DE2539169A1

DE2539169A1 - Exciter for brushless synchronous generator - has two mutually displaced stator pole excitation systems giving constant power factor

Info

Publication number: DE2539169A1
Application number: DE19752539169
Authority: DE
Inventors: Herbert Dipl Ing Auinger
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1975-09-03
Filing date: 1975-09-03
Publication date: 1977-03-24
Also published as: JPS5232514A

Abstract

The exciter, for a brushless synchronous generator with constant power factor, has an excitation winding in the stator carrying generator current via a regulator, and a a.c. winding in the rotor connected to the pole windings via a rotary rectifier. For a generator with a practically constant power factor two mutually displaced stator pole systems are provided whose excitation windings are spaced such that their magnetomotive forces induce the required total excitation current at the rotor. An even number of salient excitation poles are positioned at equal distances around the stator bore, and have alternate polarity.

Description

Erregermaschine für einen bürstenlosen SynchrongeneratorExciter for a brushless synchronous generator

Die Erfindung betrifft eine Erregermaschine für einen bürstenlosen Synchrongenerator, die im Läufer eine mit der Polradwicklung des Synchrongenerators über mitrotierende Gleichrichter verbundene Wechselstromwicklung und im Ständer sowohl eine vom Generatorstrom als auch eine über einen Regler von der Generatorspannung beeinflußte Erregerwicklung aufweist.The invention relates to an exciter for a brushless Synchronous generator, which in the rotor is connected to the rotor winding of the synchronous generator AC winding connected via rotating rectifiers and in the stator both one from the generator current and one from the generator voltage via a regulator has influenced excitation winding.

Eine solche Erregermaschine für einen bürstenlosen Synchrongenerator ist aus der DT-PS 1 808 108 bekannt. Aus dem wechselstrombelasteten Ständerkreis des Synchrongenerators wird dabei von einem Stromwandler über einen Gleichrichter die eine und von Anzapfungen der Ständerwicklung des Synchrongenerators über einen Regler die andere Erregerwicklung gespeist, so daß sich eine kompoundierte Gesamterregung der Erregermaschine ergibt, wobei die die Gesamterregung ergebenden zwei Erregeranteile nicht bezüglich ihrer Vektorlage, sondern lediglich in ihrer Größe, und zwar der eine durch den Regler und die Anzapfungen der Ständerwicklungen und der zweite durch die Stromwandler im Ständerkreis beeinflußbar ist (arithmetische gompoundierung). Bei dieser Schaltung steht die selektive Abschaltung fehlerbehafteter Wechselstromnetzteile im Vordergrund, wozu der Synchrongenerator durch die genannte Erregeranordnung in die Lage versetzt wird, vorübergehend einen ausreichend großen Dauerkurzschlußstrom erzeugen zu können. Der Nachteil einer solchen rein arithmetischen Kompoundierung liegt darin, daß für Betriebsfälle mit rein ohm'scher Last bzw. mit einem Leistungsfaktor nahe bei cos q = 1 die Gesamterregung fast zur Gänze vom Kompoundierungsanteil geliefert wird und für den Regler praktisch keine Eingriffsmöglichkeit mehr gegeben ist.Such an exciter for a brushless synchronous generator is known from DT-PS 1 808 108. From the alternating current loaded stator circuit the synchronous generator is supplied by a current transformer via a rectifier one and one of the taps of the stator winding of the synchronous generator via one Regulator fed the other field winding, so that there is a compounded total excitation of the excitation machine, with the two excitation components resulting in the total excitation not in terms of their vector position, but only in terms of their size, namely the one through the regulator and the taps of the stator windings and the second through the current transformer in the stator circuit can be influenced (arithmetic compounding). In this circuit, the selective shutdown of faulty AC power supplies is available in the foreground, for which the synchronous generator by the exciter arrangement mentioned in the situation is set, temporarily a sufficiently large sustained short-circuit current to be able to generate. The disadvantage of such a purely arithmetic compounding lies in the fact that for operating cases with a purely ohmic load or with a power factor close to cos q = 1, the total excitation is almost entirely supplied by the compounding component and there is practically no more possibility of intervention for the controller.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, für einen bürstenlosen Synchrongenerator, der mit praktisch konstantem Leistungsfaktor betrieben wird, eine Erregermaschine mit phasenrichtiger Kompoundierung zu schaffen. Maschinen dieser Art können z.B. Generatoren mit ohm'schen Verbrauchern und/oder Synchronmaschinen mit nachgeschalteten Gleichrichtern sein. Eine phasenrichtige Kompoundierung sichert daher einen ständigen Reglereingriff und ermöglicht eine Spannungseinstellung mit relativ großem Regelhub. Die gestellte Aufgabe soll mit einer einfachen Erregermaschine ohne gesonderte Stromwandler und ohne erforderliche Anzapfungen der Ständerwicklung erreicht werden.The invention is based on the object for a brushless Synchronous generator that is operated with a practically constant power factor, create an exciter with in-phase compounding. Machines this Type can e.g. generators with ohmic loads and / or synchronous machines with downstream rectifiers. In-phase compounding ensures therefore a constant regulator intervention and enables a voltage setting with relatively large control stroke. The task at hand is to be carried out with a simple exciter without separate current transformers and without the necessary tapping of the stator winding can be achieved.

Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt nach der Erfindung dadurch, daß für einen betriebsmäßig mit praktisch konstantem Leistungsfaktor belasteten Synchrongenerator eine Erregermaschine mit zwei gegenseitig versetzten Pol systemen im Ständer vorgesehen ist, deren Erregerwicklungen so räumlich verteilt und durchflutet sind, daß ihre Teilerregerdurchflutunge 'älsferseitig den jeweils erforderlichen Gesamterregerstrom irr .zJeren.The object is achieved according to the invention in that that for an operationally burdened with practically constant power factor Synchronous generator an exciter with two mutually offset pole systems is provided in the stator, the excitation windings so spatially distributed and flooded are that their partial excitation flow 'älsfersseite the required in each case Total excitation current irr.

Die Anwendung der Erregermaschine nach der Erfindung ist insbesondere bei Lichtmaschinen für Kraftfahrzeuge, Bordnetzgeneratoren, Batterie-Ladegeneratoren in Schiffsnetzen u.dgl. von Vorteil. Generatoren der genannten Art müssen eine dem Batterieladezustand oder sonstigen Erfordernissen des Bordbetriebes sowie gegebenenfalls sich ändernden Betriejsdrehzahlen anzupassende Spannungseinstellung in einem Bereich von etwa 1 : 2 haben, was mit der Erregermaschine nach der Erfindung erreicht werden kann. Bei den genannten Anwendungsfällen liegt ein praktisch unveränderlicher Leistungsfaktor von cos + zi 1 vor. Eine aufwendige leistungsfaktorabhängige Erregerstrombildung z.B. in Form der bekannten Harz'schen Schaltung mit Drossel, Kompoundierungstransformatoren und Resonanzkondensatoren erübrigt sich daher, wenn die beiden Erregerkomponenten gemäß der Erfindung durch entsprechend versetzte Polsysteme erzeugt werden.The application of the exciter machine according to the invention is particular in alternators for motor vehicles, on-board power supply generators, battery charging generators in ship networks and the like. an advantage. Generators of the type mentioned must have a dem Battery state of charge or other requirements of on-board operation as well as, if applicable Voltage setting to be adapted to changing operating speeds in a range of about 1: 2 have what can be achieved with the exciter according to the invention can. In the cases mentioned, there is a practically unchangeable power factor of cos + zi 1. A complex power factor dependent excitation current generation e.g. in the form of the well-known Harz circuit with choke, compounding transformers and resonance capacitors are therefore unnecessary if the two excitation components are generated according to the invention by appropriately offset pole systems.

Weitere Einzelheiten sind anhand einiger Ausführungsbeispiele der Erfindung in der Zeichnung dargestellt und nachfolgend näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 ein Durchflutungsdiagramm, Fig. 2 eine vereinfacht dargestellte Schaltung einer gleichrichterbelasteten Synchronmaschine, Fig. 2a ein abgeändertes Detail des Gegenstandes nach Fig. 2, Fig. 2b eine für Wechselstrombetrieb ausgelegte Synchronmaschine, Fig. 3 ein schematisch dargestelltes Ständerblechpaket mit bewickelten ausgeprägten Erregerpolen und Fig. 4 eine lineare Abwicklung des Gegenstandes nach Fig. 3, Fig. 5 einen teilweisen Längsschnitt durch eine Maschine mit zwei auf Lücke axial hintereinander angeordneten Teilständerblechpaketen mit ausgeprägten Erregerpolen, Fig. 6 eine lineare Abwicklung des Gegenstandes nach Fig. 5, Fig. 7 eine weitere Schaltungsvariante der mit Gleichrichtern belasteten Synchronmaschine, Fig. 7a ein Stromzeigerdiagramm der Schaltung nach Fig. 7, Fig. 7b einen Stromwandler für die Schaltung nach Fig. 7, Fig. 8, 9, 11, 13 schematisch dargestellte Erregerpolsysteme verschiedener Polzahlen mit unterschiedlichen Polteilungen und zum Teil unbewickelten Zusatzpolen, Fig. 10, 12, 14 die Phasenlage und elektrischen Grade der Polanordnungen nach Fig. 9, 11, 13.Further details are based on some exemplary embodiments of Invention shown in the drawing and explained in more detail below. Show it 1 shows a flow diagram, FIG. 2 shows a circuit shown in simplified form a rectifier-loaded synchronous machine, Fig. 2a a modified detail of the object according to Fig. 2, Fig. 2b, a synchronous machine designed for AC operation, Fig. 3 is a schematically illustrated stator core with wrapped pronounced Exciter poles and FIG. 4 shows a linear development of the object according to FIG. 3, FIG. 5 shows a partial longitudinal section through a machine with two gaps axially behind one another arranged partial stator core stacks with pronounced exciter poles, Fig. 6 a linear development of the object according to FIG. 5, FIG. 7 shows a further circuit variant the synchronous machine loaded with rectifiers, FIG. 7a a current vector diagram the circuit according to FIG. 7, FIG. 7b a current transformer for the circuit according to FIG. 7, 8, 9, 11, 13 schematically illustrated exciter pole systems with different numbers of poles with different pole pitches and partly unwound additional poles, Fig. 10, 12, 14 the phase position and electrical degrees of the pole arrangements according to Fig. 9, 11, 13.

Um die in Fig. 1 angedeutete betriebsmäßig richtige Gesamterreglung #e einer mit cosf > 1 über nachgeschaltete Gleichrichter betriebenen Synchronmaschine zu erhalten, müssen die Erregerkomponenten g i und wenigstens angenähert um + = (t /2) elektrisch gegeneinander verschoben sein. Dies wird mit der in Fig. 2, 2a schematisch gezeigten Anordnung erreicht, ohne daß gesonderte Gleichrichter für die Erregung der Erregermaschine benötigt werden.To the indicated in Fig. 1 operationally correct overall control #e a synchronous machine operated with cosf> 1 via a downstream rectifier to obtain, the excitation components g i and must at least approximate by + = (t / 2) be shifted electrically against each other. This is with the in Fig. 2, 2a Schematic arrangement shown achieved without the need for a separate rectifier for the excitation of the exciter machine are required.

Der Synchrongenerator G speist gemäß Fig. 2 über Gleichrichter GL in Drehstrom-Brückenschaltung beliebige Gleichstromverbraucher, die als Batterien B, Widerstände R oder Gleichstrommotoren M vorliegen können. Die rotierende Erregerwicklung des bürstenlosen Synchrongenerators G wird in bekannter Weise über einen mitrotierenden Gleichrichter RG von der Läuferwicklung einer schleifringlosen mehrphasigen Erregermaschine EM erregt. Erfindungsgemäß sind gegeneinander um 900 elektrisch versetzte Polsysteme PS1 und PS2 im Ständer der Erregermaschine angeordnet. Das Polsystem PS1 ist vom gleichgerichteten Generatorstrom durchflossen, das Polsystem PS2 über ein Stellglied RE an die gleichgerichtete Synchrongeneratorspannung angeschlossen. Als Stellglied RE eignet sich ein einfacher elektronischer Zweipunktregler bekannter Art, wie er in Fig. 2a mit einem als Schalter S arbeitenden Transistor und einer Freilaufdiode D angedeutet ist.The synchronous generator G feeds according to FIG. 2 via rectifier GL in a three-phase bridge circuit, any DC consumers that act as batteries B, resistors R or DC motors M are present can. the rotating excitation winding of the brushless synchronous generator G is known in Way via a co-rotating rectifier RG from the rotor winding of a slip ringless multi-phase exciter EM excited. According to the invention are against each other around 900 electrically offset pole systems PS1 and PS2 arranged in the stator of the exciter. The pole system PS1 is traversed by the rectified generator current, the pole system PS2 connected to the rectified synchronous generator voltage via an actuator RE. A simple electronic two-position controller known as the actuator RE is suitable Kind of how it is in Fig. 2a with a working as a switch S transistor and a Freewheeling diode D is indicated.

Die Ausbildung und Anordnung der Polsysteme ist sowohl mit ausgeprägten Erregerpolen und konzentrierten Erregerwicklungen als auch mit in Nuten des Ständers der Erregermaschine räumlich verteilten Erregerwicklungen möglich. In den nachfolgenden Ausführungsbeispielen ist wegen der leichteren Uberschaubarkeit und Darstellung auf Erregermaschinen mit ausgeprägten Erregerpolen Bezug genommen, jedoch gilt das hierfür Gesagte in analoger Weise auch für verteilte Erregerwicklungen.The formation and arrangement of the pole systems is both pronounced Exciter poles and concentrated exciter windings as well as in slots of the stator spatially distributed excitation windings are possible for the exciter. In the following Embodiments is because of the easier overview and representation Reference is made to exciter machines with pronounced exciter poles, but this applies What was said about this in an analogous manner also for distributed excitation windings.

Gemäß Fig. 3 und 4 weist der aus geschichteten Blechen gebildete Ständer ST einer 2p = 8poligen Erregermaschine 4p ausgeprägte Erregerpole 1 bis 16 auf, von denen die ungeradzahlig numerierten Erregerpole dem stromabhängig durchfluteten Polsystem und die geradzahlig numerierten Erregerpole dem spannungsabhängig durchfluteten Polsystem angehören.According to FIGS. 3 and 4, the stand formed from laminated metal sheets has ST of a 2p = 8-pole exciter machine has 4p pronounced exciter poles 1 to 16, of which the odd-numbered exciter poles flowed through depending on the current Pole system and the even numbered exciter poles the voltage-dependent flooded Belong to the polar system.

Die Erregerpole jedes Polsystems sind in diesem Falle abwechselnd gepolt, wobei einander benachbarte Erregerpole beider Polsysteme um jeweils 900 elektrisch gegeneinander versetzt sind, was einen räumlichen Winkel von F (mit p als Polpaarzahl) entspricht.The exciter poles of each pole system are alternating in this case polarized, whereby adjacent excitation poles of both pole systems by 900 are electrically offset from one another, which creates a spatial angle of F (with p as number of pole pairs).

Die Erregerwicklungen der stromabhängig durchfluteten Erregerpole 1, 3, 5 usw. bestehen aus jeweils einer die betreffenden Erregerpole U-förmig umfassenden Leiterschleife LS von entsprechend großem Querschnitt, die mit zwei gemeinsamen ringartig um den Umfang verlaufenden Anschlußschienen AS1, AS2 so verbunden sind, daß die Durchflutungsrichtung von Erregerpol zu Erregerpol abwechselt. Die Erregerpole 2, 4, 6 usw. sind jeweils mit einer vielwindigen üblichen Drahtspule bestückt, deren Durchflutungs richtungen ebenfalls abwechseln, so daß sich die in Fig. 3 und 4 gezeigten Nord- und Südpole am Umfang der Ständerbohrung ergeben.The excitation windings of the current-dependent flooded exciter poles 1, 3, 5, etc. each consist of a U-shaped encompassing the relevant exciter poles Conductor loop LS of a correspondingly large cross-section, which is shared with two ring-like around the circumference connecting rails AS1, AS2 so are connected that the direction of flow alternates from exciter pole to exciter pole. The exciter poles 2, 4, 6 etc. each have a conventional multi-turn wire coil equipped, whose flow directions also alternate, so that the in Fig. 3 and 4 shown north and south poles on the circumference of the stator bore.

Bei der gezeigten Ausbildung des stromabhängig durchfluteten Polsystems läßt sich eine sehr gute Kühlung erreichen, so daß hohe Stromstärken mit Stromdichten über 10 A/mm2 zugelassen werden können, was z.B. bei noch einfach verlegbaren Querschnitten von (30 x 10) mm2 einen Gesamtstrom von 3000 A erlaubt. Für diesen Fall beträgt bei der gezeigten 8poligen Erregermaschine die wirksame Durchflutung 8 = w 3000 = 375 A/Pol.In the embodiment shown, the pole system through which the current flows very good cooling can be achieved, so that high currents with current densities over 10 A / mm2 can be permitted, which is, for example, with cross-sections that are still easy to lay of (30 x 10) mm2 allows a total current of 3000 A. In this case is for the 8-pole exciter shown, the effective flow rate is 8 = w 3000 = 375 A / pole.

Bei solchen Leiterschleifen kann zwar die wirksame Durchflutung nicht wie bei den dünndrähtigen vielwindigen Erregerwicklungen durch Hinzufügung von einigen Windungen fein abgestuft werden.With such conductor loops, the effective flow cannot be achieved as with the thin-stranded multi-turn excitation windings by adding a few Windings are finely graduated.

Als äquivalente Maßnahmen zur besseren Anpassung an die jeweiligen Erregerbedingungen können jedoch die stromabhängig durchfluteten Erregerpole in ihren Blechpaketlängen, Luftspalten und/ oder Polbedeckungen von den Erregerpolen des spannungsabhängig durchfluteten Polsystems abweichend bemessen werden.As equivalent measures for better adaptation to the respective Excitation conditions, however, can affect the current-dependent excitation poles in their laminated core lengths, air gaps and / or pole coverages from the exciter poles of the voltage-dependent flooded pole system must be dimensioned differently.

Eine Durchmesserverkleinerung der Erregermaschine bei gleicher Zahl von Erregerpolen sowie insbesondere eine erleichterte Durchführung der besagten Anpassungsmaßnahmen, wie unterschiedliche Polbedeckungen usw., läßt sich bei relativ geringfügiger axialer Verlängerung gemäß Fig. 5, 6 erreichen. Die Erregerpole des einen Polsystems PS1 sind in einer Ebene und die auf Lücke versetzt angeordneten Erregerpole des anderen Polsystems PS2 in einer zweiten axial beabstandeten Ebene liegend angeordnet, wobei sämtliche Erregerpole auf einem gemeinsamen Jochring JR befestigt sind. Die ringförmigen Anschlußschienen ASl, AS2 sind im radialem Abstand voneinander an der äußeren Stirnseite der stromabhängig durchfluteten Erregerpole PS1 angeordnet und in der bereits bei Fig. 3, ;4 erwähnten Weise mit den Leiterschleifen LS verbunden.A reduction in the diameter of the exciter with the same number of pathogen poles and, in particular, a simplified implementation of the said Adaptation measures, such as different pole coverages, etc., can be used with relative achieve a slight axial extension according to FIGS. The pathogen poles of the A pole system PS1 are arranged in one plane and those arranged in a staggered manner Exciter poles of the other pole system PS2 in a second axially spaced plane arranged horizontally, with all the exciter poles on a common yoke ring JR are attached. The annular connecting rails AS1, AS2 are at a radial distance from each other on the outer face of the current-dependent flooded exciter poles PS1 arranged and in the manner already mentioned in Fig. 3, 4 with the conductor loops LS connected.

Wenngleich diese Anordnung von Anschlußschienen und U-förmigen Leiterschleifen um die Erregerpole bei der Erregermaschine nach der Erfindung von Vorteil ist, so ist ihre Anwendung nicht darauf beschränkt. Sie kann mit gleichgutem Kühleffekt zur Beherrschung hoher Stromstärken auch bei in bekannter Weise kompoundierten Erregermaschinen verwendet werden.Although this arrangement of connecting bars and U-shaped conductor loops around the exciter poles in the exciter machine according to the invention is advantageous, so its application is not limited to this. It can have the same cooling effect to control high currents even with exciter machines compounded in a known manner be used.

Ferner ist die Anwendung derartiger unmittelbar vom relativ hohen Laststrom durchflossener Leiterschleifen nicht nur auf Gleichrichtermaschinen beschränkt. Sie können auch bei einer für Wechselstrombetrieb angelegten Synchronmaschine verwendet werden, wenn gemäß Fig. 2b ein im Sternpunkt eingeschalteter Gleichrichter GLS zur Speistung des laststromdurchflossenen Polsystems PS1 angeordnet wird.Furthermore, the application of such is immediately of the relatively high Load current of conducting loops is not only limited to rectifier machines. They can also be used in a synchronous machine designed for AC operation if, according to FIG. 2b, a rectifier GLS switched on at the neutral point for Supply of the load current-carrying pole system PS1 is arranged.

Anstelle der unmittelbar vom Laststrom durchflossenen Leiterschleifen mit einer oder gegebenenfalls auch mehreren Windungen kann beim stromabhängig durchfluteten Pol system auch eine vielwindige Drahtwicklung vorgesehen sein, die über einen Stromwandler und einen gesonderten Gleichrichter an den wechselstromdurchflossenen Teil des Ständerkreises des Synchrongenerators angeschlossen ist. Dies ist insbesondere bei einer Ausführung des Erregermaschinenständers mit in Buten verteilten Wicklungen anstelle von ausgeprägten Polen zweckmäßig.Instead of the conductor loops through which the load current flows with one or possibly also several windings can be flowed through depending on the current Pole system can also be provided with a multi-turn wire winding that has a current transformer and a separate rectifier to the part of the stator circuit through which alternating current flows of the synchronous generator is connected. This is particularly true in one implementation of the exciter stand with windings distributed in butes instead of pronounced Poland expedient.

Der Stromwandler kann dabei wegen der mit Ausnahme bei Störungen symmetrischen Belastung des Gleichstromverbraucherkreises einphasig aufgebaut sein, der das höhere Stromniveau im Lastkreis des Synchrongenerators auf das niedrigere Stromniveau im betreffenden Polsystem der Erregermaschine transformiert. Es kann ein einfach aufgebauter Durchsteckwandler Wa nach Fig. 7 verwendet werden, der primärseitig vom Differenz strom zweier Phasen des Synchrongenerators gespeist ist (Fig. 7a) und sekundärseitig über den Gleichrichter GUl das Polsystem PS1 erregt. Das zweite Polsystem PS2 ist wie bei Fig. 2 über ein Stellglied an der Gleichstromseite des Gleichrichters GL angeschlossen. Der Ringkernwandler Wa wird von dem einen Phasenleiter U in gerader Leiterführung und von dem anderen Phasenleiter V als Schleife durchsetzt.With the exception of interference, the current transformer can be symmetrical Load on the direct current consumer circuit, the higher the one Current level in the load circuit of the synchronous generator to the lower current level in relevant pole system of the exciter is transformed. It can be a simple one Through converter Wa according to FIG. 7 can be used, the primary side of the difference current of two phases of the synchronous generator is fed (Fig. 7a) and on the secondary side The pole system PS1 is excited via the rectifier GUl. The second pole system is PS2 as in FIG. 2 via an actuator on the direct current side of the rectifier GL connected. The toroidal converter Wa becomes of the one phase conductor U in a straight line and traversed by the other phase conductor V as a loop.

Um die Schleifenform des Phasenleiters V zu vermeiden, kann gemäß Fig. 7b auch ein Dreischenkel-Kern Wa' für den Stromwandler verwendet werden, dessen beide Kernfenster in gleicher gerader Richtung von den zwei Phasenleitern U, V durchsetzt sind. Die Sekundärwicklung ist auf den Mittelschenkel des Kernes Wa' aufgebracht.In order to avoid the loop shape of the phase conductor V, according to Fig. 7b also a three-legged core Wa 'can be used for the current transformer, the both core windows penetrated by the two phase conductors U, V in the same straight direction are. The secondary winding is applied to the middle leg of the core Wa '.

In beiden Fällen ist die Primärdurchflutung i die Differenz der Phasenströme iu und iv nach Diagramm Fig. 7a.In both cases, the primary flow i is the difference between the phase currents iu and iv according to diagram Fig. 7a.

Bei den in Fig. 3 bis 5 beschriebenen Ausführungsbeispielen der Erfindung sind doppelt soviele Erregerpole notwendig wie die eigentliche Polzahl ausmacht. Dies ist jedoch keine zwingende Notwendigkeit. Man kann auch mit einer bis auf die Polzahl der Erregermaschine verminderten Zahl von ausgeprägten Erregerpolen auskommen, wenn man gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung beide Polsysteme nicht von Pol zu Pol ineinander verschachtelt anordnet, sondern die beiden Systeme auf verschiedenen Umfangszonen des Ständers der Erregermaschine gruppiert.In the exemplary embodiments of the invention described in FIGS. 3 to 5 twice as many exciter poles are necessary as the actual number of poles. However, this is not a mandatory requirement. You can also go with one up on the Pole number of the exciter machine get by with a reduced number of pronounced exciter poles, if, according to a further embodiment of the invention, both pole systems are not nested from pole to pole, but the two systems on grouped in different circumferential zones of the stator of the exciter.

Eine Anordnung mit je einer Gruppe je Polsystem ist in Fig. 8 für eine 12polige Erregermaschine vereinfacht dargestellt. Es sind nur die Mitteladhsen der zwölf Erregerpole 1 bis 12 angedeutet, von denen die Erregerpole 1 bis 6 als erste Gruppe das eine Polsystem PS1 und die Erregerpole 7 bis 12 als zweite Gruppe das andere Polsystem PS2 bilden. Die Abstände der zu je einer Gruppe bzw. einem Polsystem gehörenden Erregerpole betragen ç = 300 räumlich. Die benachbarten Erregerpole beider Gruppen 1 und 12 + 90° sowie 6 und 7 schließen einen von dem genannten Winkel um + p abweichenden Winkel ein; d.h. bei der Polpaarzahl p = 6 ist dieser 0 0 Winkel +- = + 15°, so daß sich (30° - 15°) = 15° als kleinere und (300 + 150) = 450 als größere Pollücke ergibt. In diesem Fall muß auf eine gleichmäßig um die Ständerbohrung verteilte Anordnung der Erregerpole verziohtet werden.An arrangement with one group per pole system is shown in FIG. 8 for a 12-pole exciter shown in simplified form. It's just the central axles of the twelve exciter poles 1 to 12 indicated, of which the exciter poles 1 to 6 as first group the one pole system PS1 and the exciter poles 7 to 12 as the second group form the other pole system PS2. The distances between each group or one The exciter poles belonging to the pole system amount to ç = 300 spatially. The neighboring exciter poles both groups 1 and 12 + 90 ° as well as 6 and 7 close one of the angles mentioned angle deviating by + p; i.e. with the number of pole pairs p = 6 this is 0 0 angle + - = + 15 °, so that (30 ° - 15 °) = 15 ° as smaller and (300 + 150) = 450 as larger pole gap results. In this case it must be evenly spaced around the stator bore distributed arrangement of the exciter poles.

Eine gleichmäßige Teilung kann aber erreicht werden, wenn bei einer 2p-poligen Erregermaschine (2p + 1) Pole im gleichen Winkelabstand ffi angeordnet sind. Jeweils gleichviele, d.h. p-Erregerpole werden den beiden Polsystemen zugeordnet und der verbleibende zusätzliche Pol bleibt unbewickelt und wird gegebenenfalls zur Verbesserung der Selbsterregung mit einem Permanentmagneten versehen.However, an even division can be achieved if at one 2p-pole exciter (2p + 1) poles arranged at the same angular distance ffi are. The same number of exciter poles, i.e. p exciter poles, are assigned to the two pole systems and the remaining additional pole is left unwound and becomes if necessary Provided with a permanent magnet to improve self-excitation.

Bei der in Fig. 9 gezeigten 12poligen Erregermaschine mit Zusatzpol 13 ergibt die gleichmäßige 13er Teilung einen Winkelabstand von ç räumlich. Dem entspricht bei p = 6 ein Phasenwinkel von 360136 = 166,154 elektrisch, den benachbarte Pole gemäß dem in Fig. 10 gezeigten Polachsenstern einschließen. Die abwechselnde Ausbildung als Nord- und Südpol ist in Fig. 10 durch Pfeilrichtung vom Zentrum weg bei den N-Polen und umgekehrt bei den S-Polen symbolisiert. Sowohl die dem einen Polsystem PS1 zugehörigen Pole 1 bis 6 als auch die dem zweiten Polsystem PS2 zugehörigen Pole 7 bis 12 bilden im Polachsenstern Fig. 10 zwei Jeweils N- oder S-Pole umfassende Teilgruppen. Wenn man die Polachsen der S-Pol-Teilgruppen durch rückwärtige Verlängerung in die Polacheen der N-Pol-Teilgruppen projeziert, so bekommt man die Achsen I und II des jeweiligen Polsystems PS1 und PS2. Der Der Winkel t zwischen beiden Polsystemen beträgt im dargestellten Fall () .360)° elektrisch - 83,0770 elektrisch. Es ist u.U. günstiger, wenn im Durchflutungsdiagramm Fig. 1 der Eomplementärwinkel t' - 1800 - = 96,923° elektrisch zur Wirkung kommt,- was durch entsprechendes Umpolen eines der beiden Polsysteme erreicht werden kann.In the 12-pole excitation machine shown in FIG. 9 with an additional pole 13, the even division of 13 results in an angular distance of ç in space. To the At p = 6, a phase angle of 360136 = 166.154 electrical corresponds to the neighboring Include poles according to the polar axis star shown in FIG. The alternating Training as north and south poles is in Fig. 10 by the direction of the arrow away from the center symbolized for the N-poles and vice versa for the S-poles. Both the one Poles 1 to 6 belonging to the pole system PS1 as well as those belonging to the second pole system PS2 Poles 7 to 12 form two poles each comprising N or S poles in the polar axis star Fig. 10 Subgroups. If you can extend the polar axes of the S-pole subgroups by rearward extension projected into the poles of the N-pole subgroups, you get the axes I and II of the respective pole system PS1 and PS2. The angle t between the two pole systems in the case shown is () .360) ° electrical - 83.0770 electrical. It is possibly more favorable if in the flow diagram Fig. 1 the complementary angle t '- 1800 - = 96.923 ° comes into effect electrically, - which is achieved by reversing the polarity accordingly one of the two pole systems can be achieved.

Infolge des eingefügten Zusatzpoles 13 und der gleichmäßigen 9eilung tritt eine Minderung der effektiven Erregung ein, die mit dem neuen Begriff eines "Pollagefaktors tp" n erfaßt werden kann.As a result of the inserted additional pole 13 and the even division a diminution of the effective excitation occurs, which with the new concept of a "Pole position factor tp" n can be detected.

In Analogie zu dem bekannten "Wicklungsfaktor (' bei in Nuten verteilt angeordneten Wicklungen elektrischer Maschinen gibt der Pollagefaktor (p das Verhältnis der effektiven Windungszahl zur tatsächlichen Windungszahl eines Polsystems an. Er kann aus Fig. 10 für jedes Polsystem, als Verhältniswert zwischen geometrischer und arithmetischer Summe der Polachsen ermittelt werden, wobei die Größe jeder Polachse zweckmäßigerweise den Einheitswert 1 erhält. Es gilt Bei unterschiedlichen Erregungazuständen der beiden Polsysteme, wie sie insbesondere im Leerlauf auftreten, können bei gruppenweise zusammengefaßten Polen in der Erregermaschine störende magnetische Exzentrizitätskräfte auftreten. Um dies zu vermeiden, ist es vorteilhaft, die Polsysteme jeweils in zwei diametral gegenüberliegende Polgruppenhälften aufzuteilen, wie es Fig. 11 und 12 für eine 16polige Erregermaschine zeigt. Es sind (2p + 2) = 18 gleichmäßig verteilte Erregerpole angeordnet, wobei die Polgruppen 1 bis 4'und 11 bis 14 dem stromgespeisten Polsystem PS1 und die Pole 6 bis 9 und 15 bis 18 dem zweiten spannungsabhängig erregten Polsystem PS2 zugeordnet sind. Die beiden Zusatzpole 5 und 10 sind mit die Remanenz sichernden Permanentmagneten bestückt.In analogy to the well-known 'winding factor (' in the case of windings in electrical machines distributed in grooves, the pole position factor (p indicates the ratio of the effective number of turns to the actual number of turns of a pole system Sum of the polar axes can be determined, the size of each polar axis expediently being given the unit value 1. It applies In the case of different excitation states of the two pole systems, as occur in particular when idling, disruptive magnetic eccentricity forces can occur in the case of poles combined in groups in the excitation machine. To avoid this, it is advantageous to divide the pole systems into two diametrically opposite pole group halves, as shown in FIGS. 11 and 12 for a 16-pole excitation machine. There are (2p + 2) = 18 evenly distributed exciter poles, with pole groups 1 to 4 'and 11 to 14 being assigned to the current-fed pole system PS1 and poles 6 to 9 and 15 to 18 being assigned to the second voltage-dependently excited pole system PS2. The two additional poles 5 and 10 are equipped with permanent magnets that secure the remanence.

Entsprechend der oben erläuterten Betrachtungsweise ergeben sich für die Polsysteme I und II wegen der eingefügten Zusatzpole unterschiedliche Pollagefaktoren Die Polachsen beider Polsysteme liegen im dargestellten Fall genau um den Winkel T = 900 elektrisch auseinander.According to the approach explained above, different pole position factors result for pole systems I and II because of the inserted additional poles In the case shown, the polar axes of both pole systems are electrically separated by the angle T = 900.

Bei einer Ausbildung der Pole 5 und 14 als unbewickelte mit Permanentmagneten bestückten Zusatzpolen würden sich zwar identisch gruppierte Polsysteme mit jeweils gleichem Pollagefaktor rp= 0,925 ergeben, wobei die Polachsen der Polsysteme einen Winkel f = 800 elektrisch bzw. ç ' = 100° elektrisch einschließen.When poles 5 and 14 are designed as unwound with permanent magnets equipped additional poles would be identically grouped pole systems with each result in the same pole position factor rp = 0.925, whereby the pole axes of the pole systems have a Include angle f = 800 electrically or ç '= 100 ° electrically.

Falls im Erregerdiagramm nach Fig. 1 die benötigte stromabhängige Erregerstromkomponentei größer ist als die spannungsabhängige Erregerstromkomponente k u ist es vorteilhaft, die Zahl der stromabhängig durchfluteten Erregerpole größer als die der spannungsabhängig durchfluteten zu wählen. Zum Beispiel könnten bei einer 12poligen Erregermaschine, anstelle der in Fig. 8 und 9 gewickelten gleichmäßigen Zuordnung von jeweils sechs Polen, das stromabhängig durchflutete Polsystem P81 mi acht Polen und das spannungsabhängig durchflutete System PS2 mit vier Polen ausgeführt werden.If in the excitation diagram according to FIG. 1, the required current-dependent Excitation current component is greater than the voltage-dependent excitation current component k u, it is advantageous to increase the number of exciter poles through which the current flows than to choose the voltage-dependent flooded. For example, at a 12-pole excitation machine, instead of the uniform wound in FIGS. 8 and 9 Allocation of six poles each, the current-dependent flooded pole system P81 with eight poles and the voltage-dependent flooded system PS2 with four poles will.

Als weiteres Ausführungsbeispiel sind in Fig. 13 die Mittelachsen von insgesamt 16 über dem Umfang verteilten Einzelpolen einer 14poligen Erregermaschine dargestellt. Um nachteilige Asymmetriekräfte zu vermeiden, sind die beiden Polsysteme in jeweils zwei diametral gegenüberliegende Polgruppen aufgeteilt. Das eine Polsystem PS2 umfaßt dabei die Polpaare 1, 2 und 9, 10 und das zweite Polsystem umfaßt die beiden Polgruppen 4 bis 7 und i2 bis 15. Die dazwischenliegenden Zusatzpole 3, 8, 11 und 16 sind unbewickelt und permanentmagnetisch erregt. Innerhalb einer jeden Polgruppe sind die Pole in gleichwertigem Winkelabstand von 360 = 1800 = 25,7140 angeordnet, so daß sich, wie der in Fig. 14 2p 7 dargestellte Polachsenstern zeigt, für beide Systeme ein Pollagefaktor von = 1 ergibt. In der Mitte zwischen zwei benachbarten Polgruppen befindet sich jeweils ein permanentmagnetischer Zusatzpol, der die 270 = 200 = 58,571° breite Pollücke halbiert.As a further exemplary embodiment, the central axes are shown in FIG of a total of 16 individual poles distributed over the circumference of a 14-pole exciter shown. In order to avoid disadvantageous asymmetry forces, the two pole systems are divided into two diametrically opposed pole groups each. The one pole system PS2 comprises the pole pairs 1, 2 and 9, 10 and the second pole system comprises the both pole groups 4 to 7 and i2 to 15. The additional poles 3, 8, 11 and 16 are not wound and are permanently magnetically excited. Within each Pole group are the poles at an equivalent angular distance of 360 = 1800 = 25.7140 arranged so that, as the polar axis star shown in Fig. 14 2p 7 shows, a pole position factor of = 1 results for both systems. In the middle between two neighboring ones Pole groups are each a permanent magnetic additional pole, the 270 = 200 = 58.571 ° wide pole gap halved.

p Die Achsen I und II der beiden Systeme PS1 und PS2 schließen einen Winkel von ç = 900 elektrisch ein; die Zusatzpole liegen jeweils um 450 elektrisch dazu versetzt. p The axes I and II of the two systems PS1 and PS2 close one Angle of ç = 900 electrically on; the additional poles are each around 450 electrical added to it.

Claims

Claims 1. Exciter machine for a brushless synchronous generator, the one in the rotor that co-rotates with the rotor winding of the synchronous generator Rectifier connected AC winding and in the stator both one of the generator current as well as an excitation winding that can be influenced by the generator voltage via a regulator has, characterized in that for an operationally with a practically constant Power factor loaded synchronous generator an exciter with two mutually offset pole systems is provided in the stator, the excitation windings so spatially are distributed and flooded so that their partial excitation flows on the rotor side Induce the required total excitation current in each case.

2. Exciter according to claim 1, characterized in that one even number of pronounced exciter poles at even angular intervals around are arranged around the stator bore, of which every second exciter pole of alternating Polarity of the voltage-dependent flooded pole system and those in between Excitation poles of alternating polarity to the current-dependent flow Pole system are assigned (Fig. 3, 4).

3. Exciter according to claim 2, characterized in that both Pole systems are arranged axially offset from one another on a gap (Fig. 5, 6).

4. Exciter according to claim 2 or 3 for a downstream Loaded rectifiers or equipped one with a midpoint rectifier Synchronous generator, characterized in that the exciter poles of the voltage-dependent The pole system flooded with a multi-turn wire coil, the exciter poles of the current-dependent pole system flooded with a corresponding cross-section Conductor loop is associated with two immediately from the rectified Load current flowing through common connecting rails are conductively connected (Fig. 3, 4, 5 and 6).

5. Exciter machine, in particular according to claim 4, characterized in that that arc-shaped on one end face of the current-dependent flooded exciter poles Arranged connecting bars and U-shaped with these exciter poles encompassing conductor loops are connected.

6. exciter according to claim 1, characterized in that the The excitation windings of both pole systems are multi-turn wire coils and that are current-dependent flooded pole system via current transformers and separate rectifiers from the main current of the synchronous generator is fed (Fig. 7).

7. Exciter according to claim 6, characterized in that the Single-phase current transformer fed by the differential current of two phases of the synchronous generator (Figures 7 and 7b).

8. exciter according to claim 4 or 5, characterized in that that the exciter poles of the current-dependent flooded pole system for adaptation to the respective excitation conditions in their laminated core lengths, air gaps and / or Pole coverages from the exciter poles of the voltage-dependent flooded pole system are dimensioned differently.

9. exciter according to claim 1, characterized in that for a 2p-pole exciter the exciter poles alternating polarity in at least two groups belonging to the two pole systems are divided on the stand circumference, of which one group is voltage-dependent and the other group is current-dependent is flooded and within each group the poles with the same angular distance p are arranged and p the adjacent poles of the different groups Include an angle deviating from this by + 900 (Fig. 8).

p 10. Exciter machine according to one of claims 1 to 8, characterized in that a 2p-pole exciter machine has a total of 2p + 1 has the same angular distance on the exciter poles arranged on the stator circumference, of which 2p exciter poles each with alternating polarity in at least two, groups belonging to the two polaystems are divided.

lis exciter according to claims 1 to 8, characterized in that that a 2p-pole exciter machine has a total of 2p + 2 at the same angular distance ç has exciter poles arranged on the stator circumference, of which 2p exciter poles each with alternating polarity in at least four of the two pole systems Subgroups are divided, with the subgroups belonging to the same pole system diametrically opposite each other (Fig. 11, 12).

12. Exciter machine according to claim 10 and 11, characterized in that that the one or more arranged for uniform angular spacing distribution Poles are not wound and are permanently magnetically excited.

13. Exciter according to claim 1, characterized in that a 2p-pole excitation machine in total (2p + 2) exciter poles distributed over the circumference has, of which (2p - 2) poles are assigned to the two pole systems and each Pole system is divided into two diametrically opposite pole groups, with within of each group the exciter poles of alternating polarity at the same angular distance 180 are arranged p and in the middle between two adjacent subgroups respectively an unwound additional pole is arranged (Fig. 13, 14)

14. Exciter machine after Claim 1 and Claims 5 to 13, characterized in that both pole systems deliver different pathogen components and the predominant pathogen component The supplying pole system is assigned a correspondingly larger number of exciter poles is than the other pole system.