Asynchronmaschine mit Kondensatoren. Die Erfindung bezieht sich auf die An ordnung von Kondensatoren an einer Asyn chronmaschine zur Erzeugung des Magneti sierungsstromes und insbesondere auf eine bereits bekannte Ausbildung derartiger Ma schinen, die darin besteht, dass der Konden sator mit der Sekundärwicklung eines Trans formators zusammenarbeitet, dessen Primär wicklung an der Betriebsspannung liegt.
Die Erfindung besteht darin, dass als Pri märwicklung dieses Transformators unmittel bar die Arbeitswicklung der Maschine ver wendet wird, und die Sekundärwicklung eben falls in den Nuten der Maschine unterge bracht wird. Diese Anordnung hat den Vor teil, dass ein besonderer Transformator er spart wird.
In den Fig. 1 und 2 sind zunächst ein mal die bekannten Anordnungen bei Asyn chronmaschinen dargestellt, während die Fig. 3-7 Ausführungsbeispiele der Erfin dung und Einzelheiten hierzu zeigen. In der Fig. 3 ist schematisch eine einphasige Ma schine gezeigt und in der Fig. 4 die Schal tungsweise einer dreiphasigen Maschine dar- gestellt. Fig. 5 zeigt eine Maschine in ihrem äussern Aufbau. Die Fig. 6 und 7 zeigen Einzelheiten.
In der Fig. 1 ist C ein Kondensator. L1 ist eine Induktivität. En ist die der Induktivi tät L1 zugeführte Spannung. Ib ist der nach eilende Magnetisierungsstrom. Ic ist der vor eilende Ladestrom der Kapazität C. Man kann bei einer Schaltung nach Fig. 1 die Ströme Ib und Ic gleich gross bemessen und dadurch erreichen, dass der Magnetisierungs strom für die Induktivität L1 von dem Kon densator C gedeckt wird.
Diese bekannte Schaltung nach Fig. 1 hat den Nachteil, dass die Kondensatorspan nung ebensogross sein muss, wie die Netz spannung En, so dass der Kondensator zum Beispiel bei niedrigen Klemmspannungen sehr gross bemessen sein muss. Die Schaltung hat weiterhin den Nachteil, dass die höheren Har monischen der Netzspannungswelle infolge des Kondensators höhere harmonische Strom wellen erheblicher Grösse verursachen können.
Man kann diese Nachteile beheben durch die bekannte Schaltung nach Fig. 2. In die- ser Figur ist T ein Transformator. D sind Drosselspulen, C ist wieder die Kapazität, L1 ist wieder die Induktivität und En die Netzspannung. Der Transformator T formt die Netzspannung En auf den für die Kapazi tät C geeigneten Wert um, während die Drosselspule D die Oberwellen des Netz stromes unterdrücken kann. Die Schaltung nach Fig. 2 wird durch diese Nebenapparate der Maschine, den Transformator und die Drosselspule, in der Anschaffung teuer und im Betrieb empfindlich, sobald es erforder lich ist, jede Induktivität, zum Beispiel jeden Asynchronmotor eines Netzes, getrennt für sich mit dem notwendigen Magnetisierungs strom zu versorgen.
In der Fig. 3 ist in einem Schaltungs schema beispielsweise gezeigt, wie gemäss der Erfindung der besondere Transformator T und die Drosselspule D überflüssig gemacht sind. Das dort dargestellte Schaltungsschema be zieht sich ebenso wie die in den Fig. 1 und 2 dargestellten auf einen Einphasenmotor. Die primäre Einphasenwicklung im Ständer des Motors ist in zwei Teile LI und LII unter teilt. Diese beiden Teile sind in den Nuten der Maschine angeordnet, also magnetisch verkettet. Die Netzspannung En ist an den Teil LI gelegt, während die Kapazität C durch Hintereinanderschaltung beider Teile LI und LII an die erhöhte Spannung Eo angeschlos sen ist. Unterhalb der Ständerwicklung LI ist der Kurzschlussläufer K der Maschine schematisch dargestellt.
Das vorliegende Beispiel setzt voraus, dass die Netzspannung En für den Betrieb einer Kondensatorbatterie zu niedrig ist. Es kann naturgemäss auch der Fall eintreten, dass die Netzspannung höher ist als die für den Kon densator geeignete Spannung. Dann wird man naturgemäss die Anschlüsse für das Netz und den Kondensator miteinander austauschen.
In der Fig. 4 ist das Schaltungsschema für einen Dreiphasenmotor gezeigt. K be deutet wieder einen Kurzschlussläufer mit Käfigwicklung. Für die drei Maschinenpha sen LI ist Sternschaltung, für die Konden satoren C ist Dreieckschaltung vorgesehen. Naturgemäss, kann der Erfindungsgedanke auch an irgend einer andern Schaltung ver wirklicht werden.
Zweckmässig werden die Kondensatoren mit den Maschinenwicklungen fest verbun den, so dass stets Kapazitäten und Induktivi- täten gleichzeitig geschaltet werden. Die den Kondensatoren vorgeschalteten Wick lungsteile wirken dann nämlich als Schutz drosselspulen.
Es hat sich herausgestellt, dass die be sonders nahehegende Massnahme, die Arbeits wicklung und die an die Kondensatoren an geschlossene Wicklung in den gleichen Nuten unterzubringen, nicht immer brauchbar ist. Dabei wird nämlich die Kopplung zwischen den beiden Wicklungen sehr eng, so dass unter Umständen der Einschaltstromstoss eine unzulässige Höhe erreichen kann. Man kann den Einschaltstromstoss begrenzen, wenn man die Streuung des aus den beiden Wicklungen gebildeten Transformators erhöht. Dadurch wird die Kopplung der Arbeitswicklung mit der an die Kondensatoren angeschlossenen Wicklung loser und die Drosselwirkung der Arbeitswicklung entsprechend höher. Um die Streuung zu vergrössern, bringt man die Ar beitswicklung und die an die Kondensatoren angeschlossene Wicklung in getrennten Nu ten unter.
Inwiefern dadurch die Streuung erhöht wird, ist an den Fig. 6 und 7 gezeigt. In der Fig. 6 liegen Arbeitswicklung LI und Transformatorwicklung LII in derselben Nute. Dabei muss der Streufluss, dessen Verlauf durch gestrichelte Linien dargestellt ist, einen Luftweg von mindestens zwei Nutenbreiten durchsetzen. In der Fig. 7 liegen die Ar beitswicklung und die Sekundärwicklung in getrennten Nuten. Der Streufluss braucht dabei nur einen Schlitz zu durchsetzen, so dass die Streuung sehr viel grösser wird, als bei der Anordnung der beiden Wicklungen in gemeinsamen Nuten.
Man kann die Streuung auch dadurch vergrössern, dass man eine der beiden Wick lungen im Stator und eine im Rotor anord- net, also zum Beispiel den Rotor an das Netz anschliesst und die Sekundärwicklung im Stator belässt. Zwischen der im Rotor liegenden Primärwicklung und der Sekundär-. wicklung im Stator entwickelt sich dann ein Streukraftfluss. Diese Anordnung ist beson ders wertvoll für grosse, verhältnismässig lang sam laufende Drehstrommaschinen, bei denen nur drei Nuten je Phase zur Verfügung stehen, so dass die Unterbringung der Wick lungen in getrennten Nuten desselben Motor teiles untunlich ist.
Es ist bekannt, dass die Kühlung tech nischer Kondensatoren meist erhebliche Schwie rigkeiten macht, und dass auch die Verwen dung eines Ölbades diese Schwierigkeiten vielfach noch nicht völlig beseitigt. Um nun eine möglichst brauchbare und ausreichende Kühlung für die Kondensatoren zu schaffen, empfiehlt es sich, die Kondensatoren fest mit der Maschine zu vereinigen und den Kühl luftstrom der Maschine zur Kühlung der Kon densatoren heranzuziehen. Da die in den Kondensatoren auftretenden Verluste gegen über den Verlusten in der Maschine stets sehr gering sind, lässt sich die Kühlung der Kondensatoren leicht auf diesem Wege durch führen, ohne die Kühlungsverhältnisse der Maschine zu beeinträchtigen. In der Fig. 5 ist schematisch eine solche Kühlluftführung dargestellt.
Der dort gezeichnete Motor ist ein sogenannter Durchzugmotor, das heisst eine Maschine, bei welcher von einem auf der Welle sitzenden Ventilator die Kühlluft durch die Öffnungen a des einen Lagerschil des angesaugt und die heisse Luft durch ent sprechende Öffnungen b des andern Lager schildes ausgestossen wird.
Seitwärts am Statorgehäuse befindet sich ein mit dem Innern in Verbindung stehender Anguss G. In diesem ist ein Blechbehälter B befestigt, der seinerseits die in Öl getauchten Kondensatorelemente E enthält. Durch einen aus gelochtem Blech hergestellten Deckel F tritt infolge des im Maschinengehäuse herr schenden Unterdruckes ein zweiter Frisch luftstrom in dieses ein, der den Blechbehäl ter B kühlt. Der Behälter mit den Kondensatoren kann natürlich ebensogut auch an einer andern Stelle an der Maschine, zum Beispiel im Unterteil angeordnet sein. Wesentlich ist bei der Kühlung aber, dass der Kondensator mit Frischluft gekühlt wird, die noch nicht zur Kühlung von andern Maschinenteilen herangezogen worden ist.
Asynchronous machine with capacitors. The invention relates to the arrangement of capacitors on an asynchronous machine for generating the Magneti sierungsstromes and in particular to an already known design of such Ma machines, which consists in that the capacitor cooperates with the secondary winding of a transformer whose primary winding on the operating voltage.
The invention consists in that the working winding of the machine is used as the primary winding of this transformer directly, and the secondary winding is also placed in the slots of the machine. This arrangement has the advantage that it saves a special transformer.
1 and 2, the known arrangements in Asyn chronmaschinen are first shown once, while Figs. 3-7 embodiments of the inven tion and details show this. A single-phase machine is shown schematically in FIG. 3 and the circuitry of a three-phase machine is shown in FIG. Fig. 5 shows a machine in its external structure. Figures 6 and 7 show details.
In Fig. 1, C is a capacitor. L1 is an inductor. En is the voltage fed to the inductance L1. Ib is the lagging magnetizing current. Ic is the leading charging current of the capacitance C. In a circuit according to FIG.
This known circuit according to FIG. 1 has the disadvantage that the capacitor voltage must be just as large as the mains voltage En, so that the capacitor has to be dimensioned very large, for example at low terminal voltages. The circuit also has the disadvantage that the higher harmonics of the mains voltage wave as a result of the capacitor can cause higher harmonic current waves of considerable size.
These disadvantages can be remedied by the known circuit according to FIG. 2. In this figure, T is a transformer. D are inductors, C is again the capacitance, L1 is again the inductance and En is the line voltage. The transformer T converts the mains voltage En to the value suitable for the capacity C, while the inductor D can suppress the harmonics of the mains current. The circuit of Fig. 2 is through this auxiliary equipment of the machine, the transformer and the choke coil, expensive to purchase and sensitive in operation, as soon as it is required Lich, each inductance, for example each asynchronous motor of a network, separately with the necessary To supply magnetizing current.
In Fig. 3 is shown in a circuit diagram, for example, how according to the invention, the special transformer T and the inductor D are made superfluous. The circuit diagram shown there be drawn just like that shown in FIGS. 1 and 2 on a single-phase motor. The primary single-phase winding in the stator of the motor is divided into two parts LI and LII. These two parts are arranged in the grooves of the machine, i.e. magnetically linked. The mains voltage En is applied to the part LI, while the capacitance C is connected to the increased voltage Eo by connecting the two parts LI and LII in series. The squirrel-cage rotor K of the machine is shown schematically below the stator winding LI.
The present example assumes that the mains voltage En is too low for the operation of a capacitor bank. Of course, it can also happen that the mains voltage is higher than the voltage suitable for the capacitor. Then you will naturally exchange the connections for the network and the capacitor with each other.
4 shows the circuit diagram for a three-phase motor. K be again a squirrel cage rotor. A star connection is provided for the three machine phases LI, and a delta connection is provided for the capacitors C. Naturally, the idea of the invention can also be implemented on any other circuit.
The capacitors are expediently firmly connected to the machine windings so that capacitances and inductances are always switched simultaneously. The winding parts upstream of the capacitors then act as protective inductors.
It has been found that the particularly obvious measure of accommodating the working winding and the winding connected to the capacitors in the same slots is not always useful. This is because the coupling between the two windings becomes very close so that the inrush current surge can reach an impermissible level under certain circumstances. The inrush current can be limited by increasing the spread of the transformer made up of the two windings. As a result, the coupling of the working winding with the winding connected to the capacitors becomes looser and the choke effect of the working winding is correspondingly higher. In order to increase the spread, the working winding and the winding connected to the capacitors are placed in separate grooves.
The extent to which this increases the scatter is shown in FIGS. 6 and 7. In FIG. 6, the working winding LI and the transformer winding LII are in the same slot. The leakage flux, the course of which is shown by dashed lines, must penetrate an air path of at least two groove widths. In Fig. 7, the work winding and the secondary winding are in separate slots. The leakage flux only needs to penetrate one slot, so that the spread is much greater than when the two windings are arranged in common slots.
The spread can also be increased by arranging one of the two windings in the stator and one in the rotor, for example connecting the rotor to the network and leaving the secondary winding in the stator. Between the primary winding located in the rotor and the secondary. Winding in the stator then a stray force flux develops. This arrangement is particularly valuable for large, relatively slow running three-phase machines in which only three slots per phase are available, so that the accommodation of the windings in separate slots of the same motor part is impractical.
It is known that the cooling of technical capacitors usually causes considerable difficulties, and that even the use of an oil bath often does not completely eliminate these difficulties. In order to create the most useful and adequate cooling possible for the capacitors, it is advisable to unite the capacitors firmly with the machine and to use the cooling air flow from the machine to cool the capacitors. Since the losses occurring in the capacitors are always very low compared to the losses in the machine, the cooling of the capacitors can easily be carried out in this way without impairing the cooling conditions of the machine. Such a cooling air duct is shown schematically in FIG. 5.
The motor shown there is a so-called pull-through motor, i.e. a machine in which the cooling air is sucked in through the openings a of one of the bearing shields by a fan sitting on the shaft and the hot air is ejected through corresponding openings b of the other bearing shield.
On the side of the stator housing there is a sprue G that is connected to the interior. A sheet metal container B is attached to this, which in turn contains the capacitor elements E immersed in oil. Through a cover made of perforated sheet metal F occurs as a result of the prevailing negative pressure in the machine housing, a second fresh air flow into this, which cools the Blechbehäl ter B. The container with the capacitors can of course just as well be arranged at another point on the machine, for example in the lower part. In the case of cooling, however, it is essential that the condenser is cooled with fresh air that has not yet been used to cool other machine parts.