DE102011112924A1

DE102011112924A1 - Doppelterregte Synchronmaschine

Info

Publication number: DE102011112924A1
Application number: DE102011112924A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-09-08
Filing date: 2011-09-08
Publication date: 2013-03-14
Also published as: WO2013034313A2; WO2013034313A3

Abstract

Eine elektrische Synchronmaschine wird beschrieben, in deren Ständernuten zumindest zwei Wicklungen mit unterschiedlichen Polpaarzahlen, und in deren Läufernuten zumindest zwei Wicklungen mit unterschiedlichen Polpaarzahlen vorhanden sind. Eine Läuferwicklung kann über einen Gleichrichter an eine andere Läuferwicklung angeschlossen sein. Eine Ständerwicklung kann über einen Gleichrichter an eine andere Ständerwicklung angeschlossen sein.

Description

Seit mehr als 100 Jahren befinden sich Synchronmaschinen im Einsatz, und zwar überwiegend als Generatoren der elektrischen Energie, Dank ihrer Eigenschaft, sowohl Wirk-, als auch Blindleistung erzeugen zu können. Nichtsdestotrotz werden Synchronmaschinen zunehmend als Motoren eingesetzt, insbesondere nach der Erfindung von Seltenerdenpermanentmagneten, die es ermöglichen, besonders effiziente Motoren zu bauen. Solche Motoren finden umfangreiche und zahlreiche Anwendungen in der Industrie (von Servomotoren bis zu großen Antriebsmotoren), in der Fahrzeugtechnik (Antriebsmotoren für Schienenfahrzeuge und elektrische Automobile) usw.
Synchrongeneratoren mit Seltenerdenpermanentmagneten finden zahlreiche Anwendungen in der elektrischen Energieerzeugung, wie z. B. in der Windenergie, wo sie die mechanische Energie des Windes mit einem hohem Wirkungsgrad in elektrische Energie umwandeln.
Herkömmliche Synchronmaschinen mit Erregerwicklung werden i. d. R. so gebaut, dass sich die Erregerwicklung im Rotor befindet. Um die Erregerwicklung mit Strom einspeisen zu können, benötigen solche Maschinen Schleifringe, die wartungsintensiv sind und den Einsatz von Synchronmaschinen in gefährlichen Atmosphären beschränken.
Die mit der Anwendung von Schleifringen gebundenen Probleme lassen sich durch Einsatz von Permanentmagneten beseitigen. Allerdings hat eine permanentmagneterregte Synchronmaschine auch zahlreiche Nachteile; von den wirtschaftlichen, über die fertigungstechnischen bis zu den elektromagnetischen.
Es scheint deshalb sinnvoll, die Vorteile beider Lösungen – kontaktlose und regelbare Erregung – in einer neuen Maschinenart miteinander zu kombinieren und gleichzeitig ihre Nachteile zu minimieren. Dies lässt sich mithilfe einer doppelterregten Synchronmaschine realisieren. Werden die Ständer- und/oder Läuferwicklungen einer doppelterregten Synchronmaschine als Bruchlochwicklungen ausgeführt, kann eine solche Maschine zahlreiche Synchrondrehzahlen bei konstanter Einspeisefrequenz haben und in drehzahlvariablen Antrieben eingesetzt werden, ohne einen Umrichter zu gebrauchen, wie z. B. als Wind- oder Wasserkraftgenerator usw.
Eine doppelterregte Synchronmaschine trägt in den Ständernuten eine Erregerwicklung mit q Polpaaren und eine Ankerwicklung mit p Polpaaren. In den Läufernuten trägt sie eine Erregerwicklung mit p Polpaaren und eine Ankerwicklung mit q Polpaaren. Die Ankerwicklung auf der Läuferseite ist über einen Gleichrichter an die Läufererregerwicklung angeschlossen.
Der Ständererregerstrom erzeugt eine stationäre Durchflutung mit q Polpaaren im Luftspalt einer doppelterregten Synchronmaschine. Die Ständerdurchflutung induziert in der Läuferankerwicklung mit q Polpaaren Wechselspannungen mit bestimmter Frequenz, Amplituden und Phasenverschiebungen. Die Ständerdurchflutung induziert in der Läufererregerwicklung mit p Polpaaren keine Spannungen.
Die induzierten Spannungen in der Läuferankerwicklung werden über einen Gleichrichter an die Läufererregerwicklung mit p Polpaaren angeschlossen und erzeugen einen Läufererregerstrom in der Läufererregerwicklung mit p Polpaaren. Der Läufererregerstrom erzeugt im Luftspalt einer doppelterregten Synchronmaschine eine Duchflutung, welche relativ zum Läufer steht und sich relativ zum Ständer mit der mechanischen Drehzahl des Läufers dreht.
Die rotierende Läuferdurchflutung mit p Polpaaren induziert in der Ständerankerwicklung mit p Polpaaren Wechselspannungen mit bestimmter Frequenz, Amplituden und Phasenverschiebungen. Die Läuferdurchflutung induziert in der Ständererregerwicklung mit q Polpaaren keine Spannungen.
Eine jede Änderung des Ständererregerstromes wird mit einer Änderung der Ständerankerspannung induziert.
stellt eine doppelterregte Synchronmaschine nach dem vorgeschlagenen Prinzip schematisch dar. Die Ständererregerwicklung 1 teilt gemeinsam mit der Ständerankerwicklung 9 die Ständernuten der Maschine. Die Läuferankerwicklung 2 teilt gemeinsam mit der Läufererregerwicklung 4 die Läufernuten. Die Läuferankerwicklung ist über den Gleichrichter 5 an die Läufererregerwicklung angeschlossen.
stellt eine weitere Variante der doppelterregten Synchronmaschine nach dem vorgeschlagenen Prinzip schematisch dar. Die Ständererregerwicklung 7 teilt gemeinsam mit der Ständerankerwicklung 9 die Ständernuten der Maschine. Die Läuferankerwicklung 6 teilt gemeinsam mit der Läufererregerwicklung 8 die Läufernuten. Die Ständerankerwicklung ist über den Gleichrichter 10 an die Ständererregerwicklung angeschlossen.

Claims

Eine Synchronmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass in ihren Ständernuten zumindest zwei Wicklungen mit unterschiedlichen Polpaarzahlen und in ihren Läufernuten zumindest zwei Wicklungen mit unterschiedlichen Polpaarzahlen vorhanden sind, wobei eine Läuferwicklung mit einer Polpaarzahl über einen Gleichrichter an eine Läuferwicklung mit einer anderen Polpaarzahl angeschlossen ist.
Eine Synchronmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass in ihren Ständernuten zumindest zwei Wicklungen mit unterschiedlichen Polpaarzahlen und in ihren Läufernuten zumindest zwei Wicklungen mit unterschiedlichen Polpaarzahlen vorhanden sind, wobei eine Ständerwicklung mit einer Polpaarzahl über einen Gleichrichter an eine Ständerwicklung mit einer anderen Polpaarzahl angeschlossen ist.
Eine Synchronmaschine nach Patentanspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass sie mit kleinem Rotorträgheitsmoment gebaut wird und dadurch für die Verwendung als Servomotor gut geeignet ist.
Eine Synchronmaschine nach Patentanspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass sie mit hoher Leistungsdichte gebaut wird und dadurch für Verwendungen z. B. in der Fahrzeug-, insbesondere Automobilindustrie gut geeignet ist.
Eine Synchronmaschine nach Patentanspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass sie mit hoher Polpaarzahl gebaut wird und dadurch für Verwendungen als Direkt-Drive Generator in der Windenergieerzeugung besonders geeignet ist.
Eine Synchronmaschine nach Patentanspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass sie mit hoher Polpaarzahl gebaut wird und dadurch für Verwendungen als Generator in der Wasserkraftenergieerzeugung besonders geeignet ist.
Eine Synchronmaschine nach Patentanspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass sie mit niedriger Polpaarzahl gebaut wird und dadurch für Verwendungen als über ein Getriebe angetriebener Generator in der Windenergieerzeugung besonders geeignet ist.