-
Kompensierte Synchronmaschine für Einphasenstrom Bei Synchronmaschinen
setzt sich die resultierende Durchflutung aus der primären Durchflutung des erregenden
Gleichstromes (Läuferstrombelag) und aus der sekundären Durchflutung des Ankerstromes
(Ständerstrombelag) zusammen. Soll die sekundäre Durchflutung des von, der Belastung
abhängigen Ankerstromes für jeden Leistungsfaktor der Maschine aufgehoben werden,
so muß dem Läuferstrombelag durch zusätzliche Erregung eine Komponente hinzugefügt
werden, deren Amplitude der Amplitude des Ständerstrombelages entspricht und deren
Phasenlage gegenüber der Phasenlage des Ständerstrombelages um I$o° gedreht ist,
d. h. diese zusätzliche Komponente des Läuferstrombelages muß einerseits bei sich
ändernder Belastung -in ihrer Größe proportional zur sekundären DurchflUtung veränderbar
und andererseits bei sich änderndem Leistungsfaktor in ihrer relativen Lage zum
Läufer der Synchronmaschine drehbar sein, indem die Erregung desselben magnetisch
mehrachsig ausgebildet ist. Die kompensierte Synchronmaschine weist gegenüber der
nicht kompensierten Synchronmaschine den Vorteil eines weisentlich kleineren., nur
noch durch die Streuspannung bedingten Polradwinkels auf; sie ist daher weitaus
überlastungsfähiger und kann mit bedeutend kleinerem MaschinenluftspaLt ausgeführt
werden; ihre Spannungsänderung bei Entlastung ist viel geringer und entspricht nur
dem Betrag der Streuspannung.
-
Ein; Beispiel einer kompensierten Synchronmaschine ist in. der Fig.
i wiedergegeben:. Im Ständer der Synchronmaschine i ist die Dreiphasenwicklung
mit
den Anschlußklemmen U, V, W angeordnet; der aus Einzelpolen aufgebaute Läufer weist
zwei Pole auf, welche jeweils in drei Teilpole aufgeteilt sind, so, daß sich insgesamt
sechs Teilpole ergeben, welche die dreiphasig ausgebildete Erregerwicklung EW tragen.
-
Im Sternpunkt der Ständerwicklung der Synchronmaschine i befindet
sich der Reihentransfosrma:tor T, welcher über die Schleifringe S1 an die Läuferwicklung
des kompensierten: Frequenzwa.ndlers 2 angeschlossen ist, welcher mit der Synchronmaschine
i mechanisch gekuppelt ist. Der Ständer des Frequenzwandlers 2 trägt die Kompensationswicklung
KW und die in Stern geschaltete fremderregte Erregerwicklung FW. Die auf dem Kommutator
aufliegenden Bürsten. des Frequenzwandlers 2 sind mit der Erregerwicklung EW der
Synchronmaschine i dreiphasig verbunden. Die fremderregte Erregerwicklung FW des
Frequenzwandlers 2 wird von. der Gleichspannungsquelle 3 über den, regelbaren: Widerstand
4 gespeist, indem zwei Schenkel der Wicklung in. Parallelschaltung an den einen
Pol und der dritte Schenkel der Wicklung an. den zweiten Pol der Gleichspannungsquelle
3 angeschlossen sind.. Mittels des Transformators T werden. Drehströme, welche den
Lastströmen in der Ständerwicklung der Synchronmaschine i proportional sind, in
die Läuferwicklung des Frequenzwandlers 2 übertragen, so daß infolge des synchronen.
Laufes. im Läufer des Frequenzwandlers 2 ein im Raum stehendes Feld entsteht, welches
entsprechend seiner Lage an den drei Kommutatorbürsten des Frequenzwandlers Gleichspannungen
induziert, deren Größe den Augenblickswerten von drei Drehspannungen entsprechen.
Die hierdurch entstehenden. Gleichströme, welchse den Augenblickswerten von drei
Drehströmen: entsprechen, speisen, über die Schleifringe S2 die Erregerwicklung
EW der Synchronmaschine i. Auf diese Weise entsteht im Läufer der Synchronmaschine
i ein zweipoliges Feld, dessen räumliche Lage, bezogen auf den Läufer, abhängig
davon ist, welchem Augenblickswert innerhalb einer Periode eines Drehstromes der
zugeführte Gleichstrom entspricht. Ist dieses Feld in seiner räumlichen: Lage in.
Gegenphase mit dem Ankerrückwirkungsfeld der Ständerwicklung, so herrschst Kompensation.
Diese bevorzugte Lage des kompensierten Felldes kann entweder durch. entsprechendes
Verdrehen des Ständers des Frequenzwandlers 2 mit seinem Bürstenapparat oder durch
entsprechende Kupplung des Läufers der beiden Maschinen eingestellt werden. Durch
die Kompensationswicklung KW im Ständer des Frequenzwandlers 2 werden: die Gleichströme
im Anker desselben rückwirkungsfrei gegenüber den über die Schleifringe S1 zugeführten
Drehströmen. gehalten.
-
Die von der Gleichstromquelle 3 gespeiste Erregerwicklung FW im Ständer
des Frequenzwandlers 2 dient zur Erzeugung derjenigen vom Frequenzwandler gelieferten
Erregerkomponente, welche die Leerlaufspannung der Synchronmaschine i induziert.
Mit der Fremderregung durch die Wicklung FW läßt sich, also die Synchronmaschine
i an ein beliebiges Drehstromnetz anschließen. Die Synchronmaschine i kann aber
diese Erregerkomponente auch von. ihrem eigenen Netz aus über Gleichrichter und.
eine vorzugsweise gesonderte Erregerwicklung erzeugen, so daß dann die Wicklung
FW sowie die Gleichstromquelle 3 in Fortfall kommen.
-
Soll eine derartige kompensierte Synchronmaschine für Einphasenstrom
Verwendung finden, so ist es bekannt, in diesem Falle eine der drei Phasen U, V,
W der Ständerwicklung fortzulassen, so daß der Transformator T Einphasenstrom in
die Läuferwicklung des Frequenzwand:lers überträgt. Isst im Ständer des Frequenzwandlers
eine kräftige Käfigwicklung angeordnet, so wird von dem übertragenen Einphasenstrombelag
die inverse Drehfeldkomponente im Käfig weggedämpft, während die mitumlaufende Drehfeldkomponente
im Raum stillsteht und entsprechend der dreiphasigen Ausführung an. den Kommutatorbürsten
des Frequenzwandlers Gleichspannungen induziert, so daß der Erregerwicklung EW auch
in. diesem Falle über die Schleifringe S2 drei den Augenblickswerten von drei Drehströmen
entsprechende Gleichströme zugeführt werden, welche die mitumlaufende Drehfelsdkomponente
des einphasigen Ständerstrombelages kompensieren; die inverse Drehfeldkomponente
des Ständerstrombelages wird hierbei in bekannter Weise durch eine auf dem Läufer
angeordnete Dämpferwicklung weggedämpft.
-
Der Erfindung liegt: die Aufgabe zugrunde, eine derartige kompensierte
Synchronmaschine für Einphasenstrom, welche von einem vorzugsweise kompensierten
Frequenzwandler magnetisch mehrachsig erregt wird, hinsichtlich des erforderlichen
Aufwandes einsfacher zu gestalten. Die Synchronmaschine kann hierbei als Einzelpolmaschine
oder als Vollpolmaschine ausgebildet sein. Gemäß der Erfindung speist eine auf dem
Läufer der Synchronmaschine angeordnete, von der inversen Drehfeldkomponente des
Ständerstrombelages induzierte Mehrphasenwicklung die Läuferwicklung des Frequenzwandlers.
Da die inverse Drehfeld komponente und. damit die dem Frequenzwandler zugeführte
Mehrphasenspannung nach Größe und Phasenlage dem Einphasenstrom der Synchronmaschine
entspricht, kann auf diese Weise die einphasige Synchronmaschine ebenso wie eine
mehrphasige Synchronmaschine kompensiert werden. Es entfallen dabei die bisher zur
Abbildung des Ständers-trombelages im Läufer des Frequenzwandlers erforderlichen
Transformatoren und S chsleifringe.
-
In der Fig. 2 isst ein Ausführungsbeispiel einer kompensierten Synchronmaschine
für Einphasenstrom nach der Erfindung wiedergegeben. Soweit Teile mit dienen der
Fig. i übereinstimmen., sind die gleichen Bezugszeichen verwendet.
-
Im Ständer der als Einzelpol-masch:ine ausgeführten Synchronmaschine
i ist der Raum für den
Wicklungsstrang W frei gelassen. Die beiden
Stränge U und V sind als Einphasenwicklung zusammengeschaltet. Der entsprechend
der Fig. i aus sechs Teilpolen aufgebaute Läufer der Synchronmaschine i trägt außer
der über die Schleifringe S2 gespeisten Erregerwicklung EW noch eine mehrphasige
und entsprechend mit mehreren Wicklungssträngen ausgerüstete Dämpferwicklung DW.
Statt der auf En Einzelpole konzentrierten Wicklung können auch an 2n Polen mehrphasig
verteilte Wicklungen. vorgesehen werden. Die Dämpferwicklung DW speist mehrphasig
unmittelbar die Läuferwicklung des mechanisch mit der Synchronmaschine i direkt
gekuppelten kompensierten. Frequenzwandlers 2. Dadurch wird die inverse Drehfeldkomponente
des Ständerstrombelages der Synchronmaschine i nach Größe und Phasenlage in. den:
Läufer des Frequenzwandlers übertragen. Da diese inverse Drehfeldkomponente gegenüber
dem Läufer der Synchronmaschine i mit doppelter Netzfrequenz umläuft, ruß der Läufer
des Frequenzwandlers 2 infolge der direkten mechanischen Kupplung mit dem Läufer
der Synchronmaschine i gegenüber dieser die doppelte Polpaarzahl aufweisen:. Dann
steht im Frequenzwandler 2 die von der Dämpferwicklung DW her übertragene Drehfeldkomponente
im Raum still, so daß die, auf dem Kommutator des Frequenzwandlers aufliegenden
Bürsten und die Kompensationswicklung KW den Schleifringen S2 drei Gleichströme
zuführen, welche den Augenblickswerten von, drei Drehströtmen entsprechen. Da die
Dämpferwicklung DW der Synchronmaschine i für die inverse Drehfeldkomponente des
Ständerstrombelages wie ein. Stromtransformator wirkt, ist die in den Läufer dies
Frequenzwandlers 2 übertragene Drehfeldkomponente der Belastung der Synchronmaschine
i proportional, so daß die Ankerrückwirkung der mitumlaufenden Drehfeldkomponente
des Ständerstrombelages der Synchronmaschine i durch die magnetisch mehrachsige
Erregung entsprechend der Wirkungsweise der dreiphasigen Synchronmaschine der Fig.
i kompensiert wird. Das Einjustieren der Kompensation erfolgt wie bei der bekannten.
dreiphasigen Synchronmaschine der Fig. i durch Verdrehen des Ständers des Frequenzwandlers
2 mit seinem Bürstenapparat oder durch entsprechende Kupplung der Läufer beider
Maschinen. Gegenüber der obenerwähnten bekannten einphasigen Ausbildung der Maschine
der Fig. i ergibt sich. der Vorteil, daß die in. dieser Figur gezeigten Schleifringe
S1 und der Transformator T entfallen.
-
Bei dem gemäß der Erfindung verwendeten Frequenzwandler werden kenne
Vorkehrungen zur Aufhebung einer transformatorischen, Lamellenspannung benötigt.
Falls die durch die Rotation induzierte Spannung zwischen zwei benachbarten kommutierenden
Lamellen zu groß wird, kann die maximale Luftspaltinduktion entsprechend. herabgesetzt
werden, z. B. können Pollücken vorgesehen werden. Bei größeren Erregerleistungen.
wird es zweckmäßig sein, den Frequenzwandler als Hilfsmaschine nur zur Erregung
einer Haupterregermaschin.e heranzuziehen. Ein, Ausführungsbeispiel hierfür ist
in der Fig.3 dargestellt. Als Haupterregermaschine für die Synchronmaschine i dient
hierbei die magnetisch mehrachsige Gleichstrommaschine 5, welche ihrerseits vom
Frequenzwandler 2 mittels der auf den Hauptpolen der Maschine 5 angeordneten Erregerwicklung
HW mehrachsig erregt wird. Die Gleichstrommaschine 5 verstärkt also die vom Frequenzwandler
abgegebenen. Gleichströme, deren Größe den Augenblickswerten. dreier Drehströme
entsprechen. Zur Erzeugung der für die Leerlaufspannung der Synchronmaschine: i
erforderlichen Erregerkomponente dient die in diesem Fall auf den Hauptpolen der
Maschine 5 angebrachte fremdgespeiste Erregerwicklung FW, welche von der Glenchspannungsquelle
3 über den regelbaren Widerstand 4 gespeist wird. Wird das wirksame Maschinenfeld
der Synchronmaschine i von deren eigenem Netz aus erregt, so kommen die fremderregte
Wicklung FW sowie die Gleichspannungsquelle 3 wieder in. Fortfall.
-
Da die Gleichstrommaschine 5 magnetisch mehrachsig ist, . ist sie
mit drei Polen statt mit zwei Polen oder allgemeiner mit 3 p Polen statt mit 2 p
Polen versehen. Ihre Verwendung stellt, da sie keine Kompensationswicklung zu. besitzen
braucht, keinen. größeren. Aufwand: dar als die Verwendung einer gewöhnlichen Gleichstrommaschine.
-
Der Aufwand für die kompensierte Synchronmaschine ist demnach nicht
größer als für eine. gewöhnliche Synchronmaschine, da auch, bei dieser zumeist eine
Erregermaschine und eine Hilfserregermaschine Verwendung finden.
-
Eine Kompensation der Synchronmaschine, wie es die Erfindung vorsieht,
ist nur über einen Frequenzwandler möglich. Dieser kann durch kein nicht rotierendes
Regelorgan, wie etwa Gleichrichteranordnungen, ersetzt werden. Durch derartige Anordnungen.
sind zwar Kompoundierungsschaltungen möglich, doch behält hierbei die Synchronmaschine
die nachteiligen. Eigenschaften., welche durch. den vollen Polradwinkel gegeben
sind.. Hingegen ist bei der gemäß der Erfindung kompensierten Synchronmaschine der
Polradwinkel wesentlich, kleiner, und zwar wird derselbe lediglich durch die Streuspannung
im Ständer der Maschine bestimmt. Hierdurch wird das. Kippmoment wesentlich, erhöht
und, die Peng denpfindl:ichkent vermindert.