DE3117587A1

DE3117587A1 - Autonomer elektrischer generator

Info

Publication number: DE3117587A1
Application number: DE19813117587
Authority: DE
Inventors: Lorenzo Piobesi Torinese Torino Bogetti; Giovanni San Benigno Canavese Torino Tornatore
Original assignee: Fiat Auto SpA
Current assignee: Fiat Auto SpA
Priority date: 1980-05-05
Filing date: 1981-05-04
Publication date: 1982-03-18
Also published as: DE3117587C2; IT8067698A0; FR2481857B1; JPS5722363A; GB2075287A; AR227043A1; US4371828A; ES501859A0; FR2481857A1; ES8301075A1; IT1128783B; BR8102722A; GB2075287B

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

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

Patentansprüche

f 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- ι

Serienresonanzkreisen 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.