Sechsphasengenerator Beim Entwurf von turbinengetriebenen Mehr phasengeneratoren grösserer Abmessungen ist es er wünscht, eine möglichst grosse Ausgangsleistung von einem Generator gegebener räumlicher Abmessungen zu erhalten. Zu diesem Zweck wurden verschiedene Massnahmen vorgeschlagen, welche eine Herab setzung der Einzelphasenspannungen der zusammen gesetzten mehrphasigen Ankerwicklung bewirken, um so die erforderliche Isolation der Wicklung der einzelnen Phasen herabsetzen zu können.
In diesem Sinn haben Dreiphasen-Ankerwicklungen mit zwei Stromkreisen je Feldpolpaar weite Verbreitung ge funden, und in einigen Fällen wurden Sechsphasen- Ankerwicklungen mit einem Stromkreis je Feldpol paar eingesetzt.
Hingegen wurde bisher noch nicht versucht, eine Sechsphasen-Ankerwicklung mit zwei Stromkreisen je Feldpolpaar zu entwerfen, da es bei üblichen symmetrischen Sechsphasen-Ankerwicklungen offen bar unmöglich ist, zwei Stromkreise pro Polpaar vor zusehen, da hierbei für jede Phase zwei um 180 gegeneinander versetzte Phasenbereiche vorzusehen sind und dabei der negative Phasenbereich der Phase 1 an dieselbe Stelle zu liegen käme wie der positive Phasenbereich der Phase 4, der negative Phasenbereich der Phase 2 an dieselbe Stelle wie der positive Phasenbereich der Phase 5 usw.
Demgegenüber zeigt die vorliegende Erfindung eine Möglichkeit, eine zusammengesetzte Sechs phasen-Ankerwicklung mit zwei Stromkreisen je Feldpolpaar zu bilden und so in den Genuss der er wähnten Vorteile - Herabsetzung der erforderlichen Isolation zwischen den Wicklungen der einzelnen Phasen und dadurch erhöhte Ausgangsleistung bei gegebenen Abmessungen - zu kommen.
Der erfindungsgemässe Sechsphasengenerator ist gekennzeichnet durch eine sechsphasige, zwei Strom- kreise je Feldpolpaar aufweisende Ankerwicklung, zusammengesetzt aus zwei symmetrischen Drei phasenwicklungen, denen die sechs Phasen abwech selnd angehören, welche Phasen je in zwei parallele Zweige aufgeteilt sind, deren einer jeder Phase den ersten Stromkreis und deren anderer jeder Phase den zweiten Stromkreis bilden, wobei der Phasen winkel zwischen einer Phase einer Dreiphasenwick- lung und einer benachbarten Phase der andern Drei phasenwicklung mindestens annähernd 30 beträgt.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung soll nach stehend anhand der Zeichnung ausführlich erläutert werden.
Fig. 1 ist eine schematische Darstellung der Nu tenanordnung im Rotor und im Stator des Sechs- phasengenerators.
Fig.2 zeigt ein Schaltschema der zusammen gesetzten Sechsphasen-Ankerwicklung des Genera- tors, Fig. 3 ist ein Zeigerdiagramm der einzelnen Phasenspannungen, kombiniert mit einer schemati schen Darstellung der Phasenbereiche.
Fig.4 ist das Schema für die Bewicklung der Ankernuten, und Fig.5 zeigt den Sechsphasengenerator in einer Schaltung zur Speisung eines Dreiphasennetzes.
Es sei im folgenden zunächst die Schaltung der Ankerwicklung anhand der Fig. 2 und hierauf deren Anordnung in den Statornuten anhand der Fig. 1 und 4 erläutert.
Bei der Ankerwicklung 15 gemäss Fig. 2 handelt es sich um eine aus zwei Stromkreisen zusammen gesetzte zweipolige Sechsphasen-Statorwicklung, die zum Zusammenwirken mit einem Feldrotor mit einem Polpaar bestimmt ist. Die Wicklung jeder Phase <I>a</I> -f setzt sich zusammen aus zwei parallelen Zweigen <I>a'</I> und<I>a", b'</I> und<I>b"</I> usw., wobei die Gesamtheit aller ersten Zweige<I>a', b'</I> usw. den ersten Stromkreis und die Gesamtheit aller zweiten Zweige a", b" usw. den zweiten Stromkreis bilden. Die sechs Phasen ge hören dabei abwechselnd einer von zwei Dreiphasen wicklungen<I>a, c, e</I> bzw.<I>b, d, f,</I> an.
Das eine Ende jeder Phasenwicklung ist mit dem Sternpunkt 37 verbunden, welcher bei 38 geerdet ist; die andern Enden der Phasenwicklungen bilden die sechs Phasenleiter 31 bis 36. Wie aus der späteren Be schreibung der Nutenbewicklung hervorgehen wird, beträgt der Phasenwinkel zwischen je zwei benach barten Phasen jeder Dreiphasenwicklung b-a, d-c und f-e mindestens annähernd 30 .
Es treten da durch zwölf gleichmässig über den Umfang der Ankerwicklung verteilte Phasenbereiche in der elek trischen Folge +a, f, <I>-e,</I> +d, <I>+c,</I> -b, <I>-a, +f,</I> <I>+e, -d, -c,</I> -+--b, auf, wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, und das Zeigerdiagramm der induzierten Span nungen nimmt die aus der gleichen Figur hervor gehende Gestalt an.
Der Generator, wie er in Fig. 1 schematisch dar gestellt ist, setzt sich aus dem bei 18 geerdeten stationären Anker 11 und dem Feldrotor 12 zusam men, welch letzterer sich in der Statorbohrung 13 dreht. Der Rotor 12 ist auf einander entgegengesetz ten Seiten mit einer Anzahl Nuten 20 und 21 ver sehen, die eine einfache Feldwicklung 22 aufnehmen, wobei diese durch nicht dargestellte Keilanordnun gen in ihrer Lage festgehalten wird. Der Erregungs strom in dieser Feldwicklung erzeugt auf dem Rotor die beiden Feldpole N und S.
Der Anker 11 weist 36 in regelmässiger Teilung angeordnete Nuten 14 auf, die sich nach der Bohrung 13 hin öffnen und die Ankerwicklung 15 nach Fig. 2 aufnehmen. Da es sich um eine sechsphasige Wick lung handelt, entfallen auf jeden der zwölf Phasen bereiche -+-a, <I>-a, +b, -b</I> usw. drei Nuten. Zwecks Unterbringung der Ankerwicklung ist jeder Wick lungszweig<I>a', a"; b',</I> b" usw. in drei Spulen unter teilt, so dass sich also jeder Zweig aus sechs hinter einander geschalteten Spulenseiten zusammensetzt.
Jede Nut 14 nimmt zwei solche Spulenseiten 16 auf, welche auch aus einem einzelnen Leiter bestehen können und gegeneinander sowie gegenüber den Ankerblechen isoliert sind. Die eine Spulenseite jeder Nut befindet sich auf dem Nutengrund und die an dere an der Nutenaussenseite. Dazwischen verläuft jeweils ein Kühlkanal 19, durch welchen ein geeig netes Kühlmedium hindurchgeleitet wird. Die An ordnung der. Kühlkanäle 19 zwischen den Spulen seiten 16 ist jedoch willkürlich für die Zwecke der Darstellung gewählt.
Die Spulenseiten 16 werden na türlich durch nicht dargestellte Keilanordnungen in ihrer Lage festgehalten.
Die Verteilung der Spulen bzw. Spulenseiten auf die Ankernuten, welche im Verein mit der Schaltung nach Fig. 2 und der Erregung durch den zweipoligen Feldrotor das Sechsphasensystem nach Fig. 3 ergibt, geht aus dem Wicklungsschema Fig. 4 hervor.
Von den vier horizontalen Reihen der Fig. 4 gibt die erste die über den Ankerumfang verteilte Folge der Phasenbereiche in übereinstimmung mit Fig. 3 an, die zweite die Folge der an den Nuten-Aussenseiten liegenden Spülenseiten, die dritte die Folge der auf dem Grund der Nuten liegenden Spulenseiten, und die vierte die zugehörigen Ordnungszahlen der 36 Nuten. Die sechs Spulen der Phase a sind mit a1 bis a6 bezeichnet, diejenigen der Phase b mit bl bis b6 usw., wobei jeweils die 1., 3. und 5. Spule auf den ersten Zweig und die 2., 4. und 6.
Spule auf den: zweiten Zweig entfallen. Es bilden also beispielsweise die Spulen a1, a3 und a5 den Zweig a' und die Spulen<I>a2, a4</I> und a6 den Zweig<I>a".</I> Im Schema nach Fig.4 sind ferner beispielsweise die beiden Spulenseiten der Spule a1 mit +a1 und -a1 be zeichnet; es ergibt sich demnach beispielsweise im Zweig a' die Folge -+-a1, <I>-a1,</I> +a3, <I>-a3, +a5,</I> -a5 der hintereinandergeschalteten Spulenseiten usw.
Wie der Fig. 4 ohne weiteres zu entnehmen ist, sind also die Spulenseiten +a1, +a3 und @-a5 auf dem Grund der Nuten 1, 2 und 3 im Phasenbereich +a angeordnet, währenddem die Spulenseiten -a1, -a3 und -a5 an der Aussenseite der Nuten 19, 20 und 21 im Phasenbereich -a liegen, wobei die auf gezählten Spulenseiten, in der obenerwähnten Reihen folge hintereinandergeschaltet, den Zweig a' bilden.
Anderseits sind die Spulenseiten -+-a2, <I>+a4</I> und +a6 an den Aussenseiten der Nuten 1, 2 und 3 im Phasenbereich -E-a und die Spulenseiten <I>-a2, -a4</I> und -a6 auf dem Grund der Nuten 19, 20 und 21 im Phasenbereich -a angeordnet, wobei diese Spu- lenseiten in der Folge<I>+a2, -a2,</I> -+-a4, <I>-a4, +a6,</I> -a6 den Zweig a" bilden. Nach diesen Ausführun gen ist die vollständige Bewicklung des Ankers auch mit den Zweigen der übrigen Phasen ohne weiteres der Fig. 4 zu entnehmen.
Bei dieser Schaltung und Anordnung der Ankerwicklung werden bei rotieren dem, erregtem Feldrotor Spannungen gemäss dem Zeigerdiagramm Fig.3 induziert, wobei bei einer beispielsweisen Tourenzahl von 3600 pro Minute die Frequenz der Phasenspannungen 60 Hz beträgt. Die induzierte Sechsphasenspannung ist unsymmetrisch, doch besteht sie aus zwei symmetrischen Dreiphasen spannungen, die gegeneinander um einen Phasen winkel von etwa 30 verschoben sind. Die an par allel geschalteten Zweigen<I>a'</I> und a",<I>b'</I> und b" usw. induzierten Einzelspannungen sind in Phase und von gleicher Amplitude, weshalb in den betr. Parallel schaltungen keine Kreisströme auftreten.
Es ist klar, dass bei einer gegebenen Ausgangs leistung des Generators 10 eine beträchtliche Herabsetzung der Phasenspannung resultiert, und zwar einmal dank der Bildung eines Sechsphasen systems und fernerhin infolge der ermöglichten An ordnung von zwei parallelen Stromkreisen. Dadurch wird die erforderliche Isolationsstärke der Um hüllungen 17 (Fig. 1), welche die Spulenseiten gegen einander und gegen die Ankerbleche isolieren, we sentlich herabgesetzt, so dass zusätzlicher Raum in den Nuten 14 erhalten wird. Dieser zusätzliche Raum kann auf verschiedene Weise ausgenützt wer den.
Beispielsweise ist es möglich, die Leiterquer schnitte der Ankerwicklung heraufzusetzen. Ander seits können die Abmessungen der Nuten herab gesetzt werden, wodurch die dazwischenliegenden Ankerzähne an Querschnitt gewinnen und die Sätti gung im Eisen herabgesetzt wird. Auf die eine oder die andere Weise ergibt sich so gegenüber einer Üblichen Ankerwicklung von sechs Phasen mit einem Stromkreis je Feldpolpaar oder von drei Phasen mit zwei Stromkreisen je Feldpolpaar eine erhöhte Aus gangsleistung des Generators ohne Vergrösserung seiner Abmessungen.
Da nun der beschriebene Generator eine gemäss Fig. 3 unsymmetrische Sechsphasenspannung erzeugt, muss zwischen seiner Ankerwicklung und einem zu speisenden, herkömmlichen Dreiphasennetz ein Phasenkorrektionsglied vorgesehen werden, um eine einwandfreie Energieübertragung auf das Netz zu ermöglichen. Ein Beispiel einer solchen Schaltung zeigt Fig. 5, welche das Schema einer zweckmässigen Verbindung des Generators 10 bzw. seiner Anker wicklung 15 über ein Phasenkorrektionsglied mit dem Dreiphasennetz 40 wiedergibt.
Das Phasenkor- rektionsglied umfasst dabei einen Dreiphasentransfor- mator 50 in verlängerter Dreieckschaltung sowie einen gewöhnlichen Dreiphasentransformator 60. Die Kerne des Transformators 50 sind gesamthaft mit 51 bezeichnet; sie tragen eine Primärwicklung 52 und eine Sekundärwicklung 53. Die Primärwicklung 52 umfasst drei im Dreieck geschaltete Phasenwicklun gen 54, 55 und 56 mit Verlängerungswicklun gen 54a, 55a und 56a. Die Sekundärwicklung 53 besteht aus drei im Stern geschalteten Phasenwick lungen 57, 58 und 59, wobei der Sternpunkt bei G geerdet ist. In analoger Weise tragen die Kerne 61 des Transformators 60 eine Primärwicklung 62 und eine Sekundärwicklung 63.
Die Primärwicklung 62 umfasst im Dreieck geschaltete Phasenwicklungen 64, 65 und 66, währenddem sich die Sekundärwicklung 63 aus drei im Stern geschalteten Phasenwicklungen 67, 68 und 69 zusammensetzt, wobei der Sternpunkt wiederum bei G geerdet ist.
Die Phasenleiter 31, 32 und 33 des voreilenden Dreiphasensystems des Generators sind an die Drei eckpunkte der verlängerten Primärdreieckwicklung 52 des Transformators 50 angeschlossen, während die drei Phasenleiter 34, 35 und 36 des andern Dreiphasensystems mit den Eckpunkten der Primär wicklung des Transformators 60 verbunden sind. Die Ausgangsklemmen der Sekundärwicklungen beider Transformatoren liegen parallel an den drei Phasen des zu speisenden Drehstromnetzes 40.
Im Betrieb erzeugt der Transformator 50, wel cher die Energie des um 30 voreilenden Dreiphasen systems auf das Netz 40 zu übertragen hat, mittels seiner Verlängerungsspulen 54a, 55a und 56a eine Phasennacheilung von etwa 30 der Sekundärklem- men gegenüber den Primäranschlüssen. Dadurch werden die von beiden Transformatoren 50 und 60 übertragenen Dreiphasenleistungen in Phase an das Netz 40 abgegeben.
Durch geeignete Bemessung des Transformators 50 kann man erreichen, dass die Phasenverzögerung zwischen den äussern und den innern Anschlüssen der Primärwicklung 52 genau 30 wird. Ebenso kann man den Transformator 60 so dimensionieren, dass die von seiner Sekundärwicklung 63 abgegebene Dreiphasenspannung derjenigen der Sekundärwick lung 53 genau gleich ist, so dass die dem Netz 40 zu geführte Energie auf die beiden Transformatoren gleichmässig verteilt wird.
Zusammenfassend kann gesagt werden, dass der beschriebene Sechsphasengenerator mit zwei Strom kreisen je Feldpolpaar bei gegebenen Abmessungen eine beträchtlich erhöhte Leistung abzugeben imstande ist und in Verbindung mit einer übertragungsschal tung gemäss Fig.5 sich sehr anpassungsfähig zur Speisung eines Dreiphasennetzes einsetzen lässt.