DE1054161B - Zweipolige Synchronmaschine - Google Patents

Zweipolige Synchronmaschine

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Publication number
DE1054161B
DE1054161B DES46458A DES0046458A DE1054161B DE 1054161 B DE1054161 B DE 1054161B DE S46458 A DES46458 A DE S46458A DE S0046458 A DES0046458 A DE S0046458A DE 1054161 B DE1054161 B DE 1054161B
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
pole
synchronous machine
poles
partial
winding
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DES46458A
Other languages
English (en)
Inventor
Dr Josef Tittel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Priority to DES46458A priority Critical patent/DE1054161B/de
Publication of DE1054161B publication Critical patent/DE1054161B/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K19/00Synchronous motors or generators
    • H02K19/16Synchronous generators
    • H02K19/26Synchronous generators characterised by the arrangement of exciting windings

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Synchronous Machinery (AREA)
  • Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)

Description

  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Die Erfindung ist an Hand der Fig. 1, 2 und 3 der Zeichnung als Ausführungsbeispiel noch näher erläutert.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (4)

  1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Zweipolige Synchronmaschine, deren Erregerpole jeweils aus drei in der Umfangsrichtung nebeneinander angeordneten, magnetisch parallel geschalteten, ausgeprägten Teilpolen bestehen, von denen der mittlere Teilpol in der Umfangsrichtung der Maschine stärker als die beiden seitlichen Teilpole ist, nach Patentanmeldung S 39097 VIIIb /21 d2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erregung pro Erregerpol zwei zueinander konzentrische Erregerwicklungen vorgesehen sind, von denen die eine den mittleren Teilpol und die zweite den aus den drei Teilpolen bestehenden Erregerpol umschlingt.
  2. 2. Zweipolige Synchronmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Läuferkörper der Synchronmaschine aus einzelnen Platten aufgebaut ist, die gleichzeitig die Polschäfte und zweckmäßig auch die Polschuhe der Erregerpole bilden.
  3. 3. Zweipolige Synchronmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Polschuhen der ausgeprägten Teilpole eine Dämpferwicklung untergebracht ist.
  4. 4. Zweipolige Synchronmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich oberhalb der Wickelköpfe der beiden zueinander konzentrischen Erregerwicklungen ein Haltering zur Aufnahme der Fliehkräfte befindet und daß die Kurzschlußringe für die Dämpferstäbe oberhalb dieses Halteringes angeordnet sind. 5. Zweipolige Synchronmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich oberhalb des Kurzschlußringes der Dämpferstäbe ein weiterer Haltering für die Aufnahme der vom Kurzschlußring ausgehenden Fliehkräfte befindet. 6. Verwendung der zweipoligen Synchronmaschine nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5 als Einphasengenerator mit niedriger Betriebsfrequenz, beispielsweise 162/3 oder 25 Hz. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 646 187, 883 174; Buch von Bödefeld-Sequenz, »Elektrische Maschinen«, 4. Auflage, S. 267.
DES46458A 1955-11-24 1955-11-24 Zweipolige Synchronmaschine Pending DE1054161B (de)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001093407A1 (de) * 2000-05-31 2001-12-06 Blomeier Maximilian H Leistungsvariabler generator

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE646187C (de) * 1935-11-13 1937-06-09 Aeg Zweipoliges Polrad fuer elektrische Maschinen
DE883174C (de) * 1948-10-02 1953-07-16 Siemens Ag Synchronmaschine mit ausgepraegten Polen und Kaefigwicklung

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