DE3117587A1 - Autonomer elektrischer generator - Google Patents
Autonomer elektrischer generatorInfo
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- H02P9/46—Control of asynchronous generator by variation of capacitor
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Description
Exemplar
Patentanwälte Dipl.-Ing. H. Weickmann, Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke
D1PL..-ING. F. A.¥eickmann, Dipl.-Chem. B. Huber
Dr. Ing. H. Li ska η
8000 MÜNCHEN 86, DEN -^
SBrt POSTFACH S60 820
SBrt POSTFACH S60 820
MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 98 39 21/22
FIAT AUTO S.p.A.
Corso Giovanni Agnelli 200
Turin, Italien
Autonomer elektrischer Generator
Die Erfindung betrifft einen autonomen elektrischen Generator mit einem Primärantrieb und einer damit gekoppelten,
als Generator arbeitenden Dreiphasen-Asynchronmaschine.
Es ist bereits bekannt, daß eine elektrische Asynchronmaschine als Generator arbeiten kann und somit elektrische
Wirkleistung liefern kann, wenn eine externe Speisung mit der zur Erzeugung des erforderlichen Feldes nötigen Blindleistung
erfolgt.
Wenn ein elektrischer Asynchrongenerator einem vorhandenen Netz parallelgeschaltet wird, so wird die zur Erzeugung
des Feldes der Asynchronmaschine erforderliche Blindleistung durch das Netz selbst geliefert.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen elektrischen Generator anzugeben, der als autonomer Generator arbeitet,
ohne daß er an ein existierendes Speisenetz angeschlossen ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein elektrischer Generator
gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 ausgebildet. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Ein Ausführungsbeispiel· der Erfindung wird im folgenden anhand der Figur beschrieben, die teilweise in Blockdarstel-
^ng die elektrische Schaltung eines autonomen Generators
zeigt.
Dieser autonome elektrische Generator 1 umfaßt einen Primärantrieb
2, der beispielsweise eine Brennkraftmaschine sein kann und mit einer Dreiphasen-Asynchronmaschine 3 gekoppelt
ist.
Die Wicklungen der Asynchronmaschine 3 können in Sternschaltung oder in Dreieckschaltung geschaltet sein. Im
ersteren Fall kann ein neutraler Leiter N mit der Mitte des Sterns und der Last verbunden sein.
Ein Drehzahlmesser 4 überwacht die Drehzahl der Welle 2a des Primärantriebs 2 und gibt ein der Drehzahl entsprechendes
elektrisches Signal ab. Eine Regeleinrichtung für die Drehzahl des Primärantriebs 2 ist mit 5 bezeichnet.
Ein Frequenzsensor 6 ist dem Ausgang einer Phase der Dreiphasen-Asynchronmaschine
3 parallelgeschaltet. Der Ausgang des Frequenzsensors 6 ist mit einem ersten Eingang 5a der
Regeleinrichtung 5 verbunden, deren zweiter Eingang 5b mit dem Drehzahlmesser 4 verbunden ist.
Ferner sind zwei Gruppen 8 und 9 mit jeweils drei im Dreieck
geschalteten L-C-Serienresonanzkreisen vorgesehen, wobei die Spitzen des jeweiligen Dreiecks mit dem Ausgang
jeweils einer Phase der Asynchronmaschine 3 verbunden sind.
Die Kondensatoren einer jeden Gruppe haben übereinstimmende Kapazität. Ähnlich haben die Induktivitäten übereinstimmende
Induktivitätswerte.
Die Kondensatoren der beiden Resonanzkreisgruppen 8 und 9 sind mit 14 bzw. 16 bezeichnet. Die Induktivitäten sind
mit 15 bzw. 16 bezeichnet.
Die Kondensatoren 14, 16 sind den Wicklungen der Dreiphasen-Asynchronmaschine
3 parallelgeschaltet. Die aus dieser Parallelschaltung sich ergebende Gesamtkapazität muß derart
bemessen sein, daß bei Betrieb alle Kondensatoren zusammen mit den Wicklungen der Asynchronmaschine 3 drei
Stromkreise bilden, die eine Resonanzfrequenz haben, welche
der Drehzahl des Läufers entspricht. Die Kondensatoren liefern beim Betrieb der Asynchronmaschine 3 die Blindleistung,
welche für ihren Betrieb nötig ist, und bilden somit das Felderregungssystem der Asynchronmaschine 3.
Bekanntlich ändert sich beim Betrieb die von der Asynchronmaschine
3 dargestellte Induktivität mit Änderungen des Speisestroms. Entsprechend ändern sich bei einer Laständerung
die Resonanzbedingungen des durch die Kondensatoren und die Asynchronmaschine 3 gebildeten Resonanzkreises,
und diese Änderung führt bekanntlich zu einer Änderung des Koeffizienten der erzeugten Spannung.
Ferner muß berücksichtigt werden, daß die Last L üblicherweise durch Impedanzen bestimmt ist, die eine induktive
Blindkomponente haben. Entsprechend ändert sich mit einer Laständerung auch die den Kondensatoren parallel liegende
äquivalente Induktivität. Dies führt zu einer weiteren Veränderung der Resonanzbedingungen des vorstehend beschriebenen
Systems, womit eine weitere Änderung des Koeffizienten der erzeugten Spannung verbunden ist.
Um-diese Änderungen des Koeffizienten der erzeugten Spannung
zu begrenzen, und zwar bei Änderung zwischen Leerlauf- und Lastbetrieb und bei Änderung der Last selbst, ist es erforderlich,
den autonomen Generator 1 mit einem Regelsystem zu versehen, das diese Änderungen der Induktivitäten kompensiert,
die durch die Eigenschaften der Asynchronmaschine selbst und durch Laständerungen bedingt sind. Zu diesem
Zweck ist eine Gruppe 22 von drei im Dreieck geschalteten Sättigungsdrosseln 23 vorgesehen, wobei die Spitzen des
Dreiecks mit jeweils einer Phase der Asynchronmaschine 3 verbunden sind.
Jede Sättigungsdrossel 23 ist durch eine Induktivität mit einem Kern gebildet, dessen Kernbleche ein Material mit
gerichteten Kristallen und damit eine Vorzugsrichtung der
Magnetisierung aufweisen= Diese Sättigungsdrosseln 23 sind so bemessen, daß sie im Betrieb immer gesättigt sind, was
bedeutet, daß sie in einem Abschnitt ihrer Magnetisierungskurven betrieben werden, in dem größere Änderungen des
Magnetisierungsstroms nur sehr kleine Änderungen des Koeffizienten der anliegenden Spannung zur Folge haben.
Die Gruppe 22 der drei Sättigungsdrosseln 23 hat die Funktion eines echten Spannungsreglers und ermöglicht die Begrenzung
von Spannungsänderungen auf einen sehr schmalen Bereich.
Da bekanntlich Sättigungsdrosseln ein nichtlineares Magnetisierungsverhalten
haben, ergibt sich bei Anliegen einer sinusförmigen Spannung eine sehr starke Stromverzerrung, so
daß der Strom starke ungeradzahlige harmonische Komponenten enthält.
Es hat sich gezeigt, daß die ungeradzahligen Harmonischen mit stärkstem Anteil die dritte, fünfte, siebente und neunte
Harmonische sind.
Die dritte und die neunte Harmonische stören den Betrieb
der Asynchronmaschine 3 bzw. deren Last L nicht wesentlich, da sie nur in der Dreieckschaltung 22 der Sättigungsdrosseln
23 auftreten.
Das Vorhandensein der fünften und siebenten Harmonischen führt jedoch zu einer Verzerrung der an der Last L anliegenden
Spannung.
Um diese Verzerrung zu verringern, haben die Induktivitäten 15 vorteilhaft Induktivitätswerte, die zusammen mit den
Kondensatoren 14 eine Filterwirkung zur Folge haben, wobei die Resonanζwirkung bei der Frequenz der fünften Harmonischen
der Frequenz eintritt, die die von der Asynchronmaschine 3 abgegebene Spannung hat.
Ähnlich haben die Induktivitäten 17 jeweils'einen derartigen
Wert, daß sie mit dem. jeweiligen Kondensator 16 Filter bilden, deren Resonanzfrequenz bei der siebten Harmonischen der
Frequenz liegt, die die von der Asynchronmaschine 3 abgegebene Spannung hat.
Bei Betrieb ohne Last dreht der Primärantrieb 2 die Asynchronmaschine
3, die dann durch ihre Restmagnetisierung und die mit den Kondensatoren 14 und 16 ausgetauschte Blindenergie
erregt wird.
Bei diesem Betrieb ohne Last wird die Asynchronmaschine 3 an dem Schnittpunkt der Erregerkurve und der Charakteristik
der Kondensatorgruppe betrieben, so daß sie eine Spannung erzeugt, deren Frequenz von der Läuferdrehzahl abhängt.
Der Betrieb der Asynchronmaschine unter Last ändert sich bekanntlich
entsprechend dem Verhalten des Primärantriebs. Da ein Leistungsfluß vom Läufer zum Ständer der Asynchronmaschine
3 möglich ist, muß der Läufer eine Drehzahl haben, die größer als diejenige des im Luftspalt umlaufenden Feldes
ist. Wenn der Primärantrieb 2 nun bei Laständerungen eine konstante Drehzahl beibehalten soll, so muß sich die Frequenz
der von der Asynchronmaschine 3 abgegebenen Spannung verringern. Deshalb muß der Primärantrieb 2 zur Konstanthaltung
der Frequenz der abgegebenen Spannung seine Drehzahl mit zunehmender Last L erhöhen. Zu diesem Zweck überwacht der
Drehzahlmesser 6 die Augenblicksfrequenz der erzeugten
Spannung und wirkt entsprechend auf die Regeleinrichtung 5 des Primärantriebs 2 ein, so daß die Frequenz der erzeugten
Spannung im wesentlichen konstant gehalten wird.
Unter Beibehaltung des vorstehend erläuterten Grundgedankens der Erfindung können auch weitere Ausführungsbeispiele
und Abänderungen von Einzelheiten verwirklicht werden. Alle vorstehend beschriebenen Merlanale der Erfindung können einzeln
oder in beliebiger Zusammenfassung erfindungswesentlich
sein.
Leerseite
Claims (1)
- Patentansprüchef 1.{Autonomer elektrischer Generator mit einem Primärantrieb und einer damit gekoppelten, als Generator arbeitenden Dreiphasen-Asynchronmaschine, gekennzeichnet durch mindestens eine Gruppe (8,-9) von jeweils drei im Dreieck geschalteten Kondensatoren (14, 16), wobei die Spitzen der Dreieckschaltung mit jeweils einer Phase der Asynchronmaschine (3) verbunden sind und die Kapazitätswerte der Kondensatoren (14, 16) so gewählt sind, daß sie beim Betrieb mit den Wicklungen der Asynchronmaschine (3) drei Stromkreise mit einer Resonanzfrequenz bilden, die der Läuferdrehzahl entspricht, durch mit den Kondensatoren (14, 16) in Reihe geschaltete Induktivitäten (15, 17), die mit den Kondensatoren (14, 16) mindestens eine Gruppe (8, 9) von jeweils drei L-C-Serienresonanzkreisen bilden, wobei die Induktivitätswerte der Induktivitäten (15, 17) so gewählt sind, daß die Resonanzfrequenz der Serienresonanzkreise im wesentlichen mit einer vorbestimmten ungeradzahligen Harmonischen der Frequenz der von der Asynchronmaschine (3) erzeugten Spannung übereinstimmt, und durch eine Gruppe (22) von drei im Dreieck geschalteten Sättigungsdrosseln (23), wobei die Spitzen der Dreieckschaltung jeweils mit einer Phase der Asynchronmaschine (3) verbunden sind.Generator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Gruppen von jeweils drei Kondensatoren (14, 16) vorgesehen sind, die jeweils mit einer Induktivität (15, 17) in Reihe geschaltet sind und somit zwei Gruppen (8, 9) von jeweils drei L-C-Serienresonanzkreisen bilden, und daß die Resonanzfrequenz dieser beiden Gruppen (8, 9) von-y- ιSerienresonanzkreisen jeweils gleich der fünften und siebten Harmonischen der. Frequenz der von der Asynchronmaschine (3) erzeugten Spannung ist.3. Generator nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Primärantrieb eine Brennkraftmaschine ist und ein Drehzahlmesser zur Abgabe eines der Wellendrehzahldes Primärantriebs entsprechenden elektrischen Signals sowie eine Regeleinrichtung zur Regelung der Drehzahl des Primärantriebs 'vorgesehen ist, die mit dem Drehzahlmesser verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß ferner ein Frequenzsensor (6) an eine Phase der Asynchronmaschine (3) angeschlossen ist und daß der Ausgang des Frequenzsensors (6) mit der Regeleinrichtung (5) des Primärantriebs {2) verbunden ist.4. Generator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede Sättigungsdrossel (23) eine mit einem Kern versehene Induktivität ist.5. Generator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern einer jeden Sättigungsdrossel (23) aus Kernblechen mit Vorzugsrichtung der Magnetisierung aufgebaut ist.
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