «Sie Kerns des; inneren Erregertrans format ors hindurchzuführen, so daß sie Primärwicklungen aioLt

einer Windung ergeben. Gleichzeitig ergibt dieses ein llaximum an Zugänglichkeit für die Installation oder die Wartung der Erregsrtransforrr.atoren (durch einfaches Entfernen der Kuppel 3a) und es schafft freien Raum arc Boden des Generators, so da." die isolierten Phasensamrrelleiter-Verbindungen in der leicntest möglichen Weise gemacht werden kennen. Durch Anordnung der Einrichtung 17b zur Transformatorerdung und zum Relaisschutz fUr den Generator außerhalb des Generators, jedoch in unmittelbarer Nachbarschaft zum Kassepunkt, wird ein Maximum an Zugänglichkeit,- Schutz und bequemer Handhabung dieser letzteren Elemente erzielt.

Die dielektrischen Erfordernisse und die dielektrische 13eanspruciiung dieser statischen Erregeranordnung sind auf ein Mindestmaß gebracht, da der Erregertransformator das neutrale Ende der Generatorphasenwieklungen koppelt und nicht die Phasenenden der einzelnen. Phasen und da die Potentialwicklung- elektrisch von den Kauptwicklungen isoliert ist.

Die Figuren *} bis 7 zeigen verschiedene abgewandelte Formen der Erfindung. Obwohl die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung eine interne Masseverbindung verwendet, zeigt die Fig. 4 eine Anordnung, bei der die Hasseverbindung 50 außerhalb des Generatorgehäuses hergestellt wird, nachdem die neutralen Leitungen 13 über Buchsen 51 herausgeführt worden sind, wobei sie zunächst durch den Srregertransformator 15 geleitet -wurden. Bei dieser Anordnung werden die StromUberwachungs-Transformatoren 18 ebenfalls bequemerweise außerhalb des Gehäuses angeordnet, um für die Wartung zugänglich zu sein,

In Fig. 5 ist ein leicht unterschiedliches Steuersystem verwendet für den internen Erregertransformator. Die gesteuerten Siliciumgleichrichter IC der Fig, 1 werden v/eggelassen und an ihrer Stelle wird eine zusätzliche Steuerwicklung 52 -lern Kern des internen Ei.rre ge rr r ans format ors zugefügt, Zin konventioneller Spannungsregler 55 liefert; eine geregelte Gleiehsprrmung, welche der Steuerwicklung 52 zugeführt wirä. Die Wicklung 52 ist bezug-

lieh der anderen Wicklungen so angeordnet, daß sie eine Sättigung der Kerne des internen Erregertransformators und dadurch eine Steuerung der Ausgangsleistung von der Sekundärwicklung zu einem dreiphasigen Diodengleichrichter-Brückensatz 9a ermöglicht.

Die Arbeitsweise dieser vorstehend beschriebenen abgewandelten Form der Erfindung in Fig. 5 ist ähnlich der Arbeitsweise eines Konventionellen Strom-Potentialtransformators mit Sättigung (auch SCPT genannt) mit dem wichtigen Unterschied, daß sie flexibler ist bezüglich der VJahl der Phasenversetzung der zusätzlichen Wicklung in den Muten und auch infolge der Konstruktion und-der geringeren Abmessungen des internen Erregertransformators eine nöhere Ansprechgeschwindigkeit und ein besseres Ansprechen besitzt.

Fig. 6 zeigt eine andere Abwandlung der Erfindung mit einer geringfügig verschiedenen physischen Anordnung des Generators. Das Gäneratorgehäuse 3 ist dadurch abgewandelt, daß der Erregertransformator 15 und die Drosseln 21 in einem verschlossenen Gehäuse 55 eingeschlossen sind, das vom Generatorgehäuse 3 getrennt, aber räumlich eng benachbart ist. Die Kühlung des Gehäuses 55 viird erreicht mit Hilfe des Generatorkühlsystems über Verbindungsleitungen, die symbolisch bei 56 angedeutet sind, und eine Anordnung 57 zur Zirkulation. Die Neutralverbindung 50 wird außerhalb des Generatorgehäuses vorgenommen, wie es bereits zuvor im Zusammenhang mit der Ausfuhrungsform nach Fig. 4 beschrieben wurde.

Die Bedeutung der Anordnung eines getrennten Gehäuses, das jedoch nahe genug benachbart ist, um das Kühlsystem der dynamoelektrischen Maschine auszunutzen, kann verstanden werden anhand einer Betrachtung der räumlichen Anordnung gemäß Fig. 2. Dort würde die zusätzliche Kuppel 3a durch ein getrenntes Geh^?j'u;5o emotzt sein, welches jedoch in etwa der gleichen Lage ölen auf den Generator angeordnet sein kann. Daher wäre dann die

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BAD ORIGiNAL

Konstruktion, des Generators nicht nehr so sehr abhängig von der Konsturktion des inneren Erregertransformators und anderer Komponenten rit Ausnahme der zwischengeschalteten Kühlkanäle. In ähnlicher ~:?it?e kann das Gehäuse 55 unmittelbar unterhalb der dynamoelektrischen Maschine aber eng benachbart zu derselben angeordnet werden.

Fig. 7 zeigt eine alternative Anordnung für die zusätzliche phasenwähloare Leistungsquelle für die Primärwicklung Y) des inneren Erregur.gstransforraators . Anstelle der Verwendung der zusätzlichen Wicklung 2Q in den liauptwicklungsnuten als Quelle, wie es in den Fig. 1 bis 6 gezeigt ist, kann ein phanen-vorschiebenüer Transfcrrator IOC verwendet werden. Der Transformator 100 v:eist eine Primärwicklung 10Oa₃ die mit den Leistungsklemmen des Stators verbunden ist und eine Sekundärwicklung 100b auf, die zur Bildung einer gewählten Phasenverschiebung gegenüber der Klemmenspannung des Generators angeordnet ist. Auf diese V/eise wird ein vergleichbarer Effekt erzielt, wie die richtige iiutenwahl für die oben angegebene zusätzliche Wi eic lung 20. Die Ausgangsleiter von der Sekundärwicklung 100b des phasenverschiebenden Transformators wird über Buchsen 102 in das Gehäuse geführt und mit der Primärwicklung 19 verbunden. Somit können optimale Kompoundierungs-Beziehungen erzielt werden, während trotzdem der Rest der Elemente, wie z.B. der innere Erregertransformator, die Mittelleiter des Generators und das Generatorkühlsystem, integriert sind.

Der Transformator 100 kann entweder unterhalb des Generatorgehäuses nahe den Ilochspannungsbuchsen 1*4, wie es in Fig. 7 dargestellt ist, oder innerhalb des Gehäuses angeordnet sein, ätmlich wie der innere Erregungstransformator, um das Generatorkühlü.ystem effektiver auszunutzen. Im letzten Fall würde sich die Verbindung der Primärwicklung 100a mit der Leiterseite der liauptwicklung 11 ebenfalls innerhalb des Gehäuses befinden und könnte sogar mit Anzapfungen an irgendeinem Zwischenpunkt in der Hauptwicklung 11 verbunden sein, falls dies wünschenswert ist.

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Die Wirkungsweise des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 7 ist die gleiche, wie sie bereits in Verbindung mit Fig .1 beschrieben wurde. Der phasenverschiebende Transformator 100 spricht auf den synchronen Fluß an, der von der Feldwicklung geliefert wird, und ist deshalb eine vergleichbare Leistungsquelle wie die zusätzliche Wicklung 20, die in den Fig. 1 bis 6 gezeigt ist. Eine optimale Kompoundierung ist durch eine richtige Anpassung der phasenverschiebbaren Leistungsquelle an die Primärwicklung 19 des inneren Erregertransformators erzielbar.

Die vorstehend offenbarten Anordnungen besitzen zunächst die Vorteile, die allen statischen Erregersystemen zu eigen sind, da die normale rotierende Ausrüstung eines getrennten Erregers be-' seitigt wird und das Ende des Generators frei ist, mit Ausnahme der Schleifringe. Durch interne Anordnung der Erregertransformatoren wird beträchtliche Grundrißfläche eingespart und getrennte Fundamente werden beseitigt. Ein Maximum an Freiheit für die isolierte Phasensammelleitung des Generators wird dadurch erhalten, daß die Masseleitung und die Erregerausrüstung für den Generator oben auf dem Generator angeordnet werden. Dies gewährleistet ein Maximum an Zugänglichkeit und gestattet eine Verstärkung des Statorrahmens an seinen Endabschnitten, Es wird ein gutes Ansprechen der Erregung erzielt infolge der innewohnenden selbstregulierenden Wirkung und der laminaren Magnetstrukturen mit geringer Zeitkonstante für die internen Erregertransformatoren, über einen äußerst weiten Bereich von Betriebsverhältnissen des Generators kann eine optimale Kombination der Erregerzwangswirkung während vorrübergehender (transienter) Vorgänge im System und eine selbstregelnde Wirkung während stationärer Zustände erreicht werden mit einem Minimum an Steuerleistung wegen der größeren Flexibilität, die bei der Auswahl der Kompoundierungs-BeZiehungen bei diesem System verfügbar ist. Die Anordnung des Erregertransformators im Innern des Generatorgehäuses und die Verwendung der Masseleitungen der Hauptwicklungen vermeidet die Notwendigkeit zu einer Unterbrechung der isolierten Phasensammelleitung an dem auf hoher Spannung liegenden

Γ.]η:1β der Hauptwicklungen. Die Verwendung der leneratorkühlmittc1 verhindert in starker: ">aße die Abmessungen dao Erre^ertransfor~ r.ators im Gerensats zu konventionellen äußeren Transformatoren und dies berünstirt seinerseits die Einfü^un^ des Transformators i::: Innern des Generatorreruusos, Es >;urde daher vorstellend ein in starker; TaFe verbessertes statisches Errecersvstem für £ro?.e dynaiaoelektrisc'ne Taschinen mit Innenkühlung· offenbart.

Der Fachr.ann v/ir die verschiedensten Möglichkeiten zu einer Abv/andlunc der vorstehend beschriebenen Aus führung formen im Rannen der allgeneinen Lehre der Erfindung erkennen. Beispielsweise kennen die Masseverbindungen in einem vergrößerten Anschlufikasten unterhalb des Generators benachbart zu den Hochspannun^sbuchsen angebracht werden.

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Claims

Patentansprüche

Dynamoelektrische ^aschine mit einer rotierenden" Feldwicklung;, einem elektromagnetischen Statorkern und einem vielphasigen Satz von Ankerhauptxd-cklungen, wobei jede Phase der iiauptv.'icklung zwei innere Leiter aufweist, ferner mit einem geschlossenen Gehäuse und einem Kühlsystem, das für eine Kezirkulation von Kühlströmungsmitteln über die Wicklungen und den Kern angeordnet ist, gekennzeichnet durch einen Erregungstransformator (15), der durch das ivü;]lsyoteir> der dynamoelektrischen Maschine kühlbar ist und einen Kern (30), wenigstens zwei Primärwicklungen (16,19) und eine Sekundärwicklung (23) aufweist, von denen die eine Primärwicklung (16) aus vorgewählten inneren Leitern (13) von der Hauptwicklung (11) der dynamoelektrischen Maschine gebildet ist, und eine zusätzliche Leistungsquelle (20), die mit der anderen Primärwicklung (19) des Erregungstransformators (15) verbunden ist.

Dynamoelektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß mit der Sekundärwicklung (23) des Erregungstransformators (15) eine Gleichrichteranordnung (9) verbunden ist und Ausgangsleiter für eine Einspeisung der Erregungsleistung in die rotierende Feldwicklung (7) angeschlossen sind.

Dynamoelektrische Maschine nach Anspruch 1 oder 2, d a durch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Leistungsquelle (20) eine zusätzliche vielphasige Wicklung ist, die für eine Verbindung des synchronen Flusses angeordnet ist, der von der Rotorwicklung (7) der dynamoelektrischen Maschine erzeugbar ist.

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4. Dynamoelektrische Maschine nach Anspruch 3> dadurch £ e k e :: η zeichnet , daß die zusätzliche Wicklung (20) einen -Satz flüssigkeitsgekühlter Leiter umfaßt, die in den Nuten des Kerns der dynamoelektrischen Maschine angeordnet sind.

5. Dynamoelektrische Maschine nach Anspruch 1 oder 2, d a durch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Leistungsquelle (20) ein zusätzlicher vielphasiger Transformator (100) ist, der derart angeschlossen ist, daß er Leistung von der Ankerhauptwicklung (11) der dynamoelektrischen' Maschine zieht,

6. Dynamoelektrische Maschine nach einem oder mehreren der An Sprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die gewählten Leiter (13) die Mittelleiter einer im Dreieck geschalteten Hauptwicklung (11) umfassen und diese Leiter innerhalb des Gehäuses der dynamoelektrischen Maschine einschließlich des Erregungstransformators (15) verbunden sind, so daß ein vollständig innen gelegenes statisches Erregungssysteir. ausgebildet ist.

7. Dynamoelektrische Maschine nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die gewählten Leiter (13) Mittelleiter umfassen und diese I-^Tittelleiter durch den Erregungstransformator (15) geführt sind und das Gehäuse der dynamoelektrischen Maschine über Buchsen (17a) verlassen, die in einer äußeren Mittelpunkt verbindung miteinander verbindbar sind.

3. Dynamoelektrische Maschine nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-5, da durch gekennzeichnet, daß die gewählten Leiter (13) die inneren Leistungsleiter der Haup twi ck lur.r (11) umf as sen .

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9. Dynamoelektrische Maschine nach Anspruch 1 oder 2, d a durch c-ekennzei'.-ehnet, daß xvenigstens ein Teil des Erregungstransformators (15) direkt von einem Kühlströmunesmittel gekühlt ist, das auch zur Kühlung der Hauptwicklung (11) der dynamoelektrischen Maschine dient.

10. Dynamoelektrische Maschine nach Anspruch 9» da* durch gekennzeichnet , daß das Kühlmittel eine Flüssigkeit ist und durch das Kühlsystem der dynamoelektrischen Maschine sowohl durch die Häuptwicklung (11) als auch eine der Wicklungen des Erregungstransformators (15) pumpbar ist.

11. Dynamoelektrische Maschine nach Anspruch 1 oder 2, d a durch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil des Erregungstransformators durch ein Kühlströmungsmittel gekühlt ist, das auch zur Kühlung des Kernes (30) .der dynamoelektrischen Maschine dient.

12. Dynamoelektrische Maschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß das Kühlmittel ein. Gas ist, das durch das Kühlsystem der dynamoelektrischen Maschine sowohl über den Kern der dynamoelektrischen Maschine als auch über den Kern des Erregungstransformators (15) leitbar ist.

13. Dynamoelektrische Maschine nach Anspruch 1 oder 2, d a durch gekennzeichnet, daß der Erregungstransformator (15) in.einer Kuppel (13a) angeordnet istj die an dem Gehäuse (3) der dynamoelektrischen Maschine befestigt ist und sich in das Gehäuse (3) öffnet.

I¹J. Dynamoelektrische Maschine nach Anspruch 1 oder 2₉ ά a durch gekennzeichnet., daß der Erregungstrans formator (15) in einer ersten Umhüllung angeordnet ist, das Gehäuse der dynamoelektrischen Maschine eine zweite Umhüllung bildet und ferner Lei„tungsmittel vorgesehen sind,

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die die Umhüllungen verbinden und Mittel zur Leitung des Kühlströmun£smitteis zv/ischen den Umhüllungen aufweisen.

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