DE3406274A1 - Elektrische synchronmaschine, die ueber rotierende gleichrichter erregt wird - Google Patents
Elektrische synchronmaschine, die ueber rotierende gleichrichter erregt wirdInfo
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Description
Siemens Aktiengesellschaft Unser Zeichen
Berlin und München VPA 8 k R k 0 1 B
Elektrische Synchronmaschine, die über rotierende
Gleichrichter erregt wird
Die Erfindung betrifft eine elektrische Synchronmaschine,
die über rotierende Gleichrichter von der rotierenden, in
Stern geschalteten Dreiphasenwicklung einer Erregermaschine
erregt wird, wozu die Ausgänge der Dreiphasenwicklung zu den Dioden eines in Stern geschalteten Gleichrichters führen,
dessen Sternpunkt mit einem Ende der Erregerwicklung verbunden ist, während das andere Ende der Erregerwicklung
am Mittelpunkt der Dreiphasenwicklung liegt, bei der Hilfsschleifringe
auf der Welle vorgesehen sind, von denen einer mit dem Mittelpunkt der Dreiphasenwicklung verbunden ist und
die über abhebbare Bürsten und Schalter mit stationär angeordneten elektrischen Elementen verbindbar sind.
Eine derartige Erregung einer Synchronmaschine über rotierende Gleichrichter mit Mittelpunktsschaltung der
Erregerwicklung ist aus der US-PS 33 03 410 bekannt. Bei der
bekannten Synchronmaschine handelt es sich um einen Synchrongenerator, dessen rotierende Erregerschaltung
während des asynchronen Hochlaufs der Synchronmaschine nicht in Betrieb ist. Obwohl die Erregung des Synchrongenerators
über den rotierenden Gleichrichter schleifringlos ausgebildet ist, sind bei der bekannten Synchronmaschine
noch auf der Welle zwei Hilfsschleifringe vorgesehen, die
über abhebbare Bürsten und Schalter eine Verbindung mit stationär angeordneten elektrischen Elementen erlauben. Es
handelt sich hierbei um eine Vorrichtung zur Erkennung von Erdschlüssen im Läufer, die nur jeweils vorübergehend
eingeschaltet wird und somit den ansonsten schleifringfreien
Betrieb des Synchrongenerators nicht beeinflußt.
D 3 Un / 16.02.1984
- f - VPA
Während bei schleifringlos erregten Synchrongeneratoren die
Erregerschaltung nicht während des asynchronen Hochlaufs der Maschine wirksam ist, bildet dieser für schleifringlos
erregte Synchronmotoren einen normalen Betriebsfall. Dazu ist es z. B. aus der DE-PS 15 63 323 und DE-OS 32 18 033
bekannt, den Synchronmotor mit Hilfe einer Außenpol synchron erregermaschine
schleifringlos zu erregen, indem die rotierende Dreiphasenwicklung der Außenpolsynchronerregermaschine
über einen rotierenden, in Drehs trombrückenschaltung
geschalteten Gleichrichter die Erregerwicklung des Synchronmotors speist. Dazu ist der Erregerwicklung eine
Reihenschaltung von zwei in Durchlaßrichtung des Erregerstromes gepolten Thyristoren parallel geschaltet,
deren Verbindungsleitung mit einem Anschluß der Dreiphasenwicklung verbunden ist. Außerdem ist zwischen dem
Pluspol der Erregerwicklung und den Steuerelektroden der
Thyristoren eine spannungsabhängig zündende Zündeinrichtung geschaltet, damit die negativen Halbwellen des
Erregerwechselstromes über die Thyristoren fließen, so daß der Erregerkreis vor Überspannungen geschützt ist. Diese
Zündeinrichtungen sind jeweils bis zum Intrittfallen des
Synchronmotors wirksam.
Weiterhin ist es bekannt, daß mehrere Umformersätze,
bestehend jeweils aus einem von einem Synchronmotor angetriebenen Synchrongenerator nur. dann parallel arbeiten
können, wenn alle Antriebsmotoren in der gleichen Polradstellung betrieben werden, da anderenfalls die parallel zu
schaltenden Synchrongeneratoren nicht synchronisiert werden können. Daher muß für solche Synchron-Synchron-Umformer,
deren Antriebsmotoren wegen des beim unbelasteten asynchronen Hochlaufs fehlenden Gegenmomentes stets unerregt
und im allgemeinen mit nicht richtiger Pollage zueinander die synchrone Drehzahl erreichen, die Möglichkeit gegeben
sein, die Polradstellung nachträglich durch gezieltes Schlüpfenlassen des Antriebsmotors zu korrigieren. Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine betriebsmäßig
schleifringlose Erregeranordnung eines Synchronmotors zu
verwirklichen, die ein wiederholtes Umkehren des Erregerstromes und somit eine Einstellung der Polradstellung
ermöglicht.
5
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine elektrische Synchronmaschine der eingangs beschriebenen Art gemäß der Erfindung
so ausgebildet, daß die Ausgänge der Dreiphasenwicklung mit zwei Gleichrichtern unterschiedlicher Stromrichtung
verbunden sind, daß zwischen deren Sternpunkt und dem einen Ende der Erregerwicklung je ein Thyristor liegt, zu deren
Steuerelektroden eine parallel liegende, spannungsabhängig zündende Zündeinrichtung führt, daß je ein Hilfsschleifring
mit den Enden der Erregerwicklungen je ein Hilfsschleifring
mit den Sternpunkten der Gleichrichter und je ein Hilfsschleifring
mit den Steuerelektroden der Thyristoren verbunden sind, daß die stationär angeordneten Elementen
eine Gleichstromquelle enthalten, die zwischen die Steuerelektrode und die Kathode jedes der Thyristoren in
Durchlaßrichtung schaltbar ist, sowie einen Kondensator, der parallel zu jedem Thyristor schaltbar ist, und einen
Entregungswiderstand, der über antiparallele Dioden jeweils parallel zur Erregerwicklung schaltbar ist.
Nach dem normalen asynchronen Hochlauf der Synchronmaschine läßt sich durch diesen besonderen Aufbau des Erregerkreises
nach der Erregung der Erregermaschine ein Thyristor durch einen von außen über die Hilfsschleifringe zugeleiteten
Stromimpuls zünden, so daß die Synchronmaschine erregt ist.
Hat sie dabei nicht die gewünschte Polradstellung eingenommen,
so kann man sie durch Umkehrung des Erregerstromes zum Schlüpfen veranlassen. Dazu wird zunächst die Erregermaschine
entregt, und man läßt den durch den gezündeten
- K- VPA
Thyristor fließenden Strom auf den durch die Remanenz vorgegebenen Minimalwert abklingen. Danach wird über andere
Hilfsschleifringe und Bürsten der aufgeladene Kondensator
parallel zum Thyristor geschaltet, so daß dieser gelöscht wird. Da dabei in der Erregerwicklung infolge ihrer
Induktivität eine gewisse Energie verbleibt, wird diese anschließend durch Parallelschaltung des Entregungswiderstandes
zur Erregerwicklung abgebaut. Danach kann der andere Thyristor wiederum durch einen Stromimpuls von außen
in umgekehrter Richtung gezündet werden, so daß jetzt der Erregerstrom in umgekehrter Richtung durch die Erregerwicklung
der Synchronmaschine fließt. Dadurch wurde die Synchronmaschine zum Schlüpfen veranlaßt und hat eine andere
Polradstellung eingenommen. Dieser Vorgang kann beliebig oft wiederholt werden, bis die gewünschte Polradstellung
erreicht ist.
Die Erregerschaltung gemäß der Erfindung hat noch weiterhin
den Vorteil, daß die Synchronmaschine, wenn sie als Blindleistungsmaschine eingesetzt wird, sowohl mit positivem
Erregerstrom für die Abgabe induktiver Blindleistung als
auch mit negativem Erregerstrom für die Lieferung kapazitiver Blindleistung verwendet werden kann, wobei die
Größe der abzugebenden kapazitiven Blindleistung bis kurz unterhalb der statischen Stabilitätsgrenze der Synchronmaschine
gewählt werden kann.
Es ist zweckmäßig, bei den stationären Elementen der Erregerschaltung eine Ladeeinrichtung für den Kondensator
vorzusehen, die mit diesen über einen Schalter verbindbar ist. Dadurch kann der Kondensator nach den jeweiligen
Löschvorgängen wieder auf hohe Spannung aufgeladen werden.
Im folgenden sei die Erfindung noch anhand des in der Zeichnung als Schaltbild dargestellten Ausführungsbeispiels
näher erläutert.
·?· 340627A
-
- VPA 84PA0T8
8 A P
Der Synchronmotor 1 ist als Antriebsmotor eines nicht
dargestellten Synchrongenerators Teil eines Synchron-Synchron-Umformers.
Seine Erregerwicklung 2 wird über zwei rotierende Gleichrichter 3, 4 unterschiedlicher
Stromrichtung, die jeweils in Stern geschaltet sind, und zwei Thyristoren 5, 6 gespeist, die gleichsinnig in Reihe
liegen und mit den Sternpunkten 7 des Gleichrichters 3 bzw. 8 des Gleichrichters 4 verbunden sind. Dazu ist das eine
Ende der Erregerwicklung 2 mit zu der Verbindung zwischen den Thyristoren 5 und 6 geführt. Das andere Ende der
Erregerwicklung 2 liegt am Mittelpunkt 9 der in Stern geschalteten Dreiphasenwicklung 10 der Außenpolerregermaschine
11. Die Ausgänge der Dreiphasenwicklung 10 sind entsprechend mit den Gleichrichtern 3 und 4 verbunden.
Für die Thyristoren 5 und 6 sind außerdem spannungsabhängig zündende Zündeinrichtungen 12 bzw. 13 vorgesehen. Die
Zündeinrichtung 12 liegt parallel zum Thyristor 5 und ist zu seiner Steuerelektrode 14 geführt, während die Zündeinrichtung
13 parallel zum Thyristor 6 liegt und zur Steuerelektrode 15 geführt ist.
Der strichpunktiert eingefaßte rotierende Teil 16 der Erregereinrichtung 17 enthält weiterhin sechs Hilf sschleif ringe
18 - 23, die auf der nicht dargestellten Welle des rotierenden Teils 16 angeordnet sind. Von diesen ist je ein
Hilfsschleifring, nämlich die Hilfsschleifringe 18 und 19,
mit den Enden der Erregerwicklung 2 verbunden, die Hilfsschleifringe
20 und 21 mit den Sternpunkten 7, 8 der Gleichrichter 3 und 4, und die Hilfsschleifringe 22 und 23
sind mit den Steuerelektroden 14, 15 der Thyristoren 5 und
verbunden. Zu den Hilfsschleifringen 18 - 23 gehören
abhebbare Bürsten 24 - 29, derart, daß die Bürste 24 dem Hilfsschleifring 18, die Bürste 25 dem Hilfsschleifring 19,
die Bürste 26 dem Hilfsschleifring'20, die Bürste 27 dem
Hilfsschleifring 21, die Bürste 28 dem Hilfsschleifring 22
- g - VPA 8 4 P 4 0 1 8
und die Bürste 29 dem Hilfsschleifring 23 zugeordnet ist.
Diese abhebbaren Bürsten 24 - 29 führen zu stationär angeordneten elektrischen Elementen, die jeweils zum Zünden
der Thyristoren 5 und 6, zu ihrer Löschung und zur Entregung
der Erregerwicklung 2 dienen.
So ist eine Gleichstromquelle 30 vorgesehen, deren Ausgänge mit den zweipoligen Schaltern 31, 32 verbunden sind. Der
Pluspol dieser Gleichstromquelle 30 ist über den Schalter 31 mit der Bürste 28, dem Hilfsschleifring 22 und der Steuerelektrode
14 des Thyristors 5 verbindbar, während er über den Schalter 32, die Bürste 29 und dem Hilfsschleifring 23
zur Steuerelektrode 15 des Thyristors 6 verbunden wird. Entsprechend erfolgt die Verbindung des Minuspols der
Gleichstromquelle 30 über den Schalter 31 mit der Bürste 25 und dem Hilfsschleifring 19 zur Kathode 33 des Thyristors 5
und über den Schalter 32, der Bürste 27, dem Hilfsschleifring
21 zur Kathode 34 des Thyristors 6. Somit können durch
entsprechendes Schließen der Schalter 31 bzw. 32 die Thyristoren 5 bzw. 6 wahlweise von außen her gezündet
werden.
Weiterhin gehört zu den stationären Elementen der Kondensator 35, der über den Schalter 36 und den Ladewiderstand 37
mit einer Gleichstromquelle 38 verbindbar ist und von dieser auf hohe Spannung aufgeladen werden kann. Außerdem ist der
Kondensator 35 mit zwei beweglichen Schaltelementen 39a 40
eines dreipoligen Schalters 41 verbunden, der jeweils zwei unterschiedliche Schaltstellungen einnehmen kann. Liegt
der Schalter 41 in seiner rechten Schaltstellung, so ist der Kondensator 35 über das Schaltelement 39/ die Bürste 27,
den Hilfsschleifring 21 mit der Kathode 34 des Thyristors 6
verbunden und entsprechend über das Schaltelement 40 die Bürste 25, den Hilfsschleifring 19 mit seiner Anode,
so daß der Kondensator 35 dem Thyristor 6 parallel geschaltet ist und diesen löscht. Entsprechend wird in
-7- vpa 8
der linken Schaltstellung des Schalters 41 eine Parallelschaltung
des Kondensators 35 zum Thyristor 5 und dessen Löschung erzielt.
Das dritte bewegliche Schaltstück 42 stellt in seiner rechten Schaltstellung eine Verbindung zur Diode 43 bzw. in
seiner linken Schaltstellung eine Verbindung zur Diode 44 her. Beide Dioden 43, 44 sind antiparallel geschaltet und
führen zu einem Entregungswiderstand 45, dessen eines Ende
somit über die Dioden 43 bzw. 44, das bewegliche Schaltelement 42 des Schalters 41 mit der abhebbaren Bürste 25 und
dem Hilfsschleifring 19 mit dem einen Ende der Erregerwicklung
2 verbindbar ist. Das andere Ende des Entregungswiderstandes 45 ist über einen Schalter 46 en an die
abhebbare Bürste 24 anschließbar und somit über den Hilfsschleifring 18 zum Mittelpunkt 9 und zum anderen Ende
der Erregerwicklung 2 verbindbar. Der Entregungswiderstand liegt dann parallel zur Erregerwicklung 2 und kann die in
ihr nach dem Löschen der Thyristoren 5 bzw. 6 verbleibende induktive Energie abbauen.
Die Erregereinrichtung 17 des Synchronmotors 1 wirkt folgendermaßen:
Der Synchronmotor 1 wird zunächst durch Speisung seiner Dreiphasenwicklung 47 bei unerregter Erregermaschine 11
asynchron hochgefahren. Dabei werden die Thyristoren 5, 6
spannungsabhängig durch ihre Zündvorrichtungen 12, 13 gezündet und geben den Strompfad für die jeweiligen
Halbwellen des beim Hochlauf in der Erregerwicklung 2 induzierten schlupffrequenten AnlaufWechselstromes frei.
Wenn der Hochlauf beendet ist, kann die Erregermaschine 11 erregt werden. Dazu dient eine Hilfserregereinrichtung 48,
welche die Erregerwicklung 49 der Erregermaschine 11 mit Gleichstrom speist. Zum Erregen des Synchronmotors 1 wird
nun der Thyristor 5 durch einen Stromimpuls aus der
-p- VPA 84 P 4 O 1 8
Gleichstromquelle 30 gezündet. Dazu wird der Schalter 31
geschlossen, so daß die Gleichstromquelle 30 über die Bürste
25, den Hilfsschleifring 19 mit der Kathode 33 des
Thyristors 5 und über die Bürste 28, den Hilfsschleifring
an die Steuerelektrode 14 des Thyristors 5 gelegt ist und den Thyristor 5 zündet. Der Synchronmotor 1 synchronisiert
dadurch und nimmt eine bestimmte .Polradstellung ein.
Wenn diese Polradstellung nicht mit der gewünschten übereinstimmt, so muß der Synchronmotor 1 zum Schlüpfen
gebracht und von neuem mit umgekehrter Richtung des Erregerstromes erregt werden. Hierzu wird zunächst die
Erregermaschine 11 entregt und man läßt den Strom durch den Thyristor 5 auf seinen durch die Remanenz vorgegebenen
möglichen Minimalwert abklingen. Danach wird der Thyristor
von außen her über den Hilfsschleifring 20 und die abhebbare
Bürste 26 sowie den Hilfsschleifring 19 und die Bürste 25
und den in die linke Schaltstellung gebrachten dreipoligen Schalter 41 mit dem Kondensator 35 verbunden. Der Kondensator
35, der zuvor auf hohe Spannung aufgeladen war, löscht den Thyristor 5· Durch die linke Schaltstellung des
Schalters 41 ist weiterhin über das bewegliche Schaltelement 42 der Hilfsschleifring 19 und die Bürste 25 über die Diode
44 mit dem Entregungswiderstand 45 verbunden. Da zuvor der Schalter 46 geschlossen wurde, liegt der Entregungswiderstand
45 noch über die Bürste 24 und den Hilfsschleifring 18 parallel zur Erregerwicklung 2 und baut die darin
aufgrund der Erregerinduktivität verbliebene Energie ab. Danach wird der Schalter 46 wieder geöffnet und der
dreipolige Schalter 41 in seine neutrale Stellung gebracht. Die Erregermaschine 11 kann dann von neuem erregt werden,
und der Thyristor wird jetzt durch Schließen des Schalters 32 mit Hilfe der Gleichstromquelle 30 gezündet, so daß der
Erregerstrom in der Erregerwicklung 2 des Synchronmotors 1 nun in entgegengesetzter Richtung fließt. Dadurch wird ein
Schlüpfen des Synchronmotors 1 verursacht, der jetzt eine
andere Polradstellung einnimmt, wenn er in Tritt gezogen
wird .
Ist diese neue Polradstellung des Synchronmotors 1 die
gewünschte, so wird er schleifringlos über die rotierenden
Gleichrichter 3 bzw. 4 erregt, da sämtliche Bürsten 24 bis 28 wieder abgehoben sind. Ist auch diese neue"Polradstellung
nicht die gewünschte, so muß eine erneute Umkehrung des Erregerstromes vorgenommen werden. Inzwischen wird auch der
Kondensator 35 durch Schließen des Schalters 36 neu auf Spannung aufgeladen.
1 Figur
2 Ansprüche
- Leerseite -
Claims (2)
1./Elektrische Synchronmaschine, die über rotierende
Gleichrichter von der rotierenden, in Stern geschalteten Dreiphasenwicklung einer Erregermaschine erregt wird, wozu
die Ausgänge der Dreiphasenwicklung zu den Dioden eines in
Stern geschalteten Gleichrichters führen, dessen Sternpunkt mit einem Ende der Erregerwicklung verbunden ist, während
das andere Ende der Erregerwicklung am Mittelpunkt der Dreiphasenwicklung liegt, bei der Hilfsschleifringe auf der
Welle vorgesehen sind, von denen einer mit dem Mittelpunkt der Dreiphasenwicklung verbunden ist, und die über abhebbare
Bürsten und Schalter mit stationär angeordneten elektrischen Elementen verbindbar sind, dadurch gekennzeichnet,
daß die Ausgänge der Dreiphasenwicklung
(10) mit zwei Gleichrichtern (3, 4) unterschiedlicher
Stromrichtung verbunden sind,
daß zwischen deren Sternpunkt (7, 8) und dem einen Ende der
Erregerwicklung (2) je ein Thyristor (5, 6) liegt, zu deren Steuerelektroden (14, 15) eine parallel liegende,
spannungsabhängig zündende Zündeinrichtung (12, 13) führt, daß je ein Hilfsschleifring (18, 19) mit den Enden der
Erregerwicklung (2), je ein Hilfsschleifring (20, 21) mit
den Sternpunkten (7, 8) der Gleichrichter (3, 4) und je ein Hilfsschleifring (22, 23) mit den Steuerelektroden (14, 15)
der Thyristoren (5, 6) verbunden ist, daß die stationär angeordneten Elemente eine
Gleichstromquelle (30) enthalten, die zwischen die Steuerelektrode (14, 15) und die Kathode (33, 34) jedes der
Thyristoren (5, 6) in Durchlaßrichtung schaltbar ist, sowie einen Kondensator (35) , der parallel zu jedem Thyristor (5,
6) schaltbar ist,
und einen Entregungswiderstand (45), der über antiparallele Dioden (43, 44) jeweils parallel zur Erregerwicklung (2)
schaltbar ist.
2. Elektrische Synchronmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
Kondensator (35) über einen Schalter (36) mit einer Ladeeinrichtung (37/ 38) verbindbar ist.
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