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Zweipolige Synchronmaschine Bei zweipoligen Synchronmaschinen sieht
man im allgemeinen am Erregerteil eine in Nuten untergebrachte und verteilte Erregerwicklung
vor. Der Erregerteil besitzt dementsprechend keine ausgeprägten Pole, sondern ist
als Walzenläufer ausgebildet. Es hat sich gezeigt, daß diese Konstruktion zu Schwierigkeiten
führt, wenn man gezwungen ist, am Erregerteil eine kräftige Dämpferwicklung anzuordnen.
Dies ist der Fall, wenn die Maschine als Synchronmotor oder als Generator im Ständer
Einphasenstrom führt, da die Dämpferwicklung dann das gegenläufige Drehfeld dieses
Einphasenstromes Wegdämpfen muß. Die Anordnung führt ferner zu Schwierigkeiten bei
zweipoligen Synchronmotoren mit Selbstanlauf, da man auch hier für den Anlauf am
Erregerteil eine kräftige Dämpferwicklung vorsehen muß. Die Schwierigkeiten sind
dadurch bedingt, daß erstens infolge der in Nuten verteilten Erregerwicklung wenig
Raum für die Unterbringung einer Dämpferwicklung in den Nuten und für die Unterbringung
des Kurzschlußringes der Dämpferwicklung unterhalb der Wickelkopfkappe zur Verfügung
steht, und daß zweitens die Erwärmung der Dämpferstäbe in den Nuten und an der Übergangsstelle
zu den Kurzschlußringen der Dämpferwicklung sehr verschieden ist, so daß es zu mechanischen
Spannungen zwischen dem Kurzschlußring und den Dämpferstäben kommt, die zu einem
Abreißen der Dämpferstäbe am Kurzschlußring führen können. Den Kurzschlußring durch
Unterteilung und Einfügung von elastischen Zwischenstücken so auszubilden, daß er
sich den Wärmedehnungen der Dämpferstäbe anpassen kann, ist schwierig, da dafür
kein Raum für die Unterbringung des Kurzschlußringes unterhalb der Kappe für das
Festhalten der Wickelköpfe der Erregerwicklung zu Verfügung steht.
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Man hat auch die Polräder von Synchronmaschinen, insbesondere von
einphasigen Synchronmaschinen, mit ausgeprägten Polen ausgeführt; so sind beispielsweise
zweipolige Synchronmaschinen bekannt, bei denen von vier ausgeprägten Polen je zwei
benachbarte einen gemeinsamen Polschuh besitzen und gleichsinnig erregt werden.
Bei den bekannten Synchronmaschinen mit Schenkelpolläufern ergibt sich durch den
rechteckförmigen Verlauf der Luftspaltinduktion längs des Umfanges der Maschine
ein sehr starker Oberwellengehalt der erzeugten Spannung.
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Um diesen starken Oberwellengehalt, insbesondere um die sehr störende
fünfte und siebente Oberwelle, zu unterdrücken, sieht die Hauptpatentanmeldung S
39097 VIII b/21 d2 vor, die beiden Erregerpole einer zweipoligen Synchronmaschine
in drei ausgeprägte Teilpole zu unterteilen, von denen der mittlere Teilpol in der
Umfangsrichtung der Maschine stärker ist als die beiden seitlichen Teilpole. Die
vorliegende Erfindung betrifft eine weitere Verbesserung einer derartigen zweipoligen
Synchronmaschine. Gemäß der Erfindung werden der mittlere Teilpol und der aus den
drei Teilpolen bestehende Gesamtpol von je einer zueinander konzentrischen Erregerwicklung
umschlungen. Neben einer großen Oberwellenfreiheit und einem wesentlich geringeren
Bedarf an Erregerkupfer gegenüber den bekannten Schenkelpolläufern ergibt sich im
Vergleich zu der Ausführungsform der Hauptpatentanmeldung S 39097 VIIIb/21 d2, bei
der jeder Teilpol von einer Erregerwicklung umschlungen ist, eine erhebliche Einsparung
an Erregerleistung, denn bei der Anordnung der Hauptpatentanmeldung S 39097 VIII
b/21 d2 haben die in den einander zugekehrten Seiten der Teilpole fließenden Ströme
.entgegengesetzte Richtung, so daß ihre Durchflutung sich zum Teil gegenseitig aufhebt.
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Wie ersichtlich, ist die neue Ausbildung des Erregerteils besonders
dann vorteilhaft, wenn eine kräftige Dämpferwicklung am Erregerteil erforderlich
ist. Dies ist der Fall bei Synchronmotoren mit Selbstanlauf, insbesondere unter
Last. Ferner ist dies sowohl bei Einphasenmotoren als auch bei Einphasengeneratoren
der Fall. Besonders schwierige Verhältnisse ergeben sich auch dann, wenn die Maschine
einerseits mit Einphasenstrom arbeitet, andererseits z. B. als Generator mit einer
niedrigen Frequenz wie 162/3 oder
25 Perioden. Infolge dieser niedrigen
Frequenz ist man bei der Dimensionierung auf einen starken magnetischen Fluß angewiesen,
und dementsprechend muß auch die Dämpferwicklung für die Wegdämpfung des gegenläufigen
Teils des Ankerrückwirkungsflusses besonders kräftig ausgeführt werden.
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Die Erfindung ist an Hand der Fig. 1, 2 und 3 der Zeichnung als Ausführungsbeispiel
noch näher erläutert.
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Fig.1 zeigt einen Querschnitt durch die obere Hälfte der Erregerpole
eines zweipoligen Einphasensynchrongenerators für 162/3 Hz, Fig.2 einen axialen
Schnitt durch diesen oberen Erregerpol und Fig. 3 die Verteilung der Induktion längs
der Polteilung z im Luftspalt des Erregerpols.
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Wie aus Fig. 2 ersichtlich, ist der Läufer des Synchrongenerators
aus einzelnen Platten 1 aufgebaut, die auch den Eisenkern für den Erregerpol bzw.
für die Teilpole des Erregerpols liefern. Die Platten werden mittels die Erregerpole
in axialer Richtung durchdringender Bolzen 13 zusammengepreßt. Am Anfang und am
Ende des magnetisch aktiven Läuferkörpers befindet sich eine besonders starke Platte
17, die mittels der Bolzen 13 mit den Platten 1 zusammengepreßt ist. An diesen Endplatten
17 sind dann auch die Wellenenden 18 mittels der Verschraubung 19 befestigt. Wie
aus Fig. 1 ersichtlich, besteht jeder der beiden Gesamtpole aus drei in der Umfangsrichtung
nebeneinander angeordneten Teilpolen 2, 3 und 4. Der mittlere Teilpol 2 besitzt
dabei in der Umfangsrichtung eine größere Breite als die beiden seitlichen Teilpole
3 und 4. Der mittlere Teilpol 2 wird von einer Erregerwicklung 5 umschlungen; ebenso
wird der aus den drei Teilpolen zusammengesetzte Gesamtpol von einer mit der Wicklung
5 koaxialen Erregerwicklung 6 umschlungen. Der magnetische Fluß durchsetzt dabei
an allen drei Teilpolen den Luftspalt in derselben Richtung. Wie ersichtlich, steht
für die Unterbringung dieser beiden Erregerwicklungen zwischen den einzelnen Teilpolen
und am Anfang und am Ende des Gesamtpols genügend Raum zur Verfügung. Außerdem kann
aber nunmehr in den Polschuhen 7, 8 und 9 der einzelnen Teilpole eine kräftige Dämpferwicklung
der bei Schenkelpolmaschinen bekannten Art untergebracht werden. Diese Dämpferwicklung
befindet sich in an sich bekannter Weise in Nuten 10 der Polschuhe, die an den Luftspalt
der Maschine angrenzen. Die Dämpferwicklungsstäbe sind zur Vermeidung - von Stromverdrängungserscheinungen,
die die Ausbildung eines Dämpferstromes hindern würden, als verdrillte Gitterstäbe
ausgeführt. Die Polschuhe werden im unteren Teil noch durch die Platten 1 des Läuferkörpers
gebildet, im oberen Teil sind mittels Schwalbenschwanzbefestigung aus einzelnen
Blechen aufgebaute Polschuhteile 11 vorgesehen.
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Aus dem Schnittbild der Fig. 2 ist die Anordnung der Wickelköpfe der
beiden Erregerwicklungen 5 und 6 und des Kurzschlußringes für die Dämpferstäbe 10
zu ersehen. Über den Wickelköpfen 5 und 6 der beiden Erregerwicklungen befindet
sich ein Haltering 14, der eine Verformung der Erregerwicklungen infolge der Fliehkräfte
verhindert. Oberhalb dieses Halteringes ist nun der Kurzschlußring 15 für die Dämpferstäbe
10 der Dämpferwicklung vorgesehen. Da der Kurzschlußring aus gutleitendem Material
(Kupfer) besteht, ist über ihn noch ein schwacher Haltering 16 aus Stahl geschoben.
Man sieht, daß bei dieser Anordnung der Kurzschlußring für den Dämpferkäfig nicht
mehr wie bei Turbogeneratoren unterhalb der Läuferkappe angeordnet ist, wo wenig
Raum zur Verfügung steht, sondern sich oberhalb des Halteringes 14 für die Wickelköpfe
der Erregerwicklung befindet. Dabei ergibt sich der weitere Vorteil, daß man bezüglich
der Zahl der Nuten für die Unterbringung der Dämpferwicklung unabhängig davon ist,
ob und in wieviel Nuten die Erregerwicklung untergebracht werden soll. Wie ersichtlich,
ist für die Unterbringung der Dämpferwicklung eine große Zahl von Dämpferstäben
und Nuten am Luftspalt der Maschine vorgesehen. Dies hat den Vorteil, daß die Wegdämpfung
des inversen Ankerrückwirkungsdrehfeldes der Ständerwicklung besonders vollkommen
ist, da nur geringe Streuung zwischen den Ständeramperewindungen und den Amperewindungen
der Dämpferwicklung besteht.
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Fig. 3 zeigt die Verteilung der Luftspaltinduktion entlang der Polteilung
c des Gesamtpols der Fig. 1. Man sieht, daß unter dem mittleren Teilpol 2 die Induktion
BL1 wesentlich größer ist als die Induktion BL2 unter den seitlichen Teilpolen.
Die Einschnürungen der Induktion, die an den Übergangsstellen zwischen den Teilpolen
im Luftspalt auftreten, können z. B. durch eine Sehnung der Ständerwicklung in ihrem
Einfluß auf ihre Spannungskurve ausgeglichen werden.
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Statt die Erregerpole durch die Platten des Läuferkörpers zu bilden,
könnte man auch von der Welle gesonderte Erregerpole vorsehen, wobei die einzelnen
Teilpole etwa mit Schwalbenschwanzansätzen in Ausnehmungen der Maschinenwelle in
axialer Richtung eingeschoben werden oder indem - wie ebenfalls bekannt - die Welle
kammartige Rillen aufweist, in die entsprechende Kammfortsätze der Polschäfte hineinragen.
Die Befestigung erfolgt mittels axialer, die Rillenansätze und die Kammansätze der
Polschäfte durchdringender Bolzen.