CH405489A - Wechselstrom-Synchron-Maschine - Google Patents

Description

      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.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Wechselstrom-Synchron-Maschine, insbesondere Umformer, für Landesversorgungs-Netzfrequenz und mindestens eine Mittelfrequenz sowie für mehrphasi- gen Betrieb, deren Induktorfeldwicklung über Trok- kengleichrichter erregt wird, dadurch gekennzeichnet,

   dass zur Einleitung der Selbsterregung über diese Trockengleichrichter der remanente Magnetismus des Induktors mit Hilfe einer durch letzteren induzierten niederfrequenten Wicklung des generatorischen Teiles der Maschine sowie der Induktorfeldwicklung heran gezogen wird. UNTERANSPRÜCHE 1. Maschine nach Patentanspruch, dadurch ge- kennzeichnet, dass der Rotor- oder Induktorkern zwecks Erhöhung der Koerzitivkraft aus ferromagne- tischem Stoff mit breiter Hystereseschleife hergestellt ist. 2.

   Maschine nach Patentanspruch und Unteran spruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor- oder Induktorkern mit dem Sitz des genannten rema- nenten Magnetismus als sternförmiger Träger des mit Wicklungsnuten versehenen, lamellierten Rotor kranzes ausgebildet ist. 3.

   Maschine nach Patentanspruch und Unteran sprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass in nerhalb dieses lamellierten Rotorinduktorkranzes mit der in Nuten oder Pollücken liegenden hochpoligen Feldwicklung die Schenkel des sternförmigen Rotor kernes von der niederpoligen Feldwicklung umschlun gen sind.