Bürstenlose Erregereinrichtung

Zur Erregung von Synchronmaschinen ist es notwendig, den dafür benötigten Gleichstrom (Erregerstrom) auf die Läuferwicklung (Erregerwicklung) zu übertragen. Bei Großgeneratoren kommen dabei mehrere kA zum fließen, was bei Erregereinrichtungen mit Schleifringen sehr breite Schleifringe und viele parallelgeschaltete Bürsten erfordert und entsprechende Verluste mit sich bringt. Außerdem kann es beim Einsatz von Bürsten zu Bürstenfeuer kommen. Diese Probleme lassen sich vermeiden, wenn man das Prinzip der bürstenlosen (auch schleifringlosen) Erregung mit mitrotierendem Diodengleichrichter anwendet.

Im Bild ist ein Drehstrom-Synchrongenerator (SG), der Erregerstom (I_E), der mitrotierende Diodengleichrichter (V1), die Erregermaschine (G1) und die Hilfserregermaschine (G2) mit dem Thyristorstellglied (V2) zu sehen.

Aufbau

Direkt an die Synchronmaschine (Hauptmaschine) sind ein Außenpol-Drehstromgenerator (Erregermaschine) und ein (meist) permanenterregter Drehstrom-Synchrongenerator (Hilfserregermaschine) angekuppelt. Die Hilfserregermaschine speist die Außenpolwicklung der Erregermaschine über ein Thyristorstellglied mit Hilfserregerleistung. Diese wird in Abhängigkeit der Ständerspannung der Hauptmaschine geregelt. Außerdem ist es möglich, die Hilfserregerleistung über das Eigenbedarfsnetz oder den Ständerkreis der Hauptmaschine zu beziehen. Die Erregerwicklung der Hauptmaschine wird direkt über den mitrotierenden Diodengleichrichter mit Erregerleistung aus der Läuferwicklung der Erregermaschine gespeist. Da sich die Erregerwicklung der Hauptmaschine, der Diodengleichrichter und die Läuferwicklung der Erregermaschine auf mitrotierenden Teilen befinden und die Erregermaschine die Hilfserregerleistung über ihre Außenpole erhält, ist kein Einsatz von Schleifringen und Bürsten notwendig.

Neben dem Einsatz bei Großgeneratoren wird die bürstenlose Erregung vor allem bei Synchronmotoren verwendet. Da sich die Erregereinrichtung mit auf der Welle und gemeinsam in einem Gehäuse mit der Synchronmaschine befindet, ist eine kompakte Bauweise möglich.

Vor- und Nachteile

Vorteile

• keine Bürsten und Schleifringe und damit verbundene Verluste und Verschleiß
• kein Bürstenfeuer
• Einsatz in Ex-geschützten Bereichen möglich

Nachteile

• Wartung des Diodengleichrichters nur im Stillstand möglich
• Der Erregerstrom der Hauptmaschine wird indirekt über den Hilfserregerstrom der Erregermaschine beeinflusst. Die erreichbaren zeitlichen Änderungen dI_E/dt werden durch die Zeitkonstante der Erregermaschine reduziert. Die Ausregelzeiten bei Störungen sind deshalb größer, als bei statischen Erregereinrichtungen.
• keine Schnellentregung möglich
• Größe der Erregereinrichtung wächst antiproportional zur Drehzahl der Hauptmaschine → unattraktiv für kleine Drehzahlen

Siehe auch

• Erregersysteme für Synchronmaschinen
• Statische Erregereinrichtung

Literatur

• Rolf Fischer: Elektrische Maschinen. 14., aktualisierte und erweiterte Auflage. Carl Hanser Verlag, München 2007, ISBN 978-3-446-41754-0.
• Germar Müller, Bernd Ponick: Grundlagen elektrischer Maschinen. 9., völlig neu bearbeitete Auflage. Wiley-VCH, Berlin 2006, ISBN 3-527-40524-0.