CH96938A - Synchronous machine. - Google Patents

Synchronous machine.

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CH96938A
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synchronous machine
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transverse
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Elektricitaets-Gese Allgemeine
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Aeg
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  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.

 

Claims (1)

PATENTANSPRUCH: Synchronmaschine, dadurch gekennzeich net, dass die magnetischen Widerstände des Längsfeldes und des Querfeldes durch Ein fügung eines Luftspaltes in den Weg des sonst stärkerer Feldes einander mindestens angenähert gleichgemacht sind, so dass bei asynchronem Anlauf eine symmetrische Stromaufnahme erhalten wird. UNTERANSPRÜCHE : 1. Synchronmaschine nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der magne tische Widerstand des Querfeldes durch Unterteilung des Längsfeldluftspaltes ver kleinert wird. 2. PATENT CLAIM: Synchronous machine, characterized in that the magnetic resistances of the longitudinal field and the transverse field are at least approximately equal to each other by inserting an air gap in the path of the otherwise stronger field, so that a symmetrical current consumption is obtained with asynchronous start-up. SUBClaims: 1. Synchronous machine according to claim, characterized in that the magnetic resistance of the transverse field is reduced by subdividing the longitudinal field air gap. 2. Synchronmaschine nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der magne- tische Widerstand des Querfeldes durch Hinzufü--ung eines radial gestellten Luft, spalten im Schliessungskreis des Querfeldes vergrössert wird. EMI0003.0005 EMI0003.0006 lasteten asynchronen Anlaufes die Pol schuhe der im magnetischen Kreis völlig lamellierten Maschine eine Querfeld dämpferwicklung und eine mit der Er regerwicklung gleichachsige Längsfeld dämpferwicklung besitzen, die über Schleifringe zu Anlasswiderständen ge führt sind. 4. Synchronous machine according to patent claim, characterized in that the magnetic resistance of the transverse field is increased by adding a radially positioned air gap in the closing circle of the transverse field. EMI0003.0005 EMI0003.0006 the asynchronous start-up, the pole shoes of the machine, which is completely laminated in the magnetic circuit, have a transverse field damper winding and a longitudinal field damper winding coaxial with the excitation winding, which lead to starting resistances via slip rings. 4th Synchronmaschine mit ausgeprägten Polen nach Patentanspruch, dadurch gekenn zeichnet, dass unter Benutzung eines ganz oder teilweise massiven Induktors ohne Dämpfer die resultierenden Impedanzen der Statorspulen für jede Statorphase in der Achse der Hauptpole (Längsfeld) und in der Achse des Polzwischenraumes (Querfeld) annähernd gleichgross gemacht sind. 5. Synchronmaschine nach Patentanspruch und Unteranspruch 4, dadurch gekenn zeichnet, dass das Längsfeld durch La- mellierung eines Teils des Schenkels oder des Joches oder beider Teile verstärkt ist. 6. Synchronous machine with pronounced poles according to claim, characterized in that the resulting impedances of the stator coils for each stator phase in the axis of the main poles (longitudinal field) and in the axis of the pole gap (transverse field) are made approximately the same size using a wholly or partially solid inductor without damper are. 5. Synchronous machine according to claim and dependent claim 4, characterized in that the longitudinal field is reinforced by lamination of a part of the leg or the yoke or both parts. 6th Synchronmaschine nach Patentanspruch und Unteranspruch 4, dadurch gekenn zeichnet, dass sämtliche Polschuhe durch Kurzschlussringe beiderseitig verbunden sind, zum Zwecke, das Querfeld zu schwä- chen. Synchronous machine according to claim and dependent claim 4, characterized in that all pole shoes are connected on both sides by short-circuit rings for the purpose of weakening the transverse field.
CH96938D 1917-10-27 1921-03-17 Synchronous machine. CH96938A (en)

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