Synchronmaschine. Es ist in der Literatur wiederholt darauf aufmerksam gemacht worden, dass bei asyn chronem Anlauf synchroner Maschinen die einzelnen Phasen bei Stillstand ungleiche Ströme aufnehmen. Infolgedessen ändert sich das Anlaufmoment in unerwünschter Weise mit der Stellung des Polrades gegen die Ankerphasen, und es kann vorkommen, dass der Motor nur in bestimmten Stellungen anläuft.
Durch die Erfindung, welche sieh sowohl auf Synchronmaschinen mit ausgeprägten Polen, als auch auf Synchronmaschinen ohne ausgeprägte Pole bezieht, sollen diese Nach teile vermieden werden. Zum Verständnis derselben sei jedoch die Ursache des ge schilderten Verhaltens derartiger Maschinen kurz angedeutet, und zwar beispielsweise bei Synchronmaschinen mit ausgeprägten Polen. Angenommen, der Anker führte symmetri sche Mehrphasenströme, dann würden diese in der Achse der Pole und des Polzwischen raumes gleichgrosse, unter 90 phasenverscho- zwei gleichachsige Wechselfelder, das Längs feld und das Querfeld. Wären auch die Grundwellen dieser Felder gleichgross und um 90 phasenversetzt, dann würden sie in den Ankerphasen symmetrische Gegenspan nungen induzieren.
In diesem Falle würde daher der Rotor beim Anschluss an ein sym metrisches Netz gleiche Phasenströme auf nehmen.
Die Ausbildung des Querfeldes wird aber durch den Polzwischenraum unterbunden. Daher ist seine Grundwelle meist kleiner als die des Längsfeldes. Den Ankerphasen wer den unsymmetrische Feldspannungen induziert, und dies führt zu der beschriebenen Un- symmetrie der Stromaufnahme.
Der gleiche Übelstand kann auch bei Ma schinen ohne ausgeprägte Pole auftreten. Bei solchen tritt an Stelle der Polachse jeweils diejenige Achse des Induktors, die durch die Anordnung seiner Wicklung gegeben ist. Das Längsfeld ist die in die Richtung dieser Achse fallende, und das Querfeld die senk-
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Nach vorliegender Erfindung wird dieser Übelstand dadurch vermieden, dass die mag netischen Widerstände des Längsfeldes und des Querfeldes durch Einfügung eines Luft spaltes in den Weg des sonst stärkeren Fel des einander mindestens angenähert gleich gemacht sind, so dass bei asynchronem An lauf eine symmetrische Stromaufnahme er halten werden kann.
In der Zeichnung sind eine Reihe von Aus führungsbeispielen dargestellt.
Bei der Anordnung nach Fig. 1 ist der Hauptluftspalt in zwei Teile unterteilt, in dem ausser dem normalen Luftspalt zwischen Polrad und Anker noch ein zweiter Luft spalt im Poleisen hinzugefügt wird. Der erste Luftraum zwischen Polrad und Anker wird, wie auch bei jeder andern normalen Maschine, sowohl vom Längsfeld, wie vom Querfeld durchsetzt. Dagegen schwächt der zweite Luftspalt im Polschenkel oder zwi schen Polschenkel und Joch (Fig. 1) nur das Längsfeld.
Bei der Anordnung nach Fig. 2, bei der geblätterte Polschuhe und massive Polschen kel verwendet sind, können die Verhältnisse bei asynchronem Anlauf auch umgekehrt liegen. Es kann trotz eines Polzwischen raumes die Grundwelle des Querfeldes die des Längsfeldes übertreffen. Um die Symme trie der Felder herzustellen, ist ein zweiter Luftspalt, der im wesentlichen radial gestellt ist, in den Schliessungskreis des Querfeldes eingefügt. Für den Querfluss sind die beiden Luftspalte in Serie geschaltet. Das Längs feld dagegen durchsetzt nur den Hauptluft spalt.
Die Fig. 3 und 4 stellen Anordnungen dar, die bei Maschinen ohne ausgeprägte Pole zur Schwächung des Querfeldes bezw. Schwä chung des Hauptfeldes dienen. Die schema tisch eingezeichnete Wicklung stellt die Erregerwicklung des Induktors dar. Auch hier sind die zusätzlichen Luftspalte radial gestellt. bildung eines möglichst kreisförmigen Dreh feldes gesorgt wird.
Handelt es sich darum, derartige Syn chronmaschinen unter Last asynchron um laufen zu lassen, so kann man dies durch folgende Weiterbildung der beschriebenen Massnahmen erreichen. Der gesamte magne tische Kreis der Maschine (Anker, Polschuhe, Schenkel und Joch) ist dabei lamelliert. Die Bleche sind untereinander von den Bolzen, die sie zusammenpressen, isoliert. Ist aus konstruktiven Rücksichten ein massives Joch unentbehrlich, so erhält es einen lamellierten magnetischen Nebenschluss nach der deut schen Patentschrift Nr. 311949.
Der Schliessungskreis des Hauptfeldes wird bei den früheren Ausführungsbeispielen durch zwei Luftspalte unterbrochen; einen ersten Luftspalt zwischen Anker und Pol schuh und einen zweiten Luftspalt innerhalb des Schenkels oder zwischen Schenkel und Joch. Der gesamte magnetische Widerstand beider Luftspalte zusammen soll dabei dem sonst verwandten normalen Luftspalte zwi schen Anker und Polschuhen gleichkommen.
Die Polschuhe erhalten nun zwei an sich bekannte Wicklungen, die bei Anlauf über Schleifringe zu Anlasswiderständen geführt werden; eine erste verteilte Wicklung, die in der Achse des Polzwischenraumes magne tisiert (Querfelddämpfung), und eine zweite konzentrierte Wicklung in gleicher Achse wie die Erregerspulen (Längsfelddämpfung). Im synchronen Betriebe sind beide Wicklun gen kurzgeschlossen.
Da das von Polspitze zu Polspitze über gehende Streufeld schädlich ist, kann es durch Einbau eines Kurzschlusskreises in die Mittelebene des Polzwischenraumes unter drückt werden.
Die Fig. 5 und 6 zeigen Beispiele der Ausführung. In Fig. 5 bezeichnet a den An ker, b den Polschenkel, c das Joch, d die ver teilte Querfelddämpfung, c die konzentrierte Längsfelddämpfung; /' sind Befestigungs teile aus unimagnetischem Material. g ist: eine
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feld unterdrückende Kurzschlusswicklung. In Fig. 6 bezeichnet a den Anker, b den Pol schenkel, c das Joch, d einen Schenkel im angeordneten Luftzwischenraum und e die Keile, die in diesem Falle aus magnetischem Material hergestellt sein können. Die Wick lungen d und e sind in dieser Figur nicht eingetragen.
Rechnerische Untersuchungen haben er geben, dass bei einer Maschine der beschrie benen Bauart ein belasteter asynchroner An lauf mit voller Netzspannung erreicht werden kann, ohne dass der Anlaufstrom unzulässige Werte annimmt.
Es ist bekannt, dass Synchronmaschinen mit massiven Polen und Polschuhen und ohne Dämpferwicklung asynchron angelassen wer den können. Man hat indessen dies Verfah ren nicht weiter ausgebaut, weil erfahrungs gemäss das entwickelte Moment entweder schon bei Anlauf oder doch später bei Lauf gering war. Oft blieben derartige Maschinen sogar in der Nähe der halben synchronen Drehzahl kleben.
Diesen Übelstand beseitigt die vorliegende Erfindung dadurch, dass sie gemäss den oben dargestellten Grundzügen die Impedanzen der Statorspulen in der Achse des Längs feldes (Polachse) und in der Achse des re sultierenden Querfeldes (Polzwischenraum) gegeneinander abgleicht. Ohne diese Abglei chung ist nämlich die Impedanz für die Sta torspule, wenn sie in der Achse der massiven Hauptpole magnetisiert wird, stets kleiner, als wenn sie der Achse senkrecht dazu mag netisiert wird. Denn obwohl hier der Pol zwischenraum das Querfeld schwächt, so bil det es sich doch über den Polschuhen immer noch stärker aus wie das Längsfeld, da die ses einen viel weiteren Weg (Polschuh-Schen kel-Joch) durch massives Eisen zurücklegen muss.
Die Abgleichung beider Impedanzen gegeneinander muss daher auf eine Schwä chung des Querfeldes und eine Verstärkung des Längsfeldes ausgehen.
Das Längsfeld lässt sich verstärken, indem und einen Teil des Schenkels unterteilt bezw. lamelliert. Der letztere Fall ist in Fig. 4 dargestellt. Es ist dabei nicht nötig, dass die Lamellierung sehr fein ist; sie kann auch, wie diese Figur zeigt, aus starken, platten ähnlichen Abschnitten bestehen, je nach der Grösse der Wirkung, die man erreichen will. In Fig. 7 deutet die gestrichelte Linie l eine Kraftlinie des Längsfeldes, die Linie q eine Kraftlinie des Querfeldes an.
Um das Querfeld zu schwächen, werden sämtliche Polschuhe seitlich durch einen Kurzschlussring k, etwa aus Widerstands material, miteinander verbunden. Dieser Ring vermag eine Komponente der in Fig. 8 durch die gestrichelten Linien w veranschau lichten Wirbelströmung der Polschuhe auf zunehmen und den benachbarten Polen zuzu führen. Die Wirbelströmung an der Polschuh oberfläche wird also verstärkt, was die ge wünschte Schwächung des Querfeldes unter den Polen und im Polzwischenraum zur Folge hat.
Synchronous machine. It has repeatedly been pointed out in the literature that when synchronous machines start up asynchronously, the individual phases absorb unequal currents when they are at a standstill. As a result, the starting torque changes in an undesirable manner with the position of the pole wheel against the armature phases, and it can happen that the motor starts only in certain positions.
The invention, which see both synchronous machines with pronounced poles, as well as synchronous machines without pronounced poles, these parts should be avoided after. In order to understand the same, however, the cause of the described behavior of such machines is briefly indicated, for example in the case of synchronous machines with pronounced poles. Assuming that the armature carried symmetrical multiphase currents, then these would be of the same size in the axis of the poles and the space between the poles, under 90 out of phase. Two equiaxed alternating fields, the longitudinal field and the transverse field. If the fundamental waves of these fields were of the same size and out of phase by 90, then they would induce symmetrical counter voltages in the armature phases.
In this case, the rotor would take on the same phase currents when connected to a symmetrical network.
The formation of the transverse field is prevented by the space between the poles. Therefore, its fundamental wave is usually smaller than that of the longitudinal field. The armature phases are induced the asymmetrical field voltages, and this leads to the described asymmetry of the current consumption.
The same problem can also occur with machines without pronounced poles. In such cases, that axis of the inductor that is given by the arrangement of its winding occurs in place of the pole axis. The longitudinal field is the one falling in the direction of this axis, and the transverse field the vertical
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According to the present invention, this inconvenience is avoided in that the magnetic resistances of the longitudinal field and the transverse field are made at least approximately the same by inserting an air gap in the path of the otherwise stronger field, so that a symmetrical current consumption is maintained when running asynchronously can be.
In the drawing, a number of exemplary embodiments are shown.
In the arrangement according to FIG. 1, the main air gap is divided into two parts, in which, in addition to the normal air gap between the pole wheel and armature, a second air gap is added in the pole iron. As with any other normal machine, the first air space between the pole wheel and the armature is penetrated by both the longitudinal field and the transverse field. In contrast, the second air gap in the pole leg or between the pole leg and yoke (Fig. 1) only weakens the longitudinal field.
In the arrangement according to FIG. 2, in which peeled pole pieces and massive pole pieces are used, the conditions for asynchronous start-up can also be reversed. Despite a space between the poles, the fundamental wave of the transverse field can exceed that of the longitudinal field. In order to establish the symmetry of the fields, a second air gap, which is set essentially radially, is inserted into the closed circle of the transverse field. The two air gaps are connected in series for the cross flow. The longitudinal field, on the other hand, only penetrates the main air gap.
3 and 4 show arrangements that BEZW in machines without pronounced poles to weaken the transverse field. Serve to weaken the main field. The winding shown schematically represents the excitation winding of the inductor. Here, too, the additional air gaps are set radially. formation of a rotating field that is as circular as possible is ensured.
If it is a question of running such Syn chronmaschinen asynchronously under load, this can be achieved by the following development of the measures described. The entire magnetic circuit of the machine (armature, pole pieces, legs and yoke) is laminated. The sheets are insulated from one another by the bolts that press them together. If a solid yoke is indispensable for structural reasons, it is given a laminated magnetic shunt according to German patent specification No. 311949.
In the earlier exemplary embodiments, the closing circle of the main field is interrupted by two air gaps; a first air gap between the armature and pole shoe and a second air gap within the leg or between the leg and yoke. The total magnetic resistance of both air gaps together should be the same as the normal air gap between the armature and pole pieces, which is otherwise used.
The pole shoes now have two known windings which, when started, are led to starting resistors via slip rings; a first distributed winding that magnetizes in the axis of the pole gap (transverse field damping), and a second concentrated winding in the same axis as the excitation coils (longitudinal field damping). In synchronous operation, both windings are short-circuited.
Since the stray field passing from pole tip to pole tip is harmful, it can be suppressed by installing a short circuit in the center plane of the pole gap.
FIGS. 5 and 6 show examples of implementation. In Fig. 5, a denotes the armature, b the pole leg, c the yoke, d the shared transverse field attenuation, c the concentrated longitudinal field attenuation; / 'are fastening parts made of unimagnetic material. g is: a
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field suppressing short-circuit winding. In Fig. 6, a denotes the armature, b the pole leg, c the yoke, d a leg in the arranged air gap and e the wedges, which can be made of magnetic material in this case. The windings d and e are not entered in this figure.
Computational studies have shown that with a machine of the type described, a loaded asynchronous start-up with full mains voltage can be achieved without the start-up current assuming impermissible values.
It is known that synchronous machines with solid poles and pole pieces and without a damper winding can be started asynchronously. However, this process has not been expanded, because experience has shown that the torque developed was either already low at start-up or later at run. Such machines often got stuck near half the synchronous speed.
The present invention eliminates this drawback by comparing the impedances of the stator coils in the axis of the longitudinal field (pole axis) and in the axis of the resulting transverse field (pole gap) according to the principles outlined above. Without this comparison, the impedance for the stator coil when it is magnetized in the axis of the massive main poles is always smaller than when it is magnetized to the axis perpendicular thereto. Because although the space between the poles weakens the transverse field here, it is still stronger above the pole pieces than the longitudinal field, since it has to cover a much longer distance (pole piece-shank-yoke) through solid iron.
The adjustment of the two impedances to one another must therefore be based on a weakening of the transverse field and a strengthening of the longitudinal field.
The longitudinal field can be strengthened by dividing or dividing part of the leg. laminated. The latter case is shown in FIG. It is not necessary that the lamination is very fine; It can also, as this figure shows, consist of strong, plate-like sections, depending on the magnitude of the effect that is to be achieved. In Fig. 7, the dashed line l indicates a line of force of the longitudinal field, line q a line of force of the transverse field.
In order to weaken the transverse field, all pole shoes are laterally connected to one another by a short-circuit ring k, for example made of resistance material. This ring is able to absorb a component of the vortex flow of the pole shoes illustrated in FIG. 8 by the dashed lines w and to lead it to the neighboring poles. The eddy current on the pole shoe surface is thus intensified, which results in the desired weakening of the transverse field under the poles and in the space between the poles.