DE60317785T2 - Hochfrequenz-generator - Google Patents

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    • Y02E40/30Reactive power compensation

Description

  • Die Erfindung betrifft ein elektrisches Generatorsystem, das als eine Komponente des Systems im Hauptstromzweig einen Hochfrequenzgenerator aufweist, und befasst sich insbesondere mit Verbesserungen der Ausgabe derartiger Hochfrequenzgeneratoren. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Generator ein rotierender Permanentmagnetgenerator.
  • Das Prinzip der Erfindung ist auf jedwedes derartige System anwendbar, in der Praxis ist die Erfindung aber am nützlichsten bei Systemen, in denen der Generator entweder mit hoher Drehzahl rotiert oder viele Pole aufweist oder eine Kombination aus beidem vorliegt, um so an den Generatoranschlüssen elektrischen Strom mit relativ hoher Frequenz zu erzeugen. Es wurde festgestellt, dass die beste Frequenz eine Funktion der Nennleistung des Generators ist. Mit vorliegender Technologie und als sehr grobe Richtschnur kann man sagen, dass erheblicher praktischer und wirtschaftlicher Nutzen für die Erfindung gezeigt werden kann, wenn das Produkt aus Frequenz in Kilohertz und Nennleistung in Kilowatt in der Größenordnung weniger Hundert oder irgendwo in einem Band von 100 bis 1000 und vielleicht darüber liegt. Diese Richtschnur sollte jedoch nicht genommen werden, um Grenzen zu definieren, außerhalb derer die Erfindung nicht zum Vorteil anwendbar ist.
  • Ein besonders wichtiges Beispiel eines derartigen Generatorsystems ist als „Mikroturbogenerator" oder MTG bekannt, der konzipiert ist, um mittlere Leistungsbeträge von ungefähr wenigen kW bis zu wenigen MW bereitzustellen. Beispiele für MTG-Anwendungen sind: Bereitstellung von Leistung für spezifische lokale Lasten oder für eine Vielzahl von Punkten in einem Verteilernetz, das eine große Zahl lokaler Lasten versorgt, die über ein Gebiet verstreut sind, oder für eine parallele Kombination lokaler Lasten und eines Verteilernetzes.
  • Unter Bezug auf 1 bis 3 der beiliegenden Zeichnungen ist ein herkömmliches MTG-System gezeigt und beschrieben, wobei
  • 1 ein Schaltbild eines typischen MTG-Systems ist;
  • 2 eine Querschnittansicht eines vierpoligen Permanentmagnetgenerators ist, der im System nach 1 eingesetzt wird; und
  • 3 ein Graph der Generatoranschlussspannung über der Ausgangsleistung für das System nach 1 ist.
  • 1 zeigt ein Beispiel eines typischen MTG-Systems, das eine Kraftmaschine in Form einer Gasturbine (T) aufweist, die mechanisch mit einem elektrischen Permanentmagnet-Mehrphasengenerator (G) gekoppelt ist. Mit dem Generator elektrisch verbunden ist eine Aufbereitungseinheit (Power Conditioning Unit, PCU) zum Umwandeln der Ausgangsspannungen an den Anschlüssen des Generators in die Spannungswellenformen, die vom Verbraucher des generierten Stroms am Ausgang des MTG benötigt werden.
  • Die Aufbereitungseinheit (PCU) kann typischerweise eine Eingangsstufe aufweisen, bei der es sich um einen ungeregelten Gleichrichter (R) handeln kann, wie in 1 gezeigt, in dem die gleichrichtenden Element einfache Dioden sind, gefolgt von einem Gleichstromumrichter (C), der die Wechselstromgeneratorspannungen als Eingabe nimmt und als Ausgabe eine stabile Zwischenkreis-Gleichspannung erzeugt. Alternativ kann die Eingangsstufe anstelle der Dioden mit steuerbaren Schaltgeräten wie z. B. IGBTs ausgeführt sein, und die vollständige Funktion wird in einem Schritt durch Steuerung der Schaltzeitpunkte der Geräte erreicht. Mit dieser Eingangsstufe verbunden ist die Ausgangsstufe der Aufbereitungseinheit, bei der es sich typischerweise um einen Pulsbreiten-modulierten (Pulse Width Modu lated, PWM) Inverter (I) plus Ausgangsfilter (F) handeln kann; die Ausgangsstufe nimmt die Zwischenkreis-Gleichspannung als Eingabe und erzeugt als Ausgabe sinusförmige dreiphasige Spannungen üblicherweise von 50 oder 60 Hz. 1 zeigt eine typische Konfiguration, die auf der erstgenannten Option für die erste Stufe basiert; die Erfindung ist gleicherweise auf jede der beiden Optionen anwendbar.
  • Im Konstruktionsprozess für jedweden Permanentmagnetgenerator stellt man fest, dass die Maschine erhebliche innere induktive Reaktanz besitzt, die mit Xint bezeichnet wird, welche die Leistungseigenschaften an den Anschlüssen in bedeutender Weise beeinträchtigt. (Abhängig von der Geometrie der Magnete und der darunter liegenden Stahl-Rotornabe kann auch, wie wohlbekannt ist, einige Differenz in den Werten der Pro-Phasen-Zwei-Achsen-Reaktanzen der Maschine vorhanden sein, üblicherweise bezeichnet durch die d-Achsen- und q-Achsen-Werte Xd bzw. Xq, wobei dieser Effekt als Salienz bekannt ist. Da die Salienz bei dem Maschinentyp, der den Hauptgegenstand der Diskussion bildet, typischerweise geringfügig ist, und da Xd den größeren Einfluss auf die relevanten Betriebsumstände aufweist, ist jenes dementsprechend der hierin implizierte Wert, wenn von „der Reaktanz" der Maschine die Rede ist.)
  • Eine rotierende trommelartige Maschine, die einen radialen Magnetfluss über einen ringförmigen Luftspalt mit einem heteropolaren Permanentmagnetrotor aufweist, kann zur Veranschaulichung genommen werden, wie in 2 gezeigt und später ausführlicher beschrieben. Dies ist wegen verschiedener Vorteile eine verbreitet angewendete Konfiguration: Einfachheit und Robustheit des Aufbaus; hoher elektrischer Wirkungsgrad; gute Leistung im Hinblick auf die Fähigkeit zu hohen Drehzahlen bei Konstruktion mit einer vorgespannten Haltehülse um den äußeren Durchmesser des Rotors und wettbewerbsfähige Herstellungskosten. Wenn die Konstruktion im Hinblick auf die Maße der Hülse für die Drehzahlanforderung zusammen mit den Proportionen des Magnetkreises optimiert worden ist, um die höchstmögliche Flussdichte am Luftspalt der Maschine und damit die größtmögliche Spannung und Leistungsabgabe an den Anschlüssen zu ergeben, wird man üblicherweise feststellen, dass die resultierende stationäre innere induktive Reaktanz, wenn sie im wohlbekannten relativen (Per-Unit-)System ausgedrückt wird (in dem Volllast-Nennspannung und -strom die zwei Basen oder Einheiten für jene Variablen bilden, ihr Quotient die Basis der Impedanz bildet und ihr mit der Anzahl der Phasen multipliziertes Produkt die Basis der Leistung bildet), grob in der Größenordnung von 0,4 pu liegt.
  • Ein Generator, der näherungsweise ein solches Reaktanzniveau besitzt, weist ein Maß an Verringerung der Klemmenspannung von Leerlauf zu Volllast auf, die als Spannungsänderung bezeichnet wird, das akzeptiert werden kann, obgleich dies ein Nachteil für die Leistungseigenschaften der Maschine ist. 3 zeigt die Charakteristik der Klemmenspannung V über der Ausgangsleistung Po in relativer Form für eine Maschine mit innerer relativer Reaktanz von 0,39 pu. Die Änderung bei Nennleistung kann leicht aus dem üblichen Zeigerdiagramm (wie später erläutert) für stationären Betrieb ermittelt werden und wird, wie gezeigt, mit etwas unterhalb von 12% festgestellt. (Wie in 3 gezeigt, beinhaltet dieses Ergebnis aufgrund harmonischer Spannungen, die durch eine Gleichrichterbrücke verursacht werden, die als mit den Anschlüssen verbunden angenommen wird, einen kleinen prozentualen Effekt auf die Ausgangs-Effektivspannung). Es ist anzumerken, dass, wie wohlbekannt ist, die Nennleistung im relativen System einen Zahlenwert gleich dem Leistungsfaktor aufweist, der in diesem Beispiel gleich 0,933 ist. Jedoch nimmt, wie aus der Figur zu ersehen, wenn die Leistungsabgabe um 15% auf 1,07 pu erhöht wird, die Spannungsänderung recht zügig von etwas unterhalb von 12% auf etwa 16% zu. Noch schlechter ist, dass bei etwa 43% Erhöhung der Leistungsabgabe über dem Nennwert (1,34 pu) die Änderung mit etwa 35% sehr hoch ist, und dieser Zustand stellt in der Tat die Betriebsgrenze der Maschine dar; an diesem Punkt ist die Spannung im Begriff, auf null abzufallen, und ein höheres Leistungsniveau kann nicht erlangt werden. Jedweder Betriebszustand, der sich dicht an diese Grenze annähert, ist nur marginal stabil und in hohem Maße unerwünscht.
  • Im Hinblick auf die Praxis darf man wohl sagen, dass, will man Schwankungen in den Werkstoffeigenschaften der Permanentmagnete, Bearbeitungstoleranzen bei kritischen Maßen des Magnetkreises und die allgemeine Erwünschtheit berücksichtigen, nicht zu viel Spannungsänderung von Leerlauf zu Volllast zusammen mit angemessener Stabilität des Spannungs-Leistungs-Arbeitspunktes zu haben, es wünschenswert ist, die innere induktive Reaktanz auf etwas kleiner als 0,4 pu und höchstens etwa 0,45 pu zu begrenzen, wobei entsprechend die Volllaständerung vorzugsweise 12% und höchstens 14% nicht überschreitet.
  • Das Problem innerer Reaktanz kann, und tut dies auch im Allgemeinen, der verfügbaren Leistung aus einem Permanentmagnetgenerator eine Beschränkung auferlegen, und dies aus zwei verschiedenen Gründen. Zur Veranschaulichung der ersten Beschränkung sei angenommen, das ein Generator ausgelegt ist, mit einer festgelegten Ausgangsleistung betrieben zu werden, und es festgestellt wird, dass er eine innere Reaktanz von 0,45 pu aufweist. Bei diesem Reaktanzniveau ist die Spannungsänderung etwa gleich 14%, was bedeutet, dass die Volllast-Ausgangsspannung nur 86% derjenigen bei Leerlauf ist. Wenn dieser Spannungsabfall vermieden werden könnte, sodass die Spannung von Leerlauf zu Volllast näherungsweise konstant bliebe, dann würde sich bei demselben Strom in den Wicklungen das Spannungs-Strom-Produkt (dass die Haupt-Bestimmungsgröße der Leistungsabgabe ist, wenn, wie es typischerweise der Fall ist, der Leistungsfaktor als nahe bei eins bleibend angenommen wird) um ×1/0,86 oder etwa 16% erhöhen. Die ohmschen Verluste innerhalb der Maschine bleiben dieselben (weil der Strombetrag unverändert bleibt), ebenso andere Haupt-Verlustkomponenten, und so bleiben die inneren Temperaturen dieselben. Außerdem stellen diese Verluste einen kleineren Bruchteil der erhöhten Ausgangsleistung dar, und so hat sich der Maschinenwirkungsgrad erhöht. Somit ist zu sehen, dass die innere Reaktanz und folgerichtig die Spannungsänderung den Effekt aufweisen, sowohl die verfügbare Ausgangsleistung als auch den Betriebswirkungsgrad zu verringern.
  • Zur Veranschaulichung der zweiten Beschränkung muss man zuerst anerkennen, dass, sowie der Wert des Nennstroms erhöht wird, der Effekt eintritt, dass der relative Wert der inneren Reaktanz Xint erhöht wird, weil aufgrund des Erhöhens der Basis des Stroms die Basis der Impedanz abgenommen hat und es daher eine entsprechende Erhöhung in der prozentualen Spannungsänderung gibt. Bei der Konstruktion eines Permanentmagnetgenerators kann es sich infolgedessen herausstellen, dass der Nennstrom so gewählt werden muss, das er nicht dem höchstzulässigen Wert entspricht, der innere Temperaturen auf das höchste sichere Niveau anheben würde, sondern vielmehr einem niedrigeren Stromwert, der den relativen Wert von Xint auf ein akzeptables Niveau begrenzt, wie vorher in Bezug auf 3 diskutiert. Es wird recht häufig festgestellt, dass diese Situation bei der Konstruktion von elektrischen Hochgeschwindigeits-Generatoren auftritt, besonders bei solchen höherer Leistung (wie 100 kW und darüber), wobei aufgrund dimensioneller Skalierungseffekte der proportionale Erwärmungseffekt des Statorstroms in den Wicklungen dazu neigt, kleiner zu sein, und daher die Wicklung dazu neigt, relativ zu den Temperaturgrenzen, die durch die Isolierungseigenschaften gesetzt sind, kühler zu laufen. Alternativ kann es der Fall sein, dass das Maß der inneren Kühlung in der Konstruktion angepasst worden ist, um so zu erlauben, dass die Temperaturen auf das höchste sichere Niveau ansteigen, indem in gewissem Umfang Kühlaufwand eingespart wird, die Kühlung aber verstärkt werden könnte, wenn die Möglichkeit des Erhöhens der Leistungsabgabe dadurch bestünde. In jedem Fall ist es die Notwendigkeit, die Effekte der induktiven Reaktanz zu begrenzen, die tatsächlich dem Nennstrom der Maschine und damit der Nennleistung Grenzen auferlegt, statt der Notwendigkeit, die innere Erwärmung zu begrenzen.
  • Somit kann im Allgemeinen induktive Reaktanz die aus einem Permanentmagnetgenerator verfügbare Ausgangsleistung durch zwei Effekte beschränken: als Erstes durch Verringern der Nenn-Klemmenspannung bei Nennstrom, was sowohl Leistungsabgabe als auch Wirkungsgrad verringert; und als Zweites durch Auferlegen eines Grenzwerts für den zulässigen Strom, wobei dieser Grenzwert zu akzeptieren ist, um den relativen Wert der Reaktanz auf ein geeignetes Niveau zu beschränken. Der erste Effekt ist in jedweder Maschine stets vorhanden, die erhebliche innere induktive Reaktanz verkörpert. Der zweite Effekt kommt bei jedweder Konstruktion ins Spiel, bei der der Nennstrom nicht primär durch die Notwendigkeit zur Begrenzung innerer Erwärmung, sondern vielmehr durch die Notwendigkeit bestimmt ist, die Effekte des reaktiven Spannungsabfalls auf einem akzeptablen Niveau niedrig zu halten. Beide Effekte werden allerdings dadurch verursacht, dass die induktive Reaktanz unerwünscht hoch ist.
  • WO94/24622 schlägt ein Reihenkompensationssystem vor, wobei ein Halbleiterschalter gesteuert wird, um den Leitungsstrom in Zeiträumen mit hoher Last um die Kompensationskondensatoren herum zu überbrücken.
  • Die vorliegende Erfindung befasst sich mit Mitteln zur Verringerung oder Beseitigung der Effekte innerer induktive Reaktanz, wodurch die zulässige Ausgangsleistung der Maschine und ihr Betriebswirkungsgrad erheblich erhöht werden.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung, die in Anspruch 1 genau beschrieben ist, wird ein elektrisches Generatorsystem mit einem einen Ausgang aufweisenden elektrischen Wechselstromgenerator bereitgestellt, wobei das System durch eine Kondensatoranordnung gekennzeichnet ist, die am Ausgang des Generators vorgesehen ist und welche so eingerichtet ist, dass sie einen am Ausgang des Generators auftretenden Spannungsabfall von Leerlauf zu Volllast ausgleichen kann, wodurch es ermöglicht wird, dass ohne einen inakzeptablen Abfall der Ausgangsspannung und ohne Überschreiten zulässiger Temperaturgrenzen für die Generatorwicklung eine erhöhte Leistung aus dem Generator aufgenommen werden kann.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Generator ein Mehrphasengenerator, und in jeder Ausgangsleitung des Generators ist ein Reihenkondensator vorgesehen, dessen Betrag der kapazitiven Reaktanz so gewählt ist, dass er einen erheblichen Ausgleichseffekt gegen die innere induktive Reaktanz der Maschine aufweist. Angenommen, dass die Maschine eine innere effektive induktive Gesamtreaktanz pro Leitung gleich Xint aufweist. (Wenn die Maschine in Sternschaltung angeschlossen ist, dann ist Xint gleich dem Pro-Phasen-Wert der inneren Reaktanz, Xphase; wenn in Dreieckschaltung angeschlossen, sieht man anhand der wohlbekannten Äquivalenz von in Dreiecks- und in Sternschaltung angeschlossenen Systemen leicht, dass Xint = Xphase/3 ist.) Der Kapazitätswert pro Leitung kann so gewählt sein, das er eine Reaktanz Xcap aufweist, die dem Betrag nach näherungsweise gleich Xint bei Nenndrehzahl ist. Alternativ kann Xcap so gewählt sein, dass er kleiner als, aber ein erheblicher Bruchteil von Xint bei Nenndrehzahl ist, oder er kann (mit nötiger Vorsicht, um das Generieren zu hoher Spannungen zu vermeiden) so gewählt sein, dass er etwas größer als Xint ist. Betrachtungen, welche diese Wahl beeinflussen, werden später diskutiert.
  • Angenommen, dass der Kapazitätswert derart dimensioniert worden ist, dass er bei Nenndrehzahl im Wesentlichen ein Gegengewicht zur inneren induktiven Reaktanz bildet, dann ist die Netto-Reihenreaktanz in der Leitung, die jetzt gleich (Xint – Xcap) ist, viel kleiner als der vorherige Wert Xint. Die Maschinen-Kondensator-Kombination verhält sich, als sei sie ein einfacher Generator mit kleiner innerer Reaktanz. Somit bleibt die Spannung an den Anschlüssen der Kombination von Leerlauf zu Volllast im Wesentlichen konstant. Außerdem bleibt, wenn die Leistungsabgabe der Maschine auf mehr als ihren vorherigen Nennwert erhöht wird, die Spannung näherungsweise konstant. Es wird deutlich, dass beide vorher diskutierten Beschränkungen der Leistung aufgehoben worden sind. Es gibt einen vernachlässigbaren Verlust in der Leistungsabgabefähigkeit aufgrund dessen, dass die Klemmenspannung mit der Last abfällt, und der Strom ist nicht durch die Notwendigkeit beschränkt, den induktiven reaktiven Spannungsabfall innerhalb der Maschine auf ein akzeptables Niveau zu begrenzen. Die Verlustleistungen in den externen Kondensatoren sind sehr klein, und dementsprechend verbessert sich der Wirkungsgrad, wenn die Leistungsabgabe erhöht wird.
  • Die Attraktivität dieser Technik ist in hohem Maße den überlegenen Leistungseigenschaften moderner metallisierter Folienkondensatoren geschuldet. Diese können recht preiswert hergestellt werden und können eine einzigartig gute Kombination der folgenden Eigenschaften bieten: Kapazität pro Volumeneinheit; Rippelstromtoleranz; Spannungsfestigkeit; lange Lebensdauer; Eignung für Gehäusetemperaturen in der Größenordnung von 70°C. Die Verwendung der Kondensatoren beeinträch tigt die Lebensdauer der Anlage typischerweise nicht, und ihre Kosten können beträchtlich geringer als die zusätzlichen Kosten des alternativen Baus eines größeren Wechselstromgenerators sein, der denselben Leistungszuwachs ohne Kondensatoren bietet – womit die Kosten pro Kilowatt generierter Leistung verringert werden. Außerdem ist es einfach möglich, dass Kondensatoren konstruiert und in angemessener Zahl hergestellt werden, die innerhalb der Beschränkungen vorliegender Technologie zu jedweder spezifischen Anwendung im Hinblick auf Kapazitätswert und Strom- und Spannungs-Nennwerten passen, ohne dass man durch hohe Kosten bestraft wird.
  • Diesbezüglich ist anzumerken, dass der Spannungs-Nennwert des Kondensators durch den Strom I durch denselben und den höchsten Wert des IXint-Spannungsabfalls bestimmt ist, der infolgedessen darüber im Betrieb auftreten kann; er braucht typischerweise nur ein Bruchteil der Nenn-Phasenspannung der Maschine sein. Es sind die Grenzen der physikalischen Eigenschaften der Kondensatoren, die in der Technologie metallisierter Folien hergestellt werden können, die zu der bevorzugten Beziehung zwischen elektrischer Frequenz und Maschinenleistungs-Nennwert führen, wie weiter vorn angegeben. Besonders signifikant ist hier die Weise, in der diese Grenzen der Fertigungstechnologie bewirken, dass der Kondensatorstrom-Nennwert effektiv mit dem Kapazitätswert verknüpft wird und somit die Weise beschränken, auf die der ohmsche (nicht relative) Wert von Xint in Beziehung zum Strom bei einer bestimmten Frequenz steht.
  • Als nützliche Richtschnur stellt sich typischerweise in vielen Fällen heraus, dass der Scheinleistungs-Nennwert der gesamten, mit der Maschine verwendeten Kondensatorbank bis zu etwa dem halben Wirkleistungs-Nennwert betragen kann.
  • Durch näherungsweises Gleichsetzen der induktiven und kapazitiven Reaktanzen bei Nenndrehzahl wird offenkundig nahe der Nenndrehzahl eine Resonanzbedingung geschaffen (wobei die zwei Reaktanzwerte genau gleich sind, allerdings natürlich entgegengesetzte Vorzeichen aufweisen), und es ist natürlich zu untersuchen, ob dies irgendwelche Überspannungs- oder Überstromeffekte erzeugt, wie man sie üblicherweise bei Resonanzerscheinungen in anderen Anwendungen antrifft, die störend sein könnten. Jedoch ist dies im Gegensatz zu einer Parallelresonanz eine Reihenresonanz (weil in der bevorzugten Ausführungsform die induktiven und kapazitiven Reaktanzen in Reihe geschaltet sind), und die Betrachtung zeigt, dass in diesem Fall keine Überspannungseffekte bei Resonanzfrequenz auftreten, noch gibt es irgendeinen Überstrom, da der Strom durch die Abnahmelast kontrolliert ist, die an das komplette Generatorsystem angeschlossen ist. Außerdem werden höhere harmonische Ströme, die aus dem Generator durch nicht lineare Lasten, wie z. B. eine Gleichrichterbrücke, aufgenommen werden, unwesentlich beeinflusst, da die Impedanz auf diese Ströme durch die innere induktive Reaktanz der Maschine dominiert ist, während die kapazitive Reaktanz bei der höheren Frequenz klein ist.
  • Ein Merkmal, das in der Konstruktionsphase der Betrachtung bedarf, ist der Betrieb bei verminderter Drehzahl. Ein mäßiger Grad an Drehzahlminderung bei Nennleistung wirft im Allgemeinen kein Problem auf. Jedoch nimmt, wenn Drehzahl und Frequenz abnehmen, die kapazitive Reaktanz zu, und es ist notwendig, zu prüfen, ob der Spannungsabfall über dem Kondensator den zulässigen Wert aufgrund des ihn durchfließenden Stroms nicht überschreitet. Diesbezüglich ist die MTG-Anwendung besonders gut geeignet. Es ist gängige Praxis, den MTG-Satz mithilfe des Generators in Motor-Betriebsart zu starten, um die Welle auf eine Drehzahl zu beschleunigen, bei der die Turbine selbstunterhaltend werden kann, was typischerweise bei rund 40% der Nenndrehzahl eintritt. Als Teil der Schaltvorgänge zur Ein richtung der motorischen Betriebsart ist es zweckmäßig, die Kondensatoren aus dem Kreis herauszuschalten, wobei sie wieder hereingeschaltet werden, wenn die Betriebsart auf Generieren übergeht. Am unteren Ende des Drehzahlbereiches oberhalb dieses Übergangspunktes weist die Turbine sehr beschränkte Fähigkeit zur Stromerzeugung auf. Infolgedessen treten hohe Leitungsströme bei niedriger Drehzahl nicht auf. Typischerweise stellt man bei einem MTG-System fest, dass, wenn der Kondensator für eine Spannung gemäß dem höchsten IXcap-Spannungsabfall ausgelegt ist, der in einer definierten Betriebsbedingung oder nahe der Nenndrehzahl auftritt, dann keine andere Bedingung beim Starten oder bei sonstigen Übergangszuständen auftritt, die nach einer höheren Auslegung verlangt.
  • Der Betriebs-Leistungsfaktor der Maschinen-Kondensator-Kombination ist derselbe wie für die Maschine allein, wobei er durch die Charakteristika der angeschlossenen Last bestimmt ist. Die Phasenbeziehung zwischen Spannung und Strom an den Maschinenanschlüssen wird jedoch durch das Hinzufügen von Kondensatoren geändert, und als Resultat wird der Betrag der Maschinenspannung unter Last im Allgemeinen erhöht. Ohne Kondensatoren ergibt diese Phasenbeziehung im Allgemeinen einen Leistungsfaktor von rund 0,93 oder besser; mit den hinzugefügten Kondensatoren verbessert sich der Leistungsfaktor typischerweise. Eine detaillierte Untersuchung zeigt, dass die Spannung an den Maschinenanschlüssen bei jedweder wahrscheinlichen Betriebsbedingung typischerweise kleiner als die Nenn-Leerlaufspannung der Maschine ist.
  • Die Einbeziehung der Kondensatoren verringert die Gesamt-Reihenimpedanz in den Ausgangsleitungen des Generators auf ein sehr niedriges Niveau. Infolgedessen wird jedweder Kurzschluss an oder nahe den Anschlüssen der Maschinen-Kondensator-Kombination einen äußerst hohen Strom verursachen, der die Wicklungen sehr schnell durchbrennen lässt. Um die Maschine gegen einen derartigen äußeren Kurzschluss zu schützen, kann es zu bevorzugen sein, Sicherungen oder Schalter in ihren Ausgangsleitungen mit zweckentsprechender I2-t-Charakteristik bereitzustellen, sodass die Wärmekapazität den inneren Temperaturanstieg auf ein sicheres Niveau begrenzen kann.
  • Oft ist es ausreichend, den Kapazitätswert so zu dimensionieren, dass die kapazitive Reaktanz die meiste, aber nicht sämtliche induktive Reaktanz kompensiert, und die Spannungsänderung an den Ausgangsanschlüssen wird auf wenige Prozent verringert. Durch Verringern der Kapazität und somit Erhöhen der Reaktanz kann natürlich eine näherungsweise ebene Spannungscharakteristik erlangt werden. Im Allgemeinen hat es sich als perfekt zulässig herausgestellt, die Kapazität noch weiter zu verringern, sodass es einen mäßigen Grad des Anstiegs der Spannung an den Generator/Kondensator-Ausgangsanschlüssen gibt. Dieser kann benutzt werden, um den Abfall der Spannung bei Last auszugleichen, der typischerweise über einer nachfolgenden Gleichrichterstufe auftritt, sodass die endgültige Ausgangsgleichspannung unabhängig von der Last im Wesentlichen konstant ist. Somit kann es möglich sein, die Kosten und zusätzlichen Verluste zu vermeiden, die mit einem weiteren Gleichstromumrichter einhergehen, der anderenfalls typischerweise benötigt werden würde, um eine geregelte, konstante Gleichspannung aufrechtzuerhalten. Jedoch ist es beispielsweise im MTG-Fall üblich, auf etwas Drehzahländerung bei Last auszulegen, um so den Wirkungsgrad der Turbine unter Teillast zu optimieren. In jenem Fall ist die Bereitstellung eines konstanten Gleichspannungspegels für alle Betriebsbedingungen einfach durch geeignetes Dimensionieren der Kapazität natürlich nicht möglich.
  • Bevorzugte Merkmale des Generatorsystems gemäß der vorliegenden Erfindung sind in den folgenden Absätzen dargelegt.
  • Gemäß diesen bevorzugten Merkmalen weist ein elektrischer Permanentmagnet-Wechselstromgenerator Kondensatoren auf, die in einer oder mehreren der Ausgangsleitungen des Generators in Reihe geschaltet sind, wobei der Wert der Kapazität so gewählt ist, dass der Spannungsabfall von Leerlauf zu Volllast, der an den Anschlüssen der Maschine ohne die Wirkung der Kondensatoren auftreten würde, in Bezug auf die Spannung, die an den Ausgangsanschlüssen der Kondensatoren auftritt, im Wesentlichen ausgeglichen wird, womit es ermöglicht wird, dass ohne einen inakzeptablen Abfall der Ausgangsspannung und ohne Überschreiten zulässiger Temperaturgrenzen für die Maschinenwicklung eine erhöhte Leistung aus der Maschinen-Kondensator-Kombination aufgenommen werden kann.
  • Der elektrische Permanentmagnet-Wechselstromgenerator kann ein Mehrphasenwechselstromgenerator sein, wobei die Kondensatoren in jeder der Mehrphasenausgangsleitungen in Reihe geschaltet sind.
  • Vorteilhafterweise arbeitet der elektrische Generator bei einer ziemlich hohen Frequenz, sodass die Kombination aus erforderlichem Kapazitätswert und erforderlichem Spannungs-Nennwert und Strom-Nennwert des Kondensators eine gute Übereinstimmung mit dem bilden, was naturgemäß bei metallisierten Folien- oder anderen Kondensatortechnologien für hohe Ausgangsleitung verfügbar ist, womit ermöglicht wird, dass die Kosten der Kondensatoren pro kW erhöhter Leistungsabgabe vorteilhafterweise geringer als die beim Generator aufgrund der bei gegebenem Leistungs-Nennwert geringeren Größe eingesparten Kosten pro kW sind.
  • Beispielsweise kann der Generator in einem Mikroturbogeneratorsystem entweder direkt oder über ein Getriebe durch die Turbine angetrieben werden.
  • In der bevorzugten Ausführungsform ist die Maschinen-Kondensator-Kombination mit einer Gleichrichterbrücke verbun den, und der Kapazitätswert ist so gewählt, dass sich die Ausgangsgleichspannung von der Gleichrichterbrücke näherungsweise in einer gewünschten Art und Weise bei Änderung der Last ändert. Beispielsweise kann der Kapazitätswert so gewählt sein, dass die Ausgangsgleichspannung von der Gleichrichterbrücke unabhängig von der Last im Wesentlichen konstant ist.
  • Ein möglicher Vorteil der Verwendung eines derartigen Kondensators ist, dass es ermöglicht wird, dass für den gegebenen Leistungs-Nennwert eine kleinere elektrische Maschine in einen kleineren leeren Raum eingebaut wird, als es ohne die Verwendung der Kondensatoren möglich oder zweckmäßig wäre.
  • Somit stellt die Erfindung mindestens in ihrer unten beschriebenen bevorzugten Form eine Anordnung zur Erlangung größerer Leistung aus einem Permanentmagnetgenerator bei verbessertem Wirkungsgrad und in vielen Fällen niedrigeren Kosten pro generiertem Kilowatt durch Schalten von Kondensatoren in Reihe mit den Mehrphasenausgangsleitungen des Generators bereit. Den größten Vorteil zeigt die Anordnung, aber ohne im Prinzip darauf beschränkt zu sein, bei Generatoren, die ihre Ausgangsleistung bei recht hoher Frequenz erzeugen, dadurch definiert, dass die Beziehung f (in Kilohertz) multipliziert mit der Nennleistung (in Kilowatt) nahezu gleich oder größer als 100 ist.
  • Infolgedessen ist eine besonders wichtige Anwendung der Erfindung die bei Mikroturbogeneratoren, bei denen die Leistungsabgabe üblicherweise um mindestens 15% und recht oft um bis zu 35% oder sogar mehr erhöht werden kann. Der Wert der Kapazität muss zweckentsprechend gewählt werden, um so die nachteiligen Effekte innerer induktiver Reaktanz im Wesentlichen auszugleichen, und die Leistungsabgabe wird infolgedessen aufgrund zweier verschiedener Effekte erhöht. Erstens zeigt die Spannung an den Anschlüssen der Maschinen-Kondensator-Kombination wenig oder keinen Spannungsabfall von Leerlauf zu Volllast, was von der Aktivität der Maschine allein abweicht, bei der erheblicher Spannungsabfall auftritt. Die Leistungsabgabe der Kombination ist bei demselben Generatorstrom-Betrag entsprechend größer. Zweitens ist es nicht mehr erforderlich, den Wert des Nennstroms zu beschränken, um den oben erwähnten Spannungsabfall auf einem akzeptablen Niveau zu halten. Wenn daher früher diese Beschränkung verursachte, dass die Maschine mit einem Strombetrag als Nennwert versehen wurde, der kleiner als jener war, der aus Gründen des inneren Temperaturanstiegs allein toleriert werden könnte, wird es nunmehr möglich, den Nennwert des Stroms heraufzusetzen und so die Leistungsabgabe weiter zu erhöhen.
  • Die Erfindung wird jetzt nur anhand eines Beispiels und unter Bezug auf die zugehörigen Zeichnungen beschrieben, wobei
  • 1 bis 3 ein herkömmliches MTG-System zeigen, wie oben diskutiert;
  • 4 ein Schaltbild ist, das eine Modifikation des Systems nach 1 zeigt, wobei der Generator als in Sternschaltung angeschlossener Generator mit in Reihe geschalteten Kondensatoren gebildet ist;
  • 5 ein Zeigerdiagramm für den Generator nach 4 einschließlich der in Reihe angeschlossenen Kondensatoren ist und
  • 6 ein Zeigerdiagramm für den Generator nach 1 ohne die in Reihe angeschlossenen Kondensatoren ist.
  • Zuerst Bezug nehmend auf 2 zeigt diese einen Querschnitt eines elektrischen Generators mit 84 kW Nenn-Ausgangsleistung bei 80.000/min zur Verwendung in einem MTG-System, wie in 1 gezeigt. Die Proportionen und Spezifikationen der verschiedenen Teile sind für den vorliegenden Zweck des Demonstrierens der Wirkung der Erfindung ausreichend, obgleich sie nicht optimiert sind und die beschriebenen Leistungseigenschaften nicht die beste Umsetzung für die spe zifische Anwendung repräsentieren. Eine Statorblechung (1) ist mit 24 Schlitzen (2) versehen, in die eine 3-phasige, 4-polige Wicklung (nicht gezeigt) eingesetzt ist. Eine vorgespannte zylindrische Hülse (3), die aus Inconel oder Kohlefaser hergestellt sein kann, hält vier Seltenerd-Permanentmagnetrotor-Pole (5), die mit einer inneren Stahlnabe (6) verklebt sind. Lücken zwischen den Magneten unter der Hülse enthalten Epoxidfüllstoff (7). Zwischen dem stationären Stator und der rotierenden Hülse gibt es einen radialen Luftspalt (4). Der Stator wird durch einen dicht sitzenden Wassermantel (nicht gezeigt) gekühlt, der den Außendurchmesser der Blechung umgibt. Luftkühlung kann erforderlichenfalls axial entlang des Luftspalts erfolgen, um vornehmlich die Betriebstemperatur des Rotors zu steuern.
  • Die Haupt-Konstruktionsdetails (alle Maße in mm) sind wie folgt: Außendurchmesser der Statorblechung = 105,0; Durchmesser über Schlitzböden = 80,0; Durchmesser der Statorbohrung = 60,6; Durchmesser über Hülse = 59,6; Durchmesser über Magnete = 51,3; Breite der quadratischen Nabe = 34,5; Breite des Zahn-Hauptteils = 4,2; Schlitzöffnung = 2,2; axiale Länge (nicht gezeigt) von Blechpaket und Magneten = 125,0.
  • Die Statorwicklung weist Folgendes auf: 24 Spulen in 2-schichtiger Form; wobei die Spulen einer Phase verbunden sind, um zwei parallele Bahnen zu bilden; jede Spule mit 3 Reihenschlusswindungen gewickelt ist; der Statorleiter = 19 Adern Lackdraht nach 25 AWG (American Wire Gauge) ist. Die Isolierungs-Spezifikation gestattet eine maximale Wicklungstemperatur von 180°C. Kühlmittel-Einlasstemperatur = 50°C.
  • Ein Fachmann in der Konstruktion elektrischer Maschinen kann Folgendes verifizieren: Die Maschine generiert 298 V effektiv/Phase im Leerlauf; Gesamtinduktivität in der d-Achse = 57,8 μH/Phase, was eine Reaktanz = 0,968 Ω/Phase bei einer elektrischen Frequenz = 2,67 kHz ergibt; bei Abgabe von 84 kW Ausgangsleistung an eine ungeregelte 3-Phasen-Gleichrichterbrücke fällt die Klemmenspannung auf 260 V effektiv/Phase, Strom = 117 A/Leitung effektiv; Basis der relativen Impedanz = 2,23 Ω; relative d-Achsen-Reaktanz = 0,434 pu; Spannungsänderung = 13,5%; Wirkungsgrad = 97,8%; bei 0,1 l/s Wasserstrom und angemessener Luftzufuhr zum Luftspalt ist die Maximaltemperatur in der Wicklung = 155°C.
  • Diese Maschine repräsentiert daher ein Beispiel in Richtung der Seite hoher Änderung des weiter oben vorgeschlagenen empfohlenen Bereichs, wobei sie eine Reaktanz von 0,434 pu (nahe dem empfohlenen Grenzwert von 0,45 pu) und entsprechend eine Änderung von 13,5% (nahe dem empfohlenen Grenzwert von 14%) aufweist. Offenkundig wäre es bei dieser Maschine nicht empfohlen (oder in der Tat möglich), den Leistungs-Nennwert wesentlich zu erhöhen. Jedoch ist zu beachten, dass die Wicklungstemperatur erheblich niedriger als das Maximum von 180°C ist, das laut Isolierungs-Spezifikation tatsächlich zulässig ist. Dies ist daher eine Maschine, die unter beiden weiter oben beschriebenen Effekten leidet: Der Spannungsabfall bei Volllast verringert die verfügbare Leistung wesentlich, und der Strom kann nicht weiter erhöht werden, um Vorteil aus der zulässigen Maximaltemperatur zu ziehen, weil er den Betriebspunkt zu nahe an die absolute Leistungsgrenze bringt, die (für einen geringfügig niedrigeren Wert der relativen Reaktanz) durch die Kurve nach 3 abgebildet ist.
  • Gemäß der Erfindung können nun Kondensatoren eingeführt werden, wie in 4 gezeigt. Die allgemeine, in 4 gezeigte Anordnung stellt den Generator (G) und die Gleichrichterstufe (R) nach 1 dar, wobei beispielsweise ein in Sternschaltung angeschlossener Generator angenommen wird, und zeigt hinzugefügte Reihenkondensatoren (Ca).
  • Im Beispiel nach 4 ist der Kapazitätswert gleich 80 μF/Leitung, die Nennspannung max. 150 V effektiv, der Rip pelstrom = 150 A effektiv max., die zulässige Gehäusetemperatur = 70°C, die Lebensdauer mindestens gleich 100.000 Stunden bei Voll-Nennbedingungen und beträchtlich mehr bei kühlerem Lauf. Es wird nun die Wahl getroffen, die Leistungsabgabe der Maschine um 25% auf 105 kW zu erhöhen. Wiederum kann ein Fachmann in der Konstruktion elektrischer Maschinen Folgendes verifizieren: Leerlaufspannung und Induktivität in μH/Phase unverändert; bei Abgabe von 105 kW Ausgangsleistung an eine ungeregelte 3-Phasen-Gleichrichterbrücke fällt die Klemmenspannung der Maschinen-Kondensator-Kombination auf 294 V/Phase; Strom = 129 A/Leitung; Spannungsänderung = 1,4%; Wirkungsgrad = 97,9%; Maximaltemperatur in der Wicklung = 173°C.
  • Diese Anordnung erzeugt aus derselben Maschine jetzt 25% mehr Leistung. Die Spannungsänderung ist nahezu vernachlässigbar, der Wirkungsgrad hat sich leicht verbessert, und die Wicklungstemperatur liegt noch bequem innerhalb der Spezifikation. Bei anderen Beispielen ist es möglich, eine sogar noch größere prozentuale Erhöhung der Ausgangsleistung, eine merklichere Verbesserung des Wirkungsgrades und allgemein geringere Temperaturanstiege zu demonstrieren, als für diesen Fall kennzeichnend sind.
  • Das Zeigerdiagramm in 5 bildet diese Betriebsbedingung für die grundlegenden sinusförmigen Komponenten von Spannung und Strom ab. (Kleinere offensichtliche Abweichungen bei den angegebenen Zahlen und zwischen Zahlen und Diagramm sind durch Effekte zweiter Ordnung bedingt, die durch Spannungs- und Strom-Harmonische und Salienz eingeführt werden.) Die Größen Vcap und Vind sind die Spannungen, die über dem Kondensator bzw. über der inneren Maschineninduktivität abfallen, Vterm ist die Ausgangsanschlussspannung der Maschinen-Kondensator-Kombination, Vmc ist die Spannung an den Anschlüssen der Maschine und Vnl ist der bestimmte Wert von Vmc bei Leerlauf. Die Zeiger-Beziehungen lauten: Vind = j I Xint; Vcap = –j I Xcap; Vterm = Vnl – (Vind + Vcap); Vmc = Vnl – j I Xint. Es wird deutlich, dass die Ausgangsspannung dem Betrag nach der Leerlaufspannung ähnlich ist, wenn die Kondensatoren vorhanden sind, wobei eine nahezu vernachlässigbare Verringerung (geringe Spannungsänderung) gezeigt wird. Auch ist zu sehen, dass die Spannung an den Maschinenanschlüssen dem Betrag nach der Leerlaufspannung ähnlich ist, wobei sich wieder eine kleine Verringerung zeigt, und dass der Phasenwinkel zwischen Vmc und I klein ist, was einen inneren Leistungsfaktor (gleich dem Cosinus dieses Winkels unter Vernachlässigung kleinerer harmonischer Effekte in den Strom- und Spannungswellenformen) ergibt, der nahe bei eins liegt.
  • 6 zeigt die Situation, wenn die Kondensatoren entfernt worden sind und versucht wird, dennoch mit 105 kW zu arbeiten. Vmc (die nun dieselbe wie Vterm ist) ist mit 228 V stark verringert (große Änderung). Der Strom I nimmt auf den inakzeptabel hohen Wert von 166 A zu, der die Maschine zügig überhitzen wird, und Vind nimmt entsprechend zu. Ein weiterer wichtiger Punkt, der nicht unmittelbar aus der Betrachtung des Diagramms ersichtlich wird, ist der, dass diese Betriebsbedingung jetzt unerwünscht dicht am absoluten Grenzwert der Leistungsabgabe liegt.
  • Die folgende Diskussion macht deutlich, warum ein Wert der Frequenz zu bevorzugen ist, der zweckentsprechend auf den Leistungs-Nennwert bezogen ist. Wenn die Leistungs-, Spannungs- und Stromdaten wie oben spezifiziert, aber auf eine 4-polige Maschine bezogen wären, die der Diskussion halber mit nur einem Zehntel der Drehzahl = 8.000/min läuft, würde offensichtlich 10-mal so viel Kapazität benötigt. Dies könnte erreicht werden, indem man 10 Einheiten desselben Kondensators wie vorher parallel nimmt, was 10-mal so viel kosten und das 10-fache der Strombelastbarkeit bieten würde – was in diesem Beispiel nicht verlangt ist. Strombelastbarkeit wird verschwendet, und die Kosten der Kondensatoren pro kW Leistungs-Nennwert werden daher mit 10 multipliziert, und dies würde wahrscheinlich die Kosteneinsparungen überschreiten, die durch die verringerte Größe der Maschine bei der gegebenen Leistung erzielt wird. Alternativ könnte die erhöhte Kapazität in einer einzigen größeren Einheit erreicht werden, die zum 10-fachen Volumen und wiederum 10-fachen Preis tendieren würde, aber wegen Anschlussschwierigkeiten keine so große Erhöhung des Strom-Nennwerts böte. Derartige Betrachtungen führen zu der allgemeinen Schlussfolgerung, dass für den größten Vorteil die Frequenz ausreichend hoch sein muss, sodass die Kombination von Kapazitäts-, Spannungs- und Strom-Nennwerten dazu tendiert, gut mit dem natürlichen Optimum dessen übereinzustimmen, was mit der Technologie metallisierter Folienkondensatoren bei den gegebenen Nennwerten erreicht werden kann. Diesbezüglich tendieren MTG-Einheiten dazu, ein Beispiel einer besonders guten Übereinstimmung zu sein, und die Kosteneinsparungen, die durch Anwenden der Erfindung in dieser Ausführungsform erzielt werden, sind sehr erheblich.
  • Jedoch muss jeder Fall beurteilt werden. Die obige Ausführungsform ist anhand eines Beispiels beschrieben worden und lediglich als bevorzugt und veranschaulichend für die beschriebenen erfinderischen Konzepte anzusehen. Der Umfang der Erfindung ist nicht auf die Ausführungsform zu beschränken. Verschiedene und andere Anordnungen können durch den Fachmann erdacht werden, ohne den Geist und Umfang dieser Erfindung zu verlassen.
  • Beispielsweise betrifft die obige Beschreibung eine Ausführungsform, die eine Reihenschaltung für die Kondensatoren beinhaltet, eine alternative Möglichkeit ist es aber, Kondensatoren über den Maschinenanschlüssen parallel zur äußeren Last anzuschließen. Dies kann eine Verbesserung bei der Span nungsänderung und der Ausgangsleistungsfähigheit in einer Art und Weise erreichen, die im Prinzip der Wirkung von Reihenkondensatoren ähnlich ist. Jedoch gibt es Merkmale der Parallelschaltung die in einer praktischen Ausführungsform weniger wünschenswert sein können. Insbesondere gilt: Es tritt eine erhebliche Erhöhung der Klemmenspannung der Maschinen-Kondensator-Kombination bei Leerlauf auf (wohingegen Reihenkapazität unter dieser Bedingung keinen Effekt aufweist), und es kann erforderlich sein, die Maschine umzukonstruieren, um diese Spannung auf eine wünschenswerte Höhe herunterzubringen; die Wirksamkeit der hinzugefügten Kondensatoren tendiert grundsätzlich dazu, mit Erhöhung der Last abzunehmen, weil der Betrag des Kondensatorstroms, der durch die Maschine aufgenommen wird, relative zum Betrag des Abnahmelaststroms kleiner wird (wohingegen die Wirksamkeit von Reihenkondensatoren bis zu hohen Lastniveaus gut aufrechterhalten wird, wie diskutiert wurde); typischerweise kann festgestellt werden, dass die kombinierten Spannungs-/Strom-/Frequenzanforderungen für Parallelkondensatoren, verglichen mit den Anforderungen für Reihenkondensatoren, nicht so gut zu dem passen, was innerhalb der Grenzen der Fertigungstechnologie verfügbar ist. Jedoch kann es bei einigen Systemspezifikationen gleichwohl möglich sein, dass die Parallelkonfiguration zu bevorzugen ist.

Claims (9)

  1. Ein elektrisches Generatorsystem mit einem einen Ausgang aufweisenden elektrischen Wechselstromgenerator, wobei das System eine Kondensatoranordnung aufweist, die am Ausgang des Generators vorgesehen ist und welche so eingerichtet ist, dass sie einen am Ausgang des Generators auftretenden Spannungsabfall von Leerlauf zu Volllast ausgleichen kann, wodurch es ermöglicht wird, dass ohne einen inakzeptablen Abfall der Ausgangsspannung und ohne Überschreiten zulässiger Temperaturgrenzen für die Generatorwicklung eine erhöhte Leistung aus dem Generator aufgenommen werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass der Generator ein Permanentmagnetgenerator (6) mit einer Mehrzahl von Anschlüssen und zugehörigen Ausgangsleitungen ist, und dass die Kondensatoranordnung einen entsprechenden Kondensator (Ca) aufweist, der in einer oder mehreren der Ausgangsleitungen in Reihe geschaltet ist, wobei der Kapazitätswert so gewählt ist, dass ein an dem zugehörigen Generatoranschluss auftretender Spannungsabfall von Leerlauf zu Volllast an einem Ausgangsanschluss des Kondensators im wesentlichen ausgeglichen ist.
  2. Ein System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Generator ein Mehrphasenwechselstromgenerator ist, und dass ein entsprechender Kondensator in jeder der Mehrphasenausgangsleitungen in Reihe geschaltet ist.
  3. Ein System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Generator ein Hochfrequenzgenerator ist, bei dem das Produkt aus Frequenz in Kilohertz und Nennleistung in Kilowatt nahe bei oder über 100 liegt.
  4. Ein System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welches ein Mikroturbogeneratorsystem ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Generator entweder direkt oder über ein Getriebe von der Turbine (T) angetrieben wird.
  5. Ein System nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kondensatoranordnung mit einer Gleichrichterbrücke (R) verbunden ist und dass der Kapazitätswert und/oder die Anordnung des oder jedes Kondensators so gewählt ist, dass gesteuert wird, dass sich eine Ausgangsgleichspannung von der Gleichrichterbrücke bei Änderung der Last in einer vorgegebenen Weise ändert.
  6. Ein System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangsgleichspannung von der Gleichrichterbrücke unabhängig von der Last im Wesentlichen konstant ist.
  7. Ein System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kondensatoranordnung wenigstens einen metallisierten Folienkondensator aufweist.
  8. Ein System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorgesehen sind, um bei einer Geschwindigkeit im Geschwindigkeitsbereich von Stillstand zu Höchstgeschwindigkeit den Anschluss der Kondensatoranordnung in dem System herzustellen bzw. zu unterbrechen.
  9. Ein System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Sicherungsanordnung am Ausgang des Generators vorgesehen ist, um den Stromfluss in Anschlüssen des Generators zu begrenzen.
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