Wechselstrom-Synchron-Maschine Gegenstand vorliegender Erfindung ist eine Wech- selstrom-Synchron-Maschine, insbesondere Umfor mer, für Landesversorgungs-Netzfrequenz und min destens eine Mittelfrequenz sowie für mehrphasigen Betrieb, deren Induktor-Feldwicklung über Trocken gleichrichter erregt wird.
Solche Mittelfrequenz maschinen bedürfen besonderer Wechsel- oder Dreh strom-Erregergeneratoren, die sich selbst erregen, denn der remanente Magnetismus der Induktoren höherer Polzahl ist bei kleineren Einheiten so gering, dass praktisch im unerregten Zustand keine Spannung in der induzierten Wicklung auftritt, welche zur Ein leitung der Selbsterregung erforderlich ist. Ferner sind bei Generatoren höherer Frequenz erheblich stärkere Erregerströme erforderlich, da die Eisen verluste im induzierten Flussleiter quadratisch mit der Frequenz zunehmen. Darum sind auch dementspre chend höhere Erregerverluste zu decken.
Deshalb können sich diese Maschinen höherer Frequenzen nicht selbständig erregen. Dies wurde auch schon bei Drehstrom-Asynchron-Generatoren mit Parallelkon densatoren beobachtet (Schwingkreiserregung>.
Diese Schwierigkeit wird noch grösser, wenn der Induktor aus Blechsegmenten besteht, deren rema- nenter Magnetismus sehr klein ist. Ferner besteht die Gefahr, dass der remanente Magnetismus des Induk- tors durch Belastungsstromstösse des normalen Be triebes gelöscht wird, wenn er wirklich mit aller Mühe noch eingeleitet werden konnte.
Diese Nachteile werden erfindungsgemäss dadurch beseitigt, dass zur Einleitung der Selbsterregung über die Trockengleichrichter der remanente Magnetismus des Induktors mit Hilfe einer durch letzteren induzier ten niederfrequenten Wicklung des generatorischen Teiles der Maschine sowie der Induktor-Feldwicklung herangezogen wird. Beiliegende Zeichnung stellt die erfindungsgemässe Maschine, teils schematisch, in einer beispielsweisen Ausführungsform dar.
Fig. 1 ist ein Längsschnitt eines beispielsweisen Frequenzumwandlers.
Fig. 2 ist eine Darstellung des elektrischen Sche mas desselben.
Fig. 3 stellt einen Rotor mit 2poligem Kern und 8poligem Kranz dar, im Querschnitt dargestellt; die Wicklungen sind schematisch.
Fig. 4 zeigt einen Rotor mit 4poligem Kern und 16poligem Kranz, im Querschnitt dargestellt, mit den schematisch angedeuteten Wicklungen.
Fig. 5 zeigt einen Rotor mit 6poligem Kern und 18poligem Kranz, ebenfalls im Querschnitt darge stellt, sowie mit schematischer Darstellung der Wick lungen, deren Erregerstromrichtung ersichtlich ist.
Der Frequenzumformer nach Fig. 1 besteht aus dem Statoreisenkörper 1 mit der beispielsweise 6poli- gen Wicklung 2.
Der Rotorkörper 4 ist auf der in den Lagern 13 laufenden Welle 12 fest angebracht und mit einer 2poligen Feldwicklung 5, einer 6poligen Feldwicklung 6 und einer in sich geschlossenen Käfigwicklung 7 versehen.
Die Erregung der beiden Feldwicklungen 5 und 6 geschieht über eine Erregermaschine, deren Stator- körper 8 mit einer Drehfeldwicklung 10 ausgerüstet ist. Der auf der Welle 12 festgemachte Rotorkörper 9 weist beispielsweise eine 6phasige Wicklung 11 auf, die über die an den Flügeln 14 eines Ventilators be festigten Gleichrichter 15 die Rotorwicklungen 5 und 6 erregt.
Wird der Wellenzapfen 17 der Welle 12 fremd angetrieben, so wird durch den remanenten Magnetismus im Rotorkörper 4 in der Statorwick- lung 2 eine relativ kleine Spannung induziert. Diese Wicklung 2 ist nach dem Schema Fig. 2 mit der Sta- torwicklung 10 der Erregermaschine elektrisch ver bunden.
Die vom remanenten Magnetismus in der Wicklung 2 induzierte 3phasige Spannung treibt einen Drehstrom durch diese Wicklung 10, der im Stator 8 und Rotorkörper 9 der Erregermaschine ein Drehfeld erregt, welches entgegengesetzt der Drehrichtung der Welle 12 umläuft.
Läuft beispielsweise der Rotor 4 und somit auch der Rotor 9 mit 3000, U./min im Uhr- zeigersinn, so fliesst der vom remanenten Magnetis mus in der Wicklung 2 (2polig) induzierte Drehstrom mit 50 Hz in der 2poligen Wicklung 10 der Erreger maschine und erzeugt ein Drehfeld, welches mit 50 Hz entgegen dem Uhrzeigersinn dreht. In der Rotorwicklung 11 dieser Erregermaschine wird also Drehstrom von 100 Hz induziert, der aber über die sechs Dioden 15 nur in einer Richtung fliesst und die Rotorfeldwicklungen 5 und 6: schwach erregt.
Ein Pol jeder der Dioden 15 und der Feldwick lung 6 liegt an der Masse<B>16</B> der Maschine. Dieser Erregerstrom in der 2poligen Rotorfeldwicklung 5 steigert den Erregerfluss und somit auch die induzierte Spannung in der Statorwicklung 2 so lange, bis der Gleichgewichtszustand und somit die Sollspannung der Maschine erreicht ist. Gleichzeitig wird mit dem zeitlich rasch ansteigenden Erregerstrom in der Feld wicklung 5 auch derselbe durch die 6polige Wicklung 6 getrieben und die andere Statorwicklung 3 mit der der Polzahl entsprechenden Frequenz von 150 Hz in duziert.
Maschinen nach dem Erfindungsgegenstand sind jedoch nicht auf nur zwei Wicklungssysteme verschie dener Polzahl beschränkt, sondern können praktisch mit beliebiger Polzahl und mit mehr als zwei Wick lungssystemen ausgeführt werden.
Neben dem technischen Fortschritt der Selbst erregung ohne Schleifringe und ohne Bürsten ist noch von Vorteil, dass bei Belastungsstössen und Kurz schlüssen auf der höherfrequenten Wicklung 3 die Spannung der niederfrequenten Wicklung 2 nicht ab sinkt, sondern vollkommen starr bleibt. Demzufolge kann die Maschine die Remanenz des Hauptflusses nie verlieren bzw. wird derselbe nie gelöscht.
Bei dem Generator nach Fig. 1 beispielsweise nach Schaltbild Fig.2 ausgeführt, sind die Spulen der beiden Rotorwicklungen 2 und 3 bzw. Induktor feldwicklungen 5 und 6 in Reihe geschaltet. Diese Wicklungen 5 und 6 können aber auch in Parallel schaltungen arbeiten, indem je ein Ende mit der Masse 16 verbunden wird, die anderen Enden hin gegen beide mit dem Sternpunkt der sechs Wick lungsstränge 11 des Erregermaschinenrotors 9 ver bunden werden.
Ferner könnte der Stator 8 der Erregermaschine mit mindestens zwei Statorwicklungen 10 verschiede ner Polzahl ausgerüstet werden, die im Statoreisen sowie im Rotoreisen 9 zwei einander überlagerte Drehflüsse induzieren. Im Rotor 9 würden dann ebenfalls zwei induzierte Wicklungen 11 verschiede ner Polzahl eingelegt, die mit den Statorwicklungen kongruent sein müssen. Jede dieser beiden Rotor- wicklungen 11 erregt dann je über mehrere Dioden 15 je eine der beiden in diesem Falle elektrisch ge trennten Generatorfeldwicklungen 5 und 6 unabhängig voneinander.
Den primären Erregerstrom beziehen die beiden Statorwicklungen 10 auch aus der Gene ratorwicklung 2 des Stators 1. Durch diese Anord nung können die beiden Feldströme in den Induktor wicklungen 5 und 6 unabhängig voneinander regu liert werden, so dass sich somit auch diese Regulie rung auf die induzierte Spannung der beiden Stator- wicklungen 2 und 3 überträgt.
Auch ist es möglich, dass beispielsweise nur die Induktorfeldwicklung 5 (2polig) über die Erregerstatorwicklung 10 sowie die Erregerrotorwicklung 11 und die Dioden 15 von der Generatorstatorwicklung 2 gespeist wird. Die In duktorfeldwicklung 6 mit höherer Polzahl wird dann über die andern Erregerwicklungen und Dioden mit der Generatorstatorwicklung 3 für höhere Frequenz verbunden. Diese Verbindung kann auch in Reihen schaltung als Compoundierung in Abhängigkeit vom Laststrom der Wicklung 3 auf die Induktorfeldwick- lung 5 wirksam gemacht werden.
Dadurch erreicht man, dass zu dem durch die Selbsterregung aufgebau ten Grund- oder Hauptfluss der beiden Induktorfeld- wicklungen 5 und 6 mit zunehmendem Belastungs strom in der induzierten höherfrequenten Statorwick- lung der Erregerstrom beispielsweise in der Feld wicklung 6 so verstärkt wird, dass in der Wicklung 3 die Spannung von Leerlauf bis Vollast konstant bleibt.
Diese Spannungs-Compoundierung kann auch durch Verstärkung der Grunderregung in der Induk- torfeldwicklung 5 auf die induzierte Spannung der Wicklung 2 bewirkt werden. Welcher Belastungs strom zur Compoundierung der Spannung im nieder- oder höherfrequenten Teil des Generators benützt wird, ist gleichgültig.
Die Erregermaschine mit Statorwicklung 10 und Rotorwicklung 11 kann durch einen Transformator mit ruhender Primär- und Sekundärwicklung ersetzt werden. Dabei sind jedoch Schleifringe und Bürsten am Induktor erforderlich, um den Erregerstrom den beiden Rotorfeldwicklungen 5 und 6 zuzuführen.
Zur Einleitung der Selbsterregung ist nur Rema- nenz im niederpoligen Flussleiter 4 des Induktors er forderlich. Da der Sitz der Remanenz im Rotorkern liegt, ist es zweckmässig, diesen niederpoligen Teil des Rotor- oder Induktorkernes aus Material mit hoher Koerzitivkraft zu fertigen, das heisst aus einem eine breite Hystereseschleife aufweisenden ferroma- gnetischen Stoff.
Auch kann dieser Induktorkern aus einem massiven ferromagnetischen Material her gestellt sein; der Induktorkranz mit der hochpoligen Feldwicklung kann hingegen geblecht sein. Dieser Induktorkern kann walzen- oder sternförmig aus gebildet sein.
Die Fig.3-5 zeigen schematisch einen solchen sternförmig ausgebildeten Induktorkern.
Ein wirksames Mittel zur Verhinderung der Ent- magnetisierung bzw. Löschung der Remanenz des Rotorsternes im niederfrequenten Drehflusssystem be steht darin, dass die magnetische Induktion L des nie derfrequenten Drehflusses höher ist als die Induktion L des ihm überlagerten höherfrequenten Drehflusses. Beispielsweise bei einer Maschine für 50 und 400 Hz mit 2- und 16poligem Drehfeld muss das 2polige Drehfeld die Grundmagnetisierung mit höherer In duktion übernehmen. Hingegen muss die Induktion L des 16poligen Drehfeldes schwächer gehalten sein.
Diese Massnahme hat zur Folge, dass die relativ hohen Eisenverluste im induzierten 16poligen Fluss- leitersystem erheblich reduziert werden. Dieser Effekt wurde schon bei den ersten Versuchsmaschinen be obachtet und steht bei Maschinen nach dem Erfin- dungsgegenstand in krassem Gegensatz zu den kon ventionellen Maschinen beispielsweise Frequenz umformern mit ihren hohen Eisenverlusten im höher- frequenten induzierten Ankereisen. Bei Zweifrequenz- generatoren nach dem Erfindungsgegenstand wurde dieser Effekt ebenfalls beobachtet.