DE1241529B

DE1241529B - Self-excited synchronous generator

Info

Publication number: DE1241529B
Application number: DE1963H0048427
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Karl-Henry Mattsson
Original assignee: HANSA MOTORENFABRIK GUSTAV ALT
Current assignee: HANSA MOTORENFABRIK GUSTAV ALT
Priority date: 1963-03-04
Filing date: 1963-03-04
Publication date: 1967-06-01

Description

Selbsterregter Synchrongenerator Für Synchrongeneratoren sind verschiedene Mögr lichkeiten, ihre Klemmenspannung zu regeln, bekanntgeworden. So ist es z. B. bekannt, das Polrad aus einer Erregermaschine zu speisen, deren Feld durch besondere Regler in Abhängigkeit von der abgegebenen Klemmenspannung des Generators ver:-ändert wird. Weiterhin ist es bekannt, mit Transduktoren oder Transistoren bestückte Regler für die Regelung der Klemmenspannung einzusetzen. Diese Regler ermöglichen zwar eine ausreichende Genauigkeit der Spannungshaltung, die auch bei Temperaturschwankungen innerhalb der üblichen Grenzen eingehalten wird, haben aber den Nachteil, daß die Spannungshöhe beim Hersteller fest eingestellt und nur geringfügig durch handbetätigte Geräte verändert werden kann und daß der Aufwand für diese Geräte groß ist.Self-excited synchronous generator There are different types of synchronous generators Possibilities to regulate your terminal voltage have become known. So it is z. B. known to feed the pole wheel from an excitation machine, whose field by special Regulator changed as a function of the output terminal voltage of the generator will. It is also known to have controllers equipped with transducers or transistors to be used for regulating the terminal voltage. These controllers allow Sufficient accuracy of voltage maintenance, even with temperature fluctuations is adhered to within the usual limits, but have the disadvantage that the The voltage level is fixed by the manufacturer and only slightly by hand-operated Devices can be changed and that the effort for these devices is great.

Weiterhin ist aus der deutschen Patentschrift 678 248 ein selbsterregter Wechselstromgenerator bekanntgeworden, bei dem der Erregerstrom über eine mit der Statorwicklung verbundene Drosselspule entnommen, in einem Gleichrichter gleichgerichtet und dem Polrad zugeführt wird. Dabei wird nach einem Ausführungsbeispiel die Drosselspule nicht direkt mit der Statorwicklung verbunden, sondern mit einer gegenüber der Statorwicklung um 90' verschobenen Erregerwicklung. Erregerwicklung und Statorwicklung sind dabei nicht galvanisch miteinander verbunden.Furthermore, a self-excited alternating current generator has become known from German patent specification 678 248, in which the excitation current is taken via a choke coil connected to the stator winding, rectified in a rectifier and fed to the pole wheel. According to one exemplary embodiment, the choke coil is not connected directly to the stator winding, but rather to an excitation winding which is shifted by 90 'with respect to the stator winding. The excitation winding and the stator winding are not galvanically connected to one another.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für einen selbsterregten Synchrongenerator mit einer Statorwickluno, und einer im Stator angeordneten Erregerwicklung und mit einem Polrad, das über Gleichrichter mit der Erregerwicklung verbunden ist, eine einfache Steuerung zu schaffen, die bei ausreichender Genauigkeit, mit der die Klemmenspannung gesteuert wird, mit wenigen zusätzlichen Hilfsmitteln arbeitet und somit sehr einfach ini Aufbau ist. hn Vergleich zu dem bekannten Wechselstromgenerator nach der deutschen Patentschrift 678 248 soll die Steuerung verbessert werden.The invention is based on the object of creating a simple control for a self-excited synchronous generator with a stator winding and an excitation winding arranged in the stator and with a pole wheel that is connected to the excitation winding via a rectifier, which with sufficient accuracy with which the terminal voltage is controlled, works with a few additional tools and is therefore very easy to set up. The control is to be improved in comparison to the known alternating current generator according to German patent specification 678 248.

Gemäß der Erfindung wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, daß Erregerwicklung und Statorwicklung galvanisch miteinander verbunden und in denselben Nuten angeordnet sind und daß zur Bildung einer belastungsstromabhängigen Erregerstromkomponente mit den den Generatorklemmen entgegengesetzten Enden der Statorwicklung je ein Widerstand verbunden ist. Bei dieser Ausbildung des Synchrongenerators ergeben sich folgende Vorteile: Im Leerlauf fließt in den Widerständen nur die entsprechende Komponente des Stromes in der Erregerwicklung und ruft an den Widerständen einen bestimmten Spannungsabfaff hervor. Bei Belastung des Generators wird der Spannungsabfall in den Widerständen verkleinert, Bei entsprechender Dimensionierung der Widerstände und der Spannung an der Erregerwicklung kann der Spannungsabfall in den Widerständen bei einer bestimmten Belastung praktisch auf Null gebracht werden. Dadurch ergibt sich eine automatische Spannungserhöhung an der Erregerwicklung, die ausreicht, um über die Gleichrichter und das Polrad die Erregung so weit zu verstärken, daß die an den Klemmen vorhandene Spannung konstant bleibt. Durch die Anordnung von Erregerwicklung und Statorwicklung in denselben Nuten wird eine ausgezeichnete Symmetrie der Maschine erreicht, die galvanische Verbindung macht es möglich, den elektrischen Winkelm zwischen den Zeigern der Erregerspannung und der Generatorklemmenspannung wählbar zu machen. Zu letzterem ist darauf hinzuweisen, daß die Drehung des Zeigers des lastabhängigen Erregerstromanteiles gegenüber jenem des lastunabhängigen Erregerstromanteiles um etwa 901 aus den deutschen Patentschriften 1000 503 und 1038 175 bekannt ist.According to the invention, the object is achieved in that the excitation winding and stator winding are galvanically connected to each other and arranged in the same slots and that a resistor is connected to each of the ends of the stator winding opposite the generator terminals to form a load current-dependent excitation current component. This design of the synchronous generator has the following advantages: When idling, only the corresponding component of the current in the exciter winding flows in the resistors and causes a certain voltage drop across the resistors. When the generator is loaded, the voltage drop in the resistors is reduced. With appropriate dimensioning of the resistors and the voltage on the excitation winding, the voltage drop in the resistors can be brought to practically zero at a certain load. This results in an automatic voltage increase on the excitation winding, which is sufficient to amplify the excitation via the rectifier and the pole wheel to such an extent that the voltage present at the terminals remains constant. By arranging the excitation winding and stator winding in the same slots, an excellent symmetry of the machine is achieved, the galvanic connection makes it possible to make the electrical angle between the pointers of the excitation voltage and the generator terminal voltage selectable. Regarding the latter, it should be pointed out that the rotation of the pointer of the load-dependent excitation current component compared to that of the load-independent excitation current component by about 901 is known from German patents 1000 503 and 1038 175 .

Bei dem Generator nach der Erfindung ist es ohne weiteres möglich, zwischen Gleichrichter und Polrad ein handbetätiggtes Polglied zu schalten. Mit Hilfe dieses SteRgliedes kann der Nennwert für die Generatorklemmenspannung verändert werden. Dies ist z. B. dann notwendig, wenn bei einem weiter entfernt liegenden Verbraucher mit einem bestimmten Spannungsabfall in den Zuleitungen gerechnet werden muß, so daß die beim Verbraucher ankommende Spannung unter dem gewünschten Nennwert liegt. Mit Hilfe des Stellgliedes ist es außerdem möglich, die durch Änderung der Eigenwiderstände des Generators bei extrem weit auseinanderliegenden Betriebstemperaturen auftretenden Spannungsänderungen auszugleichen. Das erfindungsgemäß vorgesehene Stellglied gibt also die Möglichkeit, die Steuerung an die jeweils herrschenden Betriebsbedingungen anzupassen.In the generator according to the invention, it is easily possible to connect a manually operated pole member between the rectifier and the pole wheel. With With the help of this control element, the nominal value for the generator terminal voltage can be changed will. This is e.g. B. necessary when at a further away Consumers with a certain voltage drop in the supply lines can be expected must, so that the voltage arriving at the consumer is below the desired nominal value lies. With the help of the actuator it is also possible to change the Resistances of the generator at extremely wide operating temperatures occurring Compensate for voltage changes. The actuator provided according to the invention gives in other words, the possibility of adapting the control to the prevailing operating conditions adapt.

Die Erfindung ist sowohl bei Drehstrom- als auch bei Einphasengeneratoren verwendbar.The invention applies to both three-phase and single-phase generators usable.

Einzelheiten der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen hervor, die in den beigefügten Zeichnungen schematisch dargestellt sind. Es zeigt F i g. la einen Drehstromgenerator, die Statorwicklung des Generators und die Erregerwicklung sind um 90' el gegeneinander versetzt, wie aus dem in F i g. 1 b angegebenen Zeigerdiagramm hervorgeht, Fig. 2a einen Drehstromgenerator mit Anzapfungen an den Statorwicklungen, mit Hilfe dieser Statorwicklungen ist der elektrische Winkel zwischen Statorwicklung und Erregerwicklung auf größere oder kleinere Werte als 90' el einstellbar, wie aus dem zugehörigen Zeigerdiagramm in F i g. 2 b hervorgeht, F i g. 3 einen Drehstromgenerator, dem wahlweise zwei verschiedene Klemmenspannungen entnommen werden können, F i g. 4 einen Einphasengenerator.Details of the invention emerge from the following description of exemplary embodiments, which are shown schematically in the accompanying drawings. It shows F i g. la a three-phase generator, the stator winding of the generator and the excitation winding are offset from one another by 90 ' el, as shown in FIG. 1b indicated phasor diagram emerges, Fig. 2a a three-phase generator with taps on the stator windings, with the help of these stator windings, the electrical angle between the stator winding and excitation winding can be set to greater or lesser values than 90 ' el, as can be seen from the associated phasor diagram in Fig. 2 b , F i g. 3 a three-phase generator from which two different terminal voltages can optionally be taken, FIG. 4 a single phase generator.

Das Prinzip der Steuerung wird an Hand der F i g. 1 a beschrieben. In den Nuten des Statorpaketes eines Drehstrom-Synchrongenerators sind die Statorwicklungen 11 für die drei Phasen des Drehstromes untergebracht. Die Wicklungsenden sind in üblicher Weise mit UYW und XYZ bezeichnet. In den gleichen Nuten ist eine dreisphasige Erregerwicklung 12 untergebracht. Diese Erregerwicklung ist so gewickelt oder geschaltet, daß ihre Wicklungsachsen um einen bestimmten Winkel, vorzugsweise um 901 el, gegenüber den Wicklungsachsen der zugehörigen Statorwicklung verschoben sind. Damit sind auch die Zeiger der Spannungen der Statorwicklung 11 und Erregerwicklung 12 verschoben. Die Lage der Zeiger ist in F i g. 1 b mit einem Winkel von 901 dargestellt. Mit Uli ist dabei die Spannung der Statorwicklung in dem Strang V bezeichnet, mit Ul. die Spannung in der Erregerwicklung 12, die mit dem Ende Y der Statorwicklung des Stranges V verbunden ist.The principle of the control is illustrated in FIG. 1 a. The stator windings 11 for the three phases of the three-phase current are accommodated in the slots of the stator core of a three-phase synchronous generator. The winding ends are designated in the usual way with UYW and XYZ. A three-phase excitation winding 12 is housed in the same slots. This excitation winding is wound or connected in such a way that its winding axes are shifted by a certain angle, preferably by 901 el, with respect to the winding axes of the associated stator winding. The pointers of the voltages of the stator winding 11 and exciter winding 12 are thus also shifted. The position of the pointers is shown in FIG. 1 b shown at an angle of 901 . With Uli , the voltage of the stator winding in strand V is referred to, with Ul. the voltage in the excitation winding 12, which is connected to the end Y of the stator winding of the strand V.

Die Enden XYZ der Statorwicklung 11 sind zusammen mit den Anfängen der Erregerwicklung 12 an je einen Widerstand 13 angeschlossen, die ihrerseits in Sternschaltung verbunden sind.The ends XYZ of the stator winding 11 are connected together with the beginnings of the excitation winding 12 to one resistor 13 each , which in turn are connected in a star connection.

Durch die remanente Spannung aus der Erregerwicklung 12 erregt sich der Generator über die Drehstrom-Brückenschaltung der Gleichrichter 14, das nachgeschaltete Stellglied 15 und das Polrad 16 mit den Klemmen I, K in dem Drehstromgenerator.Due to the remanent voltage from the excitation winding 12, the generator is excited via the three-phase bridge circuit of the rectifier 14, the downstream actuator 15 and the pole wheel 16 with the terminals I, K in the three-phase generator.

Bei Leerlauf des Generators fließt in den Widerständen 13 nur die entsprechende Komponente des Stromes in der Erregerwicklung 12 und ruft an den Widerständen 13 einen bestimmten Spannungsabfall hervor. Bei Belastung des Generators an den Klemmen UVW wird durch vektorielle Subtraktion der Stromkomponenten des durch die Statorwicklung fließenden Stromes der Spannungsabfall in den Widerständen 13 verkleinert. Bei entsprechender Wahl der Größe der Widerstände 13 und der Spannung der Wicklung 12 kann der Spannungsabfall in den Widerständen durch die vektorielle Subtraktion der Stromkomponenten bei einer bestimmten Belastung praktisch auf Null gebracht werden. Dadurch ergibt sich eine automatische Spannungserhöhung an der Erregerwicklung 12, die ausreicht, um über die Gleichrichter 14 und das Polrad 16 die Erregung so weit zu verstärken, daß die an den Klemmen UVW vorhandene Spannung, d. h. der Nennwert der Generatorklemmenspannung, konstant bleibt. Dabei ist der Spannungsverlust im Stellglied 15, der bei Belastung infolge des erhöhten Erregerstromes ebenfalls größer geworden ist, in die Auslegung der Größe der Widerstände 13 und der Spannung der Erregerwicklung 12 einbezogen. Durch Veränderung des Stellgliedes 15 kann der Erregerstrom und damit die abgegebene Spannung an den Klemmen UVW gesteuert werden.When the generator is idling, only the corresponding component of the current in the field winding 12 flows in the resistors 13 and causes a certain voltage drop across the resistors 13. When the generator is loaded at the terminals UVW, the voltage drop in the resistors 13 is reduced by vectorial subtraction of the current components of the current flowing through the stator winding. With an appropriate choice of the size of the resistors 13 and the voltage of the winding 12, the voltage drop in the resistors can be brought to practically zero by the vectorial subtraction of the current components at a certain load. This results in an automatic voltage increase at the excitation winding 12, which is sufficient to amplify the excitation via the rectifier 14 and the pole wheel 16 to such an extent that the voltage present at the terminals UVW, i. H. the nominal value of the generator terminal voltage, remains constant. The voltage loss in the actuator 15, which has also increased under load as a result of the increased excitation current, is included in the design of the size of the resistors 13 and the voltage of the excitation winding 12. By changing the actuator 15 , the excitation current and thus the voltage output at the terminals UVW can be controlled.

Statt der Reihenschaltung von Stellglied 15 und Polrad 16 kann das Stellglied auch parallel zu dem Polrad angeordnet sein. Diese Möglichkeit ist durch die gestrichelte Darstellung des Stellgliedes 15' in der Fig. la angedeutet.Instead of the series connection of actuator 15 and pole wheel 16 , the actuator can also be arranged parallel to the pole wheel. This possibility is indicated by the broken line representation of the actuator 15 ' in FIG.

F i g. 2 a zeigt eine weitere Möglichkeit, die Feldverstärkung bei Belastung des Generators zu beeinflussen. Diese Möglichkeit besteht darin, daß die Statorwicklung 21 an ihren Enden XYZ Anzapfungen besitzt, an die die Erregerwicklung 22 angeschlossen werden kann. Durch die Wahl der verschiedenen Anzapfungen können verschiedene Winkel zwischen den Zeigern der Spannung von Statorwicklung und Erregerwicklung gewählt werden. Die im Ausführungsbeispiel gewählte Einstellung ist im Zeigerdiagramm in F i g. 2 b dargestellt, in dem U21 die Spannung in dem Strang V der Statorwicklung, die Spannung U2, die Spannung in der zugehörigen Erregerwicklung darstellen. Der Winkel zwischen den Zeigern der Spannungen in der Statorwicklung und in der Erregerwicklung ist größer als 90, el.F i g. 2 a shows another possibility of influencing the field amplification when the generator is loaded. This possibility consists in the fact that the stator winding 21 has taps at its ends XYZ, to which the excitation winding 22 can be connected. By choosing the different taps, different angles can be selected between the pointers of the voltage of the stator winding and the excitation winding. The setting selected in the exemplary embodiment is shown in the phasor diagram in FIG . 2 b , in which U21 represents the voltage in phase V of the stator winding, the voltage U2 represents the voltage in the associated excitation winding. The angle between the pointers of the voltages in the stator winding and in the excitation winding is greater than 90, el.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung für einen Generator, dem wahlweise zwei Spannungen entnommen werden können, zeigt F i g. 3: In die gleichen Nuten, die die Statorwicklung 31a aufnehmen, ist eine Zusatzstatorwicklung 31 b und außerdem die Erregerwicklung 32 eingebracht. Die algebraische oder vektorielle Addition der Teilspannungen ergibt den gewünschten Nennwert der Spannung. Dabei können die Teilspannungen an den Wicklungen 31 a und 31 b in einem beliebig wählbaren Verhältnis Anteil an der Gesamtspannung haben. Die Wahl der geteilten Wicklungsstränge im Stator des Generators hat auch eine andere Wahl der Widerstände, mit denen die Statorwicklung verbunden ist, zur Folge. Vorzugsweise werden auch die Widerstände geteilt in einen Widerstand 33 a, der mit der Wicklung 31 a zusammen eingeschaltet ist, und einen Widerstand 33 b, der zusammen mit Widerstand 33 a eingeschaltet ist, wenn beide Statorwicklungen eingeschaltet sind.An exemplary embodiment of the invention for a generator from which two voltages can optionally be taken is shown in FIG. 3: In the same slots that receive the stator winding 31a, a Zusatzstatorwicklung 31b and also introduced the excitation winding 32nd The algebraic or vectorial addition of the partial voltages results in the desired nominal value of the voltage. The partial voltages on the windings 31 a and 31 b can contribute to the total voltage in any ratio that can be selected. The choice of the split winding phases in the stator of the generator also results in a different choice of the resistors to which the stator winding is connected. Preferably, the resistors are also divided into a resistor 33 a, which is switched on together with the winding 31 a , and a resistor 33 b, which is switched on together with resistor 33 a when both stator windings are switched on.

Auf einfache Weise ist die Umschaltung von der einen Spannung auf die andere möglich, wenn ein Verriegelungsschalter 37, der gleichzeitig die Statorwicklungen und die Widerstände umschaltet, vorgesehen ist. Bei der dargestellten Stellung des Schalters37 sind beide Wicklungen31a und 31b und beide Widerstände33a und 33b eingeschaltet, zwischen beiden liegt die Erregerwicklung 32. Wird der Schalter 37 in die linke Stellung gebracht, ist nur noch die Wicklung31a mit dem Widerstand33a eingeschaltet. Auch in diesem Fall liegt zwischen Widerstand und Wicklung die Erregerwicklung32. Die Arbeitsweise bei jeder der beiden Schaltstellungen ist die, wie sie an Hand der F i g. 1 a beschrieben wurde.Switching from one voltage to the other is possible in a simple manner if a locking switch 37, which switches the stator windings and the resistors at the same time, is provided. In the illustrated position of the switch 37, both windings 31a and 31b and both resistors 33a and 33b are switched on, the excitation winding 32 is located between the two. If the switch 37 is moved to the left position, only the winding 31a with the resistor 33a is switched on. In this case too, the field winding32 is located between the resistor and the winding. The mode of operation in each of the two switch positions is as shown in FIG. 1 a.

Die Erfindung ist auch bei einem Einphasengenerator verwendbar, wie es in F i g. 4 dargestellt ist. Bei dieser Anordnung ist analog zu den Drehstromgeneratoren die Statorwicklung 41 in Reihe mit dem Widerstand 43 geschaltet, im Sternpunkt ist die Erregerwicklung 42 angeschlossen. Das andere Ende der Erregerwicklung 42 ist mit einer Gleichrichterbrücke 44 verbunden, an deren Gleichstromausgang der Generator unter Zwischenschaltung eines Stellgliedes angeschlossen ist. Der andere Wechselstromausgang der Gleichrichterbrücke führt über das zweite Ende des Widerstandes 43 auf den Nfittelpunktsleiter.The invention can also be used with a single-phase generator, as shown in FIG. 4 is shown. In this arrangement, analogous to the three-phase generators, the stator winding 41 is connected in series with the resistor 43, and the excitation winding 42 is connected at the star point. The other end of the field winding 42 is connected to a rectifier bridge 44, to whose direct current output the generator is connected with the interposition of an actuator. The other AC output of the rectifier bridge leads via the second end of the resistor 43 to the center point conductor.

Claims

Claims: 1. Self-excited synchronous generator with a stator winding and an excitation winding arranged in the stator and with a pole wheel which is connected to the excitation winding via a rectifier, characterized in that the excitation winding (12) and stator winding (11) are galvanically connected to one another and arranged in the same slots and that a resistor (23) is connected to each of the ends (XYZ) of the stator winding opposite the generator terminals (UVW) to form a load current-dependent excitation current component.

2. Synchronous generator according to claim 1, characterized in that the electrical angle between the pointers of the excitation voltage and the generator terminal voltage can be selected. 3. Synchronous generator according to spoke 2, characterized in that the electrical angle between the voltage pointer is 901 el. 4. Synchronous generator according to claim 2, characterized in that the electrical angle between the voltage indicator can be set to values greater than 901 el. 5. Synchronous generator according to one of claims 2 to 4, characterized in that taps for the alternating current winding (22) are provided on the stator winding (21). 6. Synchronous generator according to claim 1 or one of the following for generators with two optionally removable terminal voltages, characterized in that the stator winding (31) is divided into two windings connected in series (31 a, 31 b) of which one (31 a) is at low voltage , at higher voltage both (31 a, 31 b) are connected to the output terminals, and that an adapted resistor (33) is switched on for each winding part. 7. Synchronous generator according to claim 6, characterized in that the resistor (33) consists of two resistors (33 a, 33 b) which are connected in series when both stator windings (31a, 31 b) are switched on and of which when a stator winding is switched on (31 a) a resistor (33 a) is switched on. 8. Synchronous generator according to one of claims 1 to 7, characterized by a three-phase generator as a self-excited synchronous generator. 9. Synchronous generator according to one of claims 1 to 7, characterized by a single-phase alternating current generator as a self-excited synchronous generator. Documents considered: German Patent No. 678 248; German explanatory documents No. 1000 503, 1038175.