HAUPTPATENT Gosudarstvenny Nauchno-Issledovatelsky Energetichesky Institut imeni G. M.
Krzhizhanovskogo, Moskau, und Nauchno-Issledovatelsky
Proektno-Konstruktorsky i Tekhnologichesky Institut Tyazhelogo Elektromashinostroenia Kharkovskogo zavoda Elektrotyazhmash imeni
V. 1. Lenina, Kharkov 55 (UdSSR)
Synchronmaschine mit einer mitrotierenden Steuereinrichtung mit
Gleichrichtern
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Synchronmaschine mit einer mitrotierenden Steuereinrichtung mit Gleichrichtern.
Es ist eine Steuereinrichtung für den rotierenden Gleichrichter einer Synchronmaschine bekannt, die als eine elektrische Maschine mit Ankerwicklung ausgeführt ist, welche an den Steuerkreis des rotierenden Gleichrichters des Erregers angeschlossen und an den Zähnen des Läufers angeordnet ist, dessen Kern Druckflansche zur Verhinderung des Abblätterns des Kernes aufweist (siehe z. B. A. M. Rubenraud Kontaktfreie Erregungsschaltung einer elektrischen Maschine mit steuerbaren Siliziumzellen , Zeitschrift Elektritschestwo , Nr. 5, 1965, UdSSR).
Die angegebene Einrichtung hat folgende Beschränkungen: Zur Formierung von Impulsen sind zusätzliche Einrichtungen notwendig, deren Zahl gleich der Zahl der gesteuerten am Läufer angeordneten Ventile und deren summarischer Raumbedarf mit dem Raumbedarf der eigentlichen Einrichtung vergleichbar ist bzw. diesen sogar übersteigt;
Die Nutungsoberwellen können nach dem Ständer der Einrichtung Schwingungen des Winkels des Steuerimpulses und durch diese Selbstschwingungen im System Synchronmaschine-Regler-Steuereinrichtung-Gleichrichter hervorrufen.
Infolge der oben angegebenen Gründe ist die Anwendung einer derartigen Einrichtung für leistungsstarke Maschinen mif mehr als drei Phasen und Ventilen des rotierenden Gleichrichters mit bestimmten Schwierigkeiten verbunden.
Die vorliegende Erfindung bezweckt die Beseitigung der angegebenen Nachteile.
Der Erfindung ist die Aufgabe zugrundegelegt, eine Synchronmaschine mit einer mitrotierenden Steuereinrichtung mit Gleichrichtern zu schaffen, in der die Notwendigkeit der Anwendung von Formierungseinheiten von Steuerimpulsen wegfällt, was den Raumbedarf der Synchronmaschine verringert, wobei die Steuereinrichtung ausserdem eine erhöhte Genauigkeit der Steuerung aufweist.
Dieses wird dadurch erreicht, dass bei einer Synchronmaschine mit einer mitrotierenden Steuereinrichtung mit Gleichrichtern, wobei die Maschine Ankerwicklungen hat, welche in den Steuerkreis der rotierenden Gleichrichter des Erregers geschaltet sind und an Zähnen des Läufers angeordnet ist, dessen Kern Druckflansche aufweist, erfindungsgemäss die Zähnezahl des Läufers gleich oder ein Vielfaches der Phasenzahl des Erregers ist, jeder Zahn eine solche Form besitzt, dass sein dem Ständer zugewandter Kopf die grösste Oberfläche in tangentialer Richtung aufweist, und der Zahnfluss mit reduziertem Querschnitt ausgeführt ist.
Das ermöglicht die Erzeugung von EMK-lmpulsen erforderlicher Form ohne Anwendung von zwischengeschalteten Formierungseinheiten.
Zur Unterdrückung von Nutungsoberwellen in der Einrichtung und Vermeidung des von ihnen verursachten Fehlers des Regelwinkels ist es zweckmässig, den Läufer mit einer Abschirmung aus einem elektrisch leitenden, unmagnetischen Stoff zu umschliessen.
Zur Erhöhung der Betriebssicherheit der Einrichtung können die in tangentialer Richtung zunehmenden Teile von Läuferzähnen an Druckflanschen des Läuferkernes befestigt werden.
Beispielsweise beträgt die Frontsteilheit des Steuerimpulses für einen Turbogenerator mit einer Leistung von 200 MW und einer Drehzahl von 3000 Ulmin mit einem Erreger, der 10 Pole, 12 Phasen und 192 Thyristoren aufweist, 32 V/Grd und die Steuerleistung 0,1 OIo von der Leistung des Erregers.
In der bekannten Einrichtung für einen dreiphasigen Erreger mit rotierendem Gleichrichter mit drei Thyristoren beträgt die Frontsteilheit des Steuerimpulses laut veröffentlichten Angaben 14 V/Grd und die Steuerleistung 1,6 /O von der Leistung des Erregers.
Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird im folgenden ein Ausführungsbeispiel anhand der beigelegten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 - Querschnitt der Steuereinrichtung des rotierenden Gleichrichters eines Synchrongenerators, Frontansicht;
Fig. 2 - Längsschnitt durch dieselbe Einrichtung;
Fig. 3 - elektrisches Prinzipschaltbild der auf Fig. 1 und 2 dargestellten Einrichtung.
Innerhalb des Kernes des Ständers 1 (Fig. 1) mit Erregungswicklungen 2 und 3 ist der Kern des Läufers 4 an geordnet. Die Zahnzahl des Läufers 4 ist gleich oder beträgt ein Vielfaches zur Phasenzahl des Erregers, der den rotierenden Gleichrichter bespeist, zu dessen Steuerung die beschriebene Einrichtung bestimmt ist. Jeder Zahn des Läufers 4 hat eine solche Form, dass sein dem Ständer zugewandter Kopf 5 die grössere Oberfläche in tangentialer Richtung aufweist und der Fuss 6 den reduzierten minimalen Querschnitt, der vom technologischen und mechanischen Standpunkt aus noch zulässig ist, hat. An den Zähnen des Läufers 4 sind die Ankerwicklungen 7 angebracht. Ihre Anzahl je Zahn entspricht der Zahl von steuerbaren Ventilen des rotierenden Gleichrichters.
Der Kern des Läufers 4 ist von einer Abschirmung aus einem elektrisch leitenden, unmagnetischen Stoff umschlossen.
Zur Vorbeugung des Abblätterns des Kernes des Läufers 4 ist dieser mit Druckflanschen 9 ausgestattet.
Die Druckflansche 9 haben den Köpfen 5 von Zähnen des Kernes des Läufers 4 zugeordnete Abschnitte, die an den Köpfen 5 durch Stiftschrauben 10 und Muttern 11 befestigt sind. Die Stiftschrauben 10 sind elektrisch gegen den Kern des Läufers 4 und Flansche 9 isoliert oder aus einem Isolationswerkstoff hergestellt.
Die Zähne können an die Flansche 9 auf jede andere Weise befestigt werden, dabei muss man zur Verbesserung der Kenndaten der Einrichtung die Bildung von geschlossenen Stromkreisen um die Läuferzähne herum vermeiden.
Der Kern des Läufers 4 mit Wicklungen 7 ist mit Dekkeln 12 und 13 (Fig. 2) verdeckt, die zur Erhöhung der Betriebssicherheit aus einem Isolierwerkstoff gefertigt werden können.
Im Deckel 12 sind die Anschlüsse 14 der Wicklung 7 einmontiert. Der ganze Läufer ist an der Welle des Erregers oder, wie es auf Fig. 2 dargestellt ist, auf einer Zwischenbuchse 15 montiert und durch Schrauben 16 und Muttern 17 zusammengezogen.
- Auf Fig. 3 ist eine Variante der elektrischen Schaltung der Steuereinrichtung für einen fünfphasigen, vierpoligen Erreger mit einer Gleichrichterbrücke mit zehn steuerbaren Ventilen (auf Fig. 3 ist ein Ventil gezeigt) dargestellt. Der Läufer der Einrichtung hat entsprechend 5 Zähne und jeder Zahn je zwei Wicklungen 7, so dass die Zahl der Ventile je Phase zwei beträgt.
Jede der zwei Wicklungen 2 und 3 des Ständers der Einrichtung weist dabei je vier Pole auf.
Die Wicklungen 2 und 3 des Ständers sind gegeneinander um 90 elektrische Grade verschoben.
Zum besseren Schutz gegen Störeinflüsse ist es zweckmässig, in den Stromkreis jeder Wicklung 7 einen Spannungsstabilisator 18 und eine Diode 19 vor die Steuerelektrode des Ventils 20 zu schalten.
Ist die Phasenzahl des Erregers um den Faktor zwei oder mehr grösser als die Polzahl, so ist es vorteilhaft, den Läuferkern als mehrere Unterkerne mit geringerer Zahnzahl in jedem auszubilden und diese längs der Drehachse anzuordnen.
Die Wicklungen 2 und 3 können vorteilhaft mit sinusförmiger Verteilung der Windungen ausgeführt werden.
Bei von vorgegebenen Gleichströmen durchflossenen Wicklungen 2 und 3 wird eine sinusfömig längs des Luftspaltes verteilte Regeldurchflutung erzeugt. Ihre Winkellage ist vom Verhältnis der Ströme in den Wicklungen 2 und 3 abhängig.
Bei Drehung des Läufers wird in seinen Wicklungen 7 eine EMK der entsprechenden Phase induziert. Da der Zahn des Läufers 4 in der Tangentialrichtung grössere Oberfläche des Kopfes 5 und den relativ dünnen Fuss 6 aufweist, wird der letztere schnell gesättigt, und der mit der Wicklung 7 verkettete, von der sinusförmigen Durchflutung des Ständers erzeugte Magnetfluss weist eine abgeflachte Kurvenform auf. Infolgedessen induziert dieser Magnetfluss in der Wicklung 7 eine spitzenförmige EMK. Die für die Steuerung des Ventils 20 unbenötigte Halbwelle der EMK wird von der Diode 19, die Störeinflüsse und der flache Teil der Arbeitshalbwelle der EMK von dem Spannungsstabilisator 18 abgeschnitten.
Bei der Änderung des Stromverhältnisses in den Wicklungen 2 und 3 ändert sich die räumliche Winkellage der resultierenden Durchflutung und somit die Phase des Steuerimpulses der EMK gegenüber der EMK des Erregers, d. h.
ändert sich der Öffnungswinkel des gesteuerten Ventils 20.
Die Abschirmung 8 wird so gewählt, dass die Nutungsoberwelle des Feldes des Ständers von den Wirbelströmen dieser Abschirmung gelöscht wird und in die Wicklung 7 nicht durchdringen, und der Hauptmagnetfluss der Grundewelle nur unbedeutend geschwächt wird. Dadurch wird die Möglichkeit der Entstehung von Selbstschwingungen im geschlossenen System Synchronmaschine-Regler-Steuer- einrichtung-Gleichrichter vermieden.
Bei der Drehung des Läufers 4 werden die Köpfe 5 von Zähnen von unbedeutenden Fliehkräften beansprucht. Ein Teil dieser Beanspruchung wird über die Befestigungsteile (Stiftschrauben 10 und Muttern 11) auf die Flansche 9 übertragen, wodurch die Zähne des Läufers mechanisch entlastet werden. Das ermöglicht praktisch die Ausführung der beschriebenen Steuereinrichtung des rotierenden Gleichrichters für Synchronmaschinen mit beliebigen Leistungen, Abmessungen und Drehzahl.